Atomteori. Biologisk kemi 7,5 hp KTH Vt 2012 Märit Karls. Titta på: Startsida - Biologisk Kemi (7,5hp) [PING PONG]

Transkript

1 Atomteori Biologisk kemi 7,5 hp KTH Vt 2012 Märit Karls Titta på: Startsida - Biologisk Kemi (7,5hp) [PING PONG]

2 Kemibok på nätet: Khans academy Om ni missar en föreläsning eller Behöver repetition

3 Studietips Detta kompendium är INTE en lärobok. Det är inte meningen att man skall kunna läsa kompendiet och förstå innehållet. Ni måste använda kompendiet aktivt, anteckna under föreläsningen, fundera på alla bilder, läsa i läroboken Texten på vissa bilder kan vara oläsbar i kompendiet, men tanken är att ni skall gå in på PingPong och titta på bilderna där Läsanvisning: McMurry Kap.3, lämpliga övningar finns under Studiehandledning på kurswebben Mastering Chemistry: Hemläxa 1, träna själva, ej betygsgrundande

4 Atomteori McMurry kap.3 Vad är det som gör att vissa grundämnen är släkt Vad är det som påverkar ett grundämnes kemiska egenskaper?

5 Atom modell Kärnan: tät, laddning = antal p + Elektronmoln: diffust område, Antal e - = antal p + Fig. 3.1

6 Vad är en atom? Definition: En atom är den minsta enhet av ett grundämne som behåller grundämnets kemiska egenskaper dvs en kolatom skiljer sig från en syreatom, men elektron i en kolatom är likadan som en elektron i en syreatom

7 Partiklar i atomen Partikel Massa Elektrisk laddning Elektron 9,109 X Proton 1,673 X Neutron 1,675 X Atommassa mäts experimentellt och anges i enheten u (AMU) En atom 12 C har massan 12 u. Tab. 3.1 McMurry

8 Två enkla regler!! Partiklar med olika laddning attraherar varandra; Elektrostatisk attraktion Partiklar med samma laddning repellerar varandra Dessa enkla regler kan ni använda för att förklara det mesta på denna kurs!

9 Atomsymbol Ex. A Z X 12 C 6 C # Se Worked ex. 3.2 och 3.3! X= kemisk symbol A= atomens masstal = protoner + neutroner C= atomens laddning Z= Atomnummer = protoner = elektroner #= antal atomer i formelenheten

10 Vad är ett grundämne? I ett grundämne (eng. element) har alla atomer samma atomnummer, dvs lika många protoner och lika många elektroner ex. grundämnet nummer 8 kallas syre har kemisk symbol O består av enbart syreatomer med 8 st protoner och 8 st elektroner

11 Isotoper Ett grundämne består av atomer med samma kärnladdning Isotoper är atomer av samma grundämne, men med olika massor Isotoper har olika antal neutroner Isotoper av väte Isotoper av kol Många isotoper används inom medicinen

12 s. 55 Isotoper av väte

13 Kända grundämnen 109 st kända hittills 87 st är metaller 11 st är gaser 2 st är vätskor (vid rumstemp.) 26 st är radioaktiva

14 Vanliga grundämnen

15 H C O N Ca Mg Na K P S Se även tab. 1.4 i McMurry Fyll i namn, både på svenska och engelska!

16 Var finns de? H ingår i vatten och i de flesta föreningar i kroppen C finns i alla organiska molekyler O ingår i vatten mm, behövs för respirationen N ingår i proteiner, nukleinsyror Ca finns i ben och tänder, behövs för membran, nervimpulser, muskelkontraktioner och koagulation Mg kofaktor för många enzym Na behövs för membran, nervimpulser och muskler K behövs för membran, nervimpulser och muskler P finns i ben och tänder, nukleinsyror och ATP S finns i många protein Se tab. 1.4 och Application s. 92!

17 Vad är en kemisk förening? Kemisk förening (eng. compound) är ett ämne som består av atomer av olika grundämnen i definierade proportioner

18 Biologisk kemi: Makromolekyler Summaformel Säger inget om egenskaper Egenskaperna beror på strukturen, som i sin tur beror på hur atomerna sitter ihop Hur binds alla dessa atomer till varandra? Innan vi kan svara på det måste vi titta på atomen igen

19 Hur fördelas elektroner i atomen? Grundregel: så att elektronen får så låg energi som möjligt Var är det? Tips! Tänk på fig. nedan!

20 Elektronnivåer OBS! Förenklad modell! Schrödingers kvantmekanik: Energi förekommer i kvanta (energipaket) e- finns på vissa avstånd från kärnan, energinivåer Kallas skal Nivå nr 1 = K-skal, 2 e - Nivå nr 2 = L-skal, 8 e - Nivå nr 3 = M-skal, 18 e - Var elektronerna finns avgör grundämnets egenskaper

21 e - = Elektron Energinivåer Fig. s. 59 Fig. s. 59 Holum Pga attraktion mellan kärnan och e - får e - lägesenergi Energin är ett mått på hur mycket arbete som krävs för att flytta e - till nästa nivå Större avstånd Större lägesenergi Joniseringsenergi Tillför så mycket energi att e - lämnar atomen, det bildas en jon

22 Diskutera, vad är rimligt? Ju högre atomnummer (fler protoner i kärnan) desto lättare/svårare att ta bort elektroner Ju högre atomnummer desto lägre/högre första joniseringsenergi (den energi som krävs för att ta bort en elektron från en neutral atom)

23 Första joniseringsenergin Den energi som krävs för att ta bort en elektron från en neutral atom Vad händer vid He, Ne, Ar??? Holum Fig. 3.1 b McMurry Fig. 4.1

24 Dimitri Mendeleev Ordnade grundämnen i ett periodiskt system Förutsade grundämnen innan de upptäckts

25 Kan man säga att grundämnen är släkt med varann?

26 Periodiska systemet Grupper: 1A-8A, 1-18 Perioder 1-7 Vad är gemensamt för alla grundämnen i en period? Vad är gemensamt för alla grundämnen i en grupp? Fig. 3.2, s. 58 Se även:

27 Väteatomen (1p+1e - ) Holum Fig. 3.3 s. 62 Området där man mest sannolikt finner väteatomens elektron kallas s-orbital OBS! Bilder med cirklar runt kärnan är alltså en förenklad modell

28 Elektronorbitaler i L-skalet Varje orbital rymmer 2 e - L-skalet (nivå 2) har 2 undernivåer 1 s-orbital 3 p-orbitaler Se Fig.3.5 s. 63 Hur många elektroner får plats i L-skalet? Se tab. 3.2 i Holum s.63 och fig. 3.5 s. 64 McMurry

29 Energinivåer och undernivåer Tab. 3.2 McMurry

30 Elektronfördelning Holum Fig.3.5, se fig. 3.6 i McMurry I varje orbital finns plats för 2 elektroner Elektronerna fylls på enl. Hunds regel, s. 64 bussprincipen Lägg in elektronerna i en fosforatom Worked ex. 3.8 Hur många oparade e - har N resp O?

31 Exempel på elektronfördelning

32 Valenselektroner!!!!! Ju längre bort från kärnan elektronen befinner sig, desto mindre attraheras den av kärnan Elektronerna i den yttersta energinivån kallas valenselektroner Det är valenselektroner som flyttas vid kemiska reaktioner, avgör ett grundämnes kemiska egenskaper!

33 Ja, grundämnen kan vara släkt! Se fig. 3.7 i McMurry! Det är valenselektronerna som gör det!

34 Familjer i periodiska systemet Fyll i antal elektroner i den yttersta energinivån! Dessa kunskaper behövs för kap. 4-6 Grupp Namn Valenselektroner IA Alkalimetaller IIA Alk. Jordartsmetaller IIIA Borfamiljen IVA Kolfamiljen VA Kvävefamiljen VIA Syrefamiljen VIIA Halogener 0 Ädelgaser

35 Lewis struktur Electron dot ett sätt att hålla reda på valenselektroner Tab. 3.5 C Worked ex. 3.12, s. 58 Skriv atomsymbolen Räkna antalet valenselektroner Tänk dig en box som rymmer 2 e - på varje sida Fyll på valenselektroner i boxarna bussprincipen

36 Atomens nirvana Oktettregeln Grundämnen strävar att uppnå ett stabilt elektronmoln, vanligtvis en full oktett ädelgasstruktur Hur kan olika atomer uppnå sitt nirvana? Se elektronfördelnings- diagram bild 30!

37 Metaller och icke-metaller Se fig. 3.2!

38 Grupper i periodiska systemet Alkalimetaller H, Li, Na, K, mm Alkaliska jordartsmetaller Mg, Ca mm Halogener F, Cl, Br, I mm Ädelgaser He, Ne, Ar, Kr mm

39 Joniseringsenergi Jmf fig. 4.1 s. 81 Bild 23 Förklara med egna ord varför första joniseringsenergin varierar på detta sätt Tentatips! Många fenomen kan förklaras om man tänker på elektrostatisk attraktion (i detta fall mellan protoner och elektroner)

40 Sammanfattning: egenskaper Inom varje period gäller: Stryk det som inte gäller Ju högre atomnummer desto lättare/svårare att ta bort elektroner Ju högre atomnummer desto lägre/högre första joniseringsenengi Metaller vill förlora/lägga till elektroner Icke-metaller vill förlora/lägga till elektroner

41 Full oktett Ädelgaser Metaller (med 1,2 eller 3 valenselektroner) Icke-metaller (med 5,6 eller 7 valenselektroner Kol (med 4 valenselektroner) har redan en, vill ej förändras avger elektroner, bildar positiva joner med ädelgasstruktur vill ta upp elektroner, bildar negativa joner med ädelgas struktur delar elektroner med andra atomer.

42 Testa kunskaperna! Den ordinarie Del 1-tentan finns på kurswebben under Grundinformation/Examination Tentamen 9 februari 2011 Fråga 1, 2, 3 och 5

43 Tisdag: Viktigt! Jonföreningar Kap. 4 Varför bildas en jonbindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med jonbindning? Kovalenta föreningar, Kap 5 Varför bildas en kovalent bindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med kovalenta bindningar? Intermolekylära attraktioner, Kap 5 och 8 Varför är is hårt? Varför kan jag stoppa ner fingret i ett glas med vatten och varför flyttar sig luften, så jag kan ta mig fram?

44 Kemiska bindningar/attraktioner förklarar Hur kan cellerna hålla kvar sitt innehåll inuti cellerna? Varför är ben så hårt? Vad är det som gör att DNA är stabilt? Hur kan muskler vara så starka?