2. Starka bindningar

Transkript

1 2. Starka bindningar

2 2. Starka bindningar Kemisk förening: består av två eller flera grundämnen Kemisk bindning: växelverkan mellan olika byggstenar (atomer, joner och molekyler) får dem att dras till varandra och bilda strukturer vars energiinnehåll är lägre än hos de ursprungliga byggstenarna. Elektronegativitet: ett mått på förmågan hos en atom av ett visst grundämne att dra bindningselektronerna till sig.

3 Röntgenkristallografi En metod med vilken rymdstrukturen för fasta ämnen kan bestämmas. Då en kristall bestrålas med röntgenstrålning träffar strålningen elektronerna i de enskilda atomerna och man erhåller en diffraktionsbild som exakt beskriver avståndet mellan atomerna, bindningsvinklarna samt kristllgitterstrukturen.

4 2.1 Starka bindningar (repetition) a) jonbindning: - uppkommer ifall skillnaden mellan elektronegativitetsvärdet hos de grundämnen som bildar bindning är stor (Δ>1.7) - mellan metall och icke-metall

5 b) kovalent bindning: - uppkommer ifall skillnaden mellan elektronegativitetsvärdet hos de grundämnen som bildar bindning är liten (Δ< 1.7) - mellan icke-metall och icke-metall c) metallbindning: - metallerna uppnår en satbil struktur genom att avge elektroner mellan metall och metall

6

7 2.2 Jonbindning Mellan metall och icke-metall, t.ex. Katjon Anjon Mg2+ O2- Na+ Cl- +

8 Jongitter De positivt och negativt laddade jonerna dras mot varandra p.g.a. elektrostatiska krafter Samtidigt försöker alla joner med samma laddning hållas så långt borta från varandra som möjligt jonerna ordnar sig i ett tredimendionellt jongitter Ju större jonladdning och ju mindre jonradie, desto starkare blir bindningen

9 Ex. Jämför t.ex.smältpunkten för CaCl2 och CaO

10 Jonföreningar: har hög smält- och kokpunkt de flesta jonföreningar löser sig lätt i vatten Leder inte el i fast form, eftersom jonerna inte kan röra sig Leder el i smält form och lösta i vatten Hårda och sköra

11 Fleratomiga joner En jon kan även bestå av flera atomer, bunda till varandra med kovalenta bindningar.

12 Jonföreningars formel Ex. Skriv formeln för de jonföreningar som kaliumjonen, kalciumjonen och järn (III) jonen kan bilda med nitratjonen, sulfatjonen och fosfatjonen. Namngivning av föreningar s. 153 Jonföreningar: katjon + (oxidationstal) + anjon med ändelsen id t.ex. koppar(ii)oxid

13 Den kovalenta bindningen I en reaktion mellan två icke-metaller uppnår båda atomerna stabil ädelgaskonfiguration genom att dela på ytterelektroner. Vardera atomens kärna attraherar de gemensamma bindningselektronerna. Oladdade föreningar av icke-metaller med enbart kovalenta bindningar kallas molekylföreningar eller molekyler. Grundämnesmolekyler: Föreningsmolekyler:

14 Enkelbindning: atomerna har ett gemensamt bindningselektronpar Dubbelbindning: två gemensamma bindningselektropar Trippelbindning: tre gemensamma bindningselektronpar

15 Namngivning av molekylföreningar prefix + det mindre elektronegativa ämnet + prefix + det mera elektronegativa ämnet + id t.ex. koldioxid dikvävetetroxid

16 Hybridisering Då en kemisk bindning håller på att bildas, förändras ytterelektronernas atomorbitaler. De inre elektronerna störs så lite att deras rörelseområden fortsättningsvis kan beskrivas med hjälp av atomorbitaler. Ytterelektronernas atomorbitaler smälter ihop till hybridorbitaler. Hybridorbitalernas form är beroende av de atomorbitaler som sammansmälter.

17 sp3-hybridisering De fyra sp3-hybridorbitalerna är alla sinsemellan likadana och har samma energiinnehåll. De ställer sig så långt från varandra som möjligt = vinklarna mellan dem blir 109, 5 (de är tetraedriskt riktade).

18 σ - bindning En sigma-bindning bildas då de bindningsorbitaler som smälter samman ligger på den linje som går igenom de två atomernas kärnor. En sigma-bindning är rotationssymmetrisk och kan rotera.

19 2 sp -hybridisering sp2-hybridorbitalerna är alla i samma plan och vinkeln mellan dem 120.

20 π- bindning De ohybridiserade 2 p-orbitalerna smälter samman i sidled och bildar en pi-bindning. T.ex. eten, bensen

21 sp-hybridisering sp-hybridorbitalerna är riktade så långt ifrån varandra som möjligt och vinkeln mellan dem är 180.

22 Syreatomens sp3-hybridisering Kväveatomens sp3-hybridisering

23 Sammanfattning sp3: Om kol, kväve och syre bildar enkla bindningar sp2: Om kol, kväve och syre bildar dubbelbindning sp: Om kol, kväve och syre bildar trippelbindning (eller två dubbelbindningar) En enkel bindning är en σ-bindning En dubbelbindning består av en σ-bindning och en πbindning En trippelbindning består av en σ-bindning och två πbindningar

24 SV09

25 Heterocykliska föreningar Ringformiga föreningar som innehåller kol och någon heteroatom såsom kväve eller syre. Ringen kan antingen vara mättad (endast enkelbindningar) eller omättad (innehålla dubbelbindningar)

26

27 Allotropi Strukturmässigt olika former av ett grundämne vid samma aggregationstillstånd. - syre (O2) och ozon (O3 ) - röd, vit och svart fosfor - diamant, grafit, fulleren, nanorör

28 Atomgitter Alla kolatomer är bundna till varandra med kovalenta bindningar. Mycket höga smältpunkter Hårda, kan användas till att slipa andra material Kan krossas

29 2.3 Metallbindning Metallerna har 1-3 ytterelektroner som de gärna ger bort. Om endast metallatomer bildar bindning, finns det inga atomer som kan ta emot dessa elektroner. Istället avger metallatomerna sina ytterelektroner till ett gemensam elektronmoln. Elektronerna kan röra sig fritt genom hela metallen.

30 Metallgitter

31 Legeringar Legeringar är metallblandningar som består av två eller flera grundämnen.

32 Metallers egenskaper Blanka, glänsande Hållbara, tät struktur Tänjbara och formbara Ämnen med hög smältpunkt (antalet ytterelektroner inverkar på metallbindningens styrka: Ju flera gemensamma ytterelektroenr, desto starkare bindning = desto högre smältpunkt)

33 Leder följande föreningar elektricitet? Ett material leder el ifall elektroner eller joner kan röra sig fritt i materialet (elektricitet = förflyttning av laddningar) Kristallin NaCl Smält socker (sackaros) Smält KCl En vattenlösning av silvernitrat 1 M svavelsyra Fast koldioxid (koldioxidis) Grafit Diamant Etanol Aceton Mässing + s.88 uppg. 109 och 110

34 Kap. 3 Svaga bindningar

35 Polära och opolära kovalenta bindningar Mellan två atomer med samma elektronegativitet är bindningen opolär (Δ0-0,4). T.ex. En bindning mellan atomer med olika elektronegativitet är polär. (Δ0,5-1,7) Den mera elektronegativa atomen drar bindningselektronparet mera mot sin kärna och molekylen får en negativ delladdning. Den andra ändan av molekylen får då en positiv delladdning. T.ex.

36 Opolär molekyl Molekyler med endast opolära kovalenta bindningar är opolära molekyler. En molekyl med polära bindningar kan vara opolär ifall delladdningarna upphäver varandra. O=C=O

37 Polär molekyl Hela molekylen är polär om en eller flera bindningar är polära (och ifall de inte upphäver varandra.)

38

39 Dispersionskrafter Mellan opolära molekyler och ädelgasatomer verkar svaga dispersionskrafter. Ju flera elektroner det finns i en atom eller molekyl, desto större är dispersionskrafterna (= ju större molekyl, desto högre smältpunkt.)

40 Dipol-dipolbindning Mellan polära molekyler. Den svagt negativa polen på ena molekylen dras till den svagt positivt laddade polen på den andra molekylen.

41

42 Varför stiger kokpunkten för de olika grundämnenas väteföreningar då man rör sig neråt i gruppen? Varför har ammoniak, vätefluorid och vatten mycket höga kokpunkter? Varför är kokpunkten för vatten högre än för den polärare vätefluorid? Granska formlerna för grundämnenas väteföreningar inom samma grupp. Vad märker du? Vilka väteföreningar är vätskor vid 0ºC?

43 Vätebindning Is smälter:

44 3.2 Jon-dipol-bindning Många av jonföreningarna (= salter) är vattenlösliga. Alla jonföreningar löser sig i vatten på samma sätt: - de starka jonbindnigarna mellan saltets katjoner och anjoner spjälks. - det bildas nya jon-dipolbindningar mellan jonerna och vattenmolekylerna.

45 Efter att jonerna lösgjorts från jongittret omges de av vattenmolekyler. Katjonerna drar till sig vattenmolekylens svagt negativt laddade syreatom och anjonerna drar till sig vattenmolekylens svagt laddade väteatom. Jonerna hydratiseras och den bildade strukturen kallas hydrat. Ex. NaCl, KMnO4 Jonföreningarnas vattenlöslighet är beroende av styrkan hos de spjälkta bindningarna i jongittret. I ett svårlösligt salt är jonbindningarna så starka att

46 Varför stiger kokpunkten för de olika grundämnenas väteföreningar då man rör sig neråt i gruppen? Föreningarnas molekyler binds ihop av svaga dispersionskrafter, vars styrka ökar då elektronernas antal ökar. Varför har ammoniak, vätefluorid och vatten mycket höga kokpunkter? De har relativt starka vätebindningar mellan H och antingen N, O eller F. Ju starkare sammanhållande kraft mellan partiklarna, desto högre kokpunkt!

47 Varför är kokpunkten för vatten högre än för den polärare vätefluorid? Eftersom en vattenmolekyl bildar fyra vätebindningar till grannmolekylerna medan väefluorid bildar endast två. Granska formlerna för grundämnenas väteföreningar inom samma grupp. Vad märker du? De har alla antal väteatomer bundna till sig eftersom alla grundämnen I samma grupp har samma antal ytterelektroner. Vilka väteföreningar är vätskor vid 0ºC? Vatten och vätefluorid.

48 Lösningsmedel Även andra polära lösningsmedel kan bilda jondipolbindningar. Ju polärare lösningsmedel, desto starkare blir jondipolbindningen och desto mera jonförening löser sig i lösningsmedlet. Jonföreningar löser sig inte i opolära lösningsmedel (eftersom dispersionskrafterna är för svaga för att kunna lösgöra joner ur jongittret)

49 Kristallvattenhaltiga salter Om man indunstar vattnet från en vattenlösning av en jonförening får man först en mättad lösning och sedan börjar saltet kristallisera. Hos en del ämnen spjälks inte jon-dipolbindningarna under kristallisationen, utan en del vattenmolekyler följer med jonerna in i kristallgittret. T.ex. kopparsulfatets kristallgitter binder fem vattenmolekyler. Detta vatten kallas kristallvatten och formeln för kristallvattenhaltigt kopparsulfat är CuSO 4 5H2O.

50 Lösningar En lösning består av ett lösningsmedel och ett ämne som är upplöst i lösningsmedlet. Två lösningar med likadan polaritet blandar sig fullständigt i varandra. T.ex. etanol och vatten. Oftast löser sig endast en begränsad mängd ämne i ett lösningsmedel = ämnets löslighet.

51 Mättad lösning En lösning är mättad då lösningsmedlet inte förmår lösa mera av ämnet vid en bestämd temperatur. Ett lösningsmedel kan lösa andra ämnen fastän det är mättat med ett visst ämne. Löslighet: mängden löst substans i en mättad lösning vid en bestämd temperatur (enhet t.ex g/l)

52 Löslighet Opolära molekyler löser sig i opolära lösningsmedel, polära molekyler i polära lösningsmedel. Molekylföreningar löser sig som molekyler, jonföreningarna spjälks upp i joner.

53 Fasta ämnens löslighet i vätskor ökar ofta (men inte alltid!) då temperaturen höjs. Gasers löslighet i vatten minskar när temperaturen stiger. Gasers löslighet i vätskor ökar om trycket höjs.

54 Kristallisation Vid kristallisation faller ett fast ämne ut ur en mättad lösning. Det bildas ett kristallgitter.