2. starka bindningar - mattlidens gymnasium...2. starka bindningar kemisk förening: består av två...
TRANSCRIPT
2. Starka bindningar
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.
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.
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
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
+ →
2.2 Jonbindning
● Mellan metall och icke-metall, t.ex.
Katjon Anjon
Mg2+ O2-
Na+ Cl-
https://www.youtube.com/watch?v=VBReOjo3ri8
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
Ex. Jämför t.ex.smältpunkten för CaCl2 och CaO
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
Fleratomiga joner
● En jon kan även bestå av flera atomer, bunda till varandra med kovalenta bindningar.
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
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:
●
●
● Enkelbindning: atomerna har ett gemensamt bindningselektronpar
● Dubbelbindning: två gemensamma bindningselektropar
● Trippelbindning: tre gemensamma bindningselektronpar
Namngivning av molekylföreningar
● prefix + det mindre elektronegativa ämnet + prefix + det mera elektronegativa ämnet + id
t.ex. koldioxid dikvävetetroxid
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.
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).
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/hybrv18.swf
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.
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/bom5s2_6.swf
sp2-hybridisering
● sp2-hybridorbitalerna är alla i samma plan och vinkeln mellan dem 120°.
π- bindning
● De ohybridiserade 2 p-orbitalerna smälter samman i sidled och bildar en pi-bindning.
● T.ex. eten, bensen
sp-hybridisering
● sp-hybridorbitalerna är riktade så långt ifrån varandra som möjligt och vinkeln mellan dem är 180°.
● Syreatomens sp3-hybridisering
● Kväveatomens sp3-hybridisering
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 π-bindning
● En trippelbindning består av en σ-bindning och två π-bindningar
SV09
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)
http://www.buzzle.com/articles/chromatin-function.html
Allotropi
● Strukturmässigt olika former av ett grundämne vid samma aggregationstillstånd.
●
- syre (O2) och ozon (O
3 )
- röd, vit och svart fosfor
- diamant, grafit, fulleren, nanorör
Atomgitter
● Alla kolatomer är bundna till varandra med kovalenta bindningar.
● Mycket höga smältpunkter
● Hårda, kan användas till att slipa andra material
● Kan krossas
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.
http://periodictable.com/
Metallgitter
Legeringar
● Legeringar är metallblandningar som består av två eller flera grundämnen.
● 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)
● Goda ledare av el och värme
Metallers egenskaperMetallers egenskaper
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
Kap. 3 Svaga bindningar
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 bindnings-elektronparet mera mot sin kärna och molekylen får en negativ delladdning.
● Den andra ändan av molekylen får då en positiv delladdning.
● T.ex.
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
Polär molekyl
● Hela molekylen är polär om en eller flera bindningar är polära (och ifall de inte upphäver varandra.)
Dispersionskrafter
http://www.youtube.com/watch?v=3t1Jn_jrsQk
● 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.)
Dipol-dipolbindning
● Mellan polära molekyler.
● Den svagt negativa polen på ena molekylen dras till den svagt positivt laddade polen på den andra molekylen.
● 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?
Vätebindning
Is smälter:http://www.youtube.com/watch?v=6s0b_keOiOU
3.2 Jon-dipol-bindning
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=EBfGcTAJF4o&feature=endscreen
● Många av jonföreningarna (= salter) är vattenlösliga.
● Alla jonföreningar löser sigi vatten på samma sätt:
- de starka jonbindnigarna mellan saltets katjoner och anjoner spjälks.
- det bildas nya jon-dipolbindningar mellan jonerna och vattenmolekylerna.
● 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 vattenmolekylerna inte kan lösgöra nämnvärda mängder joner ur kristallgittret.
● 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!
● 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.
Lösningsmedel
● Även andra polära lösningsmedel kan bilda jon-dipolbindningar.
● Ju polärare lösningsmedel, desto starkare blir jon-dipolbindningen 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)
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.
● Om CuSO4 ▪ 5H
2O upphettas avgår kristallvattnet,
vilket får kristallstrukturen att falla ihop och föreningen blir pulveraktig.
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.
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)
Löslighet
● Opolära molekyler löser sig i opolära lösningsmedel, polära molekyler i polära lösningsmedel.
● Molekylföreningar löser sig som molekyler, jonföreningarna spjälks upp i joner.
● 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.
Kristallisation
● Vid kristallisation faller ett fast ämne ut ur en mättad lösning.
● Det bildas ett kristallgitter.