29102007

ביוכימיה

המשך – קשרים כימיים

חומרים מולקולריים

חומרים מולקולריים הם החומרים עליהם מתבססת הביולוגיה של הגוף שלנו. הקשר ביניהם יהיה קשר קוולנטי. חומרים מולקולריים בנויים ממולקולות, כאשר כל מולקולה היא אוסף של לפחות

שיש ביניהן קשר קוולנטי.של אל-מתכות בלבדשני אטומים

שיתוף של זוג אלקטרונים. אם זה קשר יחיד זה שיתוף של זוג אלקטרונים ואם זה– קשר קוולנטיקשר כפול זה שיתוף של שני זוגות אלקטרונים.

דוגמא לקשר קוולנטי פשוט: מימן. למימן יש אלקטרון אחד, אך בצורתו החופשי בטבע הוא לא נמצא כך כי זה לא מצב אנרגטי מועדף. המימן נמצא בטבע כך שאטום אחד של מימן מתקרבזוג בין קשר שנוצר ככה מתקרבים והם אחד אלקטרון בעל מימן של אטום לעוד מאוד האלקטרונים. הגרעין של אטום מימן אחד "רואה" שני אלקטרונים וכנ"ל לגבע הגרעין של האטום

השני.. 2H. המימן בצורתו החופשית נמצא בצורת מולקולות של H-Hקשר קוולנטי נסמן בקו:

הבדלים בין חומרים יוניים לחומרים מולקולריים: היחידות של החומרים המולקולריים הן מוגדרות. יש שותפים ברורים בקשר. בקשר יוני אין.1

שותפים מוגדרים. בחומרים יוניים פשוטים יש יסוד שנותן אלקטרון )מתכת( ויסוד שמקבל אלקטרון )אלמתכת(..2

בחומרים מולקולריים יש רק אלמתכות.בקשר יוני יש אלקטרון שלם שעובר מיסוד ליסוד. בקשר קוולנטי יש שיתוף..3

נזכור שכל יסוד שואף להגיע לרמה אנרגטית מלאה של גז אציל. כעת אם נביט בטבלה המחזוריתנוכל לדעת כמה קשרים קוולנטים יוצר כל יסוד:

יצרו קשר קוולנטי אחד כי הם רוצים לשתף אלקטרון אחד על מנת להגיע לרמה:7טור .8אנרגטית מלאה של

מדובר בעיקר בחמצן וגופרית. יצרו שני קשרים קוולנטים על מנת להגיע לרמה ערכית:6טור מלאה. ישתפו שני אלקטרונים.

מדובר בעיקר בחנקן. יצור שלושה קשרים קוולנטים על מנת להגיע לרמת ערכיות:5טור מלאה. ישתפו שלושה אלקטרונים.

מדובר בעיקר בפחמן. יצור ארבעה קשרים קוולנטים על מנת להגיע לרמת ערכיות:4טור מלאה. ישתפו ארבעה אלקטרונים.

סוגי מולקולות

- מולקולה שבנויה רק מסוג אחד של אטום, למשל .1 נקראים 2Hיסוד יסודות אלו יסודות. . מולקולרים

תרכובת - מולקולה שבנויה מכמה סוגים של אטומים. אז מדובר בתרכובת..2

1

2 המציינת את סוג האטומים ואת המספר שלהם מכל סוג )נוסחה מולקולריתלגבי כל מולקולה יש

H היא נוסחה מולקולרית(. יש גם שמראה בדיוק איזה אטום קשור לאיזה אטוםנוסחת מבנה היא נוסחת מבנה(. H-Hואיזה סוג של קשרים הוא יוצר, למשל קשר קוולנטי יחיד או כפול )

דוגמאות:. יסוד.Cl2. נוסחה מולקולרית: Cl-Cl נוסחת מבנה: –כלור .1. תרכובת. HCl. נוסחא מולקולרית: Cl-H נוסחת מבנה: –כלור ומימן .2 )קשר קוולנטי כפול, יש שיתוף שני שני זוגות אלקטרונים(. נוסחאO=O נוסחת מבנה: –חמצן .3

. יסוד. 2Oמולקולרית: כל חמצן לוקח שני מימנים ויוצר שני קשרים קוולנטים יחידים. –מים .4נוסחת מבנה:.5

. תרכובת. O2Hנוסחה מולקולרית: נוסחת מבנה: –חנקן .6

. יסוד. הוא יוצר קשר קוולנטי משולש. N2נוסחה מולקולרית: נוסחת מבנה: –אמוניה .7

. תרכובת. NH3נוסחה מולקלרית: . תרכובת.N2H2. נוסחה מולקולרית: H-N=N-H נוסחת מבנה: –חנקן ומימן .8

הקשר המקסימלי שיכול להיווצרבחומרים מולקולרים אין קשר מרובע. (:4פחמן )מייצג את טור הוא קשר משולש. הפחמן יכול ליצור ארבעה קשרים בוריאציות של קשרים יחידים, כפולים או

משולשים. דוגמאות לקשרי פחמן:

1.CH4 :נוסחת מבנה .

2.CO2 :נוסחת מבנה .O=C=O.3.C2H2 :נוסחת מבנה .

מה שמנחה את כל היסודות ביצירה של חומרים מולקולריים הוא ליצור קשריםכלל האוקטט: קוולנטים שיביאו אותם להיערכות אלקטרונים של גז אציל.

סוגי קשרים קוולנטים

2

HH H

N

H

H

HH C

H

H

HH C

האטומים מושכים את אלקטרוני הקשר בדיוק באותה צורה. השיתוף הוא– קשר קוולנטי טהור מושלם. כל אחד משני האטומים שמרכיבים את הקשר "רואה" את האלקטרונים אותה כמות של זמן. האלקטרונים קרובים באותה מידה לכל אחד מהאטומים. קשר קוולנטי טהור קיים כאשר

(.2Oמדובר בקשר בין אטומים של אותו יסוד )למשל

קשר קוולנטי בין אטומים שונים בו לאחד מהאטומים ששותפים– קשר קוולנטי פולרי / קוטבי בקשר יש יכולת גדולה יותר למשוך אליו את אלקטרוני הקשר. זה עדיין מצב של שיתוף, אך לאכלומר תהיה זמן, יותר אליו את אלקטרוני הקשר יהיה שותף אחד שימשוך שותפות מלאה. קוטביות בקשר. יש דרגות שונות של מצבים כאלו וזה תלוי באטומים שמרכיבים את הקשר. יש מדד מספרי שאומר לנו בדיוק למי יש יכולת משיכה יותר טובה או פחות טובה. מדד זה המבוסס על

. אלקטרושליליותתכונות היסוד נקרא

היכולת היחסית של כל אטום למשוך אליו את אלקטרוני הקשר והיא מבוטאתאלקטרושליליות: . ככל שהאלקטרושליליות גבוהה יותר זה אומר שלאטום יש יותר יכולת למשוך4 ל-0כמספר בין

אליו את אלקטרוני הקשר. טורים: בשורה. וגם בטור גם המחזורית, בטבלה האלקטרושליליות של מחזוריות יש האלקטרושליליות עולה ככל שאנו עולים בטור. שורות: האלקטרושליליות עולה ככל שאנו זזים

(.N, O, Fימינה בשורות. האטומים הכי אלקטרושליליים יהיו האטומים שנמצאים למעלה מימין ) הוא האטום הכי אלקטרושלילי בטבלה.Fה-

קיים רצף:קשר קוולנטי טהור ------------------ קשר קוולנטי קוטבי------------------ קשר יוני

3

מה שיגדיר לנו איפה אנו נמצאים על הטווח הזה הוא ההפרש בין האלקטרושליליות של היסודותל- קרוב ההפרש אם הקשר. את ככל0שמרכיבים טהור. קוולנטי לקשר קרובים נהיה אנו

שההפרש גדול יותר אנו נתקרב יותר למצב של קשר יוני.

דוגמאות:HF: F-H( נוצר מצב שבו זוג אלקטרוני2.1 לעומת 4. מכיוון שיש הבדל גדול באלקטרושליליות )

. זה עדיין מצב של שיתוף, אך הוא לא שיתוף מלא. נוצר מצבFהקשר נמצא רוב הזמן בצד של ה- , כלומר יש קוטביות קבועה. איךH יהיה תמיד קצת יותר שלילי מהחלק של ה-Fבו החלק של ה-

נסמן זאת?δ- δ+F-H

HCl: H הוא בעל אלקטרושליליות של ואילו 2.1 Cl הוא בעל אלקטרושליליות של . כלומר3 . HF הוא פחות קוטבי מאשר הקשר HClהקשר

יש מקרים יוצאים מן הכלל בהם לשני אטומים לאקשר קוולנטי לא פולרי בין אטומים לא זהים:זהים יהיה אותו ערך של אלקטרושליליות ואז הקשר לא יהיה פולרי. המקרים הללו הם:

N, Cl – 3 אלקטרושליליות של.H, P – 2.1 אלקטרושליליות של.C, S, I – 2.5 אלקטרושליליות של .

, כי האלקטרושליליות שלהם היאH ל-P קיים קשר קוולנטי לא קוטבי בין ה-3PHלמשל במולקולה זהה.

אם יש לנו מולקולה שאין בה אף קשר פולרי היא לא תהיהקשר פולרי לעומת מולקולה פולרית:בגלל פולרית תהיה לא עצמה והמולקולה פולרים קשרים יש בהם מקרים יש אבל פולרית,

הם פולרים2CO. הקשרים ב-O2H לעומת המקרה של 2COהסימטריות שלה. דוגמא: המקרה של בין יש הפרש באלקטרושליליות ל-Oכי Cכל ולכן סך היא סימטרית , אך המולקולה עצמה

תהיה פולרית בגלל שהיא איננה סימטריתO2Hהמולקולה לא תהיה פולרית. לעומתה, המולקולה יש בה זווית.–

כלומר השורה התחתונה היא שחשוב להבדיל בין קשר פולרי בין שני אטומים למולקולה פולרית. ברגע שבמולקולה יש יותר מקשר אחד יכול להיות מצב שבו הקשר יהיה פולרי אך המולקולה

עצמה )כלומר סך כל הקשרים במולקולה( לא תהיה פולרית בגלל הסימטריות שלה.

סיכום ביניים

חומרים בהם כל האטומים זהים זה לזה. –יסודות כמה צורות של יסודות בטבע:

.יסודות מולקולרים סריג מתכתי.–מתכות יסודות אטומרים.–גזים אצילים

חומר המכיל לפחות שני יסודות שונים שהיחס ביניהם קבוע.תרכובות - .תרכובות יוניות.תרכובות מולקולריות

4

יסודות ותרכובות הם חומרים טהורים, כלומר כל היחידות של חומרים אלו הן זהות.

שני חומרים או יותר שאין ביניהם שום קשר כימי ובמקרה נמצאים באותו חלל. כל– תערובות חומר בתערובת שומר על התכונות שלו והוא לא עובר שינוי כימי.

אחידה בכל החלקים שלה. למשל מים וסוכר. –תערובת הומוגנית לא אחידה בכל החלקים שלה. למשל מים ושמן.–תערובת הטרוגנית

מולקולריים – קשרים בין

מולקולריים נבחנים רק בחומרים מולקולרים. למה?–קשר בין מולקולה למולקולה. קשרין בין בסריגים יונים ומתכתיים מוצקים הקשרים בין האטומים חזקים מאוד ואין על מה לדבר שם, אך

מה שיקבע את מצב הצבירה של חומרבחומרים מולקולרים יש קשת רחבה של מצבי צבירה. ככל שהקשרים יהיו חזקים מולקולרים. – מולקולרי בטמפרטורת החדר הוא חוזק הקשרים הבין

יותר החומר בטמפרטורת החדר יתקרב למצב צבירה מוצק.

מולקולרי?–מה משפיע על חוזק הקשר הבין ככל שהמסה יותר גדולה הקשרים הבין-מולקוליים חזקים יותר.–המסה של היסוד ככל שהקוטביות גדולה יותר הקשרים הבין-מולקולרים חזקים יותר. –קוטביות

. 26 – 21ש.ב.: תרגילים

5