( ) ρ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Rozkład ładunku i momenty dipolowe cząsteczek. woda H 2 O. aceton (CH 3 ) 2 CO

Podobne dokumenty
Wykład z Chemii Ogólnej

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Orbitale typu σ i typu π

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE. dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Elementy teorii powierzchni metali

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE SOLE PODWÓJNE

Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

Zasady obsadzania poziomów

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

Stany skupienia materii

Atomy wieloelektronowe

Nazwy pierwiastków: ...

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas II LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością.

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas I LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

Atomy wieloelektronowe i cząsteczki

Wykład z Chemii Ogólnej

Wiązania kowalencyjne

Wykład przygotowany w oparciu o podręczniki:

Kompleksy. Stała (nie)trwałości kompleksu (jonu kompleksowego) K 2 [HgI 4 ] 2K + + [HgI 4 ] 2- Budowa związku kompleksowego ... [HgI4] ...

CZ STECZKA. Do opisu wi za chemicznych stosuje si najcz ciej jedn z dwóch metod (teorii): metoda wi za walencyjnych (VB)

Wykład 5: Cząsteczki dwuatomowe

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Oddzia lywania miedzycz. jony molekularne lub atomy. edzy A i B:

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

Spis treści. Metoda VSEPR. Reguły określania struktury cząsteczek. Ustalanie struktury przestrzennej

Inżynieria Biomedyczna. Wykład XII

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Konfiguracja elektronowa atomu

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

3. Cząsteczki i wiązania

ZWIĄZKI METALI PRZEJŚCIOWYCH. Jak powstaje jon kompleksowy? K 3 FeF 6 3K + + (FeF 6 ) 3-

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

3. Cząsteczki i wiązania

Wykład 9 Wprowadzenie do krystalochemii

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Chemia Nieorganiczna II (3.3.PBN.CHE109), konwersatorium Chemia, I stopień, III r., semestr 5. Lista 1.

Woda. Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?

Elektronowa struktura atomu

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

BARWY W CHEMII Dr Emilia Obijalska Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej UŁ

2. WIĄZANIA CHEMICZNE, BUDOWA CZĄSTECZEK. Irena Zubel Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska (na prawach rękopisu)

Związki kompleksowe pigmenty i barwniki co to są związki kompleksowe? jaka jest ich budowa? skąd się bierze kolor?

Związki kompleksowe. pigmenty i barwniki. co to są związki kompleksowe? jaka jest ich budowa? skąd się bierze kolor? Pierwiastki

Ligand to cząsteczka albo jon, który związany jest z jonem albo atomem centralnym.

BARWY W CHEMII Dr Emilia Obijalska Katedra Chemii Organicznej i Stosowanej UŁ

1. Budowa atomu. Układ okresowy pierwiastków chemicznych

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Teoria VSEPR. Jak przewidywac strukturę cząsteczki?

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

WARSZTATY olimpijskie. Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna Kinetyka

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

Większość metali bloku d wykazuje tendencje do tworzenia związków kompleksowych.

Zadanie 2. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach

Geometria cząsteczek wieloatomowych. Hybrydyzacja orbitali atomowych.

Chemia I Semestr I (1 )

Podstawy chemii. dr hab. Wacław Makowski. Wykład 1: Wprowadzenie

4. Związki kompleksowe.

Wewnętrzna budowa materii

Odp.: F e /F g = 1 2,

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i wykład XIII - XIV Zakład Biofizyki

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

Zadanie 1. (1 pkt). Informacja do zada 2. i 3. Zadanie 2. (1 pkt) { Zadania 2., 3. i 4 s dla poziomu rozszerzonego} zania zania Zadanie 3.

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

CHEMIA 1. Podział tlenków

Wewnętrzna budowa materii - zadania

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

Transkrypt:

Rozkład ładunku i momenty dipolowe cząsteczek W fizyce klasycznej moment dipolowy układu ładunków oblicza się tak: i i i ( ) ρ ( ) µ = q r lub µ = ρ x, y, z r dxdydz = x, y, z r dv W teorii kwantowej moment dipolowy przedstawia się analogicznie jako: ( ) ( ) ( ) ( ) µ = Ψ x, y, z e dxdydz = Ψ x, y, z exdv, Ψ x, y, z eydv, Ψ x, y, z ezdv, r µ=.76 D µ=1.84 D aceton (CH 3 ) CO woda H O momenty dipolowe i powierzchnie ekwipotencjalne

Energia dipola trwałego i indukowanego w polu elektrycznym Nierównomierny rozkład ładunków elektrycznych dodatnich i ujemnych w molekułach jest przyczyną ich wzajemnych oddziaływań, które nie zmieniając budowy elektronowej molekuł wnoszą dodatkowe składniki do energii układu takich molekuł. W ośrodkach skondensowanych (ciała stałe, ciecze) występują oddziaływania między pobliskimi molekułami wynikające z: (1) pola elektrycznego wytwarzanego przez nierównomierny rozkład ładunków elektrycznych w molekułach, () ładunków jonów oraz momentów dipolowych (kwadrupolowych...) molekuł. Nierównomierny rozkład ładunku elektrycznego w cząsteczce można w przybliżeniu uwzględnić przypisując jej własności dipolowe i trwały moment dipolowy µ 0. Energia takiego układu ładunków w polu elektrycznym o natężeniu E jest: Udip = µ 0 E = µ 0E cosθ θ kąt między µ 0 i E. Przestrzenny rozkład ładunków elektrycznych w cząsteczce reaguje na pole elektryczne; ujemne ładunki elektronów i dodatnie ładunki jąder atomowych przemieszczają się w przeciwnych kierunkach. Rezultatem tych przesunięć jest indukowany moment dipolowy, proporcjonalny do natężenia pola elektrycznego: µ = α E α - polaryzowalność cząsteczki. ind Indukowany moment dipolowy dodaje się do trwałego momentu dipolowego. Wytworzenie dipola indukowanego wymaga wykonania pracy. Można ją obliczyć biorąc pod uwagę, że w miarę wzrostu natężenia pola elektrycznego E każdy kolejny przyrost momentu dipolowego dµ odbywa się w coraz silniejszym polu elektrycznym, więc sumaryczna praca wyrazi się jako całka: E E E 1 Wind = E dµ = E de = E de = E 0 0 0 ( α ) α α Praca utworzenia dipola indukowanego oraz energia dipola trwałego w polu elektrycznym stanowią łącznie energię dipolowej i polaryzowalnej molekuły w polu elektrycznym: 1 U = µ 0 E αe

Oddziaływania międzycząsteczkowe długozasięgowe niespecyficzne roztwory (solwatacja), makrocząsteczki jonowe jon-jon 1 Z1Ze U = 4πε 0ε R 1 Zeµ U = cosθ 4πε ε R jon-dipol trwały: 0 - - - - - - - - - Jon w rozpuszczalniku Energię oddziaływania jonu o promieniu a i ładunku Ze znajdującego się w dielektryku o przenikalności ε, wynikającą z polaryzacji dielektryka, można obliczyć traktując rozpuszczalnik jako ośrodek ciągły. Energię tę wyraża wzór Borna: U solw Z e 1 = k 1 a ε Wzór ten pozwala obliczyć przybliżone wartości energii solwatacji jonów.

roztwory, kryształy molekularne dipolowe φ θ a R θ b 1 4πε µ µ 3 R a b dipol trwały dipol trwały U = ( cosθa cosθb sinθa sinθb cosϕ ) 0 dipol trwały - dipol indukowany (indukcyjne) 1 1 µ = α E, E U = α E 3 r dyspersyjne oddziaływanie polegające na korelacji chwilowych momentów dipolowych molekuł U = 3 1 I a I b 4πε 0 I a I b αaαb 6 R Energie solwatacji Oddziaływania jonów oraz momentów dipolowych rozpuszczonych molekuł decydują o przebiegu i energetyce procesów rozpuszczania, krystalizacji i agregacji oraz o szybkości i stanie równowagi reakcji chemicznych w roztworach. Typowe wartości energii solwatacji podaje poniższa tabela. Substancja entalpia hydratacji (kcal/mol) metan -3, etan -4,1 chlorek metylu -5,7 bromek metylu -6,4 jodek metylu -6,5 metanol -11 etanol -13 Li -13 Na -106 K -96 Mg -478 Ca -398 Cl - -79 J - -6

krótkozasięgowe specyficznie zależne od struktury elektronowej cząsteczek barwne związki kompleksowe w roztworach oraz krystaliczne wiązanie koordynacyjne wolne pary elektronowe skierowane w stronę atomu metalu, słabe wiązanie kowalencyjne z udziałem jednego z tych elektronów; Przykład: związki kompleksowe metali przejściowych ligandy jon centralny kompleks oktaedryczny kompleks tetraedryczny Kompleksy metali przejściowych: [Ti(H O) 6 ] 3 [Ni(H O) 6 ], [Cu(NH 3 ) 4 (H O) ] Na[Al(OH) 4 ] [Fe(CN) 6 ] 3- [Fe(CN) 6 ] 4- ligand: jon cyjankowy [:C N:] dysocjacja: K [PtCl 6 ] K [PtCl 6 ], CuSO 4 6H O [Cu(H O) 6 ] SO 4 Siarczan miedzi w uwodnionym krysztale CuSO 4 5H O lub zdysocjowany w wodzie jako [Cu(H O) 6 ] jest niebieski, zaś bezwodny CuSO 4 jest bezbarwny. Pod wpływem ligandów zdegenerowane orbitale d jonu centralnego rozszczepiają się na grupy o różnych wartościach energii, a przejścia elektronowe zachodzą między tymi grupami stanów. Rozszczepienie orbitali d jest tak duże, że energia przejść elektronowych między nimi przypada w widzialnej części widma (fotony: -3 ev).

Wiązania takie tworzą jony metali przejściowych IV okresu: Ti 3, V 3, Cr 3, Cr, Mn, Fe 3, Fe, Co, Ni, Cu, a także V (Zr, Mo, Ru ) i VI (Os, Ir, Pt ) okresu. Jony metali przejściowych IV okresu (Z = 1-30 ; Sc, Ti, V,... Cu, Zn) Z Liczba elektr. d niespar. elektr. d jon barwa 19-0 0 K, Ca, Sc 3, Ti 4 bezbarwne 1 1 Ti 3 róż-fiolet 3 V 3 zielona 4 3 3 Cr 3 fioletowa 4 4 4 Cr niebieska 5, 6 5 5 Mn, Fe 3 róż, fiolet 6 6 4 Fe zielona 7 7 3 Co różowa 8 8 Ni zielona 9 9 1 Cu niebieska 9, 30 10 0 Cu, Zn bezbarwne Wiązania koordynacyjne mają duże znaczenie w biochemii żywych organizmów. D A D A kompleks z przeniesieniem ładunku (CT) (zmiany w strukturze obu cząsteczek; oddziaływanie: wymienne elektrostatyczne) Słabo związany kompleks molekuł, w którego elektronowych stanach podstawowym i wzbudzonym występuje częściowe przeniesienie elektronu między molekułami, tj. znaczny udział struktur jonowych: D i A -.

woda, lód, białko, DNA wiązanie wodorowe R 1 -X-H Y-R atomy elektroujemne Atom X odciąga elektrony z atomu H, atom Y ma wolną parę elektronową Odległość X-Y :.5-3 Å Typowe grupy tworzące wiązania wodorowe: N H O H N H H N N C O O H Najprostsze objaśnienie: elektrostatyczne X δ ---H δ :Y Pełny opis HB wymaga rozważenia udziału różnych struktur, np.: ---O---H O= ---O H O= ---O ---H O--- 1 walencyjna jonowa 3 z przeniesieniem ładunku Funkcja falowa: ψ = c 1 ψ 1 c ψ c 3 ψ 3 Przykład - energia wiązania wodorowego w lodzie: (typowa energia wiązań chem. = 70-150 kcal/mol; 1 kcal/mol = 0.043 ev) Energia oddziaływań elektrostatycznych 6 kcal/mol Energia oddziaływań dyspersyjnych 3 kcal/mol Energia delokalizacji (oddz. wymiennych) 8 kcal/mol Energia odpychania walencyjnego 8,4 kcal/mol ---------------------------------------- Razem 8,6 kcal/mol

Wiązanie wodorowe - przykłady Wolne pary elektronowe mają szeroki rozkład kątowy Kierunkowość wiązań wodorowych w strukturach krystalicznych substancji zawierających grupy ketonowe, eterowe, estrowe, epoksydowe. P. Murray-Rust, J.P. Glusker - JACS 106 (1984) 1018-105 Cambridge Cryst. Data File Kółka pokazują położenie atomów będących donorami wodoru w wiązaniach wodorowych. Ich rozkłady przestrzenne względem atomu tlenu (czarna kropka) posiadającego wolne pary elektronowe są tu pokazane w dwu prostopadłych płaszczyznach na sąsiadujących rysunkach.

Wiązania wodorowe a struktura wody W ciekłej wodzie tworzą się krótkotrwałe struktury pierścieniowe złożone z kilku (6) molekuł wody. Stanowią one podstawowy motyw struktury lodu I istniejącego w warunkach zbliżonych do normalnych. W warunkach wysokiego ciśnienia i w niskich temperaturach struktura pierścieni ulega zmianie zaś atomy wodoru są w mniejszym stopniu dzielone pomiędzy różne pierścienie molekuł. Wiązania wodorowe w strukturze białek HO NH HO O N HO NH O N O NH N H O NH N H Uwaga: wiązania C=O HN wzdłuż osi helisy nadają białku elektryczny moment dipolowy 3 10 helisa α helisa π helisa

Wiązania wodorowe w strukturze DNA A ---- T G ---- C G ---- C B-DNA Wiązania koordynacyjne w molekułach biologicznych Hem Struktura hemu i jego otoczenia w oksymioglobinie Dlaczego cząsteczka tlenu jest ukośna względem hemu i histydyny dystalnej?

Energie wiązań kowalencyjnych i oddziaływań molekularnych Ile wynosi kt w temperaturze 5 ºC?