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.