John Dalton Amadeo Avogadro

Podobné dokumenty
Chemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro

Opakování

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe


Periodická soustava prvků

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal.

02 Nevazebné interakce

Nekovalentní interakce

Nekovalentní interakce

Mezimolekulové interakce

Molekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách

Vazby v pevných látkách

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

CHEMICKÁ VAZBA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Periodická soustava prvků

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Periodická tabulka prvků

Překryv orbitalů. Vznik vazby překryvem orbitalů na dvou různých atomech A, B Obsazeno dvojicí elektronů Ψ = Ψ A Ψ Β

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Od kvantové mechaniky k chemii

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Periodická soustava prvků Prvky známé od nepaměti: Au, Ag, Fe, S, C, Zn, Cu, Sn, Pb, Hg, Bi P první objevený prvek, Hennig Brand (1669) Lavoisier

Struktura Molekul a Chemická Vazba

Teorie Molekulových Orbitalů (MO)

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Orbitaly ve víceelektronových atomech

3) Vazba a struktura. Na zaslal(a): Lenka

Ch - Elektronegativita, chemická vazba

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

Born-Oppenheimerova aproximace

Valenční elektrony a chemická vazba

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.

Periodický systém víceelektronové systémy elektronová konfigurace periodický systém periodicita fyzikálních a chemických vlastností

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

Chemická vazba. Důvody pro vazbu = menší energie atomů ve vázaném stavu než energie jednotlivých oddělených atomů

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: CHEMIE PRVNÍ Mgr. Tomáš MAŇÁK 15. června Název zpracovaného celku: CHEMICKÁ VAZBA

Molekulární krystal vazebné poměry. Bohumil Kratochvíl

Periodický systém víceelektronové systémy elektronová konfigurace periodický systém periodicita fyzikálních a chemických vlastností

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Orbitaly, VSEPR 1 / 18

Symetrie Platonovská tělesa

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

Orbitaly, VSEPR. Zdeněk Moravec, 16. listopadu / 21

ATOM VODÍKU MODEL : STOJÍCÍ BODOVÉ JÁDRO A ELEKTRON VZÁJEMNĚ ELEKTROSTATICKY INTERAGUJÍCÍ SCHRÖDINGEROVA ROVNICE PRO PŘÍPAD POTENCIÁLNÍ ENERGIE.

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

Symetrie Platonovská tělesa

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Tvary víceatomových molekul. Nevazebné mezimolekulové interakce

Atomové a molekulové orbitaly Ion molekuly vodíku. Molekula vodíku Heitler-Londonovou metodou. Metoda LCAO. Báze atomových orbitalů.

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í CHEMICKÁ VAZBA

1. 5 I N T E R A K C E A T O MŮ

Struktura elektronového obalu

Víceatomové molekuly s jedním centrálním atomem

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_09_Ch_OB Ročník: I. Vzdělávací oblast: Přírodovědné

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

17 Vlastnosti molekul

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Fyzika IV. -ezv -e(z-zv) kov: valenční elektrony vodivostní elektrony. Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Geochemie endogenních procesů 1. část

Metodika pro učitele Chemická vazba pro ZŠ (teoretické cvičení s tablety)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Struktura atomů a molekul

Absorpční fotometrie

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Molekuly 2. Víceatomové molekuly s jedním centrálním atomem. Hybridizace. Hybridizace sp 3. Hybridizace

Stavba hmoty. Atomová teorie Korpuskulární model látky - chemické

anorganických sloučenin Iontové rovnice MUDr.Jan Pláteník, PhD Stavba hmoty: Atom Molekula Ion Sloučenina

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

13 Elektronová struktura molekul

Koordinační sloučeniny. Koordinační sloučeniny, dativní vazba, ligandy, názvosloví, tvary komplexů, teorie ligandového pole

7. Elektrický proud v polovodičích

Metodika pro učitele Chemická vazba pro SŠ (teoretické cvičení s tablety)

Chemické výpočty. výpočty ze sloučenin

anorganických sloučenin Iontové rovnice MUDr. Jan Pláteník, PhD. Stavba hmoty: Atom Molekula Ion Sloučenina

Transkript:

Spojením atomů vznikají molekuly... John Dalton 1766 1844 Amadeo Avogadro 1776 1856

Výpočet molekuly 2, metoda valenční vazby Walter eitler 1904 1981 Fritz W. London 1900 1954 Teorie molekulových orbitalů Friedrich und 1896 1997 Robert S. Mulliken 1896 1986 ybridizace, pojem elektronegativity Linus C. Pauling 1901 1994

Ionizační potenciál a elektronová afinita Ionizační potenciál E i : Nejnižší energie potřebná k odtržení nejslaběji vázaného elektronu z atomu X a vytvoření kationtu X + : 12 X X + + e (n-tý ionizační potenciál: X +n 1 X +n + e ) E i,n (Cl) (MJ mol-1 ) 8 4 0 1 2 3 4 5 6 7 n Elektronová afinita E a : Energie uvolněná při zachycení elektronu atomem a vzniku aniontu X : X + e X

Ionizační potenciály atomů e Ne E i (ev) Ar Kr Xe Rn Li Na K Rb Cs Fr Z Ionizační potenciál roste s počtem elektronů ve valenční vrstvě maxima odpovídají vzácným plynům, minima alkalickým kovům. Atomy s nízkým ionizačním potenciálem mají tendenci vytvářet stabilní kationty.

Elektronové afinity atomů E a (kj mol -1 ) F Cl Br I At Z Elektronová afinita roste s počtem elektronů ve valenční vrstvě maxima odpovídají halogenům. Atomy s vysokou elektronovou afinitou mají tendenci vytvářet stabilní anionty.

Iontová vazba Elektrostatická interakce mezi záporně nabitým aniontem a kladně nabitým kationtem Cl: [Ne] 3s 2 3p 5 Na: [Ne] 3s 1 Cl : [Ne] 3s 2 3p 6 = [Ar] Na + : [Ne] křivka potenciální energie soustavy Na + a Cl - krystalová mřížka NaCl repulze elektronů (protivazebný překryv orbitalů) V (ev) rovnovážná délka vazby r(nacl) = 0,24 nm r Na-Cl (Å) atrakce iontů disociační energie molekuly NaCl: E d (NaCl) = 4,2 ev

Kovalentní vazba Kovalentní vazba je založena na sdílení vazebného elektronového páru oběma atomy, lze ji popsat jen pomocí kvantové teorie. Vlnová funkce molekuly: Ψ(r 1, r 2,... r k, R 1, R 2,..., R n ) r 1, r 2,... r k souřadnice elektronů R 1, R 2,..., R n souřadnice jader Bornova-Oppenheimerova aproximace: Jádra jsou mnohem těžší než elektrony, a pohybují se tudíž mnohem pomaleji, lze je považovat za nehybná a řešit SVR jen pro pohyb elektronů při pevně daných souřadnicích R 1, R 2,..., R n. Tím se získá závislost potenciální energie molekuly na souřadnicích jader V j (R 1, R 2,..., R n ), tzv. hyperplocha potenciální energie. Přesně řešitelný v rámci Bornovy-Oppenheimerovy aproximace je pouze ion 2 +, který obsahuje jediný elektron. U víceelektronových molekul je nutné řešit pohyb jednoho elektronu ve zprůměrovaném poli ostatních elektronů podobně jako u vícelektronových atomů. Molekulové orbitaly se popisují jako lineární kombinace atomových orbitalů: Φ MO n c i i= 1 ( r ) = ψ ( r ) i

Molekulové orbitaly dvouatomových molekul l= 0,1,2,... σ,π,δ, 1σ n l Kombinací dvou AO vzniknou 2 MO, vazebný a protivazebný (*) Obsazení vazebných orbitalů vede k přitažlivé interakci mezi jádry, obsazení protivazebných k odpudivé. Korelační diagram: molekula 2 E 1σ* 1s 1s 1σ* = 1s A 1s B 1σ 1σ = 1s A + 1s B Protivazebné orbitaly mají mezi středy obou jader uzlovou plochu (nulová hustota pravděpodobnosti, změna znaménka vlnové funkce).

Křivka potenciální energie pro základní stav molekuly 2 (1σ 2 ) repulze E (kj mol -1 ) disociační energie atrakce délka vazby r - (pm)

Molekulové orbitaly σ z a π x,y p z σ z * σ z U orbitalů π je na spojnici středů jader nulová elektronová hustota. p x (p y ) π x * (π y *) π x (π y )

Korelační diagramy F Molekula F 2 F Li Molekula LiF F 2σ z * 2σ x *, 2σ y * 2σ z * 2p x, 2p y, 2p z 2p x, 2p y, 2p z 2s 2p x, 2p y 2p x, 2p y, 2p z 2σ x, 2σ y 2σ z 2s 2σ s * 2s 2σ z 2s 2s 2σ s

Koordinačně-kovalentní (dativní) vazba Kovalentní vazba mezi mezi donorem elektronového páru a akceptorem: _ N + + N + oktaedrický komplex [Co(N 3 ) 6 ] 3+ orbitaly Co 3+ 4p M-L protivazebné orbitaly 4s Koordinační (komplexní) sloučeniny přechodných kovů: ligandy s volnými elektronovými páry ( 2 O, N 3, CN, Cl, atd.) (donory) tvoří vazbu s centrálním iontem přechodného kovu s neobsazenými d orbitaly (akceptor): [Co(N 3 ) 6 ] 3+, [AuCl 4 ]. 3d orbitaly ligandu M-L vazebné orbitaly

Polarizace vazby Posun elektronové hustoty směrem k elektronegativnějšímu vazebnému partnerovi: vznik parciálních nábojů +δ, δ v důsledku deficitu resp. přebytku elektronové hustoty v okolí jader +δ δ Cl Polární kovalentní vazba představuje přechod mezi nepolární kovalentní vazbou a iontovou vazbou. Polarizace molekul vlivem vnějšího elektrického pole 1) dislokace jader (deformační polarizace) a elektronů (elektronová polarizace) 2) orientační polarizace (orientace molekuly ve směru vnějšího elektrického pole) E + +

Elektronegativita Elektronegativita veličina vyjadřující schopnost atomu přitahovat elektrony Paulingova elektronegativita { E (AB)} { E (AA)} + { E (BB} d ev d ev χp( A) χp(b) = d ev 2 Referenční hodnota χ P () = 2,10 E d (AA), E d (BB), E d (AB): disociační energie vazeb A A, B B a A B Mullikenova elektronegativita χ M = E i (A) + E a (A) Korelace mezi Paulingovou a Mullikenovou elektronegativitou: χ P = 1,97.10 3 {χ M } kj/mol + 0,19 χ P (Fr) = 0,70 χ P () = 2,10 χ P (F) = 3,98 iontovost vazby: 2 i = 1 exp[ 0,21( χa χ B ) ] i=0,5 pro χ A χ B = 1,82

Elektrický dipól Elektrický dipól molekuly a) permanentní nerovnoměrné rozložení nábojové hustoty je dáno elektronovou strukturou b) indukovaný nerovnoměrné rozložení nábojové hustoty vzniká působením vnějšího elektrického pole Elektrický dipólový moment n n p = qiri qi = 0 i= 1 i= 1 pro dvojici nábojů p = q r r ) = qr ( 1 2 potenciál dipólového pole 1 pr ϕ ( r ) = 3 4πε r 0 +q q R Indukovaný el. dipólový moment p = αe α polarizovatelnost E intenzita elektrického pole

Vazba v pevných látkách Interakce velkého počtu atomů v krystalu vede k velkému množství elektronových hladin, které splývají v pásy. Krystaly: a) kovalentní: atomy v mřížce spojené kovalentními vazbami, krystal je jedna velká molekula (např. diamant) b) iontové: mřížka tvořena elektrostaticky interagujícími ionty (např. NaCl) c) molekulové: mřížka tvořena molekulami interagujícími slabými mezimolekulovými silami (např. 2 O) Zvláštním druhem kovalentního krystalu je kovový krystal, v němž jsou valenční elektrony delokalizovány a mohou se po krystalu volně pohybovat.

Slabé vazebné interakce Slabé vazebné interakce = mezimolekulové interakce Mezimolekulové interakce způsobují soudržnost kapalin a molekulových krystalů, mají zásadní vliv na strukturu a funkci živých soustav (sekundární a terciární strukura proteinů, fosfolipidová dvojvrstva apod.) Výměnné interakce: protivazebný překryv orbitalů, odpudivá (repulzivní) interakce, exponenciální pokles s rostoucí vzdáleností těžišť molekul r Disperzní interakce (Londonovy disperzní síly): přitažlivé interakce mezi fluktuujícími dipólovými momenty vyvolanými pohybem elektronů lze popsat a vysvětlit jen pomocí kvantové mechaniky, pokles s r 6 Elektrostatické interakce: interakce mezi permanentními a indukovanými dipólovými momenty. Závisí na vzájemné orientaci molekul, interakce dipól-dipól a dipól-indukovaný dipól zprůměrované přes všechny prostorové orientace molekul jsou přitažlivá a klesají s r 6. Vodíkové můstky (vodíkové vazby): velmi silné dipól-dipólové interakce, donorakceptorové vazby mezi 1s orbitalem vodíku vázaným na silně elektronegativní atom na jedné molekule a nevazebným elektronovým párem na druhé molekule

Vodíkové můstky T v ( C) Teploty varu sloučenin prvků VI. skupiny s vodíkem ( 2 X): 2 O má o 173 vyšší bod varu než by měla mít podle extrapolace závislosti na A r (X) 120 80 40 0-40 2 O (T v = 100 C) T teor = 74 C) v 2 S 2 Se -80 0 20 40 60 80 100 120 140 A r (X) r( ) ~ 160 200 pm E d ( ) ~ 5 30 kj mol -1 2 Te O snižuje elektronovou hustotu kolem jádra, které interaguje s nevazebným elektronovým párem O na sousední molekule 2 O δ O +δ O Vodíkové můstky tvoří sloučeniny, v nichž je vodík vázán na nejelektronegativnější atomy (F, O, N). N N +δ O Párování bází DNA guanin O N N cytosin N N O N

ydrofobní efekt Micelizace povrchově aktivních látek (surfaktantů) palmitan sodný O Na+ O Příčinou vzniku micely není přitažlivá interakce mezi nepolárními alifatickými řetězci. Alifatické řetězce obklopené molekulami vody narušují síť vodíkových můstků, systém se stabilizuje tím, že se sníží kontakt mezi alifatickými řetězci a molekulami vody. 3 C