Molekulide teke keemiline side fotokeemilised protsessid
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 46

Molekulide teke KEEMILINE SIDE FOTOKEEMILISED PROTSESSID PowerPoint PPT Presentation


  • 250 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Molekulide teke KEEMILINE SIDE FOTOKEEMILISED PROTSESSID. Loeng 5 - 6 Keskkonnakeemia alused 16 .03.0 7, 23 .03.0 7. L ihtaine d ja k eemili s e d elemen did.

Download Presentation

Molekulide teke KEEMILINE SIDE FOTOKEEMILISED PROTSESSID

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Molekulide teke keemiline side fotokeemilised protsessid

Molekulide tekeKEEMILINE SIDE FOTOKEEMILISED PROTSESSID

Loeng 5 - 6

Keskkonnakeemia alused

16.03.07, 23.03.07


L ihtaine d ja k eemili s e d elemen did

Lihtainedja keemilised elemendid

Lihtaine koosneb ühe ja ainult ühe keemilise elemendi aatomitest (liitaine koosneb mitme erineva keemilise elemendi aatomitest).Teemant, seatina…

Lihtainet iseloomustavad makro-omadused: tihedus, lahustuvus, sulamistemperatuur, keemistemperatuur jne.

Keemilist elementi iseloomustavadmikro-omadused: tema aatomi ehitus, so tuumalaeng, isotoopkoosseis, oksüdatsiooniaste, elektronegatiivsus, ionisatsioonipotentsiaal, raadius jne.


Keemiliste elementide olekud gaas vedel tahke

Keemiliste elementide olekud (gaas, vedel, tahke)

~116 teadaolevast keemilisest elemendistnormaaltingimustes (25 C ja 1 atm) gaasilises olekus11 elementi:

8-nda rühma elemendid, väärisgaasid (He, Ne, Ar, Kr, Xe,Rn) jamolekulaarsed gaasid H2, N2, O2, F2,Cl2.

2 elementi on vedelas olekus:Hg ja Br 2.

Ülejäänud on tahkes olekus, kui üldse esinevad ehedalt looduses (Au, Ag, Pd, Cu, S).


Molekulide teke

MOLEKULIDE TEKE

….aatomitest viib süsteemi energia vähenemisele.

Molekulid on normaaltingimustel (toatemperatuuril ja rõhul ~1 atm=105 kPa) reeglina stabiilsemad kui aatomid.

Õpetus aatomite ehitusest on aluseks molekulide tekke mehanismidele ja selgitab keemilise sideme olemust.

Aatomiteväliselektronkihis on 1 kuni 8 elektroni.

Maksimaalse(8) elektronide arvuga kiht on täitunud.

Täitunud kihti (8 e) iseloomustab väga suur stabiilsus, tugevus – OKTETI REEGEL.

VäärisgaasidelAr, Kr, Xe, Rnon väliskihis 8elektroni (ns2np6),He erandina 2 elektroni (s2).Teistel keemiliste elementide aatomitel on väliskihid täitumata (1-7) ja keemilisel vastasmõjul nad täituvad.


Keemiliste elementide elektronide jaotus

Keemiliste elementide elektronide jaotus

Kolme esimese perioodi elementide elektronkihid lihtsustatult:


Lewis i t pid

Lewis’i täpid

Keemiliste elementide väliskihi elektronide tähistus perioodilisuse tabelis


H 2 molekuli teke aatomitest

H2 molekuli teke aatomitest

Miks tekivad molekulid?

Miks ei esine looduses H, O, N, F, Cl, Br, J atomaarsetena?

Kilel: molekuli teke


Vesiniku molekuli teke i

Vesiniku molekuli teke (I)

H2molekuli potentsiaalse energia sõltuvus tuumadevahelisest kaugusest (UA arvestab ainult tõukejõude, US tõmbejõude ka)


Vesiniku molekuli teke ii

Vesiniku molekuli teke (II)

Lihtsustatud mudel


F 2 n 2 ja o 2 molekulide teke aatomitest

F2, N2 ja O2 molekulide teke aatomitest

Kilel molekulide teke (okteti - 8 elektroni väliskihis - reegel aluseks)

•: N ••lämmastikul on puudu 3 elektroni

•: O •'' hapnikul on puudu 2 elektroni

: F •'' flooril on puudu 1 elektron

Keemiline side teostub ühiste elektronpaaride kaudu

F2 ühekordne side, üks ühine paar elektrone

O2 kahekordne side, kaks ühist elektronpaari

N2 kolmekordne side, kolm ühist elektronpaari (tugevaim side reas N2 -O2 - F2)


H 2 o molekuli teke

H2O molekuli teke


Keemiline side keemia v ti

Keemiline side - keemia ‘võti’

Õpetus keemilisest sidemest on kaasaegse keemia tugisambaks, keskseks õpetuseks.

Molekulide teke aatomitest viib süsteemi energia vähenemisele.

Molekulid on reeglina stabiilsemad kui aatomid.

Keemiliste elementide aatomite täitumata (1-7) väliskihid täituvad keemilisel vastasmõjul.

Keemilise sideme tekke füüsikaliseks põhjusekson ühinevate aatomite valentselektonide kollektiviseerumine (ühistumine) molekulis.


Keemiline side ii

Keemiline side (II)

Keemiline side (KS) on jõud, mis hoiab kokku aatomeid molekulis.

KS teostub valentselektronide arvel erineval viisil

(Lewis’ sümbolid täppidena keemilise elemendi ümber näitavad valentselektronide arvu)

Tuntakse kovalentset, ioonset ja metallilist sidet

KStugevuse mõõduks on tema energia

KS energia - energia, mis on vajalik sideme katkemiseks

Keemilise sidema energiat mõõdetakse kilodžaulides ühe mooli aine kohta (kJ/mol).

Tavaliselt 200-650 kJ/mol(umbes 2-6 eV)

50-150 kkal/mol


Kovalentne keemiline side

Kovalentne keemiline side

Kovalentnekeemiline side teostubühiste elektronpaaride kaudu(kasmõlema aatomi valentselektronidest või ainult üks aatom annab vajaliku elektronpaari ühisorbitaalile; doonor-aktseptor side,kui ainult üks aatom annab elektronpaari).

Kovalentset KS iseloomustab tema pikkus, energia, küllastatus ja suunatus.

Keemiliselt on side seda tugevam, mida lühem on ta pikkus

(so 2 aatomi tuumade vaheline kaugus , tavaliselt 1-2 Å).

KSküllastatus on aatomite võime moodustada piiratud arv kovalentseid sidemeid.

KS suunatus määrab molekuli ruumilise struktuuri, st tema geomeetria.


Kovalentne side

Kovalentne side

Mittepolaarne kovalentne side teostub alati homeopolaarsetes, ühesugustest aatomitest koosnevates molekulides

Cl2 F2 N2 O2 (ka CO2, CH4,

Polaarne kovalentne side on iseloomulik hetero-nukleaarsetele molekulidele (koosnevad erinevate elementide aatomitest)

HF, H2O, NH3

Eripära – keemilist sidet moodustavate elektronide nihkumine molekuli elektronegatiivsema aatomi poole.


Elekt r onegatiivsused ja sideme t bid

Elektronegatiivsused ja sideme tüübid

EN-st sõltuvalt:


Polaarne kovalentne side

Polaarne kovalentne side

Näide: fluorvesinikhape


Mittepolaarne kovalentne side

Mittepolaarne kovalentne side

Näide:metaan CH4


Keemilise sideme energia suurus h driidide molekulides

Keemilise sideme energia suurus hüdriidide molekulides

Mõnede VII-IV rühmade elementide (Z) hüdriidid

Rühma Hüdriidi keemiline valem ja Z-H sidemeenergia, kJ/mol

number

VIIHFHClHBrHI

560426364293

VIH2OH2SH2SeH2Te

463347276238

VNH3PH3AsH3SbH3

380323281256

IVCH4SiH4GeH4SnH4

414320291258


Keemilise sideme pikkus elektronegatiivsuste vahe ja dipoolmoment

Keemilise sideme pikkus, elektronegatiivsuste vahe ja dipoolmoment

ÜhendSidemeEN vaheDipoolmoment,

pikkus, ÅD

HF0,921,91,82

HCl1,270,91,08

HBr1,410,70,82

HI1,610,40,44


Keemilise sideme energia pikkus ja konkreetsed n ited

Keemilise sideme energia, pikkus ja konkreetsed näited

Keemiline side,KS energia, KS pikkus, Å

soKSkJ/mol (eV)

H─H (H2)436 (4,5)0,74

O=O (O2)~495 (5,1)1,21

NN (N2)946 (9,8)1,09

Cl─Cl (Cl2)242 ( 2,5 )1,99

C─C247 (2,6)1,54

C=C682 (7,0)1,34

CC962 (9,9)1.20


Ioonne side

Ioonne side

Ioonne side tekib, kui väikese ionisatsioonipotentsiaaliga keemilise elemendi valentselektronid (väliskihi elektronid) lähevad üle elemendile, millel on suur elektronafiinsus. Seejuures ioonid omandavad inertse gaasi (1s2või ns2np6) või pseudoinertse gaasi (ns2np6nd10)elektronkonfiguratsiooni.

ns2np6 elektronkonfiguratsiooni stabiilsust defineeritakse kui okteti reeglit (eelviimasel kihil reeglina 8 elektroni)

Leelishalogeniidid (NaCl, KCl, NaBr, KI jne) on tüüpilised ioonse sidemega ühendid. Lewis’i punktid valents-elektronide tähisteks.


Keemilise sideme tekke n iteid

Keemilise sideme tekke näiteid

H2, Cl2 ja HCl molekulide teke ja keemilise sideme märgistus Lewis’täppide või kriipsuna


Ioonse sideme teke

Ioonse sideme teke

Näide:


Elementide elektronegatiivsuste vahe ja a b molekuli ioonsuse aste

Elementide elektronegatiivsuste vahe ja A-B molekuli ioonsuse aste

EN(A)-EN(B)Ioonsus, % EN(A)-EN(B) Ioonsus, %

0,211,636

0,331,738

0,451,840

0,571,942

0,6102,054

0,7122,167

0,8152,273

0,9172,376

1,0192,479

1,1222,582

1,2242,684

1,3 273,092

1,4303,296

1,5333,5100


Metalliline side

Metalliline side

…selgitab metallide füüsikalisi omadusi.

Metallidel on väliselektronkihis vähe elektrone –

kuueteistkümnel ainult 1, viiekümne kaheksal 2, neljal 3,

pallaadiumil (Pd) mitte ühtegi.

Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po ei ole tüüpilised metallid.

Element metall moodustab lihtaine metalli, millel on kristalne struktuur. Na aatomil (nagu teistel metallidelgi) on valentsorbitaalide ülejääk ja elektronide puudujääk. Valents elektron 3s1 võib asustada ühe 9-st vabast orbitaalist 3s (1), 3p (3) ja 3d (5). Kristallvõre tekkimisel aatomid lähenevad ja nende valentsorbitaalid kattuvad tänu millele on elektronid vabalt liikuvad ühelt orbitaalilt teisele... Tekib ‘elektrongaas’, keemiline side metallilistes kristallides on delokaliseeritud


Vesinikside

Vesinikside

Vesinikside on omapärane keemiline side.

Ta võib olla molekulidevaheline ja molekulisisene.

20-40 kJ/mol, 120-130 pm.

Molekulidevaheline vesinikside tekib molekulide vahel, mis koosnevad vesinikust ja suure elektronegatiivsusega keemilisest elemendist (fluor, hapnik, lämmastik, harvem kloor ja väävel).

Molekulisisene vesinikside tekib suurtes orgaanilistes molekulides, kui on erinevaid funktsionaalseid rühmi, milledes hapnik, lämmastik, väävel.


Vesinikside vees

Vesinikside vees


Vesinikside ii

VESINIKSIDE (II)

Vesiniksideme tugevus 1-2 kJ/mool kuni 40 kJ/mool, mis lähedane kovalentsele, nagu HF2−ioonil.

Tüüpilised sidemeenergia väärtused on:

O—H...:N (7 kcal/mol)

O—H...:O (5 kcal/mol)

N—H...:N (3 kcal/mol)

N—H...:O (2 kcal/mol)

Tüüpiline vesiniksidemepikkusvees on 197 pm (1.97 Å).


N h o ja n h n vesinikside

N—H...:O ja N—H...:Nvesinikside

…teostub orgaaniliste molekulide vahel


Molekulid gaasilise olekus toatemperatuuril rt

Molekulid gaasilise olekus toatemperatuuril (RT)

Peavad vastama teatud tingimustele:

  • Mittemetallide kovalentsed ühendid H2, N2, O2, CO2, CO, N2O, NO, NO2 jne CH4, NH3, HCN

    2) Väikese molekulmassiga reeglina(erandiks SF6, CF2Cl2 jne)


Fotokeemilised protsessid i

Fotokeemilised protsessid (I)

Fotokeemia on teadus keemilistest protsessidest, ilmnevad pärast molekulide elektronergastust elektromagneetilise kiirgusega, so ergastatud osakestekeemia

Elektromagnetiline kiirgus koosneb footonitest, milledel on teatud sagedusv ja energiaE

E = hv

h – Plancki konstant = 6,6262.10-34J.s/footon

c- valguse kiirus = 3x108 m/s

c = /T = v v = c/ (1/T = v)

E = hc/ 


Fotokeemilised protsessid ii

Fotokeemilised protsessid (II)

Keemias käsitletakse aineid moolidena

1 mool sisaldab Avogadro arv NA molekule

NA = 6,02.1023 molekuli

E = NAhv = NAhc/ (v = c/ ) c-valguse kiirus

E = 119625/ (E - kJ/mool;  -nm)

E = 1239,8/ (E - eV;  -nm)

Fotokeemikud kasutavad osakeste elektronseisundite kirjeldamiseks spektroskoopia keelt


Molekulide elektronseisundid elektron v nke ja p rlemisseisundite muutused

Molekulide elektronseisundidElektron-,võnke- ja pöörlemisseisundite muutused


Elektromagnetkiirguse emk spekter

Elektromagnetkiirguse (EMK) spekter


Emk olulised piirkonnad fotokeemias

EMK olulised piirkonnad fotokeemias

Ultravioletne kiirgus lainepikkusega 100–400 nm

Nähtav valgus lainepikkusega 400–700 nm

Lähis-infrapunane lainepikkusega 700–1000 nm

EMK - elektromagnetkiirgus


P ikese spekter

Päikese spekter

Infrapunane (IP) kiirgus sagedusega 1012 ja 1014 Hz sunnib molekule kiiremini võnkuma, mis omakorda tõstab temperatuuri(> 800 nm)

Nähtav valgus on suurema energiaga (sagedus ~1014 Hz) ja võib ergastada mõnede keemiliste sidemete elektrone. Nähtav valgus annab energiat taimede lehtede klorofüllisse fotosünteesiks

UV kiirguse footonid on veel suurema energiaga (sagedus 1014 kuni 1016 Hz) ja nad võivad lõhkuda lihtsamaid kovalentseid sidemeid( < 400 nm). Tulemuseks võib olla elusrakkude häving.

Lähi-UV  = 400-200 nm;Vaakum-UV  = 200-100 nm

Kauge-UV = 100 –10 nm

X-, gammakiired, galaktikast kosmilised kiired  < 10 nm (ioniseeriv kiirgus)


P ikese energia neelajad

Päikese-energia neelajad

Atmosfäär neelab lühilainelist (suure energiaga) kiirgust

O2 < 200 nm

H2O < 180 nm

CO2 < 165 nm

N2, H2 < 100 nm

Fotokeemilist aktiivne on pikemalainelisem kiirgus.

Troposfääri fotokeemias domineerivad O3, NO2, SO2 ja HCHO (metanaal e formaldehüüd) neelavad lähis-UV (200-400 nm) kiirgust

Maapinna lähedale jõuab kiirgus  > 300 nm (~400 kJ/mool),  ~ 500 nm (~240 kJ/mool) maksimumis (klorofülli süntees)

(osoon neelab  < 290 nm)


Uv kiirguse jaotus ja m ju

UV kiirguse jaotus ja (mõju)

Kauge UV 100<  <200 nm (O2 diss-n)

Keskmine UV

ehk UV-C200<  <280 nm (O3 diss-n)

UV-B280<  <320 nm (biosfäärile)

UV-A320<  <400 nm (nahale)


Fotokeemia seadused ja p him tted r eeglid

Fotokeemia seadused ja põhimõtted (reeglid)

  • Ainult see osa kogu pealelangevast kiirgusest, mida molekul absorbeerib (st neelab) on efektiivne järgneva fotokeemilise ahela initsieerimiseks (algatamiseks)

  • Iga neeldunud footon energiaga E=hv aktiveerib ainult üht molekuli ja on ühe fotokeemilise ahela algataja

  • Iga neeldunud footon annab ainult ühe kindla võimaluse täita madalaimat singletset ja tripletset ergastatud olekut

  • Fotokeemilises protsessis on reeglina oluline vaid madalaim ergastatud energeetiline nivoo


Valguskvant fotof sikalised protsessid

Valguskvant, fotofüüsikalisedprotsessid

Valguskvant ehk footon on kindla energiaga E, sõltuvalt valguse sagedusest ehk lainepikkusest:

E = hv

v on sagedus

h on Plancki konstant 6,626 10-34 J.s = ….. kJ.s

Valguskvandi neeldumine molekuli AB poolt on esmaseks aktiks

AB + hv  AB*

ja edaspidised protsessid

  • Fotofüüsikalised

    AB* + CD  AB + CD* energia ülekanne

    AB* + M  AB + M füüsikaline kustumine

    AB*  AB + hv1luminestsents

    (2) Fotokeemilised


Fotof sikaline protsess

Fotofüüsikaline protsess

Molekuli põhiolek ja ergastamine


Fotokeemilised reaktsioonid ldist

Fotokeemilised reaktsioonid (üldist)

Valguskvandi hvneeldumine molekuli AB poolt on esmaseks aktiks

AB + hv  AB*

AB*  A + Bdissotsiatsioon

AB* + C  AC + B asendusreaktsioon

AB*  AB+ + eionisatsioon

1 mooli ergastamiseks vajalik energia oleksE = NAhv =NAhc/

( c on valguse kiirus c = v  c = 3,0x108 m/s)

E = 119627/  kJ/mool

Fotokeemiliselt aktiivne kiirgus on lainepikkusega200 - 600 nm,

mis vastab energiatele piirkonnas600 – 200kJ/mol


L mmastik

LÄMMASTIK

Õhus on lämmastik molekulaarsena N2, molekulmass on 28.

Ülesanne:

Lämmastiku molekuli N2 sideme energia on 941 kJ/mool. Milline on suurima lainepikkusega footon, millel on küllalt energiat, et dissotsieerida N2 aatomiteks?

h - Plancki konstant6,6262.10-34 J.s/footon

c – valguse kiirus3x108 m/s


Lesanne

Ülesanne

Lämmastikku N2 on õhus ~78 ruumala %

hapnikku O2~21%

Kas massi-protsentides jäävad arvud samaks või muutuvad ja miks ning kuidas?


  • Login