Atomteori

1. Atomteori Biologisk kemi 7,5 hp KTH Vt 2011 Märit Karls • Titta på: Startsida - Biologisk Kemi (7,5hp) [PING PONG] http://pingpong.ki.se/public/courseId/7368/lang-sv/publicPage.do

2. Studietips • Detta kompendium är INTE en lärobok. Det är inte meningen att man skall kunna läsa kompendiet och förstå innehållet. Ni måste använda kompendiet aktivt, anteckna under föreläsningen, fundera på alla bilder, läsa i läroboken • Texten på vissa bilder kan vara oläsbar i kompendiet, men tanken är att ni skall gå in på PingPong och titta på bilderna där • Läsanvisning: McMurry Kap.3, lämpliga övningar finns under Studiehandledning på kurswebben

3. Atomteori • McMurry kap.3 • Vad är det som gör att vissa grundämnen ”är släkt” • Vad är det som påverkar ett grundämnes kemiska egenskaper?

4. Kärnan: tät, laddning = antal p+ • Elektronmoln: diffust område, • Antal e-= antal p+ Atom modell Fig. 3.1

5. Vad är en atom? • Definition: En atom är den minsta enhet av ett grundämne som behåller grundämnets kemiska egenskaper • dvs en kolatom skiljer sig från en syreatom, men elektron i en kolatom är likadan som en elektron i en syreatom

6. Partiklar i atomen • Atommassa mäts experimentellt och anges i enheten u (AMU) • En atom 12C har massan 12 u. • Tab. 3.1 McMurry Partikel Massa Elektriskladdning Elektron 9,109 X 10-28-1 Proton 1,673 X 10-24+1 Neutron 1,675 X 10-240

7. Två enkla regler!! • Partiklar med olika laddning attraherar varandra; elektrostatisk attraktion • Partiklar med samma laddning repellerar varandra • Dessa enkla regler kan ni använda för att förklara det mesta på denna kurs!

8. Atomsymbol • X= kemisk symbol • A= atomens masstal • = protoner + neutroner • C= atomens laddning • Z= Atomnummer • = protoner = elektroner • #= antal atomer i formelenheten A X C Z # Ex. C 12 6 • Se Worked ex. 3.2 och 3.3!

9. Vad är ett grundämne? • I ett grundämne (eng. element) har alla atomer samma atomnummer, dvs lika många protoner och lika många elektroner • ex. grundämnet nummer 8 • kallas syre • har kemisk symbol O • består av enbart syreatomer med 8 st protoner och 8 st elektroner

10. Isotoper; varianter av ett grundämne • Ett grundämne består av atomer med samma kärnladdning • Isotoper är atomer av samma grundämne, men med olika massor • Isotoper har olika antal neutroner • Isotoper av väte • Isotoper av kol • Många isotoper används inom medicinen

11. Isotoper av väte • s. 55

12. Kända grundämnen • 109 st kända hittills • 87 st är metaller • 11 st är gaser • 2 st är vätskor (vid rumstemp.) • 26 st är radioaktiva

13. Vanliga grundämnen

14. H • C • O • N • Ca • Mg • Na • K • P • S • Se även tab. 1.4 i McMurry • Fyll i namn, både på svenska och engelska!

15. Var finns de? • H ingår i vatten och i de flesta föreningar i kroppen • C finns i alla organiska molekyler • O ingår i vatten mm, behövs för respirationen • N ingår i proteiner, nukleinsyror • Ca finns i ben och tänder, behövs för membran, nervimpulser, muskelkontraktioner och koagulation • Mg kofaktor för många enzym • Na behövs för membran, nervimpulser och muskler • K behövs för membran, nervimpulser och muskler • P finns i ben och tänder, nukleinsyror och ATP • S finns i många protein • Se tab. 1.4 och Application s. 92!

16. Vad är en kemisk förening? • Kemisk förening (eng. compound) är ett ämne som består av atomer av olika grundämnen i definierade proportioner

17. Biologisk kemi: Makromolekyler • Summaformel • Säger inget om egenskaper • Egenskaperna beror på strukturen, som i sin tur beror på hur atomerna sitter ihop • Hur binds alla dessa atomer till varandra? • Innan vi kan svara på det måste vititta på atomen igen

18. Hur fördelas elektroner i atomen? • Grundregel: så att elektronen får så låg energi som möjligt • Var är det? • Tips! Tänk på fig. nedan!

19. ElektronnivåerOBS! Förenklad modell! • Schrödingers kvantmekanik: • Energi förekommer i kvanta (energipaket) • e- finns på vissa avstånd från kärnan, energinivåer Kallas ”skal” • Nivå nr 1 = K-skal, 2 e- • Nivå nr 2 = L-skal, 8 e- • Nivå nr 3 = M-skal, 18 e- • Var elektronerna finns avgörgrundämnets egenskaper

20. Energinivåer e- = Elektron • Fig. s. 59 • Pga attraktion mellan kärnan och e- får e- lägesenergi • Energin är ett mått på hur mycket arbete som krävs för att flytta e- till nästa nivå • Större avstånd • Större lägesenergi • Joniseringsenergi • Så mycket energi att e- lämnar atomen, det bildas en jon • Fig. s. 59 Holum

21. Diskutera, vad är rimligt? • Ju högre atomnummer (fler protoner i kärnan) desto lättare/svårare att ta bort elektroner • Ju högre atomnummer desto lägre/högre första joniseringsenergi (den energi som krävs för att ta bort en elektron från en neutral atom)

22. Första joniseringsenergin • Den energi som krävs för att ta bort en elektron från en neutral atom • Vad händer vid He, Ne, Ar??? • Holum Fig. 3.1 b • McMurry Fig. 4.1

23. Dimitri Mendeleev • 1834-1907 • Ordnade grundämnen i ett periodiskt system • Förutsade grundämnen innan de upptäckts

24. Kan man säga att grundämnen är släkt med varann?

25. Periodiska systemet Grupper: 1A-8A, 1-18 Perioder 1-7 • Vad är gemensamt för alla grundämnen i en period? • Vad är gemensamt för alla grundämnen i en grupp? • Fig. 3.2, s. 58 Se även: http://www.webelements.com/

26. Väteatomen (1p+1e-) • Holum Fig. 3.3 s. 62 • Området där man mest sannolikt finner väteatomens elektron • kallas s-orbital • OBS! Bilder med cirklar runt kärnan är alltså en förenklad modell

27. Elektronorbitaler i L-skalet • Se Fig.3.5 s. 63 • L-skalet (nivå 2) har 2 undernivåer • 1 s-orbital • 3 p-orbitaler • Varje orbital rymmer 2 e- • Hur många elektroner får plats i L-skalet? • Se tab. 3.2 i Holum s.63 och fig. 3.5 s. 64 McMurry

28. Energinivåer och undernivåer

29. Elektronfördelning • I varje orbital finns plats för 2 elektroner • Elektronerna fylls på enl. Hunds regel, s. 64 • ”bussprincipen” • I vilka orbitaler finns elektronerna i en fosforatom? • Worked ex. 3.8 • s. 67 • Holum Fig.3.5, • se fig. 3.6 i McMurry

30. Exempel på elektronfördelning

31. Valenselektroner!!!!! • Ju längre bort från kärnan elektronen befinner sig, desto mindre attraheras den av kärnan • Elektronerna i den yttersta energinivån kallas valenselektroner • Det är valenselektroner som flyttas vid kemiska reaktioner, avgör ett grundämnes kemiska egenskaper! • http://www.biology.lsu.edu/introbio/tutorial/chem-tutorial/chemtutorial/Atoms.html

32. Ja, grundämnen kan vara släkt! • Se fig. 3.7 i McMurry! • Det är valenselektronerna som gör det!

33. Familjer i periodiska systemet • Fyll i antal elektroner i den ”yttersta” energinivån! Dessa kunskaper behövs för kap. 4-6 • Grupp Namn Valenselektroner • IA Alkalimetaller • IIA Alk. Jordartsmetaller • IIIA Borfamiljen • IVA Kolfamiljen • VA Kvävefamiljen • VIA Syrefamiljen • VIIA Halogener • 0 Ädelgaser

34. Lewis struktur ”Electron dot”ett sätt att hålla reda på valenselektroner Skriv atomsymbolen Räkna antalet valenselektroner Tänk dig en box som rymmer 2 e- på varje sida Fyll på valenselektroner i boxarna ”bussprincipen” C • Tab. 3.5 • Worked ex. 3.12, s. 58

35. Atomens nirvanaOktettregeln • Grundämnen strävar att uppnå ett stabilt elektronmoln, vanligtvis en • ”full oktett” • ädelgasstruktur • Hur kan atomerna uppnå sitt nirvana? Se elektronfördelnings- diagram bild 28!

36. Metaller och icke-metaller • Se fig. 3.2!

37. Grupper i periodiska systemet • Alkalimetaller • H, Li, Na, K, mm • Alkaliska jordartsmetaller • Mg, Ca mm • Halogener • F, Cl, Br, I mm • Ädelgaser • He, Ne, Ar, Kr mm

38. Joniseringsenergi • Jmf fig. 4.1 s. 81 • Bild 22 • Förklara med egna ord varför första joniseringsenergin varierar på detta sätt Tentatips! Många fenomen kan förklaras om man tänker på elektrostatisk attraktion (i detta fall mellan protoner och elektroner) • http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/cact.html

39. Sammanfattning: egenskaper • Inom varje period gäller: Stryk det som inte gäller • Ju högre atomnummer desto lättare/svårare att ta bort elektroner • Ju högre atomnummer desto lägre/högre första joniseringsenengi • Metaller vill förlora/lägga till elektroner • Icke-metaller vill förlora/lägga till elektroner

40. Ädelgaser Metaller (med 1,2 eller 3 valenselektroner) Icke-metaller (med 5,6 eller 7 valenselektroner Kol (med 4 valenselektroner) har redan en, vill ej förändras avger elektroner, bildar positiva joner med ädelgasstruktur vill ta upp elektroner, bildar negativa joner med ädelgas struktur delar elektroner med andra atomer. Full oktett

41. Tentamen 11 februari 2010 Vid tentan utdelas periodiskt system 1. (1p) En av följande partiklar har INTE samma antal elektroner som de andra. Ange vilken. a) Ar b) K+ c) Cl- d) Mg2+ e) Ca2+ Testa kunskaperna!

42. Testa kunskaperna! • 2. (2p) X symboliserar ett grundämne och X3+ är dess katjon. Markera rätt (R) eller fel (F) för följande påståenden: • X tillhör period 3 i det periodiska systemet • X tillhör grupp 3 i det periodiska systemet • (X3+ bildades genom reduktion av X) senare föreläsning • X3+ innehåller 3 elektroner mer än X

43. Testa kunskaperna! • 3. (2p) När näringsexperter talar om kroppens behov av kalcium, menar de alltid kalciumjoner. • Skriv den kemiska symbolen (inkl laddning) för en kalciumjon • b) Motivera varför jonen har den laddning du angett

44. Måndag: Viktigt! Kem. bindning • Jonföreningar Kap. 4 Varför bildas en jonbindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med jonbindning? • Kovalenta föreningar, Kap 5 Varför bildas en kovalent bindning? Formulera med egna ord! Vad kallas föreningar med kovalenta bindningar? • Intermolekylära attraktioner, Kap 8 Varför är is hårt? Varför kan jag stoppa ner fingret i ett glas med vatten och varför flyttar sig luften, så jag kan ta mig fram?

45. Kemiska bindningar förklarar • Hur kan cellerna hålla kvar sitt innehåll inuti cellerna? • Varför är ben så hårt? • Vad är det som gör att DNA är stabilt? • Hur kan muskler vara så starka?

46. Konfucius (551-479 f kr) • I går kväll smidde jag tusen planer • I morse gjorde jag precis som vanligt • Det är idag du bestämmer resten av ditt högskoleliv