Περίληψη 1 ου Κεφαλαίου

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Περίληψη 1 ου Κεφαλαίου"

Ἰοκάστη Αλεξάνδρου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Περίληψη 1 ου Κεφαλαίου Άτοµο: θετικά φορτισµένος πυρήνας περικυκλωµένος από αρνητικά φορτισµένα ηλεκτρόνια Ηλεκτρονική δοµή ατόµου περιγράφεται από κυµατοσυνάρτηση Ηλεκτρόνια καταλαµβάνουν τροχιακά γύρω από τον πυρήνα Διαφορετικά τροχιακά έχουν διαφορετική ενέργεια και σχήµα s τροχιακά είναι σφαιρικά, p τροχιακά έχουν σχήµα αλτήρα Οµοιοπολικός δεσµός ζεύγος ηλεκτρονίων µοιράζεται µεταξύ ατόµων Θεωρία δεσµού σθένους- αλληλεπικάλυψη ηµιπληρωµένων τροχιακών Δεσµός (σ) Σχηµατίζονται από µετωπική αλληλεπικάλυψη Δεσµός (p) Σχηµατίζονται από πλευρική αλληλεπικάλυψη τροχιακών p Άνθρακας χρησιµοποιεί υβριδικά τροχιακά για να δηµιουργήσει δεσµούς Απλούς µε τετραεδρική συµµετρία χρησιµοποιώντας 4 sp 3 τροχιακά Διπλούς (επίπεδη γεωµετρία) όπου χρησιµοποιεί 3 ισοδύναµα sp 2 και ένα p Τριπλούς (γραµµική συµµετρία) χρησιµοποιώντας 2 ισοδύναµα sp και δύο p Το άτοµο του αζώτου στην αµµωνία και του οξυγόνου στο νερό χρησιµοποιούν sp 3 υβριδικά τροχιακά

2 Οργανική Χηµεία Κεφάλαιο 2: Δεσµοί και µοριακές ιδιότητες

3 Ιοντικός χαρακτήρας δεσµών Scan Fig. 2.1 Οµοιοπολικοί δεσµοί µπορεί να έχουν ιοντικό χαρακτήρα Υπάρχουν πολικοί οµοιοπολοκοί δεσµοί Ηλεκτρόνια σε ένα δεσµό (δεσµικά) έλκονται περισσότερο από το ένα άτοµο Κατανοµή ηλεκτρονίων µεταξύ ατόµων ασύµµετρη

4 Πολικότητα δεσµών και ηλεκτραρνητικότητα Διαφορές ηλεκτραρνητικότητας (electronegativity) (ΗΑ): εκφράζουν ικανότητα ατόµου να έλκει e - σε οµοιοπολικό δεσµό Διαφορές στην ΗΑ ατόµων δηµιουργεί πολικούς δεσµούς Αυθαίρετη κλίµακα ΗΑ των ατόµων στον Π.Π. ΗΑ C = 2.5 Το F είναι το πιο ΗΑ άτοµο (ΗΑ=4.0) το Cs το λιγότερο (ΗΑ=0.7) Τα µέταλλα στο αριστερό µέρος του Π.Π. ασκούν στα e - ασθενή έλξη Τα αλογόνα στο δεξί µέρος του Π.Π. ασκούν ισχυρή έλξη

5 Ηλεκτραρνητικότητα στοιχείων στον Π.Π. Δεσµοί ανάµεσα σε άτοµα µε παραπλήσιες τιµές ΗΑ = οµοιοπολικοί Δεσµοί ανάµεσα σε άτοµα µε διαφορά ΗΑ<2 = πολικοί οµοιοπολικοί Δεσµοί ανάµεσα σε άτοµα µε διαφορά ΗΑ>2 = ιοντικοί

6 Επαγωγικό φαινόµενο (Inductive effect) Η ικανότητα ενός ατόµου να πολώνει ένα δεσµό (γενικά) Η µετατόπιση των e - ενός δεσµού, ανάλογα µε την ΗΑ των γειτονικών µετάλλων (ειδικά) Π.χ. Μέταλλα προσφέρουν επαγωγικά e -, αµέταλλα έλκουν επαγωγικά e -

7 Αναπαράσταση οµοιοπολικού δεσµού 1. Δοµή κατά Lewis Τα e- σθένους ενός ατόµου παρίσταται µε τελείες 2. Δοµή κατά Kekulé Οµοιοπολικός δεσµών 2 e- παρίσταται µε µία γραµµή (-C-)

8 Σχεδίαση χηµικών δοµών Συµπυκνωµένες δοµές (condensed structures): C-H και C-C απλοί δεσµοί δεν φαίνονται αλλά υυπονοούνται Εάν ο C είναι συνδεδεµένος µε 3 H, γράφουµε CH 3 Εάν ο C είναι συνδεδεµένος µε 2 H, γράφουµε CH 2, κλπ. Η ένωση που ονοµάζεται 2-µεθυλοβουτάνιο γράφεται ως εξής : Οριζόντιοι δεσµοί µεταξύ ατόµων άνθρακα δεν φαίνονται στις συµπυκνωµένες µορφές. Οι διακλαδώσεις υποδηλώνονται µε κάθετες γραµµές.

9 Σκελετικές δοµές (skeletal structures) Παροχή ελάχιστης πληροφορίας Οι C δεν αναγράφονται, υποτίθεται ότι βρίσκονται στο σηµείο που ενώνονται δύο γραµµές (δεσµοί) Τα H που είναι δεσµευµένα στους C δεν αναγράφονται απλά υπονοούνται Όλα τα άλλα άτοµα εκτός από τους C και τα H αναγράφονται

11 Συντονισµός (resonance) Κάποια µόρια έχουν δοµές που δεν µπορούν να παρασταθούν µε µία απεικόνιση Σε αυτές τις περιπτώσεις ζωγραφίζουµε δοµές που συνεισφέρουν στην τελική δοµή αλλά που διαφέρουν στη θέση των π δεσµών ή των µη δεσµικών e- Οι δοµές συντονισµού συνδέονται µε διπλό τόξο

12 Κανόνες συντονισµού 1. Οι δοµές συντονισµού διαφέρουν µόνο στην κατανοµή των π ή µη δεσµικών ηλεκτρονίων τους 2. Οι µεµονωµένες δοµές συντονισµού είναι φανταστικές και όχι πραγµατικές 3. Διαφορετικές δοµές συντονισµού µίας ένωσης δεν είναι απαραίτητα ισοδύναµες 4. Οι δοµές συντονισµού πρέπει να υπακούουν στους κανόνες διατήρησης του σθένους 5. Το υβρίδιο συντονισµού είναι πιο σταθερό από οποιαδήποτε µεµονωµένη δοµή συντονισµού

13 Κυρτά βέλη και δοµές συντονισµού Μπορούµε να φανταστούµε τα e - να κινούνται σε ζεύγη καθώς πάµε από τη µία µορφή συντονισµού στην άλλη Ένα κυρτό βέλος δείχνει ότι ένα ζευγάρι e - κινείται από το άτοµο ή δεσµό που βρίσκεται στην άκρη του βέλους προς το άτοµο ή δεσµό που βρίσκεται στην κεφαλή του

14 Συντονισµός βενζολίου

15 Oξέα και βάσεις κατά Brønsted Lowry Γενικά, η ιδέα ότι οξέα είναι διαλύµατα που περιέχουν πολλά H + και βάσεις διαλύµατα που περιέχουν πολλά OH - δεν είναι πολύ χρήσιµη στην οργανική χηµεία Για αυτό το λόγο αυτοί οι όροι ορίζονται λίγο διαφορετικά Η θεωρία Brønsted Lowry (ή απλά Brønsted) ορίζει τα οξέα και τις βάσεις ως προς την ικανότητα τους να µεταφέρουν H + µεταξύ κάποιου δότη και δέκτη Οξύ κατά Brønsted Lowry = ένωση που µπορεί να προσφέρει ιόν υδρογόνου (Η + ) ή πρωτόνιο Βάση κατά Brønsted Lowry=ένωση που µπορεί να γίνει δέκτης Η + Το Η 2 Ο µπορεί να δράσει είτε ως οξύ είτε ως βάση

16 Αντίδραση HCl µε H 2 O Όταν HCl αέριο διαλύεται σε νερό λαµβάνει χώρα µία οξεοβασική αντίδραση Brønsted Το HCl δίνει ένα πρωτόνιο στο νερό παράγοντας το ιόν του υδροξωνίου (H 3 O + ) και Cl - Η ανάποδη αντίδραση είναι επίσης µία οξεοβασική αντίδραση Brønsted του συζυγούς οξέος και της συζυγούς βάσης Τα οξέα είναι κόκκινα και οι βάσεις μπλέ. Το κυρτό βέλος πάει από μία βάση σε ένα οξύ.

17 Ποσοτικοποίηση της ισχύος ενός οξέος Η σταθερά ισορροπίας K eq της αντίδρασης ενός οξέος (HA) µε νερό για το σχηµατισµό υδροξωνιόντος και της συζυγούς βάσης (A - ) σχετίζεται µε την ισχύ του οξέος Ισχυρά οξέα έχουν υψηλές τιµές K eq Το σύµβολο [ ] υποδηλώνει συγκέντρωση, δηλ. moles per liter, M.

18 Σταθερά οξύτητας K a Η συγκέντρωση του νερού σα διαλύτη δεν αλλάζει αισθητά όταν πρωτονιωθεί Το µοριακό βάρος του H 2 O είναι 18 και ένα λίτρο ζυγίζει 1000 grams, άρα η συγκέντρωση του είναι ~ 55.6 M στους 25 Η σταθερά οξύτητας, K a για το οξύ HA είναι το γινόµενο του K e επί 55.6 M (αφήνοντας έτσι τη [H 2 O] έξω από την εξίσωση) Η K a µεταβάλλεται από για τα ισχυρά οξέα σε πολύ χαµηλές τιµές (10-60 ) για τα ασθενή

19 Ισχύς οξέων-έκφραση µέσω Κ a Η ικανότητα ενός οξέος κατά Brønsted να δίνει ένα πρωτόνιο αναφέρεται σαν η ισχύς του οξέος (acid strength) Η ισχύς του οξέος µετριέται ως προς τη βάση Brønsted που λαµβάνει το Η + Το νερό χρησιµοποιείται σαν βάση για τη δηµιουργία κλίµακας της ισχύος των οξέων Brønsted Γενικά, ισχυρά oξέα έχουν υψηλές τιµές Κ a Γενικά, ισχυρές βάσεις έχουν χαµηλές τιµές Κ a

20 Ισχύς οξέος, pκ a pk a = -log K a Ισχυρά oξέα: χαµηλές τιµές pκa Ισχυρές βάσεις: υψηλές τιµές pκa Ισχυρά oξέα: έχουν ασθενείς συζυγείς βάσεις

21 Πρόβλεψη αντιδράσεων οξέων-βάσεων από τις τιµές pk a Οξέα παραχωρούν Η + σε συζυγείς βάσεις οξέος µε ψηλότερη τιµή pk a

22 Οργανικά οξέα και βάσεις Τα οργανικά µόρια λαµβάνουν πολύ συχνά µέρος σε οξεοβασικές αλληλεπιδράσεις Η µεταφορά ενός πρωτονίου από ένα ισχυρό οξύ κατά Brønsted σε µία ισχυρή βάση κατά Brønsted είναι µία πολύ γρήγορη αντίδραση και συνήθως συµβαίνει πάντα παράλληλα µε άλλες αντιδράσεις

23 Οργανικά οξέα Μόρια που χάνουν ένα πρωτόνιο από µια O H οµάδα, όπως η µεθανόλη και το οξικό οξύ Μόρια που χάνουν ένα πρωτόνιο από µία C H, οµάδα, συνήθως από ένα άτοµο άνθρακα δίπλα στον C=O διπλό δεσµό (O=C C H)

24 Οργανικές βάσεις Μόρια που περιέχουν µονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων που µπορεί να δεσµεύσει H + Ενώσεις που περιέχουν άζωτο και που είναι παράγωγα της αµµωνίας είναι οι πιο συνηθισµένες οργανικές βάσεις Ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο µπορούν να δράσουν σα βάσεις όταν βρίσκονται παρουσία ισχυρού οξέος ή σαν ισχυρό οξύ παρουσία ισχυρής βάσης

25 Oξέα και βάσεις κατά Lewis Οξύ κατά Lewis =ένωση που µπορεί να γίνει δέκτης ζεύγους e - (δηλ. να διαθέτει κενό τροχιακό χαµηλής ενέργειας) Βάση κατά Lewis =ένωση που µπορεί να γίνει δότης ζεύγους e - (δηλ. να διαθέτει ασύζευκτο ζεύγος ηλεκτρονίων)

26 Οξεο-βασικές αντιδράσεις κατά Lewis

Σχετικά έγγραφα

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ. 2 η θεματική ενότητα: Χημικοί δεσμοί και μοριακές ιδιότητες

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ. 2 η θεματική ενότητα: Χημικοί δεσμοί και μοριακές ιδιότητες ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ 2 η θεματική ενότητα: Χημικοί δεσμοί και μοριακές ιδιότητες Σχολή: Περιβάλλοντος Τμήμα: Επιστήμης Τροφίμων και Διατροφής Εκπαιδευτής: Χαράλαμπος Καραντώνης Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό