PARTEA I BIOFIZICA MOLECULARĂ 2
CURSUL 1 Sisteme de unităţiţ de măsură. Atomi şi molecule.
UNITĂŢI Ţ DE MĂSURĂ Măsurarea mărimilor fizice Exprimare în unităţile de măsură potrivite (mărimi adimensionale) Sistem Internaţional de Unităţi (SI) (1960, a 11-a Conferinţă Generală de Măsuri şi Greutăţi) mărimi fundamentale mărimi derivate (aria, volumul, densitatea, viteza etc.) mărimi suplimentare (unghi plan şi unghi solid)
MĂRIMI FUNDAMENTALE ALE S.I. Mărime fizică Unitate de măsură Simbol lungime metru m masă kilogram kg timp secundă s intensitatea curentului electric amper temperatură absolută Kelvin K cantitate de substanţă mol mol intensitate luminoasă candelă Cd A
Unitatea de lungime (metrul) a 10 7 parte din distanţa dintre Polul Nord şi Ecuator (1792); distanţa dintre două repere gravate în vecinătatea capetelor unei bare confecţionate ţ dintr-un aliaj de platină şi iridiu (Biroul Internaţional de Măsuri şi Greutăţi, Paris) ; lungimea drumului parcurs de lumină în vid, în timp de 1 / 299.792.458 secunde (1983)
Unitatea de masă (kilogramul) masa unui litru de apă aflată la presiune atmosferică normală şi temperatura de 3,98 o C; masa unui cilindru având înălţimea şi diametrul egale cu 39 mm, confecţionat dintr-un aliaj de platină şi iridiu (Biroul Internaţional ţ de Măsuri şi Greutăţi) ţ Unitatea t secundară ă (unitatea t atomică ă de masă) a 12-a parte din masa izotopului 12 C. 1 u.a.m. = 1,6605402 10 27 kg 7
Unitatea de timp (secunda) Secunda este durata a 9.192.631.770 perioade ale radiaţiei ce corespunde tranziţiei între două nivele energetice ale stării fundamentale a atomului de Cesiu 133 (1967, a 13-a Conferinţă Generală de Măsuri şi Greutăţi) 8
Ordinul de mărime 8 = 3,28 10 8 328.460.587 = 10 Exemple: 134527 =? 0,000572 =? Multipli, submultipli 3 1mm= 10 m 1kg = 3 10 g
Prefixe submultipli Prefix submultiplu pico nano micro mili centi deci Simbol p n μ m c d Factor conversie 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 10 1 o 1 A = 10 10 m
Prefixe multipli Prefix multiplu deca hecto kilo mega giga tera Simbol da h k M G T Factor conversie 10 1 10 2 10 3 10 6 10 9 10 12 11
Prefixe multipli, submultipli Prefix submultiplu pico nano micro mili centi deci Simbol p n μ m c d Factor conversie 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 10 1 Prefix multiplu deca hecto kilo mega giga tera Simbol da h k M G T Factor conversie 10 1 10 2 10 3 10 6 10 9 10 12 o 1 A = 10 10 m
1 m = 10? cm 2 cm 1 dm = 10? mm 2 mm + Temă: prelungiti scara pentru a afla o 1A =? 10 cm; 1 μm = 10? dm 5 dm 1 mm = 10? m 3 m o 3? 10 A = 10 μm
Excepţii: 1 min. = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 zi = 24 h = 1440 min. = 86400 s Sistem Tolerat de Unităţi (C.G.S) Mărime fizică Unitate de măsură Simbol lungime centimetru cm masă gram g timp secundă s 14
ATOMI DEMOCRIT (Teoria atomistă a structurii materiei, 460 î.e.n) STRUCTURĂ NUCLEU A Z X ATOMOS = INDIVIZIBIL 238 U 92 (99,9 %) PROTONI m p = 1 u.a.m; q p = + e NEUTRONI m n = 1 u.a.m. q n = 0 NOR ELECTRONIC C ELECTRONI m e = 1/1835 u.a.m; q e = - e 1 u.a.m. = 1,66 10-27 kg; e = 1,6 10-19 C 15
16
17
orbital de tip s 18
orbitali de tip p 19
orbitali de tip d 20
21
MOLECULE FORŢE Ţ INTRAMOLECULARE LEGĂTURA IONICĂ LEGĂTURA COVALENTĂ ENERGIA DE LEGĂTURĂ W = ENERGIA NECESARĂ RUPERII LEGĂTURII W<0 ATRACŢIE W STABILITATEA 22
LEGĂTURA IONICĂ MECANISM: ATRACŢIA ELECTROSTATICĂ ÎNTRE IONI F = 1 4πε ε o r q q 1 2 2 r EXEMPLU: NaCl Na (Z = 11): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Cl (Z = 17): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ENERGIE DE LEGĂTURĂ: 10 100 kcal/mol 23
24
Na 1e Na + Cl + 1e Cl CARACTERISTICI: DURITATE TEMPERATURĂ DE TOPIRE RIDICATĂ DISOCIERE ÎN APĂ (ε r = 80) 25
LEGĂTURA COVALENTĂ MECANISM: TIPURI: PUNERE ÎN COMUN DE ELECTRONI DUPĂ DIRECŢIA DE ÎNTREPĂTRUNDERE LEGĂTURĂ σ, 10 100 kcal/mol LEGĂTURĂ π, 30 70 kcal/mol DUPĂ SIMETRIE o LEGĂTURĂ POLARĂ (atomi diferiţi) o LEGĂTURĂ NEPOLARĂ (atomi identici) 26
27
28
FORŢE Ţ INTERMOLECULARE d 3 4 Å 0,5 10 kcal/mol DE TIP VAN DER WAALS F = F atractie + F respingere A U = + 6 r r B 12 (LENNARD- JONES) termen atractiv termen repulsiv 29
POTENŢIALUL LENNARD-JONES 30
DE TIP ELECTROSTATIC ION ION U 1 = 4 πε q 1 q r 2 ION DIPOL Moment electric dipolar: μ = q d [ μ] = 1 Debye = 3.336 10-30 C m 31
Dipol electric Interacţiune ion dipol U θ = 1 q μ 4πε r unghiul dintre μ si 1 = cosθθ 2 r r = vectorul de poziţie al centrului dipolului faţă de ion 32
Exemplu: hidratarea ionilor Cifre de coordinaţie: Na + 8, K + 4, Cl 2, Ca 2+ 10 33
34
DIPOL DIPOL U = 1 4πε μ1μ2 f ( θ ) 3 r Exemplu: legătura de hidrogen 35