Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

F1190 Úvod do biofyziky Masarykova Univerzita Podzimní semestr 2014 Přednáška z 7.10.2014 Vyučující: Prof. Jiří Kozelka, Biofyzikální Laboratoř, Ústav.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "F1190 Úvod do biofyziky Masarykova Univerzita Podzimní semestr 2014 Přednáška z 7.10.2014 Vyučující: Prof. Jiří Kozelka, Biofyzikální Laboratoř, Ústav."— Transkript prezentace:

1 F1190 Úvod do biofyziky Masarykova Univerzita Podzimní semestr 2014 Přednáška z Vyučující: Prof. Jiří Kozelka, Biofyzikální Laboratoř, Ústav fyziky kondenzovaných látek, PřF MU, Kotlářská 2, Mgr. Karel Kubíček, Biofyzikální Laboratoř, Ústav fyziky kondenzovaných látek, PřF MU,

2 Covalent bonds relativně slabými mezimolekulárními silami* mezimolekulární síly obsahují vždy složku disperzní, ale mohou být zesíleny, pokud mají molekuly dipólový moment, nebo, obzvlášť, pokud tvoří mezi sebou vodíkové můstky.mezimolekulární síly obsahují vždy složku disperzní, ale mohou být zesíleny, pokud mají molekuly dipólový moment, nebo, obzvlášť, pokud tvoří mezi sebou vodíkové můstky. Text z kurzu „Obecná Chemie“ (viz odkaz dole) bylo tedy nutno opravit.

3 Meziatomární síly, mezimolekulární síly, mřížky

4 Model kovové mřížky je založen na skutečnosti, že valenční elektrony, slabě k atomu vázané, nejsou vázány s žádným určitým atomem, ale jsou víceméně volné a pohybují se chaotickým pohybem v oblasti mezi kladnými ionty kovových atomů, které vznikly z neutrálních atomů poté, jak je valenční elektrony opustily. Volné elektrony, nacházející se mezi těmito kladnými ionty jednak odstiňují jejich elektrostatické odpudivé síly a zároveň působí jako „lepidlo“ (tzv. elektronový plyn), které je váže dohromady. Nastíněný model kovové mřížky vysvětluje kvalitativně některé charakteristické vlastnosti kovů, jako je například velká tepelná a elektrická vodivost, apod. Vazebná energie kovové vazby může být jak poměrně nízká, např. 68 kJ.mol-1 (0,7 eV / atom) pro Hg (bod tání -39 0C), až po 850 kJ.mol-1 (8,8 eV / atom) pro wolfram (bod tání C). Schématický model mřížky trojmocného kovu Kovová mřížka Adaptace z

5 Krystalové modifikace uhlíku mezimolekulární síly uvnitř vrstev: kovalentní vazby delokalizace elektronů dvojných vazeb přes celou vrstvu  Elektrická vodivost DiamantGrafit tvrdost: 10 bod tání = 4200 K nevede elektřinu  = 3.52 g/cm 3 tvrdost: 1-2 bod tání = 3500 K vede elektřinu  = 2.25 g/cm3

6 Body varu: pravidelný vzrůst: disperzní síly mezi molekulami vzrůstají se vzrůstající velikostí molekul Karboxylové kyseliny tají a vřou při vyšších teplotách, protože jejich molekuly na sebe působí polárními silami a vodíkovými vazbami, takže mají větší soudržnost. S rostoucí délkou řetězce se vlastnosti molekuly alkanu a karboxylové kyseliny se stejným počtem těžkých atomů čím dál tím více podobají, takže se rozdíl mezi body varu zmenšuje. Body tání vykazují nepravidelnosti způsobené různostmi seskupení molekul v krystalové mřížce. Body tání a varu n-alkanů a lineárních karboxylových kyselin

7 Karboxylové kyseliny H-COOH kyselina mravenčí (n=3)vyšší kyseliny (n>4): CH 3 -COOH kyselina octová (n=4): Polymerní struktura spojená vodíkovýmiDimerní struktury; každý pár je můstkydržen vodíkovými můstky acetic acid propionic acid

8 Kyselina octová Kyselina propionová H-COOH kyselina mravenčí (n=3)vyšší kyseliny (n>4): CH 3 -COOH kyselina octová (n=4): Polymerní struktura spojená vodíkovýmiDimerní struktury; každý pár je můstkydržen vodíkovými můstky Karboxylové kyseliny

9 Why do even-numbered carboxylic acids melt higher than odd-numbered? odd number of C-atoms: zig-zag chains even number of C-atoms: linear chains denser 3D-packing  higher melting point! H-bonds Dispersion forces

10 Why do even-numbered alkanes melt higher than odd-numbered? odd number of C-atoms: zig-zag chains held together by CH 3 -CH 3 dispersion forces even number of C-atoms: linear chains held together by CH 3 -CH 3 dispersion forces denser 3D-packing  higher melting point!

11 Melting points and solid-state densities of alkanes Melting points and solid-state densities of alkanes are mutually correlated.

12 Shrnutí Body varu jsou určeny soudržností molekul v kapalném stavu. V kapalině se molekuly pohybují a mění konformaci.V bodech varu se projevují síly mezi středními konformacemi molekul. Naproti tomu bod tání je funkcí sil mezi molekulami v krystalové mřížce a závisí tedy na struktuře mřížky a přesném uspořádání molekul v ní. U n-alkanů, kde prakticky jedinou soudržnou silou je disperze, koreluje bod varu téměř lineárně s hustotou v pevném stavu. U nerozvětvených nasycených karboxylových kyselin jsou molekuly drženy pohromadě jak vodíkovými můstky mezi karboxylovými skupinami, tak disperzními silami mezi alkylovými řetězci. Kyseliny mravenčí a octová tvoří v pevném stavu velmi stabilní polymerní struktury pospojované vodíkovými můstky, propůjčující jim vysoký bod tání. Tyto struktury by u delších molekul již nebyly tak výhodné; od 3 C-atomů výše nacházíme v mřížce dimerní struktury. Z geometrických důvodů dimerní molekuly s lichým počtem C- atomů tvoří klikaté řetězce, zatímco molekuly se sudým počtem C-atomů tvoří lineární řetězce, které se v třírozměrné mřížce lépe poskládají, což vede k vyšší hustotě a k vyššímu bodu tání. Lichopočtové karboxylové kyseliny mají tedy systematicky nižší body tání, podobně jako jsme to viděli u alkanů.

13 Lennard-Jonesův potenciál rmrm  r(V = 0) r m  r(Vmin) Cvičení 1: vyjádřete  a  pomocí parametrů A a B Cvičení 2: odvoďte vzorec pro V(r) pomocí parametrů  a r m vyjádřete A a B pomocí parametrů  a r m

14 Výpočet oxidačních čísel z Lewisovské struktury Pokud známe Lewisovskou strukturu molekuly, můžeme jednoznačně určit oxidační stav atomů jako rozdíl mezi počtem valenčních elektronů neutrálního atomu a počtem elektronů, které atomu „patří“ ve vázaném stavu. Pro výpočet oxidačního stavu uvažujeme, že elektrony z vazby mezi dvěma různými prvky patří elektronegativnějšímu atomu a elektrony z vazby mezi stejnými atomy se dělí rovným dílem.elektronegativnějšímu Například kyselina octová:kyselina octová UhlíkUhlík z methylové skupiny má šest valenčních elektronů z vazeb k atomům vodíku, protože je více elektronegativní. Další elektron získá z vazby k atomu uhlíku karboxylové skupiny. Celkem mu tedy náleží sedm elektronů. Neutrální atom uhlíku má čtyři elektrony. Rozdíl, 4 − 7 = −3, je oxidační číslo atomu uhlíku. vodíku Pramen: Wikipedie

15

16

17 Cvičení : Etanol je v lidském těle metabolizován pomocí NAD + za účasti enzymu alkohol-dehydrogenázy podle následující reakční rovnice: a) a)Které atomy nikotinamidu mění oxidační číslo a jak? b) b)Nakreslete elektronové vzorce etanolu a etanalu a určete oxidační čísla všech atomů. c) c)Napiště oxidačně-redukční rovnici pro atomy, které mění oxidační číslo. Nicotinamide (oxidized) Nicotinamide (reduced) Garrett, Grisham: Biochemistry


Stáhnout ppt "F1190 Úvod do biofyziky Masarykova Univerzita Podzimní semestr 2014 Přednáška z 7.10.2014 Vyučující: Prof. Jiří Kozelka, Biofyzikální Laboratoř, Ústav."

Podobné prezentace


Reklamy Google