Struktura atomu a chemická vazba Petr Tůma http://old.lf3.cuni.cz/chemie/

Stavba lidského těla

Periodická soustava prvků prvek AZX Z - atomové číslo počet protonů A - hmotnostní číslo počet protonů a neutronů nuklid 126C izotop 12C x 13C

Stavba atomu hélia 42He klasický planetární model částice hmotnost (kg) náboj (C) elektron 9,11 · 10-31 - 1,6 · 10-19 proton 1,67 · 10-27 + 1,6 · 10-19 neutron klasický planetární model kvantově mechanický model

Elektron je mikročástice – Základy kvantové mechaniky Energie mikročástic je kvantována. Plankova konstanta h = 6,63.10-34 J.s Mikročástice se vyznačují korpuskulárně-vlnovým dualismem (de Broglie): Heisenbergův princip neurčitosti: Není možné současně přesně stanovit hybnost a polohu mikročástice.

Schrödingerova rovnice a orbital Chování elektronu v atomu lze popsat vlnovou funkcí Ψ, která je řešením Schrödingerovy rovnice. |Ψ|2 – hustota pravděpodobnosti výskytu elektronu v určitém místě orbital = stacionární řešení vlnové funkce = přesně popisuje chování elektronu kvantová čísla hlavní – energie = perioda vedlejší – moment hybnosti = tvar magnetické – orientace v prostoru = počet spinové – vnitřní moment hybnosti Orbital může být obsazen maximálně dvěma elektrony s opačným spinem. s

px py pz dxy dyz dzx dx 2 – y 2 dz 2

Obsazování jednotlivých stavů a periodická soustava prvků Jednotlivé stavy (orbitaly) se obsazují postupně od nejnižší energie výše.

Rozhodující jsou valenční elektrony s-prvky: ns1-2 p-prvky: ns2 +np1-6 d-prvky: ns1-2 + (n-1)d1-10 f-prvky: ns1-2 + (n-2)f1-14 + (n-1)d1-10 elektronová konfigurace [Ca] : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 [Ca] : [Ar] 4s2 stabilní: plně obsazená perioda – konfigurace vzácného plynu

Chemická vazba - Iontová atom Na : [Ne] 3s1 → Na+ : [Ne] + e- atom Cl : [Ne] 3s2 + 3p5 + e- → Cl- : [Ar] atom O : [Ne] 2s2 2p4 + 2e- → O2- : [Ne] atom Ca : [Ar] 4s2 → Ca2+: [Ar] + 2e- Tvorba iontových krystalů Coulombovské přitahování částic s opačným nábojem krystal NaCl

Kovalentní vazba Vazba π Vazba sigma Kovalentní vazba je sdílení páru elektronů. Vazba π Vazba sigma

Energie a délka kovalentní vazby vazba řád vazby délka vazby, pm vazebná energie, kJ.mol-1 C-C 1 154 348 C=C 2 137 607 C≡C 3 120 833 C-O 143 356 C=O 123 724 C-N 147 292 C≡N 116 879

Lewisovy vzorce kovalentních molekul vazebné a nevazebné elektronové páry CH4 CO2

Polarita chemické vazby a vodíkový můstek velký rozdíl elektronegativit ΔX > 0,4 – tvorba elektrického dipólu významné u vazeb: H-F, H-O, H-N – tvorba vodíkových můstků mezi molekulami H-vazba, kJ/mol kovalentní, kJ/mol H2O 22 460 HF 29 565 NH3 17 390

Voda – polární rozpouštědlo H2O CH4 Molární hmotnost, g/mol 18 16 Dipól moment, 10-30 C.m 6,2 Teplota varu, °C 100 -162 Výparné teplo, kJ/mol 41 8 elektrolytická disociace a hydratace elektrolytická disociace hydratace

Vodíková vazba – tvorba vyšších struktur biopolymerů komplementarita bazí v DNA intermolekulární H-vazby v ledu α-helix v proteinu struktura amylosy

van der Waalsovy síly elektrostatické povahy mezi permanentními dipóly – orientační – CO2, CO, NO mezi dočasnými dipóly – Londonovy disperzní síly Evazby ~1/r6 – kapalný H2, N2, Ar permanentní dipól dočasný dipól

Hydrofóbní interakce olej ve vodě – rozpustnost mastných kyselin v H2O minimalizace povrchu rozpustnost mastných kyselin v H2O amfipatické látky