Algemene Chemie H1 Atomen+H2 Intermolec Krachten PDF

Algemene Chemie Academiejaar 24-25 1. Atomen: basis van biologische systemen 1.1 Chemische elementen Hoofdgroep- Hoofdgroep- elementen elementen 118 ELEMENTEN 90 NATUURLIJK...

Algemene Chemie Academiejaar 24-25 1. Atomen: basis van biologische systemen 1.1 Chemische elementen Hoofdgroep- Hoofdgroep- elementen elementen 118 ELEMENTEN 90 NATUURLIJK VOORKOMEND Transitie-elementen Inner-transitie-elementen Hoofdgroep- 118 ELEMENTEN Hoofdgroep- elementen 90 NATUURLIJK VOORKOMEND elementen Transitie-elementen Inner-transitie-elementen Ledelgamer  Relatieve abundantie van de elementen in de aardkorst rang element symbool massa% atoom% 1 zuurstof O 46.60 52.24 2 silicium Si 27.20 17.37 3 aluminium Al 8.13 5.41 4 ijzer Fe 5 1.61 5 calcium Ca 3.63 1.62 6 natrium Na 2.83 2.21 7 kalium K 2.59 1.19 8 magnesium Mg 2.09 1.54 9 waterstof H 0.90 16.02 10 titanium Ti 0.63 0.24 11 chloor Cl 0.20 0.10 12 fosfor P 0.10 0.06 13 mangaan Mn 0.10 0.063 14 koolstof C 0.09 0.13 15 zwavel S 0.05 0.03 16 Alle andere elementen samen 0.56 0.20 Elementaire abundantie in het menselijk lichaam  118 gekende elementen  90 natuurlijke – rest synthese voorkomende 10 meest  25 essentiële voor lichaam vanbuiten kennen  4 hoofdelementen atoom%  7 macromineralen  21 sporenelementen  Evenwichtig dieet  Voldoende hoofdelementen  Voldoende nevenelementen  Vitamines  1.1 Chemische elementen Tabel 1.1 Essentiële elementen in het menselijk lichaam Aantal gram aanwezig in het Element Locatie en functie Bron menselijk lichaam (60 kg) Alle organische verbindingen proteïnen, vetten, zetmeel, Koolstof C 11.000 (proteïnen(eiwitten), sachariden suikers... (koolhydraten), lipiden (vetten)). Alle organische verbindingen (lichaamsvloeistoffen, water, proteïnen, vetten, zetmeel, Waterstof H 6.000 proteïnen(eiwitten), sachariden suikers (koolhydraten), lipiden (vetten)). Vele organische verbindingen, Zuurstof O 39.000 vooral uit de lucht opgeloste gassen. Vele organische verbindingen, Stikstof N 2.000 vooral uit de lucht, proteïnen opgeloste gassen. Voor 99% in beenderen en Calcium Ca 1.300 zuivelproducten tanden. Component in ATP, een molecule met groot belang in verband met de biochemische productie van energie (hoofdstuk 5 en ‘De Cel III’). Fosfor P 690 zuivelproducten, vlees Ca5(PO4)3OH, calciumhydroxi- apatiet is het belangrijkste bestanddeel in beenderen en tanden. Als belangrijkste ion in de alk Kalium K 200 lichaamscellen reguleert het de vele voedselbronnen omp water balans. Essentiële component in de Zwavel S 200 structuur van proteïnen. sulfide brug Cstructuur DNA  1.1 Chemische elementen Tabel 1.1 Essentiële elementen in het menselijk lichaam Aantal gram aanwezig in het Element Locatie en functie Bron menselijk lichaam (60 kg) Meest voorkomende kation in het menselijk lichaam buiten de cellen; Natrium Na 60 keukenzout (NaCl) regelt het vochtgehalte in het lichaam. Veel voorkomend anion in zouten, regeling van de Chloor Cl 50 keukenzout (NaCl) ladingsbalans in de lichaamsvochten, maagzout. Naast K+, het meest abundante kation in lichaamscellen, Magnesium Mg 20 noodzakelijk bij de werking van bladgroente spieren en zenuwen, voornamelijk aanwezig in beenderen. Rode bloedcellen, centraal ion in hemoglobine en myoglobine, steak, lever, vruchten, granen, IJzer Fe 2 belangrijk voor veel eieren oxidatie/reductiereacties. Noodzakelijk voor de normale zeevruchten, jodiumhoudend Jood I sporen werking van de schildklier keukenzout (thyroxine). Koper Cu sporen Component in vele enzymen. noten, vis, lever, nieren 0 In beenderen en in vele enzymen, oesters, vleeswaren, eieren, Zink Zn sporen noodzakelijk voor normale groei. granen F, Co, Mn, Co, Se, Ni, V, Cr… sporen 1 Kobalt Seleen hartziekten tegengaan ondanks kleine hun is de ervan zeer aanwezigheid belangrijk  1.2 Ionen en moleculen  In de natuur komen alleen de edelgassen voor als monoatomische deeltjes Kr Xe ze staan op He Ne Ar zichzelf  De rest:  enkelvoudige stoffen H2  verbindingen  als “moleculen” in moleculaire verbindingen H2O stellen  Met covalente bindingen gemeenschelektronen van  1 als “ionen” in ionaire verbindingen, e.a. NaCl uitwisselen tonrooster van e  1.2 Ionen en moleculen moles  Ionaire verbindingen lossen op in polaire water verbind water kraining grote warmtecapaciteit polaire molec kan mteraheren dipolar karakter met een ionaire stof kristalrooster door een verhoor omgeven mantel gebeurt Na maar water dan hetzelfde  y deze 2 1.3 De dipolaire binding: coördinatiecomplexen nier danive oxymyoglobine bind 1 zuurstofatoom aanwezig atoom dient als centraal reis structuur chlorofyl om de Fe heeftvrije d orbitalen te band met N aar gaan E zuivere cov bmd  1.3 De dipolaire binding: coördinatiecomplexen Een coördinatieverbinding of een complex-ion bestaat uit:  een centraal metaalatoom of -ion (Ag+, Cu2+, Cd2+, Ni2+)  LEWIS-ZUUR (e-paar-acceptor) meestal transitie metaal opnemen  omgeven door een aantal "liganden”,  LEWIS-BASE (e-paar-donor) afgeven het alles wat e paar heeft kan afgeven 1.3 De dipolaire binding: coördinatiecomplexen lost meer op in  binding tussen metaalion  ligand : water alles tss 11h  covalente binding met partieel ionair karakter blijft complet  waarbij bindend elektronenpaar: afkomstig van ligand alleen: coördinatief covalente binding. tussen coordinate comple ammoniakergand H H H  Cu2+(aq) + 4 :NH3 [Cu(:NH3)4]2+ N donoratoom : H H H--N: Cu2+ :N--H eerste coördinatiesfeer H H : N H H H  Het coördinatiegetal van het centraal metaalion  aantal donoratomen dat aan het metaalion gebonden is in de eerste coördinatiesfeer  Coördinatiegetal rond Cu2+ = 4 1.3 De dipolaire binding: coördinatiecomplexen Sommige liganden bevatten meer dan één donoratoom. Bv. ethyleendiamine bevat twee N-donoratomen H2N-CH2-CH2-NH2 afgekort als: en. H H H H * * * *.. N..C.. C..N.......... * * * * H H H H In Co(en)33+ is het coördinatiegetal van Co3+ ook 6 : omdat 6 N-donoren aan Co3+ gebonden zijn Octaëdrische 6 omringing  notende 1.3 De dipolaire binding: coördinatiecomplexen  Monodentaat ligand: 1 donoratoom per ligand bv. H2O  Polydentaat ligand (Cheland): meerdere donoratomen per ligand  Bidentaat ligand: 2 donoratomen per ligand bv. H2N-CH2-CH2-NH2  Tridentaat ligand: 3 donoratomen per ligand H2N-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2 aminoacetaat ethyleendiamine (glycinaat) oxalaat Platinachelaten met bidentate liganden: 1.3 De dipolaire binding: de geometrie van coördinatiecomplexen Coördinatie Hybridisatie Voorbeeld Geometrie getal lineair 2 sp [Ag(NH3)2]+ liganden zo ver mogelijk v elkaar trigonaal 3 sp2 [HgCl3]- planair ligander tetraëdrisch sp3 [Zn(CN)4]2- 4 vierkant dsp2 [Ni(CN)4]2- planair  1.3 De dipolaire binding: de geometrie van coördinatiecomplexen Coördinatie Hybridisatie Vb Geometrie getal vierkant d2sp2 [VOCl4]2- piramidaal 5 trigonaal dsp3 [Fe(CO)5] bipiramidaal octaëdrisch 6 d2sp3 [Co(NH3)6]3+ De coordinatie-binding  Principe: metaal-ligandbinding : coördinatief covalente binding,  gevormd doordat een gevuld orbitaal regand van het donoratoom overlapt met een ledig hybrideorbitaal van het metaal(ion).  interactie metaal(ion)  ligand cfr Lewis'-zuur  base-reactie: ligand (Lewis-base) geeft een elektronenpaar aan een ledig orbitaal van het metaal(ion) (Lewis-zuur)  hybride orbitalen die door het metaalion daartoe gebruikt worden zijn afhankelijk van het aantal en de ruimtelijke rangschikking van de liganden  Toegepast op bv. octaëdrisch Co(:NH3)63+ De zes gevulde orbitalen van de zes NH3 liganden overlappen met zes ledige hybride orbitalen van het metaalion, die octaëdrisch gerangschikt zijn (d2sp3) bij CoCl4- : hybridisatie rond Co3+ : sp3. aandoen wat de vorm is hier vanbuiten  1.3 De dipolaire binding: complexvorming in biologische systemen veel AZ -aminozuur- Functionele groep R in de zijketen (functionele Affiniteit voor als H COO groepen na eventuele deprotonatie) metaalionen + C ligand H3N R NH + N -H Histidine CH2 CH2 Zn2+, Cu2+, Cu1+, Fe2+ + N +H N Methionine -H 2C-CH 2-S-CH 3 Fe2+, Fe3+, Cu1+, Cu2+ -H + - Zn2+, Cu2+, Cu1+, Fe2+, Cysteïne -CH 2SH -CH 2S +H + Fe3+, Mo4+,6+, Cu1+, Fe2+ + -H - Tyrosine CH2 OH CH2 O Fe3+ + +H O -H + O Fe3+, Mn3+, Fe2+, Zn2+, Aspartinezuur CH2 C CH2 C OH +H + - O Mg2+, Ca2+ CH2 O + -H CH2 O Fe3+, Mn3+, Fe2+, Zn2+, Glutaminezuur CH2 C + CH2 C OH +H - O Mg2+, Ca2+ = coördinerend atoom 1.3 De dipolaire binding: Complexvorming in biologische systemen  Myoglobine en hemoglobine : proteïnen die in staat zijn moleculaire zuurstof op een reversibele wijze te binden (oxygenatie):  deoxymyoglobine + O2 ⇋ oxymyoglobine  Beide bevatten de heemgroep, d.i. een porphyrinering waarvan de 4 N-donoren gesitueerd zijn in het equatoriaal vlak van het octaëdrisch omringd Fe2+. heemgroep  oxymyoglobine 6e coördinatieplaats bezet door het moleculaire zuurstof, zelf via een H- brug gebonden aan een andere histidinegroep (histidine-64). 4 N-donoren (heemgroep) in equatoriaal vlak 5e coördinatieplaats bezet door een N- atoom van een aminozuurrest (histidine-93) hydrofobe caviteit van de ganse myoglobine molecule schermt het complex af van de (waterige) omgeving er mag geen water meer in Hemoglobine: bevat 4 dergelijke heemgroepen kan 20 getransperlend worden  Hemoglobine voor transport  Reversibele reactie waarbij hemoglobine:  Zowel zuurstof  Als protonen bindt (protonatie van basische groepen). desoxyhemoglokHb.H+ + O 2 HbO 2 + H + achefzuurstoftransport inzrichtingen Finnen zeer goed systeem  Bij relatief lage pH  deoxyconformatie gestabiliseerd (in de weefsels)  Bij relatief hoge pH (weinig zuurvormend oxide CO2) en veel O2  oxyconformatie gestabiliseerd (in de longen).  Koolstofmonoxide-vergiftiging Inademen van CO : leidt tot verstikking. Oorzaak: CO molecule neemt axiale plaats van O2 in. Hoe komt dat ??? CO is een veel sterker ligand : bezit naast σ-donor ook π-acceptoreigenschappen Gevolg: vorming van carboxyhemoglobine is irreversibel proces hemoglobine niet meer beschikbaar voor zuurstoftransport verstikking  Algemene Chemie Academiejaar 23-24 2. Intermoleculaire krachten en gecondenseerde fasen  2. Intermoleculaire krachten en gecondenseerde fasen Temp Erin kin Bij hoge T : KE >> attractie-energie  gastoestand rotatie, translatie, vibratie Bij lagere T : KE  attractie-energie  vloeibare toestand translatie, vibratie aanwerkingskracht u molec de reden dat vloeistoffen kunnen mengen Bij lage T : KE