Kemi - Bindningar och atomer A

Vad gäller för elektronernas position samt i elektronmolnet?

• Elektroner är “utsmetad” i tid och rum

• Man kan inte bestämma både hastighet och position samtidigt

• Man kan bara bestämma att elektronen är någonstans med viss sannolikhet.

Vad har elektroner i samma skal gemensamt?

De har samma genomsnittliga energi

Definiera vad en orbital är samt hur den skiljer sig från skal och dess egenskaper.

• Olika elektroner befinner sig i olika energinivåer (orbitaler) även om de är i samma skal. Energinivåer kallas orbitaler

• Varje orbital kan max innehålla 2 elektroner

Vad gjorde Schrödinger då han antog att man inte exakt kan bestämma elektronens läge då den rör sig oerhört snabbt?

Han formulerade en modell beskriven av en ekvation som bestämmer sannolikheten att hitta en viss elektron runt en atomkärna. För en viss atom finns det ett visst antal tillåtna lösningar (sannolikhetsmoln som elektronen kan befinna sig i)

Lösningarna anger förenklat vilka energinivåer (orbitaler) som är tillgängliga för elektronerna. De möjliga energinivåerna (orbitaler) tillhör olika orbitalsystem som är lösningar till Schrödingerekvationen. Varje lösning (orbital) kan hålla max 2 elektroner och har ett specifikt utseende.

Hur många orbitaler (energinivåer) har K-skalet, och vad kallas den?

• Endast en orbital

• Kallas 1s och den innehåller 2 elektroner.

Hur många orbitaler har L-skalet och vad kallas de?

• En s-orbital, 2s (2×1= 2 elektroner)

• Tre p-orbitaler, 2p (2×3=6 elektroner)

• Totalt 8 elektroner i L-skal, 4 orbitaler

Hur många orbitaler har M-skalet och vad kallas de?

• En s-orbital, 3s (2×1=2 elektroner)

• Tre p-orbitaler, 3p (2×3=6 elektroner)

• Fem d-orbitaler, 3d (2×5=10 elektroner)

• Totalt 18 elektroner i M-skalet, uppdelade i 9 orbitaler som kan innehålla max 2 elektroner —> 9×2=18

Hur många orbitaler har N-skalet och vad kallas de?

• En s-orbital, 4s (2 elektroner)

• Tre p-orbitaler, 4p (6 elektroner)

• Fem d-orbitaler, 4d (10 elektroner)

• Sju f-orbitaler, 4f (14 elektroner)

• Totalt 32 elektroner i N-skalet

Vad är de olika orbitalernas egenskaper?

(s, p, d)

• s-orbitalerna som alltid är den första lösningen (energinivån med lägst energi) på varje huvudnivå är alltid sfäriska, och består av en orbital (dvs 2 elektroner)

• p-orbitalerna är alltid den andra lösningen på varje huvudnivå (energinivån). Totalt får vi tre lösningar som har denna energi.

• d-orbitalerna är alltid den tredje lösningen (energinivån). Totalt får vi fem lösningar som har denna energi. Fem lösningar (5 orbitaler) medför att 10 elektroner kan hållas i detta orbitalsystem.

När man “fyller på” elektroner i M -skalet märks det att 3d-undernivåns 5 orbitaler, fylls på efter 4s undernivåns enda orbital. Varför är det så?

• Pga lägre energinivå hos 4s än 3d och atomen vill ha så låg energinivå som möjligt. 

Vad gäller för ämnens egenskaper i koordinatsystemet beroende på i vilket undernivå deras valenselektroner befinner sig?

• Ämnen som har valenselektroner i s-orbital reagerar på ett visst sätt (alkali, jordartsmetaller)

• Ämnen är ädelgaser om deras yttre skal har fyllda s- och p-orbitaler vilket ger 8 elektroner.

Förklara atomens uppbyggnad kortfattat.

• Kärnan består av neutrala neutroner och positiva protoner

• Finns elektronmoln runt kärnan med negativa elektroner.

Vad innebär begreppet elektronnegativitet?

En atoms förmåga att dra åt sig elektroner. Ökar snett upp åt höger i periodiska systemet. 

Vilken elektronegativitetsskillnad krävs för att två ämnens bindning ska vara jonbindning?

• ( e-neg > 1,7)

• Jonbindning bildas också mellan metaller, och icke-metaller där metaller vill släppa ifrån sig elektroner (bli positiv jon) och icke-metaller vill dra åt sig elektroner (förklarar större elektronegativitet hos icke-metaller)

Vilken elektronegativitetsskillnad krävs för att bindning mellan två ämnen ska vara polär kovalent?

• ( e-neg > 0,3) och mindre än 1,7

Vilken elektronegativitetsskillnad krävs för att bindning mellan två ämnen ska vara kovalent?

(Liten/ingen  e-neg). Under 0,3

Vilka är valenselektronerna?

• De elektroner som ligger i den/de yttersta orbitalerna.
  Det är endast valenselektroner som deltar i kemiska reaktioner.
  Tex har ₃Li 3 st elektroner och av dem så är den 3:e en valenselektron då den är den yttersta.

• Bestämmer ämnens egenskaper (varje grupp i periodiska systemet har lika många v - elektroner —> liknande egenskaper)

Vad är excitation/deexcitation?

• En elektron kan om den tillförs energi i form av värme eller elektromagnetisk strålning flyttas från en lägre energinivå till en högre. Den exciterade elektronen är instabil och faller strax tillbaka, då gör den sig av med den extra energin genom att sända ut en foton (ljuspartikel) ljuset som sänds ut motsvarar skillnaden i energi mellan energinivåerna.  

Vad innebär intramolekylära bindningar? Ge exempel på några. 

Bindningar inne i molekyler (allltså bindningar mellan atomer)

• Kovalent

• Polär kovalent

• Jonbindning

• Metallbinding 

Vad är en kovalent bindning?

• En opolär kovalent bindning innebär en jämn laddningsfördelning, dvs. elektronparbinding befinner sig mitt emellan atomerna (ingen elekroneg skillnad.) Uppstår nästan bara mellan två atomer av samma atomslag t.ex två kloratomer.

Vad är en polär kovalent bindning?

• Uppstår när atomerna attraherar bindnings elektronerna olika starkt. Den som drar i den mer får ett överskott av negativ laddning, den andra får ett underskott.

Vad är en jonbidning och metallbinding?

En jonbindning (extremt polär) är en elektrostatisk attraktion mellan positivt och negativt laddade joner, som uppstår när en atom ger bort en eller flera elektroner och en annan tar emot dem.

En metallbindning är en bindning som finns i metaller, där positivt laddade metalljoner hålls ihop av delokaliserade elektroner som fungerar som ett "klister"

Vad är en dipol (polär molekyl)?

Är molekyler som har en ojämn laddningsfördelning.

Alltid osymmetriska, sned laddningsfördelning (resulterande positiv/negativ pol).

Opolära molekyler

• Kan både ha kovalenta och polär kovalenta bindingar.

• Om den har polär kovalenta bindingar måste den vara symmetrisk då center för positiv och negativ laddning sammanfaller.

Vad är intermolekylära bindingar/krafter? Ge exempel på dem.

• Attraktionskrafter mellan molekylerna

• Dipol-dipol

• Vätebindning

• Van der Waals

Vad är en dipol -dipol bindningar och vilka är dess egenskaper?

• Attraktionskraft (bindning) mellan två dipoler (två molekyler med ojämn laddningsfördelning)

• Positiv ände av ena molekyl, attraheras av negativ ände av den andra → ju närmare  → starkare attarktionskraft 

• Svagare än jonbindningar, pga att laddningarna hos dipolens positiva/negativa ände är svagare i förhållande till en enhetsladdning. (molekylföreningar har därför i regel lägre smält punkt än jonföreningar. 

Vad är en vätebindning?

= en stark dipol-dipol bindning.

• bindning mellan en väteatom och en av de tre starkaste elektronegativa atomer F, O och N är extremt polär.

• Måste finnas en direkt bindning mellan väte och F, O eller N i en molekyl för att den ska bilda vätebinding med annan stark dipol.

• Mellan starka dipoler är dipol-dipol bindning extra stark → vätebindning.

Vad är en jon-dipol bindning?

• attraktionskraft/bindning mellan joner och dipoler.

• Salt löst i vatten är ett bra exempel.

• När summan av jon - dipolbindningar är större än jonbindingar är det löst i vatten.

Vad är en van der Waals binding och var uppstår den?

• uppstår i alla molekyler och i alla icke-metalliska atomer. 

• orsakas av tillfällig dipol som bildas när elektroner fördelas ojämnt runt. 

• dessa tillfälliga dipoler skapar nya tillfälliga dipoler som då attraherar varandra → van der waals binding

• Styrkan (attraktionskraft) beror på antal elektroner → ju fler e- —> starkare van der waals → högre kok/smältpunkt. (Därför ökar kok/smältpunkt hos molekyler ju längre ner i grupp icke-metall är)

• Varför? Pga att det finns fler elektroner som kan fördelas på en sida, starkare minus och plus sida. 

• Ända bindning som kan uppstå mellan olika ickemetaller. 

Ordna vätebindning, jon-dipol binding, dipol-dipol binding och van der Walls binding i starkast till svagast binding.

1. jon-dipol bindning

2. vätebinding

3. dipol-dipol

4. van der Waals (endast tillfälliga dipoler)

Beror kok och smältpunkt på intra eller intermolekylära krafter?

Intermolekylärakrafter. Detta då när man det krävs betydligt mycket mer energi för att separera ämnen så som H20 än att separerar deras vätebindingar.

Löslighet: Vad innebär lika löser lika?

• Feta (opolära ämnen) löser sig bäst i andra feta (opolära ämnen)

• Vattenlösliga (polära) ämnen löser sig bäst i andra vattenlösliga (polära) ämnen

Vad innebär löst ämne och lösningsmedel?

• Löst ämne: det ämne som det finns minst av 

• Lösningsmedel: det ämne som det finns mest av 

• ”Lösningsmedelsbindning” = bindning mellan löst ämne – lösningsmedel

Vad händer om du har mer av det lösta ämnet än lösningsmedlet? 

Om du har för lite lösningsmedel i förhållande till det lösta ämnet så blir lösningen mättad- dvs det går inte att lösa mer av ämnet

• Finns inte tillräckligt med molekyler av lösningsmedlet som kan bilda bindningar med det lösta ämnet → överskott av det lösta ämnet och densitetsskillnad. 

Varför är det lika löser lika?

• Polära ämnen löser sig bäst i polära lösningsmedel →
  Då har störst chans att bilda nya bindningar mellan lösningsmedlet och löst ämne som är starkare än de gamla bindningarna

  • Bindningarna som kan bildas i lösningen är vätebindningar/dipol-dipol eller jon-dipol

• Opolära ämnen  löser sig bäst i opolära lösningsmedel →
  Då de har störst chans att bilda nya bindningar mellan lösningsmedlet och löst ämne som är starkare än de gamla bindningarna

• Bindningarna som bildas är enbart Van der Waalsbindningar

Vad gör att löslighet i lösningsmedel kan öka?

• Du tillsätter mer lösningsmedel

• Du ökar temperaturen

  • Gäller fasta och vätskeformiga ämnen

• Tillsätter ett emulgeringsmedel (tensid)

  • Tensid = ämne som har både polära och opolära egenskaper

Vad krävs för att ett ämne ska lösa sig?

• De nuvarande bindningarna (i den fasta formen) måste brytas

• Det måste kunna skapas nya bindningar mellan det lösta ämnet och lösningsmedlet

• Att de nya bindningarna (i löst form) blir starkare än de nuvarande (i den fasta formen) 

• Det måste finnas tillräckligt med lösningsmedel annars blir lösningen mättad

Vilka bindningar kan bildas mellan det lösta ämnet och lösningsmedlet?

I Polära lösningsmedel

• Vätebindningar

ELLER/OCH

• Dipol-dipol

ELLER/OCH

• Jon-dipol

OCH om stor molekyl

• Van der Waalsbindningar

I Opolära lösningsmedel

• Van der Waalsbindningar
  

Förklara skillnad mellan hydrofila och hydrofoba ämnen

• hydrofil (=vattenälskande, polär): Laddade ämnen som löser sig i vatten.

• hydrofob(=vattenavstötande, opolär): Saknar laddning, löser sig inte i vatten.

Tänk på att polärt ämne “gillar” vatten då vatten också är polärt. 

Förklara vad emulgeringsmedel/tensid är samt hur det kan öka löslighet.

• Ämne med både polära och opolära

  egenskaper.

• Tänk tex disk/tvättmedel

• Den ena änden är hydrofil (=vattenälskande, polär), andra än hydrofob(=vattenavstötande, opolär).

• Den hydrofila delen fäster vid vattnet och den hydrofoba fäster sig vid oljan. 

  
  

Hur ser bindningarna ut i grafit och diamant? Vad gör diamant så hårt?

Diamant: består av ett enormt nätverk av extremt starka opolär kovalenta bindningar där varje kolatom är bunden till fyra andra kolatomer som sönderdelas vid hög värme. Det är en tetraeder struktur.

Grafit: består av lager av kovalenta bindingar inom flata kolskiften, där varje kolatom binder sig till tre andra atomer i en hexagonstruktur. De svaga van der Waals - bindningar mellan skifterna gör grafit mjuk och skör, som blyertspenna.