hoofdstuk 02 - audesirk
TRANSCRIPT
Atoms, Molecules and Life
Hoofdstuk 02
2010/2011
ATOMEN EN MOLECULENDeel 1
2
Scheikunde!?
3
Proton Neutron Elektron
Waterstof1 proton1 elektron
Zuurstof8 protonen8 neutronen8 elektronen
+ 0 –
Periodiek systeem
5
Essentiële elementen
• Circa 25 elementen zijn essentieel voor het leven
– 96% van alle levende stof bestaat uit 4 elementen
• koolstof (C) • waterstof (H)
• zuurstof (O) • stikstof (N)
– De overige 4% bestaat voornamelijk uit:
• fosfor (P) • calcium (Ca)
• zwavel (S) • kalium (K)
6
Atoombindingen
• Effect van elektronen
– Elektronen bepalen chemischeeigenschappen van een atoom
– Hangt af van het aantal elektronenin de buitenste schil• valentieschil
7
Hoe gedraagt ditatoom zich?
Atoombindingen
8
–
–
–
Atoombindingen
• Atomen:
– Vullen een deels gevulde valentie schil
of
– Legen een deels gevulde valentie schil
Type bindingen
• Zwakke bindingen
– Waterstofbruggen• Aantrekking tussen + en –
– Hydrofobe en hydrofiele interacties• Interactie met H2O
– Van der Waalskrachten
– (ionbindingen)
• Sterke bindingen
– Covalente bindingen
10
Covalente bindingen
• Waarom zijn deze bindingen zo sterk?
– Twee atomen delen een elektronenpaar
– Beide atomen ‘trekken’ aan dit paar
– Zeer stabiel
11
Meerdere covalente bindingen
• 2 atomen kunnen >1 elektronenparen delen
– Dubbele bindingen• 2 paar elektronen
– Drievoudige bindingen• 3 paar elektronen
– Zeer sterke bindingen
12
Niet-polaire covalente binding
• Elektronenpaar gelijkmatig gedeeld door 2 atomen
– Voorbeeld: koolwaterstoffen = CxHx
• Methaan (Ch4)
13
Polaire covalente binding
• Elektronenpaar niet gelijkmatig gedeeld door 2 atomen
– Voorbeeld: water = H2O• Zuurstof heeft een grote aantrekking
voor de elektronen dan waterstof
• Zuurstof is sterker elektronennegatief
• Water is een polair molecuul– + en – polen
– Geeft water zeer interessante eigenschappen
14
Waterstofbrug
• Polair water creëert moleculaire aantrekking
– Aantrekking tussen positieve H in het ene watermolecuul en negatieve O in het andere watermolecuul
• Zwakke binding
15
HET BELANG VAN WATERDeel 2
16
Waarom bestuderen we water?
• Al het leven bevindt zich in water
– In de cel
– Buiten de cel
17
Water
• H2O moleculen vormen waterstofbruggen met elkaar
– +H aangetrokken tot –O
18
Het levenselixer…
• Eigenschappen van water:
1. Cohesie en adhesie• Oppervlaktespanning, capillaire werking
2. Oplosmiddel• Veel moleculen lossen op in water
• Hydrofiel vs. Hydrofoob
3. Lagere dichtheid in vaste toestand• IJs drijft!
4. Hoge specifieke warmte• Water slaat warmte op
5. Hoge verdampingswarmte• Langzame opwarming en afkoeling
19
1. Cohesie en adhesie
• Cohesie
– Waterstofbruggen tussen H2O moleculen• Oppervlaktespanning
• Uit een rietje drinken
• Adhesie
– Waterstofbruggen tussen H2O en andere stoffen• Capillaire werking
• Meniscus
20
1. Cohesie en adhesie
• Wateropname plant
– Gebaseerd op verdamping
21
2. Oplosmiddel
• Polariteit maakt H2O een goed oplosmiddel
– Polaire H2O moleculen omringen + en - ionen
22
Wat lost op in water?
• Hydrofiele substanties
– Aantrekking met water
– Polair
23
Wat lost NIET op in water?
• Hydrofobe substanties
– Geen aantrekking met water
– Niet polair
24
3. IJs
• De meeste substanties hebben een grotere dichtheid in vaste toestand
– Ijs niet, dat drijft• Waterstofbruggen
25
Waarom is dit van belang?
• Oceanen en meren bevriezen niet volledig
– IJs vormt een isolatie voor het onderliggende water• Leven mogelijk in winter
– Als ijs zou zinken…• Meren en oceanen zouden volledig bevriezen
• ‘s zomers zou slechts enkele centimeters ontdooien
26
4. Hoge specifieke warmte
• Veel energie nodig om water op te warmen
• Veel energie nodig om water af te laten koelen
• Water zorgt voor een stabiele temperatuur
27
Hoge verdampingswarmte
28
Ionisatie van water & pH
• Water ioniseert
– H2O splits in H+ en OH–
• als [H+] = [-OH], water is neutraal
• als [H+] > [-OH], water is zuur
• als [H+] < [-OH], water is basisch
• pH schaal
– hoe zuur of basisch een oplossing is
– 1 7 14
Buffer
30
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3Amount of base added
Bufferingrange
4 52
pH
Buffers & de cel
• pH van de cel moet rond 7 zijn
– pH beïnvloedt de vorm van moleculen
– Vorm van moleculen bepaalt de functie
• Controle pH door buffers
– reservoir van H+
• doneer H+ als [H+] daalt
• absorbeer H+ als [H+] stijgt
Einde