Skupenské stavy Cool or compress -----------------*- -*----------------- Heat or reduce pressure Gas Liquid Crystalline solid Plyn Zcela neuspořádané Hodně volného prostoru Zcela volný pohyb částic Částice daleko od sebe Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe Pevná látka Pravidelně uspořádané Částice na stálých pozicích Částice blízko u sebe 1 Skupenské stavy Plyn I Skupenství vody Teplota, °C (tlak 1 bar) Hustota, g crrr1 pevné 0 0.9168 kapalné 25 0.9971 plynné 400 3.26 10 4 Kapalina * * * * • • - - Molekulový krystal Rozdíl mezi kovalentní vazbou a mezimolekulovými silami H20 -» 2H + O AH = + 920 kJ mol1 H20(1) -* H20(g) při 100 °C AH = + 41.2 kJ mol1 Typ vazby Energie, kJ mol1 Kovalentní 200-1000 Vodíková 10-50(100) Dipol-dipolová 2-10 Londonova disperzní >5 Covalent bond (strong) Intermolecular attraction (weak) Typy mezimolekulových vazeb (van der Waalsových interakcí) ion - ion Coulombické interakce ion — dipol J. D. van der Waals dipol — dipol —» orientační, Keesom (1837- 1923) NP za chemii 1910 dipol — indukovaný dipol —» indukční, Debye ion — indukovaný dipol indukovaný dipol — indukovaný dipol —» disperzní, London van der Waalsova repulze (odpuzování) Typy mezimolekulových vazeb lon-dipole Methanol (CHjOH) ?W"^ Hp H bond CH-OH CMlůTůlůrm Dipole-dipóle cr Hexane tCaHuJ lon-induced úlpole £K Acetone (C9H60) Octane Dlpoie-lnduoed dipóle Dispersion Interakce ion - ion Coulombův zákon E = 1 4tt£0 qxq2 r Interakce ion - dipol Dipólový moment - \i proton a elektron, vzdáleny 1 Á [X = q L = (1.60 10-19C)(1.00 10-10m) = 1.60 10-29Cm = dipólový moment je referenční hodnota, čisté +1 a -1 náboje vzdálené 100 pm, vazba mezi nimi je 100% iontová H Hydratace/solvatace iontů Interakce klesá s rostoucí velikostí iontu i+ i+ [Li(H20)4] [Na(H20)x] K+ slabá Rb+ nulová Cs+ negativní Interakce klesá Interakce roste s rostoucím nábojem iontu [Na(H20)x]+ [Mg(H20)6]2+ Ion-dipol _____________ Interakce roste [A1(H20)6]3+ + Polární koord. vazba 10 Solvatace elektronů Sodík rozpuštěný v kapalném amoniaku Na(NH3)x+ + e (NH3)X" Modrý elektricky vodivý roztok Silné redukční činidlo Interakce dipol - dipol Keesom 2 2 E = -konst^^i kTr6 Interakce dipol - dipol Sloučenina Butan Aceton Mr 58 58 Teplota varu, °C -0.5 57 Dipólový moment, C m 0 9.3 10 -30 13 Interakce ion - indukovaný dipol a dipol - indukovaný dipol iu(indukovaný) = a E a = polarizovatelnost E = intenzita elektr. pole ion - indukovaný dipol dipol - indukovaný dipol, Debye E = -kons t —— Polarizovatelnost, a, m3 Skupina Polarizovatelnost, cm31024 v.d.W poloměr, A Atomový poloměr, Á 0 0.63 1.5 0.66 CH2 1.80 2.0 - S 3.00 1.8 1.04 15 Molekula Polarizovatelnost (A3) He 0.20 Ne 0.39 Ar 1.62 Kr 2.46 H20 1.48 H2S 3.64 CC14 10.5 C6H6 25.1 CH3OH 3.0 CH3F 3.84 CHCI3 8.50 Tvam(K) Dipólový moment (D) 4.216 0 27.3 0 87.3 0 119.9 0 373.15 1.85 212.82 1.10 349.85 0 353.25 0 338 1.71 195 1.81 334.85 1.01 16 Interakce indukovaný dipol - indukovaný dipol Odpudivé síly Přitažlivé síly 17 Londonovy disperzní síly Repulsive forces Attractive forces IE = ionizační energie a = polarizovatelnost r = vzdálenost 18 Vliv polarizovatelnosti molekuly na velikost Londonových sil Vliv Londonových sil na skupenství halogenů a vzácných plynů S velikostí molekul roste polarizovatelnost 200 150 100 50 >lota varu, K o o o o J_________I_________I_________I_________I_________I_________I_________I_________I_________I 20 40 60 Atomic Number teplota varu, K teplota varu,K F2 85.1 He 4.6 Cl2 238.6 Ne 27.3 Br2 332.0 Ar 87.5 I, 457.6 Kr 120.9 80 19 Vliv velikosti molekuly na velikost Londonových sil 200 100 50 A 400 I teplota varu, K 350- ■ 300-| H C5H12 C„hL.„ 250 H C8H18 C4H10 C3H8 S h U jednoduchých uhlovodíků nacházíme jen Londonovy ch4 disperzní síly _i________________i_________________i_________________i________________i_________________i_________________i_________________i_________________i________________i_________________i_________________i_________________i________________i________________i 50 100 150 Molecular Weight 20 Vliv tvaru molekuly na velikost Londonových sil Stejná Mr rt-Pentane (bp = 309.4 K) Neopentane (bp = 282.7 K) Větší plocha dotyku 21 Vodíková vazba H s elektronegativními atomy (F, O, N, C,...) D;' ^ it \ ■"-■* /L TT1--''' / T IX 1 * * * O-] H.....O Vodíková vazba Intramolekulární vodíková vazba o-nitrofenol Ka=10"7 .H O' p-nitrofenol Ka=10"4 O S N + *0 Snížená kyselost OH skupiny v důsledku tvorby vodíkové vazby 23 Vodíková vazba Intermolekulámí &o 20- Q "_/ (a) (b) 24 Vodíková vazba Vazba Vzdálenost (Ä) i Rozmezí N-H...N 3.10 2.88-3.38 N-H...O - Amid NH 2.93 2.55-3.04 - Amino NH 3.04 2.57-3.22 N-H...F 2.78 2.62-3.01 N-H...C1 3.21 2.91-3.52 OH...N 2.80 2.62-2.93 0-H...0 - Alkohol OH 2.74 2.55-2.96 - Voda OH 2.80 2.65-2.93 0-H...C1 3.07 2.86-3.21 25 Vodíková vazba 400-350-300-250-200-150-100 50-I Teploty varu, K, #2 hydridů 14., 15. a 16. skupin H2Te ca j________i________i________i________i________i________i________i________i________i________i________i________i________i_______j 50 100 Molekulová hmotnost 150 26 HF2~ hydrogendifluorid Nej silnej ší známá H-vazba 155 kJ mol"1 Symetrické rozložení vazebných délek H-F 114 pm Vazebný úhel F-H-F= 180° Autodisociace HF 2 HF <-> H2F+ + HF2- í F-H í [F-H-F] MO Třícenterní 4elektronová vazba ■** F" (Donorový atom) 2.1 Vodíková vazba O—HO J a- V R—C dimer C—R V- »J O O—H------O O—H-----O O O 0---H—O &---H—0 0 Krystalové inženýrství Struktura HF 1D. HF Ortorrombico: B mmb a (Ä) 3.42 b (Ä) 4.32 c (Á) 5.41 V (Ä3) 79.9 Z 4 ^k ,^l Dx (gcrrr3) 1.66 -•-•n F-H (Á) _ •4J F F (Ä) 2.49 • • H F (Ä) F-H -F (°) 180° 4^—ti rJ J—W^ 29 Kyselina boritá rv y N^H H ' H : ľ : T yV fflj ft) R —O ^0 \ H^ \ H R HR / / O—H---0 b=c / \ H H H' Rl ,W H O \ O —H H * Ó. // '■ R C \ O H / H R N H^ / \ O H O —H H : H o Cop/n'ghi 1999 John WNsy and 3^5. Inc. All nghls rsw™scj ■ o Droteinu 31 Struktura DNA (b) 3' CH, O Adenine-thymine ba» pair f J * ►" "V >• t V!/y I L ^J •f • ?». 1 .-^ • %*:r 1 ! if- £M' of deoxyriboJ? C-V Of L deoxyrlbose * f" C-l' of deoxyribose Adenine Thymine Cuanlnp-cytosine ba« pair t-) M C-ľof deoxyribo« Guanine Cytokine Hydrogen bond óó Struktura ledu 3D . H20 Hexagonal: P^/mmc a (ä) 4.5227 c (Ä) 7.3671 V (Ä3) 121.9 Z 3 Dx (gcnr3) 0.74 O-H (Ä) 0-0 (A) H 0(A) O-H O (°) 0.82, 0.86 2.765, 2.773 1.91, 1.95 180° Rovnováha přitažlivých a odpudivých sil e(10~13erg) 6(eV) (X(Á) Odpudivé síly v.d. Waalsova repulze E=l/r12 Přitažlivé síly E=l/r6 Lennard-Jones 12 /^\6' Vt,j = 4e er r er r Ar Kr Xe 0.050 0.0031 2.74 0.167 0.0104 3.40 0.225 0.0140 3.65 0.320 0.0200 3.98 1.0(1 5.0 Distance (A) -0.25 J Skupina C atom - alifat - aromát 0 atom - karbonyl - alkohol N atom - amid - amin - ammonium F atom CI atom Br atom 1 atom S atom vdW 1.7 Á 1.7 Á 1.4 Á 1.5 Á 1.52 Á 1.65 Á 1.50 Á 1.35 Á 1.80 Á 1.95 Á 2.15 Á 1.85 Á 0.5 Rm 2.0 Á 1.9 Á 1.80 Á Van der Waalsovy poloměry, Á Ag 1.72 Ar 1.88 As 1.85 Au 1.66 Br 1.85 C 1.70 Cd 1.58 Cl 1.75 Cu 1.40 F 1.47 Ga 1.87 H 1.20 He 1.40 Hg 1.55 I 1.98 In 1.93 K 2.75 Kr 2.02 Li 1.82 Mg 1.73 N 1.55 Na 2.27 Ne 1.54 Ni 1.63 O 1.52 P 1.80 Pb 2.02 Pd 1.63 Pt 1.72 S 1.80 Se 1.90 Si 2.10 Sn 2.17 Te 2.06 TI 1.96 U 1.86 Xe 2.16 Zn 1.39