Rozdíl mezi kovalentní vazbou a mezimolekulovými silami H20(1) -> H20(g) při 100 °C AH = + 41,2 kJ mol Typ vazby Energie, kJ mol-1 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 — dipól dipól — dipól —» orientační, Keesom dipól — indukovaný dipól —» indukční, Debye ion — indukovaný dipól J. D. van der Waals (1837- 1923) NP za chemii 1910 indukovaný dipól — indukovaný dipól —» disperzní, London • van der Waalsova repulze (odpuzování) 4 Interakce ion - ion Coulombův zákon E = energie interakce q = náboj iontu r = meziiontová vzdálenost dipólový moment 4,80 D je referenční hodnota, čisté +1 a -1 náboje vzdálené 100 pm, vazba mezi nimi je 100 % iontová 6 kT = škálovací faktor energií v molekulárních procesech při 298 K: kT = 4,11 x 10"21 J E = energie interakce q = náboj iontu ji = dipólový moment r = vzdálenost T = teplota k = Boltzmannova konstanta Hydratace/solvatace iontů Interakce klesá s rostoucí velikostí iontu [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 [Al(H20)6r Polární koord. vazba Solvatace elektronů Sodík rozpuštěný v kapalném amoniaku Na(NH3)x+ + e (NH3)X- Modrý elektricky vodivý roztok, silné redukční činidlo Solvatované elektrony (spinové páry) Pomalá reakce 2 Na + 2 NH, 2 NaNB, + 9 Interakce dipól - dipól Keesom E = -konst Ma X M" kTr" ô O R 12 + energie interakce dipólový moment vzdálenost T = teplota Boltzmannova stanta Interakce dipól - dipól Interakce ion - indukovaný dipól a dipól - indukovaný dipól iu(indukovaný) = a E a = polarizovatelnost E= intenzita elektr. pole ion - indukovaný dipól dipól - indukovaný dipól, Debye E = energie interakce q = náboj a = polarizovatelnost ji = dipólový moment r = vzdálenost Polarizovatelnost, a, m3 13 Molekula Polarizovatelnost ^varu(^) Dipólový moment (Ä3) (D) He 0.20 4.216 0 Ne 0.39 27.3 0 Ar 1.62 87.3 0 Kr 2.46 119.9 0 H20 1.48 373.15 1.85 H2S 3.64 212.82 1.10 CC14 10.5 349.85 0 C6H6 25.1 353.25 0 CH3OH 3.0 338 1.71 CH3F 3.84 195 1.81 CHCI3 8.50 334.85 1.01 14 Interakce indukovaný dipól - indukovaný dipól Londonovy disperzní síly (a) Electrostatic (b) 1^^^ attraction 8-^ li « • Helium atom 1 Helium atom 2 ň g+ ň Vliv polarizovatelnosti molekuly na velikost Londonových sil Vliv Londonových sil na skupenství halogenů a vzácných plynů S velikostí molekul roste polarizovatelnost teplota varu, K teplota varu, K F2 85.1 He 4.6 Cl2 238.6 Ne 27.3 Br2 332.0 Ar 87.5 I2 457.6 Kr 120.9 teplota varu, K C8H18 C5H12 C4H10 C3H8 2n6 CHy U jednoduchých uhlovodíků nacházíme jen Londonovy disperzní síly j_i_i_i_i_i_i_i_i_i_i_i_i_i_i 50 100 150 Molecular Weight Vodíková vazba H s elektronegativními atomy (F, O, N, Cv..) Vodíková vazba Intramolekulární vodíková vazba Snížená kyselost OH skupiny (konstanta kyselosti Ka) v důsledku tvorby vodíkové vazby 20 Vodíková vazba Intermolekulární Led 21 Vodíková vazba Vazba Vzdálenost (Á) Rozmezí (Á) 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 OH...O - Alkohol OH 2.74 2.55-2.96 - Voda OH 2.80 2.65-2.93 22 OH...C1 3.07 2.86-3.21 Teploty varu, K, hydridů 14., 15. a 16. skupiny Molekulová hmotnost HF2" hydrogendifluorid Nej silnější známá H-vazba 155 kJ mol Symetrické rozložení vazebných délek H-F 114 pm Vazebný úhel F-H-F = 180° Autodisociace HF 2 HF ^ H2F+ + HF2 Vodíková vazba Struktura HF Struktura proteinů Struktura ledu Rovnováha přitažlivých a odpudivých sil Odpudivé síly (Pauli) Repulze elektronových oblaků U= l/r12 Přitažlivé síly (v.d. Waals) -U = -l/r6 Lennard-Jonesuv potenciál ' l/r" Rovnovážná vzdálenost l-B±. 12 A, B = konstanty závislé na elektrických vlastnostech molekul 12 \r J > \r ) 8 = hloubka potenciálové jámy ct = vzdálenost, při které jsou odpudivé a přitažlivé síly vyrovnány rm = rovnovážná vzdálenost m 2.5 Van der Waalsovy poloměry, Á Atomový poloměr O 0.73 Á Iontový poloměr O2- 1. 40 Á H 1.20 Ar 1.88 As 1.85 F 1.47 C 1.70 Zn 1.39 Ga 1.87 Cl 1.75 Cu 1.40 Cd 1.58 In 1.93 Br 1.85 He 1.40 Hg 1.55 TI 1.96 I 1.98 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 Xe 2.16 Ag 1.72 Au 1.66 Mikroskopie atomárních sil AFM Supramolekulární chemie Pevné látky Amorfní ■ nepravidelné vnitřní uspořádání ■ izotropie fyzikálních vlastností ■ termodynamicky nestabilní Krystalické ■ pravidelné vnitřní uspořádání ■ anizotropie fyzikálních vlastností = různé v různých směrech (pro symetrii nižší něž kubickou) 37 Pevné látky Amorfní Metastabilní A Pner9.V Krystalické látky • kovové (Cu, Fe, Au, Ba, slitiny CuAu) atomy kovu, kovová vazba • iontové (NaCl, CsCl, CaF2,...) kationty a anionty, elektrostatická interakce • kovalentní (C-diamant, grafit, Si02, A1N,...) atomy, kovalentní vazba • molekulární (Ar, C60, HF, H20, C02, organické sloučeniny, proteiny) molekuly, van der Waalsovy a vodíkové interakce 39 Modely struktur iE Atomy vyplňující prostor Koordinační polyedry řUM Atomy a vazby Krystalické látky pravidelné vnitřní uspořádání 41 Vznik nukleačních center Ochlazování = klesá kinetická energie Roztok nebo tavenina Ochlazení - nukleace = náhodné a dočasné vytvoření krystalizačního jadérka krystalu 43 Nukleace Nukuace AG = 4/3 * r *AGV + 4* r > Ef prázdné Nad Fermiho hladinou volné Kovy, vlastní polovodiče, nevodíce Dopované polovodiče Křemíkové polovodiče typu nap Elektrony ve vodivostním pásu Donor levels " Fermi Level" Donorové hladiny Např. P (1 elektron) o o 0 □ □ □ □ □ o o O Akceptorové hladiny Např. B (volné) Fermi LeveJ Acceptor levels Elektronové díry ve valenčním pásu n-type doping p-type doping Slitiny Substituční Intersticiární O copper 9 zinc iron 4 carbon! Brass a) Steel (b) Tuhý roztok Zaplnění mezer malými atomy Podobná velikost atomů (C, N, H) Pokud stálý poměr kov/nekov Intersticiární sloučenina (Fe3C) 65 Velikost atomů a iontů Kovová Iontová Průběh elektronové hustoty F^(Pauling) F~(Shaniioii-Prewitt) (Goldschmidt) electron density o "ěo WO 140 distance from F /pm 200.9| Li Iontový poloměr Iontový poloměr roste s rostoucím koordinačním číslem Koordinační číslo