Empiirinen kaava

KEMIALLISET KAAVAT,
HEIKOT
VUOROVAIKUTUKSET
Tunnin sisältö
•  Kemiallinen kaava
• Mitä eri tyyppejä?
• Milloin tarvitaan, mahdollisuudet
ja erikoisuudet?
• Esimerkki
Kemiallinen kaava
•  Ilmoittaa yhdisteen koostumuksen
•  Alkuaineet merkitään niiden kemiallisilla
merkeillä esim. hiili ”C”, vismutti ”Bi” jne.
•  Alaindeksillä merkitään kyseisen
alkuaineen lukumäärä yhdisteessä.
•  Sulkeiden jälkeen tuleva alaindeksi
merkkaa sulkeissa olevien alkuaineiden
lukumäärää
Empiirinen kaava
•  Empiirinen kaava ilmoittaa atomien suhteet,
mutta EI atomien tarkkoja lukumääriä
molekyylissä.
•  Esim. kuusihiilisten molekyylien glukoosin ja
fruktoosin empiirinen kaava on CH2O
•  Esim. CaCl2 on suola, jossa on kahta kloridiionioa kohden yksi kalsiumioni.
•  Huom! Suoloilla aina empiirinen kaava!
Miksi?
•  Polttoanalyysitehtävät (”combustion
analysis, empirical formula”)
Molekyylikaava
•  Molekyylikaava eli bruttokaava
•  Ilmoittaa eri alkuaineiden tarkan määrän
yhdessä molekyylissä (merkitään
alaindekseillä), mutta EI tarkkaa rakennetta.
•  Kirjoitusjärjestys: C, H, heteroatomit
aakkosjärjestyksessä
•  Esim. metaani CH4 tai arakidonihappo
C20H32O2
•  Monilla ERI yhdisteillä sama: glukoosilla ja
fruktoosilla kaava on C6H12O6
Empiirinen vai molekyylikaava?
•  Glukoosi: empiirinen kaava CH2O, mutta
rakennekaava C6H12O6
•  Joskus merkitään (CH2O)x à glukoosille x =
6
•  Tietyt tehtävätyypit: ”Määritä empiirinen
kaava yhdisteelle, jonka sisältämien atomien
massaprosenttiosuudet ovat seuraavat…
Tämän jälkeen määritä yhdisteen
molekyylikaava, kun sen moolimassa on Y.”
Rakennekaavat
• Lewis
Cl
H
C
H
C C
H
• Valenssiviiva (Kekulé)
O
• Tiivistetyt rakennekaavat
• Tikkukaavat
Cl
O
H2C
C
H
Cl
C
O
H
H
CH2 CH3
H
Tehtävä:
Esitä eteenin (C2H4) Lewisrakenne, Kekulén rakenne sekä
tikkukaava.
Tunnin sisältö
2.  Heikot vuorovaikutukset
•  Millaisia erilaisia?
•  Missä esiintyvät?
•  Biologinen/lääketieteellinen merkitys
HEIKOT
VUOROVAIKUTUKSET
MOLEKYYLIEN VÄLISET
SIDOKSET
Heikot sidokset
•  Dipoli-dipolisidos
•  vetysidos!!
•  Ioni-dipolisidos
•  Van der Waals
•  Vahvoista kemiallisista sidoksista
poiketen syntyvät molekyylien välille
•  Suuri biologinen merkitys
•  Proteiinien laskostuminen, DNA,
kalvorakenteiden muodostuminen…
Dipoli-dipoli-sidos
•  Vastakkaismerkkisesti
varautuneet molekyylinosat
vetävät toisiaan puoleensa
•  Molekyylien osien
osittaisvarausten välinen
vuorovaikutus.
•  Kahden molekyylin välillä voi
olla useita dipolidipolisidoksiaàmolekyylihila
Dipolisuuden edellytyksenä
poolinen kovalenttinen sidos
•  Kovalenttinen sidos polarisoituu, kun sidosta
muodostavien atomien välillä on
elektronegatiivisuusero (>0,5)
•  Poolisessa suurempi osa elektronien varauksesta
on sidoksen elektronegatiivisemmalla osapuolella
•  Elektronegatiivisempi atomi saa negatiivisen
varauksen ja vähemmän elektronegatiivinen yhtä
suuren positiivisen sähkövarauksen
•  Varauksen suuruus on pienempi kuin
alkeisvaraus!
δ Molekyylin poolisuus
•  Yksittäinen sidos saattaa olla vain
pieni osa suurta molekyyliä
•  Tällöin molekyylin poolisuuden (kyvyn
muodostaa dipoli-dipolisidoksia)
määrää poolisten ja poolittomien
kovalenttisten sidosten suhde.
Vesimolekyyli on poolinen… Sähkökentän suunta Pooliset osat Oleaa0 ei niinkään… Vetysidos - dipoli-dipolisidoksen
erikoistapaus
•  H sitoutuu pieneen
elektronegatiiviseen atomiin:
N, O tai F (1. jakso)
•  Lisää veden sulamis- ja
kiehumispistettä
merkittävästi à ns. veden
erikoisominaisuudet
•  Veden koheesio
(pintajännitys)
•  Tärkeä biologinen:
vesifaasi, hydrofobinen
vuorovaikutus, DNA,
proteiinit…
Ioni-dipolisidos
•  Dipolisen molekyylin ja ionin välillä
•  Poolisen molekyylin osittaisvaraus vetää
puoleensa vastakkaismerkkistä ionia.
•  Hydratoituminen: suola saa veteen
liuetessaan ylleen H2O-kuorrutteen
Dispersiovoimat eli Van der
Waalsin sidokset
•  Erittäin heikkoja sidoksia poolittomien
molekyylien välillä
•  Elektronien satunnainen liikkuvuus aiheuttaa
molekyyleille hetkittäisiä osittaisvarauksia.
•  Molekyylit voivat olla hetkellisiä dipoleja ja
vuorovaikuttaa läheisten molekyylien tai
makromolekyylien tapauksessa omien
rakenteidensa kanssa
•  Mahdollistavat poolittomien molekyylien
nestemäiset ja kiinteät olomuodot.
Heikot vuorovaikutukset
liuoksissa
•  Liuosten ja muiden seosten muodostumista ohjaa
pyrkimys mahdollisimman moneen mahdollisimman
vahvaan molekyylien väliseen sidokseen.
•  Yhdisteen poolisuus ja ioniluonne määrää sen,
mihin yhdiste voi liueta ja mitä se voi liuottaa.
•  Pooliset yhdisteet voivat muodostaa dipoli-dipoli ja
ioni-dipoli sidoksia, joten ne liuottavat poolisia
yhdisteitä ja suoloja.
•  Poolittomat yhdisteen liukenevat poolittomiin
liuoksiin, mutta eivät esimerkiksi pooliseen
veteen (hydrofobinen vuorovaikutus)
Hydrofobinen vuorovaikutus •  Vesipakoisten poolittomien molekyylien tai niiden
osien taipumus muodostaa erillinen faasi
vesiliuoksessa ollessaan
•  Hyvänä esimerkkinä lipidimembraanien
spontaani muodostus, proteiinin laskostuminen
•  Johtuu veden voimakkaista vetysidoksista,
joiden energeettisesti epäedullista
rikkoutumista homogenoituminen vaatisi
à poolittomat molekyylit eivät pääse
tunkeutumaan vesimolekyylien lomaan.
•  On energeettisesti edullisempaa, että
vesi pääsee muodostamaan omat
vahvemmat vetysidoksensa ja pooliton
yhdiste Van der Waalsin sidokset.
Kliininen esimerkki –
sirppisoluanemia
•  Hemoglobiinimolekyylissä yksi
glutamiini (hydrofiilinen)
vaihtunut valiiniksi
(hydrofobinen).
•  Hemoglobiini ei laskostu
oikein: pyöreän pallon
(globiini) sijaan tulee ”sauvoja”
•  Koko punasolun muoto
muuttuu