|
Titel
4
|
Molekyler og blandbarhed
I dette forløb ser vi på den anden af de tre typer kemiske bindinger, vi skal lære om. Nemlig elektronparbindingen (de to andre typer er ionbindingen og metalbindingen). I elektronparbindinger ”deles” atomerne om elektroner for hver især at opfylde ædelgasreglen. Grundstoffer og kemiske forbindelser, der holdes sammen af elektronparbindinger, kaldes molekyler. Elektronparbindinger opstår mellem ikke-metaller. Et molekyle består derfor altid af et eller flere forskellige ikke-metaller. Der er altid mindst to atomer i et molekyle. Er de af samme slags, kaldes det et grundstof (fx H₂). Er atomerne i et molekyle af forskellig slags, kaldes det en kemisk forbindelse (fx H₂O og C₁₂H₂₂O₁₁).
Vi tegnede elektronprikformler og så på molekylernes rummelige opbygning vha. molekylebyggesæt. Vi lærte at C-atomer (carbon) altid laver 4 bindinger, O-atomer (oxygen) altid 2 bindinger og H-atomer (hydrogen) altid 1 binding. Vi siger, at de har en valens på hhv. 4, 2 og 1.
Vi stødte også på det vigtige begreb elektronegativitet (EN) og så, hvordan forskellen i elektronegativitet (∆EN) kan bruges til at forudsige om en elektronparbinding er polær eller upolær (grænsen ligger ved en elektronegativitetsforskel på 0,5). Molekyler med udelukkende upolære elektronparbindinger er altid upolære molekyler. Molekyler med en eller flere polære bindinger kan være polære eller upolære. For at analysere om det er et polært eller upolært molekyle, skelner vi mellem, om det er (1) uorganiske molekyler (ofte små molekyler) eller (2) organiske molekyler (kan være små og store):
1) Uorganiske molekyler: Se om der dannes en dipol i molekylet som resultat af en polære elektronparbinding. Den polære elektronparbinding giver anledning til en ladningsforskydning, så det fælles elektronpar forskydes hen mod det af de to atomer med den højeste elektronegativitet. Dermed bliver dette atom en smule negativt ladet (δ-) og det andet atom en smule positivt ladet (δ+). Det angiver vi med det græske bogstav ”delta” (hhv. δ+ og δ-). I nogle molekyler bliver molekylet til en dipol ved denne ladningsforskydning. Det gælder for eksempel for vand/dihydrogenoxid (H₂O) og ammoniak/nitrogentrihydrid (NH₃). Ved andre molekyler dannes der ikke en dipol, selvom der er en polær binding i molekylet. Det er for eksempel tilfældet for carbondioxid (CO₂) og carbontetraflourid (CF₄). Det skyldes molekylets rummelige opbygning (se side 129-131 i bogen). Hvis der dannes en dipol i molekylet er molekylet polært, i modsat fald er det upolært.
2) Organiske molekyler: Tæl antallet af polære (hydrofile) grupper i molekylet og antallet af carbon-atomer med upolære (hydrofobe) grupper. Brug derefter reglen ”4 carbonatommer med hydrofobe grupper ophæver virkningen af én hydrofil gruppe” til at afgøre om molekylet er polært eller upolært. Det er reglen med giraffen og og de fire bævere. Vi brugte denne regel til at afgøre hvilke alkoholer, der er polære (og dermed blandbare med vand), og hvilke, der ikke er. Vi brugte også reglen til at afgøre hvilket af farvestofferne fra rødbede (betanin) og gulerod (beta-karoten), der opløseligt i vand, og hvilket der er opløseligt i madolie.
Så husk: En polær binding betyder ikke nødvendigvis, at molekylet er polært. Der skal skelnes mellem polære bindinger og polære molekyler.
Vi så i forløbet også på blandbarhed og reglen ”polære stoffer kan blandes med andre polære stoffer, og upolære stoffer kan blandes med andre upolære stoffer”.
I forbindelse med afleveringen "Talekemi" så vi kort på intermolekylære bindinger (vi kommer til at se mere på disse i 2g):
Jo stærkere de intermolekylære bindinger mellem molekyler er, desto bedre hænger molekylerne sammen og desto højere er stoffets kogepunkt. Den 30/1 og 3/6 blev I introduceret kort disse to typer intermolekylære bindinger:
Hydrogenbindinger (en dipol-dipol-binding): Intermolekylære bindinger mellem polære molekyler (se evt. figur side 136). Polære molekyler af en skæv ladingsfordeling, så den ene ende af molekylet bliver svagt negativ og den anden ende svagt positiv. Ved hydrogenbindinger tiltrækkes den positive ende af ét molekyle af den negative ende af et andet osv. Det sker fordi positiv ladning og negativ ladning tiltrækker hinanden.
Londonbindinger (midlertidig dipol): Intermolekylære bindinger mellem upolære molekyler. En Londonbinding er som udgangspunkt betydeligt svagere end en hydrogenbinding, men den samlede styrke af Londonbindingerne vokser med molekylets længde, fordi kontaktfladen bliver større. Længere molekyler er altså bundet stærkere sammen end kortere molekyler og har derfor højere kogepunkt. Derfor er kogepunktet for oktan (125 °C) højere end kogepunktet for pentan (36 °C). Og kogepunktet for triglycerider er højere end kogepunktet for pentan.
Hydrogenbindinger er stærkere end Londonbindinger. Derfor er kogepunktet af ethanol (78 °C) højere end kogepunktet for fx pentan (36 °C), selvom pentan er et længere molekyle end ethanol (ethanol indeholder 2 C-atomer og pentan indeholder 5 C-atomer). Men ved lange molekyler kan den samlede effekt af Londonbindingerne overstige betydningen af hydrogenbindingerne (fx er kogepunktet for oktan 125 °C, men kun 100 °C for vand).
Endeligt lærte vi i forløbet om organiske forbindelser, carbonhydrider (alkaner, alkener og alkyner) og alkoholer. Primært deres opbygning og navngivning. Vi så på både uforgrenede og forgrenede molekyler.
Vi har i forkskellige forløb set på alkaner og alkoholer og hvordan deres egenskaber kan forklares ud fra deres opbygning (vi har set på uforgrenede alkaner og uforgrenede, primære alkoholer). Egenskaber vi har set på:
1) Forbrænding (i forløbet "Kemiens byggesten")
2) Blandbarhed med vand og olie (i dette forløb)
3) Kogepunkt (lidt i dette forløb - derkommer mere senere)
I det første forløb "Kemiens byggesten" lavede I øvelsen "Fuldstændig og ufuldstændig forbrænding". I øvelsen så I forbrændingen af en alkan og en alkohol. I dette forløb "Molekyler og blandbarhed" undersøgte vi, hvilke primære, uforgrenede alkoholer der er blandbare med vand. Vi analyserede molekylerne og talte antallet af hydrofile og hydrofobe grupper og anvendte reglerne: (1) "Fire C-atomer med hydrofobe grupper ophæver virkningen af én hydrofil gruppe", og (2) "Polære stoffer kan opløses i polære stoffer, og upolære stoffer kan opløses i upolære stoffer". Endeligt undersøgte vi det eksperimentelt ved at blande forskellige alkoholer med vand.
Til slut i forløbet anvendte vi vores viden i en øvelse, hvor vi bestemte indholdet af fedt i chips. Vi kan her anvende vores viden om blandbarheden af polære og upolære stoffer til at vælge et fornuftigt opløsningsmiddel (pentan) til at ekstrahere fedtet fra chipsene. Desuden kan vi forstå, hvorfor pentan koger ved en lavere temperatur end vegetabilsk fedt. Det skyldes Londonbindingerne mellem molekylerne. Da kontaktfladen er større for triglycerider end for pentan, koger denne ved en højere temperatur. Denne viden kunne vi bruge til at adskille pentan fra fedtstof vha. destillation. Bonusinfo: Fedtstoffet selvantænder ved lavere temperatur end det koger - vil man have fedtstof på gasform, må der ikke være ilt tilstede.
En lille ordliste:
- ”uforgrenet” betyder at alle C-atomer sidder i samme kæde (ingen sidekæder = ingen forgreningspunkter).
- ”primær alkohol” betyder at OH-gruppen sidder på første C-atom. Altså i enden af carbonkæden.
- "monovalent alkohol" betyder at alkoholen kun indeholder én OH-gruppe.
- "kemiske egenskaber" er egenskaber der har med stoffernes kemiske reaktioner at gøre (kemisk reaktion: Der brydes og dannes bindinger) - fx om det kan brænde og om forbrændingen er fuldstændig eller ufuldstændig.
- "fysiske egenskaber" er fx blandbarhed og kogepunkt (egenskaber hvor der ikke sker kemiske reaktioner)
Du skal blandt andet kunne:
• Redegøre for elektronparbindinger og tegne elektronprikformer
• Analysere eletronparbindinger og afgøre, om de er polære eller upolære ud fra forskellen i elektronegativitet
• Analysere strukturformler for små og store molekyler og afgøre, om molekylerne er polære (opløselige i vand) eller upolære (ikke opløselige i vand)
• Tegne strukturformler og navngive alkoholmolekyler og forklare, hvilke der er opløselige i vand, og hvilke, der er opløselige i olie
• Forklare ud fra strukturformler hvorfor alkoholer med en carbonkæde med tre eller færre C-atomer er opløselige i vand, mens alkoholer med en carbonkæde på fire eller flere C-atomer ikke er opløselig i vand.
• Forklare ud fra strukturformler hvorfor farvestoffet i gulerod (beta-karoten) er opløselig i olie, mens farvestoffet i rødbede (betanin) er opløselig i vand
• Redegøre for de forskellige intermolekylære bindinger (Londonbindinger og hydrogenbindinger) - vi gik ikke i dybden med dette, så det er ikke meget du skal kunne.
• Forklare forskellen på fuldstændig og ufuldstændig forbrænding (se øvelsen vi havde i forløbet "Kemiens byggesten")
FAGLIGT INDHOLD OG VIGTIGE BEGREBER:
• Elektronparbinding (deling elektronpar så ædelgasreglen opfyldes)
• Ædelgasreglen
• Elektronprikformel
• Molekylebyggesæt
• Valens
• Molekyle
• Molekylformel
• Strukturformler (elektronprikformel, stregformel, kompakt strukturformel og zigzag-formel)
• Molekylers rummelige form, bindingsvinkler, ledige elektronpar, tetraeder
• Enkeltbinding (atomer deles om ét elektronpar, dvs. 2 elektroner)
• Dobbeltbinding (atomer deles om to elektronpar, dvs. 4 elektroner)
• Tripelbinding (atomer deles om te elektronpar, dvs. 6 elektroner)
• Elektronegativitet (EN) og forskel i elektronegativitet (∆EN)
• Polære og upolære elektronparbindinger
• Ladningsforskydning (forskydning af det fælles elektronpar)
• Dipol
• Polære og uplære grupper (= hydrofile og hydrofobe grupper)
• Polære og upolære molekyler
• Tilstandsformer og overgange mellem tilstandsformer (faser og faseovergange) - Uddybes senere
• Intermolekylære bindinger - Uddybes senere
Herunder:
¤ dipol-dipolbindinger (den mest almindelige er hydrogenbindingen)
¤ Londonbindinger (kontaktfladen har betydning for styrken)
• Fuldstændig og ufuldstændig forbrænding
• Smeltepunkt og kogepunkt - Uddybes senere
• Polaritet og blandbarhed (polære stoffer kan blandes med andre polære stoffer, og upolære stoffer kan blandes med andre upolære stoffer)
• Opbygning og navngivning af alkaner
• Navngivning af uforgrenede og forgrenede alkaner
• Isomeri (isomere forbindelser er forskellige forbindelser, der har forskellige strukturformler, men samme molekylformel)
• Alkener og alkyner
• Nogle fysiske og kemiske egenskaber ved alkaner (kogepunkt, polaritet og blandbarhed, Londonbindinger, forbrænding)
• Alkohol som består af en polær OH-gruppe og en upolær carbon-kæde
• Opbygning og navngivning af monovalente, primære alkoholer.
• Egenskaber af alkoholer, især polaritet og blandbarhed med vand men også kogepunkt, Londonbindinger, hydrogenbindinger og forbrænding
• Triglycerid (fedtstofmolekyle)
• Ekstraktion
• Destillation
• Vejeanalyse
• Masseprocent
• Udbytte
ANVENDT LITTERATUR:
• Aurum 1 side 23-25 og 123-133 og 143-150
(side 23-25 om organiske stoffer ikke læst endnu)
• Materialer på Lectio inkl. opgaver, links, billeder, øvelsesvejledninger og præsentationer
• Materialer på Teams
EKSPERIMENTELT ARBEJDE:
• Øvelse: Betanin og beta-karoten (deløvelse 1 fra vejledningen ”Øvelse med blandbarhed”)
• Øvelse: Alkoholers blandbarhed med vand (deløvelse 2 fra vejledningen ”Øvelse med blandbarhed”)
• Øvelse: Fedt i chips
|