|
Titel
4
|
Molekyler og blandbarhed
[OBS: Beskrivelse ikke færdig]
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 - er de forskellige slags, kaldes det en kemisk forbindelse).
Vi tegnede elektronprikformler, stregformler og zigzag-formler (tre eksempler på strukturformler) 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 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 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) små molekyler eller (2) store organiske molekyler:
1) Små 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) Store 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. 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 olie/heptan.
Så husk: En polær binding betyder ikke nødvendigvis, at molekylet er polært.
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”.
Endeligt så vi på hvad en hydrogenbinding er. Der findes forskellige typer intermolekylære bindinger (bindinger der virker mellem molekyler og tegnes med en stiplet linje). Vi så på dipol-dipol bindingen, der finder sted mellem polære molekyler (dipoler), heriblandt den mest udbredte som er hydrogenbindingen. Ved dipol-dipolbindinger 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. Jeg nævnte kort en anden type intermolekylære binding, nemlig Londonbindinger, som finder sted 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. Dermed kan Londonbindinger få stor betydning for fx et stofs kogepunkt, nå molekylerne bliver "lange".
Endeligt så vi på de tre forskellige tilstandsformer/faser (fast fase, væskefase og gasfase) og faseovergange. Når et stof går fra fast stof til væske, brydes der intermolekylære bindinger. Når væsken begynder at koge, brydes der flere intermolekylære bindinger. De intermolekylære bindinger (antallet og typen af bindinger) har derfor betydning for et stofs smelte- og kogepunkt. Jo stærkere bindinger, der er mellem molekylerne, desto sværere er de, at få fra hinanden, og jo højere temperatur er nødvendig for at få dem til at koge. Husk på, at molekylerne ikke ændrer sig ved en faseovergang. Fx ser vandmolekylet (H₂O) ens ud, uanset om det er som is, væske eller gas.
Til slut anvendte vi vores viden i en øvelse, hvor vi bestemte indholdet af fedt i chips. Først kunne vi anvende vores viden om blandbarheden af polære og upolære stoffer til at vælge et fornuftigt opløsningsmiddel (pentan) til at ekstrahere fedtet fra chipsene. Derefter kunne vi anvende vores viden om intermolekylære bindinger (her Londonbindinger og kontaktflade) til at forklare, hvorfor pentan koger ved en lavere temperatur end vegetabilsk fedt (triglycerider). Denne viden kunne vi bruge til at adskille fedt fra pentan vha. destillation.
om organiske forbindelser, carbonhydrider (alkaner, alkener og alkyner) og alkoholer. Primært deres opbygning og navngivning. Vi så også på nogle af deres egenskaber (blandbarhed, kogepunkt og forbrændingsreaktioner (sidstnævnte under forløbet "Kemiens byggesten).
Vi har i forskellige forløb set på alkaner og alkoholer og hvordan deres egenskaber kan forklares ud fra deres opbygning (for uforgrenede alkaner og uforgrenede, primære alkoholer). Egenskaber vi har set på:
1) Forbrænding
2) Blandbarhed med vand og olie
3) Kogepunkt
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 lektionen 26/2 så vi på kogepunkter af alkaner og alkoholer og hvordan de afhænger af opbyningen: Kogepunktet for uforgrenede primære alkoholer og uforgrenede alkaner stiger med stigende længde af carbon-kæden, hvilket kan forklares med Londonbindingerne/kontaktfladen. Kogepunktet af en alkohol er højere end kogepunktet for en alkan med samme længde carbonkæde, da alkoholen har en polær gruppe og der derfor er hydrogenbindinger imellem molekylerne.
Vi undersøgte forskellige uforgrenede alkoholers polaritet eksperimentelt ved at blande forskellige alkoholer med vand. Vi analyserede molekylerne og talte antallet af hydrofile og hydrofobe grupper og så, at teorien stemmeroverens med det observerede.
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
• Forklare hvorfor pentan koger ved en lavere temperatur end fedtstof (triglycerider)
• Forklare hvorfor alkaner koger ved højere temperaturer, jo længere de er.
• Forklare hvorfor alkoholer koger ved højere temperatur end alkaner af samme længde.
• Redegøre for de forskellige intermolekylære bindinger (Londonbindinger og hydrogenbindinger)
• Forklare betydningen af intermolekylære bindinger for et stofs smelte- og kogepunkt samt blandbarhed med vand og olie (fx alkaner og alkoholer).
. • Redegøre for de forskellige tilstandsformer.
• Forklare forskellen på fuldstændig og ufuldstændig forbrænding (se øvelsen vi havde i forløbet "Kemiens byggesten")
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 "kemi")
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, 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)
• Intermolekylære bindinger, herunder:
¤ dipol-dipolbindinger (den mest almindelige er hydrogenbindingen)
¤ Londonbindinger (kontaktfladen har betydning for styrken)
• Fuldstændig og ufuldstændig forbrænding (gennemgået under forløbet "Kemiens byggesten)
• Smeltepunkt og kogepunkt
• Polaritet og blandbarhed (polære stoffer kan blandes med andre polære stoffer, og upolære stoffer kan blandes med andre upolære stoffer)
• Triglycerider
• Ekstraktion
• Destillation
• Vejeanalyse
• Masseprocent
• Udbytte
• Opbygning og navngivning af alkaner
• Navngivning af uforgrenede og forgrenede alkaner
• Isomeri (isomere forbindelser er forskellige forbindelser, der har forskellige strukturformler, men samme molekylformel)
• Molekylformel og strukturformel (stregformel og zigzag-formel)
• 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
ANVENDT LITTERATUR:
• Aurum 1 side 23-25, 30, 123-139 og 143-150 (fokusspørgsmål kan ses under de enkelte lektioner)
(Side 23-25 og 30 læst under forløbet "Kemiens byggesten")
• Materialer på Lectio inkl. opgaver, links, billeder, øvelsesvejledninger og præsentationer
• Eventuelle filer delt Teams
KERNESTOF FRA LÆREPLANEN INDEHOLDT I FORLØBET:
• kemisk fagsprog, herunder kemiske formler og reaktionsskemaer
• grundstoffernes periodesystem, herunder atomets opbygning
• kemiske bindingstyper, tilstandsformer og blandbarhed
• simple organiske og uorganiske molekylers opbygning, navngivning, egenskaber og anvendelse
• simple kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder, herunder separation, titrering og vejeanalyse
• kemikaliemærkning og sikkerhedsvurdering ved eksperimentelt arbejde
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: Densitet og blandbarhed (vejledning skrevet direkte i Lectio)
• Øvelse: Fedt i chips
• Øvelse: Fuldstændig og ufuldstændig forbrænding – forbrænding af ethanol (sprit) og heptan (rensebenzin) (lavet under forløbet "Kemiens byggesten")
|