1. Szerves vegyületek szerkezete Flashcards
1
Q
vegyértékelmélet legfontosabb szerves kémiai vonatkozásai
A
- atomok határozott számú vegyértékeik útján kapcsolódnak molekulákká
- szén vegyületeiben négyvegyértékű, ezek egyenrangúak
- molekulákban az atomok meghatározott rendben kapcsolódnak egymáshoz
2
Q
nemfémes kötések lehetnek
A
- kovalens: elektronmegosztás (szerves vegyületekben ez a meghatározó)
- ionos: elektronátmenet
- mindkét kötés erős, elsőrendű
- elektronegativitás határozza meg milyen kötés alakul ki (vagyis hogy melyik kötéshez közelebb álló kötés)
3
Q
lokalizált kovalens kötés
A
kötő elektronok csak két atomhoz rendelhetők
4
Q
delokalizált kovalens kötés
A
kötést létesítő elektronok több mint 2 atomhoz tartoznak
5
Q
Lewis-elmélet
A
- kovalens kötésekkel szerveződő molekulákban az atomok nemesgáz-konfigurációja valósul meg a vegyértékeletronok megosztásával
- első és második sorban levő elemek esetében általában dublett (s2) vagy oktett (s2p6) szabály érvényesül
- második sorban már vannak kivételek (pl BF3 esetén a B körül csak 6 elektron van), ezek az elektronhiányos molekulák
- harmadik periódusra már nem érvényes az oktett szabály, ezek nyolcnál több elektront is képesek befogadni
6
Q
homonukleáris molekulák
A
- azonos atommagokból felépülő molekulák
- töltéseloszlása szimmetrikus a kötéstengelyre nézve
7
Q
heteronukleáris molekulák
A
- eltérő elektronegativitású atomok, ezért a töltéseloszlás aszimmentrikus
- kovalens kötés poláris
- nagyobb elektronegativitású atomhoz van közelebb a negatív töltés súlypontja
8
Q
elektronaffinitás (EA)
A
- az az energia, amely egy elektron felvételével képződő anion keletkezésekor felszabadul
- azoknál az atomoknál nagy az elektronaffinitás, melyeknél elektronfelvétellel nemesgáz-konfiguráció valósul meg
9
Q
ionizációs energia (IP)
A
az az energia, amely egy elektron eltávolításához szükséges, hogy egy kation keletkezzen
10
Q
töltésszétválás
A
- kötés ionos jellegét jellemezhetjük ezzel
- nagysága arányos a kötést létesítő atomok elektronegativitásának különbségével
- ennek értékétől függ a dipólusmomentum nagysága
11
Q
dipólusmomentum
A
- töltésszétválás értékétől függ a nagysága
- vektoriális mennyiség
- iránya kémiai konvenció szerint a pozitív töltés súlypontjától a negatív töltés súlypontja felé mutat
12
Q
rezonanciaelmélet
A
- vannak molekulák melynek több, csupán az elektronok helyzetében különböző, Lewis-képlete lehet, ezeket jellemezzük a rezonáns határszerkezetekkel (hipotetikus képletek)
- rezonáns határszerkezetek kombinációja írja le a valóságos molekulát, tényleges állapotot a határszerkezetek hibridje adja meg
- rezonáns formák közé kettősfejű nyilat teszünk
- a határszerkezetek nem azonosak, azonban ekvivalensek
13
Q
határszerkezetek rajzolásánal figyelembe kell venni az alábbi szempontokat: (2 db)
A
- valamennyi képletnek meg kell felelnie a Lewis-elméletnek
2. az elektronok száma minden határszerkezetben meg kell egyeznie
14
Q
a lehetséges határszerkezetek közül a molekula tényleges szerkezete ahhoz (azokhoz) hasonlít a leginkább: (5 db)
A
- amelyekben nincsenek ellentétes töltések
- amelyekben a legnagyobb elektronegativitású atom viseli a negatív töltést
- amelyekben az atommagok összekötésével szerkesztett geometria egybeesik a pályák át-lapolásával szerkesztett geometriával
- amelyek több kovalens kötést tartalmaznak
- amelyek zárt vegyértékhéjú atomot tartalmaznak
15
Q
csomófelület
A
elektron előfordulási valószínűsége nulla, itt vált előjelet a hullámfüggvény
16
Q
hullámfüggvény
A
ennek négyzete arányos az elektron előfordulási valószínűségével
17
Q
atom elektronkonfigurációjának szabályai
A
- felépítési elv (először a legalacsonyabb energiájú pályák töltődnek be)
- Pauli-elv (minden egyes pályán legfeljebb 2 elektron lehet jelen, és ezek ellentétes spinűek kell legyenek)
- Hund-szabály (azonos energiájú pályák először párosítatlan elektronokkal valósul meg)
18
Q
molekulapálya-elmélet (MO)
A
- többelektronos molekulák Schrödinger-egyenletének megoldásához alkalmazott egyik közelítő módszer
- értelmében egy kémiai kötés létesítésében a molekulát felépítő valamennyi atom atompályája (AO) részt vesz
- molekulapályák közelítő leírására szolgáló függvényeket az atompályák lineáris kombinációjával állítják elő (LCAO-módszer)
- delokalizált kötések jönnek létre
- kölcsönhatásban részt vevő atompályák számával megegyező diszkrét energiájú molekulapálya képződik
- kötő-, illetve lazító-pályák
- kötőpálya a kötéstengelyre nézve hengerszimmetrikus
- kötőpályák létesülésének feltétele, hogy a pályák átlapolása szimmetrikus legyen
- akkor jön létre stabilis molekula, ha a kötőpályák betöltöttsége nagyobb, mint a lazítópályáké
- kötés irányáról nem ad felvilágosítást
19
Q
határ-elektronpályák (MO módszerhez kapcsolódik)
A
- kémiai reaktivitásban van szerepük
- HOMO: legnagyobb energiájú betöltött molekulapálya
- LUMO: legkisebb energiájú be nem töltött pálya
20
Q
LCAO-módszer (MO módszerhez kapcsolódik)
A
- molekulapályák közelítő leírására szolgáló függvényeket az atompályák lineáris kombinációjával állítják elő (LCAO-módszer)
- két atompályát kombinálhatjuk úgy, hogy összeadjuk őket, ilyenkor a két hullám erősíti egymást, és megnő az elektronsűrűség, ezeket nevezzük kötő molekulapályának
- két atompályát kombinálhatjuk úgy, hogy kivonjuk őket, ilyenkor a két hullám kioltja egymást, ilyenkor az elektronsűrűség csökken, és a két atommmag közötti felezőúton nulla lesz (csomófelület van itt), ezt nevezzük lazító molekulapályának
21
Q
Vegyértékkötés-módszer (VB)
A
- többelektronos molekulák Schrödinger-egyenletének megoldásához alkalmazott egyik közelítő módszer
- kémiai kötés két atompálya átfedése
- kémiai kötést az ellentétes spinnel párosított elektronok hozzák létre (ezek a kötések lokalizáltak)
- kötés irányáról nem ad felvilágosítást
22
Q
hibridizáció
A
- atomok és molekulák geometriájának leírására használt módszer (geomatria befolyásol számos tulajdonságot, pl. kémiai reaktivitást)
- lényege, hogy az atompályák hullámfüggvényét különféle hányadban kombinálva új pályafüggvényeket nyerünk (hibridpályák)
- itt pályákat kombinálunk (nem elektronokat)
- metán sp3 hibridállapotú: ezeknek a pályáknak egy résznyi s-, és három résznyi p-jellegük van
- tájékoztatást nyújt a szén-hidrogén kötés erősségéről is: nagy p-hányad miatt (75%) kinyúlik a térbe, így nagy az átlapolás, ezért erős kötés létesül
23
Q
Vegyérték-elektronpár taszítás módszere (VSEPR)
A
- atomok és molekulák geometriájának leírására használt módszer (geomatria befolyásol számos tulajdonságot, pl. kémiai reaktivitást)
- azon alapszik, hogy a molekulák geometriája csak az elektron-elektron kölcsönhatástól függ
- ehhez ismerni kell a molekulán belül az atomok kapcsolódási rendjét (konnektivitást)
- molekula geometriája szempontjából csak a szigma-kötésváznak van jelentősége
24
Q
VSEPR-elmélet szempontjai: (6 db)
A
- atomokat kötő elektronpárok kapcsolják össze molekulán belül
- atomoknak vannak kötésben részt nem vevő elektronpárjai is (magányos/nemkötő elektronpárok)
- kötő és nemkötő elektronpárok lehető legtávolabb helyezkednek el egymástól (kölcsönös taszítás)
- kettős kötés térigénye nagyobb
- magányos elektronpár térigénye nagyobb
- adott számú elektronpár meghatározott orientációja geometriai megfontolások alapján adható meg
25
VSEPR-geometria az elektronpárok száma szerint (2-6-ig)
```
2 elektronpár esetén lineáris
3 elektronpár esetén trigonális planáris
4 elektronpár esetén tetraéderes
5 elektronpár esetén trigonális bipiramisos
6 elektronpár esetén oktaéderes
```
26
kötési energia (KE)
- kémiai kötés erősségét jellemezzük vele
- ha egy molekula kovalens kötése homolitikus hasadásra képes, akkor a kötési energia egyenéő a kötéshasadáshoz szükséges energiával
- heterolítikus disszociáció energetikailag kedvezőtlenebb folyamat
27
kötéserősség függése
- függ a kötéstípustól
- függ a kötésben részt vevő atomok méretétől
- függ a kötéshossztól (minél rövidebb a kötéstávolság annál erősebb a kovalens kötés)
- függ a szénatom hibridállapotától is (mivel ettől függ a kötéshosszúság is) - minél nagyobb az s-jelleg annál rövidebb a C-H kötés
- minél erősebb a kovalens kötés annál kevésbé reakcióképes a molekula
28
intermolekuláris kölcsönhatások
- gyenge, másodrendű kötések
- önmagukban stabilis molekulák között hatnak
- legfontosabbak: hidrogénkötés, dipól-dipól kölcsönhatás, van der Waals-erők
- additív jelleggel rendelkeznek, így egyszerre több ilyen kölcsönhatás lehet jelen, melyek összességében már jelentős kötési energiák lehetnek
29
Hidrogén kötés
- hidrogén elektronegatív atomhoz kapcsolódik
- hidrogéndonor és hidrogénakceptor tulajdonságú atom között jön létre (ezek molekulán belül leggyakrabban N- vagy O-atom)
- molekula lehet egyidejűleg donor és akceptor is
- fontos szerepük van a biopolimereknél (pl. DNS kettős helikélis szerkezetének kialakításában vagy a fehérjék másodlagos struktúrájának fenntartásában)
30
dipól-dipól kölcsönhatás
- poláris molekulák permanens dipólusként hatnak egymásra (egyenlőtlen elektroneloszlás)
- hidrogén kötésnél gyengébbek, viszont egyes molekulák között számottevő erőt képviselnek
- egyes anyagi tulajdonságokat befolyásolnak (pl. acetonnak jóval nagyobb a forráspontja, mint az n-propánnak)
- ionok és dipólusok között is kialakulhat (ionos vegyületek acetonban való oldása)
31
van der Waals-kölcsönhatás
- állandó dipólussal nem rendelkező molekulák is dipólussá válhatnak egy időre (elektronok időről-időre bekövetkező aszimmetrikus elrendeződése miatt)
- így egymásra ható molekulák stabilizálják a töltéseltolódásokat
- energiájuk nagyon kicsi (bár minél több az elektron és minél nagyobb a felületen érintkeznek a molekulák annál erősebb, ezért nagyon hosszú szénláncú molekulák esetén nő meg a jelentősége)
- ezzel magyarázható, az izomer alkánok eltérő forráspontja is
- ezzel magyarázható kluszerek létrejötte is (sokmolekuláris tömörülés)
32
tapasztalati/bruttó képlet
- vegyületek sztöchiometriai összetételét adja meg
- nem adja meg milyen vegyületről van szó
- pl. CH2: ez lehet etén és propén is
33
molekulaképlet
- valóságban létező molekula minőségi és mennyiségi összetételét adja meg
- ebből kiszámítható a relatív molekulatömeg is
34
szerkezeti/konstitúciós képlet
- feltünteti a molekulát alkotó atomok kapcsolódási sorrendjét és térbeli elrendeződését is
35
induktív effektus
- egy kötésnek valamely hatásra bekövetkező polarizációja
- a molekula szubsztituensei elektromos effektusok lévén befolyásolják a vegyület töltéseloszlását, és ezáltal a reaktivitást is
- (-I) effektusnak elektronszívó, míg a (+I) effektusnak elektronküldő hatása van
- ez az effektus additív, vagyis egyidejűleg több azonos típusú szubsztituens hatása erősíti egymást
36
mezomer effektus
- nemkötő elektronpárral/pi-elektronokkal rendelkező szubsztituens mezomer effektusa a szubsztituensnek azt a képességét fejezi ki, amellyel egy pi-elektronrendszer elektroneloszlását megváltoztatni képes
- a (+M) effektus a pi-elektronrendszer elektronsűrűségét fejezi ki, a (-M) effektus a pi-elektronrendszer elektronsűrűségét csökkenti
