HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

Transkriptio

1 HEIKOT SIDOKSET KEMIAN MIKRO- MAAILMA, KE2 Palautetaan mieleen (on tärkeää ymmärtää ero sisäisten ja ulkoisten voimien välillä): Vahvat sidokset ovat rakenneosasten sisäisiä sidoksia. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia. Tarkastellaan tarkemmin heikkoja sidoksia. Heikot sidokset vaikuttavat mm. aineen sulamis- ja kiehumispisteisiin, liukenemiseen. Sähköiset vuorovaikutukset (veto- ja hylkimisvoimat) luovat erilaisia sidoksia molekyylien välille ja molekyylin sisään. Mitä vahvemmat ovat vetovoimat sitä enemmän tarvitaan energiaa vetovoimien kumoamiseen. Vahvat sidokset ovat (molekyylin) sisäisiä, heikot ulkoisia. Alla olevassa taulukossa vertaillaan vahvoja ja heikkoja sidoksia. 1

2 Heikot sidokset ovat (ioni-dipolisidosta lukuun ottamatta) siis huomattavasti vahvoja sidoksia heikompia sidosenergioiltaan. Tämä tarkoittaa sitä, että niiden katkaisemiseen tarvitaan vähemmän energiaa kuin vahvojen sidosten! Ioni-dipolisidos muodostuu ionin ja poolisten molekyylien välille siten, että molekyylin osittaisvaraus ja ionin varaus ovat erimerkkiset, katso kuva oikealla. Ioni-dipolisidosta tarkastellaan myöhemmin lisää. Dipoli-dipolisidos muodostuu poolisten molekyylien erimerkkisten päiden (ns. napojen) välille. Kovalenttinen sidos on vahva (sisäinen sidos) ja dip.dip.-sidos on heikko (ulkoinen sidos). Vetysidos on erikoistapaus dipoli-dipolisidoksesta. Vetysidos muodostuu, kun vety H on sitoutunut kovalenttisella sidoksella elektronegatiiviseen F, O, tai N-atomiin. Vetysidoksia metanolissa (oik.) ja DNA-kierteessä (alla). 2

3 Vetysidokset piirretään joko piste- tai katkoviivoilla erotuksena kovalenttisista sidoksista. Huomaa, että todellisuudessa, esimerkiksi vedessä, vetysidoksia katkeaa ja syntyy jatkuvasti! Dispersiovoimia muodostuu kaikilla, mutta erityisesti myös poolittomien molekyylien välille. Poolittomissa molekyyleissä on hetkellisiä osittaisvarauksia sidoselektronien liikkeen takia. Nämä osittaisvaraukset aktivoivat naapurimolekyylit ja seurauksena on, että kaikkialla aineessa syntyy hetkellisiä dipolimolekyylejä. Tällaisia sidosvoimia kutsutaan dispersiovoimiksi. Myös nimitykset: Londonin voimat tai Van der Waals voimat. Dispersiovoimat ovat sitä vahvempia, mitä enemmän molekyylissä on elektroneja eli mitä suurempi on moolimassa. 3

4 KUVIA HEIKOISTA SIDOKSISTA Kirjasta: Organic Chemistry, Second edition, Janice Gorzynski Smith, McGraw-Hill International edition van der Waals vuorovaikutukset ovat sama asia kuin dispersiovoimat (myös Londonin voimiksi kutsuttuja voimia) Dispersiovoimia kahden metaanimolekyylin CH 4 välillä. Epäsymmetrinen elektronitiheysjakauma luo hetkellisen dipolin. Molekyylin koko (siis hiiliketjun pituus) ja muoto (haarautunut vai ei) vaikuttavat sulamis- ja kiehumispisteisiin! kompakti, pallomainen molekyyli. pienempi kosketuspinta-ala heikommat dispersiovoima vuorovaik. 4

5 pitkä, sylinterimäinen molekyyli laajempi kosketuspinta-ala vahvemmat dispersiovoima vuorovaikutukset pieni ja vähemmän polarisoituneet atomit heikommat vetovoimat pieni ja vähemmän polarisoituneet atomit suuri, polarisoituneet atomit vahvemmat vetovoimat suuri, polarisoituneet atomit 5

6 Asetonin dipoli-dipolisidos: pysyvien dipolien nettovetovoima Veden vety-sidos: vetysidos vetysidos 6

7 Kertausta: Elektronegatiivisuus kuvaa siis sidoksen muodostumiseen osallistuvan alkuaineen kykyä vetää sidoselektroneja puoleensa. Kaikkein elektronegatiivisimmalla aineella, fluorilla, tämä kyky on suurin χ F = 4,0. Kun elektronegatiivisuusarvojen erotus on 0 0,5 on kyseessä pooliton kovalenttinen sidos. Kun 0,5 1,7, niin poolinen kovalenttinen sidos ja kun yli 1,7 niin ionisidos. Muista kuitenkin, ionisidos on metallin ja epämetallin välinen! 7

8 Kun sidoksen muodostavien atomien elektronegatiivisuusarvojen erotus on yli 1,7, niin sidoksen ioniluonne on yli 50% puhutaan ionisidoksesta. Muista kuitenkin, että ionisidos syntyy vain metallin ja epämetallin välille. Esimerkiksi HF:ssä elektronegatiivisuusarvojen erotus on 1,9, mutta kyseessä on hyvin poolinen sidos, ei ionisidos koska H ja F molemmat ovat epämetalleja! MOLEKYYLIN POOLISUUS Molekyylin poolisuuteen/poolittomuuteen vaikuttaa poolisten/ poolittomien sidosten lisäksi molekyylin koko ja symmetria: - Jos molekyylissä on vain yksi sidos, niin molekyyli on poolinen/ pooliton sen mukaan onko sidos poolinen / pooliton. - Molekyyli on pooliton, jos siinä on vain poolittomia sidoksia. - Nettodipoli häviää täysin symmetrisissä molekyyleissä. Myös funktionaalinen ryhmä kuten koko molekyyli voi olla poolinen tai pooliton. 8

9 Puhutaan myös nettodipolista. 9

10 Yhteenveto heikoista sidoksista! 10