Cel I: fysische en chemische grondslagen
Algemene en anorganische chemie
1. ATOMEN EN MOLECULEN: BASIS VAN BIOLOGISCHE SYSTEMEN
1.1. Chemische elementen
4 elementen = belangrijkste in menselijk lichaam: H,C,O,N
tabel 1.1- essentiële elementen in het menselijk lichaam (locatie en functie kennen)
1.2. Ionen en moleculen
1.2.1. Ionbindingen
wat? Tussen M en nM
=atomen met groot verschil in elektronegatieve waarde
anionen: negatief geladen ion
kationen: positief geladen ion
oplosbaarheid: de meeste ionverbindingen lossen goed op in water
1.2.2. Covalente binding
wat? beide partners delen een elektron met elkaar
energie-intermoleculaire afstand grafiek:
1. Energienulpunt:
= wanneer atomen op oneindige afstand liggen van elkaar
2. Bindingsafstand
= evenwicht tussen bindende en afstotende krachten
3. Covalente bindingsafstand
= te dichte nadering, waarbij de afstotingskrachten tussen de 2 positief geladen kernen zeer
snel toenemen waardoor er een minimum in de energiecurve ontstaat
het structureel kernbegrip van een covalente binding:
a. ze stelt de krachten voor die de molecule bijeenhoudt
b. horizontaal streepje
c. komt tot stand omdat de molecule in gebonden toestand stabieler is
het verbreken van een covalente binding:
er moet energie toegevoegd worden = bindingsenergie/ bindingsdissociatie-enthalpie D
Enthalpie = enthalpieverschil tussen twee toestanden = de totale opgenomen of afgestane
hoeveelheid warmte/energie
1.2.3. Ionen distortie
positief ion trekt elektronenwolk van anion aan
afhankelijk van:
* het polariserend vermogen van een kation
(rechtevenredig met de lading en omgekeerd evenredig met de afmeting)
*de polariseerbaarheid van het anion
neemt toe met de afmeting en de lading
1.2.4. Polarisatie van covalente bindingen
ene atoom heeft een grotere neiging om elektronen aan te trekken = polair karakter
= dipoolmoment
de molfractir (p):
gericht vanuit de (-) naar de (+)
p=ⅇ ⋅d
1.3. De dipolaire binding
1.3.1. Coördinatiecomplexen
metalen (pos kationen) vormen coördinatiecomplexen waarin meerdere chemische groepen
bestaat uit een centraal metaalion omgeven door liganden
liganden = neutrale moleculen of ionen die over een vrij elektronenpaar beschikken waarlangs
, Cel I: fysische en chemische grondslagen
Algemene en anorganische chemie
een covalente binding kan aangegaan worden
coördinatiegetal = aantal donoratomen dat aan het metaalion gebonden is in de eerste
coördinatiesfeer
polydentaat ligand of cheland = ligand met meerdere donoratomen (vormt chelaat)
monodentaat ligand = ligand met slechts 1 donoratoom
+ voorbeelden en tabellen
1.3.2. De geometrie van coördinatieverbindingen
zie 1.9 en 1.10
1.3.3. Complexvorming in biologische systemen
moet dit gekend zijn? + zie cursus en zie slides
2. INTERMOLECULAIRE KRACHTEN-GECONDENSEERDE FASEN
2.1. Types intermoleculaire krachten
intermoleculair: krachten tussen de moleculen onderling
intramoleculair: krachten binnenin de moleculen
2.1.1. Dipool-dipool interactiekrachten
wat? ontstaan uit de aantrekking tussen moleculen met een permanent dipoolmoment
dipoolmoment (p): de som van dipoolvectoren die in de molecule voorkomen
+ zie 2.2.
2.1.2. Londonkrachten (dispersiekrachten)
wat? ontstaan uit aantrekkende krachten tussen tijdelijke dipolen in anders apolaire moleculen
nemen toe met afmeting van de molecule
2.1.3. De waterstofbrug
H-verbindingen met sterk elektronegatieve elementen (F,N,O)
kookpunten zijn veel hoger
de waterstofbrug is sterker naar mate: X-H..Y
a) de elektronegativiteit van X toeneemt (N<O<F)
b) de afmeting van Y kleiner is
de H-brugvorming is de oorzaak van de tetraëdische rangschikking door H-atomen rond O
in ijs en aldus van e kleinere dichtheid van ijs
zie 2.5!! (synthese)
2.2. Intra- en intermoleculaire interacties in biologische macromoleculen
de structuurvorming van proteïnen:
1. De primaire structuur wordt bepaald door de aminozuursequenbtie
2. De secundaire structuur (α-helix) wordt gestabiliseerd door H-burgvorming tussen
opeenvolgende aminozuren
3. De tertiaire structuur wordt bepaald door verdere interacties met de rest van de peptideketens
- dispersiekrachten
- H-brugvorming
- zoutbrugvorming tusschen basische en zure groepen
- disulfidebrugvorming
- dipool-dipool interacties
- hydrofobe groepen
4. De quaternair structuur is een aggregatie van 2 of meerdere dergelijke ternaire structuren
2.3. Aggregatietoestanden en hun specifieke eigenschappen
2.3.1. Vaste toestand
hoe? Intermoleculaire krachten overheersen de kinetische energie
soorten kristallijnen stoffen
kristal = 3D geordende rangschikking van basiseenheden
kristalrooster = de geometrische rangschikking van zijn roosterpunten, waarbij elk van die
, Cel I: fysische en chemische grondslagen
Algemene en anorganische chemie
roosterpunten dezelfde plaats inneemt inde zogenaamde eenheidscel
2.3.2. Vloeibare toestand
wat? Intermoleculaire attractiekrachten zijn effectief werkzaam, net als de kinetische energie
viscositeit = de weerstand bij het vloeien (‘bepaald door de onderlinge attractiekrachten)
oppervlaktespanning = gevolg van de onderlinge attractiekrachten, moleculen aan het
oppervlak worden naar binnen getrokken
de dampdruk van vloeistoffen = het punt waarop een vloeistof over gaat in gas en wordt
aangegeven in druk
molaire verdampingsenthalpie Δ verd H = de warmte nodig om 1 mol vloeistof bij een bepaalde
temperatuur te verdampen
kookpunt = de temperatuur waarbij de dampdruk van de vloeistof gelijk wordt aan de uitwendig
heersende druk
normale kookpunt = kookpunt bij P= 1,013 bar
2.3.3. Gassen
wat? Intermoleculaire krachten kunnen verwaarloosd worden
ideale gaswet: P ⋅ V =n ⋅ R ⋅ T
J
met standaardvorowaarden P=m 1bar, T =273,15K en R= 8,314 + kader ‘meting van de
mol ⋅ K
bloeddruk’
2.11 moet dit gekend zijn?
+ kader ‘ademhaling’, ‘fysiologie’
3. OPLOSSINGEN: OPLOSBAARHEID EN CONCENTRATIE
3.1. Water als oplosmiddel
ijs drijft op water; oorzaak: in vaste toestand heeft water een structuur waarin elk O-atoom
tetraëdisch omringd is door 4 H-atomen – ijlere structuur
+kader ‘water: een uitzonderlijke molecule, essentieel voor het leven
3.2. Het oplosproces
zie likes likes likes
* niet polair lost goed op in niet polair
* polair lost goed op in polair
* ionaire oplossing lost goed op in polair
* organische bestandelen lossen niet goed op in water
(tussen de hydrofobe moleculen en H2Omoleculen geen H-brug mogelijk)
water vormt een structurele kooi rond de bestanddelen
daardoor daalt de vrije beweeglijkheid van water => structurele aggregatie
=> aggregeren tot micellen = gehydrateerd door watermoleculen
3.3. Lichaamsvocht
zie slides en p 3.4
opvallend is het grote concentratieverschil van Na- en K-ionen in ECF en ICF, verklaard door het
verschil in gehydrateerde ionradius van beide ionen en het semi-permeabel karakter van het
celmembraan
Algemene en anorganische chemie
1. ATOMEN EN MOLECULEN: BASIS VAN BIOLOGISCHE SYSTEMEN
1.1. Chemische elementen
4 elementen = belangrijkste in menselijk lichaam: H,C,O,N
tabel 1.1- essentiële elementen in het menselijk lichaam (locatie en functie kennen)
1.2. Ionen en moleculen
1.2.1. Ionbindingen
wat? Tussen M en nM
=atomen met groot verschil in elektronegatieve waarde
anionen: negatief geladen ion
kationen: positief geladen ion
oplosbaarheid: de meeste ionverbindingen lossen goed op in water
1.2.2. Covalente binding
wat? beide partners delen een elektron met elkaar
energie-intermoleculaire afstand grafiek:
1. Energienulpunt:
= wanneer atomen op oneindige afstand liggen van elkaar
2. Bindingsafstand
= evenwicht tussen bindende en afstotende krachten
3. Covalente bindingsafstand
= te dichte nadering, waarbij de afstotingskrachten tussen de 2 positief geladen kernen zeer
snel toenemen waardoor er een minimum in de energiecurve ontstaat
het structureel kernbegrip van een covalente binding:
a. ze stelt de krachten voor die de molecule bijeenhoudt
b. horizontaal streepje
c. komt tot stand omdat de molecule in gebonden toestand stabieler is
het verbreken van een covalente binding:
er moet energie toegevoegd worden = bindingsenergie/ bindingsdissociatie-enthalpie D
Enthalpie = enthalpieverschil tussen twee toestanden = de totale opgenomen of afgestane
hoeveelheid warmte/energie
1.2.3. Ionen distortie
positief ion trekt elektronenwolk van anion aan
afhankelijk van:
* het polariserend vermogen van een kation
(rechtevenredig met de lading en omgekeerd evenredig met de afmeting)
*de polariseerbaarheid van het anion
neemt toe met de afmeting en de lading
1.2.4. Polarisatie van covalente bindingen
ene atoom heeft een grotere neiging om elektronen aan te trekken = polair karakter
= dipoolmoment
de molfractir (p):
gericht vanuit de (-) naar de (+)
p=ⅇ ⋅d
1.3. De dipolaire binding
1.3.1. Coördinatiecomplexen
metalen (pos kationen) vormen coördinatiecomplexen waarin meerdere chemische groepen
bestaat uit een centraal metaalion omgeven door liganden
liganden = neutrale moleculen of ionen die over een vrij elektronenpaar beschikken waarlangs
, Cel I: fysische en chemische grondslagen
Algemene en anorganische chemie
een covalente binding kan aangegaan worden
coördinatiegetal = aantal donoratomen dat aan het metaalion gebonden is in de eerste
coördinatiesfeer
polydentaat ligand of cheland = ligand met meerdere donoratomen (vormt chelaat)
monodentaat ligand = ligand met slechts 1 donoratoom
+ voorbeelden en tabellen
1.3.2. De geometrie van coördinatieverbindingen
zie 1.9 en 1.10
1.3.3. Complexvorming in biologische systemen
moet dit gekend zijn? + zie cursus en zie slides
2. INTERMOLECULAIRE KRACHTEN-GECONDENSEERDE FASEN
2.1. Types intermoleculaire krachten
intermoleculair: krachten tussen de moleculen onderling
intramoleculair: krachten binnenin de moleculen
2.1.1. Dipool-dipool interactiekrachten
wat? ontstaan uit de aantrekking tussen moleculen met een permanent dipoolmoment
dipoolmoment (p): de som van dipoolvectoren die in de molecule voorkomen
+ zie 2.2.
2.1.2. Londonkrachten (dispersiekrachten)
wat? ontstaan uit aantrekkende krachten tussen tijdelijke dipolen in anders apolaire moleculen
nemen toe met afmeting van de molecule
2.1.3. De waterstofbrug
H-verbindingen met sterk elektronegatieve elementen (F,N,O)
kookpunten zijn veel hoger
de waterstofbrug is sterker naar mate: X-H..Y
a) de elektronegativiteit van X toeneemt (N<O<F)
b) de afmeting van Y kleiner is
de H-brugvorming is de oorzaak van de tetraëdische rangschikking door H-atomen rond O
in ijs en aldus van e kleinere dichtheid van ijs
zie 2.5!! (synthese)
2.2. Intra- en intermoleculaire interacties in biologische macromoleculen
de structuurvorming van proteïnen:
1. De primaire structuur wordt bepaald door de aminozuursequenbtie
2. De secundaire structuur (α-helix) wordt gestabiliseerd door H-burgvorming tussen
opeenvolgende aminozuren
3. De tertiaire structuur wordt bepaald door verdere interacties met de rest van de peptideketens
- dispersiekrachten
- H-brugvorming
- zoutbrugvorming tusschen basische en zure groepen
- disulfidebrugvorming
- dipool-dipool interacties
- hydrofobe groepen
4. De quaternair structuur is een aggregatie van 2 of meerdere dergelijke ternaire structuren
2.3. Aggregatietoestanden en hun specifieke eigenschappen
2.3.1. Vaste toestand
hoe? Intermoleculaire krachten overheersen de kinetische energie
soorten kristallijnen stoffen
kristal = 3D geordende rangschikking van basiseenheden
kristalrooster = de geometrische rangschikking van zijn roosterpunten, waarbij elk van die
, Cel I: fysische en chemische grondslagen
Algemene en anorganische chemie
roosterpunten dezelfde plaats inneemt inde zogenaamde eenheidscel
2.3.2. Vloeibare toestand
wat? Intermoleculaire attractiekrachten zijn effectief werkzaam, net als de kinetische energie
viscositeit = de weerstand bij het vloeien (‘bepaald door de onderlinge attractiekrachten)
oppervlaktespanning = gevolg van de onderlinge attractiekrachten, moleculen aan het
oppervlak worden naar binnen getrokken
de dampdruk van vloeistoffen = het punt waarop een vloeistof over gaat in gas en wordt
aangegeven in druk
molaire verdampingsenthalpie Δ verd H = de warmte nodig om 1 mol vloeistof bij een bepaalde
temperatuur te verdampen
kookpunt = de temperatuur waarbij de dampdruk van de vloeistof gelijk wordt aan de uitwendig
heersende druk
normale kookpunt = kookpunt bij P= 1,013 bar
2.3.3. Gassen
wat? Intermoleculaire krachten kunnen verwaarloosd worden
ideale gaswet: P ⋅ V =n ⋅ R ⋅ T
J
met standaardvorowaarden P=m 1bar, T =273,15K en R= 8,314 + kader ‘meting van de
mol ⋅ K
bloeddruk’
2.11 moet dit gekend zijn?
+ kader ‘ademhaling’, ‘fysiologie’
3. OPLOSSINGEN: OPLOSBAARHEID EN CONCENTRATIE
3.1. Water als oplosmiddel
ijs drijft op water; oorzaak: in vaste toestand heeft water een structuur waarin elk O-atoom
tetraëdisch omringd is door 4 H-atomen – ijlere structuur
+kader ‘water: een uitzonderlijke molecule, essentieel voor het leven
3.2. Het oplosproces
zie likes likes likes
* niet polair lost goed op in niet polair
* polair lost goed op in polair
* ionaire oplossing lost goed op in polair
* organische bestandelen lossen niet goed op in water
(tussen de hydrofobe moleculen en H2Omoleculen geen H-brug mogelijk)
water vormt een structurele kooi rond de bestanddelen
daardoor daalt de vrije beweeglijkheid van water => structurele aggregatie
=> aggregeren tot micellen = gehydrateerd door watermoleculen
3.3. Lichaamsvocht
zie slides en p 3.4
opvallend is het grote concentratieverschil van Na- en K-ionen in ECF en ICF, verklaard door het
verschil in gehydrateerde ionradius van beide ionen en het semi-permeabel karakter van het
celmembraan
