Chemie voor levenswetenschappen 1
,Inhoudsopgave
H1. Inleiding id chemie
H2. Chemische verbindingen & moleculen
H3. Chemische verbindingen & molecule
H4. Chemische drijfkrachten
H5. Faseovergangen
H6. Algemene chemische reacties
H7. Metalen en transitie elementen
H8. Inleiding in de organische chemie
H9. Stereochemie
H10. Alcoholen–Amines–Carbonylverbindingen -Carbonzuren
H11. Mechanismen: radicalaire reacties, additie, eleminatie, SN
H12. Mechanismen: Carbonyl verbindingen
H15. Aminozuren & proteïnen
,H1. Inleiding id chemie
1.1 Chemistry the central science
Chemie = studie van materie
Materie= alles wat je kan zien, voelen, ruiken, proeven
Eigenschappen: grootte, kleur, temperatuur, chem samenstelling, chemische reactiviteit
Fysische verandering = geen verandering van samenstelling
Chemische verandering wel
1.2 States of matter
Vast, vloeibaar, gas
1.3 Classification of matter
Pure substanties: - element: niet meer deelbaar in iets kleiner (O)
- chemische samenstelling: deelbaar in iets kleiner (H2O)
Mengsels: - heterogeen: stoffen met verschillende samenstellingen
- homogeen: stoffen met zelfde samenstellingen
1.4 Chemical elements and symbols
Niet alle elementen komen even vaak voor
1.5 Elements and the periodic table
C, H, O, N komen in alle levende organismen voor è macro nutrienten met paar anderen
(Na, Cl, MG, Ca,…)
Metalen: - vast (behalve kwik= vloei) op kamertemp
- eerder kneedbaar
- blinkend als het geknipt wordt
- goede geleiders
Niet-metalen: - 11 gas, 6vast, 1 vloeibaar (B)
- Eerder bros (breekt makkelijk)
- Slechte geleiders
Metaalachtigen: mix v M & nM
1.6 Chemical Reactions: An Example
1.7 Physical Quantities
Natuurlijke grootheden & eenheden(units)
SIè wetenschappers akkoord over welke eenheden gebruiken
7 basiseenheden: m, kg, s, K, A, mol, cd
Giga,mega,kilo,hecto,deka,deci,centi,mili,micro,nano
1.8 Measuring Mass, Length, and Volume
Massa= hvl materie in een voorwerp zit
Gewicht= meet gravitatiekracht dat hemellichaam uitoefent op voorwerp
Volume= hvl ruimte iets inneemt (m3 is zo groot da we meestal L gebruiken(=1 dm3)
,1.9 Measurement and Significant Figures
Altijd wat je weet + 1 geschat cijfer
Normae regels van beduidende cijfers
1.10 Scientific Notation
1.11 Rounding off numbers
Maal & deel: niet meer dan de gebruikte cijfers
+ & -: niet meer achter de komma dan bij de gebruikte cijfers
1.12 Temperature, Heat, and Energy
Energie = mogelijkheid om warmte/arbeid te hebben
Temp = hvl warmte ie voorwerp (0°C= 273,15K)
0K is absolute 0 punt
Energie is uitgedrukt in calorieën
1 Kcal = 1000 cal (1 Kcal of voedselcal)
1 cal zorgt dat 1 gram water 1 °C stijgt, dit is anders per stof è specefic heat
1.13 Density and Specific Gravity
Dichtheid = massa vergeleken met het volume
Meeste dingen zetten uit bij warmte en krimpen bij koude
Water zet uit bij koude è drijft ijs
1.14 Definition of a mole
Mol is de hoeveelheid stof
Massa is een goed weergave van hoeveel er is, maar op chemisch vlak is mol toch beter
(hoofdeenheid)
Avogadros nummer= 6.02214179 x 1023
1.15 Definition of a concentration
,H2. Chemische verbindingen & moleculen
2.0 Extra
Waarom komen bep bindingen tot stand en andere niet?
(i) Ion = atoom dat e- heft afgeg/opgenomen
Zout = interactie tss 2 types ionen
2.1 Atomic Theory
Kleinste element = atoom
4 stellingen vd AT: - Alle materie bestaat uit atomen
- Alle elementen hebben verschillende atomen
- Chemische stoffen bestaan uit samengevoegde atomen
- Chem. rea veranderen de manier waarop atomen gecombineerd zijn
Protonen (+) neutronen (0) è vormen nucleus
Elektronen (-) è veel kleinere massa
The scanning tunneling microscope è atomen zien
2.2 Elements and Atomic Number
Atoom nummer (Z) = # protonen & elektronen è atomen neutraal gelijk # + & -
Massagetal (A) = som vd protonen & neutronen
Isotopen = atomen met zelfde Z maar versch A
Natuurlijk voorkomende elementen = mix vd isotopen
Atomic weight = [(isotope abundance) ×(isotope mass)] è % dat het voorkomt x massa isot.
2.3 The Periodic Table
Elementen id zelfde groep gedragen zich hetzelfde
Mendeljev è tabel obv eigenschappen, had niet alle elementen è later konden ze
voorspellen welke elemeneten er nog waren
Some characteristics of different groups
• Groep 1A: Alkali-metalen è glimmend metaal, laag kookpunt, reageren met water
om alkalines te vormen, nooit puur id natuur
• Groep 2A: alkaline aard metalen è glanzend zilver metaal, minder reactief dan 1A
maar nog steeds niet puur id natuur
• Groep 7A: hallogenen è kleurrijk & corrosief, altijd in combi met andere elementen
id natuur (bv: NaCl)
• Groep 8A: Edelgassen è kleurloos gas, zeer irreactief, He,Ne & Ar rea n, de andere
met heel weinig
,2.4 Electronic Structure of Atoms
De eig v elementen bep dr de ordening vd e- id atomen è quantum mechanisch model
è e- hebben deeltjes achtige en golfachtige eig
è e- gedrag w beschreven door formule genaamd golffunctie
è e- knn maar bewegen in bep gebied, ze zijn dus gekwantiseerd (bv trap)
Hoe verder de schil vd nucleus is, hoe groter,meer e- en meer E
4 Subschillen: s, p, d, f
Orbitalen: s -> 1, p -> 3, d -> 5, f -> 7
Per orbitaal 2 e- in spin
2.5 Electron configuration
• Elk e- is verschillend in zen quantum staat (Principle of Pauli)
• e- bezetten de schillen met de laagste E è crossover na 3p
• elk orbitaal kan max 2 e- houden
• orbitalen met dezelfde E w 1st beide half gevuld en daarna met een 2e e- (Hund’s
rule)
,Aufbau principe
Halfvolle/ volle d heeft voorrang dus halfvolle d en halfvolle s ipv volle s en juist n halfvolle d
Schrijfwijze
Valentieschil = buitenste schil valentie-elektron = e- op buitenste schil
è belangrijkste ih bep vd eig ve element
,2.6 Ionen
Metalen vormen stoffen met niet metalen
Alkali metalen maken stoffen met hallogenen è stoffen met gelijkende eigenschappen
Smeltpunten boven 500°C, stabiele witte kristallen, oplosbaar in water, wateropl vd stoffen
geleid elektriciteit
Door afgeven/opnemen v e- wordt een atoom +/- geladen
+: cation (e- afgegeven)
-: anion (e- opgenomen)
Edelgas elektron configuraties è octet regel (ze ondergaan rea om 8 e- op de valentie schil
te bekomen)
Ionisatie E = E nodig om 1 e- te verwijderen (hoe kleiner, hoe makkelijker e- afgeven)
Elektronenaffiniteit= E die vrijkomt door e- toe te voegen (hoe groter hoe makkelijker e-
opnemen (hallogenen het grootste))
Elementen in het midden vh PSE vormen niet snel ionen
Ionische binding = + & - ion samen gebonden
Verschillende ionische stoffen:
• Cations van hoofdgroepen: de lading verandert niet en w niet weergegeven id
formule (vb: NaCl, MgCO3)
• Metalen met verschillende ladingen: romeinse cijfers id naam (vb: FeCl2 is ijzer(II)
chloride, FeCl3 is ijzer(III) chloride)
,H3. Chemische verbindingen & molecule
3.1 An Introduction to Acids and Bases
Belangrijkste ionen: H+ & OH-
3.2 Pair potential
Attractie- en repulsie potentiaal (aantrekken/afstoten)
ε = laagst mog. Epot (=evenwicht)
σ = straal waar L-J-pot = 0
3.3 Covalent Bonds
= Binding gevormd door het delen van elektronen tussen atomen
Bindingslengte = optimale afstand tss kernen ie covalente binding
7 diatomische (2 atomen) elementen:
stikstof, zuurstof, waterstof, fluor, chloor, broom, en jodium
3.4 Orbital hybridization
Enkele bind. = σ
Meer bind. = σ + # π
σ>π
sp3 = s + p + p + p
sp2 = s + p + p
sp = s + p
E-level: sp3 = 25% s en 75% p dus gaat dichter bij p liggen
, 3.5 Multiple Covalent Bonds
C, N & O vaakst in meervoudige bindingen
C & N vormen dubbele & drievoudige, O dubbele
3.6 coordinate Covalent Bonds
= 2 e- gedonneerd dr 1 atoom
3.7 Characteristics of Molecular Compounds
Molecuulformule: # atomen in 1 molecuul verenigd
Ionformule: verhouding v ionen
3.8 Drawing Lewis Structures
3.9 The Shapes of Molecules
Valence-shell electron-pair repulsion (VSEPR) model
Toepassing van het VSEPR-model:
• STAP 1: Teken Lewisstructuur & identificeer atoom waarvan geometrie van belang is
(meestal centrale atoom)
• STAP 2: Tel #elektron-laadwolken rond dat atoom (=totale #lone pairs + verbindingen
andere atomen)
• STAP 3: Voorspel molecuulvorm door ladingswolken zo ver mogelijk van elkaar te
verwijderen
,Inhoudsopgave
H1. Inleiding id chemie
H2. Chemische verbindingen & moleculen
H3. Chemische verbindingen & molecule
H4. Chemische drijfkrachten
H5. Faseovergangen
H6. Algemene chemische reacties
H7. Metalen en transitie elementen
H8. Inleiding in de organische chemie
H9. Stereochemie
H10. Alcoholen–Amines–Carbonylverbindingen -Carbonzuren
H11. Mechanismen: radicalaire reacties, additie, eleminatie, SN
H12. Mechanismen: Carbonyl verbindingen
H15. Aminozuren & proteïnen
,H1. Inleiding id chemie
1.1 Chemistry the central science
Chemie = studie van materie
Materie= alles wat je kan zien, voelen, ruiken, proeven
Eigenschappen: grootte, kleur, temperatuur, chem samenstelling, chemische reactiviteit
Fysische verandering = geen verandering van samenstelling
Chemische verandering wel
1.2 States of matter
Vast, vloeibaar, gas
1.3 Classification of matter
Pure substanties: - element: niet meer deelbaar in iets kleiner (O)
- chemische samenstelling: deelbaar in iets kleiner (H2O)
Mengsels: - heterogeen: stoffen met verschillende samenstellingen
- homogeen: stoffen met zelfde samenstellingen
1.4 Chemical elements and symbols
Niet alle elementen komen even vaak voor
1.5 Elements and the periodic table
C, H, O, N komen in alle levende organismen voor è macro nutrienten met paar anderen
(Na, Cl, MG, Ca,…)
Metalen: - vast (behalve kwik= vloei) op kamertemp
- eerder kneedbaar
- blinkend als het geknipt wordt
- goede geleiders
Niet-metalen: - 11 gas, 6vast, 1 vloeibaar (B)
- Eerder bros (breekt makkelijk)
- Slechte geleiders
Metaalachtigen: mix v M & nM
1.6 Chemical Reactions: An Example
1.7 Physical Quantities
Natuurlijke grootheden & eenheden(units)
SIè wetenschappers akkoord over welke eenheden gebruiken
7 basiseenheden: m, kg, s, K, A, mol, cd
Giga,mega,kilo,hecto,deka,deci,centi,mili,micro,nano
1.8 Measuring Mass, Length, and Volume
Massa= hvl materie in een voorwerp zit
Gewicht= meet gravitatiekracht dat hemellichaam uitoefent op voorwerp
Volume= hvl ruimte iets inneemt (m3 is zo groot da we meestal L gebruiken(=1 dm3)
,1.9 Measurement and Significant Figures
Altijd wat je weet + 1 geschat cijfer
Normae regels van beduidende cijfers
1.10 Scientific Notation
1.11 Rounding off numbers
Maal & deel: niet meer dan de gebruikte cijfers
+ & -: niet meer achter de komma dan bij de gebruikte cijfers
1.12 Temperature, Heat, and Energy
Energie = mogelijkheid om warmte/arbeid te hebben
Temp = hvl warmte ie voorwerp (0°C= 273,15K)
0K is absolute 0 punt
Energie is uitgedrukt in calorieën
1 Kcal = 1000 cal (1 Kcal of voedselcal)
1 cal zorgt dat 1 gram water 1 °C stijgt, dit is anders per stof è specefic heat
1.13 Density and Specific Gravity
Dichtheid = massa vergeleken met het volume
Meeste dingen zetten uit bij warmte en krimpen bij koude
Water zet uit bij koude è drijft ijs
1.14 Definition of a mole
Mol is de hoeveelheid stof
Massa is een goed weergave van hoeveel er is, maar op chemisch vlak is mol toch beter
(hoofdeenheid)
Avogadros nummer= 6.02214179 x 1023
1.15 Definition of a concentration
,H2. Chemische verbindingen & moleculen
2.0 Extra
Waarom komen bep bindingen tot stand en andere niet?
(i) Ion = atoom dat e- heft afgeg/opgenomen
Zout = interactie tss 2 types ionen
2.1 Atomic Theory
Kleinste element = atoom
4 stellingen vd AT: - Alle materie bestaat uit atomen
- Alle elementen hebben verschillende atomen
- Chemische stoffen bestaan uit samengevoegde atomen
- Chem. rea veranderen de manier waarop atomen gecombineerd zijn
Protonen (+) neutronen (0) è vormen nucleus
Elektronen (-) è veel kleinere massa
The scanning tunneling microscope è atomen zien
2.2 Elements and Atomic Number
Atoom nummer (Z) = # protonen & elektronen è atomen neutraal gelijk # + & -
Massagetal (A) = som vd protonen & neutronen
Isotopen = atomen met zelfde Z maar versch A
Natuurlijk voorkomende elementen = mix vd isotopen
Atomic weight = [(isotope abundance) ×(isotope mass)] è % dat het voorkomt x massa isot.
2.3 The Periodic Table
Elementen id zelfde groep gedragen zich hetzelfde
Mendeljev è tabel obv eigenschappen, had niet alle elementen è later konden ze
voorspellen welke elemeneten er nog waren
Some characteristics of different groups
• Groep 1A: Alkali-metalen è glimmend metaal, laag kookpunt, reageren met water
om alkalines te vormen, nooit puur id natuur
• Groep 2A: alkaline aard metalen è glanzend zilver metaal, minder reactief dan 1A
maar nog steeds niet puur id natuur
• Groep 7A: hallogenen è kleurrijk & corrosief, altijd in combi met andere elementen
id natuur (bv: NaCl)
• Groep 8A: Edelgassen è kleurloos gas, zeer irreactief, He,Ne & Ar rea n, de andere
met heel weinig
,2.4 Electronic Structure of Atoms
De eig v elementen bep dr de ordening vd e- id atomen è quantum mechanisch model
è e- hebben deeltjes achtige en golfachtige eig
è e- gedrag w beschreven door formule genaamd golffunctie
è e- knn maar bewegen in bep gebied, ze zijn dus gekwantiseerd (bv trap)
Hoe verder de schil vd nucleus is, hoe groter,meer e- en meer E
4 Subschillen: s, p, d, f
Orbitalen: s -> 1, p -> 3, d -> 5, f -> 7
Per orbitaal 2 e- in spin
2.5 Electron configuration
• Elk e- is verschillend in zen quantum staat (Principle of Pauli)
• e- bezetten de schillen met de laagste E è crossover na 3p
• elk orbitaal kan max 2 e- houden
• orbitalen met dezelfde E w 1st beide half gevuld en daarna met een 2e e- (Hund’s
rule)
,Aufbau principe
Halfvolle/ volle d heeft voorrang dus halfvolle d en halfvolle s ipv volle s en juist n halfvolle d
Schrijfwijze
Valentieschil = buitenste schil valentie-elektron = e- op buitenste schil
è belangrijkste ih bep vd eig ve element
,2.6 Ionen
Metalen vormen stoffen met niet metalen
Alkali metalen maken stoffen met hallogenen è stoffen met gelijkende eigenschappen
Smeltpunten boven 500°C, stabiele witte kristallen, oplosbaar in water, wateropl vd stoffen
geleid elektriciteit
Door afgeven/opnemen v e- wordt een atoom +/- geladen
+: cation (e- afgegeven)
-: anion (e- opgenomen)
Edelgas elektron configuraties è octet regel (ze ondergaan rea om 8 e- op de valentie schil
te bekomen)
Ionisatie E = E nodig om 1 e- te verwijderen (hoe kleiner, hoe makkelijker e- afgeven)
Elektronenaffiniteit= E die vrijkomt door e- toe te voegen (hoe groter hoe makkelijker e-
opnemen (hallogenen het grootste))
Elementen in het midden vh PSE vormen niet snel ionen
Ionische binding = + & - ion samen gebonden
Verschillende ionische stoffen:
• Cations van hoofdgroepen: de lading verandert niet en w niet weergegeven id
formule (vb: NaCl, MgCO3)
• Metalen met verschillende ladingen: romeinse cijfers id naam (vb: FeCl2 is ijzer(II)
chloride, FeCl3 is ijzer(III) chloride)
,H3. Chemische verbindingen & molecule
3.1 An Introduction to Acids and Bases
Belangrijkste ionen: H+ & OH-
3.2 Pair potential
Attractie- en repulsie potentiaal (aantrekken/afstoten)
ε = laagst mog. Epot (=evenwicht)
σ = straal waar L-J-pot = 0
3.3 Covalent Bonds
= Binding gevormd door het delen van elektronen tussen atomen
Bindingslengte = optimale afstand tss kernen ie covalente binding
7 diatomische (2 atomen) elementen:
stikstof, zuurstof, waterstof, fluor, chloor, broom, en jodium
3.4 Orbital hybridization
Enkele bind. = σ
Meer bind. = σ + # π
σ>π
sp3 = s + p + p + p
sp2 = s + p + p
sp = s + p
E-level: sp3 = 25% s en 75% p dus gaat dichter bij p liggen
, 3.5 Multiple Covalent Bonds
C, N & O vaakst in meervoudige bindingen
C & N vormen dubbele & drievoudige, O dubbele
3.6 coordinate Covalent Bonds
= 2 e- gedonneerd dr 1 atoom
3.7 Characteristics of Molecular Compounds
Molecuulformule: # atomen in 1 molecuul verenigd
Ionformule: verhouding v ionen
3.8 Drawing Lewis Structures
3.9 The Shapes of Molecules
Valence-shell electron-pair repulsion (VSEPR) model
Toepassing van het VSEPR-model:
• STAP 1: Teken Lewisstructuur & identificeer atoom waarvan geometrie van belang is
(meestal centrale atoom)
• STAP 2: Tel #elektron-laadwolken rond dat atoom (=totale #lone pairs + verbindingen
andere atomen)
• STAP 3: Voorspel molecuulvorm door ladingswolken zo ver mogelijk van elkaar te
verwijderen
