INLEIDING TOT DE BIOLOGISCHE CHEMIE
DEEL ALGEMENE CHEMIE
1 ATOMEN: BOUWSTENEN VAN ALLE STOFFEN
1.1 CHEMISCHE ELEMENTEN OF ATOOMSOORTEN
Chemische elementen of atoomsoorten
- 118 verschillende: 90 voorkomen in natuur, andere gesynthetiseerd in labo
- Essentiële elementen: noodzakelijk voor mens (bloed, beenderen, spierweefsel…)
- Elk element -> eigen naam met eigen chemisch symbool
Element % Plaats, functie Bron
Zuurstof O 61 Organische verbindingen, opgeloste gassen Lucht
Respiratie en water
Koolstof C 23 Organische verbindingen (proteïnen, Proteïnen, vetten,
sachariden, lipiden), koolstofdioxide zetmeel, suikers…
Waterstof 10 Organische verbindingen Water, proteïnen, vetten,
H (lichaamsvloeistoffen, proteïnen, sachariden, zetmeel, suikers
lipiden), water
Stikstof N 2,6 Organische verbindingen, opgeloste gassen Lucht, proteïnen
DNA
Calcium Ca 1,4 99% in beenderen en tanden Zuivelproducten
Fosfor P 1,1 Component ATP (groot belang bij Zuivelproducten, vlees
biochemische productie van energie)
Calciumhydroxyapatiet: bestanddeel
beenderen en tanden
Kalium K 0,2 Ion in lichaamscellen, regulatie waterbalans Vele voedselbronnen
Zwavel S 0,2 Essentiële component in structuur proteïnen
(AZ), cellulaire respiratie
Natrium Na 0,14 Kation in lichaam, regulatie vochtgehalte Keukenzout
Chloor Cl 0,12 Anion in zouten, regeling ladingsbalans in Keukenzout
lichaamsvochten, maagzout
Magnesium 0,027 Kation in lichaamscellen, vooral in beenderen Bladgroente
Mg Nodig bij werking spieren en zenuwen
Biochemische reacties
Silicium Si 0,026 Bestanddeel bindweefsel Groenten, granen,
peulvruchten, fruit en
gedroogde vruchten
IJzer Fe 0,006 Rode bloedcellen, ion in Hb en Myo Steak, lever, vruchten,
Redoxreacties granen, eieren
, Jood I 0,0002 Schildklier (thyroxine) Zeevruchten, I-houdend
keukenzout
Koper Cu 0,001 Enzymen Noten, vis, lever, nieren
Zink Zn 0,0033 Beenderen, enzymen Oesters, vleeswaren,
Normale groei eieren, granen
F, Co, Mn, Sporen
Se, Ni, V,
Cr, Sn, Mo
Periodiek systeem van de elementen (PSE)
- Dmitri Mendeleev in 1869
- Gerangschikt volgens horizontale rijen (perioden) en verticale kolommen (groepen)
! Elementen in dezelfde groep hebben gelijkaardige chemische en fysische eigenschappen
Stof: opgebouwd uit deeltjes -> opgebouwd uit atomen (gelijk of verschillend)
- Enkelvoudige stof: stof die opgebouwd is uit 1 atoomsoort/element
- Samengestelde stof: bestaat uit meer dan 1 atoomsoort
1.2 SAMENSTELLING VAN ATOMEN
Subatomaire deeltjes: neutronen, protonen en elektronen
- Protonen en neutronen (= nucleonen/kerndeeltjes) -> in kern (bevat alle massa van atoom)
- Elektronenwolk: gebied waarin elektronen zich bevinden (volledige volume van atoom)
! Massa elektronenwolk verwaarlozen, volume kern verwaarlozen
ð Nucleonen bij elkaar gehouden door kernkrachten (sterk bindende krachten)
ð Verschillend aantal subatomaire deeltjes per atoom = verklaring verschillende eigenschappen
Massa atomen: uitdrukken in atoommassa-eenheid U
= 1/12 van massa van koolstofatoom dat 6 protonen en 6 neutronen bevat
Ladingen
- Proton: +1,6022.10-19 Coulomb -> +1
- Elektron: -1,6022.10-19 Coulomb -> -1
- Neutronen: elektrisch neutraal -> afzwakken afstotende krachten tussen protonen
ð Atoom = elektrisch neutraal, geen lading (aantal protonen = aantal elektronen)
,Atoomnummer of atoomgetal Z = aantal protonen in de kern = aantal elektronen in kern
ð Bepalen van identiteit van atoom (vb. 6 protonen = koolstofatoom)
Massagetal A = totaal aantal protonen + aantal neutronen = totaal aantal nucleonen
ð Aantal neutronen = massagetal – atoomnummer
! Nuclide = neutraal individueel atoom
Isotopen = nucliden van zelfde element met gelijk aantal protonen, maar verschillend aantal
neutronen
ð Aantal neutronen kan veranderen zonder effect op lading van deeltje
ð Natuur: elementen bestaan uit mengsel van isotopen (met verschillende abundanties)
- Mono-isotopische elementen = elementen met 1 in natuur voorkomend isotoop
- Poly-isotopische elementen = elementen met meerdere isotopen in natuur
! Verschillende isotopen hebben een verschillende massa (neutronen hebben massa)
! Te veel neutronen -> onstabiel -> vervallen -> omzetten naar ander atoom (met radioactief verval)
Relatief voorkomen of relatieve abundantie = percentages van voorkomen per isotoop (constant)
Vb. 16O = 99,75%, 17O = 0,038%, 18O= 0,205%
! Isotopen waterstof: waterstof (1proton, 0neutron), Deuterium (1proton, 1neutron), Tritium
(1proton, 2neutron)
Atoommassa
- Eenheid U: massa 12C-nuclide = 12 atoommassa-eenheden
- 1U = absolute massa 12C / 12 = 1,66054.10-27 kg
Relatieve atoommassa Ar = absolute massa van atoom X (in gram) / 1U of 1,66054.10-24 kg
! Onbenoemde getallen
Element met verschillende isotopen (isotopen met verschillende atoommassa)
ð Relatieve atoommassa als gewogen gemiddelde van Ar-waarden van isotopen
ð Ar = (abundantie x atoommassa) + … (aantal isotopen)
! Dalton = 1 atoommassa-eenheid
! Atoom met relatieve atoommassa bestaat niet (-> gemiddelde) -> maar isotopensamenstelling is
constant (dus kan je er wel mee rekenen)
! Atoommassa = massa 1 atoom met eenheid U, relatieve atoommassa van een element
Opbouw van atomen
- Organisatie = positie van verschillende deeltjes ten opzichte van elkaar -> basis van gedrag van
atomen + bepalen chemische eigenschappen
Verschillende atoommodellen
- Vroeger: atoommodel van Bohr (elektronen bewegen op schillen rond de kern)
- Nu: golfmechanisch atoommodel door Erwin Schrödinger (dualiteit deeltje-golf voor materie en
energie)
, Golfmechanisch atoommodel
- Centrale kern: protonen en neutronen
- Elektronen rond kern -> elk elektron heeft eigen energie (bepaald door positie tov kern)
ð Kern positief, elektron negatief -> aantrekking door coulombkracht/elektrostatische kracht
! Dichter bij kern -> meer interactie -> grotere interactie-energie -> energie kleiner, meer negatief
Via Schrödingervergelijking kans berekenen om elektron te vinden in bepaald gebied rond kern
ð Visualiseren via dichtheids- of densiteitsplots (per volume-element, aantal stippen evenredig met
kans dat je elektron terugvindt in dit volume-element)
! Hoe groter aantal stippen (zwarting), hoe groter kans om elektron daar aan te treffen
ð Orbitaal = grafische voorstelling die info geeft over kans elektronen aan te treffen rond kern
Energieniveaus en kwantumgetallen
- Orbitalen zijn verdeeld over aantal schillen of hoofdenergieniveaus
- Schillen bevatten aantal subniveaus of subschillen (met verschillende energieën)
- Binnen subschil kunnen meerdere energieniveaus aanwezig zijn
ð Elke energieniveau gekarakteriseerd door 3 kwantumgetallen n, l en ml
Waarde n Voorstelling # orbitalen
Hoofdkwantumgetal n 1 K 1
- Afstand tussen kern en elektron + energie van systeem 2 L 4
ð Hoe dichter elektron bij kern, hoe lager energie 3 M 9
ð n groter -> energie meer positief -> grotere afstand 4 N …
tussen kern en elektron
- Enkel positieve gehele waarden (1, 2, 3, 4…) Waarde l Voorstelling # orbitalen
0 s 1
Nevenkwantumgetal l 1 p 3
- Elk hoofdniveau bevat aantal subniveaus -> gekenmerkt 2 d 5
door nevenkwantumgetal 3 f 7
- Gehele waarden waarbij geldt l = 1, 2, …, n-1 (l is nooit groter dan n)
Magnetisch kwantumgetal ml
- Meerdere energieniveaus per subniveau -> niveaus hebben zelfde energie, gedegenereerd
- Waarde gelijk aan -l, -l+1, …, 0, l-1, l
- Aantal orbitalen in gegeven subschil
n = aantal subniveaus in een schil
2l + 1 = aantal orbitalen in een subschil
n2 = aantal orbitalen in een schil
DEEL ALGEMENE CHEMIE
1 ATOMEN: BOUWSTENEN VAN ALLE STOFFEN
1.1 CHEMISCHE ELEMENTEN OF ATOOMSOORTEN
Chemische elementen of atoomsoorten
- 118 verschillende: 90 voorkomen in natuur, andere gesynthetiseerd in labo
- Essentiële elementen: noodzakelijk voor mens (bloed, beenderen, spierweefsel…)
- Elk element -> eigen naam met eigen chemisch symbool
Element % Plaats, functie Bron
Zuurstof O 61 Organische verbindingen, opgeloste gassen Lucht
Respiratie en water
Koolstof C 23 Organische verbindingen (proteïnen, Proteïnen, vetten,
sachariden, lipiden), koolstofdioxide zetmeel, suikers…
Waterstof 10 Organische verbindingen Water, proteïnen, vetten,
H (lichaamsvloeistoffen, proteïnen, sachariden, zetmeel, suikers
lipiden), water
Stikstof N 2,6 Organische verbindingen, opgeloste gassen Lucht, proteïnen
DNA
Calcium Ca 1,4 99% in beenderen en tanden Zuivelproducten
Fosfor P 1,1 Component ATP (groot belang bij Zuivelproducten, vlees
biochemische productie van energie)
Calciumhydroxyapatiet: bestanddeel
beenderen en tanden
Kalium K 0,2 Ion in lichaamscellen, regulatie waterbalans Vele voedselbronnen
Zwavel S 0,2 Essentiële component in structuur proteïnen
(AZ), cellulaire respiratie
Natrium Na 0,14 Kation in lichaam, regulatie vochtgehalte Keukenzout
Chloor Cl 0,12 Anion in zouten, regeling ladingsbalans in Keukenzout
lichaamsvochten, maagzout
Magnesium 0,027 Kation in lichaamscellen, vooral in beenderen Bladgroente
Mg Nodig bij werking spieren en zenuwen
Biochemische reacties
Silicium Si 0,026 Bestanddeel bindweefsel Groenten, granen,
peulvruchten, fruit en
gedroogde vruchten
IJzer Fe 0,006 Rode bloedcellen, ion in Hb en Myo Steak, lever, vruchten,
Redoxreacties granen, eieren
, Jood I 0,0002 Schildklier (thyroxine) Zeevruchten, I-houdend
keukenzout
Koper Cu 0,001 Enzymen Noten, vis, lever, nieren
Zink Zn 0,0033 Beenderen, enzymen Oesters, vleeswaren,
Normale groei eieren, granen
F, Co, Mn, Sporen
Se, Ni, V,
Cr, Sn, Mo
Periodiek systeem van de elementen (PSE)
- Dmitri Mendeleev in 1869
- Gerangschikt volgens horizontale rijen (perioden) en verticale kolommen (groepen)
! Elementen in dezelfde groep hebben gelijkaardige chemische en fysische eigenschappen
Stof: opgebouwd uit deeltjes -> opgebouwd uit atomen (gelijk of verschillend)
- Enkelvoudige stof: stof die opgebouwd is uit 1 atoomsoort/element
- Samengestelde stof: bestaat uit meer dan 1 atoomsoort
1.2 SAMENSTELLING VAN ATOMEN
Subatomaire deeltjes: neutronen, protonen en elektronen
- Protonen en neutronen (= nucleonen/kerndeeltjes) -> in kern (bevat alle massa van atoom)
- Elektronenwolk: gebied waarin elektronen zich bevinden (volledige volume van atoom)
! Massa elektronenwolk verwaarlozen, volume kern verwaarlozen
ð Nucleonen bij elkaar gehouden door kernkrachten (sterk bindende krachten)
ð Verschillend aantal subatomaire deeltjes per atoom = verklaring verschillende eigenschappen
Massa atomen: uitdrukken in atoommassa-eenheid U
= 1/12 van massa van koolstofatoom dat 6 protonen en 6 neutronen bevat
Ladingen
- Proton: +1,6022.10-19 Coulomb -> +1
- Elektron: -1,6022.10-19 Coulomb -> -1
- Neutronen: elektrisch neutraal -> afzwakken afstotende krachten tussen protonen
ð Atoom = elektrisch neutraal, geen lading (aantal protonen = aantal elektronen)
,Atoomnummer of atoomgetal Z = aantal protonen in de kern = aantal elektronen in kern
ð Bepalen van identiteit van atoom (vb. 6 protonen = koolstofatoom)
Massagetal A = totaal aantal protonen + aantal neutronen = totaal aantal nucleonen
ð Aantal neutronen = massagetal – atoomnummer
! Nuclide = neutraal individueel atoom
Isotopen = nucliden van zelfde element met gelijk aantal protonen, maar verschillend aantal
neutronen
ð Aantal neutronen kan veranderen zonder effect op lading van deeltje
ð Natuur: elementen bestaan uit mengsel van isotopen (met verschillende abundanties)
- Mono-isotopische elementen = elementen met 1 in natuur voorkomend isotoop
- Poly-isotopische elementen = elementen met meerdere isotopen in natuur
! Verschillende isotopen hebben een verschillende massa (neutronen hebben massa)
! Te veel neutronen -> onstabiel -> vervallen -> omzetten naar ander atoom (met radioactief verval)
Relatief voorkomen of relatieve abundantie = percentages van voorkomen per isotoop (constant)
Vb. 16O = 99,75%, 17O = 0,038%, 18O= 0,205%
! Isotopen waterstof: waterstof (1proton, 0neutron), Deuterium (1proton, 1neutron), Tritium
(1proton, 2neutron)
Atoommassa
- Eenheid U: massa 12C-nuclide = 12 atoommassa-eenheden
- 1U = absolute massa 12C / 12 = 1,66054.10-27 kg
Relatieve atoommassa Ar = absolute massa van atoom X (in gram) / 1U of 1,66054.10-24 kg
! Onbenoemde getallen
Element met verschillende isotopen (isotopen met verschillende atoommassa)
ð Relatieve atoommassa als gewogen gemiddelde van Ar-waarden van isotopen
ð Ar = (abundantie x atoommassa) + … (aantal isotopen)
! Dalton = 1 atoommassa-eenheid
! Atoom met relatieve atoommassa bestaat niet (-> gemiddelde) -> maar isotopensamenstelling is
constant (dus kan je er wel mee rekenen)
! Atoommassa = massa 1 atoom met eenheid U, relatieve atoommassa van een element
Opbouw van atomen
- Organisatie = positie van verschillende deeltjes ten opzichte van elkaar -> basis van gedrag van
atomen + bepalen chemische eigenschappen
Verschillende atoommodellen
- Vroeger: atoommodel van Bohr (elektronen bewegen op schillen rond de kern)
- Nu: golfmechanisch atoommodel door Erwin Schrödinger (dualiteit deeltje-golf voor materie en
energie)
, Golfmechanisch atoommodel
- Centrale kern: protonen en neutronen
- Elektronen rond kern -> elk elektron heeft eigen energie (bepaald door positie tov kern)
ð Kern positief, elektron negatief -> aantrekking door coulombkracht/elektrostatische kracht
! Dichter bij kern -> meer interactie -> grotere interactie-energie -> energie kleiner, meer negatief
Via Schrödingervergelijking kans berekenen om elektron te vinden in bepaald gebied rond kern
ð Visualiseren via dichtheids- of densiteitsplots (per volume-element, aantal stippen evenredig met
kans dat je elektron terugvindt in dit volume-element)
! Hoe groter aantal stippen (zwarting), hoe groter kans om elektron daar aan te treffen
ð Orbitaal = grafische voorstelling die info geeft over kans elektronen aan te treffen rond kern
Energieniveaus en kwantumgetallen
- Orbitalen zijn verdeeld over aantal schillen of hoofdenergieniveaus
- Schillen bevatten aantal subniveaus of subschillen (met verschillende energieën)
- Binnen subschil kunnen meerdere energieniveaus aanwezig zijn
ð Elke energieniveau gekarakteriseerd door 3 kwantumgetallen n, l en ml
Waarde n Voorstelling # orbitalen
Hoofdkwantumgetal n 1 K 1
- Afstand tussen kern en elektron + energie van systeem 2 L 4
ð Hoe dichter elektron bij kern, hoe lager energie 3 M 9
ð n groter -> energie meer positief -> grotere afstand 4 N …
tussen kern en elektron
- Enkel positieve gehele waarden (1, 2, 3, 4…) Waarde l Voorstelling # orbitalen
0 s 1
Nevenkwantumgetal l 1 p 3
- Elk hoofdniveau bevat aantal subniveaus -> gekenmerkt 2 d 5
door nevenkwantumgetal 3 f 7
- Gehele waarden waarbij geldt l = 1, 2, …, n-1 (l is nooit groter dan n)
Magnetisch kwantumgetal ml
- Meerdere energieniveaus per subniveau -> niveaus hebben zelfde energie, gedegenereerd
- Waarde gelijk aan -l, -l+1, …, 0, l-1, l
- Aantal orbitalen in gegeven subschil
n = aantal subniveaus in een schil
2l + 1 = aantal orbitalen in een subschil
n2 = aantal orbitalen in een schil
