Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Kemi 1

Administration

van der Waals-bindningar

Videogenomgång (flippat klassrum)

Tillfälliga dipoler

Vi har redan tittat på dipol-dipolbindningar. De kan uppstå mellan molekyler som är dipoler. Vad händer då när en molekyl som inte är en dipol går från flytande till fast?

Vi tittar på en molekyl kväve, N2. Elektronerna kring molekylen är inte stilla, utan rör sig fram och tillbaka. Det betyder att 

  • ibland är elektronerna mer på ena hållet än andra
  • ibland uppstår en tillfällig dipol, när elektronerna tillfälligt är i ena änden av molekylen

Kvävemolekylens resonansstrukturer. Kvävemolekylens resonansstrukturer.

van der Waalsbindningar är tillfälliga dipol-dipol-bindningar

När det uppstår tillfälliga dipoler, kan det också bildas tillfälliga dipol-dipol-bindningar mellan dessa molekyler. Dessa tillfälliga dipol-dipolbindningar kallas van der Waalsbindningar.

van der Waalsbindningar är svaga bindningar

Eftersom van der Waalsbindningar endast är tillfälliga dipol-dipol-bindningar, så försvinner de lika fort som de bildas. Därför är van der Waalsbindningar svaga.

Vi kan också förstå det på det här sättet: Det krävs inte mycket energi för att bryta bindningarna mellan kvävemolekylerna i fast kväve - Fast kväve smälter vid -210 °C.

Även om van der Waalsbindningar är svaga, så kan de spela stor roll - om de är många ("Everything counts in large amounts"). Detta ser vi framför allt i långa kolväten och fetter (se nedan), där de gör att smältpunkterna blir relativt höga.

Det beror också på att van der Waals-bindningarna påverkar molekylerna runt omkring till att också bilda tillfälliga dipoler, och därigenom kraftigare van der Waals-bindningar.

En metanmolekyl

Det enklaste av alla kolväten: Metan

metan

Vi tar en titt på periodiska systemet

Var finns kol? Vilket atomnummer? Vilken grupp? Hur många valenselektroner? Hur många kovalenta bindningar kan den alltså ha? Hur många e till för att oktettregeln skall vara uppfylld?

Var finns väte? Vilket atomnummer? Vilken grupp? Hur många valenselektroner? Hur många kovalenta bindningar kan den alltså ha? Hur många e till för att oktettregeln skall vara uppfylld?

Rita upp kolet med sina valenselektroner (.) och sedan vätet med sina (x) runt om.

Rita "normal" strukturformel för metan

Fråga eleverna: Vilken blir den kemiska formeln för metan?

  • CH4

Bygg en etanmolekyl, propan, butan

Gör tabell, fyll på allteftersom fler alkaner byggs

Namn

Molekylformel

Strukturformel

kokpunkt

metan

CH4

metan

–162 °C

etan

C2H6

Etan

–89 °C

propan

C3H8

Propan

–42 °C

butan

C4H10

Butan

0 °C

Nomenklatur

 

Allteftersom fler alkaner identifierades, fick man behov av att strukturera det hela lite:

  • fem kolväten, pentan;
  • sex, hexan;
  • sju, heptan;
  • åtta, oktan;
  • nio, nonan;
  • tio, dekan;
  • elva, undekan;
  • tolv, dodekan

Vi fyller på tabellen!

Namn

Molekylformel

Strukturformel kokpunkt

pentan

C5H12

Pentan

36 °C

hexan

C6H14

Hexan

69 °C

heptan

C7H16

Heptan

98 °C

oktan

C8H18

Oktan-streckformel

126 °C

nonan

C9H20

Nonan

151 °C

dekan

C10H22

Dekan

174 °C

Varför stiger kokpunkten när kolkedjan blir längre?

Ju längre kolväten, desto högre kokpunkt. Ju längre kolväten, desto högre kokpunkt. Som du kan se i tabellerna ovan och i bilden till höger, stiger smältpunkten ju längre kolkedjan blir. Vad betyder det?

  • Att det krävs mer energi för att sära på kolkedjorna i det fasta ämnet, så att de börjar komma loss från varandra, och bli flytande

Vad betyder det att det krävs mer energi för att sära på kolkedjorna?

  • Att bindningarna mellan dem är starkare

Vad kan det finnas för bindningar mellan kolkedjorna?

  • Den enda typ av bindning som kan uppstå mellan kolkedjorna är tillfälliga dipol-dipolbindningar – van der Waalsbindningar
  • Allra flest, och allra starkast, blir van der Waalsbindningarna mellan två molekyler som ligger jämsides.

Ju längre ogrenad kolkedja, desto högre smältpunkt

Ju längre kolkedja, desto fler van der Waals-bindningar kan uppstå

Ju fler bindningar, desto högre smältpunkt!

n-oktan och 2,2,3,3-tetrametylbutan (C8H18)

Namn Summa-formel van der Waals­bind­ning­ar smält­punkt  kok­punkt
n-oktan

C8H18

van der Waals-bindningar mellan molekyler av n-oktan

Gott om van der Waals-bind­ning­ar kan upp­stå

–57°C

126°C

2,2,3,3-tetra-metylbutan

C8H18

van der Waals-bindningar mellan molekyler av 2,2,3,3-tetrametylbutan

Endast ett fåtal van der Waals-bind­ning­ar kan upp­stå

-101°C

106°C