Atoms, Molecules and Life

Hoofdstuk 02

2010/2011

ATOMEN EN MOLECULENDeel 1

2

Scheikunde!?

3

Proton Neutron Elektron

Waterstof1 proton1 elektron

Zuurstof8 protonen8 neutronen8 elektronen

+ 0 –

Periodiek systeem

5

Essentiële elementen

• Circa 25 elementen zijn essentieel voor het leven

– 96% van alle levende stof bestaat uit 4 elementen

• koolstof (C) • waterstof (H)

• zuurstof (O) • stikstof (N)

– De overige 4% bestaat voornamelijk uit:

• fosfor (P) • calcium (Ca)

• zwavel (S) • kalium (K)

6

Atoombindingen

• Effect van elektronen

– Elektronen bepalen chemischeeigenschappen van een atoom

– Hangt af van het aantal elektronenin de buitenste schil• valentieschil

7

Hoe gedraagt ditatoom zich?

Atoombindingen

8

–

–

–

Atoombindingen

• Atomen:

– Vullen een deels gevulde valentie schil

of

– Legen een deels gevulde valentie schil

Type bindingen

• Zwakke bindingen

– Waterstofbruggen• Aantrekking tussen + en –

– Hydrofobe en hydrofiele interacties• Interactie met H2O

– Van der Waalskrachten

– (ionbindingen)

• Sterke bindingen

– Covalente bindingen

10

Covalente bindingen

• Waarom zijn deze bindingen zo sterk?

– Twee atomen delen een elektronenpaar

– Beide atomen ‘trekken’ aan dit paar

– Zeer stabiel

11

Meerdere covalente bindingen

• 2 atomen kunnen >1 elektronenparen delen

– Dubbele bindingen• 2 paar elektronen

– Drievoudige bindingen• 3 paar elektronen

– Zeer sterke bindingen

12

Niet-polaire covalente binding

• Elektronenpaar gelijkmatig gedeeld door 2 atomen

– Voorbeeld: koolwaterstoffen = CxHx

• Methaan (Ch4)

13

Polaire covalente binding

• Elektronenpaar niet gelijkmatig gedeeld door 2 atomen

– Voorbeeld: water = H2O• Zuurstof heeft een grote aantrekking

voor de elektronen dan waterstof

• Zuurstof is sterker elektronennegatief

• Water is een polair molecuul– + en – polen

– Geeft water zeer interessante eigenschappen

14

Waterstofbrug

• Polair water creëert moleculaire aantrekking

– Aantrekking tussen positieve H in het ene watermolecuul en negatieve O in het andere watermolecuul

• Zwakke binding

15

HET BELANG VAN WATERDeel 2

16

Waarom bestuderen we water?

• Al het leven bevindt zich in water

– In de cel

– Buiten de cel

17

Water

• H2O moleculen vormen waterstofbruggen met elkaar

– +H aangetrokken tot –O

18

Het levenselixer…

• Eigenschappen van water:

1. Cohesie en adhesie• Oppervlaktespanning, capillaire werking

2. Oplosmiddel• Veel moleculen lossen op in water

• Hydrofiel vs. Hydrofoob

3. Lagere dichtheid in vaste toestand• IJs drijft!

4. Hoge specifieke warmte• Water slaat warmte op

5. Hoge verdampingswarmte• Langzame opwarming en afkoeling

19

1. Cohesie en adhesie

• Cohesie

– Waterstofbruggen tussen H2O moleculen• Oppervlaktespanning

• Uit een rietje drinken

• Adhesie

– Waterstofbruggen tussen H2O en andere stoffen• Capillaire werking

• Meniscus

20

1. Cohesie en adhesie

• Wateropname plant

– Gebaseerd op verdamping

21

2. Oplosmiddel

• Polariteit maakt H2O een goed oplosmiddel

– Polaire H2O moleculen omringen + en - ionen

22

Wat lost op in water?

• Hydrofiele substanties

– Aantrekking met water

– Polair

23

Wat lost NIET op in water?

• Hydrofobe substanties

– Geen aantrekking met water

– Niet polair

24

3. IJs

• De meeste substanties hebben een grotere dichtheid in vaste toestand

– Ijs niet, dat drijft• Waterstofbruggen

25

Waarom is dit van belang?

• Oceanen en meren bevriezen niet volledig

– IJs vormt een isolatie voor het onderliggende water• Leven mogelijk in winter

– Als ijs zou zinken…• Meren en oceanen zouden volledig bevriezen

• ‘s zomers zou slechts enkele centimeters ontdooien

26

4. Hoge specifieke warmte

• Veel energie nodig om water op te warmen

• Veel energie nodig om water af te laten koelen

• Water zorgt voor een stabiele temperatuur

27

Hoge verdampingswarmte

28

Ionisatie van water & pH

• Water ioniseert

– H2O splits in H+ en OH–

• als [H+] = [-OH], water is neutraal

• als [H+] > [-OH], water is zuur

• als [H+] < [-OH], water is basisch

• pH schaal

– hoe zuur of basisch een oplossing is

– 1 7 14

Buffer

30

100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3Amount of base added

Bufferingrange

4 52

pH

Buffers & de cel

• pH van de cel moet rond 7 zijn

– pH beïnvloedt de vorm van moleculen

– Vorm van moleculen bepaalt de functie

• Controle pH door buffers

– reservoir van H+

• doneer H+ als [H+] daalt

• absorbeer H+ als [H+] stijgt

Einde