FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - atomorbitaler

Like dokumenter
FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - atomorbitaler

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - hybridisering - molekylorbitaler

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantefysikk, Mandag 3. juni 2019

F F. Intramolekylære bindinger Kovalent binding. Kjemiske bindinger. Hver H opplever nå å ha to valenselektroner og med det er

Kapittel 7 Atomstruktur og periodisitet Repetisjon 1 ( )

Kjemiske bindinger. Som holder stoffene sammen

Løsningsforslag Eksamen 1.juni 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Kjemiske bindinger. La oss demonstrere ved hjelp av eksempler

Forelesningsnotat om molekyler, FYS2140. Susanne Viefers

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Tirsdag 9. desember 2003

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

5.11 Det periodiske systemet

Atomets oppbygging og periodesystemet

Hvorfor studere kjemi?

1) Redoksreaksjoner, reaksjoner hvor en forbindelse. 2) Syre basereaksjoner, reaksjoner hvor en. elektronrik forbindelse reagerer med en

Nano, mikro og makro. Frey Publishing

FY1006/TFY Øving 9 1 ØVING 9

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FLERVALGSOPPGAVER KJEMISK BINDING

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Torsdag 12. august 2004 kl

TFY løsning øving 9 1 LØSNING ØVING 9

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 10. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

REPETISJON FYS2140. Susanne Viefers. Fysisk Institutt, Teorigruppa. REPETISJON FYS2140 p.1/31

Eksamensoppgåve i KJ1041 Kjemisk binding, spektroskopi og kinetikk

1. Oppgaver til atomteori.

Atommodeller i et historisk perspektiv

KJM2600-Laboratorieoppgave 2

6. Atomer og molekyler

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Atomegenskaper. MENA 1001; Materialer, energi og nanoteknologi - Kap. 4. Universet. Elektroner. Periodesystemet Atomenes egenskaper

REPETISJON FYS2140. Susanne Viefers. Fysisk Institutt, Teorigruppa. REPETISJON FYS2140 p.1/31

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

Det enkleste svaret: Den potensielle energien er lavere dersom det blir dannet binding.

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Figur 1: Skisse av Franck-Hertz eksperimentet. Hentet fra Wikimedia Commons.

Oppgave 1. NORSK TEKST Side 1 av 4. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2000 Kvantemekanikk Dato: 5. juni 2013 Tid: Kl Sted: Åsgårdveien 9. og fysikk, lommekalkulator

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

ELEKTRISK STRØM 2.1 ELEKTRISK STRØM ATOMER

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Forelesningsnotater om spinn, FYS2140 (Erstatter kap. 4.4 i Griffiths) Susanne Viefers

Det er 20 avkryssingsoppgaver. Riktig svar gir 1 poeng, feil eller ingen svar gir 0 poeng.

KAPITEL 1. STRUKTUR OG BINDINGER.

FASIT (oppg.bok / ekstra oppg.)

Bindinger. Hvorfor vil atomer ha åtte elektroner i ytterste skall?

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Mandag 23. mai 2005 kl

Løsningsforslag Eksamen 4. august 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

UNIVERSITETET I OSLO

(θ,φ) er de sfæriske harmoniske. Disse løsningene har energiene 1. = nm, (4) x = rsinθcosφ, (6) y = rsinθsinφ, (7) z = rcosθ, (8) 1 r 2 sinθ

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

Fasehastighet: Gruppehastighet:

FY1006/TFY4215 -øving 10 1 ØVING 10. Om radialfunksjoner for hydrogenlignende system. 2 ma. 1 r + h2 l(l + 1)

FLERVALGSOPPGAVER ATOMER og PERIODESYSTEMET

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fasit oppdatert 10/9-03. Se opp for skrivefeil. Denne fasiten er ny!

BOKMÅL NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI KJ1041 KJEMISK BINDING, SPEKTROSKOPI OG KINETIKK HØSTEN 2010

Siste uke, mai

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 14 1 LØSNING ØVING 14. ψ 210 z ψ 100 d 3 r a.

b) Beregn varmemengden som blir frigitt hvis metangassen fra a) forbrennes. Anta at reakjonen går isotermt og isobart ved 1 atm og 298K: (5p) Figur 1

Grunnstoffa og periodesystemet

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Lørdag 13. august 2011 kl

Basepar i DNA. TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk Våren 2006 Kjemisk fysikk Øving 3 Innleveringsfrist, gruppe 1: gruppe 2:

FYS2140 Kvantefysikk Forelesning 29. Maria V. Bøe og Marianne E. Bathen

Periodesystemet.

Eksamen FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Løsninger

Forelesninger i BI Cellebiologi. Protein struktur og funksjon - Kap. 3

Emnenavn: Naturfag Emne 2 kjemi Semester: Vår. År: Oppgavetekst og mal for eksamenskrav - hva som bør være med i besvarelsen:

MENA1001 Deleksamen 2017 Forside

INTRODUKSJON OG GENERELL STRUKTURKJEMI

Løsningsforslag Eksamen 6. juni 2007 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Eksamen i: FYS145 - Kvantefysikk og relativitetsteori Eksamensdag: Mandag 10. mai 2004, kl (3 timer)

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Fredag 30. mai 2008 Tid: a 0 = 4πǫ 0 h 2 /(e 2 m e ) = 5, m

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK 26. mai 2006 kl

VÅREN Oppgave II. b) Hamilton-operatoren for en partikkel med masse m på en ring med radius r er gitt ved

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 11. Sindre Rannem Bilden og Gruppe 4

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

Oppgave 1 (Deloppgavene a, b, c og d teller henholdsvis 6%, 6%, 9% og 9%) NORSK TEKST Side 1 av 7

TFY Løsning øving 6 1 LØSNING ØVING 6. Grunntilstanden i hydrogenlignende atom

Løsningsforslag Eksamen 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Eksamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk Vår 2013

KJM Molekylmodellering

Innhold. Forord... 11

KJM Molekylmodellering

TFY4215_S2018_Forside

Fasit til oppgavene. K-skallet L-skallet M-skallet

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI

Transkript:

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, 2016 3 Bindingsteori - atomorbitaler Einar Sagstuen, Fysisk institutt, UiO 26.08.2016 1

Biologiske makromolekyler DNA PROTEIN t-rna 26.08.2016 2

Biologiske makromolekyler 4 hovedtyper 1 Proteiner 4 Lipider (aminosyrer) (fettsyremolekyler) 2 Nukleinsyrer (nukleotider) 3 Polysakkarider (sukker) --------------------------------------------------------------------------------------------------------- Polymerer Lange kjeder av små molekylære enheter. Vannløselige Lipider Fettløslige stoffer Løses ikke i vann 26.08.2016 3

Primærstruktur DNA Protein 29.08.2016 4

Bindingstyper Type binding Lengde nm Styrke (vacuum) kcal/mol Styrke (vann) kcal/mol Kovalent (kjemisk) 0,15 90 90 Ionisk (kjemisk) 0,25 80 3 Hydrogen (svak) 0,30 4 1 van der Waals (svak) 0,35 0,1 0,1 1 kcal = 4,184 kj 26.08.2016 5

Ioniske bindinger: q 1 r q 2 Pol Pol binding -tradisjonell Coulomb-vekselvirkning Vekselvirkningsenergien V 1/r Na + Cl - er et eksempel på en ren ionebinding r q 2 Pol Dipol binding Vekselvirkningsenergien V 1/r 2 q 1 -q 2 q 1 r q 2 Dipol Dipol binding Vekselvirkningsenergien V 1/r 3 -q 1 -q 2 Pol Indusert dipol v.v. V 1/r 4 Dipol - Indusert dipol v.v. V 1/r 6 Økt kompleksitet kortere rekkevidde! 26.08.2016 6

Elektronegativitetsskalaen 26.08.2016 7

Molekylær dipol 8e- OH 1e- 8+ 1+ O P H - + dipolmoment p = Qd Q = + og d = retningsvektoren fra negativ til positiv 26.08.2016 8

Vann 2 polare OH-bindinger Permanent dipol - O - P 1 P 2 + + H H P 26.08.2016 9

Hydrogenbindinger Viktigst av de svake bindingene Pol - dipol - O + ---- H '- O Forutsetter permanent dipol med H i ene enden og en elektronegativ nabo. H befinner seg mellom to elektronegative atomer. Eksempel på hydrogenbindinger: >O-H----O (N, Cl,) >N-H----O (N, Cl,) >Cl-H----O (N, Cl,) IKKE - + - >C-H--- O (N,Cl) 0 0 26.08.2016 10

Hydrogenbindinger Systemet er mest stabilt når protonet er i den dypeste potensialbrønnen 1,6-2 Å 1Å O... H N - + - Eksterne påvirkninger kan gi protontransfer. 1Å 1,6-2 Å O H... N 26.08.2016 11

Hydrogenbindinger i VANN Høyt kokepunkt Høy varmekapasitet Lavere tetthet i fast form (is flyter ) 26.08.2016 12

van der Waals bindinger Svake kontakter mellom molekyler uten permanent dipolmoment. -Temporære fluktasjoner i ladningsfordelinger -vibrerende valenselektroner varierende E-felter temporært induserte dipolmoment Type binding Kovalent (kjemisk) Ionisk (kjemisk) Hydrogen (svak) van der Waals (svak) Lengde nm Styrke (vann) kcal/mol 0,15 90 0,25 3 0,30 1 0,35 0,1 26.08.2016 13

Bohr s atommodell (1913) Kvantifiserte elektronbaner 26.08.2016 14

Schrødingerlikningen (tidsuavhengig): H ψ = Eψ Hamiltonoperatoren H = H (E k, V p, ) Totale bølgefunksjonen ψ Enkeltløsninger av S.E.: (orbitaler): φ i (n, l, m l, m s ) med tilstandsenergier E i der i E i E n hoved- eller energikvantetallet 1, 2, 3,..., n (K,L,M...) l angulærmoment (abs. verdi) (banespinn) 0, 1, 2,..., n-1 (s,p,d, f ) m l angulærmoment (retning) (banespinn) -l, -l+1,.., 0,.. l-1, +l m s egenspinn (retning) + ½, - ½ Pauliprinsippet To elektroner kan ikke ha alle fire kvantetall felles 26.08.2016 15

26.08.2016 16

s Det periodiske system d p Edelgasser f 26.08.2016 17

n=1,2,3. K,L,M,.. l= 0,1,2,3, n-1 (s,p,d,f,..) m l = -l, -l+1, -1, 0, 1, 2, +l (2l+1 verdier) m s = -1/2, +1/2 (2 verdier) n=1 K lavest energi l=0 (én tillatt verdi) 1s m l =0, (én tillatt verdi) m s =±½ (to tillatte verdier) K-skallet: 2 elektroner Helium: lukket eller fylt K-skall. Edelgass, lite reaktiv n=2 L l=0, 1 (to tilatte verdier av l) l=0, m l =0, m s =±½ 2s (2 el.) l=1 m l = -1, 0, +1 à m s =±½ 2p (6 el.) L-skallet: (2+6) = 8 elektroner K+L skallet fyllt, 10 elektroner, Neon (Edelgass) 26.08.2016 18

K-skallet har max 2 elektroner L-skallet har max 8 elektroner n=3 M l=0,1,2 (tre tillatte verdier av l) l=0 m l =0, à m s =±½ 3s (2 el.) l=1 m l = -1, 0, +1 à m s =±½ 3p (6 el.) l=2 m l = -2, -1, 0, +1, +2 à m s =±½ 3d (10 el.) n=4 N l=3 (f) m l = -3,..0..+3 à m s =±½ 4f (14 el.) Elektronene fyller inn fra laveste energinivå (1s) og oppover 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 2 He 10 Ne 18 Ar 36 Kr 54 Xe 86 Rn 26.08.2016 19

«Elektronsky» -modellen Tilstandsfunksjon Ψ Ψ (n,l, m l, m s ) Sannsynlighetsfordelingen Ψ 2 s-orbitalet er kulesymmetrisk p- og d-orbitalene har spesielle retninger i rommet 26.08.2016 20

d-orbitaler (l=2) 26.08.2016 21

p l=1 m l = -1, 0, 1 p x = 1/2 ( 1> + -1>) p y = 1/2 ( 1> - -1>) p z m l = 0 d l=2 m l = -2, -1, 0, 1, 2 26.08.2016 22

Hunds regel Elektroner fyller opp orbitalene med så mange parallelle spinn som mulig. Oksygen har 8 elektroner. Elektronene fylles inn fra laveste energinivå, og oppover. 2p l=1, m l = -1, 0,+1 2s 2px 2py 2pz n=2 2s l=0, m l = 0, m s = ±½ 1s n=1 1s l=0, m l = 0, m s = ±½ Atomære system med flere enslige (uparede) elektroner S tot = S i S = 0, ½, 1, 3/2, 2,.. m s = -s, -s+1,..., s-1, s totalt 2s+1 verdier 1 elektron S=½ m s = ±½ dublett 2 elektron i ulike orbitaler S=1 m s = -1, 0, +1 triplett 2 elektron i samme orbital S=0 m s = 0 singlett Oksygen i grunntilstanden er altså i en triplett-tilstand! 1 dr dr ( r ) ( r ) ( r ) ( r ) 1 2 i 1 j 2 2 1 r1 r2 i j 26.08.2016 23