Wanneer men spreekt over de geometrie van een molecuul (in plaats van de geometrie van/rond een atoom) wordt alleen gekeken naar de geometrie van de bindende. De structuur van een kristallijne vaste stof kan men het beste bespreken in termen van de eenheidscel.
De stapeling van bollen
Elk punt in het rooster geeft de positie van een paar ionen M+ en X− aan (de asymmetrische eenheid). De relatieve positie van dit punt is volstrekt willekeurig, maar − eenmaal gekozen − ligt deze vast voor het hele kristal.
De dichtste-bolstapelingen
Deze opstelling resulteert in een ABCABC ... patroon en komt overeen met een kubusvormige eenheidscel met het gezicht in het midden. In een dichte stapel harde bollen komen twee soorten gaten/holtes (onbezette ruimtes) voor.
Metallische elementen
Uit de tekening blijkt dat elke holte vier aangrenzende roosterpunten heeft in een tetraëdrische opstelling. Deze kleine ruimtelijke voorkeur resulteert in een zeer efficiënte stapelmodus, met een hoog surroundgetal.
Dichtst-gestapelde metalen
Structuren die geen dichtste stapeling zijn
Zink en cadmium hebben bijvoorbeeld een bijna HCP-structuur, maar de vlakken van dicht opeengepakte atomen liggen iets verder uit elkaar dan bij pure HCP. In de volgende wiskundige beschrijving van de structuren zullen de lengtes van de randen van de kubus (of andere vormen die voortvloeien uit de verlenging of hoek van de randen van de kubus) die de eenheidscel vormen, worden aangegeven met a, b en c. Alle hieronder besproken structuren zijn ook te vinden in Binas: Tabel 67D2).
Primitieve kubus (cubic-P)
Lichaamsgecentreerde kubus (bcc)
Het centrale atoom is bevestigd aan de diagonaal van het lichaam, zodat de atoomstraal gelijk is aan ¼ van de diagonaal van het lichaam.
Vlakgecentreerde kubus (fcc)
Meestal tekent men in plaats van de elektrongolf de ruimtelijke figuur waarbinnen 90% van de totale energie van een elektrongolf is opgesloten: het orbitaal. De totale negatieve lading hiervan is gelijk aan die van de positieve lading in de kern.
De De Broglie-relatie en de kinetische energie
Het onzekerheidsprincipe
De Schrödingervergelijking
De vergelijking drukt eigenlijk alleen maar in kwantummechanische termen uit dat de totale energie E de som is van de kinetische energie Ekin en de potentiële energie V. De linker kant van de vergelijking wordt ook wel geschreven als 𝐻 waarbij 𝐻 de Hamiltoniaan wordt genoemd.
Kwantisering
Om het eerste punt te illustreren: de golffunctie n van een omkaderd deeltje heeft n − 1 hoekpunten en zijn energie is evenredig met n2. De energieniveaus van atomen en moleculen gedragen zich op een vergelijkbare manier; ze komen dichterbij.
Overgangen
Het kwantumgetal n is dus niet alleen een label voor de golffunctie, maar bepaalt ook de toegestane energieën in het systeem. Ter illustratie van het tweede punt: de grootte van een doos wordt uitgedrukt door de lengte van de doos L en de afstand tussen twee opeenvolgende energieniveaus met kwantumgetallen n + 1 en n is.
De Born-interpretatie
Omdat de eigenschappen van licht – vooral de frequentie ervan – een belangrijke bron van informatie over energieniveaus zijn, is het gebruikelijk om de energieniveaus zelf uit te drukken in hoeveelheden en eenheden die gewoonlijk worden gebruikt voor stralingseigenschappen. Het golfgetal in cm−1 kan worden gezien als het aantal stralingsgolflengten dat in 1 cm past, dus hoe korter de golflengte (hoe hoger de frequentie), hoe hoger het golfgetal.
Het teken van een golffunctie
Het sterretje na 𝜓1 betekent dat je de complexe conjugaat ervan neemt, iets wat je altijd doet met een van de twee golffuncties. Als de twee golffuncties erg op elkaar lijken en hetzelfde teken hebben in het gebied dat ze delen (Figuur 18b), nadert S de 1 (deze waarde wordt bereikt wanneer twee identieke golven samenvallen).
Hoofdkwantumgetal en energie
Nevenkwantumgetal en magnetisch kwantumgetal
Hoekmoment en magnetisch kwantumgetal
Als de grootte van het impulsmoment wordt weergegeven door een vector met lengte √𝑙(𝑙 + 1) (maal ħ) eenheden, dan zijn de enige mogelijke waarden die de vector kan hebben rond een gekozen as (bijvoorbeeld een as gedefinieerd door een veld toegepast magnetisch) ml-eenheid. Het beperken van de oriëntatie van het impulsmoment tot bepaalde waarden is een ander voorbeeld van kwantisering en wordt vaak ruimtekwantisering genoemd.
Elektronspin en spinkwantumgetal
Bij het oplossen van de Schrödingervergelijking blijkt dat het hoekmoment slechts bepaalde waarden rond een aangewezen as kan hebben.
Orbitaal en kwantumgetal
Volgens het uitsluitingsprincipe van Pauli mag één atoom nooit twee elektronengolven bevatten die kunnen worden beschreven door dezelfde reeks van vier kwantumgetallen. In plaats van het magnetische kwantumgetal wordt vaak een index genoteerd die de ruimtelijke oriëntatie van de orbitaal aangeeft.
Orbitaal en energie
Orbitaal en vorm
Omdat het elektron zo'n vlak niet kan binnendringen, kan het alleen maar van de ene naar de andere kant 'tunnelen'. In de orbitaal worden + of – vaak gebruikt om aan te geven waar de amplitude van de elektronengolf positief of negatief is.
Inleiding
Hybridisatie
Wanneer de s-orbitaal zich vermengt met een enkele p-orbitaal, worden twee sp-orbitalen gevormd (één naar links en één naar rechts), waardoor twee p-orbitalen loodrecht daarop overblijven. Wanneer de s-orbitaal zich vermengt met twee p-orbitalen, worden er drie sp2-orbitalen gevormd (op 120° in een vlak), waardoor er één p-orbitaal loodrecht op dat vlak overblijft. Wanneer de s-orbitaal zich vermengt met drie p-orbitalen, worden vier sp3-orbitalen gevormd alsof het atoom het centrum van een tetraëder vormt, waarbij de hybride orbitalen naar de vier punten wijzen.
Atoombinding en M.O
Samenvattend: het optellen en aftrekken van elektronengolven (superpositie) van naburige atomen, resulterend in nieuwe interferentiegolven, leidt tot de omzetting van A.O in hetzelfde aantal M.O (wet van behoud van orbitalen); zijn M.O.'s Er is rotatiesymmetrie rond de bindingsas en de overlap tussen de orbitalen blijft bestaan bij rotatie. Eén van de overige p-orbitalen (bijvoorbeeld pz) vormt een −-binding 'op en neer' met het tweede atoom, en de andere (py) vormt een 'voor- en achter'-binding met het derde atoom.
Delokalisatie/mesomerie
Fysische Chemie
Het oplosbaarheidsproduct Ks van een zout is de evenwichtsconstante van het oplossen van de vaste fase van dat zout in water. Het ionenproduct is het product van de werkelijke concentraties van de ionen van het zout in de oplossing. Het is gelijk aan de maximale concentraties van de ionen die in de oplossing kunnen zitten zonder dat er (extra) vast zout ontstaat.
Titratie van een meerbasisch zuur
We kunnen nu dus de samenstelling van de oplossing weergeven als functie van de pH. Soms kunnen er drie of zelfs vier soorten deeltjes tegelijk aanwezig zijn, afhankelijk van de waarden van de verschillende zuurconstanten. Opvallend is dat de pH-waarde voor 100% neutralisatie exact de gemiddelde waarde is van de pH-waarden voor 50 en 150% neutralisatie.
De rol van koolzuur bij titraties
De verandering in enthalpie tijdens een chemische reactie wordt de reactie-enthalpie genoemd (ook bekend als de reactiewarmte). De activiteitscoëfficiënt van de opgeloste stof hangt af van de concentratie, het type oplosmiddel en uiteraard de druk en temperatuur. De eerste term aan de rechterkant van de vergelijking (concentratiefractie) wordt in de praktijk gebruikt als de (meestal dimensieloze) concentratie-evenwichtsconstante Kc.
In een galvanische cel is de negatieve elektrode de anode en daar vindt de reductiereactie plaats. De positieve elektrode van de galvanische cel is de kathode, en dit is waar de oxiderende halfreactie plaatsvindt. De anode is altijd de elektrode waar de reductiemiddel-halfreactie plaatsvindt, en de kathode is de elektrode waar de oxidant-halfreactie plaatsvindt.
Praktische toepassing
De algemene gaswet, ook wel de ideale gaswet of de wet van Boyle-Gay-Lussac genoemd, beschrijft het gedrag van ideale gassen onder invloed van druk, volume, temperatuur en het aantal deeltjes.
Niet-ideaal gas
Hierbij is p de druk in Pascal, Vm het molaire volume (d.w.z. het volume gedeeld door het aantal mol gas), R de gasconstante en T de absolute temperatuur in Kelvin; a en b zijn constanten. H = CpT met Cp de warmte die je moet toevoegen om T met 1 K te verhogen, bij constante p. Fasetheorie is een onderdeel van de chemische thermodynamica dat zich bezighoudt met de studie van verschillende aggregatietoestanden en overgangen tussen die toestanden, de faseovergangen (zoals bij het smelt- en kookpunt).
Fasediagram
Sommige vloeistoffen zoals water en alcohol zijn altijd onder alle omstandigheden mengbaar, andere zoals water en olie zijn altijd slecht mengbaar.
Metingen aan faseovergangen
Het molaire volume van een gas is zoveel groter dan dat van een vloeistof dat vV Vm(g). De interne energie van een gas is daarom evenredig met en alleen afhankelijk van de temperatuur ervan. De volgorde van een reactie is gelijk aan de som van de exponenten in de snelheidsvergelijking (rechts).
1 e orde reactie
De afname van de concentratie [A] is immers een mate voor de snelheid van de reactie en deze is in dit geval recht evenredig met [A] (tot de eerste macht). Als is de reactie van de tweede orde, immers is er dan een kwadratisch verband tussen de reactiesnelheid en [A].
2 e orde reactie
De snelheid van de voorwaartse reactie is gelijk aan k1[N2O5], die van de omgekeerde reactie: k−1[NO3][NO2]. De snelheid van een door enzym gekatalyseerde reactie waarbij een substraat S wordt omgezet in een product P hangt af van de concentratie van het enzym [E] (en de mogelijke aanwezigheid van een remmer), zelfs als het enzym netto geen verandering ondergaat. Hier is Ea de activeringsenergie van de reactie in kJ mol−1, R is de gasconstante in J (mol K)−1 en T is absoluut.
Organische Chemie
Nummer de koolstofatomen in de langste keten, beginnend met het uiteinde dat zich het dichtst bij de substituent bevindt. Geef de positie van de dubbele binding aan vanaf het dichtstbijzijnde uiteinde (bij cycloalkenen bepaalt de dubbele binding positie 1 en 2. Bij een drievoudige binding vervangt de uitgang yn het einde van de dubbele binding = en; een substituent met een drievoudige binding wordt genoemd alkynyl (voorbeeld: 2-propyn-1-ol (HCCCH2OH) en 2-propynylcyclopropaan).
1,3-diaxiale interactie
Je kunt een Fischerprojectie bij een willekeurige substituent beetpakken en de andere substituenten cyclisch doordraaien. De ene substituent vormt namelijk de top van een tetraëder, de andere drie samen het grondvlak (Figuur 55). Z betekent dat op beide atomen van de dubbele binding de substituenten met de hoogste prioriteit naast elkaar zitten (“zusammen”).
R/S-nomenclatuur (met Cahn-Ingold-Prelog prioriteitsregels)
Moleculen met twee chirale centra
Zwakke basen (stabiele deeltjes) zijn een goede vertrekkende groep (in een zure omgeving wordt bijvoorbeeld een −OH-groep een goede vertrekkende groep door protonering: H2O. En in een niet-polaire omgeving worden sulfonylchloriden gebruikt om een slechte te maken verander de vertrekkende groep in een goede Sterke base (reactief deeltje) sterke nucleofiel, maar een zwakke vertrekkende groep (het omgekeerde is niet altijd van toepassing.
Competitie bij nucleofiele substitutie
Substitutie, elektrofiel
Oriëntatie bij S N 2Ar
Oriëntatie bij S E 2Ar
Een radicaalreactie wordt ook wel een homolytische reactie genoemd, omdat bij dit type reactie bindingen homolytisch worden verbroken. Dit type reactie wordt meestal aangetroffen in azoverbindingen of peroxiden die ontleden onder invloed van temperatuur of een reductiemiddel.
Competitie bij eliminatie
Stereochemie van de eliminatie
Instrumentele Analyse
De hoogte van de lijnen of banden in het spectrum geeft aan in welke mate absorptie of emissie plaatsvindt. Wet van Lambert: het deel van het invallende licht dat wordt geabsorbeerd is onafhankelijk van de intensiteit van het invallende licht. We kunnen de concentratie van de verbinding in de oplossing bepalen met behulp van de wet van Lambert-Beer.
