1. Bioelemendid. Bioloogilised makromolekulid. Molekulaarne hierarhia rakus ja struktuuriline hierarhia eluslooduses. Keemiliste reaktsioonide põhitüübid rakkudes. C, H, N, O + P, S. Valgud, RNA, DNA, polüsahhariidid, lipiidid. 2. Sidemed biomolekulides kovalentse sideme parameetrid, sidemeenergia. Nõrgad sidemed ja interaktsioonid nende iseloomustus, roll biomolekulides (NB! vesinikside!). Sidemed biomolekulides kovalentse sideme parameetrid Kovalentne side teeb sobivaks "elumolekulid" H, O, C ja N, sest neid iseloomustab võime moodustada kovalentseid sidemeid elektronpaari jagamise teel. C-C sidemel on 4 erinevat ehituse varianti biomolekulides lineaarne alifaatne (ilus
Kloor kui lihtaine on rohekaskollane, terava ja lämmatava lõhnaga, kergesti veelduv gaas, mis on väga mürgine kõige elusa suhtes, alates mikroskoobi abil eristatavatest bakteritest kuni suurte loomadeni. Oma värvuse tõttu klooriks nimetatud gaasi mürgisus on seotud tema suure keemilise aktiivsusega, reageerides peaaegu kõigi metallidega ja suurema osa mittemetallidega. Sellisel suurel keemilisel aktiivsusel on peamiselt kolm põhjust: kloriidide suur sidemeenergia, suur elektronafiinsus, Cl aatomite moodustumise kergus Cl2 molekulidest. Kloori vastastikusel reageerimisel teiste elementidega eraldub suur hulk soojust ja valgust. Kloor lahustub vähepolaarsetes vedelikes paremini kui vees. Vees hakkab kloor osaliselt reageerima, moodustades hüdraate. Kloori kasutusvaldkonnad Kloori toodetakse nii lihtainena kui ka ühenditena peaaegu kõige rohkem maailmas ja sellel on mitmeid kasutusvaldkondi. Tekstiili- ja paberitööstuses kasutatakse kloori
o Oksüdeerumine ja redutseerumine o C-C sideme teke või katkemine o Funktsionaalsete rühmade ümberpaigutumine ühe või enama süsinikuaatomi ümber o Molekulide kondenseerumine (kaasneb vee eraldumine) LIISI KINK 3 BIOKEEMIA test I 2. Sidemed biomolekulides kovalentse sideme parameetrid, sidemeenergia. Nõrgad sidemed ja interaktsioonid iseloomustus, roll biomolekulides (NB! Vesinikside!). Kovalentne side Ühine elektronpaar kahe aatomi vahel. Sel viisil tekkinud ained kovalentsed ühendid. Sidemeenergia energiahulk, mis eraldub antud sideme moodustumisel või mida tuleb kulutada aatomite eraldamiseks Pikkus seostunud aatomite tsentrie vaheline kaugus. C-C 0,154 nm, C=C 0,133 nm, C-O 0,143 nm, O-H 0,097 nm
Kovalentne side on nt H2, N2 jne. Samasuguste mittemetallide vahel on mittepolaarne side. Polaane side on metallide ja ioonide vahel, kusjuures selle mõõdupuuks on elektronegatiivsus. (dipoolmoment) Vastavalt sidemes osalevate elektronpaaride arvule jaotatakse sidemeid 1 2 3 sidemeteks, vastavat suurust nimetatakse sideme kordsuseks. Sideme pikkus on kaugus sidet moodustavate aatomite tuumade vahel 4 Sidemeenergia on energiahulk, mis kulub kindla hulga antud tüüpi sideme katkestamiseks. Element, millel on tühi orbitaal, nimetatakse akseptoriks ja mis annab akseptorile elektroni, nimetatakse doonoriks. Nt O3 puhul ei saa määrata Lewise struktuurvalemit, seega on vaja appi võtta resonants. Molekulidevahelised jõud on dipool, ioon, dispersioonimõju ja induktsioonimõju, vesinikside. Kui sidemes pole vesiniksidemeid, siis on keemistemperatuur väga madal. Anood on vesinikelektroodi poolus
vesi läbi sõela. Klaasanumas saab vesinikku hoida vaid madalatel temperatuuridel. 200-300 kraadi juures läbib vesinik kergesti klaasi, veelgi kõrgemal temperatuuril ei 5 hoia teda kinni isegi mitte metallseinad. Tahke vesinik on helesinine, heksagonaalse molekulvõrega (väga kõrgetel rõhkudeläheb üle metallvõreks).Vesinikul on kõrge sidemeenergia, molekul on vähepolariseeritav dissotsiatsioonaatomiteks algab t°-üle 2000 K.Elektronkonfiguratsioon 1s1 Moodustab ühe kovalentse sideme (H2, HCl) või on ioonina (H+) elektronpaari aktseptoriks (H3O+). Keemilised omadused 1. Vesinik põleb õhus ja hapnikus veeauruks: · 2H2+ O2 = 2H2O Vesiniku ja hapniku segu plahvatab süütamisel. Gaasisegu, mis koosneb kahest mahuosast vesinikust ja ühest mahuosast hapnikust, nimetatakse paukgaasiks. 2
tegelikult esineb puudujääk (ligikaudu 1%) Energiaks muundunud ja kiirgusena eraldunud massi osa. Massidefekti moodustab energiana eraldunud massi osa: E=mc2 E energia mmass cvalguse kiirus vaakumis Mida suurem on antud tuuma moodustumise massidefekt, seda stabiilsem on tuum. Põlemissoojus ühe mooli aine täielikul põlemis vabanev soojushulk Sidemeentalpia e. Sidemeenergia keemiliselt seotud aatomite eraldamiseks (sideme lõhkumiseks) kuluv energiahulk Termodünaamika füüsika haru, mis käsitleb soojus nähtusi ja nende seost aine füüsikaliskeemiliste omadustega I printsiip energiajäävuse seadus II printsiip soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt soojemale Väljendab protsesside suundi, tasakaaluolekuid
- a. vähenemine redutseerumisel. ROOSTE- raua korrosioonil hapniku ja veeauru juuresolekul tekkiv korosioonisaadus, mis sisaldab hüdraatunud Fe2O3 ja teisi rauaühendeid. RÜHM- perioodilisustabeli vertikaalne rida, mille moodustavad ühesuguse väliskihi elektronide arvuga elemendid. SEGU- mitme aine segu, koosneb erinevate aine osakestest. SETITAMINE- vedelikes mittelahustuva tahke aine sadestamine. SIIRDMETALL- perioodilisussüsteemi B-rühma (3.-12. rühm) element. SIDEMEENERGIA- keemilise sideme lõhkumiseks vajalik energia. SOOL- kristalne aine, mis koosneb (aluse) katioonidest ja (happe) anioonidest. SULAM- materjal, mis koosneb mitmest metallist ja võib sisaldada ka mittemetalle. SUBLIMATSIOON- aine vahetu üleminek tahkest olekust gaasilisse (vahepeal vedelaks muutumata). SUSPENSIOON- vedelik (süsteem), millesse on pihustunud tahke aine osakesed (suurusega 10-5- 10-3cm). SÜSIVESINIKUD- süsiniku ühend vesinikuga.
agregaatolekud (sageli ka kristallvormid) - nendest oleneb soojusefekti väärtus. Hessi seadus: Summaarne entalpia muut keemilises reaktsioonis ei sõltu selle reaktsiooni toimumise teest ega vahe-etappidest. Reaktsiooni entalpia = saaduste tekke-entapia – lähteainete tekke-ent. Põlemissoojus ühe mooli aine täielikul põlemisel vabanev soojushulk Orgaanilise aine põlemisel - iga koostiselement põleb ära “eraldi” H H2O ; C CO2 ; S SO2 Sidemeentalpia e. sidemeenergia (SE) - keemiliselt seotud aatomite eraldamiseks (sideme lõhkumiseks) kuluv energiahulk ; seesama energiahulk vabaneb sideme moodustumisel Termodünaamika (TD) - füüsika haru, mis käsitleb soojusnähtusi ja nende seost aine füüsikalis-keemiliste omadustega. TD I printsiip - energia jäävuse seadus: Energia vabanemine või neeldumine reaktsioonil põhjustab muutuse reaktsioonisaaduste energias. Sellest järeldub siseenergia U kui olekufunktsiooni olemasolu.
funktsionaalsete rühmade ülekanne; oksüdreerumine, redutseerumine; C-C sideme teke ja/või katkemine; funktsionaalsete rühmade ümberpaigutumine ühe või enama süsinikuaatomi ümber; molekulide kondenseerumine. 2. Sidemed biomolekulides. H, O, C ja N aatomite vahel moodustuvad sidemed on tugevaimad kõikide tuntud kovalentsete sidemete seas, kuna kovalentse sideme tugevus on pöördvõrdeline seda moodustavate aatomite massidega. Kovalentneside (sidemeenergia kJ/mol): H-H (436); C-H (414); C-C (343); C-O (351) Mittekovalentsed sidemed e nõrgad sidemed: Van der Waalsi jõud (0,4-4,0 kJ/mol) 0,1-0,2 nm tekivad indutseeritud elektrilistest interaktsioonides kahe lähestikku jõudnud aatomi positiivselt laetud elektronpilvede vahel. Vesiniksidemed (10-30 kJ/mol) 0,3 nm tekib elektronegatiivse aatomiga kovalentselt seotud H ja teise
nendest oleneb soojusef.väärtus. Koefitsiendid võrrandites võivad olla murdarvulised. Reaktsiooni standardentalpia leidmiseks lahutatakse saadus(t)e tekke-entalpia(te)st lähteaine(te) tekke-entalpia(d). reaktsioonide soojusefektid on väljendatavad siseenergia ja entalpia kaudu. Hessi seadus: Summaarne entalpia muut keemilises reaktsioonis ei sõltu selle reaktsiooni toimumise teest ega vahe-etappidest. Sidemeentalpia e. sidemeenergia (SE) - keemiliselt seotud aatomite eraldamiseks (sideme lõhkumiseks) kuluv energiahulk - seesama energiahulk vabaneb sideme moodustumisel(tähis H). Termodünaamika seadused: Termodünaamika (TD) - füüsika haru, mis käsitleb soojusnähtusi ja nende seost aine füüsikalis-keemiliste omadustega. TD aluseks on 3 printsiipi: TD I printsiip - energia jäävuse seadus. II määrab iseeneslike (spontaansete) protsesside suuna - soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt soojemale
Lipiidid ei moodusta polümeere! Lipiidid on võimelised moodustama suuri struktuure, kuid seal on monomeerid ühendatud omavahel nõrkade jõududega. Süsivesikud ehk karbohüdraadid on lineaarsed või hargnevad biopolümeerid, mille monomeerideks on monosahhariidid. Nendest tekivad polüsahhariidid, mis on seotud glükosiidsidemetega. Olulised energiaallikad, kuid osalevad ka äratundmisprotsessides rakk-rakk interaktsioonides. 2. Sidemed biomolekulides kovalentse sideme parameetrid, sidemeenergia. Nõrgad sidemed ja interaktsioonid iseloomustus, roll biomolekulides. Biomolekulide vahel on kas kovalentsed sidemed või nõrgad vastasmõjud. Kuna kovalentse sideme tugevus on pöördvõrdeline seda moodustavate aatomite massidega, on H, O, C ja N aatomite vahel moodustuvad sidemed tugevaimad kõikide tuntud kovalentsete sidemete seas. Nõrgad vastasmõjud jagunevad: 1. Van der Waalsi vastasmõjud
monomeerideks monosahhariidid, nendest tekivad polüsahhariidid mis on seotud glükosiidsidemetega; olulised energiaallikad, osalevad ka rakk-rakk äratundmisprotsessides); Lipiidid (ei moodusta polümeere!; võimelised moodustama suuri struktuure, kuid monomeerid on ühendatud nõrkade jõududega; oluline roll energiaallikana, signaalmolekulidena). Biopolümeer valgud, nukleiinhapped, süsivesikud. 2. Sidemed biomolekulides kovalentse sideme parameetrid, sidemeenergia. Nõrgad sidemed ja interaktsioonid iseloomustus, roll biomolekulides. Kovalentne side tugevus on pöördvõrdeline seda moodustavate aatomite massidega. Sideme energia (kJ/mol) Nõrgad sidemed: Van der Waalsi vastasmõju (0.4-4.0) Ajas tekivad aatomid ümber osalise positiivse ja osalise negatiivse laenguga alad. Osaleb nt DNA ahelas lämmastikaluste pakkimisel või äratundmismehhanismides. Vesiniksidemed (8-20) moodustuvad elektronegatiivse aatomi ja vesiniku vahel, mis on
elementide elektronegatiivsusi võrreldakse liitiumiga. Metallide elektronegatiivsused on enamasti alla 2, mittemetallidel üle 2. Mida suurem on elektronegatiivsuse arvväärtus, seda tugevamini tõmbab antud aatom sidemes enda poole elektrone. Mida suurem on vastavate elementide elektronegatiivsuste erinevus, seda polaarsem on side ja seda lähedasem on ta ioonilisele. Valdavalt ioonilise sidemega ühendid tekivad, kui elektronegatiivsuste erinevus on 1,9 ja enam. Sideme pikkus ja sidemeenergia Vastavalt sidemes osalevate elektronipaaride arvule jaotatakse sidemeid üksik-, kaksik- ja kolmiksidemeteks; vastavat suurust nimetatakse sideme kordsuseks. Sideme pikkus on kaugus sidet moodustavate aatomite tuumade vahel. Samade elementide puhul on suurema kordsusega sidemed lühemad. Sidemeenergia (sideme dissotsiatsiooni energia) - on energiahulk, mis kulub kindla hulga (enamasti ühe mooli) antud tüüpi sidemete katkestamiseks. Sama palju energiat vabaneb sideme moodustumisel:
5) Välitingimustes mõnikord hüdriididest: CaH2 + 2H2O Ca(OH)2 + 2H2 Omadused: · Kergeim gaas (ja üldse aine), 14,5 korda õhust kergem · Molekul kaheaatomiline: H2 · Parim gaasiline soojusjuht · Difundeerub kergesti läbi paljude materjalide, väga "liikuv" kõrgemal temp-l läbib ka metalle · Lahustub halvasti vees ja org. lahustites, hästi mõnedes metallides (Pd, Pt) · Aatomi H ja molekuli H2 mõõtmed väga väikesed, molekulis sidemeenergia kõrge: raskesti polariseeritav 1 Neist omadustest tingitud vähene lahustuvus, madal keemis- ja sulamistemp Vesinik on värvuseta, maitseta ja lõhnata kõige kergem gaas, väga madala keemistemp ja sulamistemp. Võrreldes teiste gaasidega on vesiniku molekulil kõige väiksem mass (aatom- ja molekulmass) ning sellest tingitud suurim liikumiskiirus. Vesiniku ja hapniku segu mahuvahekorras 2:1 nimetatakse paukgaasiks (kergesti plahvatav segu)
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 1 mol = 42 g 2 . 22,4 l 2.1.3. Omadused Kergeim gaas (ja üldse aine), 14,5 korda õhust kergem Molekul kaheaatomiline: H2 Parim gaasiline soojusjuht Difundeerub kergesti läbi paljude materjalide, väga “liikuv” kõrgemal temp-l läbib ka metalle Lahustub halvasti vees ja org. lahustites, hästi mõnedes metallides (Pd, Pt) Aatomi H ja molekuli H2 mõõtmed väga väikesed, molekulis sidemeenergia kõrge: raskesti polariseeritav Neist omadustest tingitud vähene lahustuvus, madal keemis- ja sulamistemp. Atomaarne vesinik Protsess H2 → 2H (väga endotermil.) algab alles üle 2000C; täielikult atomaarne u. 5000C juures (elektrikaares) protsessid 2H → H2 ; H2 + ½O2 → H2O – äärmiselt eksotermil. Kuid atomaarne vesinik võib in statu nascendi vähesel määral tekkida paljudes protsessides (hape + metall, vabanemine metalli (Pd, Pt) pinnalt jmt.).
0 K lähedal saab ta peaaegu võrdseks nulliga. Suurim soojusmahtuvus on polümeersetel materjalidel, väiksem keraamilistel materjalidel ja metallidel. Metallidest on suurim soojusmahtuvus alumiiniumil. Soojuspaisumine Suurem osa materjale paisub temperatuuri tõusul. Atomaarsel tasemel tähendab materjali paisumine aatomitevahelise kauguse suurenemist. Seda on võimalik selgitada aatomite potentsiaalse energia (sidemeenergia) sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest (joon 13-2a). Kõrgematele temperatuuridele vastavad vibratsiooni energiad E1, E2 jne. Koos energia kasvuga kasvab ka vibratsiooni amplituud näidatud nooltega. Kuna potentsiaalse energia sõltuvus vahekaugusest on ebasümmeetriline, siis suureneb temperatuuri tõusul ka keskmine vahekaugus (vastavalt r1, r2 jne). Kui potentsiaali auk oleks sümmeetriline, siis paisumist ei toimuks.
0 K lähedal saab ta peaaegu võrdseks nulliga. Suurim soojusmahtuvus on polümeersetel materjalidel, väiksem keraamilistel materjalidel ja metallidel. Metallidest on suurim soojusmahtuvus alumiiniumil. Soojuspaisumine Suurem osa materjale paisub temperatuuri tõusul. Atomaarsel tasemel tähendab materjali paisumine aatomitevahelise kauguse suurenemist. Seda on võimalik selgitada aatomite potentsiaalse energia (sidemeenergia) sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest (joon 13-2a). Kõrgematele temperatuuridele vastavad vibratsiooni energiad E1, E2 jne. Koos energia kasvuga kasvab ka vibratsiooni amplituud näidatud nooltega. Kuna potentsiaalse energia sõltuvus vahekaugusest on ebasümmeetriline, siis suureneb temperatuuri tõusul ka keskmine vahekaugus (vastavalt r1, r2 jne). Kui potentsiaali auk oleks sümmeetriline, siis paisumist ei toimuks.
13.1.2 Soojuspaisumine Suurem osa materjale paisub temperatuuri tõusul. Materjali lineaarmõõtmete muut avaldub: kus ja algpikkus ja algtemperatuur; ja lõpp-pikkus ja lõpptemperatuur; joonpaisumise tegur. Analoogiliselt ruumala muut: Ruumpaisumise tegur on isotroopsete materjalide korral võrdne 3. Atomaarsel tasemel tähendab materjali paisumine aatomitevahelise kauguse suurenemist. Seda on võimalik selgitada aatomite potentsiaalse energia (sidemeenergia) sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest (joon 13-2a). Tasakaalulisele aatomitevahelisele kaugusele 0K juures vastab . Kõrgematele temperatuuridele vastavad vibratsiooni energiad , jne. Koos energia kasvuga kasvab ka vibratsiooni amplituud näidatud nooltega. Kuna potentsiaalse energia sõltuvus vahekaugusest on ebasümmeetriline, siis suureneb temperatuuri tõusul ka keskmine vahekaugus (vastavalt , jne). Kui potentsiaali auk oleks sümmeetriline, nagu näidatud joonisel 13-
Suurem osa materjale paisub temperatuuri tõusul. Materjali lineaarmõõtmete muut avaldub: l- l0/l0=l/ l0= l(T-T0) = lT kus l0 ja T0 algpikkus ja algtemperatuur; l ja T lõpp-pikkus ja lõpptemperatuur; l joonpaisumise tegur. Analoogiliselt ruumala muut: V/ V0= vT Ruumpaisumise tegur v on isotroopsete materjalide korral võrdne 3l. Atomaarsel tasemel tähendab materjali paisumine aatomitevahelise kauguse suurenemist. Seda on võimalik selgitada aatomite potentsiaalse energia (sidemeenergia) sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest (joon 11-2a). Tasakaalulisele aatomitevahelisele kaugusele 0K juures vastab r0. Kõrgematele temperatuuridele vastavad vibratsiooni energiad E1, E2 jne. Koos energia kasvuga kasvab ka vibratsiooni amplituud (näidatud nooltega). Kuna potentsiaalse energia sõltuvus vahekaugusest on ebasümmeetriline, siis suureneb temperatuuri tõusul ka keskmine vahekaugus (vastavalt r1, r2 jne). Kui potentsiaali auk oleks sümmeetriline,
annaabi.ee 
