Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik

Hasonló dokumentumok
Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

6. A kémiai kötés fajtái

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Az anyagszerkezet alapjai

Elektronegativitás. Elektronegativitás

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Anyagszerkezet, anyaghullámok, atomi és molekuláris kölcsönhatások Példaként: atomi erő mikroszkópia

Előtétszó Jele Szorzó milli m 10-3 mikro 10-6 nano n 10-9 piko p femto f atto a 10-18

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

Az atomok szerkezete. Az atomok szerkezete. Általános és szervetlen kémia 2. hét Az atomok szerkezete

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Atomi és molekuláris kölcsönhatások. Pásztázó tűszondás mikroszkópia.

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Természettudomány témakör: Atomok, atommodellek Anyagok, gázok

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

Kémiai alapismeretek 4. hét

Minta vizsgalap. I. Karikázza be az egyetlen megfelelő válasz betűjelét! (10x1 pont)

Kémiai reakciók Műszaki kémia, Anyagtan I. 11. előadás

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Anyagszerkezet, anyaghullámok, atomi és molekuláris kölcsönhatások Példaként: atomi erő mikroszkópia

Anyagszerkezet. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Ultrahangos mérőfej XRS-5. Használati utasítás SITRANS. XRS-5 mérőfej Használati utasítás

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

b./ Hány gramm szénatomban van ugyanannyi proton, mint 8g oxigénatomban? Hogyan jelöljük ezeket az anyagokat? Egyforma-e minden atom a 8g szénben?

B1: a tej pufferkapacitását B2: a tej fehérjéinek enzimatikus lebontását B3: a tej kalciumtartalmának meghatározását. B.Q1.A a víz ph-ja = [0,25 pont]

Folyadék-gáz, szilárd-gáz folyadék-folyadék és folyadék-szilárd határfelületek. Adszorpció és orientáció a határfelületen. Adszorpció oldatból és

A nanotechnológia mikroszkópjai. Havancsák Károly, január

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Anyagismeret. 1. Metallográfiai alapfogalmak

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

A biológiai membránok szerkezete és működése. Biológiai alapismeretek

GENERÁTOR FORGÓRÉSZ ELLENŐRZÉS A FLUXUS SZONDA FELÉPÍTÉSE, MŰKÖDÉSE

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+ Rövidlátás myopia, Asztigmatizmus cilinderes lencse

AZ ATOM SZERKEZETE. D. egy atomból keletkeznek elektron leadás vagy felvétel során E. Az A-D válaszok nem helyesek

Folyadékok és szilárd anyagok

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

IKT FEJLESZTŐ MŰHELY KONTAKTUS Dél-dunántúli Regionális Közoktatási Hálózat Koordinációs Központ

A LÉGKÖR SZERKEZETE. A légkör fizikai tulajdonságai alapján rétegekre osztható

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

A nyugalomban levő levegő fizikai jellemzői. Dr. Lakotár Katalin

KÉMIA TANMENETEK osztályoknak

Reológia 2. Bányai István DE Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGIVIZSGA-KÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSEK

NE FELEJTSÉTEK EL BEÍRNI AZ EREDMÉNYEKET A KIJELÖLT HELYEKRE! A feladatok megoldásához szükséges kerekített értékek a következők:

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

Anyagszerkezet és vizsgálat. 3. Előadás

Sillabusz az Orvosi kémia szemináriumokhoz. Pécsi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kar 2010/

Grafén nanoszerkezetek

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

A borok tisztulása (kolloid tulajdonságok)

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

KÉMIA PÓTÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK június 6. du. JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

Energiaminimum- elve

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály A változat

3. Térvezérlésű tranzisztorok

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

1. feladat Összesen 15 pont

Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek, mutatós műszerek működésének alapja

m n 3. Elem, vegyület, keverék, koncentráció, hígítás m M = n Mértékegysége: g / mol elem: azonos rendszámú atomokból épül fel

Analízis elo adások. Vajda István október 3. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Elhelyezési és kezelési tanácsok

1. Mintapélda, amikor a fenék lekerekítési sugár (Rb) kicsi

Szigetelők Félvezetők Vezetők

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

3. alkalom, gyakorlat

Hogyan segíti a MALDI-TOF MS az aerob baktériumok gyors species identifikálását. Kardos Gábor DEOEC Orvosi Mikrobiológiai Intézet

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

Száloptika, endoszkópok

Pozitron-emissziós tomográf (PET) mire való és hogyan működik?

Adatok: Δ k H (kj/mol) metán 74,4. butadién 110,0. szén-dioxid 393,5. víz 285,8

Mérés és adatgyűjtés

Feladatok haladóknak

Molekuláris motorok működése

Az elektrosztatika törvényei anyag jelenlétében, dielektrikumok

A javításhoz kb. az érettségi feladatok javítása az útmutató irányelv. Részpontszámok adhatók. Más, de helyes gondolatmenetet is el kell fogadni!

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

BŐVÍTETT TEMATIKA a Kondenzált anyagok fizikája c. tárgyhoz

Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek ZH. Távadók. Érdemjegy

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

A MŰSZAKI MECHANIKA TANTÁRGY JAVÍTÓVIZSGA KÖVETELMÉNYEI AUGUSZTUS

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály C változat

Átírás:

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Bozó Tamás 2014. október 14. 0 Atomi kölcsönhatások Nemesgázok: atomi előfordulás (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) Többi elem: molekulákat alkot (pl. H 2, HCl, H 2 O, ) A és B: kölcsönhatásokra jell. állandók n < m Kötéstípusok Többféle osztályozási rendszer: Intra/intermolekuláris Egyszeres/többszörös Kötés erőssége (E k ) szerint: Erős/gyenge Elsődleges (kovalens, fémes, ionos) Másodlagos (diszperziós, dipól-dipól, hidrogén) I. Kovalens kötés I. Kovalens kötés Atomokat közös elektronpályák tartják össze Vegyértékelektronok szerepe Elektrosztatikus komponens is jelen lehet Erős kötés: E k >1 ev (1 ev = 1,6*10-19 J = 96 kj/mol ~ 100 kj/mol) szén-szén kötéshossz kötési energia Apoláris (homeopoláris) (+) és (-) töltések súlypontja egybeesik kötőelektronok egyenletes eloszlása tiszta kovalens Pl.: H 2, Cl 2, O 2 Poláris (heteropoláris) töltések súlypontja eltolódik polarizált elektronfelhő elektromos dipólus elektrosztatikus komponens megjelenik Pl.: HCl, HF, H 2 O H 3 C-CH 3 etán 154 pm -331 KJ mol -1 H 2 C=CH 2 etén (etilén) HC CH etin (acetilén) 139,9 pm -590 KJ mol -1 120,3 pm -812 KJ mol -1 1

I. Kovalens kötés Elektromos dipólus momentum: a töltésszétválás mértéke. Vektor! p = Qd p: dipólusmomentum Q: töltés értéke d: töltések súlyponti távolsága [D, debye] (1D = 3,34*10-30 Cm) I./b Fémes kötés Atomokat közös elektronpályák tartják össze Vegyértékelektronok (itt energiasávot alkotnak) Erős kötés: E k >1 ev Nincs értelmezve két atomra, sokatomos rendszerek I./b Fémes kötés I./b Fémes kötés Fémrács: pozitív fémionok kristályos rendben, körülöttük közös pályát kialakító, delokalizált elektronrendszer. Fizikai tulajdonságok: fémes szín nyújthatóság, alakíthatóság elektromos vezetés hővezetés II. Elektrosztatikus kölcsönhatáson alapuló Elektronegativitás fogalma Meghatározza, milyen erővel vonzza az atom a (kovalens) kötésben lévő elektronokat. Kb. a szabad atom ionizációs energiája és elektronaffinitása abszolút értékének összegével arányos. Egysége önkényes (Pauling, Mulliken, Sanderson és más skálák) II. Elektrosztatikus kölcsönhatáson alapuló Elektronegativitás L. Pauling szerint (relatív egységekben) 2

elektonegativitás-különbség 10/14/2014 II. Elektrosztatikus kölcsönhatáson alapuló Elektronegativitás különbség: < 0,6 (apoláris kovalens) 0,6 2,1 ( poláris kovalens) 2,1 < (ionos) II. Elektrosztatikus kölcsönhatáson alapuló Ez a modell (N. C. Norman) nem a Pauling skála szerinti EN értékeket használja! fémes ionos kovalens elsődleges kémiai elektonegativitás-összeg II./a Ionos kötés II./a Ionos kötés (+) és (-) ponttöltések között Coulomb erők Heteropoláris határesete Nagy EN különbségű atomok között (pl. NaCl, DEN=3-0,9=2,1) Általában sokatomos kristályok, de értelmezhető két atomra is Hosszú hatótávú kh., de ez a közegtől is függ (lsd. hidratáció) Erős kölcsönhatás (E k > 1 ev) Ionrács: a pozitív és negatív ionok kristályos rendben helyezkednek el sztöchiometriai arányú halmazban. Na Na + + e - E i = 496 kj/mol + e - Cl Cl - E aff = -349 kj/mol E rács = -788 kj/mol Ionizációs energia: kationok létrehozásához (elektronok kiszakításához) befektetendő energia. Elektronaffinitás: anionok képződése (elektronfelvétel) során történő energiafelszabadulás. (Olykor E befektetést igényel) Rácsenergia: az ellentétes töltésű ionok kristályrácsba rendeződésekor felszabaduló energia. (E pot csökken) II./b Dipól-dipól kölcsönhatás (+) és (-) atomcsoportok/molekularészek között Coulomb erők Permanens dipólus jellegű töltéseloszlás Intra/intermolekuláris kölcsönhatás Gyenge kölcsönhatás (E k = 0,003-0,02 ev) II./b Dipól-dipól kölcsönhatás dipól-dipól kölcsönhatás A dipólusok közti vonzás és taszítás: d + d - d + d - E vonzó = p E p: dipólusmomentum E: környező partnerek által keltett elektromos térerősség E taszító : partnerek elektronfelhőjének taszítása poláris kovalens kötés poláris kovalens kötés 3

III. Van der Waals-kölcsönhatások Apoláris molekulákban/molekularészekben időlegesen kialakuló dipólus egy másik apoláris molekulában dipólust indukál Közöttük vonzó (diszperziós, vagy London-féle) erők lépnek fel Inter/intramolekuláris kölcsönhatás Nagy jelentőség biokémiai reakciókban, szerkezetstabilizálásban Gyenge kölcsönhatás (E k ~ 0,02 ev) Van der Waals sugár Atomi méretek kovalens sugár r 0 : kötéshossz r A és r B : az A és B atom Van der Waals sugara ionos sugár fémes sugár Elektrosztatikus kölcsönhatáson alapuló Kölcsönhatás E pot távolságfüggése E k Ion-ion 1/r 2-3 ev Ion-dipólus 1/r 2 0,1-0,2 ev IV. Hidrogénkötés Két nagy elektronegativitású atom között létrejövő H-híd Általában F, N, O atomok között Intermolekuláris / intramolekuláris kölcsönhatás Kötéstáv ált.: 0,23 0,35 nm A kötés térben irányított Nagy jelentőség biokémiai reakciókban, szerkezetstabilizálásban Közepes erősségű kölcsönhatás (E k ~ 0,2 ev) Dipólus-dipólus (rögzített partnerek) Dipólus-dipólus (hőmozgás mellett) 1/r 3 0,02 ev 1/r 6 0,003 ev Diszperziós 1/r 6 0,02 ev acceptor atom donor atom V. Hidrofób kölcsönhatás V. Hidrofób kölcsönhatás Vizes közegben értelmezhető (pl. biológiai rendszerek) Hidrofób molekulák/molekularészek asszociációja, cél a víz kiszorítása Nem csak Van der Waals alapú, hajtóereje a apoláros rész - víz határfelület csökkentése, ezzel a vízmolekulák rendezettségének csökkentése (lsd. entrópianövekedés elve) Intra/intermolekuláris kölcsönhatás Nagy jelentőség biokémiai reakciókban, szerkezetstabilizálásban Gyenge kölcsönhatás 4

Pásztázó próbamikroszkópia SPM: Scanning Probe Microscopy Scanning Tuneling Microscope (STM) 1981 Pásztázó alagút-mikroszkóp Változatos szerkezetvizsgáló eljárások, melyek egy vékony szonda és valamely felület között létrejövő atomi szintű kölcsönhatások detektálásán alapulnak. Egy felületet tapogatunk le pontról-pontra, akár atomról-atomra. Nem diffrakció-limitált módszerek Néhány pm-es pásztázási pontosság Atomok egy szilíciumlapkán Heinrich ROHRER és Gerd BINNING Nobel díj: 1986 Scanning Tuneling Microscope (STM) 1981 Pásztázó alagút-mikroszkóp Az SPM családfája Szén nanocső rézfelszín 8Cs és 8 I rézfelszínen Vasatomok rézen Pásztázás alapja: Piezoelektromos effektus: Bizonyos anyagokban (pl. kvartz) deformáció hatására feszültség lép fel. Inverz piezoelektromos hatás: Feszültség hatására deformáció jelentkezik (~1nm/Volt) A szonda egy rugalmas, mikroszkópikus méretű laprugóra szerkesztett parányi tű A tűhegy atomjai és a minta felületének atomjai között taszítóvonzó kölcsönhatások a rugólapka elhajlását okozzák X-Y irányban vonalanként pásztázzuk a felületet Vertikális felbontóképesség akár 10 pm, a horizontális ennél rosszabb. Levegőben és folyadékban (fiziológiás közeg) is működőképes Szinte mindenféle felületen alkalmazhatók. nm-mm nagyságú objektumok szkennelhetők Natív minták: nem kíván fixálást, festést vagy jelölést 5

Atomi kölcsönhatások a tűhegy és a minta között: Vonzás és taszítás Eredőjük távolságfüggő Nagyobb távolságoknál: vonzás Közel érve: taszítás egyedi fehérjemolekula 20x Kontakt mód: (Contact mode) A tű folyamatos kapcsolatban van a felszínnel. A felszínre kifejtett erőt (a rugólapka elhajlását) konstans értéken tartjuk a tű és a felszín távolságának szabályozásával (feedback rendszer) Pontról pontra regisztráljuk az ehhez szükséges Z irányú elmozdulást. Hátrány: jelentős perturbáció vertikális és horizontális irányban. 6

Oszcilláló mód: (Tapping mode, Non-contact mode) Rezonancia: kényszerrezgés, f f 0, nagy amplitúdók Oszcilláló mód: (Tapping mode, Non-contact mode) A tűt a rezonanciafrekvenciájához közeli frekvencián rezegtetjük. A felszínnel való kölcsönhatás miatt a rezgés amplitúdója megváltozhat. Az amplitúdót a tű és a felszín távolságának szabályozásával tartjuk állandó értéken. Pontról pontra regisztráljuk az ehhez szükséges Z irányú elmozdulást. Előnye: elvileg kiküszöbölt laterális erőkifejtés, érzékeny minták vizsgálatára is alkalmas. http://www.youtube.com/watch?v=brsos5e39h8 magasság kontraszt amplitúdó-kontraszt fázis-kontraszt Pentacén molekula AFM képe Hidrogén 8-hidroxiquinolin molekulák között (AFM felvétel) NaCl kristály AFM képe Humán metafázisos kromoszóma AFM képe Nature Chemistry 3, 273 278 (2011) Science 26, 611-614 (2013) 7

Erőspektroszkópia: a mintát érő nyomási és húzási ciklusok során regisztrált erőválaszok. (erő távolság függvény) ~10 pn érzékenység Egyedi aktinpolimer AFM képe HeLa sejtek AFM képe Erőspektroszkópia: a mintát érő nyomási és húzási ciklusok során regisztrált erőválaszok. (erő távolság függvény) ~10 pn érzékenység MFP-3D AFM Köszönöm a figyelmet! 500 nm 8