H2 The Chemistry of Life
Element – kan niet verder opgebroken worden door chemische reacties
Compound – twee of meer verschillende elementen gecombineerd, in een vaste ratio (NaCl
1:1). H2 en O2 zijn dus eerder pure elementen.
In de natuur zijn 92 elementen bekend:
- 20 tot 25% elementen zijn essentieel voor een organisme om te overleven en
reproduceren.
- een organisme bestaat voor ongeveer 96% uit O, N, C en H
- voor de rest uit Ca, P, K, S, Na, Cl en Mg
- trace elements: essentieel in een organisme, maar in minimale hoeveelheden.
(bv iodine: iodine tekort in chordata kan goiter/krop veroorzaken)
Subatomic particles
- proton massa 1,7 x g (of: 1 dalton)
- neutron massa 1,7 x 10-24 g (of: 1 dalton)
- electron massa 1/2000 van een proton/neutron (verwaarloosbaar)
Atomic number – de hoeveelheid protonen in een element is uniek voor dat element. Indien
element is elektrisch neutraal, is er een zelfde hoeveelheid elektronen aanwezig.
Mass number – protonen + neutronen
Atomic mass – mass number is een benadering van de totale massa van een atoom (in
dalton)
1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes (constante van Avogadro)
1 mol O = 6,02 x 1023 x 16 x 1,7 x 10-24 = 16 gram
Isotopes – zelfde elementen maar met verschillende massa’s vanwege verschillende
hoeveelheden neutronen in de nucleus. Een element komt in de natuur voor in verschillende
isotopen van zichzelf. Isotopen gedragen zich hetzelfde in chemische reacties.
Radioactive isotope – van instabiele isotopen vervallen de nuclei, wat kan leiden tot een
ander element. Hierbij komt partikels en energie vrij.
Potential energy – energie opgeslagen in materie (bv door locatie of structuur). Materie
heeft de neiging om naar het laagste punt van potentiële energie te bewegen. Elektronen in
de schil het dichtst bij de nucleus, hebben de laagste potentiële energie. Elektronen in de
buitenste schil de hoogste. Een elektron kan naar een andere schil vallen als het verschil
tussen deze schil en het energieverlies/winst even groot zijn.
Electron distribution – de verdeling van de elektronen over de schillen bepaalt de chemische
eigenschappen van een atoom (meestal buitenste schil, of ‘de valence electrons in de
,valence shell’). Elementen met volle valence shells zijn inert: chemisch niet reactief.
Orbital – de driedimensionale ruimte waar een elektron zich 90% van de tijd bevindt. Elk
orbital kan maximaal twee elektronen vasthouden.
- first shell één bolvormige orbital 1s
- second shell vier orbitals één 2s
drie 2p (2px, 2py en 2pz)
Covalent bonds – samen met ionic bonds de sterkste soort binding. Bij een covalente
binding worden twee elektronen gedeeld door twee atomen om de buitenste schil vol te
maken.
CH4: C heeft vier elektronen in de buitenste schil en kan er dus nog vier aantrekken
(in dit geval in de vorm van vier H-atomen).
Valence – is gelijk aan het aantal ongepaarde elektronen van een atoom (bv: O heeft een
valentie van 2). Sommige elementen, zoals P, kunnen meerdere valentiewaarden hebben.
Bindingsenergie – hoeveel energie is er nodig om één mol van een bepaalde verbinding te
verbreken? Voor C-C is dat bijvoorbeeld 83 kcal/mol en voor C=C al 146 kcal/mol.
Electronegativity – de mate waarin de nucleus van een element aan de elektronen trekt. Als
gevolg van elektronegativiteit ontstaan er drie bindingen:
- polair covalent bond EN is ongelijk, verschil is 0,5 – 1,6
bijvoorbeeld H2O: O is veel meer elektronegatief, waardoor de O-kant
negatief wordt (δ-) en de H-kant positief (δ+).
- nonpolair covalent bond EN is ongeveer gelijk, verschil is <0,5
- ionic bond (salts) EN ligt ver uit elkaar, verschil is 1,6>
het verschil in elektronegativiteit is zo groot, dat er een elektron
weggetrokken wordt bij één van de atomen, waardoor er twee ionen
ontstaan: atomen met ladingen. Een positief geladen atoom wordt een
cation genoemd, een negatief geladen atoom een anion. Omdat deze
een tegenovergestelde lading hebben trekken ze elkaar aan: ionic bond.
Weak chemical bonds
- hydrogen bonds: ongeveer 1/20 van covalente bindingen. Wanneer een H-atoom
gebonden is aan een elektronegatief atoom, wordt het aangetrokken door een
ander elektronegatief atoom (δ- trekt δ+ aan). Waterstofbindingen zijn dynamisch
en worden continu verbroken en opnieuw gemaakt (O--H, H--N)
- van der Waals interactions: interactie tussen (delen van) moleculen, veroorzaakt
door een plaatselijke kleine ladingsfluctuatie (ten gevolge van niet altijd
symmetrisch verdeelde elektronen). Vindt alleen plaats als atomen en moleculen
, dicht bij elkaar zitten, en kunnen in grote getalen een sterke binding vormen.
Molecular shape and function - de precieze structuur is meestal erg belangrijk wat betreft
de functie van een molecuul in een levende cel. De structuur wordt bepaald door de positie
van de orbitals. Signaalmoleculen binden aan specifieke receptoren op het oppervlak van de
cel en geven zo signalen door. Moleculen met dezelfde driedimensionale structuur kunnen
ook aan die receptoren binden en zo hetzelfde biologische effect geven.
Element – kan niet verder opgebroken worden door chemische reacties
Compound – twee of meer verschillende elementen gecombineerd, in een vaste ratio (NaCl
1:1). H2 en O2 zijn dus eerder pure elementen.
In de natuur zijn 92 elementen bekend:
- 20 tot 25% elementen zijn essentieel voor een organisme om te overleven en
reproduceren.
- een organisme bestaat voor ongeveer 96% uit O, N, C en H
- voor de rest uit Ca, P, K, S, Na, Cl en Mg
- trace elements: essentieel in een organisme, maar in minimale hoeveelheden.
(bv iodine: iodine tekort in chordata kan goiter/krop veroorzaken)
Subatomic particles
- proton massa 1,7 x g (of: 1 dalton)
- neutron massa 1,7 x 10-24 g (of: 1 dalton)
- electron massa 1/2000 van een proton/neutron (verwaarloosbaar)
Atomic number – de hoeveelheid protonen in een element is uniek voor dat element. Indien
element is elektrisch neutraal, is er een zelfde hoeveelheid elektronen aanwezig.
Mass number – protonen + neutronen
Atomic mass – mass number is een benadering van de totale massa van een atoom (in
dalton)
1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes (constante van Avogadro)
1 mol O = 6,02 x 1023 x 16 x 1,7 x 10-24 = 16 gram
Isotopes – zelfde elementen maar met verschillende massa’s vanwege verschillende
hoeveelheden neutronen in de nucleus. Een element komt in de natuur voor in verschillende
isotopen van zichzelf. Isotopen gedragen zich hetzelfde in chemische reacties.
Radioactive isotope – van instabiele isotopen vervallen de nuclei, wat kan leiden tot een
ander element. Hierbij komt partikels en energie vrij.
Potential energy – energie opgeslagen in materie (bv door locatie of structuur). Materie
heeft de neiging om naar het laagste punt van potentiële energie te bewegen. Elektronen in
de schil het dichtst bij de nucleus, hebben de laagste potentiële energie. Elektronen in de
buitenste schil de hoogste. Een elektron kan naar een andere schil vallen als het verschil
tussen deze schil en het energieverlies/winst even groot zijn.
Electron distribution – de verdeling van de elektronen over de schillen bepaalt de chemische
eigenschappen van een atoom (meestal buitenste schil, of ‘de valence electrons in de
,valence shell’). Elementen met volle valence shells zijn inert: chemisch niet reactief.
Orbital – de driedimensionale ruimte waar een elektron zich 90% van de tijd bevindt. Elk
orbital kan maximaal twee elektronen vasthouden.
- first shell één bolvormige orbital 1s
- second shell vier orbitals één 2s
drie 2p (2px, 2py en 2pz)
Covalent bonds – samen met ionic bonds de sterkste soort binding. Bij een covalente
binding worden twee elektronen gedeeld door twee atomen om de buitenste schil vol te
maken.
CH4: C heeft vier elektronen in de buitenste schil en kan er dus nog vier aantrekken
(in dit geval in de vorm van vier H-atomen).
Valence – is gelijk aan het aantal ongepaarde elektronen van een atoom (bv: O heeft een
valentie van 2). Sommige elementen, zoals P, kunnen meerdere valentiewaarden hebben.
Bindingsenergie – hoeveel energie is er nodig om één mol van een bepaalde verbinding te
verbreken? Voor C-C is dat bijvoorbeeld 83 kcal/mol en voor C=C al 146 kcal/mol.
Electronegativity – de mate waarin de nucleus van een element aan de elektronen trekt. Als
gevolg van elektronegativiteit ontstaan er drie bindingen:
- polair covalent bond EN is ongelijk, verschil is 0,5 – 1,6
bijvoorbeeld H2O: O is veel meer elektronegatief, waardoor de O-kant
negatief wordt (δ-) en de H-kant positief (δ+).
- nonpolair covalent bond EN is ongeveer gelijk, verschil is <0,5
- ionic bond (salts) EN ligt ver uit elkaar, verschil is 1,6>
het verschil in elektronegativiteit is zo groot, dat er een elektron
weggetrokken wordt bij één van de atomen, waardoor er twee ionen
ontstaan: atomen met ladingen. Een positief geladen atoom wordt een
cation genoemd, een negatief geladen atoom een anion. Omdat deze
een tegenovergestelde lading hebben trekken ze elkaar aan: ionic bond.
Weak chemical bonds
- hydrogen bonds: ongeveer 1/20 van covalente bindingen. Wanneer een H-atoom
gebonden is aan een elektronegatief atoom, wordt het aangetrokken door een
ander elektronegatief atoom (δ- trekt δ+ aan). Waterstofbindingen zijn dynamisch
en worden continu verbroken en opnieuw gemaakt (O--H, H--N)
- van der Waals interactions: interactie tussen (delen van) moleculen, veroorzaakt
door een plaatselijke kleine ladingsfluctuatie (ten gevolge van niet altijd
symmetrisch verdeelde elektronen). Vindt alleen plaats als atomen en moleculen
, dicht bij elkaar zitten, en kunnen in grote getalen een sterke binding vormen.
Molecular shape and function - de precieze structuur is meestal erg belangrijk wat betreft
de functie van een molecuul in een levende cel. De structuur wordt bepaald door de positie
van de orbitals. Signaalmoleculen binden aan specifieke receptoren op het oppervlak van de
cel en geven zo signalen door. Moleculen met dezelfde driedimensionale structuur kunnen
ook aan die receptoren binden en zo hetzelfde biologische effect geven.
