Vätebindningar!

Det finns en hel del bakom varför/hur/när vätebindningarna bildas, och det brukar nog först dyka upp på universitetsnivå. Studier av vätebindningar sker fortfarande, bl.a. med jämförelser mellan vätskor och fasta/kristallina material, modelleringar m.m.

Ammoniak skiljer sig från F och O. Vätebindningarna från N är svagare, och det är fortfarande en hel del diskussioner/forskning om hur många vätebindningar som kväve kan bilda i vätskefasen (och i fast fas). Att det "liknar vatten" håller jag med om, men väte brukar beskrivas som att det har 3 (eller 2) vätebindningar. Tittar man på vatten eller vätefluoriden "borde" ammoniak kunna bilda fyra, en per kovalent bundet väte samt ett genom det fria elektronparet. Vad står det i kemiboken? Och vad säger din lärare?

HF kan inte bilda fyra bindningar, utan endast två. Det ses bl.a. i kristaller av HF där molekylerna ordnas i sick-sack mönster. Trots att det finns tre fria elektronpar från vätet, kan det beskrivas som att den mindre storleken hos F gör att det blir svårt att bilda mer än en vätebindning till ett annat väte.

Vi fick till exempel en fråga om vatten eller ammoniak hade högst smältpunkt och skulle resonera om varför! Hur hade man kunnat svara på den frågan utan att gå jätteöverkurs men samtidigt förstå varför det blir som det blir?

Vid kokpunkt/smältpunkt är det de intermolekylära bindingarna som bryts, dvs. vätebindingarna. Ju fler vätebindingar, desto mer energi krävs för att bryta bindingarna, desto högre smältpunkt. 

Här ser vi att syret hos vattnet har två fria elektronpar, vilket innebär att två vätebindingar kan ske. Kvävet i ammoniak har endast ett fritt elektronpar, därmed en vätebinding. 

Det hela känns jätteologiskt: speciellt i fallet om ammoniak och väte. Jag menar, vad är det som skiljer väteatomerna i molekylerna från varandra? Hur kommer det sig att båda väteatomerna i vattenmolekylen kan binda sig till syreatomer i andra vattenmolekyler; men i ammoniak är det endast en väteatom som kan binda sig till en annan kväbeatom i en annan ammoniakmolekyl?

frankey skrev:

Vid kokpunkt/smältpunkt är det de intermolekylära bindingarna som bryts, dvs. vätebindingarna. Ju fler vätebindingar, desto mer energi krävs för att bryta bindingarna, desto högre smältpunkt. 

Här ser vi att syret hos vattnet har två fria elektronpar, vilket innebär att två vätebindingar kan ske. Kvävet i ammoniak har endast ett fritt elektronpar, därmed en vätebinding. 

Nej inte riktigt. En vätebindning består av två delar, ett ämne som har ett väte bundet till FON. Och ett annat ämne med har ett fritt elekrtronpar, som kan användas för att skapa bindningen.

Syret i vatten har två väten som kan delta i varsin vätebindning, och två fria elektronpar som kan bilda vätebindningar till andra ämnen.

Så totalt kan vatten bilda fyra vätebindningar.

mag1 skrev:

frankey skrev:

Vid kokpunkt/smältpunkt är det de intermolekylära bindingarna som bryts, dvs. vätebindingarna. Ju fler vätebindingar, desto mer energi krävs för att bryta bindingarna, desto högre smältpunkt. 

Här ser vi att syret hos vattnet har två fria elektronpar, vilket innebär att två vätebindingar kan ske. Kvävet i ammoniak har endast ett fritt elektronpar, därmed en vätebinding. 

Nej inte riktigt. En vätebindning består av två delar, ett ämne som har ett väte bundet till FON. Och ett annat ämne med har ett fritt elekrtronpar, som kan användas för att skapa bindningen.

Syret i vatten har två väten som kan delta i varsin vätebindning, och två fria elektronpar som kan bilda vätebindningar till andra ämnen.

Så totalt kan vatten bilda fyra vätebindningar.

• Förstår varför vatten kan bilda 4 stycken vätebindingar, men förstår inte varför ammoniak endast kan binda till sig 2. Hittade anteckningarna från förra lektionen, där har exemplet givits att om det hade varit 70 ammoniakmolekyler totalt hade det funnits 210 väteatomer. Har inte så mycket mer än det, men kan kanske tänka mig att det handlar om förhållanden på något sätt? 

Fast jag testade rita upp det nu som om alla väteatomer kunde bilda vätebindningar och förhållandet blev fortfarande 3:1

Ja mellan två molekyler av ammoniak kan det inte bli mer än en vätebindning som genomsnitt. Det blir två väten "över" eftersom det inte finns flera fria elektronpar att binda till.

mag1 skrev:

Ja mellan två molekyler av ammoniak kan det inte bli mer än en vätebindning som genomsnitt. Det blir två väten "över" eftersom det inte finns flera fria elektronpar att binda till.

Förstår fortfarande inte varför det här inte fungerat. Finns det någon speciell anledning eller gör det helt enkelt inte bara det?

Jagfattarnada17 skrev:

mag1 skrev:

Ja mellan två molekyler av ammoniak kan det inte bli mer än en vätebindning som genomsnitt. Det blir två väten "över" eftersom det inte finns flera fria elektronpar att binda till.

Förstår fortfarande inte varför det här inte fungerat. Finns det någon speciell anledning eller gör det helt enkelt inte bara det?

Då syftar jag alltså på molekylen i mitten- att alla molekyler i ammoniakkristallen hade varit bundna på det sättet 

Jo jag är med på hur du menar. Men på det sättet du ritat upp det, finns det inte fria elektronpar så det räcker. För varje ammoniak (t.ex. den i mitten) behöver tre andra ammoniakmolekyler använda sitt enda fria elektronpar för att binda. Men varje molekyl kan endast skapa en bindning (har ju endast ett fritt elektronpar) - så det finns helt enkelt inte tillräckligt många fria elektronpar för att skapa alla dessa bindningar.

Det är ett förhållande 1:1 mellan ammoniakmolekylerna (ett väte till de fria elektronparet från en annan molekyl). Så finns det bara ammoniak, kan de molekylerna inte skapa mer än en bindning.

I din bild är förhållandet mellan molekylerna 3 (antalet väten på molekyl A) : 1 (antal fria elektronpar (molekyl B). I en kristall måste varje ämnes bindningar tillfredsställas, annars går det inte att ordna ämnet i det organiserade mönstret som kristallen består av.

mag1 skrev:

Jo jag är med på hur du menar. Men på det sättet du ritat upp det, finns det inte fria elektronpar så det räcker. För varje ammoniak (t.ex. den i mitten) behöver tre andra ammoniakmolekyler använda sitt enda fria elektronpar för att binda. Men varje molekyl kan endast skapa en bindning (har ju endast ett fritt elektronpar) - så det finns helt enkelt inte tillräckligt många fria elektronpar för att skapa alla dessa bindningar.

Det är ett förhållande 1:1 mellan ammoniakmolekylerna (ett väte till de fria elektronparet från en annan molekyl). Så finns det bara ammoniak, kan de molekylerna inte skapa mer än en bindning.

I din bild är förhållandet mellan molekylerna 3 (antalet väten på molekyl A) : 1 (antal fria elektronpar (molekyl B). I en kristall måste varje ämnes bindningar tillfredsställas, annars går det inte att ordna ämnet i det organiserade mönstret som kristallen består av.

Men borde inte alla väteatomerna kunna fungera som en donator för vätebindingen? Om de alla får bilda en vätebindningar till varsitt fritt elektronpar på varsin ammoniakmolekyl? 

Ja absolut, samtliga väten kan agera som donator. Men det finns tre gånger så många donatorer, som det finns acceptorer (det enda fria elektronparet). 

Och varje ammoniakmolekyl behöver i så fall tre andra att för att skapa maximalt antal vätebindningar - men alla dessa behöver i sin tur ytterligare tre - det går inte att tillfredsställa alla molekylers behov av tre acceptorer. Antalet behövda acceptorer ökar med med en faktor av tre för varje ytterligare molekyl som finns i vätskan.

Så det blir ett konstigt förhållande? Eller handlar det om att de inte får plats?

Både och. Antalet möjliga bindare är endast 1 och det som skall bindas är 3 - så rent matematiskt kan det inte bildas mer än en bindning. Skulle fyra bindningar bildas blir geometrin sådan att det liknar ett träd med förgreningar 1 till 3 hela tiden.

Aha fattar. Så om det tex är 70 NH3 molekyler finns det totalt 210 väte. Men eftersom det finns 3 gånger mindre kväve och varje kväve är bunden till 1 väte kan endast 1/3 av alla väteatomer fungera till vätebindingarna, alltså 70 stycken?