Kemiallinen sitoutuminen

1. Kemiallinen sitoutuminen • Keveimpiä jalokaasuja lukuunottamatta kaikkien alkuaineiden atomit pyrkivät sitoutumaan kemiallisesti toisiin- joko samanlaisiin tai erilaisiin- atomeihin muodostaen molekyylejä • Sadasta alkuaineesta voi siten syntyä lähes rajaton määrä erilaisia ominaisuuksia omaavia kemiallisia yhdisteitä • Atomien yhteenliittymisen edellytyksenä on, että atomit saavuttavat sitoutumisen kautta energiaminimin. • Tavallisesti tämä saavutetaan, kunatomit saavat elektronirakenten, jossa on 8 elektronia uloimmalla kuorella. Tätä kutsutaan elektronioktetiksi

2. Kovalenttinen sidos Epämetalliatomi + epämetalliatomi  Kovalenttinen sidos O O O O O = O + Kummallakin happiatomilla on oktetti ja atomeilla on kaksi yhteistä Elektroniparia. Täydellisessä kovalenttisessa sidoksessa elektronipari(t) kuuluu yhtä paljon kummallekin atomille. Tämä on mahdollista vain saman alkuaineen atomeille kuten yllä. Myös jaksollisessa järjestelmässä Lähekkäin sijaitsevat alkuainet nuodostavat keskenään kovalenttisia Sidoksia. Esimerkkeinä ammoniakki NH3 ja hiilidioksidi CO2

3. Ionisidos Mikäli kahden alkuaineen elektronegatiivisuudet eroavat toisistaan riittävästi, kuten on metalli- ja epämetalliatomeilla, saattaa elekronegatiivisempi alkuaineista vetää elektropositiivisemman alkuaineen valenssielektronit kokonaan itselleen. Tällöin elektronit vastaanottanut atomi saa negatiivisen varauksen ja syntyy anioni. Elektroneita menettänyt saa positiivisen varauksen ja syntyy kationi. Anioni ja kationi vetävät toisiaan voimakkaasti puoleensa + Na - Na Cl Cl Suola l. ioniyhdiste +

4. Molekyylien väliset sidoksetvan der Waals- voimat • Van der waals- voimat ovat molekyylien välisiä voimia, jotka ovat huomattavasti heikompia kuin molekyylien sisäiset, kovalenttiset sidokset. • Näitä voimia voi verrata koheesiovoimaan (koheesio = koossapysyvyys) • Käytännön merkitystä näillä voimilla onsilloin kun aine muuttaa olomuotoaan esim. kaasusta nesteeksi ja kiinteäksi aineeksi. Huoneenlämmössä useat molekyyleistä muodostuneet aineet ovat kaasuja, kuten typpi ja hiilidioksidi, mutta lämpötilan laskiessa ne nesteytyvät van der waals- voimien alkaessa vaikuttaa molekyylien välillä. • Väriaineiden kiinnittymisessä näillä voimilla on merkitystä ionisidosten, kovalenttisten sidosten ja vetysidosten ohella.

5. Molekyylien väliset sidoksetDipoli, poolinen sidos • Sidoselektronit eivätaina ole tasaisesti jakautuneet atomien kesken, vaan ne ovat lähempänä molekyylin elektronegatiivisemman alkuaineen atomia, jolloin molekyylin toinen pää (elektronegatiivisempi) on heikosti negatiivinen ja toinen positiivinen. Muodostuu dipoli. Näin on esim. hiilimonoksidin ja veden tapauksessa - + C O Vesi ja hiilidioksidikaasu ovat poolisia l. Polaarisia yhdisteitä + O H - - H - - - + + + Poolinen l. dispersiosidos

6. Vetysidos • Erityisen voimakas dipolien välinen sidos esiintyy molekyyleillä, joissa vety on sitoutunut kovalenttisella sidoksella elektronegatiiviseen atomiin (F, O, Cl, N) • Elekronegatiivinen pää imee vedyn ainoan elektronin jolloin vedystä jää vain positiivisesti varautunut ydin, mikä vetää naapuridipolien negatiivista päätä puoleensa voimakkaasti. Tätä vetovoimaa kutsutaan vetysidokseksi • Vesi on tästä hyvä esimerkki ja veden pintajännitys voidaan selittää tällä ilmiöllä • Yhdisteillä, joiden molekyylien välillä on vetysidoksia, ovat kiehumis- ja sulamispisteet massan perusteella ennakoitua korkeammat • Villan happovärit kiinnittyvät mm. vetysidoksella villan proteiiniin

7. Vetysidokset • Vetysidosten ansiosta maapallon vesi ei ole haihtuneena ilmakehässä vaan nestemäisenä merissä ja järvissä • Vetysidosten ansiosta voimme nauttia etanolin nestemäisessä muodossa • Vetysidosten ansiosta jään rakenne on suhteellisen löysä ja siten keveämpää kuin nestemäinen vesi. Mikäli asia olisi päinvastoin järvet jäätyisivät pohjasta lähtien pintaan joka talvi • DNA- molekyylissä molekyyliketjujen sisäiset vetysidokset vetävät ketjut spiraaliksi • Villan valkuaisaine molekyylin spiraalisuus (villakuidun jousto) johtuu mm. vetysidoksista • Vetysidoksilla on huono vedenkesto (kuuma vesi, höyry ) mikä selittää puuvillan ja viskoosin rypistymistaipumuksen ja villakankaiden muovattavuuden

8. Värin rakenne Värimolekyyli on kuin serpentiini; pitkä ohut nauha jolla on hieman leveyttä. Värimolekyylin sydän on kromofori mikä antaa väriominaisuudet. Auksokromiryhmät antavat värille esim. pesunkesto-ominaisuudet Esim. Reaktiiviväri Reaktiiviryhmä, esim. Vinyylisulfoni,kiinnittää värin, tuo pesunkestot, lämmön-, hien-, hankak- sen jne. kestot Kromofori, esim. antrakinoni, tuo väriaistimuksen, valon- ja valkaisunkeston, sekä monia teknisiä ominaisuuk- sia yhdessä reaktiiviryhmän kanssa Vesiliukoisuus Esim. sulfonihapon Na- suolat

9. Värin kiinnittyminen • Väri kiinnittyy tekstiilikuituun reaktiivivärien yhteydessä kemiallisesti reagoimalla (kovalenttinen sidos), muiden värien yhteydessä ionisidoksella, vetysidoksella l. suolasillalla ja van der Waals- voimilla, tai pigmenttivärien tapauksessa sideaineella ”liimautumalla”. Reaktiivivärin klooritriatsiini reakriiviryhmä muodostaa kovalenttisen sidoksen puu- villan selluloosan OH- ryhmän kanssa alkalisissa olosuhteissa OH Cl + HCl O

10. Värin kiinnittyminen • Happoväri kiinnittyy villan proteiinimolekyyliinvetysidoksella, ionisidoksella ja van der Waals voimilla Villan proteiini Väri NH3 + O SO3- Van der Waals H Väri Väri O Vetysidos Ionisidos