Die große Zusammenschau…. - ... · Lewis-Symbole ↔ Beschreibung durch Valenzelektronen z.B....
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Licht - eine elektromagnetische Welle
Energie E = hν h = Planck´sches Wirkungsquantum = 6,626*10-34 Js
Die große Zusammenschau….
Atom angeregtes Atom
Absorption diskreter Energiebeträge
Emission diskreter Energiebeträge
Atom Elektron Photon aZ GZ (f. Abs.)E E h E E EνΔ = Δ = = = −
„Orbital“
spezif. Energiebest. Form
„Quantenzahlen“
best. Orientierung im Raum
Energie d. Orbitale steigt mit n
für geg. n: Energie steigt mit l
Orbitale mit gleichem l sind degeneriert (gleiche Energie)z.B. n = 2, l = 1 m = -1; 0; +1 3 degenerierte p-Orbitale
Pauli-Prinzip: (aus QM)Jedes Elektron besitzt eine andere Kombination von n, l, m, s(2 e- können nicht in allen 4 Quantenzahlen übereinstimmen)
1. Ein Orbital enthält max. 2 e- ( ↑↓ ); s = -1/2 bzw. +1/22. Orbitale werden nach steigender Energie besetzt (energieärmere zuerst)3. Energiegleiche (degenerierte) Orbitale werden zuerst einfachbesetzt
(Hund´sche Regel)
Innerhalb des Periodensystems tragen einige Gruppen spezielle Bezeichnungen. 1. Gruppe (1. Hauptgruppe): Alkalimetalle2. Gruppe (2. Hauptgruppe): Erdalkalimetalle und 16. Gruppe (6. Hauptgruppe): Chalkogene (Erzbildner). 17. Gruppe (7. Hauptgruppe): Halogene (Salzbildner) 18. Gruppe (8. Hauptgruppe): Edelgase
Andere Gruppen werden häufig nach ihrem erststehenden Gruppenvertreter benannt (zum Beispiel Stickstoffgruppe, Kohlenstoffgruppe, Zinkgruppe und so weiter). Elemente einer Gruppe bezeichnet man als Homologe.
Aufbau des Periodensystems
Periodische Eigenschaften
• mit steigendem n Orbitale werden größer, weniger stabil(innerhalb einer Gruppe)
• mit steigendem Z Orbitale werden kleiner, stabilerZeff ↑; innerhalb einer Periode
Atomradien:
• sinken innerhalb einer Periode von links nach rechts
• steigen innerhalb einer Gruppe von oben nach unten
Ionenradien:
Ionen entstehen aus Atomen durch
• Aufnahme zusätzl. Valenzelektronen Anion, z.B. Cl + e- Cl- ) oder
• Abgabe von Valenzelektronen ( Kation, z.B. Na Na+ + e- )
r ( Az+) < r (A); r (B-) > r (B)
(Fehlende Schale (höhere e- -Abstoßung) bzw. geringere e--Abstoßung)
Metalle, Nichtmetalle, Halbmetalle
Metalle: hohe elektr. Wärmeleitfähigkeit
Metallglanz; fest bei RT (Ausnahme: Hg)
relativ niedrige IE leichte Bildung von Kationen
metall. Charakter ↑ in Gruppe von oben nach unten
in Periode von rechts nach links
Nichtmetalle: schlechte elektr. u. Wärmeleitfähigkeit
höhere IE; Tendenz zur Bildung von Anionen (EA i.a. < 0)
„oben rechts“ im PSE (Ausnahme: H)
7 Nichtmetalle sind 2-atomige Moleküle (H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2)
(g) (l) (s)
Halbmetalle: metall. und nichtmetall. Eigenschaften; z.T. verschiedene Modefikationen
• metallische
• ionische
• kovalentefließender Übergang
Lewis-Symbole ↔ Beschreibung durch Valenzelektronen
z.B. Schwefel: Elektronenkonfiguration
[Ne] 3s2 3p4
vgl. PSE: besondere Stabilität der e- - Konfiguration der Edelgase (vollbesetzte Valenzschale) ↔ hohe IE, extrem reaktionsträge
S S=
Bindungstypen
Oktettregel:
Bestreben der Atome, eine „Edelgaskonfiguration“(≡ 8 Valenzelektronen ≡ volles s- bzw. p-Orb.) zu erlangen
Anzahl kovalenter Bindungen, die ein Atom ausbildet, entspricht Anzahl an e-, die zur Erreichung einer vollbesetzten Valenzschale fehlen:
Die Oktettregel gilt streng für alle Atome der 2. Periode (Li bis F);
für Elemente höherer Perioden (z.B. P, S) ist eine Oktettüberschreitung möglich (freie d-Orbitale)
Wasserstoff: 1 ungepaartes e- 1 kovalente Bindung
Sauerstoff: 2 ungepaarte e- 2 kovalente Bindungen
Stickstoff: 3 ungepaarte e- 3 kovalente Bindungen
Kohlenstoff: 4 ungepaarte e- 4 kovalente Bindungen
„Bindigkeit“
bevorzugt!
Ausnahmen!
Paarung von 2 oder 3 Elektronenpaaren zwischen zwei Atomen
Mehrfachbindungen
• Bindungspolarität
heteronucl. kov. Bindung: Bindungselektronen sind unsymmetrisch verteilt
↔ „polare“ Bindung, z.B.
H Clδ+ δ−
Dipolmomentq+ q -
rD q r= ⋅
abhängig von relativer Lage der Atomorbitale (vgl. später)
semiquantitatives Maß: Elektronegativität EN
= Fähigkeit eines Atoms in Verbindungen Bindungselektronen an sich zuziehen
Bindungsparameter
hohe EN ↔ hohe IE
↔ stark negative EA
Zunahme innerhalb einer Periode nach rechts, in der Gruppe nach oben
Pauling-Skala: F 4.0
Cs 0.7
je größer ΔEN zw. zwei Atomen, desto polarer die Bindung
(Zunahme von ionischem Charakter)
Elektronegativität
unpolarstark polar
bevorzuge Lewis-Strukturen mit möglichst wenigen formalen Ladungenund mit negativen Ladungen auf elektronegativen Atomen!
z.B: NO2 17 e- Radikal (= Teilchen mit ungepaartem e-)
ON
O
ON
O ON
O
ohne formale Ladung, aber nicht möglich wegen Oktett!
mesomere Grenzstrukturen(Resonanzstrukturen)
• keine physikal. Realität
• exp. Befund: beide N-O-Bindungen sind identisch!(„Überlagerung“ beider Grenzstrukturen)
z.B. Thiocyanat-Ion NCS - 16 e-
N C S N C S N C S
Lewis-Strukturformeln
Die räumliche Struktur von Molekülen
- Bindungslängen
- Bindungswinkelbeeinflusst durch freie e- - Paare
B: H2O H O H
?
HO
H104,5°
μ = 1,8 Dexp.: Dipolmoment!
aufgr. elektrostat. Abstoßung nehmen Valenzelektronenpaare Positionen ein, die möglichst weit voneinander entfernt sind
Position der Atome ist bestimmt durch Lage der bindenden e- -Paare
VSEPR-Modell: (valence shell electron pair repulsion)
Voraussagen bzl. Molekülgeometrie f. Moleküle AXnEm
Zentralatom freies e--Paar
Bindungspartner
eiserner Grundsatz:
Jede Gleichung muss ausgeglichen sein bzl.
• Ladungsbilanz (pos. / neg. Ladungen)
• Stoffbilanz (Anzahl der Atome)
Dabei dürfen nie die Indizes, sond. nur Koeffizienten verändert werden!!
Chemische Gleichungen
(Molekül) = (At ) = =omeii
mnM VM
M c ⋅∑
tatsächl. AusbeuteAusbeute (%) = 100 %theoret. Ausbeute
⋅ c = n / V
m = n × M
β = m / V
const.mit
w p dVq dU dH
pH pVp dV U
δδ= −
→ = + ≡ = +=
Enthalpie
Enthalpie
0 0 0R f f(Prod.) (Ed.) , : stöch. Koeff.H n H m H n mΔ = Δ − Δ∑ ∑
exothermer Prozess: System gibt Wärme an die Umgebung abEntropie der Umgebung ↑
endothermer Prozess: System nimmt Wärme aus der Umgebung aufEntropie der Umgebung ↓
Sys Sys Univ Sys Sys SysG T S H T SΔ = − ⋅ Δ = Δ − ⋅ ΔGibbs-Helmholtz-Gleichung:
Un Sysiv für spontane0 n Prozess0S GΔ→ Δ <>
C D
A B
A B C D
R
A + B C + D
(C) (D)(A) (B)
c cKc c
ν ν
ν ν
ν ν ν ν⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⋅→ =
⋅
allg.:
Aussage: Im Ggw. ist das Konzentrationsverhältnis ( bei p, T = const.) eineKonstante, unabhängig von den Einzelkonzentrationen
keine Aussage über: • Zeit der Ggw.einstellung (stark abhängig von T)
• Ablauf d. Rx. („Mechanismus“), evt. Zwischenprodukte
K > 1 „mehr Produkte als Edukte“ Ggw. liegt „rechts“
K < 1 „mehr Edukte als Produkte“ Ggw. liegt „links“
Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz
Schreibweise: richtig
falsch: „reserviert“ für mesomere Grenzstrukturen
unter Nicht-Standardbedingungen:
0 0R R
0R R0R R m m
ln ; 1
0 ln
ln (B) (A)
G G RT Q Q G G
G RT K
G RT K G G
Δ = Δ + = → Δ = Δ
= Δ +
→ Δ = − = −
Massenwirkungsbruch (Reaktionsquotient) Q und Ggw.einstellung
0( / )R
RG RTK e− Δ=
Le Chatelier: (1850 – 1936) „Prinzip des kleinsten Zwangs“
„Übt man auf ein Gleichgewichtssystem einen Zwang aus, so reagiert das System in der Weise, dass der Zwang verringert wird“.
A B P Q R RA + B P + Q (Prod.) (Ed.)H H H Hν ν ν ν⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Δ = Δ − Δ = Δ
auch Reaktionswärme (für p = const.: „Enthalpie“) kann als Edukt bzw. Produkt aufgefasst werden!
Le Chatelier: (1850 – 1936) „Prinzip des kleinsten Zwangs“
„Übt man auf ein Gleichgewichtssystem einen Zwang aus, so reagiert das System in der Weise, dass der Zwang verringert wird“.
Gleichgewichte sind temperaturabhängig, d.h. KR = f (T)
Freie Enthalpie und Temperatur
Gleichgewichte sind temperaturabhängig, d.h. KR = f (T)
Kopplung von Reaktionen
H2NCHR1
C
O
OH H2NCHR2
C
O
OH+ H2N
CHR1
C
O
N
H
CH
R2
C
O
OH + H2O
ΔGR0 = 17 kJ/mol
ATP ADP Pi+ H2O + ΔGR0 = -30 kJ/mol
Σ ΔGR0 = -13 kJ/mol
ADP Pi+ ATP + H2OBereitstellung von ATP
ΔGR0 = +30 kJ/mol
ΔGR0 = -2880 kJ/mol
(reicht in vivo unter aeroben Bedingungen für Bildung von ca. 30 ATP)
C6H12O6 CO26O2+ 6 + 6 H2O
hνPhotosynthese!
permanenter Auf- und Abbau!
Peptidsynthese
Säuren und Basen
Def. nach Brönstedt:
Säuren sind Protonendonatoren, d.h. Moleküle/Ionen, die H+-Ionen abgeben können.
Basen sind Protonenakzeptoren, d.h. Moleküle/Ionen, die H+-Ionen an ein freies Elektronenpaar anlagern können.
allg.: stärkere Base + stärkere Säure schwächere Base + schwächere Säure
bzw.
S B W
++ 143
3[ H O ] [ A ] [ HO ] [ HA] [ H O ] [ HO ] 10
[ HA] [ A ]K K K
− −− −
−⋅ ⋅
⋅ = ⋅ = ⋅ = =
B Bp logK K= −
S B Wp p p 14K K K→ + = =
+3
S[H O ] [A ]
[HA]K
−⋅=
B[OH ] [HA]
[A ]K
−
−⋅
=
)33
H OH O
(pH lg[ ] lg ,mol/L
c ++= − = −
analog)OHOH
(pOH lg[ ] lgmol/Lc −
−= − = −
Eigendisoziation des Wassers und pH-Wert
7A
+3 A A
molsofern (HA) 10 (OH )L
(H O ) (HA) pH lg [HA]
c c
c c
− −
→ = → = −
starke Säure:
schwache Säure:
A
+ +3 S A 3 S A
S A
[ HA] [ HA]1 1[ H O ] [ HA] bzw. lg [ H O ] lg lg [ HA]2 2
1 1pH p lg [ HA]2 2
K K
K
→ ≈
→ = ⋅ − = − −
→ = −
Säure-Base-Eigenschaften von Salzen
• saure Salze: ↔ enthalten korrespondierende Kationen schwacher Basen
+4 3 4 3
+ +2 34 3
NH NO NH ( ) NO ( )
NH ( ) H O NH ( ) (H O )
aq aq
aq aq aq
−⎯⎯→ +
+ +pH-Wert ↓
• basische Salze: ↔ enthalten Anionen schwacher Säuren+
2
KF K ( ) F ( )
F ( ) H O HF( ) )OH (
aq aq
aq aq aq
−
−−
⎯⎯→ +
+ +pH-Wert ↑
• neutrale Salze: ↔ enthalten Kationen aus Gr. I / II und korrespondierende Anionen sehr starker Säuren
+
2
KCl K ( ) Cl ( )
Cl ( ) H O
aq aq
aq
−
−
⎯⎯→ +
+ ⎯⎯→pH-Wert = 7
+
S S S
3 S
[A ] (A )pH p lg p lg p lg[ HA]
[ HA]lg [ H O ] lg lg[A
1 (HA)
]
nn
K
K K Kαα
− −
−
= + = + +
− −
=−
− =
→
Henderson-Hasselbalch-Gleichung
Merke:
Im Quotienten steht nie eine starke Base (z.B. OH-) oder eine starke Säure (z.B. H3O+): ein Puffer besteht aus einer/mehreren (Blut!) schwachen Säure(n) und der/den korrespondierenden schwachen Basen.
Falls n (A-) = n (HA) äquimolares Puffergemisch
pH = pKS (bei nicht zu starker Verdünnung)
Pufferlösungen und Indikatoren
Titration einer schwachen Säure(Essigsäure)
Säure/Base-Titration
ÄP > NP
ungeeigneter Indikator
geeigneter Indikator
Puffersysteme im Organismus
1) Kohlendioxid-Hydrogencarbonat- Puffer („Bicarbonat-Puffer)
Carboanhydrase +2 2 2 3 3CO + H O H CO HCO + H−
wichtigstes Puffersystem im Blut! Anteil ca. 52 %
2) Hämoglobin-Puffer
3) Protein-Puffer: relevant v.a. Histidin-Reste: pKS = 6
Anteil ca. 15 %
4) Hydrogenphosphat-Dihydrogenphosphat-Puffer:
aufgr. des geringen Vorkommens geringer Anteil (ca. 1 %)
Redoxreaktionen und Redoxpotentiale
Def.: Elemente / Verbindungen, die e- abgeben Reduktionsmittel(e- -Donatoren)
Elemente / Verbindungen, die e- aufnehmen Oxidationsmittel(e- -Akzeptoren)
vgl.S/B !
1) Oxidationszahlen (OZ)
2) Ausgleich d. Differenz der OZ durch e-
3) Ladungsausgleich (H+ /H3O+ oder OH-)
4) Stoffausgleich
0 0 0red ox
2 2 0
unter Standardbedingungen:
z.B. für Zn ( ) Cu ( , 1 M) Zn ( , 1 M) Zn ( ) 1,1
(Kath) (An)
0 V
E
s aq aq s E
E E+ ++ ⎯⎯
=
→ + +
−
=
+ 02 red2 H ( , 1M) + 2 e H ( , 1 bar) 0 Vaq g E− ⎯⎯→ =
Freie Enthalpie und EMK: Nernst´sche Gleichung
spontane Rx: ΔG < 0; E > 0
es gilt: 0 0
Anzahl übertragener Faraday-Konst. = 96500 C/mol
(J/V mol)
z eF
G z F EG z F E
−Δ = − ⋅ ⋅
Δ
=
== − ⋅ ⋅(1)
0mit lnG G RT QΔ = Δ + →
+NWEi i
/ 2i2 i
(Red ) (H ) (Red )mit(Ox )(H ) (Ox )
iz
zaQ Q
p⋅
= ⎯⎯⎯→ =⋅
( )( )
( )( )
i i0 0
i i(i) (i) mV (i) mV
Red Ox1 159 lg 59 lgOx Red
E E Ez z
= − ⋅ ⋅ = + ⋅ ⋅
stabile Komplexe für
möglichst kleine, hochgeladene Kationen (↔ starke elektrostat. Anziehung)
Kationen ohne Edelgaskonfiguration (↔ Nebengruppenmetalle, z.B. Fe2+/3+, Co2+/3+, Cu+/2+, Zn2+, Cr3+ …)
# Na+, K+, Ca2+ ↔ praktisch keine stabilen Komplexe!
„gute“ Liganden:
Moleküle / Anionen mit freiem e- -Paar an (vergleichsweise) wenig elektronegativem Element:
F- < Cl- , H2O < NH3, OH- < CN-
Liganden, die nur ein e- -Paar f. koord. Bindung zur Verfügung stellen können, heißen einzähnig, solche, die mehrere Paare zur Verfügung stellen, mehrzähnig
( „Chelatkomplexe“)
Metallkomplexe
2 2 92 6 3 3 6 2 R
2 2 172 6 3 2 R
[Ni(H O) ] 6 NH [Ni(NH ) ] 6 H O 10
[Ni(H O) ] 3 en [Ni(en) ] 6 H O 10
K
K
+ +
+ +
+ + =
+ + =
vgl.
ΔH0K vergleichbar: gleiches Ligandatom:
Unterschied in ΔG0K (und damit KR, d.h. der Komplexstabilität aufgr. ΔS0
K :
N
Chelateffekt: ↔ höhere Anzahl frei beweglicher Teilchen bei Bildung des Chelatkomplexes
↔ (größere) Entropiezunahme ΔS0K
↔ umso größer, je mehr Donor-Atome der Chelatligand zur Verfügung stellt
hohe Stabilität von EDTA-Komplexen (sechszähniger Ligand);
bildet sogar stabile Komplexe mit Erdalkalimetall-Ionen (Ca2+), die sonst praktische keine stabilen Komplexe ausbilden (vgl. V3.8)
= Entropie-effekt !
Ligandenaustauschreaktionen und Chelateffekt
Zustandsgleichung idealer Gase
= allgemeine Gaskonstante= 8.3143 J/mol K = 0.08206 L atm / mol Kp V n R T
p V n T R⋅ =
⋅⋅
⋅⋅
∼
Anwendung: exp. Bestimmung der molaren Masse von Gasen:
m RTn M mM pV
= → = ⋅
Gasgesetze (für „ideale Gase“)
1 2 1 2( )
allg.: mit ii i i
i
RTp p p n nV
nRT n RTp p p nV n V
= + = + ⋅
= = ⋅ = ⋅∑
• molekulare Feststoffe
- unpolare ( ↔ v.a. Dispersionskräfte) gut lösl. in unpolaren LM
z.B. I2 in CCl4; schlecht löslich in polaren LM (z.B. H2O)
- polare ( ↔ Dipol-Dipol-WW, H-Brücken) gut löslich in polaren, H-Brücken ausbildenden LM
z.B. Glucose (viele OH-Gruppen): gut löslich in Wasser; praktisch unlöslich in Kohlenwasserstoffen
Lösungen: energetische Aspekte und Löslichkeit
• ionische Feststoffe:
sehr starke WW im Kristallgitter: ΔGGi >> 0
sehr starke WW mit LM erforderlich
nur sehr polare LM wie H2O ermöglichen ausreichend starke Ion-Dipol-WW
in H2O: Hydratationsenthalpie ΔHHy für Bildung hydratisierter Ionen(Hydrathülle) << 0
Quantitative Beschreibung der Löslichkeit:Sättigungskonzentration und Löslichkeitsprodukt
„gesättigte Lösung“
↔ Lösung eines Feststoffs A steht im Ggw. mitfestem A (Bodenkörper)
Auflösung Abscheidungv v=
Löslichkeitsprodukt:
+n m
n + m
n + mL
A B n A + m B(A ) (B )
(AB)(A ) (B )
c cKc
K c c
−
−
−
⋅=
= ⋅
streng genommen:
Aktivitäten !
Nernst´sches Verteilungsgesetz
• System aus zwei wenig mischbaren Flüssigkeiten (Zweiphasensystem)
z.B. Ether / Wasser
lipophil hydrophil
+ Stoff A, der sich (mehr o. weniger) in beidenPhasen löst
Verteilungsgleichgewicht:
Phase I
Phase II
(A) ( ) Verteilungskoeffizient(A)
c K f Tc
= =
Dampfdruckerniedrigung*
i i i i = Stoffmengenanteil des LM < 1p x p x= ⋅(Raoult´sches Gesetz)
S S L L
G G L
: Molalität des Solutes (mol/kg LM)
T K m mT K m
Δ = ⋅Δ = ⋅
Siedepunktserhöhung ΔTS bzw. Gefrierpunktserniedrigung
Osmose
geg.: Lösung mit Stoff A, durch semipermeable Membran (f. A nicht durchlässig)getrennt von reinem LM (bzw. Lösung geringerer Konz.)
Nettodiffusion des LM entlang des Konz.gradienten in die (konz.) Lg.
Aufbau eines hydrostatischen Drucks π = osmotischer Druck im Ggw.
(oder: Verhinderung des osmot. Flusses durch Ausübung eines hydrostat. Drucks)
(Van t́ Hoff)c R Tπ = ⋅ ⋅ (f. verdünnte Lg.)
Nettotransfer von LM-Molekülen aus einer Lösung in das reine Solvens durch entsprechend hohen äußeren Druck
Wasseraufbereitung durch Meerwasserentsalzung:hohe Drücke erforderlich (π > 28 bar) erfordert Membranen hoher mech.Stabilität
Bestimmung molarer Massen:
n m R Tc R T R TV M V
m R TMV
π
π
⋅ ⋅= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =
⋅
⋅ ⋅→ =
⋅
Einwaage
Messgröße
Volumen der Lösung
gut geeignet für Makromoleküle mit hohem M
(# Gefrierpunktserniedrigung / Siedepunktserhöhung: schwierig zu messen aufgr. sehr kleinem ΔT)
Reverse Osmose
Reaktionskinetik
i
A B P Q1 (I) (Edukte) < 0; (Produkte) > 0
a b p qd c v v
d tυ
ν
+ +
=
Reaktionsgeschwindigkeit
m n
A B P Q
(A) (B) , n: Reaktionsordnung bzl. der Komponente A bzw. B
a b p q
c c mυ
+ +
⋅∼
2
(A) (P)1. (A) 1. Ordnung
(A) (P)2. (A) Ordnung2.
d c d c k cdt dt
d c d c k cdt dt
υ
υ
= − = = ⋅
= − = = ⋅
0
0 0
(A) (A)
( ) (A) (A) (A) (1 )
k t
k t
c c e
c P c c c e
−
−
= ⋅
= − = ⋅ −
Reaktionsordnung und Geschwindigkeitsgesetz
01/
/
/ 2
2
1 2
1
(A) 1(A) ln2 2
ln 2
ln 2
cc k t
k t
tk
= → = − ⋅
−
=
= − ⋅
Halbwertszeit
unabhängig von derAnfangskonzentration !
1. Ordnung:integriertes Geschwindigkeitsgesetz
A( p) ex ET
kR
k T ∞⎛ ⎞−
⋅⋅ ⎜
⎝= ⎟
⎠Arrhenius-Gleichung
Orientierung ausreichend Energie
A 0E H ≠= Δ molare Standardaktivierungsenthalpie
Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur
Bestimmung der Aktivierungsenthalpie:
A 1ln ( ) ln Ek T kR T∞= − ⋅
1 A
2 2 1
1 1ln k Ek R T T
⎛ ⎞= ⋅ −⎜ ⎟
⎝ ⎠
Erniedrigung von EA / Erhöhung von ΔS0≠
↔ Katalysator
• eröffnet einen alternativen Reaktionsweg mit niedrigerem EA
beschleunigt und in gleichem Maß
beeinflusst nicht die Lage des Gleichgewichts
• wird im Zuge der Reaktion nicht verbraucht
meist in sehr kleinen Mengen wirksam
υ υ
Wie kann man eine Reaktion beschleunigen? - Katalyse
einfachstes Modell nach Michaelis und Menten:
1 2
1 2
02
M
M max 2
x
0
maM
S + E ES E + P
(E) (S)(S
(S)(S)
falls (S))
(E)
k k
k k
c ckK c
cK c
c K k c
υ
υ υ
υ
− −
⋅= ⋅ =
+→ =
⋅+
= ⋅
Enzyme und Enzymkinetik
(S)c
Sättigung
KM
max
2υ
maxυ
υvgl. Langmuir!
Messung von Anfangs-geschwindigkeiten für verschiedene c (S)
KM entspricht derjenigen Konz. an Substrat, bei der die Rx.geschwindigkeit halbmaximal ist. Einheit: mol/L
(Anfangsgeschwindigkeit)
Enzyme und Enzymkinetik
Linearisierung nach Lineweaver u. Burk:
M M
max max max
1 1 (S) 1 1(S) (S)
K c Kc cυ υ υ υ+
= ⋅ = + ⋅
1(S)c- 1/KM
max
1υ
1υ
Enzyme und Enzymkinetik
Stofftrennung: Überblick
Stoff m. geringerer Lös-lichkeit kristallisiert b. Ab-kühlen zuerst aus
LöslichkeitsunterschiedeKristallisation
schwer flüchtige Substanzen bleiben als Pulver zurück (Lyophilisat)
untersch. DampfdrückeSublimation v. Wasser im Hochvakuum
Sublimation• Gefriertrocknung
Anreicherung des leichter flüchtigen Stoffs im Kondensatverbesserte TrennungSdp. sinkt Schonung thermolabiler Substanzen
untersch. Sdp. (untersch. Dampfdrücke)
mehrfache Ggw.einstellungVerringerung des äußeren Drucks
Destillation
• Kolonnendestillation• Vakuumdestillation
Effekteberuht aufTrennung durch
effektive Trennung auch komplexer Gemische
untersch. Verteilung zwischen in 2 Phasen (fest/flüssig; fest/gasförmig);häufige Wiederholung der Gleichgewichtseinstellung
Chromatographie
Anreicherung eines Stoffes in einer Phase
untersch. Verteilungskoeff. in 2-phasigem LM-System
Extraktion (flüssig-flüssig-Verteilung)
Trennung unterschiedl. großer Teilchen
untersch. TeilchengrößeDialyseGelfiltration
Effekteberuht aufTrennung durch
Überblick
Chromatographie
Verteilung von Stoffen zwischen
stationärer Phase: kristalline / amorphe Pulver versch. Korngrössen, wie z.B. SiO2, Al2O3, Reverse-Phase-Materialien, Papierstreifen
mobiler Phase (Eluens): alle möglichen Lösungs-mittel, sofern diese keine Rx. mit stationärer Phase bzw. zu trennenden Stoffen eingehen.
Art der Trennung:
Adsorption (z.B an Kieselgel)
hydrophobe Wechselwirkung (z.B. RP-Materialien, wie alkyliertes Kieselgel)
Elektrostatische WW (Polymermatrix mit -NR3+, -SO3-, COO--Gruppen)
Gelfiltration (poröse Polymermatrix mit Hohlräumen)
spezifische Interaktionen (Affinitätsmatrix, z.B. mit Antikörpern oder NiNTA)