Opgaver til B3.2

Opgaverne hører til afsnit B3.2 Intermolekylære bindinger. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave B3.2.1: Bindinger i molekylet og mellem molekylerne

  1. Hvad er en intermolekylær binding?
  2. Hvilken slags binding holder atomerne sammen inde i et molekyle?
  3. Hvilke bindinger bliver brudt, når ethanol koger?
  4. Nævn de tre slags intermolekylære bindinger. Begynd med den svageste.
  5. Hvad er forskellen på en midlertidig dipol og en permanent dipol?

Læs underafsnittet Bindinger i molekylet og mellem molekylerne, og se figuren med de to slags bindinger.

Når ethanol koger, bliver væsken til en gas af hele ethanolmolekyler. Molekylerne går altså ikke i stykker. Til spørgsmål e: Læs de første linjer i underafsnittene Londonbindinger og Dipol-dipolbindinger.

  1. En binding mellem to molekyler. Den er meget svagere end bindingerne inde i molekylet.
  2. Elektronparbindinger.
  3. De intermolekylære bindinger mellem ethanolmolekylerne. Bindingerne inde i molekylerne bliver ikke brudt.
  4. Londonbindinger, dipol-dipolbindinger og hydrogenbindinger.
  5. En midlertidig dipol opstår kun et øjeblik, når elektronerne tilfældigt er flest i den ene ende af molekylet. Det sker i alle molekyler. En permanent dipol er der hele tiden, fordi molekylet har polære bindinger. Den findes kun i polære molekyler.

Opgave B3.2.2: Londonbindinger og molekylets form

De tre stoffer i figuren har alle molekylformlen C8H18. Deres kogepunkter er 99 °C, 118 °C og 126 °C.

Figur 1: Tre stoffer med molekylformlen C8H18 til opgave B3.2.2.
  1. Hvilken slags intermolekylære bindinger er der mellem molekylerne i de tre stoffer?
  2. Hvilket molekyle har den største kontaktflade, og hvilket har den mindste?
  3. Par hvert stof med sit kogepunkt.
  4. Butan, C4H10, koger ved −1 °C. Det er meget lavere end de tre kogepunkter i opgaven. Forklar hvorfor.

De tre stoffer er alkaner. Læs underafsnittet Londonbindinger, og se figuren med de tre stoffer med molekylformlen C5H12.

Jo flere sidegrene et molekyle har, jo mere kugleformet er det, og jo mindre er kontaktfladen. Til spørgsmål d: Sammenlign antallet af carbonatomer. Store molekyler har mange elektroner.

  1. Kun londonbindinger. Alkaner er upolære.
  2. Molekyle B har den største kontaktflade, fordi kæden er lige. Molekyle A har den mindste, fordi det har flest sidegrene.
  3. Stof A koger ved 99 °C, stof C ved 118 °C og stof B ved 126 °C. Jo større kontaktflade, jo stærkere er londonbindingerne, og jo højere er kogepunktet. Stofferne hedder 2,2,4-trimethylpentan (A), octan (B) og 2-methylheptan (C).
  4. Butan har kun 4 carbonatomer. Molekylet er mindre og har færre elektroner, så londonbindingerne er svagere.

Opgave B3.2.3: Kan stoffet danne hydrogenbindinger?

Figur 2: Seks molekyler til opgave B3.2.3.
  1. Hvilke af de seks stoffer kan danne hydrogenbindinger mellem deres egne molekyler?
  2. Stof C og stof F er begge aminer. Hvorfor kan kun det ene af dem danne hydrogenbindinger mellem sine egne molekyler?
  3. Stof B og stof D indeholder begge oxygen. Hvorfor kan de ikke danne hydrogenbindinger mellem deres egne molekyler?

Læs boksen Det skal der til i underafsnittet Hydrogenbindinger. Led efter et hydrogenatom, der sidder på oxygen eller nitrogen.

Hydrogenatomer på carbon tegnes ikke i en zigzagformel, og de kan ikke danne hydrogenbindinger. Se kun efter de hydrogenatomer, der er skrevet med bogstaver sammen med O eller N.

  1. Stof A, C og E. Stof A (propan-1-ol) og stof E (ethansyre) har gruppen O−H, og stof C (dimethylamin) har gruppen N−H.
  2. I stof C sidder der et hydrogenatom på nitrogenatomet. I stof F (trimethylamin) er nitrogenatomet bundet til tre carbonatomer, så der er ikke noget hydrogenatom på nitrogen.
  3. Alle hydrogenatomerne i stof B (propanon) og stof D (methylethanoat) sidder på carbon. Der er ikke noget hydrogenatom på oxygen. De to stoffer kan dog tage imod en hydrogenbinding fra vand.

Opgave B3.2.4: Hvilke bindinger har stoffet?

Skriv ja eller nej i hvert felt.

Stof Formel Londonbindinger Dipol-dipolbindinger Hydrogenbindinger
hexan CH3CH2CH2CH2CH2CH3
butanal CH3CH2CH2CHO
butan-1-ol CH3CH2CH2CH2OH
pent-1-en CH2=CHCH2CH2CH3
ethylethanoat CH3COOCH2CH3
propansyre CH3CH2COOH
ethylamin CH3CH2NH2

Find først stofklassen for hvert stof. Brug derefter tabellen i underafsnittet Hvilke bindinger har stoffet?

Alle stoffer har londonbindinger. Carbonhydrider er upolære og har ikke andre. Stoffer med oxygen eller nitrogen er polære og har også dipol-dipolbindinger. Hydrogenbindinger kræver gruppen O−H eller N−H.

Stof Stofklasse Londonbindinger Dipol-dipolbindinger Hydrogenbindinger
hexan alkan ja nej nej
butanal aldehyd ja ja nej
butan-1-ol alkohol ja ja ja
pent-1-en alken ja nej nej
ethylethanoat ester ja ja nej
propansyre carboxylsyre ja ja ja
ethylamin amin ja ja ja

Opgave B3.2.5: Tegn en hydrogenbinding

  1. Tegn to molekyler af methanol, CH3OH, med en hydrogenbinding mellem dem. Tegn hydrogenbindingen som en prikket linje.
  2. Skriv δ+ og δ− ved de atomer i de to OH-grupper, der har en lille ladning.
  3. Tegn et methanolmolekyle og et vandmolekyle med en hydrogenbinding mellem dem.

Se figuren med de tre ethanolmolekyler. Skriv O og H i OH-gruppen med bogstaver, så du kan se, hvor hydrogenbindingen skal sidde.

Hydrogenbindingen går fra hydrogenatomet i den ene OH-gruppe til oxygenatomet i det andet molekyle. Den går aldrig fra et hydrogenatom, der sidder på carbon. Oxygen trækker mest i elektronerne og er derfor δ−.

Figur 3: Hydrogenbindinger mellem to methanolmolekyler og mellem methanol og vand.

Oxygenatomerne er δ−, og de hydrogenatomer, der sidder på oxygen, er δ+. I spørgsmål c kan hydrogenbindingen også gå den anden vej, fra et hydrogenatom i vandmolekylet til oxygenatomet i methanol. Du må gerne tegne molekylerne med alle atomer i stedet for som zigzagformler.

Opgave B3.2.6: Hvilket stof har det højeste kogepunkt?

Afgør for hvert par, hvilket af de to stoffer der har det højeste kogepunkt. Begrund svaret med de intermolekylære bindinger.

  1. Butan, CH3CH2CH2CH3, eller propanon, CH3COCH3
  2. Propanal, CH3CH2CHO, eller propan-1-ol, CH3CH2CH2OH
  3. Pentan eller 2,2-dimethylpropan, som begge har molekylformlen C5H12
  4. Ethanol, CH3CH2OH, eller butan-1-ol, CH3CH2CH2CH2OH

Stil de tre spørgsmål, der står sidst i underafsnittet Kogepunktet afslører bindingerne, i den rækkefølge, de står.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Begge stoffer har …
  • Kun … kan danne …, fordi molekylet har gruppen …
  • De to stoffer har samme slags bindinger, men … er størst eller mindst forgrenet.
  • Derfor har … det højeste kogepunkt.
  1. Propanon. Butan er upolært og har kun londonbindinger. Propanon har en polær carbonylgruppe og har derfor også dipol-dipolbindinger. Propanon koger ved 56 °C og butan ved −1 °C.
  2. Propan-1-ol. Begge stoffer er polære, men kun propan-1-ol har gruppen O−H og kan danne hydrogenbindinger. Propan-1-ol koger ved 97 °C og propanal ved 49 °C.
  3. Pentan. Begge stoffer har kun londonbindinger. Pentan er en lige kæde med en stor kontaktflade, og 2,2-dimethylpropan er forgrenet og næsten kugleformet. Pentan koger ved 36 °C og 2,2-dimethylpropan ved 10 °C.
  4. Butan-1-ol. Begge stoffer danner hydrogenbindinger. Butan-1-ol er det største molekyle, så londonbindingerne er stærkere. Butan-1-ol koger ved 117 °C og ethanol ved 78 °C.

Opgave B3.2.7: Fire stoffer og fire kogepunkter

Fire stoffer har næsten samme molarmasse. Deres kogepunkter er 28 °C, 36 °C, 80 °C og 117 °C.

Stof Molekylformel
pentan C5H12
2-methylbutan C5H12
butanon C4H8O
butan-1-ol C4H10O
  1. Beregn molarmassen for pentan og for butan-1-ol. Atommasserne er 12,01 g/mol for C, 1,008 g/mol for H og 16,00 g/mol for O.
  2. Hvilke intermolekylære bindinger har hvert af de fire stoffer?
  3. Par hvert stof med sit kogepunkt.
  4. Hvorfor er det en fordel, at stofferne har næsten samme molarmasse, når man vil sammenligne deres kogepunkter?

Find stofklassen for hvert stof ud fra navnets endelse. Brug derefter de tre spørgsmål sidst i underafsnittet Kogepunktet afslører bindingerne.

Stoffet med hydrogenbindinger har det højeste kogepunkt. Derefter kommer det polære stof uden hydrogenbindinger. De to upolære stoffer skilles ad på, hvor forgrenet kæden er. Molarmassen for pentan er 5 · 12,01 g/mol + 12 · 1,008 g/mol.

  1. Molarmasserne er

\[ M(\mathrm{C_5H_{12}}) = 5 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 12 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 72{,}15\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

\[ M(\mathrm{C_4H_{10}O}) = 4 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 10 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 16{,}00\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 74{,}12\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

  1. Pentan og 2-methylbutan er alkaner og har kun londonbindinger. Butanon er en keton og har londonbindinger og dipol-dipolbindinger. Butan-1-ol er en alkohol og har londonbindinger, dipol-dipolbindinger og hydrogenbindinger.

  2. Kogepunkterne er:

Stof Kogepunkt Begrundelse
2-methylbutan 28 °C kun londonbindinger og en forgrenet kæde
pentan 36 °C kun londonbindinger og en lige kæde
butanon 80 °C også dipol-dipolbindinger
butan-1-ol 117 °C også hydrogenbindinger
  1. Så er londonbindingerne omtrent lige stærke i de fire stoffer. Forskellen i kogepunkt skyldes derfor de andre bindinger og molekylets form.

Opgave B3.2.8: Hydrofil og hydrofob

Figur 4: Fire molekyler til opgave B3.2.8.
  1. Hvad betyder ordene hydrofil og hydrofob?
  2. Find den hydrofile del og den hydrofobe del i hvert af de fire molekyler.
  3. Et af molekylerne har ingen hydrofil del. Hvilket?
  4. Hvilket af de fire stoffer opløses bedst i vand? Begrund svaret.

Se figuren med ethanol og octan-1-ol i underafsnittet Opløselighed i vand.

Den hydrofile del er den gruppe, der kan danne hydrogenbindinger til vand. Den indeholder oxygen eller nitrogen. Carbonkæden er den hydrofobe del. Til spørgsmål d: Tæl carbonatomerne i den hydrofobe kæde.

  1. Hydrofil betyder vandelskende. En hydrofil gruppe kan danne hydrogenbindinger til vand. Hydrofob betyder vandskyende. En hydrofob kæde kan kun danne londonbindinger.

  2. Den hydrofile del er OH-gruppen i molekyle A, carboxylgruppen i molekyle B og aminogruppen i molekyle C. Carbonkæden er den hydrofobe del.

Figur 5: Den hydrofile og den hydrofobe del af de fire molekyler i opgave B3.2.8.

  1. Molekyle D. Det er heptan, som er et carbonhydrid uden oxygen og nitrogen.

  2. Stof C, som er propylamin. Det har en hydrofil gruppe og den korteste hydrofobe kæde, kun 3 carbonatomer. Stof A har 5 carbonatomer, og stof B har 6. Det er mere, end én hydrofil gruppe kan trække med ned i vandet.

Opgave B3.2.9: Opløselighed i vand

Brug tabellen med alkoholers opløselighed i underafsnittet Opløselighed i vand i afsnit B3.2.

  1. Hvad sker der med opløseligheden i vand, når en alkohols carbonkæde bliver længere?
  2. Forklar hvorfor. Brug ordene hydrofil og hydrofob.
  3. Heptan-1-ol har 7 carbonatomer. Kan der opløses mere eller mindre end 6 g heptan-1-ol i en liter vand?
  4. Propanon kan ikke danne hydrogenbindinger mellem sine egne molekyler. Alligevel kan propanon blandes med vand. Forklar hvorfor.
  5. Hexan kan ikke opløses i vand, men det blandes let med heptan. Forklar hvorfor.

Læs underafsnittet Opløselighed i vand. Til spørgsmål d: Læs det sidste stykke i underafsnittet Hydrogenbindinger.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • OH-gruppen er …, fordi den kan danne … til vand.
  • Carbonkæden er …, og jo længere den er, jo …
  • Oxygenatomet i propanon kan tage imod …
  • Hexan og heptan er begge …, og reglen siger, at lige …
  1. Opløseligheden falder. Ethanol og propan-1-ol kan blandes med vand i alle forhold, men der kan kun opløses omkring 6 g hexan-1-ol i en liter vand.
  2. OH-gruppen er hydrofil, fordi den kan danne hydrogenbindinger til vand. Carbonkæden er hydrofob og kan kun danne londonbindinger. Jo længere kæden er, jo flere hydrogenbindinger mellem vandmolekylerne skal der brydes for at få plads til den.
  3. Mindre. Den hydrofobe kæde er endnu længere end i hexan-1-ol.
  4. Oxygenatomet i carbonylgruppen kan tage imod en hydrogenbinding fra et vandmolekyle. Propanon har desuden kun 3 carbonatomer, så den hydrofobe del er lille.
  5. Hexan er upolært og kan kun danne londonbindinger. Det kan ikke gå ind i vandets netværk af hydrogenbindinger. Heptan er også upolært, så de to stoffer holder sammen med londonbindinger, ligesom de gør hver for sig. Lige opløser lige.

Opgaver med fødevaretema

I køkkenet afgør de intermolekylære bindinger, hvad der dufter, hvad der fordamper, og hvad der kan blandes med vand.

Opgave B3.2.mad.1: Citronskal og citronsaft

Duften i citronskal skyldes især stoffet limonen. Det er et carbonhydrid med molekylformlen C10H16. Den sure smag i citronsaft skyldes citronsyre, som du kan se i figuren med mælkesyre, alanin og citronsyre i afsnit B3.1.

  1. Hvilken slags intermolekylære bindinger kan limonen danne?
  2. Er limonen hydrofilt eller hydrofobt?
  3. Hvilke hydrofile grupper har citronsyre, og hvor mange er der i alt?
  4. Citronsyre har seks carbonatomer. Forklar, hvorfor citronsyre alligevel opløses let i vand.
  5. Lægger man citronskal i madolie, går limonen over i olien. Forklar hvorfor.

Find først stofklassen. Et carbonhydrid indeholder kun carbon og hydrogen. Brug tabellen i underafsnittet Hvilke bindinger har stoffet?

Til spørgsmål d: Brug tommelfingerreglen om, at én polær gruppe kan trække omkring fire carbonatomer med ned i vandet. Til spørgsmål e: Madolie er upolær. Brug reglen om, at lige opløser lige.

  1. Kun londonbindinger. Limonen er et carbonhydrid og er derfor upolært.
  2. Hydrofobt. Molekylet har ingen gruppe, der kan danne hydrogenbindinger til vand.
  3. Tre carboxylgrupper og én hydroxygruppe. Det er fire hydrofile grupper i alt.
  4. De fire hydrofile grupper kan danne mange hydrogenbindinger til vand. Hver gruppe kan trække omkring 4 carbonatomer med ned i vandet, så fire grupper kan trække omkring 16, og citronsyre har kun 6.
  5. Madolie er upolær ligesom limonen. Mellem molekylerne i de to stoffer er der kun londonbindinger, og lige opløser lige.

Opgave B3.2.mad.2: Vin, der bliver sur

Når en flaske vin står åben, bliver ethanol først til ethanal og derefter til ethansyre. De tre stoffer har kogepunkterne 20 °C, 78 °C og 118 °C.

Stof Formel Molarmasse
ethanol CH3CH2OH 46,1 g/mol
ethanal CH3CHO 44,1 g/mol
ethansyre CH3COOH 60,1 g/mol
  1. Hvilke af de tre stoffer kan danne hydrogenbindinger mellem deres egne molekyler?
  2. Hvilket af stofferne har det laveste kogepunkt? Begrund svaret.
  3. Par de to andre stoffer med deres kogepunkter, og begrund svaret.
  4. Hvilket af de tre stoffer fordamper lettest fra et glas?

Find stofklassen for hvert stof, og led efter gruppen O−H. Brug de tre spørgsmål sidst i underafsnittet Kogepunktet afslører bindingerne.

I ethanal sidder alle hydrogenatomerne på carbon. Til spørgsmål c: Begge stoffer har samme slags bindinger, så se på, hvilket molekyle der er størst.

  1. Ethanol og ethansyre. De har begge gruppen O−H.
  2. Ethanal, som koger ved 20 °C. Det er et aldehyd uden O−H, så det har kun londonbindinger og dipol-dipolbindinger.
  3. Ethanol koger ved 78 °C og ethansyre ved 118 °C. Begge stoffer danner hydrogenbindinger. Ethansyre er det største molekyle, så londonbindingerne er også stærkere.
  4. Ethanal. Det har det laveste kogepunkt, fordi molekylerne holder svagest fast i hinanden.

Opgave B3.2.mad.3: Eddikesyre og stearinsyre

Eddikesyre (ethansyre) kan blandes med vand i alle forhold. Stearinsyre er en fedtsyre, som findes i smør og kakaosmør. Den kan ikke opløses i vand.

Figur 6: Ethansyre og stearinsyre.
  1. Hvilken funktionel gruppe har begge stoffer? Er den hydrofil eller hydrofob?
  2. Brug tommelfingerreglen om fire carbonatomer for hver polær gruppe på de to stoffer.
  3. Forklar, hvorfor stearinsyre ikke kan opløses i vand, selv om molekylet har en hydrofil gruppe.
  4. Eddikesyre er en væske ved stuetemperatur. Stearinsyre er et fast stof, som først smelter ved 69 °C. Forklar forskellen ud fra londonbindingerne.

Læs underafsnittet Opløselighed i vand. Til spørgsmål d: Læs de to punkter om, hvad der gør londonbindinger stærkere, i underafsnittet Londonbindinger.

Begge molekyler har én polær gruppe. Sammenlign antallet af carbonatomer med 4. Til spørgsmål d: Jo stærkere de intermolekylære bindinger er, jo højere er smeltepunktet.

  1. En carboxylgruppe, −COOH. Den er hydrofil, fordi den kan danne hydrogenbindinger til vand.
  2. Ethansyre har 2 carbonatomer. Det er mindre end 4, så stoffet kan opløses i vand. Stearinsyre har 18 carbonatomer. Det er meget mere end 4, så stoffet kan ikke opløses i vand.
  3. Den hydrofobe carbonkæde er alt for lang. Den kan kun danne londonbindinger, og der skulle brydes mange hydrogenbindinger mellem vandmolekylerne for at få plads til den.
  4. Begge stoffer danner hydrogenbindinger med carboxylgruppen. Stearinsyre er et meget større molekyle med mange flere elektroner, og den lange, lige kæde giver en stor kontaktflade. Londonbindingerne er derfor meget stærkere, og der skal en højere temperatur til, før molekylerne slipper hinanden.