Kimika

Sonia Arrasate eta Eneritz Anakabe

ISBN: 978-84-9860-831-1

EUSKARA ETA ELEANIZTASUNEKO

ERREKTOREORDETZAREN SARE ARGITALPENA

Liburu honek UPV/EHUko Euskara eta Eleaniztasuneko Errektoreordetzaren dirulaguntza jaso du

1. GAIA

KIMIKA ETA SISTEMA BIOLOGIKOAK

1.- Materia eta propietateak

1.1. Materiaren propietateak 1.2. Materiaren sailkapena

2.- Nomenklatura kimikoa

2.1. Nomenklatura ezorganikoa 2.2. Nomenklatura organikoa

3.- Egitura atomikoa

3.1. Teoria atomikoa 3.2. Thomson-en eredu atomikoa 3.3. Rutherford-en eredu atomikoa 3.4. Isotopoak, zenbaki atomikoa eta masa-zenbakia 3.5. Bohr-en eredu atomikoa 3.6. Mekanika kuantikoa eta orbital atomikoak

4.- Propietate periodikoak

4.1.- Erradio atomikoa 4.2.- Erradio ionikoa 4.3.- Ionizazio-potentziala/Ionizazio-energia 4.4.- Afinitate elektronikoa 4.5.- Elektronegatibotasuna

5.- Lotura kimikoa

5.1.- Teoriak eta lotura motak 5.2.- Lotura kobalentea 5.3.- Lewis-en egiturak eta karga formalak 5.4.- Erresonantzia-egiturak 5.5.- Orbital molekularrak eta lotura kobalenteak 5.6.- Orbital hibridoak

1.- MATERIA ETA PROPIETATEAK

1.1. Materiaren propietateak

Kimika da materiaren konposizioa eta propietateak lantzen dituen zientzia.

Materia espazioa betetzen duen edozer gauza da, masa deritzon propietatea

dauka eta, horretaz gain, inertzia du. Gizakiok objektu materialak gara. Guztiok

betetzen dugu espazioa, eta gure masa pisuaren bidez deskribatzen dugu. Atmosferako

gasak ere materia dira; nahiz eta ikusezinak izan, espazioa betetzen dute eta masa dute.

Konposizioa da materia-lagin baten zatiak edo osagaiak eta haren proportzio

erlatiboak. Ura, adibidez, beste bi substantzia sinpleagoz osatuta dago, hidrogenoa eta

oxigenoa proportzio finko jakin batzuetan. Uraren konposizioa, masatan, % 11,19

hidrogeno eta % 88,81 oxigeno da. Hidrogeno peroxidoa, zuritzaile eta desinfektatzaile

moduan erabiltzen den substantzia, hidrogenoz eta oxigenoz osatuta dago, baina

konposizioa ezberdina da. Hidrogeno peroxidoa % 5,93 hidrogenoz eta % 94,07

oxigenoz osatuta dago.

Propietateak dira materia-lagin bat beste lagin batetik ezberdintzeko erabil

ditzakegun ezaugarriak. Batzuetan, ezaugarri horiek begi bistan egoten dira. Hala,

koloreagatik bereiz daiteke kolore marroi gorrixka duen solidoaren, kobrearen, eta,

kolore horixka duen solidoaren, sufrearen, artean.

Materiaren propietateak bi maila handitan multzokatzen dira:

- Propietate fisikoak

- Propietate kimikoak

1.1.1.- Propietateak eta eraldaketa fisikoak

Propietate fisikoa da materia-lagin batek duena bere konposizioa aldatzen ez

den bitartean. Mailu batekin adibidez, kobrezko xaflak presta daitezke. Propietate hori

daukaten solidoak malguak dira. Sufrea ez da malgua. Sufre zati bat mailu baten bidez

jotzen badugu, zatia hauts moduan desegiten da. Sufrea hauskorra da. Honako hauek

dira kobreak dituen eta sufreak ez dituen beste propietate fisikoak: alanbre modura luza

daitekeela (harikortasuna), eta beroa eta elektrizitatea garraiatzeko ahalmena.

Batzuetan, materia-lagin batek bere itxura fisikoa aldatzen du, hots, eraldaketa

fisikoa jasaten du. Eraldaketa fisiko batean materia-laginaren propietate fisiko batzuk

alda daitezke baina bere konposizioa aldatu gabe mantentzen da. Ur likidoa izozten

denean ur solidoa eratzeko (izotza), ur ezberdina ematen du, baina uraren konposizioa

mantendu egiten da: % 11,19 hidrogeno eta % 88,81 oxigeno.

1.1.2.- Propietateak eta eraldaketa kimikoak

Eraldaketa kimiko edo erreakzio kimiko batean materia lagin bat edo gehiago

konposizio ezberdinak dituzten beste lagin batzuk bihurtzen dira. Beraz, konposizioa

aldatzen denean eraldaketa kimikoa gertatzen da. Paper bat erretzen denean adibidez,

eraldaketa kimikoa gertatzen da. Papera material konplexua da baina bere osagai

nagusiak karbonoa, hidrogenoa eta oxigenoa dira. Erreketaren produktu nagusiak bi gas

dira: CO2 (karbono dioxidoa) eta H2O (ur lurrina). Paperaren erretzeko ahalmena da

propietate kimikoaren adibidea.

Propietate kimikoa da materia-lagin batek baldintza jakin batzuen pean

aldaketa jasateko ahalmena (edo ezintasuna).

Zinka azido klorhidrikozko disoluzioarekin erreakzionatzen du eta hidrogeno

gasa eta zink klorurozko disoluzio urtsua eratzen dira. Beraz, zinkaren propietate

kimiko esanguratsua da azido klorhidrikoarekin erreakzionatzeko duen ahalmena. Eta

urrearen propietate kimikoa da urrearen ezintasuna azido klorhidrikoaren aurrean

erreakzionatzeko.

Sodioak, adibidez, azido klorhidrikoarekin erreakzionatzeaz gain, urarekin ere

erreakzionatzen du. Zinkak, urreak eta sodioak antzeko propietate fisiko batzuk dituzte.

Adibidez, guztiak dira hauskorrak eta bero- eta elektrizitate-eroale onak. Zinkak, urreak

eta sodioak, aldiz, propietate kimiko ezberdinak dituzte. Ezberdintasun horiek

ezagututa, erraz uler dezakegu zergatik erabiltzen den zinka, urarekin erreakzionatzen

ez duena, iltzeak, teilatuen piezak eta teilatu-hodiak egiteko, eta ez sodioa. Era berean

urrea erabiltzen da bitxietan eta txanponetan kimikoki geldoa izateagatik, ez baita

oxidatzen ez aldatzen.

1.2. Materiaren sailkapena

Materia atomoz osatuta dago. 115 atomo mota existitzen dira eta horiek 115

elementuen oinarri dira. Elementu kimiko bat atomo mota bakar batez osatutako

substantzia da. Ohiko elementuak dira, adibidez, karbonoa, burdina eta zilarra. Naturan

90 elementu aurki ditzakegu. Besteak ez dira era naturalean aurkitzen; soilik artifizialki

lor daitezke.

Elementu ezberdinen atomoak konbinatzen direnean konposatu kimikoak

eratzen dira. Batzuetan konposatu baten molekula isola daiteke. Molekula batean

konposatu kimikoan dauden atomoen proportzio berdinak mantentzen dira eta hori da

egon daitekeen entitate txikiena. Ur molekula bat hiru atomoz osatuta dago: bi H atomo

O atomo bati lotuta. Hidrogeno peroxido molekula batek 2 H atomo eta 2 O atomo ditu;

O atomoak lotuta daude eta O bakoitza H atomo bati lotzen zaio. Odolaren proteina

molekula bat, aldiz, gamma globulina, 4 motatako (C, H, O eta N) 19.996 atomok

osatzen dute.

Elementuei eta konposatuei substantzia deritze. Substantzien nahasteak

deskribatzen direnean, disoluzio edo nahaste homogeneo hitzak erabiltzen dira.

Nahaste homogeneo batean, laginaren edozein zatiren konposizioa eta propietateak

uniformeak dira, baina alda daitezke lagin batetik bestera. Azukrezko disoluzio urtsu

batek gozotasun uniformea dauka disoluzioaren edozein zatitan baina beste disoluzio

baten gozotasuna ezberdina izango da azukrearen eta uraren proportzioak ezberdinak

badira.

Nahaste heterogeneoetan, osagaiak zati ezberdinetan banatzen dira: adibidez,

harea eta ura; beraz, konposizioa eta propietate fisikoak aldatu egiten dira nahastearen

zati batetik bestera. Entsalada baterako saltsa edo landare baten orria, adibidez,

heterogeneoak dira.

2.- NOMENKLATURA KIMIKOA

2.1. Nomenklatura ezorganikoa

Konposatu kimikoak izendatzeko, IUPACen (International Union of Pure and

Applied Chemistry) arauei jarraitu behar zaie.

2.1.1.- Oxidoak

Konposatu bitarrak (binarioak) dira. Elementu bat eta oxigenoa konbinatuz

eratzen dira. Bi mota daude: oinarrizko oxidoak eta oxido azidoak (edo anhidridoak).

• Oinarrizko oxidoak:

Metal bat eta oxigenoa konbinatzen dira. Formula orokorra: M2Ox non M metala

eta X metalaren balentzia baitira. Ohiko sisteman, oxidoak izendatzen dira oxido

terminoarekin eta metalaren izena -oso (balentzia baxuena) edo -iko (balentzia altuena)

atzizkiarekin.

Balentzia Formula Sistematikoa Stock (erabiliena) Ohikoa

1 Na2O disodio monoxidoa sodio oxidoa oxido sodikoa

Ca2O2 = CaO kaltzio monoxidoa kaltzio oxidoa oxido kaltzikoa 2

Fe2O2 = FeO burdin monoxidoa burdin (II) oxidoa oxido ferroso

3 Fe2O3 diburdin trioxidoa burdin (III) oxidoa oxido ferrikoa

• Oxido azidoak edo anhidridoak:

Ez-metal batez eta oxigenoz osatuta daude. Formula orokorra: N2Ox non N ez-

metala eta X ez-metalaren balentzia baitira. Ohiko sisteman, anhidrido terminoa eta ez-

metalaren izena bukaera ezberdinekin erabiltzen dira:

- -oso/-iko (2 balentzia daudenean)

- hipo-ez metala-oso/oso/iko (3 balentzia daudenean)

- hipo-ez metala-oso/oso/iko/per-ez metala-iko (4 balentzia daudenean)

Balentzia Formula Sistematikoa (erabiliena) Stock Ohikoa

F2O difluor monoxidoa fluor oxidoa anhidrido hipofluoroso (aurrizkien eta atzizkien erregelaren salbuespena)

1

Cl2O dikloro monoxidoa kloro (I) oxidoa anhidrido hipokloroso

2 SO sufre monoxidoa sufre (II) oxidoa anhidrido hiposulfuroso

3 I2O3 diiodo trioxidoa iodo (III) oxidoa anhidrido iodoso

4 SeO2 selenio dioxidoa selenio (IV) oxidoa anhidrido selenioso

2.1.2.- Hidruroak

Metal batez eta hidrogenoz osatutako konposatu bitarrak. Formula orokorra:

MHx non M metala eta X metalaren balentzia baitira.

Balentzia Formula Sistematikoa Stock (erabiliena) Ohikoa

1 NaH sodio monohidruroa sodio hidruroa hidruro sodikoa

2 FeH2 burdin dihidruroa burdin (II) hidruroa hidruro ferrosoa

3 FeH3 burdin trihidruroa burdin (III) hidruroa hidruro ferrikoa

2.1.3.- Ez-metalen hidruroak

Nitrogenoa, fosforoa, artsenikoa, antimonioa, karbonoa, silizioa eta boroa

bezalako ez-metalak hidrogenoarekin elkartzen direnean, izen bereziak hartzen dituzte.

Balentzia Formula Ohikoa (erabiliena) Sistematikoa

3 NH3 Amoniakoa nitrogeno trihidruroa

3 PH3 Fosfina fosforo trihidruroa

3 AsH3 Arsina artseniko trihidruroa

3 BH3 Boranoa boro trihidruroa

3 SbH3 Estibina antimonio trihidruroa

4 CH4 Metanoa karbono tetrahidruroa

4 SiH4 Silanoa boro tetrahidruro

2.1.4.- Hidrazidoak

Ez-metal batez eta hidrogenoz osatutako konposatu bitarrak. Formula orokorra:

HxN non N ez-metala eta X ez-metalaren balentzia baitira.

Balentzia Formula Ohikoa (disoluzio urtsuan)

Sistematikoa

1 HF azido fluorhidrikoa Hidrogeno fluoruroa

1 HCl azido klorhidrikoa Hidrogeno kloruroa

1 HBr azido bromhidrikoa Hidrogeno bromuroa

1 HI azido iodhidrikoa Hidrogeno ioduroa

2 H2S azido sulfhidrikoa Hidrogeno sulfuroa

2 H2Se azido selenhidrikoa Hidrogeno seleniuroa

2 H2Te azido telurhidrikoa Hidrogeno teluuroa

2.1.5.- Hidroxidoak

Metal batez eta hidroxilo (OH) taldeaz osatutako konposatuak dira. Formula

orokorra: M(OH)x non M metala eta X metalaren balentzia baitira.

Balentzia Formula Sistematikoa Stock (erabiliena) Ohikoa

1 NaOH sodio hidroxidoa sodio hidroxidoa Hidroxido sodikoa

2 Ca(OH)2 kaltzio dihidroxidoa kaltzio hidroxidoa Hidroxido kaltzikoa

2.1.6.- Azido oxazidoak

Ez-metal batez, oxigenoz eta hidrogenoz osatutako konposatu tertziarioak dira.

Oxido azidoei (anhidridoei) ur molekula bat gehituz lortzen dira. Formula orokorra:

H2O + N2Ox = HaNbOc non H hidrogenoa, N ez-metala eta O oxigenoa baitira.

Balentzia Formula Ohikoa

1 F2O + H2O = H2F2O2 = HFO azido hipofluorosoa

2 SO + H2O = H2SO2 azido hiposulfurosoa

4 S2O + H2O = H2SO3 azido sulfurosoa

6 SO3 + H2O = H2SO4 azido sulfurikoa

1 Cl2O + H2O = H2Cl2O2 = HClO Azido hipoklorosoa

3 Cl2O3 + H2O = H2Cl2O4 = HClO2 azido klorosoa

5 Cl2O5 + H2O = H2Cl2O6 = HClO3 azido klorikoa

7 Cl2O7 + H2O = H2Cl2O8 = HClO4 azido perklorikoa

• P, As eta Sb azido bereziak eratzen dituzte.

- Oxidoei H2O molekula 1 gehitzen bazaie → azido META.

- Oxidoei 2 molekula H2O gehitzen bazaie → azido PIRO.

- Oxidoei 3 molekula H2O gehitzen bazaie → azido ORTO.

Balentzia Formula Ohikoa

3 P2O3 + H2O = HPO2 azido metafosforosoa

5 P2O5 +H2O = HPO3 azido metafosforikoa

3 P2O3 + 2H2O = H4P2O5 azido pirofosforosoa

5 P2O5 +2H2O = H4P2O7 azido pirofosforikoa

3 P2O3 + 3H2O = H6P2O6 = H3PO3 azido ortofosforosoa (A. fosforosoa)

5 P2O5 +3H2O = H6P2O8 = H3PO4 azido ortofosforikoa (A. fosforikoa)

� Cr eta Mn metalek ere azidoak eratzen dituzte.

Balentzia Formula Ohikoa

6 CrO3 + H2O = H2CrO4 azido kromikoa

6 Cr2O6 +H2O = H2Cr2O7 azido dikromikoa

6 MnO3 + H2O = H2MnO4 azido manganikoa

7 Mn2O7 + H2O = H2Mn2O8 = HMnO4 azido permanganikoa

2.1.7.- Azido hidrazidoen gatzak

Azido hidrazidoen hidrogenoa metal batek ordezkatzen du. Izena: ez-metalaren

izena –uro bukaerarekin, eta metalaren izena. Metalak balentzia bat baino gehiago

izatekotan, bukaeran adierazten da parentesi barruan eta zenbaki erromatarren bidez.

Azidoari kentzen zaizkion hidrogenoak metalari jartzen zaizkio azpiindize moduan.

Formula Stock (erabiliena) Ohikoa

CaF2 Kaltzio fluoruroa Fluoruro kaltzikoa

FeCl3 Burdin (III) kloruroa Kloruro ferrikoa

2.1.8.- Azido oxazidoen gatzak

Metal batez, ez-metal batez eta oxigenoz osatutako konposatuak dira. Azido

oxazidoen hidrogenoak metal batez ordezkatuz lortzen dira.

• Gatz neutroak

Azido oxazidoaren hidrogeno guztiak metal batek ordezkatzen ditu. Metalaren

balentzia azidoaren hondakinari jartzen zaio azpiindize moduan. Azidoari kentzen

zaizkion hidrogenoak metalari jartzen zaizkio azpiindize moduan.

-oso eta –iko atzizkiak → -ito eta –ato atzizkiek ordezkatzen dituzte.

Azidoen aurrizki eta atzizkiak Gatzen aurrizki eta atzizkiak

HIPO- -OSO

-OSO

-IKO

PER- -IKO

HIPO- -ITO

-ITO

-ATO

PER- -ATO

Jatorrizko azidoa Azidoaren izena Gatza Gatzaren izena

HClO Azido hipoklorosoa Ca(ClO)2 Kaltzio hipokloritoa

HClO2 Azido klorosoa Ca(ClO2)2 Kaltzio kloritoa

HClO3 Azido klorikoa Sn(ClO3)4 Eztainu (IV) kloratoa

HClO4 Azido perklorikoa Li(ClO4) Litio perkloratoa

H2SO2 Azido hiposulfurosoa Ca2(SO2)2 = Ca(SO2) Kaltzio hiposulfitoa

H2SO3 Azido sulfurosoa Pb2(SO3)4 = Pb(SO3)2 Berun (IV) sulfitoa

H2SO4 Azido sulfurikoa Al2(SO4)3 Aluminio sulfatoa

H4P2O7 Azido pirofosforikoa Fe4(P2O7)3 Burdin (III) pirofosfatoa

H3AsO3 Azido ortoartseniosoa K3(AsO3) Potasio ortoartsenitoa

• Gatz azidoak

Azido oxazido baten hidrogeno batzuk metal batek ordezkatzen ditu. Azidoari

kentzen zaion hidrogeno kopurua metalari jartzen zaio azpiindize moduan eta metalaren

balentzia azidoaren hondakinari jartzen zaio azpiindize moduan.

Izena: hidrogeno hitza di- (H2), tri- (H3) aurrizkiak erabiliz eta dagokion

gatzaren izena.

Ez-metal hauek eratzen dituzte gatz azidoak: S, Se, Te, eta, P-ren, As-ren eta Sb-

ren piro eta orto azidoek.

Jatorrizko azidoa Azidoaren izena Gatza Gatzaren izena

H2SO2 Azido hiposulfurosoa Ca(HSO2)2 Kaltzio hidrogeno hiposulfitoa

H2SO3 Azido sulfurosoa Pb(HSO3)4 Berun (IV) hidrogeno sulfitoa

H2SO4 Azido sulfurikoa Cr(HSO4)3 Kromo (III) hidrogeno sulfatoa

H4As2O5 Azido piroartseniosoa Sr(H3As2O5)2 Estrontzio trihidrogeno piroartsenitoa

H4Sb2O5 Azido piroantimoniosoa Mg2(H2Sb2O5)2 = Mg(H2Sb2O5)

Magnesio dihidrogeno piroantimonitoa

2.1.9.- Peroxidoak

Peroxo taldea daukate (-O-O-)/O22-

Balentzia Formula Nomenklatura

1 H2O2 Hidrogeno peroxidoa = ur oxigenatua

1 Na2O2 Sodio peroxidoa

2 Ca2O4 = CaO2 Kaltzio peroxidoa

2.2. Nomenklatura organikoa

2.2.1.- Funtzio taldearen definizioa

Konposatu organikoen kopurua izugarria denez, ezinezkoa da banan-banan

aztertzea. Beraz, taldeka sailkatu behar dira errazago aztertzeko. Hori egiteko, hainbat

irizpide erabil daitezke, hala nola, tamaina (handiak, txikiak, ertainak), agregazio-egoera

(solidoak, likidoak, gasak), eta abar. Baina, horietatik, funtzio taldearen araberako

sailkapena da erabilgarriena.

Funtzio taldea da molekulari ezaugarri kimiko jakin batzuk ematen dizkion

atomo-bilkura. Adibidez, alkenoen funtzio taldea karbono-karbono lotura bikoitza da,

eta atomo-bilkura hori duten konposatu organikoek alkenoek, hain zuzen ere antzeko

portaera kimikoa dute. Kimika organikoan, funtzio talde ugari daude eta bakoitzak

konposatu multzo bat sortzen du. Adibidez, alkoholen kasuan, dagokien –OH atomo-

bilkura da funtzio taldea, eta, horri esker, alkohol guztiek antzeko ezaugarri kimikoak

eta erreaktibotasuna dituzte.

CH3OH CH3CH2OH CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2OH

Alkohol horien arteko desberdintasuna CH2 taldeen kopuruan datza, eta esaten

da serie homologoa osatzen dutela. Horietako baten propietateak ezagutuz gero, besteen

ezaugarri orokorrak aurreikus daitezke, oso antzekoak baitira. Beraz, serie homologoa

osatzen dute funtzio talde bera duten konposatu organiko guztiek.

1.1. taula. Funtzio talde ohikoenak.

Konposatua Egitura Funtzio taldea Adibideak Oharrak

Alkanoak R H _

CH3CH3 Etanoa

Alkenoak

C C(H) R

(H) R R (H)

R (H) C C

H2C CH2 Etenoa

Alkinoak C C R (H)(H) R C C

C C CH3CH3 2-Butinoa

Konposatu aromatikoak

CC

CCC

C(H) RR (H)

R (H)

R (H)R (H)

(H) R

CC

CCC

C

Bentzenoa

Haloalkanoak R X

(X = F, Cl, Br, I) X

CH3CH2 Cl Kloroetanoa (etil kloruroa)

Alkoholak

R OH OH

CH3 OH Metanola

Eterrak R O R O

O CH3H3C Dimetil eterra

R=Ar: Fenolak OH taldeari loturiko karbonoa: 1arioa bada: alkohol 1arioa

2arioa bada: alkohol 2arioa

3arioa bada: alkohol 3arioa

Tiolak R SH SH

SHH3C Metanotiola

Aminak (H) R N

R (H)

R (H) N

CH3CH2 NH2

Etilamina

R-NH2: amina 1arioa

RR’NH: amina 2arioa

RR’R’’N: amina 3arioa Aldehidoak

R C HO

C HO

CH3 C H

O

Etanala

Zetonak

R C RO

CO

CH3 C CH3

O

Propanona (Azetona)

Azido karboxilikoak

R C OHO

C OHO

CH3 C OH

O

Azido azetikoa

Anhidridoak

(H) R C OO

C R (H)O

C OO

CO

CH3CH2 CO

OCCH3CH2

O Anhidrido propanoikoa

Esterrak

(H) R C OO

R C OO

CH3 C O

OCH2CH3

Etil azetatoa

Amidak

(H) R C NO

R (H)

R (H) C NO

CH3CH2 C NH2

O

Propanamida

R C NH2

O

: amida 1arioa

R C NHRO

: amida 2arioa

R C NRRO

: amida 3arioa Nitriloak

R C N C N CH3CH2 C N

Propanonitriloa

R: Alkil taldea edo beste edozein talde. Ar: Aril taldea

HID

ROKARBUROAK

AZID

O ERATORRIA

K

2.2.2.- Konposatu organikoak izendatzeko zenbait irizpide

Konposatu organikoak izendatzeko, IUPACen (International Union of Pure and

Applied Chemistry) arauei ere jarraitu behar zaie. Eredu hori sistematikoa da. Edozein

konposaturen izena atera daiteke eredu horri jarraituz; modu berean, alderantzizko

prozesua ere egin daiteke, hau da, izen sistematikotik hasita konposatuaren formula

ateratzea. Beraz, metodo horren bidez, konposatuen ohiko izenak (morfina, nikotina,

kubanoa, azido formikoa, azido azetikoa) baztertzen dira, nahiz eta askotan oso

erabiliak izan.

IUPAC sistemaren arabera, hiru atal bereiz daitezke konposatu baten izenean:

aurrizkia, erroa (edo oinarrizko zatia) eta atzizkia. Erroak kate nagusiaren karbono

atomoen kopurua adierazten du; atzizkiak molekulan dagoen funtzio talde nagusia

adierazten du; eta aurrizkiak, berriz, bigarren mailako funtzio taldeak (ordezkatzaileak).

Azken kasu horretan, adierazi behar da bigarren mailako funtzio talde horiek (eta baita

funtzio talde nagusia ere) kate nagusian zein tokitan kokatzen diren (zein karbonotan).

Zenbakien bidez egiten da hori (lokalizatzailea). Konposatu ordezkatua edo adarkatua

izendatzeko, kate karbonatu nagusia hartzen da molekularen oinarri eta adarrak

ordezkatzaile moduan izendatzen dira.

1.2 taula. Zenbait alkanoren izenak

Formula Karbono kopurua Izena

CH4 1 Metanoa

CH3CH3 2 Etanoa

CH3CH2CH3 3 Propanoa

CH3CH2CH2CH3 4 Butanoa

CH3CH2CH2CH2CH3 5 Pentanoa

CH3CH2CH2CH2CH2CH3 6 Hexanoa

H2CH2C

CH2

CH2

CH2

H2C

6 Ziklohexanoa

CH3CH2CHCH2CH3

CH3

6 3-Metilpentanoa

1.3. taula. Funtzio talde ohikoenak eta haien nomenklatura.

Konposatua Egitura Adibidea Atzizkia Atzizkia

ordezkatzaile gisa

Alkanoak R H

CH3CH2CH3 Propanoa

-anoa -il

Alkenoak

C C(H) R

(H) R R (H)

R (H)

C CH2H3C

H3C

2-Metilpropenoa

-enoa -enil

Alkinoak C C R (H)(H) R

C C CH3CH3 2-Butinoa

-inoa -inil

Konposatu aromatikoak

CC

CCC

C(H) RR (H)

R (H)

R (H)R (H)

(H) R

CH3

Metilbentzenoa

Haloalkanoak R X

(X = F, Cl, Br, I)

CH3CH2 Br Bromoetanoa (etil bromuroa)

-il haluroa Fluoro- Kloro- Bromo- Iodo-

Alkoholak R OH

CH3CH2 OH Etanola

-ola Hidroxi-

Eterrak R O R

CH3CH2 O CH3 Etil metil eterra

eterra -iloxi edo -oxi

Tiolak R SH

CH3CH2 SH Etanotiola

-tiola Merkapto-

Aldehidoak

R C HO

CH3CH2 C H

O

propanala

-ala Formil- (-CHO) Oxo- (=O)

Zetonak

R C RO

CH3CH2 C CH3

O

Butanona

-ona Oxo-

Azido karboxilikoak

R C OHO

CH3CH2 C OH

O

Azido propanoikoa

Azido –oikoa Karboxi- (-COOH)

Azil haluroak

R C XO

CH3CH2 C Cl

O

Propionil kloruroa

-il haluroa

Anhidridoak

(H) R C OO

C R (H)O

CH3CH2 CO

OCCH3CH2

O Anhidrido propanoikoa

Anhidrido –oikoa

Esterrak

(H) R C OO

R CH3 C O

OCH3

Metil etanoatoa

-il –atoa -iloxikarbonil (-COOR) -oiloxi (-OCOR)

Amidak

(H) R C NO

R (H)

R (H) CH3CH2 C NH2

O

Propanamida

-amida Azilamino- (-NHCOR) Karbamoil- (-CONH2)

Nitriloak R C N

CH3 C N Etanonitriloa

-nitriloa Ziano- (-CN)

Aminak

(H) R NR (H)

R (H)

CH3CH2 NH2 Etilamina

CH3CH2

HN CH3

N-Metiletilamina

-amina Amino-

Izena ondo idazteko, honako arau hauei jarraitu behar zaie:

1.- Ordezkatzailearen izenaren aurrean idatzi behar da ordezkatzailearen kokapena

adierazten duen zenbakia.

2.- Zenbakiak komen bitartez banatzen dira. Zenbaki eta hizki baten artean edo zenbaki

eta parentesi baten artean, marratxoa idazten da.

3.- Ordezkatzaileak erroaren aurrean marrazten dira, alfabeto-ordenari jarraituz.

Ordezkatzaile sinpleen kasuan, di- edo tri- bezalako aurrizkiak ez dira kontuan hartuko

alfabeto-ordenari jarraitzeko. Ordezkatzaile konplexuen kasuan (bis, tris, tetrakis eta

abar), aldiz, kontuan hartuko dira aurrizki horiek.

4-Etil-2,2-dimetilhexanoa 4,4-bis(1-metiletil)-2,2-dimetiloktanoa

Ikus daitekeenez, konposatu ordezkatuetan erroa kate nagusia da eta

ordezkatzaile guztiak (bai kate alkilikoak, bai funtzio-talde sekundarioak) erroaren

aurretik kokatzen dira, beti zenbaki baten bidez adieraziz kate nagusiarekiko kokapena.

Hori dela-eta, oso garrantzitsua da kate nagusia zuzen aukeratzea, izen egokia emateko.

Kate nagusia aukeratzeko, honako arau hauei jarraitu behar zaie:

1.- Funtzio talderen bat baldin badago, kate nagusia funtzio taldea duena izango da.

Funtzio talde bat baino gehiago baldin badago, honako lehentasun zerrenda honi

jarraitzen zaio funtzio talde nagusia aukeratzeko:

Azidoak > azido eratorriak > nitriloak > aldehidoak > zetonak > alkoholak > aminak > eterrak

Gainera, kateari zenbakiak jartzeko, mutur batetik hasi behar da zenbatzen, eta ahalik

eta zenbaki txikiena ematen zaio funtzio talde nagusia daukan karbonoari.

O

3-metil-2-pentanona

HO

O

O

Ph

Azido 3-etil-5-fenil-2-hidroxi-6-oxo heptanoikoa

OH

O

2-metilziklohexanona

2.- C-C lotura anizkoitzen bat baldin badago eta beste funtzio talderik ez badago, lotura

anizkoitza duen katea izango da kate nagusia, eta, zenbakitzeko, ahalik eta zenbaki

txikiena eman behar zaie karbono horiei.

2,3-dimetil-1-pentenoa 4-kloro-5-hepten-1-inoa

Cl

3.- Kate nagusian zenbakiak emateko bi aukera baldin badaude, lotura bikoitza daukan

karbonoari emango zaio zenbaki txikiena.

2-okten-6-inoa

4.- Funtzio talderik edo C-C lotura anizkoitzik ez badago, kate luzeena izango da

nagusia. Aukera bat baino gehiago dagoenean, kate ordezkatuena izango da nagusia.

Zenbakiak emateko orduan, ahalik eta zenbaki baxuena eman behar zaie

ordezkatzaileei. Ordezkatzaileen zenbakiak berdinak badira, alfabeto-ordenari jarraitzen

zaio, eta alfabeto-ordenaren arabera aurrean doanari egokituko zaio zenbaki baxuena.

3,4-dimetilhexanoa 2-metil-4-propilheptanoa

Bukatzeko, azpimarratu behar dugu ohiko nomenklatura baztertuta egon arren,

zenbait kasutan izen arruntak erabiltzen direla. Hona hemen zenbait adibide:

COOH

Azido bentzoikoa

OH

Fenola

NH2

Anilina

O

Tetrahidrofuranoa

N

Piridina

HCOOH

Azido formikoa

CH3COOH

Azido azetikoa

HOOC-COOH

Azido oxalikoa

CH3

ToluenoaNaftalenoa

HC CH

Azetilenoa

O

Azetona

CH2=CH-

Binil taldea

CH2=C-H2C

Alil taldea

(CH3)2CH-

isopropil taldea

(CH3)3C-

terc-butil taldea

CH2

Bentzil taldea

CHCl3

Kloroformoa

EstirenoaFenantrenoa

H3C H2C HCCH3

sec-butil taldea

3.- EGITURA ATOMIKOA

Egitura elektronikoa ezagutzeak ahalbidetzen digu elementuen propietate

kimikoen arteko antzekotasunak eta ezberdintasunak interpretatzea. Gainera erreakzio

kimiko gehienek atomoen kanpoko egitura elektronikoaren berrantolaketa dakarte. Gai

honetan, eredu atomikoak aztertuko ditugu, atomoetan dagoen elektroien kokapena

ezagutzeko. Thomson-en eredutik hasi, Bohr-en ereduarekin jarraitu eta mekanika

kuantikoak proposatutako eredu atomikora heldu arte jarraituko dugu, azkeneko hori

baita egun onartzen den eredua.

3.1. Teoria atomikoa

Atomoa da materiaren zatirik txikiena. Atomoan partikula subatomikoak

existitzen dira, eta protoiak, neutroiak eta elektroiak dira horietatik garrantzitsuenak.

Elektroien hodei batez inguratuta dagoen nukleoaz osatuta daude atomoak.

Nukleoak tamaina txikia du eta positiboki kargatuta dago.

Elektroia: 1,602 x 10-19 Coulomb-eko karga negatiboa eta 9,1093 x 10-28 g-ko masa

duen oinarrizko partikula da eta elementu guztien atomoetan agertzen da.

Neutroia: elektrikoki neutroa den eta protoia baino masa handiagoa (mneutroia=1.675 x

10-24 g) duen oinarrizko partikula da eta elementu guztien atomoetan agertzen da.

Protoia: 1,602 x 10-19 Coulomb-eko karga elektriko positiboa duen eta elektroia baino

1.837 aldiz masa handiagoa duen (mprotoia=1.673 x 10-24 g) oinarrizko partikula da, eta

elementu guztien atomoetan agertzen da.

Modu horretan, karga elektronikozko hodeiak atomoaren ia bolumen osoa

osatzen du, baina bere masaren zati txiki bat da soilik. Elektroiak, zehazki kanpoko

masak, atomoek erakusten dituzten propietate mekanikoen, elektrikoen, kimikoen eta

abarren erantzuleak dira.

• Dalton-en teoria atomikoa

Jonh Dalton (1803-1808) honako bi oinarrizko lege hauetan oinarritu zen, teoria

atomikoaren oinarria ezartzeko.

Masa-kontserbazioaren legea: berdinak dira substantzien masa totala erreakzio

kimiko bat gertatu ondoren eta substantzien masa totala erreakzioa gertatu baino lehen.

Konposizio konstanteko legea: konposatu baten lagin guztiek konposizio bera dute,

hots, osatzen dituzten elementuen proportzio berdinak masatan.

Dalton-en teoria atomikoa hiru postulatuetan oinarritzen da:

1. Elementu kimiko bakoitza atomoa deritzen partikula ñimiño eta suntsiezinez osatuta

dago. Erreakzio kimiko batean atomoak ezin dira ez sortu ez hondatu.

2. Elementu baten atomo guztiek masa eta beste propietate oso antzekoak dituzte baina

elementu baten atomoak ezberdinak dira beste elementuen atomoekin konparatuz.

3. Konposatu bakoitzean, elementu ezberdinak proportzio bakunen bidez konbinatzen

dira. Modu horretan, A-ren atomoa B-ren atomoarekin konbinatzen da (AB), edo A-ren

atomo bat B-ren bi atomorekin (AB2).

Dalton-en teoriari esker «Proportzio anizkoitzen legea» garatu zen, hots,

elementu bik konposatu sinple bat baino gehiago eratzen badute, bigarren elementu

baten masa finko batekin konbinatzen den elementuaren masak zenbaki osoko erlazioa

du. Adibidea, karbono oxidoak. Oxido batean, karbonoaren 1,000 g oxigenoaren 1,3333

gramorekin konbinatzen dira, eta beste oxidoan, 2,667 g oxigenorekin. Bigarren

oxidoak oxigeno bikoitza dauka, 2,667 g / 1,333 g = 2,00. Beraz, lehenengo oxidoaren

formula molekularra CO da, eta bigarrenarena CO2.

3.2. Thomson-en eredu atomikoa

Thomson-ek (1856-1940) esperimentu batzuk egin zituen eremu magnetikopean

eta elektrikopean dauden izpi katodikoen inguruan. Horiei esker, elektroia aurkitu zuen,

eta posible izan zen haren kargaren eta masaren arteko erlazioa neurtzea. Millikan-en

olio tantaren esperimentuak elektroiaren masa eman zuen. Atomoaren azpiegituraren

(subestrukturaren) aldeko froga gehigarria izan zen erradioaktibitatearen (atomoen

erradiazio espontaneoaren igorpenaren) aurkikuntza.

Joseph John Thomson-ek honako hau proposatu zuen XX. mendearen hasieran:

atomo neutro batean, elektroien karga negatiboa indarrik gabe uzteko beharrezkoa den

karga positiboak zehaztugabeko hodei itxura zeukan. Modu horretan, atomoa karga

elektriko positiboa zuen esfera bat zen, non elektroiak murgilduta baitzeuden eta horien

kopurua karga positiboa neutralizatzeko nahikoa baitzen.

3.3. Rutherford-en eredu atomikoa

Ernest Rutherford-en arabera (1871-1937), atomoa zen karga elektriko positiboa

zuen nukleo atomiko pisutsuaren inguruan biraka zeuden elektroien planeta-sistema.

Rutherford-en eredu atomikoa modu honetan laburbil daiteke:

- Atomoak nukleo zentral txiki bat dauka, karga elektriko positiboa duena eta atomoaren

masa gehiena duena.

- Elektroiek nukleoaren inguruan biratzen dute, orbita zirkularretan eta distantzia

luzeetara.

- Elektroien karga elektriko negatiboen baturak nukleoaren karga positiboaren berdina

izan behar du, atomoa elektrikoki neutroa baita.

Rutherford-ek, atomoaren antolakuntzari buruzko ideia emateaz gain, haren tamaina (10-

10 m-ko diametroa) eta haren nukleoaren tamaina (10-14 m-ko diametroa) kalkulatu zituen.

Nukleoaren diametroa atomoaren diametroa baino hamar mila aldiz txikiagoa izateak

materiaren antolamendu atomikoan hutsik dagoen espazio handia dakar.

3.4. Isotopoak, zenbaki atomikoa eta masa-zenbakia

Atomoak nukleoz (protoiez eta neutroiez osatuta dagoena) osatuta daude;

nukleoaren tamaina txikia da eta positiboki kargatuta dago, eta azalean dauden

elektroien hodeiaz inguratuta dago.

Nukleoan dauden protoien kopurua inguratzen duten elektroi kopuruaren berdina

da. Zenbaki hori osoa da, zenbaki atomikoa esaten zaio eta Z hizkiaren bidez adierazten

da.

Nukleoan dauden protoien eta neutroien baturari masa-zenbaki deritzo eta A

hizkiaren bidez adierazten da. Hizki hori Atomgewicht (pisu atomikoa) hitz alemanetik

dator, nahiz eta nahastu behar ez diren kontzeptuak izan.

Na2311

Zenbaki atomikoa

Masa-zenbakia

Elementu kimiko baten neutroi kopurua A-Z da, hots, masa-zenbakiaren eta

zenbaki atomikoaren arteko ezberdintasuna.

Neutroi kopurua = masa-zenbakia (A) − zenbaki atomikoa (Z)

A= Z + N

Elementu baten atomo guztiek ez dute masa bera. Elementu gehienek isotopo bi

edo gehiago dituzte. Isotopoak: zenbaki atomiko berdina baina masa-zenbaki ezberdina

duten atomoak dira. Beraz, elementu baten bi isotopoen arteko ezberdintasuna da

nukleoan dauden neutroien kopurua. Elementu batek naturan duen isotopoen

ugaritasunari, ugaritasun isotopiko naturala deritzo. Elementu baten masa atomikoa da

ugaritasun erlatiboarekiko haztatua dagoen bere isotopo naturalen masen batezbestekoa.

A =Σ Ai Xi

100

A = elementu naturalaren masa atomikoa

Ai = isotopo bakoitzaren masa atomikoa

Xi = isotopo bakoitzaren ehunekoa nahastean

Karga elektronikozko hodeiak osatzen du atomoaren bolumen gehiena, baina

bere masaren zati txikia soilik adierazten du. Elektroiek, batez ere kanpoko masak,

atomoen propietate mekanikoak, elektrikoak, kimikoak eta abar baldintzatzen dituzte.

Adibide batzuk aztertuko ditugu:

1. Karbonoaren kasurako Z=6. Hau da, karbonozko atomo guztiek 6 protoi eta 6 elektroi

dituzte.

C-k isotopo bi ditu: bat A=12rekin, 6 neutroirekin, eta bestea 13 masa-zenbakiarekin (7

neutroi). Honako modu honetan adierazten dira isotopo horiek:

C126 C13

6

12 masa-zenbakia duen karbonoa da arruntena (karbono guztiaren % 99). Beste

isotopoari karbono-13 deritzo.

Oro har, elementu baten propietate kimikoak haren atomoen protoiek eta

elektroiek zehazten dituzte, eta, baldintza normaletan, neutroiek ez dute parte hartzen

aldaketa kimikoetan. Hala, elementu baten isotopoek antzeko portaera kimikoa izango

dute, mota bereko konposatuak eratuko dituzte eta erreaktibotasun antzekoa izango

dute.

Masa atomikoa:

Elementu baten masa atomiko erlatiboa da elementu horren 6,02 x 1023 atomoen

(Avogadro zenbakia, NA) masa gramotan.

C atomoa, 6 protoiekin eta 6 neutroiekin, karbono 12 atomoa da, eta masa

atomikoentzako erreferentzia-masatzat hartzen da.

Masa atomikoaren unitate bateratu bat, (u) edo dalton (Da), C-12 atomo baten masaren

hamabigarren zatia da (1/12). Unitate horrek ordezkatu zuen masa atomikoaren unitatea

(uma sinboloa, batzuetan amu). Eskala horretan C-12ren masa atomiko erlatibo

molarrak 12 g-ko masa du. Mola da substantzia baten kantitate bat substantziaren

partikula kopuruarekin erlazionatzen duen SI magnitudea. Mol bat substantzia kantitate

bat da, non dituen oinarrizko entitateen kopurua eta C-12ren 12 gramotan dauden C-12

atomo kopurua bera baita. Oinarrizko entitateen kopurua (atomoak, molekulak…) mol

batean Avogadro konstantea da, NA.

NA = 6,02214199 x 1023 mol-1

Hala, Al mol gramo batek 26,98 g-ko masa du eta 6,023 x 1023 atomo ditu.

Avogadro zenbakia (6,022142 x 1023) zeharo handia da, eta oso zaila imajinatzen

eguneroko bizitzan erabiltzen ditugun neurriekin alderatuta. Demagun atomoak izan

beharrean ilarrak zenbatzen ari garela. Ilar arrunt batek 0,1 cm3-ko bolumena dauka; ilar

mol bat osatzeko beharko genukeen azalera izango litzateke Estatu Batuen azalera 6

km-ko altuerarekin.

Azter ditzagun ariketa batzuk:

1. Zilar naturala 107 eta 109 masa-zenbakia duten bi isotoporen nahasteaz osatuta dago.

Ugaritasun isotopikoa honako hau dela jakinda: 107Ag = % 56 eta 109Ag = % 44,

ondoriozta ezazu zilar naturalaren pisu atomikoa.

2. Kalkula ezazu, galioaren masa atomikoa jakinda, 69Ga eta 71Ga bi isotopoak

existitzen direla eta ugaritasun erlatiboa % 60,2 eta % 39,8 dela, hurrenez hurren.

Adieraz ezazu bi isotopoen nukleoen konposizioa, galioaren zenbaki atomikoa 31 dela

jakinda.

3.5. Bohr-en eredu atomikoa

Atomo baten egitura elektronikoak atomoaren inguruan dauden elektroien

kokapena eta energiak deskribatzen ditu.

Atomoen egitura elektronikoari buruz dakigun informazio gehiena erradiazio

elektromagnetikoak materiarekin duen elkarrekintza aztertzen ondorioztatu zen.

Elementu kimiko baten espektroa elementu horren ezaugarria da, eta badakigu

lagin baten analisi espektroskopikotik ondoriozta daitekeela haren konposizioa.

Espektroen jatorria ezezaguna zen, teoria atomikoak atomoen erradiazioaren

igorpena elektroien portaerarekin erlazionatu zuten arte; zehazki, elektroiak nukleotik

dauden distantziarekin erlazionatu zen.

Danimarkako Niels Bohr (1885-1962) fisikariak (1922. urtean Fisikako Nobel

saria) proposatu zuen hiru postulatuetan oinarritzen den eredu atomiko berria:

1. postulatua: elektroiak nukleoaren inguruan biratzen dira, orbita geldikorretan

energiarik igorri gabe.

2. postulatua: elektroiek orbita konkretu batzuetan soilik bira dezakete nukleoaren

inguruan; orbita horietan, h/2π-ren multiplo osoa izan behar du elektroiaren

momentu angeluarra.

m r v = nh

2 π

h = Planck-en konstantea m = elektroiaren masa v = elektroiaren abiadura r = orbitaren radioa n = zenbaki osoa (n =1, 2, 3 …) oinarrizko zenbaki kuantikoa, 1 lehenengo orbitarako, 2 bigarren orbitarako, eta abar.

3. postulatua: elektroi bat kanpoko orbita batetik barruko orbita batera pasatzen

denean, bi orbiten arteko energia-aldea erradiazio elektromagnetiko moduan

igortzen da.

Elektroiak ez du energiarik igortzen orbita horietan mugitzen den bitartean;

soilik orbitaz aldatzen denean igortzen du. Energia igortzen du kanpoko orbita batetik

(energia altuagokoa) barruko batera (energia txikiagokora) pasatzen denean; eta energia

xurgatzen du barruko orbita batetik kanpoko batera pasatzen denean. Beraz, honako hau

izango da igorritako edo absorbatutako energia:

E2-E1 = hν

Laburbilduz, elektroiak energia-maila ezberdinak ezartzen dituzten orbita

zirkularretan kokatzen dira.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and

Function, 2003

Bohr-ek honako modu honetan deskribatu zuen hidrogeno atomoa: nukleoan protoi bat, eta bere inguruan biraka elektroi bat.

Eredu horretan, elektroiek orbita zirkularretan biratzen dute nukleoaren inguruan. Hala, energia baxueneko orbita betetzen dute, hots, nukleotik gertuen dagoen orbita.

Orbita bakoitza bat dator energia-maila batekin, funtsezko kuantu-zenbaki

deritzonarekin; n hizkiaz adierazten da eta 1etik 7ra doaz bere balioak.

3.6. Mekanika kuantikoa eta orbital atomikoak

Egun onartzen den eredu atomikoa mekanika kuantikoak proposatzen duena da,

hau da, Schrödinger-en eredua.

Bohr-en eredua da atomoan dagoen elektroien kokapena deskribatzeko n kuantu-

zenbakia erabiltzen duen dimentsio bakarreko eredua. Schrödinger ereduak ahalbidetzen

du elektroiak hiru dimentsioko espazioa betetzea. Beraz, hiru kuantu-zenbaki behar dira

elektroia egon daitekeen orbitalak deskribatzeko.

3.6.1.- Lau kuantu-zenbakien adierazpena

Laugarren kuantu-zenbakia beharrezkoa da orbital elektronikoak deskribatzeko.

- Funtsezko kuantu-zenbakia (n): orbitalaren tamaina deskribatzen du.

- Momentu angeluar orbitalaren kuantu-zenbakia (l). Orbital atomikoaren itxura

deskribatzen du. Bere balioak 0-tik (n-1)-era doaz (n, funtsezko kuantu-zenbakia

izanda). Adibidez n = 5 bada, l-en balioak l = 0, 1, 2, 3, 4 izan daitezke. Orbital

atomikoak bigarren mailako kuantu-zenbakiaren, (l-en), balioaren arabera izendatzen

dira:

l = 0 s orbitala (sharp)

l = 1 p orbitala (principal)

l = 2 d orbitala (diffuse)

l = 3 f orbitala (fundamental)

- Kuantu-zenbaki magnetikoa (ml). Orbitalaren espazio-orientazioa zehazten du.

Magnetiko deritzo orientazio hori kanpoko eremu magnetikoarekiko definitzen delako.

Bere balioak zenbaki osoak dira: –l eta +l tartekoak. l = 2 bada, ml = -2, -1, 0, 1, 2

izango da.

- Spin kuantu-zenbakia (s): bi balio soilik hartzen ditu, +1/2 eta -1/2

3.6.2.- Oinarrizko geruzak eta azpigeruzak

Oinarrizko kuantu-zenbaki (n) bera duten orbital guztiak funtsezko geruza

elektroniko berean edo funtsezko maila berean daude. Era berean, azpigeruza edo

azpimaila berean daude n eta l balio berdinak dituzten orbitalak. n = 1 bada, azpigeruza

bat dago n = 1 oinarrizko geruza horretan, n = 2 oinarrizko geruzan bi azpigeruza daude,

eta abar.

Azpigeruza bati dagokion izena l kuantu-zenbakiak ezartzen du: l = 0 (s

azpigeruza), l = 1 (p azpigeruza), l = 2 (d azpigeruza), l = 3 (f azpigeruza).

Azpigeruza baten orbital kopurua 2l+1 da.

s orbitalak p orbitalak d orbitalak f orbitalak

l = 0 l = 1 l = 2 l = 3

ml = 0 ml = -1, 0, +1 ml = -2, -1, 0, +1,

+2

ml = -3, -2, -1, 0,

+1, +2, +3

s orbitala s azpigeruzan

3 orbital p, p azpigeruzan

5 orbital d, d azpigeruzan

7 orbital f, f azpigeruzan

3.6.3.- Orbitalen itxura eta tamaina

Elektroia aurkitzeko probabilitatea % 99koa den espazioko zonaldea adierazten

dute orbitalek. Zonalde horien eremua funtsezko n kuantu-zenbakiak ezartzen du, eta

itxura l bigarren mailako kuantu-zenbakiak ezartzen du.

• s orbitalek (l = 0) itxura esferikoa dute. Hedatzea funtsezko kuantu-

zenbakiaren araberakoa da. Hala, 3s eta 2s orbitalek itxura berdina

daukate, baina 3s orbitala handiago da.

• p orbitalak (l = 1) ardatz batean zehar ezartzen diren bi lobulu berdinez

osatuta daude. Bi lobuluak elkartzen diren puntua nukleo atomikoaren

parean geratzen da. 3 p orbital daude (m = -1, m = 0, m = +1); horien

itxurak guztiz berdinak dira, baina x, y edo z ardatzetan hedatzen dira.

• d orbitalak (l = 2) lobuluz osatuta daude. 5 d orbital daude (m = -2, m = -

1, m = 0, m = +1, m = +2).

• f orbitalak (l = 3) multilobular itxura dute. 7 f orbital daude (m = -3, m =

-2, m = -1, m = 0, m = +1, m = +2, m = +3).

Azter dezagun hidrogeno atomoaren konfigurazio elektronikoa:

Hidrogeno kasurako: 1s1

Hidrogeno atomoaren elektroia energia baxuagoko mailan dago oinarrizko egoeran,

hots, n = 1 eta oinarrizko lehenengo geruzak s orbital bakarra duenez, orbital kuantu-

zenbakia 0 da, l = 0. Kuantu-zenbaki magnetikoaren balio bakarra 0 da, ml = 0.

Elektroiarentzat, bi spin egoera dira posible. Beraz, esan dezakegu H atomoaren

elektroia 1s orbitalean dagoela oinarrizko egoeran.

3.6.4.- Atomo multielektronikoak

Elektroi bat baino gehiago duten atomoentzat, prozesu matematiko oso

konplexua da Schrödinger ekuazioaren ebazpena, eta hurbilketak egitea eskatzen du.

Atomo multielektronikoen kasuan, elektroiak ahalik eta urrunen mantentzen dira, eta

kontuan izan behar dira elektroien arteko aldarapenak.

� Konfigurazio elektronikoak:

Konfigurazio elektronikoaren bidez, elektroiak orbital ezberdinen artean

geruzetan edo azpigeruzetan zelan banatzen diren adierazten da.

Banaketa hori honako hiru erregela hauen bidez gertatzen da: orbitalen energia,

Pauli-ren esklusio printzipioa eta Hund-en erregela.

1. Elektroiek orbitalak betetzen dituzte, atomoaren energia minimoa izan dadin.

Honako hau da orbitalen betetze-ordena:

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6

Ordena hori gogoratzeko, honako diagrama hau erabil daiteke:

Atomo konkretu batean, elektroiak energia baxuagoko orbitalak okupatzen eta

betetzen doaz. Hori gertatzen denean, atomoa bere oinarrizko egoeran dago. Atomoak

energia hartzen badu, kanpoko elektroiren bat energia altuagoko orbitaletara pasa

daiteke. Hala, atomoa egoera kitzikatura pasatuko da.

2. Pauli-ren esklusio printzipioa. Orbital batean bi elektroi soilik egon daitezke,

eta elektroi horiek kontrako spin-ak izan behar dute.

3. Hund-en erregela. Energia bereko orbitalak betetzerakoan (3 p orbitalak, 5 d

orbitalak edo 7 f orbitalak), elektroiak ezparekatuta, hots, euren spin

paraleloekin kokatzen dira.

Adibidez, N: 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz1

� Aufbau-en printzipioa:

Metodo hori erabiltzen da elementuen konfigurazio elektronikoak adierazteko

zenbaki atomikoaren arabera.

Z = 1, H. Elektroiarentzat 1s orbitala da energia maila baxuena. Konfigurazio

elektronikoa 1s1.

Z = 2, He. Bigarren elektroia 1s orbitalera doa eta bi elektroiek kontrako spin-ak

dituzte. Konfigurazio elektronikoa 1s2.

Z = 3, Li. Hirugarren elektroia ezin da sartu 1s orbitalean. 2s orbitalera doa

energia-maila baxuena duen orbital eskuragarria. Konfigurazio elektronikoa

1s22s1.

Z = 4, Be. Konfigurazio elektronikoa 1s22s2.

Z = 5, B. 2p azpigeruza betetzen hasten da: 1s22s22p1.

Z = 6, C. Bigarren elektroia 2p azpigeruzara doa, baina hutsik dagoen p

orbitalera (Hund-en araua) eta 2p lehenengo elektroiarekiko spin paraleloarekin:

1s22s22px12py

1.

1s 2s 2p

Z = 7-10, N-tik Ne arte.

1s 2s 2p

N

O

F

Ne

Z = 11-18, Na-tik Ar arte. Elementu horiek guztiek 1s, 2s eta 2p azpigeruzak

beteta dauzkate. Hala, elektroiak 3s eta 3p azpigeruzetara doaz. 1s22s22p6

konfigurazioa neonarena denez, neonaren barne-konfigurazio deritzo eta [Ne]

adierazten da. Funtsezko kuantu-zenbaki altuena duen geruza elektronikoari

gehitzen zaizkion elektroiei, kanpoaldekoak edo balentzia-geruzakoak

balentzia-elektroi deritze. Na-ren konfigurazio elektronikoa da gas geldoaren

barne-konfigurazio laburtua [Ne] eta 3s1 balentzia-elektroia.

Na Mg Al Si P S Cl Ar

[Ne]3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6

4.- PROPIETATE PERIODIKOAK

4.1.- Erradio atomikoa

Atomo baten tamaina aldakorra da, alboan dauden atomoen elkarrekintzen

mendekoa da.

Oso zaila da atomoen tamaina neurtzea nukleoa inguratzen duen hodei

elektronikoaren jatorri zehaztugabeagatik. Neurketak elementu puruen laginekin egiten

dira (kimikoki konbinatuta ez dauden elementuekin) eta lortzen diren emaitzak atomoen

tamaina erlatiboak dira.

Erradio atomikoa: aldameneko bi atomoen guneen arteko distantziaren erdia da.

2r

Erradio atomikoak angstroms-etan (A, 10-10 m), nanometrotan (nm, 10-9 m) edo

pikometrotan (pm, 10-12 m) adierazten dira.

Taula periodikoan, honako modu honetan aldatzen da:

• Talde batean beherantz joanda handitzen da (periodo berri bakoitzean

kanpoaldeko elektroiek nukleotik urrunago dauden mailak betetzen

dituzte, eta gero eta handiagoak dira energia altuagoa duten orbitalak).

• Periodo batean zehar txikitzen da (elektroi berriak atomoaren maila

berean daude, eta nukleotik besteak bezain gertu. Nukleoaren karga

handitzean, elektroiak indar handiagoz erakartzen dira eta atomoa

trinkoagoa da).

4.2.- Erradio ionikoa

Solido ionikoen egitura eta egonkortasuna ioien tamainaren mendekoak dira.

Ioien tamainak ezartzen ditu solidoaren sare-energia eta solidoan ioiak paketatzeko

modua. Horretaz gain, ioien tamainak eragina dauka ioien disoluzioen propietateetan.

Atomo metaliko batek elektroi bat edo gehiago galtzen dituenean, ioi positiboa

eratzen da. Katioi horretan karga positiboaren soberakina dago, elektroien karga

negatiboarekin konparatuz. Nukleoak gehiago erakartzen ditu elektroiak eta, horregatik,

katioiak txikiagoak dira euren jatorrizko atomoak baino. Mg atomoa Na atomoa baino

txikiagoa da, eta katioiak dagozkien atomoak baino txikiagoak. Na+ eta Mg2+

isoelektronikoak dira, hots, elektroi kopuru bera dute (10) eta euren konfigurazioa bera

da, 1s22s22p6. Mg2+ Na+ baino txikiagoa da, karga nuklearra handiagoa delako (+12 Mg-

rena eta +11 Na-rena). Beraz, zenbat eta karga positiboa handiagoa izan, txikiagoak

izango dira katioi isoelektronikoen erradio ionikoak.

Atomo ez-metaliko batek elektroi bat edo gehiago onartzen dituenean, ioi

negatiboa, anioia, eratzen da. Hala, karga nuklearra konstante mantentzen da.

Elektroiengan dagoen erakartze-indarra txikiagoa da, eta handitu egiten dira euren

arteko aldarapen-indarrak. Elektroiak banatu egiten dira eta atomoaren tamaina handitu

egiten da.

Beraz, anioiak jatorrizko atomoak baino handiagoak dira, eta zenbat eta karga

negatiboagoa izan, handiagoak izango dira anioi isoelektronikoen erradio ionikoak.

Laburbilduz, erradio ionikoak talde batean zehar handitzen dira eta periodoan

zehar txikitzen. Katioiak dagozkion atomo neutroak baino txikiagoak dira, eta anioiak

handiagoak.

4.3.- Ionizazio potentziala/Ionizazio-energia

Atomoek ez dituzte elektroiak galtzen espontaneoki. Elektroiak nukleo

atomikoaren karga positiboak erakartzen ditu, eta energia behar da erakartze hori

gainditzeko. Atomo batek zenbat eta errazago galdu elektroiak, metalikoagoa izango da

atomo hori.

1. Ionizazio potentziala

Gas egoeran eta bere oinarrizko egoeran dagoen atomo bati e- bat kentzeko behar den

energia. Hala, oinarrizko egoeran dagoen ioi monopositibo gaseosoa eta elektroi bat

lortzen dira. Energia horren balioa positiboa da, erreakzio endotermikoa izateagatik.

Mg (g) Mg+ (g) + e- 1 = 738 kJ/molΙ

2. Ionizazio-energia

Gas egoeran eta bere oinarrizko egoeran dagoen ioi monopositibo gaseoso bati e- bat

kentzeko behar den energia. Hala, oinarrizko egoeran dagoen ioi dipositibo gaseosoa eta

elektroi bat lortzen dira.

Mg+ (g) Mg2+ (g) + e- 2 = 1451 kJ/molΙ

Ionizazio-energia osoa elektroi konkretu batera heltzeko, segidako ionizazio

potentzialen batura da.

Beraz, ionizazio-energiak neurtzen duena da atomoak elektroiak erakarrita

mantentzen duen indarra. Energia baxuek elektroien eliminazio erraza adierazten dute;

beraz, kasu horretan erraz eratuko dira ioi positiboak.

Elementu baten segidako ionizazio potentzialak asko handitzen dira. Eratu den

karga positiboak elektroia erakartzen du, eta elektroia aldaratzen duten karga negatibo

gutxiago daude. Hala zailagoa da elektroi bat kentzea.

Ionizazio-energien balio erlatiboak ezagutzeak laguntzen digu aurresaten

elementu batek konposatu ionikoa edo kobalentea eratzeko joera izango duen.

Ionizazio-energia Elementuaren joera Konposatu mota

Baxua e- galdu eta ioi positiboak eratu Ionikoak

Altua e- partekatu Kobalenteak

Oso altua e- irabazi eta ioi negatiboak eratu Ionikoak

Taula periodikoan, taldean jaisterakoan atomoen bolumenak handiagoak dira eta

elektroiak ez daude horren erakarrita; beraz, ionizazio potentziala txikitu egiten da.

Periodo batean ionizazio potentziala handitu egiten da, zenbaki atomikoa

handitu egiten baita. Karga nuklear efektiboa handitzerakoan eta erradio atomikoa ia

batere ez handitzean, gero eta handiagoa izango da ionizazio-energia.

4.4.- Afinitate elektronikoa

Ionizazio-energia elektroien galera adierazten du. Afinitate elektronikoa, AE, da

gas egoeran dagoen atomo batek elektroi bat hartzen duenean sortzen den energia-

aldaketa.

F (g) F- (g)+ e- = 738 kJ/molAE

F atomo batek elektroi bat irabazten duenean energia askatzen da. Prozesua

exotermikoa da. Normalean afinitate elektronikoa magnitude negatiboa da.

Taula periodikoan, afinitate elektronikoa ionizazio potentzialarekin batera

aldatzen da.

4.5.- Elektronegatibotasuna

Elementu bat beste atomo batekin kimikoki elkartuta dagoenean, berarengan

elektroiak erakartzeko joerari elektronegatibotasun deritzogu. Elektronegatibotasuna

zenbat eta handiagoa izan, handiagoa izango da elektroiak erakartzeko ahalmena ere.

Pauling-ek honako definizio hau eman zuen: molekula batean atomo batek

elektroiak erakartzeko duen ahalmena. Pauling eskalan 4 da baliorik handiena, eta F

atomoari dagokio, hau da, elementu elektronegatiboari. Elektronegatibotasun txikiena

duena Cs-a da, 0,7koa.

Atomo baten elektronegatibotasuna molekula batean erlazionatuta dago bere

ionizazio potentzialarekin eta afinitate elektronikoarekin. Afinitate elektroniko oso

negatiboa eta ionizazio potentzial altua duen atomoak beste atomoen elektroiak

erakarriko ditu eta, gainera, ez ditu bere elektroiak erraz emango; ondorioz oso

elektronegatiboa izango da.

Taula periodikoan, elektronegatibotasunak ezkerretik eskuinera handitzen dira

periodoetan, eta behetik gora talde bakoitzean.

Elektronegatibotasunaren kontzeptua oso erabilgarria da bi atomo elkartzerakoan

eratuko duten lotura mota jakiteko.

Mota bereko eta elektronegatibotasun bereko bi atomoen arteko lotura ez-polarra

da.

Zenbat eta handiagoa izan bi atomoren arteko elektronegatibotasunen

ezberdintasuna, handiagoa izango da atomo elektronegatibotik hurbilago dagoen orbital

molekularraren dentsitate elektronikoa. Hala, lotura polarra eratzen da.

Elektronegatibotasun-ezberdintasuna nahikoa denean, elektroien transferentzia

osoa lortzen da eta espezie ionikoak eratzen dira.

Konposatua F2 HF LiF

Elektronegatibotasun-

energia

4,0 – 4,0 = 0 4,0 – 2,1 = 1,9 4,0 – 1,0 = 3,0

Lotura mota Kobalente ez-

polarra

Kobalente polarra Ionikoa

5.- LOTURA KIMIKOA

5.1.- Lotura motak

Bi atomoen artean lotura kimikoa eratuko da, baldin eta lotura eratu ondoren

nukleoen eta elektroien antolamenduak energia baxuagoa badu atomoak banatuta duten

energia totala baino.

Loturak aldibereko elektroi-erakarpenez eta elektroi-trukez eratzen dira. Atomo

bakoitzak nukleoa du. Nukleo hori elektrikoki neutroak diren partikulez, neutroiez, eta

karga positiboa duten protoiez osatuta dago. Nukleoaren inguruan dabiltza negatiboki

kargatuta dauden elektroiak. Protoi adina elektroi dagoenez, zero da karga garbia. Bi

atomo bata bestera hurbiltzen diren heinean, lehenengo atomoaren nukleo positiboak

bigarren atomoaren elektroi negatiboak erakartzen ditu; era berean, bigarren atomoaren

nukleoak lehenengo atomoaren elektroiak erakartzen ditu. Lotura mota hori Coulomb-

en legearen bidez deskribatzen da: aurkako kargek elkar erakartzen dute, karga-

zentroen arteko distantziaren karratuarekiko alderantziz proportzionala den indarrez.

Erakarpen-indar horrek energia askatzea egiten du atomo neutroak elkartzen

diren heinean. Energia horri lotura-indar deritzo.

Atomoek hurbiltasun jakin bat lortzen dutenean, ez da energia gehiago askatzen.

Bi nukleoen arteko distantziari, puntu horretan, lotura-luzera deritzo. Atomoak

hurbilegi badaude, elektroi-elektroi eta nukleo-nukleo aldarapen-indarrak indartsuago

bihurtzen dira erakarpen-indarrak baino.

Bi nukleoak lotura-luzera egokian bananduta daudenean, elektroiak haien

inguruan hedatuta egoten dira, erakarpen-indarrak eta aldarapen-indarrak orekatu egiten

dira eta lotura-maila maximoa izaten da. Bi atomoko sistema horren energia-edukia

minimoa da, eta, egoera, izan daitekeen egonkorrena. Hala, lotura kobalentea eratzen

da. Adibidez. NH3.

+e-

+e-

+ + +e- e-

1 atomoa 2 atomoa Lotura kobalentea Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Elektroi bat atomo batetik bestera erabat transferitzen denean bi ioi kargatuta

lortzen dira. Positiboki kargatuta dagoena katioia da eta negatiboki kargatuta dagoena

anioia. Lotura hori Coulomben erakarpenean oinarritzen da; kasu konkretu horretan,

ioien arteko erakarpenean. Hala, lotura ionikoa eratzen da. Adibidez: NaCl.

+e-

+e-

+ +e-

+ e-

1 atomoa 2 atomoa Katioia Anioia

Lotura ionikoa

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Hirugarren lotura mota lotura metalikoa da. Kasu horretan, katioi kopuru

handia lotuta mantentzen da elektroi ugarien bitartez. Adibidea: kobrezko zati bat.

5.2.- Lotura kobalentea

Karbonoak 4 e- askatu beharko lituzke He-ren egitura lortzeko, edo 4 e- hartu

Ne-ren antzeko egitura izateko. Baina karga kantitate handiak garatuko lirateke eta hori

ez dago faboratuta energia aldetik.

CC C4-4+ -4e +4e

Horren ordez, lotura kobalentea sortzen da: elementuek elektroiak partekatzen

dituzte, eta, horren ondorioz, atomo bakoitzak gas nobleen konfigurazioa lortzen du;

adibidez: H2, HCl eta Cl2.

Karbonoak 4 balentzia-elektroi dituenez, 4 elektroi partekatu behar ditu Ne-ren

egitura izateko, CH4-an gertatzen den moduan.

Nitrogenoak 5 balentzia-elektroi dituenez, 3 elektroi partekatu behar ditu, NH3.

Oxigenoak 6 balentzia-elektroi dituenez, 2 elektroi partekatu behar ditu, H2O.

CH HH

H

Metanoa

NH HH

Amoniakoa

OH H

Ura

Bi elektroien arteko lotura bakunaz gain, atomoek lau elektroien arteko lotura

bikoitzak eta sei elektroien arteko lotura hirukoitzak era ditzakete. Adibidez, etenoa eta

etinoa.

CH

Etenoa

H

H

HC C

Etinoa

H HC

(Azetilenoa)(Etilenoa)

5.2.1. Lotura kobalente polarrak

Gatz gehienen lotura ionikoek izaera kobalentea dute neurri batean eta

karbonoaren lotura kobalenteek izaera ionikoa edo polarra dute neurri batean.

Taula periodikoaren ezkerreko elementuei elektropositibo edo elektroi-emaile

esaten zaie; eskuinaldeko elementuei, aldiz, elektronegatibo edo elektroi-hartzaile

esaten zaie.

Lotura kobalenterik garbienak elektronegatibotasun-maila bereko atomoen

artean izaten dira (H2, N2, O2, F2). Halere, lotura kobalente gehienak

elektronegatibotasun-maila ezberdineko atomoen artekoak dira eta ondorioz,

polarizazioa gertatzen da. Lotura bat polarizatu egiten da lotura horren elektroi-

dentsitatearen zentroa atomorik elektronegatiboenaren aldera mugitzen denean. Karga

positibo partziala, δ+, edota karga negatibo partziala, δ-, jartzen da, hurrenez hurren,

elektronegatibotasun baxueneko eta altueneko atomoen ondoan.

Aurkako kargen arteko bereizketari dipolo elektriko deritzo. Positibotik

negatibora doan eta isatsean gurutzea daraman gezi batez irudikatzen da. Lotura

polarizatu batek molekula osoa polariza dezake, HF, ICl eta CH3F molekuletan

gertatzen den moduan.

CH FH

H

Fluorometanoa

δ-

δ+

Cl

Iodo monokloruroa

δ-δ+

IF

Hidrogeno fluoruroa

δ-δ+

H

5.3.- Lewis-en egiturak eta karga formalak

Konposatu organikoetan agertzen den lotura kimikoa lotura kobalentea da.

Lewisek, 1916. urtean, mekanika kuantikoa garatu gabe zegoen garaian, eredu

kualitatiboa eman zuen lotura kobalentea azaltzeko. Eredu horren arabera, bi atomoen

arteko elektroi bikote bat partekatuz sortzen da lotura kobalentea. Eredu hori

kualitatiboa da, eta nukleoen arteko elkarrekintza horren izaera azaldu gabe geratu zen

kimika kuantikoa agertu arte. Gaur egun, mekanika kuantikoan oinarrituz, eredu egokia

dela esan dezakegu, eta nahiko ondo azaltzen du lotura kobalentearen izaera.

Beraz, lotura kobalentea eratzeko, bi atomok bi elektroi partekatu behar dituzte,

atomo bakoitzak elektroi bana jarrita. Loturetan parte har dezaketen elektroiak

balentzia-elektroiak dira, hau da, azken geruzako elektroiak. Hori dela eta, taula

periodikoan duen kokapenaren araberakoa da elementu bakoitzaren balentzia-elektroien

kopurua. Elementuen balentzia-elektroiak nola antolatzen diren jakiteko erabiltzen dira

Lewisen egiturak. Idazkera horretan, balentzia-elektroiak puntuen bidez irudikatzen dira

nukleo bakoitzaren sinboloaren inguruan.

Al N F Ar

Idazkera hori lotura kobalentea adierazteko erabil daiteke, zortzikote-araua

kontuan izanda. Arau enpiriko horrek honako hau adierazten du: edozein atomok,

hidrogenoak izan ezik, gas noblearen konfigurazioa lortzeko joera du. Horrek esan nahi

du azken geruza elektronikoak beteta egon behar duela. Beraz, atomoek 8 elektroiz

inguratzeko joera daukate. Egoera hori lortzeko, elektroiak harrapatu behar dituzte

atomoek, eta, beste atomo batekin lotura kobalentea eratzea izan daiteke hori egiteko era

bat.

CCl

ClCl ClCl4C +

FHF H+

Idazkera hori erabiltzean, lerroen bitartez idazten dira loturetan parte hartzen

duten elektroi bikoteak, eta bikote bakartiak edo parekatu gabeko bikoteak (hau da,

loturetan parte hartzen ez dutenak), berriz, puntuen bidez.

N HH

H OH HCH

HH H C

Cl

ClCl Cl

Lewis egiturak zuzen idazteko, honako arau hauei jarrai dakieke:

1.- Irudikatu molekula-hezurdura atomoak lotura sinpleen bidez lotuz. Horretarako, zein

den atomo zentrala erabaki behar da.

2.- Zenbatu atomo bakoitzaren balentzia-elektroiak, taula periodikoa erabiliz. Aztertzen

ari garen molekula neutroa bada, nahikoa da molekula osatzen duten atomoen balentzia-

elektroiak zenbatzearekin. Anioi poliatomikoak ditugunean, anioaren kargari dagozkion

elektroiak gehitu behar ditugu. Katioi poliatomikoak ditugunean, berriz, kargari

dagozkion elektroiak kendu behar ditugu.

3.- Adierazi lotura guztiak lotura bakoitza eratzeko bi elektroi erabiliz.

4.- Geratzen diren elektroiak atomoetan jartzen dira elektroi bakarti moduan, zortzikote-

araua bete arte. Atomo bakoitza lau bikote elektronikoz inguraturik ez badago, geratzen

diren elektroi bakartiak lotura bikoitzak edo hirukoitzak osatzeko erabili behar dira.

HCOOH H C OO

H H C OO

H

Ez du zortzikote arauabetetzen

H C OO

HAdib:

Beste zenbait adibide:

NO2+: O N O

+HCN: H C N CO: C O HCOO : H C

OO

Lewis eredu horretan, atomo bakoitzak daukan karga formala kalkula daiteke.

Karga formalaren magnitudeak atomo bakoitzak jasaten duen kargaren neurria ematen

du. Honela kalkula daiteke.

OH H CH

H H

Q = eag - eel - el1

2

eag = azken geruzako elektroiak

eel = elektroi ez-lotzaileak

el = elektroi lotzaileak

Adib:

QH = 1 - 0 - 2 = 01

2

QO = 6 - 4 - 4 = 01

2

QH = 1 - 0 - 2 = 01

2

QC = 4 - 2 - 6 = -11

2

CH

H Hberaz:

Eredu horrek balio du atomoen arteko loturak zein diren eta elektroi bikote

bakartiak non dauden jakiteko. Baina ez du molekularen geometria erreala adierazten.

Beraz, lotura era sinplean adierazteko tresna bat besterik ez da.

5.4.- Erresonantzia-egiturak (sakonago aztertuko dugu 4. gaian)

Batzuetan, Lewis-en egiturak ez ditu deskribatzen adierazten dituzten ioi edo

molekulen propietateak. Adibidez SO2-ren kasuan. Deskribatutako egituraren arabera,

bi sufre-oxigeno lotura mota daude, bat sinplea eta bestea bikoitza. Esperimentalki

frogatu da bi lotura horiek berdinak direla, eta bikoitzaren eta sinplearen tartean

dagoela. Benetako egitura bien tarteko egitura da. Egitura horiei erresonantzia-egitura

deritze.

SO O SO O

Gauza bera gertatzen da nitrato ioiarekin, NO3−.

NO

O ONO

O O NO

O O

Erresonantzia-egiturak idazterakoan, elektroiak soilik mugi daitezke, baina ez

atomoak. Ondoren agertzen den egitura ez litzateke izango nitrato ioiaren erresonantzia-

egitura.

OO

O N

5.5.- Orbital molekularrak eta lotura kobalenteak

Teoria kuantikoaren arabera, elektroiak orbitaletan kokatzen dira, eta bi orbital

atomiko gainezartzearen ondorioz sortzen dira lotura kobalenteak. Hau da, bi atomoren

nukleoak elkarrengana hurbiltzen dira, haien orbital atomikoetariko bana elkarrekin

gainezarri arte. Hori dela eta, bi orbital atomikoetatik bi orbital molekular eratuko dira.

Horietariko batek hasierako orbital atomikoek baino energia txikiagoa du; besteak,

berriz, energia handiagoa. Orduan, hasierako atomoetan dauden elektroiak (orbital

atomikoek elektroi bana daukate) orbital molekular batean kokatuko dira, eta joera

izango dute eratutako bi orbital molekular horien artean energia baxuena daukan

orbitalean kokatzeko. Hori dela eta, azken orbital horri orbital molekular lotzailea

deritzo, eta besteari, energia altuenekoari, orbital molekular antilotzailea.

Orbitalatomikoa

Orbitalatomikoa

Orbital Molekularantilotzailea

Orbital Molekularlotzailea

A B

A + B A B

+

A B Orbital Molekularlotzailea

Orbital Molekularantilotzailea

e- e-

e-e-

Orbital atomikoengainezarpena

A B BA

E

Zenbat eta eraginkorragoa izan orbital atomikoen gainezarpena orduan eta

sendoagoa izango da lotura. Gainezarpena eraginkorragoa da tamaina eta energia

antzekoa duten orbital atomikoen artean. Beraz, orbital esferikoen artean eratutako

loturak sendoagoak dira orbital lobularren artekoak baino (s vs p orbitalak). Bestalde,

eraginkorragoa da zenbaki kuantiko nagusi berdina duten orbitalen arteko gainezarpena.

Esan bezala, geometriak ere eragina du. Izan ere, orbital atomikoek geometria

finkoa dute. Hala, p eta d orbitalen kasuan, norabide zehatzetan kokatzen dira (x, y edo

z ardatzetan). Hori dela eta, lotura kobalentea eratzean, orbital atomikoak hurbildu

ahala, bi gainezarpen mota gerta daitezke. Kasu batean, gainezarpena orbitalen arteko

ardatzaren arabera gertatzen da, eta, bestean, ardatz horrekiko plano perpendikular baten

arabera gertatzen da gainezarpena. Lehengo kasuan eratutako loturari sigma (σ) lotura

deritzo, eta besteari, pi (π). Nukleoen arteko ardatzaren arabera gertatzen den

gainezarpena eraginkorragoa dela kontuan izanda, σ orbitalak sendoagoak dira π

orbitalak baino.

Nukleoen arteko ardatzeangertatzen den gainezarpena

Nukleoen arteko ardatzarekiko planoperpendikularrean gertatzen den gainezarpena

σσσσ LOTURA ππππ LOTURA

s p p p p ps s

5.6.- Orbital hibridoak

Har dezagun berilio hidruro molekula, BeH2. Berilioak bi elektroi dauzka 1s

orbitalean, eta beste bi 2s orbitalean. Ez du parekatu gabeko elektroirik loturak eratu

ahal izateko, baina energia gutxi behar da elektroi bat 2s orbitaletik 2p orbitalera

pasatzeko. Lotura sortzeak erraz konpentsatzen du energia hori. Ondorioz, 1s22s12p1

konfigurazioan, elektroi bakarrez betetako bi orbital atomiko daude gainezartzeko prest.

E

1s

2s

2p

Be[(1s)2(2s)2]

Parekatu gabeko elektroirik ez

Energia

1s

2s

2p

Be[(1s)2(2s)1(2p)1]

Parekatu gabeko bi elektroi

Honela proposa genitzake BeH2 molekulako loturak: Be-ren 2s orbitala H-ren 1s

orbitalarekin gainezartzen da, eta Be-ren 2p orbitala beste H-ren 1s orbitalarekin.

Horrela, luzera ezberdineko bi lotura eratuko lirateke, baina esperimentalki frogatu da

guztiz berdinak direla lotura-luzera horiek. Hori azaltzeko, hibridazio kontzeptua

erabiliko dugu.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

5.6.1. sp hibridazioa

Atomo ezberdinen artean orbital atomikoak nahasita orbital molekularrak

sortzen diren moduan, orbital hibridoak sortzen dira atomo baten barruko orbital

atomikoak nahasita,.

Berilioan, 2s eta 2p orbital baten berrantolaketa gertatu ondoren, bi sp orbital

hibrido eratzen dira, % 50 s eta % 50 p izaera dutenak. Orbital horiek marra zuzen baten

gainean kokatzen dira, elektroi-aldarapena gutxitzeko. Beraz, 180o-koa da haien arteko

angelua.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Berilioan, lau orbitalen hibridaziotik beste lau orbital sortzen dira: bi sp orbital

hibridoak eta hibridatu gabeko bi 2p orbitalak. Karbonoaren kasuan, sp orbital hibridoak

erabiltzen dira lotura hirukoitzak eratzeko.

• Etinoaren egitura

Alkinoetan, C≡C lotura hirukoitza dago eta hibridazio mota sp hibridazioa da.

Alkinoetan, 2s orbitalaren eta 2p orbital baten arteko berrantolaketa gertatzen da sp

izeneko bi orbital hibrido sortzeko. Orbital horietan elektroi bana kokatzen da, eta,

aldarapen elektrostatikoak ahalik eta txikienak izateko, marra zuzen baten gainean

kokatzen dira orbital hibrido horiek. Beraz, haien arteko angelua 180º-koa da. Marra

horrekiko norabide perpendikularrean, hibridatu gabeko bi orbital p geratzen dira.

2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz

Promozioa

pz

Hibridazioa

py sp sp

py

sp

pz

sp

C

180º

Etinoa eratzean, bi karbonoak elkarrengana hurbiltzen dira sp orbital hibridoak

gainezarri arte, eta C-C σ lotura eratzen da. Halaber, karbonoetan dauden hibridatu

gabeko p orbitalak gainezartzen dira, π motako bi C-C lotura eratuz. Beraz, guztira,

karbonoen artean, hiru lotura eratzen dira (σ + 2π), eta, ondorioz, lotura hirukoitza

sortzen da. Karbonoen beste sp orbital hibridoek σ motako lotura eratzen dute

hidrogeno atomo bakoitzaren 1s orbitalarekin.

C C

π

π

π

π

σ

H H C CH H

Molekularen geometria lineala da eta C≡C lotura hirukoitza; C=C lotura bikoitza

eta C-C lotura bakuna baino laburragoa (1.21Å) eta sendoagoa (194 kcal/mol) da.

C CH H1.21Å

180º

5.6.2. sp2 hibridazioa

BH3 konposatuan, B-ren konfigurazioa 1s22s22p1 da. 2s elektroi bat 2p mailara

pasatzen bada, elektroi bakarrez betetako hiru orbital atomiko lortzen dira (2s bat eta bi

2p), hiru lotura era ditzaketenak. Hiru orbital atomiko horiek nahastu ondoren, hiru

orbital hibrido berri eratzen dira, sp2 orbitalak direnak (% 67 p eta % 33 s). p orbital bat

hibridatu gabe geratzen da.

B-ren sp2 orbitalak H atomoen 1s orbitalekin gainezartzen dira, BH3 molekula

trigonal planarra sortzeko. Hibridatutako orbitalak plano batean dagoen triangelu baten

hiru erpinetara zuzentzen dira, elektroien arteko aldarapen-indarrak ahalik eta txikienak

izateko. Hibridatu gabe dagoen p orbitala plano horrekiko perpendikularra da, hutsik

dago eta ez du parte hartzen loturan. Karbonoak sp2 orbital hibridoak erabiltzen ditu

lotura bikoitzak daudenean.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

• Etenoaren egitura

Alkenoetan, karbonoen orbitalen antolamendua aldatzen da, kasu horretan

dagoen C=C lotura bikoitza dela eta. Hibridazioan oinarritzen da lotura bikoitz hori

azaltzen duen eredua. Izan ere, alkenoetan, karbonoaren 2s orbitalaren eta bi p orbitalen

arteko berrantolaketa gertatzen da, hiru sp2 izeneko orbital hibrido sortzeko. Orbital

molekular horiek elektroi bana egokitzen dute, eta, elektroien arteko aldarapen-indarrak

ahalik eta txikienak izateko, plano berean dagoen triangelu baten hiru erpinetara

zuzentzen dira. Geratzen den hibridatu gabeko p orbitala norabide perpendikularrean

kokatuta dago orbital hibridoen planoarekiko.

2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz

Promozioa

pz

Hibridazioa

sp2 sp2 sp2

C

sp2

sp2

pz

sp2120º

Hori kontuan izanda, honela azal daiteke etenoaren egitura elektronikoa: bi

karbonoak elkarrengana hurbiltzen direnean, sp2 orbital hibridoak aurrez aurre

gainezartzen dira C-C σ motako lotura eratuz. Aldi berean, karbonoaren hibridatu

gabeko p orbitalak gainezartzen dira. Gainezartze hori norabide perpendikularrean

gertatzen da nukleoen arteko ardatzarekiko (albo-gainezarpena). Hau da, bi karbonoen

artean, C-C σ lotura egoteaz gain, π motako lotura bat eratzen da. Hala, C=C lotura

bikoitza eratzen da. Karbono bakoitzaren beste bi sp2 orbitalak hidrogeno atomoen 1s

orbitalekin gainezartzen dira, C-H σ loturak eratzeko.

C C

H

H

H

H

σ

π

C C

H

H

H

H

π orbital molekularraπ

Etenoaren C=C lotura bikoitz hori (σ + π) etanoaren C-C lotura bakuna baino

laburragoa da (1,54Å vs 1,34Å), eta, beraz, sendoagoa (79 vs 143 kcal/mol). HCH eta

HCC angeluak sp2 hibridazioari dagokion angeluaren inguruan daude (120º), eta laua da

molekularen egitura; hau da, atomoen artean eratutako loturak sp2 orbital hibridoen

bidez sortu direnez, atomo guztiak plano berean kokatzen dira. Etenoaren kasuan, plano

berean daude bi karbonoak eta lau hidrogenoak. Bestalde, π lotura dela eta, debekatuta

dago C-C ardatzaren inguruko biraketa. C=C lotura bikoitz baten inguruko biraketa

egiteko, π lotura desegin behar da eta, biraketa egin ondoren, berriro eratu; hori egiteko,

energia askotxo behar da. Hori dela eta, biraketa horren ondorioz sor daitezkeen bi

egitura horiek ez dira konformazioak, baizik eta propietate fisiko eta kimiko propioak

dauzkaten konposatu desberdinak. Konposatu horiek isomeroak dira; hots, formula

molekular bera duten konposatu desberdinak; isomeria geometrikoa deritzo π loturari

esker sortutako isomeria mota horri.

C C

H

H H

H

117º

122º

1.54Å

CH3

HH3C

H CH3

HH

H3C

trans-2-butenoa cis-2-butenoa

5.6.3. sp3 hibridazioa

Karbonoaren konfigurazio elektronikoa 1s22s22p2 da. Beraz, balentzia-geruzan,

lau elektroi ditu, eta honela banatzen dira: 2s22px12py

12pz0. Gas geldoaren konfigurazioa

lortzeko, hau da, zortzikote-araua betetzeko, lau elektroi harrapatu behar ditu. Hala,

karbonoaren balentzia 4 da, eta esaten da karbonoa tetrabalentea dela.

Metanoaren kasuan, karbonoa lau hidrogenorekin lotzen da lotura kobalenteen

bidez.

Karbonoaren 2s orbitala eta hiru 3p orbitalak elkarrekin konbinatzen dira, lau

orbital hibrido berdin emateko. Lau orbital horiei sp3 orbitalak deritze, eta gertatutako

berrantolaketari, berriz, sp3 hibridazioa. Hori dela eta, metanoa eratzean, karbonoaren

sp3 orbitalek elektroi bana egokitzen dute, eta lau hidrogeno atomoen 1s orbital

atomikoekin elkarri eragiten diote, lau C-H lotura berdinak emateko.

2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz

Promozioa

sp3

Hibridazioa

sp3 sp3 sp3

Geometriari dagokionez, sp3 orbitalek itxura lobularra dute eta, elektroien arteko

aldaratze-indar elektrostatikoak ahalik eta txikienak izateko, tetraedro baten lau

erpinetara zuzentzen dira. Horrek metanoaren egitura molekularra azaltzen du,

metanoak geometria tetraedrikoa baitu. C-H lotura guztiak berdinak dira, eta lotura-

angeluak 109.5º-koak dira, sp3 hibridazio tetraedrikoari dagozkionak, hain zuzen ere.

Gainera, orbital hibridoaren itxura lobular horri esker, aurrez aurre gertatzen da sp3

orbitalen eta hidrogeno atomoaren 1s orbital atomikoen arteko gainezarpena; horren

ondorioz, C-H loturak sigma (σ) motakoak dira.

C

H

H

H

H

s

+

p

3 4sp3

CH4

H

CHH

H

109.5º

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

2. GAIA

ERREAKZIO KIMIKOAK

1.- Erreakzioen estekiometria: ekuazio kimikoak

2.- Oinarrizko legeak

2.1.- Lavoisier-en materia-kontserbazio legea 2.2.- Proust-en legea edo proportzio konstanteen legea

2.3.- Dalton-en legea edo proportzio anizkoitzen legea 2.4.- Proportzio baliokideen legea edo proportzio elkarkarien legea

3.-.Orekatutako ekuazioak

3.1. Informazio kuantitatiboa orekatutako ekuazioetatik abiatuta

4.- Erreaktibo mugatzailea

5.- Etekin teorikoa eta portzentajezko etekina

2. gaia Erreakzio kimikoak

— 52 —

1.- ERREAKZIOEN ESTEKIOMETRIA: EKUAZIO

KIMIKOAK

Erreakzio kimiko batean, erreaktibo deritzen substantzia multzo bat produktu

deritzen substantzia multzo bilakatzen da. Erreakzio kimikoa da eraldaketa kimikoa

gertatzen den prozesua.

Elementuentzat sinboloak eta konposatuentzat formulak erabiltzen diren

moduan, ekuazio kimikoa erabiltzen da erreakzio kimikoa adierazteko. Ekuazio

kimikoan, erreaktiboen formulak ezkerraldean idazten dira, eta produktuen formulak

eskuinaldean. Bi aldeak gezi baten bidez bereizten dira.

Erreaktiboak Produktuak

Azido nitrikoaren ekoizpen prozesuan parte hartzen duen erreakzioa hartuko

dugu adibide moduan. Nitrogeno monoxido eta oxigeno gas kolorgeak erreakzionatzen

dute marroi gorrixka kolorea duen nitrogeno dioxidoa emateko.

NO O2 NO2

Adierazpen horretan, 3 oxigeno atomo daude erreaktiboetan, baina soilik 2

produktuan. Erreakzio kimiko batean atomoak ez direnez sortzen ez deuseztatzen, doitu

egin behar da adierazpen hori.

Stoicheion hitz grekoak elementua adierazten du. Era berean, estekiometria

terminoak elementuak neurtzea esan nahi du. Halere, praktikan, masa molekularrak eta

atomikoak barne hartzen ditu, formulazio kimikoan eta ekuazio kimikoan parte hartzen

duten erlazio kuantitatibo guztiak.

2.- OINARRIZKO LEGEAK

2.1.- Lavoisier-en materia-kontserbazio legea

Edozein erreakzio kimikotan masa kontserbatu egiten da; hots, masa eta materia

ez dira sortzen ez deuseztatzen, soilik eraldatu egiten dira eta aldaezin mantentzen dira.

2. gaia Erreakzio kimikoak

— 53 —

2.2.- Proust-en legea edo proportzio konstanteen legea

Konposatu konkretu bat eratzeko, bi elementu edo gehiago batzen dira beti

proportzio berean. Konposatu baten lagin guztiek konposizio bera dute, hots, osatzen

dituzten elementuen masen proportzio berdinak.

2.3.- Dalton-en legea edo proportzio anizkoitzen legea

Elementu bik konposatu sinple bat baino gehiago eratzen badute, zenbaki osoko

erlazioa dute bigarren elementu baten masa finko batekin konbinatzen den elementu

baten masek. Hau da, elementu baten pisuek beste elementu baten pisu berdinarekin

konbinatzen direnean, erlazio bat mantentzen dute eta erlazio hori zenbaki oso arrunten

zatiduraren bidez adieraz daiteke.

2.4.- Proportzio baliokideen legea edo proportzio elkarkarien legea

Bi elementu a eta b kantitateekin konbinatzen badira hirugarren elementu baten

kantitate finko batekin, hasierako elementuak euren artean konbinatuz gero a/b masa

erlazioan egingo dute (edo horren multiplo batekin). Hau da, bi elementuk euren artean

erreakzionatzen dutenean, baliokide moduan egingo dute.

3.- OREKATUTAKO EKUAZIOAK

Ekuazio kimiko batean, atomo kopuruak doituta egon behar du. Demagun,

aurrean idatzi dugun ekuazioa daukagula:

NO O2 NO2

Doitutako ekuazio batean, atomo bakoitzaren kopuruak berdina izan behar du

ekuazioaren alde bakoitzean. Beraz, NO eta NO2 formulen aurrean 2 zenbakia jarrita,

doituta egongo litzateke aurreko ekuazio kimikoa. Hala, kontsumitzen den O2 molekula

bakoitzeko, NO molekula bi kontsumitzen dira, eta NO2 molekula bi eratzen dira.

2 NO O2 2 NO2

2. gaia Erreakzio kimikoak

— 54 —

Ekuazio kimiko bat doitzeko behar diren koefizienteei koefiziente

estekiometriko deritze. Koefiziente horiek beharrezkoak dira erreakzio kimiko batean

erabili diren erreaktiboen kantitateak edo sortu diren produktuen kantitateak

kalkulatzeko.

Doitzeko erabili dugun metodo horri tanteo-doiketa deritzo. Hala, balio

ezberdinak frogatuz koefiziente estekiometrikoak doitzea lortzen da. Hala ere, honako

irizpide hauek jarrai daitezke erreakzioak erraz doitzeko:

• Elementu bat erreakzioaren bi aldeetako konposatu batean soilik agertzen bada,

lehenengo hori doitu.

• Erreaktiboren edo produkturen bat elementu aske moduan agertzen bada,

bukaeran doitu.

• Erreakzio batzuetan, aldatzen diren atomo multzoak daude (ioi poliatomikoak,

adibidez). Kasu horietan, doitu multzoak unitate bat izango balira moduan.

• Zatikizko koefizienteak edo zenbaki osoak erabil daitezke. Batzuetan, errazagoa

da zatikizko koefiziente bat edo gehiago erabiltzea doiketa egiteko, eta, ondoren,

nahi izatekotan, zatikiak ken daitezke koefiziente guztiak izendatzaile

komunagatik biderkatuz.

3.1. Informazio kuantitatiboa, orekatutako ekuazioetatik abiatuta

Doitutako erreakzio baten koefizienteek honako hau adierazten dute:

• Erreakzioan parte hartzen duten molekula kopuru erlatiboa.

• Erreakzioan parte hartzen duten mol kopuru erlatiboa.

2. gaia Erreakzio kimikoak

— 55 —

2 H2(g) O2(g) 2 H2O (l)

Ekuazio kimiko horren koefizienteek honako hau adierazten dute:

2x molekula H2(g) x molekula O2(g) 2x molekula H2O (l)

Demagun x = 6,02214 x 1023 (Avogadro-ren zenbakia) dela. Hala, x molekulek mol bat

adierazten dute. Beraz, ekuazio kimikoak honako hau ere adierazten du:

2 mol H2 1 mol O2 2 mol H2O

Ekuazio kimikoan agertzen diren koefizienteek honako baieztapen hauek egitea

ahalbidetzen dute:

• Bi mol H2O sortzen dira, kontsumitzen diren H2 bi mol bakoitzeko.

• Bi mol H2O sortzen dira, kontsumitzen den O2 mol bakoitzeko.

• Bi mol H2 kontsumitzen dira, kontsumitzen den O2 mol bakoitzeko.

Estekiometriari buruzko ariketetan, honako etapa hauek jarraitu behar dira:

• Ekuazio kimikoa doitu.

• Konposatu bakoitzaren pisu molekularra edo formula kalkulatu.

• Masak moletara pasatu.

• Ekuazio kimikoa erabili, beharrezko datua lortzeko.

• Moletatik masetara pasatu, hala eskatzen baldin bada.

4.- ERREAKTIBO MUGATZAILEA

Erreakzio kimiko batean, erreaktiboak guztiz eta aldi berean kontsumitzen

direnean, erreaktiboak proportzio estekiometrikoetan daudela esaten da. Hau da,

doitutako ekuazioan dauden koefiziente estekiometrikoek ezartzen dituzten proportzio

molarretan.

Batzuetan, prezipitazio-erreakzioan gertatzen den moduan, erreaktiboren bat

produktuetan eraldatzen da beste erreaktibo guztien soberakina erabiltzen delako.

2. gaia Erreakzio kimikoak

— 56 —

Guztiz kontsumitzen den erreaktiboak, erreaktibo mugatzaileak, ezartzen ditu eratzen

diren produktuen kantitateak.

5.- ETEKIN TEORIKOA ETA PORTZENTAJEZKO

ETEKINA

Erreakzio batean lortzen diren produktu kantitateak batzuetan ez datoz bat

teorikoki lortu beharko liratekeen kantitateekin.

Erreakzio baten etekin teorikoa da erreaktiboen kantitate jakin batzuetatik

abiatuta espero den produktu kantitatea lortzea. Lortzen den produktuaren benetako

kantitateari benetako etekina deritzo. Portzentajezko etekina honako modu honetan

definitzen da:

Portzentajezko etekina =Benetako etekina

Etekin teorikoax 100

Erreakzio askotan, benetako etekina eta etekin teorikoa ia berdinak dira, eta

erreakzioak kuantitatiboak direla esaten da. Bestalde, erreakzio batzuetan, benetako

etekina etekin teorikoa baino baxuagoa da, beraz, portzentajezko etekina % 100 baino

txikiagoa da. Erreakzio-produktua gutxitan eratzen da guztiz purua, eta purifikazio-

etapetan zerbait gal daiteke. Askotan, erreaktiboek interesatzen ez zaizkigun

erreakzioetan parte hartzen dute. Erreakzio horiei bigarren mailako erreakzio deritze,

eta, nahi ez ditugun produktuei, azpiproduktuak.

3. GAIA

DISOLUZIOAK

1.- Disoluzioak eta propietateak

2.- Disoluzio motak

3.- Unitateak

3.1.- Ehuneko masatan, ehuneko bolumenetan eta ehuneko masa/bolumenetan

3.2.- Milioiko parteak (ppm), bilioiko parteak (ppb) eta trilioiko parteak (ppt)

3.3.- Frakzio molarra eta ehuneko molarra

3.4.- Molaritatea

3.5.- Molalitatea

4.- Disolbagarritasuna eta disoluzio aseak

4.1.- Antzekoak antzekoa disolbatzen du

5.- Tenperaturaren eta presioaren eragina disolbagarritasunean

5.1.- Gasen presioa eta disolbagarritasuna: Henry-ren legea

5.2.- Tenperatura eta disolbagarritasuna

6.- Propietate koligatiboak

6.1.- Disolbatzailearen lurrun-presioa jaistea

6.2.- Disolbatzailearen irakite-puntua igotzea eta izozte-puntua jaistea

6.3.- Osmosia

3. gaia Disoluzioak

— 58 —

1.- DISOLUZIOAK ETA PROPIETATEAK

Erreakzioak oso garrantzitsuak dira disoluzio urtsuetan, honako hiru arrazoi

hauengatik: a) ura merkea da eta substantzia ugari disolbatzeko ahalmena dauka; b)

substantzia asko, disoluzio urtsuetan daudenean, ioietan disoziatzen dira eta, hala,

erreakzioetan parte har dezakete; c) disoluzio urtsuak leku guztietan agertzen dira,

itsasoan, gizakietan eta abarretan.

Disoluzio bat bi edo substantzia gehiagoren nahaste homogeneoa da, eta honako

osagai hauek ditu:

• Disolbatzailea da nahastean kontzentrazio altuenean dagoen substantzia.

• Solutua da nahastean dagoen (edo dauden) gutxiengo osagaia(ak), eta

disolbatzailean disolbatu dela (edo direla) esaten dugu.

Gatz apur bat uretan disolbatzen dugunean, disolbatzailea ura da eta solutua

gatza. Disoluzioei, non disolbatzailea ura baita, disoluzio urtsu deritze. Disoluzio

kontzentratuek solutu kantitate handia daukate disolbatuta, eta disoluzio diluituek

kantitate txikiak.

Disoluzio likidoak dira arruntenak, baina gas egoeran edo solido egoeran dauden

disoluzioak ere existitzen dira. Estatu Batuetako 5 zentaboko nikelezko txanpona,

adibidez, % 75 Cu-zko eta % 25 Ni-zko disoluzio solidoa da. Disoluzio solidoei, non

disolbatzailea metal bat baita, aleazio deritze.

3. gaia Disoluzioak

— 59 —

2.- DISOLUZIO MOTAK

Elektrizitatea garraiatzen duten disoluzio urtsuetan, ioiak dira garraio horren

erantzuleak. Ur puruak ez du korronte elektrikorik garraiatzen, oso ioi gutxi baititu.

Baina solutu batzuk uretan disoziatzen dira, ioiak lortzen dira, eta disoluzio urtsua

eroale elektriko suertatzen da; solutu horiei elektrolito deritze.

Ionizatuta ez dagoen substantziari eta korronte elektrikorik garraiatzen ez

duenari EZ-ELEKTROLITO deritzo.

Disoluzio urtsuan guztiz ionizatuta dagoen substantzia baten disoluzioa eroale

elektriko ona bada, ELEKTROLITO SENDO deritzo.

Disoluzio urtsuan partzialki ionizatuta dagoen substantzia baten disoluzioa

eroale elektriko oso ona ez bada ELEKTROLITO AHUL deritzo.

Ildo horretan, disoluzioak bi talde nagusitan sailka ditzakegu:

- Elektrolitikoak:

• Disolbatzaile polarretan dauden konposatu ionikoen edo polarren disoluzioak

dira.

• Disoluzioan solutuak disoziatu egiten dira, ioiak eratzeko.

• Guztiz disozia daitezke (elektrolito sendoak).

• Partzialki disozia daitezke (elektrolito ahulak).

• Elektrizitatea garraiatzen duten disoluzioak dira.

- Ez-elektrolitikoak:

• Konposatu kobalenteen edo ez-polarrak diren disolbatzaileetan dauden

disoluzioak dira.

• Solutuak ez dira disoziatzen, soilik dispertsatu egiten dira.

• Elektrizitaterik garraiatzen ez duten disoluzioak dira.

3. gaia Disoluzioak

— 60 —

3.- UNITATEAK

Disoluzio bat deskribatzeko, bere kontzentrazioa ezagutu behar da, hots,

disolbatzaile kantitate jakin batean dagoen solutu kantitatearen neurria.

3.1.- Ehuneko masatan, ehuneko bolumenetan eta ehuneko

masa/bolumenetan

3.1.1. Ehuneko masatan

Solutuaren pisu unitate erlatiboen kopurua, disoluzioaren ehun zatiekiko.

- 5 g NaCl 95 g H2O-tan disolbatzen badira, disoluzioaren 100 g lortzen dira, eta

disoluzio hori % 5 masatan NaCl da.

- Zenbat da 20 g NaCl-k 180 g uretan duen disoluzioaren ehunekoa pisutan?

3.1.2. Ehuneko bolumenetan

- % 25 bolumenetan CH3OH duen alkohol metilikoaren disoluzio urtsua

izotzaren kontra erabiltzen da. Disoluzio hori 100,0 mL ur-disoluzio bakoitzeko 25,0

mL CH3OH disolbatuz prestatu zen.

- Alkohol baten 10 mL uretan disolbatzen badira, 200 mL disoluzio prestatzeko,

zenbat da bere kontzentrazioa?

3.1.3. Ehuneko masa/bolumenetan

100 mL disoluzioan 0,9 g NaCl duen disoluzio urtsua NaCl-zko % 0,9

(masa/bolumena) dela esaten da. Ehuneko masa/bolumena asko erabiltzen da

medikuntzan eta farmazian.

3.2.- Milioiko parteak (ppm), bilioiko parteak (ppb) eta trilioiko parteak

(ppt)

Osagai baten ehunekoa masatan edo bolumenetan oso baxua denean erabiltzen

dira kontzentrazio horiek.

3. gaia Disoluzioak

— 61 —

3.2.1. Milioiko parteak (ppm)

1 mg solutu/L disoluzio, 0,001 g/L dira. Horren diluitua den disoluzioak uraren

dentsitate bera izango du, 1 g/mL gutxi gorabehera; beraz, disoluzioaren kontzentrazioa

0,001 g solutu/1.000 g disoluzio da, edo 1 g solutu/1.000.000 g disoluzio. Beraz,

milioiko parte bat (ppm).

1 ppm = 1 mg/L

3.2.2. Bilioiko parteak (ppm)

1 µg solutu/L disoluzio duen disoluziorako 1 x 10-6 g solutu/1.000 g edo 1,0 g

solutu/ 1 x 109 g disoluzioaren berdina da. Beraz, kontzentrazioa bilioiko parte bat da

(ppb).

1 ppb = 1 µg/L

3.2.3. Trilioiko parteak (ppt)

Kontzentrazioa 1 ng/L disoluziokoa bada, kontzentrazioa trilioiko parte bat

izango da (ppt).

1 ppt = 1 ng/L

3.3.- Frakzio molarra eta ehuneko molarra

Propietate fisiko batzuk (lurrun-presioa, adibidez) disoluzioaren

kontzentrazioarekin erlazionatzeko, disoluzioko osagai guztiak moletan adierazita

dauden kontzentrazio unitate bat behar da. Hori frakzio molarrarekin lortzen da. i

osagaiaren frakzio molarra xi bezala deskribatzen da.

xi =i osagaiaren kantitatea (moletan)

disoluzioko osagai guztien kantitate totala (moletan)

Disoluzioan dauden osagai guztien frakzio molarren baturak 1 ematen du.

xi + xj + xk + ... = 1

Ehuneko molarrak dira frakzio molarrak bider 100.

3.4.- Molaritatea

Disoluzio litro batean dauden solutu mol kopurua da.

molaritatea (M) =solutu kantitatea (moletan)

disoluzio-bolumena (litrotan)

3. gaia Disoluzioak

— 62 —

3.5.- Molalitatea

Molaritatea tenperaturaren mendekoa da. Disoluzioa tenperatura batean

prestatzen bada eta beste tenperatura batean erabiltzen bada, molaritatea apur bat

aldatzen da. Molalitatea da tenperaturaren mendekoa ez den eta disoluzio diluituetan

frakzio molarrekiko proportzionala den kontzentrazio unitatea. Molalitatea (m) da

disolbatzaile (eta ez disoluzio) kilogramoko dauden solutu mol kopurua.

1,00 mol urea, CO(NH2)2, 1,00 kg uretan disolbatzen badira, disoluzio hori 1,00

molalekoa da, eta CO(NH2)2 1,00 m adierazten da.

molalitatea (m) =solutu kantitatea (moletan)

disolbatzaile-bolumena (kilogramotan)

4.- DISOLBAGARRITASUNA ETA DISOLUZIO ASEAK

Substantzia bat beste batean disolbatzen denean, disoluzio bat eratzen da, hots,

solidoa, likidoa edo gasa izan daitekeen nahaste homogeneoa.

Solutuak eragina dauka disolbatzailearen propietate fisikoetan. Disolbatzaile

metaloideetan edo ez-metaloideetan dauden solutuen disoluzio solidoek propietate

elektrikoak erakusten dituzte eta, hala, industria elektronikoaren oinarrizko materialak

dira; adibidez, solutu moduan fosforo kantitate txiki batekin kutsatutako silizioa.

Izotza duten espaloietan gatza botatzen denean, gatz/ur nahastea eratzen da; hala,

uraren izozte-puntua txikitu eta izotza urtu egiten da.

Gas disoluzioak erabiltzen dira ur sakonetara sartzen diren urpekarientzat inguru

bereziak egiteko eta elikagaiak gordetzeko dauden instalazioetan. Atmosfera da gas

disoluzioaren beste adibide bat.

100 mL ur disoluzioari 20 g glukosa gehitzen badizkiogu, giro-tenperaturan

guztiz disolbatzen da. 200 g gehitzen baditugu, aldiz, glukosa zati bat disolbatu gabe

mantentzen da. Disoluzio bat asea izango da, disolbatzaileak ahal duen solutu guztia

disolbatzen duenean eta zerbait disolbatu gabe geratzen denean.

Substantzia baten disolbagarritasun molarra, s, da disoluzio asean duen

kontzentrazio molarra. Disoluzio asean dagoen edozein solutuk solidoak disolbatzen

jarraitzen du, baina berdina da disolbatze-abiadura eta solutua solido bihurtzen deneko

3. gaia Disoluzioak

— 63 —

abiadura. Hots, oreka dinamikoan daude disoluzio ase batean disolbatuta dagoen solutua

eta disolbatu gabe dagoena.

4.1.- Antzekoak antzekoa disolbatzen du

Antzekoak antzekoa disolbatzen du. Ura bezalako likido polarra da disolbatzaile

egokiena osagai ionikoentzat edo polarrentzat. Likido ez-polarrak, aldiz, hexanoa eta

tetrakloroetenoa adibidez, lehorreko garbiketan erabiliak, disolbatzaile egokiak dira

osagai ez-polarrentzat (argizariarentzat).

Solutu bat disolbatzen denean, solutu-disolbatzaile elkarrekintzek ordezkatzen

dituzte solutu-solutu elkarrekintzak. Elkarrekintza berriak ordezkatu dituen

elkarrekintzen antzekoak badira, oso energia gutxi beharko da disoluzioa eratzeko.

Solutu batean kohesio-indarrak hidrogeno-loturak direnean, errazagoa izango da solutu

hori disolbatzea hidrogeno-loturak dituen disolbatzaile batean. Glukosak, adibidez,

hidrogeno-loturak eratzen dituzten –OH taldeak ditu eta, horregatik, erraz disolbatzen

da uretan; ez, ordea, hexanotan.

Substantzia ez-polarrentzako disolbatzaile egokia karbono disulfuro, CS2, likido

ez-polarra da. Ura baino disolbatzaile egokiagoa da sufrearentzat, sufre solidoan S8

molekulak elkarrekin mantentzen baitira London indarren bidez. Sufre molekulak ezin

dira sartu uraren egituran. Hori gertatzen da hidrogeno-loturak ezin direlako ordezkatu.

Xaboiak eta detergenteak antzekoak antzekoa disolbatzen duen erregela horretan

oinarritzen dira. Xaboiak dira sodio estearatoa bezalako kate luzeko azido karboxilikoen

sodio gatzak.

O ONa

Sodio estearatoa

Azido horien anioiek talde karboxilato polarra dute (-CO2-) (talde burua

deritzona) kate hidrokarbonatu ez-polarraren mutur batean. Talde burua da hidrofiloa

edo ura erakartzen duen taldea. Buztan hidrokarbonatu ez-polarrak dira hidrofoboak edo

ura aldaratzen duten taldeak. Anioiaren zati hidrofiloak uretan disolbatzeko joera

duenez eta buztan hidrokarbonatu hidrofoboek koipetan disolbatzeko joera dutenez,

xaboia oso eraginkorra da koipea kentzeko. Buztan hidrokarbonatuak koipe-masa

3. gaia Disoluzioak

— 64 —

batean sartzen dira talde burura arte, eta talde buru hidrofiloak masaren azalean geratzen

dira. Xaboi molekulen estalkia, mizela deritzona, uretan disolbagarria da, eta horregatik

kentzen du koipea.

Gaur egungo detergente komertzialak nahasteak dira, eta horien osagai

garrantzitsuena agente tentsioaktiboa edo surfaktantea da. Molekula tentsioaktiboak dira

xaboien egitura eta funtzio antzekoak dituzten osagai organikoak. Ezberdintasuna da

talde polarretan sufre atomoak dituztela.

Ioi tentsioaktibo arrunta

SO3

Bizirik dauden zelulen mintzak fosfolipido deritzen molekula tentsioaktiboen

geruza bikoitzak dira. Horietan, buztan hidrokarbonatuak mintzaren barrualdera

kokatzen dira, eta buru talde polarrek osatzen dute mintzaren azala. Fosfolipidoak mintz

artifizialak eratzea lor daiteke. Hala, mintz artifizial horiek ixten dira eta liposoma

deritzen poltsa txikiak eratzen dira. Liposomak farmako bat duen disoluzio batean

eratzen badira, farmakoaren molekula batzuk kapsuletan sartuta geratzen dira. Hala,

farmakoak gorputzeko hainbat alde eta organotara eroateko bide bezala agertu zen

liposomen azterketa.

5.- TENPERATURAREN ETA PRESIOAREN ERAGINA

DISOLBAGARRITASUNEAN

5.1.- Gasen presioa eta disolbagarritasuna: Henry-ren legea

Uretan dauden organismo gehienak disolbatuta dagoen oxigenoz baliatzen dira

arnasa hartzeko. Nahiz eta oxigeno molekulak ez-polarrak izan, oxigeno kantitate

txikiak uretan disolbatzen dira, eta bere presioaren mendekoa da disolbagarritasun hori.

Gogoratu behar dugu gas baten presioa bere molekulen talkek eragiten dutela. Ontzi

batean likido bat badugu eta ontzi berean gas bat sartzen badugu, gas molekulak

likidoan sar daitezke. Gasaren presioa handitzen denean, talka kopurua ere handitu

egiten da; beraz, gasaren disolbagarritasuna handitu egiten da presioa handitzen denean.

3. gaia Disoluzioak

— 65 —

Likidoaren gainean dagoen gasa nahaste bat bada (airea, adibidez), osagai bakoitzaren

disolbagarritasuna osagai horren presio partzialaren mendekoa da.

Diagraman ikusten den moduan, gas baten disolbagarritasuna zuzenki

proportzionala da bere P presio partzialarekiko. Horri Henry-ren legea deritzo eta

honako modu honetan deskribatzen da:

s = kHP

s gasaren disolbagarritasun molarra da.

kH, Henry-ren konstantea, gasaren, disolbatzailearen eta tenperaturaren

mendekoa da. Legean oinarrituz, esan dezakegu tenperatura konstantepean gasaren

presio partziala bikoizten bada, disolbagarritasuna ere bikoiztu egiten dela.

5.2.-Tenperatura eta disolbagarritasuna

Substantzia gehienak errazago disolbatzen dira tenperatura altuetan, baina horrek

ez du beti adierazi nahi disolbagarriagoak direnik. Batzuetan, disolbagarritasuna

txikiagoa da tenperatura altuagoetan.

3. gaia Disoluzioak

— 66 —

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

Gas gehienen disolbagarritasuna txikitu egiten da tenperatura handitzean. Ur

berotan, adibidez, txikitu egiten da gasen disolbagarritasuna. Solido ioniko eta

molekular gehienak disolbagarriagoak dira ur berotan. Ezaugarri horietan oinarrituz,

disolba dezakegu substantzia bat laborategian eta, disoluzio asea astiro hozten uzten

badugu, kristalak haztea lortuko dugu. Litio karbonatoa bezalako solido gutxi batzuk,

ordea, disolbagarriagoak dira tenperatura baxuetan altuetan baino. Osagai batzuek

portaera ezberdinak erakusten dituzte.

6.- PROPIETATE KOLIGATIBOAK

Disoluzioen propietate batzuk ezinbestekoak dira bizitzarako. Osmosiak,

adibidez, elikagaien garraioa bultzatzen du zelula biologikoen hormen zehar. Osmosia

da mintz batean zehar disolbatzaile batek disoluzio baten barnerantz jariatzeko duen

joera. Osmosia bezalako propietate batzuk solutuaren eta disolbatzailearen kantitateen

mendekoak dira soilik, eta ez solutuaren izaera kimikoaren mendekoak. Hori betetzen

duten propietateak, hots, solutu eta disolbatzaile molekulen mendekoak direnak baina ez

solutuaren izaeraren menpekoak, propietate KOLIGATIBOAK dira. Honako hauek dira

propietate koligatibo garrantzitsuak:

• Disolbatzailearen lurrun-presioaren jaistea.

• Disolbatzailearen irakite-puntuaren igotzea.

• Disolbatzailearen izozte-puntuaren jaistea.

• Osmosia.

3. gaia Disoluzioak

— 67 —

6.1.- Disolbatzailearen lurrun-presioaren jaistea.

Disolbatzaile baten lurrun-presioa disoluzioan duen frakzio molarrarekiko

proportzionala da. Horri Raoult-en legea deritzo, eta honako modu honetan adierazten

da:

P = xdisolbatzaile Ppurua

Ppurua = disolbatzaile puruaren lurrun-presioa.

xdisolbatzaile = disolbatzailearen frakzio molarra.

P = disolbatzaileak disoluzioan duen lurrun-presioa.

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

Disoluzio ideala deritzo kontzentrazio guztietan Raoult-en legea betetzen duen

disoluzioari. Disoluzio ideal batean, berdinak dira solutu eta disolbatzaile molekulen

arteko elkarrekintzak eta disolbatzaile molekulen artean eta solutu molekulen artean

dauden elkarrekintzak. Hala, solutu molekulak askatasun osoz nahasten dira

disolbatzaile molekulekin. Hau da, zero da disoluzio ideal batean entalpia.

Solutu batek fase likidoaren entropia handitzen du, nahiz eta disoluzioa ideala

izan. Entalpia aldatzen ez denez, disolbatzailearen energia askea txikitzen da.

Lurruna aztertzen badugu, orekan, lurrunaren energia askeak

disolbatzailearenaren berdina izan behar du. Disolbatzailearen energia askea txikitu

denez, fase biak orekan egon daitezen, lurrunaren energia askeak ere txikiagoa izan

behar du. Eta gas baten energia askea bere presioaren mendekoa denez, lurrun-presioak

ere baxuagoa izan behar du. Beraz, disolbatzailearen lurrun-presioa baxuagoa da solutua

dagoenean.

3. gaia Disoluzioak

— 68 —

Disoluzio errealek ez dute Raoult-en legea betetzen kontzentrazio guztietan,

baina zenbat eta solutuaren kontzentrazioa txikiagoa izan, orduan eta antzekotasun

handiagoa izango du disoluzio idealarekin. Solutu kontzentrazio jakin batean, disoluzio

ez-ideal deritze Raoult-en legea jarraitzen ez duten disoluzioei. Disoluzio errealak gutxi

gorabehera idealak dira solutuaren kontzentrazioa 0,1 M baino baxuagoa denean

disoluzio ez-elektrolitikoentzat eta 0,01 M baino baxuagoa denean disoluzio

elektrolitikoentzat.

6.2.- Disolbatzailearen irakite-puntua igotzea eta izozte-puntuaren jaistea

Disoluzio batean, solutu ez-hegazkorraren presentziak disolbatzailearen lurrun-

presioa jaisten duenean, igo egiten da disoluzioaren irakite-puntua.

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

Diagraman ikus dezakegun moduan, disolbatzaile puru baten fase likidoaren eta

lurrun fasearen energia askeak aldatu egiten dira tenperaturarekin batera. Irakite-

puntuaren gainetik, non lurrun fasearen energia askea likidoarena baino baxuagoa baita,

lurrun fasea da egonkorrena. Aurrean aztertu dugun moduan, disolbatzailearen fase

likidoan dagoen solutu baten presentziak solutuaren entropia igotzen du eta, ondorioz,

jaitsi egiten da bere energia askea. b) irudian adierazten den bezala, disoluzio likidoaren

eta lurrunaren energia askeak adierazten dituzten lerroak tenperatura altuagoan

ebakitzen dira disolbatzaile puruarekin konparatuz. Ondorioz, irakite-puntua altuagoa da

solutuaren presentzian. Hala ere, igoera hori oso txikia izaten da. 0,1 m sakarosa

urtsuaren disoluzioak, adibidez, 100,05 oC-tan irakiten du.

Praktikan, garrantzitsuagoa da izozte-puntuaren jaitsiera. Hots, disolbatzailearen

izozte-puntua jaistea, solutu batek eraginda. Itsasoko ura, adibidez, ur gozoa baino 1 oC

3. gaia Disoluzioak

— 69 —

baxuagoan izozten da. Errepideetan eta espaloietan gatza botatzen denean, izozte-

puntuaren jaitsieraz baliatzen gara izotza urtzeko.

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

Diagraman ikusten den moduan, tenperaturarekin aldatu egiten dira disolbatzaile

puru baten fase likidoaren eta solidoaren energia askeak. Izozte-puntutik behera solidoa

da fase egonkorrena, solidoaren energia askea likidoarena baino baxuagoa baita. Lehen

bezala, disolbatzailearen fase likidoan dagoen solutu batek disolbatzailearen entropia

handitzen du eta, ondorioz, haren energia askea jaisten du (b irudia), baina

disolbatzailearen fase solidoaren energia askea aldatu gabe. Disolbatzailearen fase

likidoaren eta solidoaren energia askea adierazten duten marrak tenperatura baxuagoan

ebakitzen dira disolbatzaile puruarekin konparatuz. Beraz, izozte-puntua baxuagoa da

solutu baten aurrean.

Disoluzio ideal batean, izozte-puntuaren jaitsiera proportzionala da solutuaren

molalitatearekiko. Disoluzio ez-elektrolitiko batentzat honako hau betetzen da:

Izozte-puntuaren jaitsiera = kf × molalitatea

kf disolbatzailearen izozte-puntuaren konstantea da, disolbatzaile bakoitzerako balio bat

hartzen du, eta esperimentalki kalkulatu behar da.

Antzeko adierazpena erabiltzen da irakite-puntuaren igoera solutuaren

molalitatearekin erlazionatzeko.

Irakite-puntuaren igoera = kb × molalitatea

3. gaia Disoluzioak

— 70 —

Disoluzioa elektrolitikoa bada, sodio kloruroa adibidez disolbatu egiten da Na+

eta Cl- emateko, eta bi ioiek eragiten dute izozte-puntuaren jaitsieran.

Izozte-puntuaren jaitsiera = ikf × molalitatea

Van’t Hoff-en i faktorea esperimentalki kalkulatzen da. Disoluzio oso

diluituetan, ioi guztiak askeak direnean i = 2 da MX bezalako gatzen kasuan, i = 3 da

MX2 bezalako gatzen kasuan, eta abar. Disoluzio diluitu ez-elektrolitikoentzat i = 1 da.

Baina i-ren balioa ez da oso fidagarria eta, horregatik, disoluzio ez-elektrolitikoak

erabiltzen dira izozte-puntuaren jaitsieraren kalkulu kuantitatiboak egiteko.

Krioskopia da solutu baten masa molarraren determinazioa, disolbatzaile batean

disolbatzen denean gertatzen den izozte-puntua jaistearen bidez.

6.3.- Osmosia

Osmosia da kontzentratuago dagoen disoluziorantz gertatzen den

disolbatzailearen jarioa mintz batean zehar. Disoluzio bat eta disolbatzaile purua mintz

erdi-iragazkor baten bidez bereizten baditugu, soilik molekula edo ioi konkretu batzuek

zeharka dezakete.

Demagun hodi batean sakarosa disoluzioa dugula, eta hauspeakin-ontzian ur

purua. Hasieran, berdinak dira bi likidoen altuerak. Irudian islatuta dagoen etapan, ura

osmosiaren bidez disoluziora pasatu da mintza zeharkatuz, eta igo egin da hodian

dagoen disoluzioaren maila oraingoan ur puruarena baino altuagoa izanik.

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

3. gaia Disoluzioak

— 71 —

Orekan disoluziozko zutabeak eragiten duen presioa nahikoa da mintzean zehar

molekulen jarioaren abiadura berdina izateko norabide bietan, eta, hala, zero da fluxu

garbia. Disolbatzailearen fluxua geratzeko beharrezkoa den presioari presio osmotikoa

deritzo, ∏.

Bizitza osmosiaren mendekoa da. Zelula biologikoetako hormek mintz erdi-

iragazkor moduan jokatzen dute. Horiek, ura, molekula txikiak eta hidratatutako ioiak

zeharkatzea uzten dute. Blokeatu egiten dute, aldiz, zelula barruan sintetizatzen diren

entzimen eta proteinen garraioa. Zelula barruan eta kanpoan dauden solutuen

kontzentrazio ezberdinek presio osmotikoa sorrarazten dute. Hala, ura disoluzio

kontzentratura doa zelula barnean, eta elikagai molekularrak garraiatzen ditu berarekin.

Ur-sarrera horrek ere zelula handituta mantentzen du. Ur-garraioa mozten denean,

hanpadura hori galdu egiten da eta zelula deshidratatu egiten da. Landare batean,

deshidratazioak ihartzea dakar.

Globulu gorriek, euren funtzioa ondo betetzeko, solutu-kontzentrazio egokia

duen disoluzioa izan behar dute (a). Disoluzioa lar diluitua dagoenean, ura barneratzen

da eta lehertu egiten dira (b). Disoluzioa lar kontzentratua dagoenean, ura globulu

kanpoaldera ateratzen da eta eritrozitoak uzkurtu egiten dira (c).

(a) (b) (c)

Atkins, Jones Principios de Química, 2009

Osmosia propietate termodinamikoa denez, entalpiarekin eta solutuak

eragindako entropia-aldaketekin erlazionatuta dago. Jadanik ikusi dugu solutuak

disoluzioaren energia askea txikitzen duela, disolbatzaile puruarena baino baxuagotik,

zehatz-mehatz; horregatik, disolbatzailea disoluziorantz pasatzen da.

3. gaia Disoluzioak

— 72 —

Van’t Hoff-ek adierazi zuen moduan, disoluzio baten presio osmotikoa

disoluzioaren solutuaren molaritatearekin, c-rekin, erlazionatuta dago. Honako ekuazio

honi van’t Hoff-en ekuazio deritzo.

∏ = iRTc

i = van’t Hoff-en i faktorea

R = gasen konstantea

T = tenperatura

Van’t Hoff-en ekuazioa erabiltzen da, presio osmotikoa neurtuta solutu baten

masa molarra zehazteko. Teknika horri osmometria deritzo, eta polimero moduko masa

molar oso handiak zehazteko erabiltzen da.

Alderantzizko osmosian, disoluzioari dagokion mintz erdi-iragazkorraren

ondoan dagoen presio osmotikoa baino presio altuagoa aplikatzen da. Hala,

disolbatzaile molekulek azkarrago uzten dute disoluzioa eta, ondorioz, disolbatzailearen

fluxua inbertitzen da; disoluziotik disolbatzaile purura pasarazten da.

4. GAIA

LOTURA KIMIKOA KONPOSATU ORGANIKOETAN

1.- Lotura lekutua

1.1.- Lotura polarrak eta ez-polarrak

1.2.- Efektu induktiboa

2.- Lotura ez-lekutua

2.1.- Lotura ez-lekutuaren deskribapena: bentzenoa

2.2.- Erresonantzia-egiturak eta erresonantzia-hibridoa

2.2.1.- Erresonantzia-arauak

2.2.2.- Egitura erresonanteen egonkortasun erlatiboa

2.3.- Zenbait konposaturen erresonantzia-egiturak

2.4.- Efektu mesomeroa

3.- Molekulen arteko indarrak

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 74 —

1.- LOTURA LEKUTUA

Elektroiak edo dentsitate elektronikoa bi atomoren artean partekatzen badira

lotura lekutuak eratzen dira. Horretaz gain, beste lotura mota bat dago, lotura

deslekutua, non dentsitate elektronikoa bi nukleo baino gehiagoren artean partekatzen

baita.

1.1.- Lotura polarrak eta ez-polarrak

Lotura kobalenteetan, lotura eratzen duten bi atomoak berdinak izatekotan,

dentsitate elektronikoa era simetrikoan banatzen da orbital molekular osoan zehar, eta,

hala, lotura ez-polarra eratzen da. Baina, bi atomo desberdinen arteko lotura

kobalentearen kasuan, atomoen elektronegatibotasuna desberdina denez, elektroi-

dentsitatea modu ezberdinean banatzen da bi atomoren artean. Elektroiek joera dute

atomo elektronegatiboagoa den atomotik hurbilago egoteko. Hori dela eta, polarizazioa

sortzen da; orbital molekularraren mutur batean karga partzial negatiboa sortzen da, eta

beste muturrean, berriz, karga partzial positiboa. Kasu horretan, lotura polarra dela

esaten da.

H H C ClH H C Cl

dentsitate elektronikohandiagoa

LOTURA KOBALENTE APOLARRA LOTURA KOBALENTE POLARRA

C Clδ+ δ-

1.2.- Efektu induktiboa

Lotura polarretan agertzen den polarizazioa molekulan zehar zabal daiteke.

Efektu induktiboa deritzo elektronegatibotasun desberdineko atomo edo atomo-bilkura

batek lotura batean eragindako polarizazioari.

1-Kloropropanoan, adibidez, kloroak dentsitate elektronikoa kentzen dio C-1

karbonoari; karbonoan, karga partzial positiboa sortu eta, kloroan, berriz, karga partzial

negatiboa. Eratzen den hutsune elektronikoa leuntzeko, C-1-ek C1-C2 loturaren

elektroiak erakartzen ditu; era berean, C-2 karbonoan karga partzial positibo txikia

eratzen da. Sortutako δ- karga partzialaren magnitudea beste δ+ karga partzial guztien

batuketa izango da.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 75 —

δ+ δ-

ClCH2CH2CH3

δδ+

polarizazioa

Efektua sortzen duen atomo edo atomo-bilkuraren ezaugarrien arabera, bi efektu

induktibo bereiz ditzakegu: elektroiak erakartzen dituzten atomoek -I efektu induktiboa

eragiten dute, eta elektroiak ematen dituzten atomoek +I efektua eragiten dute. Atomo

ezberdinak sailkatzeko, hidrogenoaren elektronegatibotasuna hartzen da

erreferentziatzat. Horren arabera, hidrogenoa baino elektronegatiboagoak diren atomoek

edo atomo-bilkurek -I efektua eragiten dute, eta elektropositiboagoak direnek, berriz, +I

efektu induktiboa eragiten dute.

+I -I

-O- -NR3+ -COOH -OR

-COO- -SR2+ -F -COR

-CR3 -NR3+ -Cl -SH

-CHR2 -NO2 -Br -OH

-CH2R -SO2R -I -C≡CR

-CH3 -CN -OAr -Ar

-M (metala) -SO2Ar -COOR -CH=CHR

Efektu induktiboa katean zehar zabaltzen da, eta haren eragina gutxituz doa

katean zehar, atomo elektronegatibotik urrundu ahala. Beraz, sortzen den polarizazioa

gutxituz doa eta hiru karbonoetatik aurrera ez da ia nabaritzen.

δ+ δ-

ClCH2CH2CH2

δδ+

CH2CH3

δδ+

Efektu horrek molekularen polarizazio iraunkorra eragiten du eta, ondorioz,

eragina du propietate fisikoetan (urtze-puntua, irakite-puntua, disolbagarritasuna, eta

abar) eta erreaktibotasunean.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 76 —

2.- LOTURA EZ-LEKUTUA

Aipatutako lotura ez-lekutua aztertzeko, bentzeno molekula hartuko dugu eredu

moduan.

2.1.- Lotura ez-lekutuaren deskribapena: bentzenoa

Bentzenoaren egituran, hiru C=C lotura bikoitz daude txandakatuta, eta, beraz,

zikloa osatzen duten karbono guztiek sp2 hibridazioa dute. Hori horrela izatekotan,

bentzenoan dauden loturak bi motatakoak izango lirateke: hiru C=C lotura eta beste hiru

C-C lotura sinple. Hala, luzera ezberdineko bi lotura mota agertuko lirateke, eta hori ez

dator bat esperimentalki aurkitutako bentzenoaren egiturarekin, kasu honetan C-C lotura

guztiak berdinak baitira. Bentzenoaren egitura era egokian adierazteko, lotura ez-

lekutuaren kontzeptua erabili behar da.

Bentzenoaren sei karbonoek sp2 hibridazioa dute. Hibridatu gabeko pz orbitalak

eraztunaren planoarekiko norabide perpendikularrean kokatuta daude eta, orbital horien

artean, albo-gainezarpena sortzen da; ondorioz, π loturak eratzen dira. Lotura horietan

dauden elektroiek hodei elektronikoa eratzen dute. π elektroi horiek ez daude lekutuak

eta karbono guztien artean partekatzen dira. Hori gertatzen denean, erresonantzia

dugula esaten da.

H

H H

H

HH

C

CC

C

CCH

H

H

H

H

H

Erresonantziak egonkortasuna ematen dio molekulari. Hori bentzenoaren

formazio-entalpia aztertuz froga daiteke. Ziklohexenoaren hidrogenazio-erreakzioa

aztertuz, formazio-entalpia kalkula daiteke.

+ H2∆Hº = -28.6 kcal/mol

Beraz:

+ 3H2∆Hº = 3x -28.6 = -85.3 kcal/mol

Baina esperimentalki lortutako bentzenoaren formazio-entalpia –48,9 kcal/mol

da. Beraz, esperimentalki lortutakoaren eta kalkulatutakoaren artean, 36 kcal/mol-eko

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 77 —

aldea dago, erresonantzia-energia deritzona. Beraz, π lotura konjugatuak isolatuak baino

egonkorragoak dira erresonantziari esker.

2.2.- Erresonantzia-egiturak eta erresonantzia hibridoa

Bentzenoaren egitura adierazteko, ondoren azaltzen diren bi egitura erabil

daitezke; forma kanoniko edo erresonantzia-egitura deritze. Baina bentzenoaren

irudikapen egokiena bi egitura horien konbinazioa da. Horri erresonantzia hibridoa

deritzo.

C

CC

C

CCH

H

H

H

H

H

C

CC

C

CCH

H

H

H

H

H

Erresonantzia-egitura organiko askotan agertzen da. Oro har, honako kasu

hauetan ager daiteke:

1.- Lotura bikoitza edo hirukoitza, konjokatuak daudenean.

CH2=CH-CH=CH2

2.- Lotura bikoitza edo hirukoitza, eta alboan partekatu gabeko elektroi bikote askeren

bat dagoenean.

H

H H

H

H

H2C CH NH2N

3.- Lotura bikoitza edo hirukoitza, eta alboan hutsik dagoen p orbitalen bat daukan

atomo bat dagoenean.

H

H H

HH

H2C CH CH2

2.2.1.- Erresonantzia-arauak

Lotura ez-lekutuak agertzen direnean, forma kanoniko guztiak adierazteko eta

erresonantzia hibridoa ondo marrazteko, honako arau hauei jarraitu behar zaie:

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 78 —

1.- Forma kanoniko guztiek Lewis egitura zuzenak izan behar dute.

H C C

OH

H

H

H

H

H C C

OH

H

H

H

H

Karbono honek 10 e- dauzka:ez du betetzen zortzikotearen araua

2.- Nukleo guztien kokapena forma kanoniko guztietan mantendu behar da.

C C

H

OH

H

H

C CH

O

H

H

H

3.- Erresonantzian parte hartzen duten atomo guztiek plano berean egon behar dute, eta

π orbitalak edo elektroi bikote ez-lotzaileak egokitzen dituzten p orbitalak, berriz, plano

horrekiko norabide perpendikularrean zuzendu behar dira.

NH2CH3H3C

H3C

CH3CH3

CH3 H

H

H2NH

H3CCH3

CH3

CH3

CH3

CH3

4.- Forma kanoniko guztiek parekatu gabeko elektroi kopuru bera izan behar dute.

CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2

Parekatu gabeko elektroirik ez Parekatu gabeko elektroi bi

5.- Lotura-angeluak edo lotura-luzerak distortsionatzen dituzten egiturak ez dira forma

kanonikoak.

H

C

H

H C H

H

H

H

C

H

H C H

H

H

6.-Erresonantzia hibridoa edozein forma kanoniko baino egitura egonkorragoa da. Izan

ere, erresonantzia hibridoak konposatuaren benetako egitura elektronikoa adierazten du.

7.- Erresonantzia hibridoa sortzen da forma kanoniko guztien batezbestekoaren

ondorioz. Hala ere, forma kanoniko guztiek ez dute parte-hartze bera erresonantzia

hibridoan. Forma kanoniko egonkorrenek ekarpen handiago dute.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 79 —

2.2.2.- Egitura erresonanteen egonkortasun erlatiboa

Forma kanonikoen egonkortasun erlatiboa aurresateko, honako irizpide hauei

jarrai dakieke:

1.- Zortzikote osoak dituzten egiturak osorik ez dituztenak baino egonkorragoak dira.

C O C O

EGONKORRENA

2.- Forma kanoniko batek zenbat eta lotura kobalente gehiago eduki, orduan eta

egonkorragoa izango da.

CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2

5 C-C lotura kobalente 4 C-C lotura kobalente

EGONKORRENA

3.- Forma kanoniko neutroak kargatuak baino egonkorragoak dira, eta, forma

kanonikoak zenbat eta karga kopuru gehiago eduki, orduan eta ezegonkorragoa izango

da.

OH C H

O

OH C H

O

EGONKORRENA

4.- Forma kanoniko batean karga-banaketa dugunean, karga negatiboa atomo

elektronegatiboan duena izango da forma kanoniko egonkorrena.

CH2 C CH3

O

CH2 C CH3

O

EGONKORRENA

2.3.- Zenbait konposaturen egitura erresonanteak

Azpiatal honetan, erresonantzia duten zenbait molekularen egiturak aztertuko

ditugu.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 80 —

2.3.1.- Formiato ioia

O C H

O

O C H

O

HCOO-

O C H

O1/2

1/2

FORMA KANONIKOAK ERRESONANTZIA HIBRIDOA

Bi forma kanonikoen egiturak berdinak direnez, horien ekarpena berdina izango

da erresonantzia hibridoan.

2.3.2.- Anilina

Ph-NH2

FORMA KANONIKOAK

ERRESONANTZIA HIBRIDOA

NH2 NH2 NH2 NH2 NH2

NH2

δ+

δ-

δ-

δ-

A B C D E

NH2

EZ DA FORMA KANONIKOA!!(N-ak 10 elektroi dauzka)

Kasu honetan, forma kanonikoen ekarpena ez da berdina izango, eta

egonkortasun erlatiboaren arabera sailkatu behar dira. Aurreko irizpideak kontuan

izanik, honako hau litzateke anilina molekularen forma kanonikoen egonkortasun

erlatiboa:

A = E > B = C = D

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 81 —

3.3.3.- Nitrobentzenoa.

Ph-NO2FORMA KANONIKOAK

ERRESONANTZIA HIBRIDOA

N

δ+

δ- δ-

A B C D E

OSO FORMA EZEGONKORRA!!(O-ak 6 elektroi dauzka)

O ON

O ON

O ON

O ON

O O

NO O

NO O

δ+

δ+

F

Kasu honetan, honako hau da egonkortasun erlatiboaren ordena:

A = E > B = C = D

2.4.- Efektu mesomeroa

Aurreko adibideetan, aztertu dugu π elektroien edo elektroi bikote bakartien ez-

lekutzearen ondorioz polarizazio iraunkorra agertzen dela. Efektu horri efektu mesomero

edo erresonantzia-efektu deritzo.

δ+

δ- δ-

NO O

δ+

δ+

NH2

δ+

δ-

δ-

δ-

Anilinaren kasuan, eraztun aromatikoan karga partzial negatiboak agertzen dira

orto eta para karbonoetan; beraz, -NH2 taldea, erresonantziaz, talde elektroi-emailea da

(+M). Nitrobentzenoaren kasuan, berriz, -NO2 taldeak eraztunean karga partzial

positiboak sortzen ditu eta taldea, erresonantziaz, elektroi-erakarlea da (-M).

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 82 —

+M -M

-O- -OCOR -NO2 -CHO

-S- -SR -CN -COR

-NR2 -SH -COOH -SO2R

-NHR -Br -CONH2 -SO2OR

-NH2 -I -CONHR -NO

-NHCOR -Cl -CONR2 -Ar

-OR -F -COOR

-OH

Efektu mesomeroa efektu induktiboa baino garrantzitsuagoa da. Efektu

mesomeroa, erresonantziaz, sistema osoan zehar hedatzen da. Ondorioz, distantzia

luzeagoetan nabaritzen da. Eraztun aromatiko batean, adibidez, bi talde baldin baditugu,

bata +M eta bestea –I, +M taldearen eragina garrantzitsuagoa izango da, eta, beraz,

eraztun aromatikoa negatiboki kargatuta egongo da. Horren salbuespena halogenoak

dira. +M eta –I taldeak dira horiek, baina, kasu horretan, halogenoen

elektronegatibotasuna hain handia denez, efektu induktiboa mesomeroa baino

garrantzitsuagoa da.

3.- MOLEKULEN ARTEKO INDARRAK

Ikusi dugunez, aipaturiko efektuen ondorioz, molekulen egituretan, karga

partzialak edo gune partzialki kargatuak agertzen dira. Polarizazio horiek konposatuen

propietate fisiko eta kimikoetan dute eragina. Propietate fisikoen artean, urtze-puntua,

irakite-puntua eta disolbagarritasuna dira propietate garrantzitsuenak.

1.- URTZE-PUNTUA. Konposatu batek egoera solidotik likidora pasatzeko lortu behar

duen tenperatura da. Urtzean, solidoari energia emanez (normalean, berotuz), solido-

egoeran dauden indarrak gainditzen dira.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 83 —

2.- IRAKITE-PUNTUA. Konposatu batek egoera likidotik gas fasera pasatzeko lortu

behar duen tenperatura da. Likido egoeran dauden indarrak gainditu behar dira, eta, hori

lortzeko, sistemari energia eman behar zaio (normalean beroa).

3.- DISOLBAGARRITASUNA. Disolbatzaileak konposatu bat disolbatzeko, bere

molekulak elkarrekin mantentzen dituen energia gainditu behar du. Disolbatzaile-solutu

elkarrekintzari solbatazio deritzo.

Propietate fisiko horiek molekulen arteko indarren menpe daude. Izan ere,

molekulen arteko indarrak zenbat eta handiagoak izan, altuagoak izango dira konposatu

baten irakite-puntua eta urtze-puntua. Disolbagarritasunari dagokionez, disolbatzaileak

molekulen arteko indarrak apurtu behar ditu. Disolbatzaileak elkarrekintza handiagoak

eratu behar ditu konposatuarekin; hau da, solutu-solutu indarrek, solutu-disolbatzaile

indarrek baino txikiagoak izan behar dute. Hori lortzeko, disolbatzailearen ezaugarriek

solutuaren antzekoak izan behar dute (antzekoak antzekoa disolbatzen du). Ondorioz,

konposatu polarrak disolbatzaile polarretan disolbatzen dira, eta konposatu apolarrak

disolbatzaile ez-polarretan.

Jarraian, konposatu organikoetan agertzen diren molekulen arteko indar

garrantzitsuenak aztertuko ditugu.

1.- DIPOLO-DIPOLO INDARRAK. Molekula polarren artean agertzen dira. Molekula

polar batek joera izango du bere gune positiboa ondoan duen molekularen gune

negatiboari hurbiltzeko. Hala, molekulen artean, elkarrekintza elektrostatikoa sortzen

da.

CH3 Fδ-δ+

CH3 Fδ-δ+

CH3 Fδ-δ+

+ - + -

+ -

Dipolo-dipolo indarrak lotura kobalenteak baino askoz ahulagoak dira (lotura

kobalentea: 30-100 kcal/mol eta D-D indarrak 1-3 kcal/mol). Dipolo-dipolo indar

garrantzitsuenak hidrogeno-zubiak dira. Hidrogeno atomo bat oso atomo

elektronegatibo batekin (F, Cl, Br, I, O, N) lotuta dagoenean sortzen da elkarrekintza

hori. X-H loturak polarizazio handia du, eta H-ren eta beste molekula baten atomo

elektronegatiboaren arteko elkarrekintza sendoa (3-10 kcal/mol) agertzen du. H-zubia

eratzeko, atomo elektronegatiboak elektroi bikote askea izan behar du. Molekularen

geometria egokia denean, molekula barnean era daitezke hidrogeno-zubiak.

4. gaia Lotura kimikoa konposatu organikoetan

— 84 —

H O

H

H O

HH N

HCH3

H N

HCH3

O OH

Molekula barneko H-zubia

Bizidunetan gertatzen diren erreakzio kimiko batzuetan, proteinek eta ADNa

bezalako egitura konplexuek parte hartzen dute. Erreakzio horietan lotura batzuk apurtu

behar dira, eta erraza suertatu behar da berriz eratzea. Hidrogeno-lotura da, hain zuzen

ere, hori baimentzeko energia egokia duen lotura mota bakarra.

Zuhaitz batzuen luzera handia ere hidrogeno-loturetatik dator. Zuhaitz horien

kasuan, ur-zutabe meheek sustraietatik orrietaraino igotzen dute. Zutabe horietan

hidrogeno-loturen bidez elkartuta daude ur molekulak, eta ur molekula bakoitzak

juntura moduan egiten du kohesio-katean. Orrian ur molekula bat lurruntzen denean,

katean dagoen beste ur molekula bat desplazatzen da eta haren tokia hartzen du. Hala,

kateko beste molekula guztiak bultzatuak izaten dira. Azkenik, sustraian ur molekula

berri bat lotzen zaio kateari.

2.- VAN DER WAALS INDARRAK. Molekulen arteko indar horiek molekula

guztietan agertzen dira. Aztertu dugun moduan, elektroiak ez dira puntu finko batean

kokatzen, orbitaletan baizik. Hori dela eta, hodei elektronikoa etengabe mugitzen ari da,

eta, horren ondorioz, molekulan momentu dipolar txikiak sortzen dira. Momentu

dipolarra izateak karga-banaketa dagoela adierazten du, eta, beraz, molekulen artean

elkarrekintza elektrostatikoa era daiteke. Van der Waals indarrak dipolo-dipolo indarrak

baino askoz ahulagoak dira, momentu dipolar horren magnitudea oso txikia delako.

Gainera, eragin hori nabaritzeko, molekulek elkar ukitzen egon behar dute; beraz, Van

der Waals indarren efektua garrantzitsuagoa da molekula handietan txikietan baino. Era

berean, geometria lineala duten molekuletan, konposatu adarkatuetan baino

garrantzitsuagoa da.

CH4P.m. = 16I.p. = -162ºC

CH3(CH2)4CH3P.m. = 86I.p. = 69ºC

CH3 CH

CH3

CH3

I.p. = -102ºC I.p. = 35ºCCH3(CH2)3CH3

P.m. = 58 P.m. = 72

5. GAIA

AZIDOTASUNA ETA BASIKOTASUNA

1.- Brönsted eta Lewis azidoak eta baseak

2.- Konposatu organikoen azidotasuna 2.1.- Azidotasuna aurresateko irizpideak

3.- Konposatu organikoen basikotasuna 3.1.- Basikotasuna aurresateko irizpideak

3.2.- Amiden basikotasuna vs aminen basikotasuna

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 86 —

1.- BRÖNSTED ETA LEWIS AZIDOAK ETA BASEAK

Azidoak edo baseak definitzeko bi teoria daude:

a) Brönsted teoria: azidoa da protoiak (H+) ematen dituen konposatua, eta basea da

protoiak hartzen dituen konposatua.

H2SO4 H+ + HSO4-

KOH K+ + H2OH+ +

b) Lewis teoria: azidoa da elektroi bikotea hartzen duen konposatua, eta basea, elektroi

bikotea ematen duena.

BF3+R O H R O H

BF3

Lewis teoria orokorragoa da; konposatu batek protoi bat ematen duenean,

elektroi bikotearekin geratzen da, eta, protoi bat hartzen duenean, elektroi bikotea

ematen dio protoiari berarekin lotura eratzeko.

Konposatu organikoen azidotasuna edo basikotasuna adierazteko, honako

definizio hauek erabiltzen dira:

AZIDOTASUNA: Brönsted teoria erabilita, azidotasuna da protoiak emateko ahalmena.

A + HA H

A- anioiaren egonkortasuna zenbat eta handiagoa izan, orduan eta azidoagoa izango da

AH konposatua. Hala, A- egiturarantz desplazatuko da oreka; beraz, AH konposatuak

ahalmen handia dauka protoiak emateko. A- anioiari azidoaren base konjokatua deritzo.

BASIKOTASUNA: Lewis teoria erabilita, elektroi bikoteen eskuragarritasuna da.

+ HB B H

+ HB B H

Elektroi bikotea zenbat eta eskuragarriagoa izan, orduan eta basikoagoa izango da B

konposatua. Elektroi bikotea oso eskuragarria bada, protoi batekin lotzeko joera handia

izango du eta oreka eskuinalderantz desplazatuko da. B-H espezieari basearen azido

konjokatua deritzo.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 87 —

2.- KONPOSATU ORGANIKOEN AZIDOTASUNA

2.1.- Azidotasuna aurresateko irizpideak

Konposatu organikoen egitura aztertuz, azidotasuna aurreikus daiteke. Era

berean, konposatu organikoak azidotasunaren arabera sailka daitezke, honako irizpide

hauei jarraituz:

a) Hidrogenoarekin lotutako atomoaren elektronegatibotasuna eta tamaina.

Hidrogenoarekin lotutako atomoaren elektronegatibotasuna zenbat eta handiagoa izan,

orduan eta azidoagoa da konposatua. Elektronegatibotasuna handitzean, atomoak hobeto

egokitzen du karga negatiboa; hau da, base konjokatua egonkorragoa da, eta oreka

eskuinalderantz desplazatuta egongo da. Tamainari dagokionez, atomo hori zenbat eta

handiagoa izan, orduan eta hobeki egokituko du karga negatiboa, eta azidoagoa izango

da konposatua.

H CH3 H NH2 H OH H F

H OR H SR H SeR

Elektronegatibotasuna 2.5 3 3.4 4

Tamaina

b) Erresonantzia-efektuak. Base konjokatuan agertzen den karga negatiboa

erresonantziaz ez-lekutzen bada, orduan eta azidoagoa izango da konposatua.

O CH3H

CH3O

O

H>

Beraz, azidotasun erlatiboa aurresateko, erresonantzia-egitura guztiak aztertu

behar dira; hau da, anioi horien egonkortasuna zein den ikusi behar da.

- Karga negatiboa zenbat eta atomo elektronegatibo gehiagoren artean banatuta

egon, orduan eta azidoagoa izango da.

O

O

H HCH3

O

H

H H

>H H

- Zenbat eta forma kanoniko gehiago, orduan eta azidoagoa izango da.

CH3

O

H3C

O

H HCH3

O

H

H H

>

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 88 —

c) Efektu induktiboak. Base konjokatuan agertzen den karga negatiboa efektu

induktiboen bidez egonkortzen bada, konposatua azidoagoa izango da. Efektu

induktiboek karga hori desegonkortzen badute, konposatuaren azidotasuna gutxitu

egiten da.

OH

H3C CH3

>H3CO

HF F

F OH

H H

FO

HH3C> >

d) Aromatikotasuna lortzen denean. Zenbait polieno ziklikok protoi bat ematen

dutenean, anioi aromatikoa sortzen da; hau da, eratutako base konjokatua eraztun

aromatikoa da. Kasu berezi horietan, oso handia da polieno horien azidotasuna.

H H H H H

H H

3.- KONPOSATU ORGANIKOEN BASIKOTASUNA

3.1.- Basikotasuna aurresateko irizpideak

Basikotasunak elektroi bikoteen eskuragarritasuna adierazten du. Beraz, kasu

horretan ere, konposatu organikoen egitura aztertuz, basikotasuna aurreikus daiteke. Era

berean, konposatu organikoak basikotasunaren arabera sailka daitezke honako irizpide

hauei jarraituz:

a) Elektroi bikote askea duen atomoaren elektronegatibotasuna eta tamaina.

Atomoaren elektronegatibotasuna zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta basikoagoa

izango da konposatua. Elektronegatibotasuna handitzean, sendoagoa izango da

atomoaren eta elektroien arteko lotura. Hau da, elektronegatibotasuna handitu ahala,

gutxitu egingo da elektroi bikotearen eskuragarritasuna. Tamainari dagokionez, atomoa

zenbat eta handiagoa izan, karga negatiboa egonkortuago egongo da eta zailago egongo

da eskuratzeko.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 89 —

b) Erresonantzia-efektua. Elektroi bikotea erresonantziaz ez-lekututa badago,

konposatuaren basikotasuna txikiagoa izango da, elektroi bikotea hain eskuragarri ez

dagoelako.

NH2

NH2>

c) Efektu induktiboa. Elektroi bikotea efektu induktiboen bidez ezegonkortzen bada,

konposatua basikoagoa izango da. Efektu induktiboek karga hori egonkortzen badute,

txikiagoa izango da konposatuaren basikotasuna.

NH2

H3C CH3>

H3CNH2

F F

F

R NH2R NH

RR N

R

RNH3 < < <

3.2.- Amiden basikotasuna vs aminen basikotasuna

Amidetan, nitrogenoaren gainean dagoen elektroi bikoteak karbonilo taldearekin

hartzen du parte erresonantzian. Hori dela eta, elektroi bikote hori ez dago batere

eskuragarri, eta oso baxua da amiden basikotasuna. Gainera, amidetan elektroi bikotea

ez-lekutzean, karga negatiboa atomo elektronegatibo batean, oxigenoan, kokatzen da,

eta erresonantzia-egitura egonkorrak eratzen ditu.

Beraz, amidek, aminekin konparatuz gero, basikotasun baxuagoa dute.

6. GAIA

ESTEREOISOMERIA

1.- Isomeria konposatu organikoetan 1.1.- Isomeria motak

1.1.- Hiru dimentsioko molekulen irudikapena

2.- Isomero konfigurazionalak 2.1.- Kiralitatea eta molekulen simetria

2.1.1.- Enantiomeroen ezaugarriak. Aktibitate optikoa

2.2.- Zentro estereogenikoak izendatzeko ereduak

2.2.1.- D/L hitzarmena

2.2.2.- Cahn-Ingold-Prelog (CIP) hitzarmena

2.3.- Bi zentro estereogeniko dauzkaten konposatuak

2.3.1.- Isomeroen arteko erlazioa

2.3.2.- eritro/treo hitzarmena

2.3.3.- meso konposatuak

3.- Isomeria geometrikoa 3.1.- E/Z eta cis/trans hitzarmena

4.- Zenbait konposatu ziklikoren isomeria 4.1.- Ziklohexanoa

5.- Nahaste errazemikoen erresoluzioa

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 92 —

1.- ISOMERIA, KONPOSATU ORGANIKOETAN

1.1.- Isomeria motak

Isomeroak dira formula molekular bera baina egitura desberdina duten

konposatuak. Horiek bi multzotan sailkatzen dira: isomero konstituzionalak eta isomero

konfigurazionalak. Isomero konstituzionalak dira atomoen arteko lotura-ordena eta

izaera desberdina dituzten konposatuak, eta isomero konfigurazionalak, berriz, osaketa

bera izanik, hiru dimentsioko atomoen kokapen desberdina duten konposatuak.

• Hiru isomero konstituzional mota daude:

- Kate isomeroak: kate hidrokarbonatu desberdina duten isomeroak.

CH3 CH2 CH2 CH3

n-butanoa

CH3 CH CH3

metilpropanoa

CH3

- Funtzio- isomeroak: funtzio taldean desberdintzen diren isomeroak.

CH3 CH2 CH2 CH2

n-butanola

OH CH3 CH2 O CH2

dietil eterra

CH3

- Leku isomeroak: funtzio taldearen kokapenean bereizten diren isomeroak.

CH3 CH2 CH2 C

2-pentanona

CH3 CH3 CH2 C CH2

3-pentanona

CH3

O O

Isomero konstituzionalek ezaugarri kimiko eta fisiko desberdinak dituzte, eta

isomero horien nahaste batetik abiatuz, erraza da isomeroak banatzea teknika

ezberdinak erabiliz (destilazioa, kristalizazioa, kromatografia, eta abar).

• Isomero konfigurazionalak edo estereoisomeroak dira atomoen hiru dimentsiotako

kokapenean bereizten diren isomeroak. Bi mota daude:

- Enantiomeroak: ispilu-irudi gainezarrezinak diren isomero konfigurazionalak;

karbonoak lau ordezkatzaile desberdin dituenean bi enantiomero ager daitezke.

F

C

ClBr

H

F

C

Cl Br

H

- Diastereoisomeroak: enantiomeroak ez diren estereoisomeroak.

H3C

H CH3

H H

H3C CH3

H

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 93 —

1.2.- Hiru dimentsioko molekulak irudikatzea

Karbonoaren egitura tetraedrikoa denez, hiru dimentsioko egitura dute

konposatu organikoek. Hori paperean adierazteko, zenbait irudikapen mota dago:

• Marra lodien eta ebakien bitartez (perspektiban). Sistema honetan, planoan

(paperean) dauden ordezkatzaileak marra arrunten bitartez adierazten dira. Planoaren

atzealderantz doazen loturak marra ebakien bitartez irudikatzen dira, eta paperaren

planoaren aurrealderantz zuzendutakoak marra lodien bitartez.

F

CCl

Br

H

F

CCl

Br

H

• Fischer-en proiekzioa. Karbono tetraedrikoa gurutze moduan irudikatzen da,

karbonoa erdiko gunean kokatuz. Marra horizontalek begiralearengana zuzenduriko

loturak adierazten dituzte, eta marra bertikalek, begiralearengandik urruntzen

direnak. Kate karbonatua beti bertikalean kokatzen da; karbono oxidatuena goian

kokatzen da.

COOH

CCH3H2N

H

COOH

C

CH3

H NH2

COOH

C

CH3

H NH2

karbonooxidatuena

• Newman-en proiekzioa. Molekula C-C ardatz baten arabera begiratzen da; aurreko

karbonoak atzekoa estaltzen du. Proiektatutako bi karbonoak bereizteko, aurrekoa

puntu bat balitz bezala adierazten da, eta atzekoa, zirkulu bat balitz bezala.

OH

C C

H2N

H

HCl

OH OH

Cl HOH

NH2H

Hala ere, informatika garatu ahala, eredu berriak agertuz doaz konposatu

organikoen hiru dimentsioko egitura irudikatzeko. Ondorengo eskeman, alaninaren

egitura adierazten duten eredu erabilienak adierazten dira.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 94 —

Esfera eta makilakLotura zilindrikoakCOOH

CCH3H

H2N

Espazioa betetzekoa Molekula-hezurdura

2.- ISOMERO KONFIGURAZIONALAK

2.1.- Kiraltasuna eta molekulen simetria

Aipatu dugun moduan, enantiomeroak ispilu-irudi gainezarrezinak diren bi

konposatu dira. Konposatu batek enantiomero bat duenean, konposatua kirala dela

esaten da. Definizio hori askoz zabalagoa da. Izan ere, edozein gauza eta haren ispilu-

irudia gainezarrezinak badira, kirala dela esaten da. Eskuak, adibidez, ispilu-irudi

gainezarrezinak dira, beraz, eskuak kiralak dira. Molekula organikoetan, definizio hori

aplika daiteke, eta kiralak dira propietate hori betetzen duten molekulak.

Zein baldintza bete behar ditu molekula batek kirala izateko? Molekularen

simetria eta kiraltasuna erlazionatuta daude. Izan ere, molekula kiralek ez dute simetria-

elementurik, eta, beraz, molekula batek simetria-elementuren bat badu, hala nola,

simetria planoa edo inbertsio zentroa, ez da kirala izango. Hori betetzen da karbono

tetraedrikoan lau ordezkatzaile ezberdin daudenean. Kasu horretan, esaten da karbono

estereogenikoa edo zentro estereogenikoa dugula.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 95 —

H

CF

HO

H3C

H

CF

H3C

H3C

C, F eta H atomoek osatutakosimetria planoa

EZ KIRALAKIRALA

CH3H3CCH3

CH3

HH

EZ KIRALA

C-estereogenikoa

C-estereogenikoa

2.1.1.- Enantiomeroen ezaugarriak. Aktibitate optikoa

Konposatu kirala dugunean, bi enantiomero era daitezke. Enantiomeroen

ezaugarri fisiko guztiak (irakite-puntua, urtze-puntua, polaritatea, disolbagarritasuna,

infragorri-espektroa, eta abar) berdinak dira. Beraz, oso zaila da bi enantiomeroak

bereiztea. Izan ere, ezberdintasun bakarra argi polarizatuaren aurrean duten portaeran

datza. Argi arrunta eremu elektromagnetikoan oszilatzen duen uhin batez osatuta dago,

eta hedatze-norabidearekiko plano perpendikular posible guztietan oszilatzen du uhin

horrek; baina, argi polarizatuaren kasuan, oszilazioa plano bakar batean gertatzen da.

Argi arruntaEremu elektromagnetikoaren

oszilazioa plano guztietan

Argi polarizatuaEremu elektromagnetikoarenoszilazioa plano bakar batean

Konposatu kiral puru batean zehar polarizatutako argia pasarazten badugu,

argiaren planoak norabide batera biratzen du (ezkerrera edo eskuinera), magnitude jakin

batez. Fenomeno horri aktibitate optikoa deritzo. Honako irudi honetan adierazten da

aktibitate optikoa neurtzeko erabiltzen den tresnaren (polarimetroaren) oinarria.

Sodiozkolanpara

αααααααα

Nicolprisma

Argipolarizatuaplanoberean

Laginerakozelula

Argipolarizatuaplanobiratuan

Analizatzailea

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 96 —

Frekuentzia jakin bateko argia lortzeko, sodiozko lanpara (λ=540nm) kokatzen

da. Lanpara horrek polarizatu gabeko argia igortzen du eta nicol prisma izeneko

materialetik pasarazten da. Nicol prisma horrek argia absorbatzen du, eta plano batean

oszilatzen duen argi polarizatuari bakarrik uzten dio pasatzen. Ondoren, disolbaturik

dagoen zelula batetik pasatzen da konposatu kirala, argi polarizatu hori. Hala, angelu

zehatz batean (α) desbideratzen da argi polarizatuaren oszilazio-planoa. Analizatzaile

baten bidez neurtzen da angelu hori. Neurtutako angelu horri errotazio optikoa deritzo.

Neurtutako α angelua hainbat elementuren mendekoa da, besteak beste:

laginaren kontzentrazioa, lagin-hodiaren luzera, argiaren uhin-luzera, disolbatzailea,

tenperatura eta abar. Balio konstantea erabiltzearren, errotazio espezifikoa definitzen da.

[α]λtºC = α / (1 x c)

t(ºC) = tenperatura, ºC-tan λ = argiaren uhin-luzera. Sodioaren argia denez, D ikurra erabiltzen da. α = polarimetroan neurtutako angelua, gradutan. l = lagin-hodiaren luzera, dm-tan. c = laginaren disoluzioaren kontzentrazioa, g/mL-tan.

Errotazio espezifikoa edozein molekula kiralen ezaugarria da.

COOH

CCH3H2N

H

l-ALANINA edo (-)-ALANINA

[α]D20 = -14.2

Errotazio espezifikoaren zeinua positiboa edo negatiboa izaten da. Zeinu horrek

adierazten du argi polarizatua norantz desbideratzen den. Planoa ezkerrerantz

desbideratzen bada, errotazio espezifikoa (-) zeinuaz adierazten da, eta esaten da

konposatua lebogiroa dela. Konposatuak argi polarizatua eskuinalderantz desbideratzen

badu, (+) zeinuaz adierazten da, eta dextrogiroa dela esaten da. Kiraltasuna

nomenklaturan ere adierazten da eta izenaren aurrean (-)- edo (+)- zeinua idazten da.

Era berean, d eta l hitzak dextrogiroa edo lebogiroa adierazteko erabil daitezke.

Bi enantiomeroen ezugarri garrantzitsua zera da: errotazio espezifiko bera baina

zeinu kontrakoa dutela. Hau da, konposatu kiral puru batek angelu zehatz batean

desbideratzen badu argi polarizatuaren planoa, haren enantiomeroak (haren ispilu-

irudiak), magnitude berean baina kontrako noranzkoan desbideratuko du argi

polarizatuaren planoa.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 97 —

COOH

CCH3H2N

H

(+)-ALANINA

[a]D20 = +14.2

COOH

CH3C NH2

H

(-)-ALANINA

[a]D20 = -14.2

Bi enantiomeroen nahaste ekimolekularrak ez du argi polarizatuaren planoa

desbideratzen, nahiz eta enantiomero bakoitza optikoki aktiboa izan. Nahaste horiei

nahaste errazemikoak deritze. Enantiomeroen ezaugarri fisiko guztiak, aktibitate

optikoa izan ezik, berdinak direnez, oso zaila da enantiomeroak bereiztea. Nahaste

errazemikoa dugula adierazteko, izenaren aurrean (±)- zeinuak edo (dl)- ikurrak jartzen

dira.

Bestalde, nahiz eta ezaugarri fisikoak berdinak izan, naturan eta sistema

biologikoetan, enantiomeroek eragin eta aktibitate desberdinak izan ditzakete. Izan ere,

naturan, konposatu kiralak enantiomero bakar eran agertzen dira gehienetan. Proteinak

osatzen dituzten aminoazidoak, adibidez, (l) isomeroak dira, azukreak (d) isomeroak,

eta abar.

Carvona

Menta-zaporea Alcaravea landarehaziaren zaporea

Dopa

Parkinson gaixotasunarenkontrako sendagaia

Aktibitaterik eztoxikoa

HO

HO CO2H

NH2HO

HO CO2H

NH2O O

O

HO

H H

O

OH

HH

Estrona

Sexu-hormona Aktibitaterik ez

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 98 —

2.2.- Zentro estereogenikoak izendatzeko ereduak

Aurreko atalean aipatutako errotazio espezifikoak ez digu informaziorik ematen

hiru dimentsioko konposatuaren egiturari buruz. Beraz, konposatu baten izena emanda,

haren hiru dimentsioko egitura ezagutzeko aukera ematen duen sistema behar da.

Enantiomeroak izendatzeko, bi sistema daude. Horietan, zentro estereogenikoen

konfigurazio absolutua adierazten da, hau da, karbonoen ordezkatzaileen hiru

dimentsioko antolamendua.

2.2.1.- D/L hitzarmena

D/L hitzarmenean, Fischer proiekzioa erabiltzen da. Konposatu kiralaren zentro

estereogenikoa oinarri moduan hartuta, dagokion Fischer proiekzioa marrazten da.

Horizontalean kokatzen diren ordezkatzaileak zenbaki atomikoaren arabera sailkatzen

dira; lehentasuna duen ordezkatzailea eskuinean geratzen bada, D- ikurra jartzen zaio,

eta, ezkerrean geratzen bada, berriz, L- ikurra. Ikur horiek ez dute zerikusirik errotazio

espezifikoaren ikurrari dagozkion l- eta d- (lebogiro eta dextrogiro) ikurrekin, nahiz eta

batzuetan ikur horiek bat datozen. L-glizeraldehidoa, adibidez, lebogiroa da, eta D-

glizeraldehidoa, dextrogiroa.

COOH

C

CH3H

H2N3

4

1

2

NH2 ezkerrean(L)

(+)-ALANINAL-(+)-Alanina

CH2N H

COOH

CH3

H2N H

COOH

CH3

12

kate hidrokarbonatua bertikaleankarbono oxidatuena goiko loturan

2.2.2.- Cahn-Ingold-Prelog (CIP) hitzarmena

Hitzarmen horren arabera, zentro estereogenikoaren ordezkatzaileak zenbaki

atomikoaren arabera sailkatzen dira; zenbaki atomiko handieneko atomoak du

lehentasuna. Jarraian, molekularen proiekzioa marrazten da, ahalik eta urrunen kokatuz

lehentasun txikieneko atomoa. Ondoren, 1. taldetik abiatuz 3. taldera doan gezi

zirkularra marrazten da, 2. taldetik pasatuz. Geziaren noranzkoa erloju-orratzena bada,

R hizkia ematen zaio molekulari; erloju-orratzen kontra badoa, berriz, S hizkia

egokitzen zaio.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 99 —

I

CH

Br

Cl

1

C4

2

343

2

11

C2

3

4

1

C

3 2

Erloju-orratzen noranzkoa(R)

Bromoiodoklorometanoa

(R)-bromoiodoklorometanoa

Adibidean aztertutako konposatu organiko konplexuagoetan lehentasuna

ezartzeko, honako arau hauei jarraitzen zaie:

1.- Zenbaki atomikoa.

2.- Zenbaki atomikoa berdina bada, pisu atomikoa aztertzen da (D > H).

I

CH

D

Cl

1

C4

3

243

2

11

C3

2

4

1

C

2 3

Erloju-orratzen kontra(S)

3.- Karbono estereogenikoari lotutako atomoak berdinak badira, kontuan hartzen dira

haiei lotutako atomoak. Ordezkatzaileen artean desberdintasunik ez badago,

hurrengo atomoak aztertu behar dira.

COOH

CCH3H2N

H

2

C3

1

434

1

2

2

C

1 3

Erloju-orratzen noranzkoan(R)

(-)-ALANINA(R)-(-)-Alanina

CH2CH3

CCH2CH2OH

CH3CH2CH2

H

3

C1

2

4

3

4

12

3

C

2 1

Erloju-orratzen noranzkoan(R)

4.- Lotura bikoitza atomoen arteko bi lotura sinpletzat hartzen da, eta lotura hirukoitza,

berriz, hiru lotura sinpletzat.

C C C CC C

C O C OO C

C C C CC

C

C

C

5.- Konstituzio bera baina konfigurazio desberdina duten ordezkatzaileen kasuan, cis

alkenoak du lehentasuna trans alkenoaren aurrean, eta R estereozentroak, S

zentroaren aurrean.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 100 —

CIP hitzarmena aplikatzeko, Fischer proiekzioa ere erabil daiteke honako

irizpide hauei jarraituz:

1.- Konposatuaren Fischer proiekzio zuzena marraztu behar da.

2.- Ordezkatzaileak lehentasunaren arabera sailkatu behar dira.

3.- Lehentasun txikieneko ordezkatzailea bertikalean kokatu behar da. Hori egiteko,

ordezkatzaileak elkarren artean truka daitezke.

1

3

4 2

2

4

3 1 ISOMERO BERA

1

3

4 2

1

4

3 2 KONTRAKO ENANTIOMEROA

5.- 1 → 2 → 3 gezia marraztu eta erloju-orratzen noranzkoan badoa, R konfigurazio

absolutua izango dugu, eta alderantziz bada, S konfigurazioa.

2.3.- Bi zentro estereogeniko dauzkaten konposatuak

Bi zentro estereogeniko dituzten molekulak aztertzeko, 2,3-dikloropentanoa

hartuko dugu eredutzat.

2,3-dikloropentanoak bi zentro estereogeniko dituenez, lau isomero ager

daitezke horietako bakoitzaren konfigurazioa aldatuz. Adibide horretan, A eta B

isomeroak enantiomero bikoteak dira; gauza bera esan dezakegu C eta D isomeroei

dagokienez. Bestalde, A eta C edo A eta D ispilu-irudia ez diren isomero

konfigurazionalak dira, hau da, diastereoisomeroak. Gauza bera gertatzen da B eta C

edo B eta D isomeroen artean.

ClH

HCl

Et

Me

HCl

ClH

Et

Me

HCl

HCl

Et

Me

ClH

ClH

Et

Me

A B C D

Erlazio horiek hobeto ikusteko, isomero bakoitzak dituen zentro estereogenikoen

konfigurazio absolutuak konpara daitezke:

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 101 —

ClH

HCl

Et

Me

HCl

ClH

Et

Me

HCl

HCl

Et

Me

ClH

ClH

Et

Me

A B C D

(2S,3S) (2R,3R) (2R,3S) (2S,3R)

enantiomeroak enantiomeroakdiastereoisomeroak

diastereoisomeroak diastereoisomeroak

Bi zentro estereogeniko dituzten konposatuetan, epimeroak deritze zentro bakar

baten konfigurazioan desberdintzen diren isomero konfigurazionalei.

2.3.2.- eritro/treo hitzarmena

Hitzarmen hori aplikatzeko, normalean, Fischer proiekzioak erabiltzen dira.

ClH

HCl

Et

Me

HCl

ClH

Et

Me

HCl

HCl

Et

Me

ClH

ClH

Et

Me

A B C D

(2S,3S) (2R,3R) (2R,3S) (2S,3R)

Me

Et

H Cl

Cl H

Me

Et

Cl H

H Cl

Me

Et

Cl H

Cl H

Me

Et

H Cl

H Cl

Eritro/treo hitzarmenaren arabera, molekula batzuen konfigurazio erlatiboa

adierazten da. Fischer proiekzioan, zentro estereogenikoei dagokien lehentasun

handieneko bi taldeak kate hidrokarbonatuaren alde berean kokatzen direnean, eritro

isomeroa dela esaten da, eta, kontrako aldean kokatzen direnean, treo isomeroa.

Hitzarmen horrek konfigurazio erlatiboa adierazten du, eta ez konfigurazio absolutua;

hau da, taldeen arteko kokapen espazial erlatiboa (bata bestearen aurrean) baina ez

kokapen absolutua (hiru dimentsioko espazioan kokatzen diren leku finkoa). Beraz,

hitzarmenaren arabera, A eta B enantiomero bikotea treo isomeroa da, eta C eta D

enantiomero bikotea eritro isomeroa.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 102 —

2.3.3.- meso konposatuak

Bi zentro estereogeniko direnean eta bien ordezkatzaileak berdinak direnean,

meso konposatua agertzen da. Hori aztertzeko, 2,3-butanodiolaren kasua erabiliko dugu

eredu gisa.

HOH

HOH

Me

Me

HHO

OHH

Me

Me

HHO

HOH

Me

Me

HOH

OHH

Me

Me

A B C D

Me

Me

H OH

HO H

Me

Me

HO H

H OH

Me

Me

HO H

HO H

Me

Me

H OH

H OH

(2S,3S) (2R,3R) (2R,3S) (2S,3R)

Kasu horretan, A eta B enantiomeroak dira, baina C eta D egitura

gainezargarriak dira. Beraz, guztira, hiru isomero daude, A, B eta C. C konposatuak

simetria-plano bat dauka; beraz, ez da kirala, nahiz eta bi zentro estereogeniko eduki.

Isomero horri meso isomeroa esaten zaio.

Edozein konposaturen isomero konfigurazionalen gehieneko kopurua 2n da, non

n zentro estereogenikoen kopurua baita.

3.- ISOMERO GEOMETRIKOAK

Alkenoen kasuan, C=C lotura bikoitzaren inguruko biraketa debekatuta

dagoenez, isomero geometriko izeneko isomeroak agertzen dira. Horiek isomero

konfigurazionalak dira, eta, ispilu-irudi gainezarrezinak ez direnez, diastereoisomeroak

dira.

C C

H3C

H

CH3

H

C C

H3C

H

H

CH3ISOMEROGEOMETRIKOAK

(DIASTEREOISOMEROAK)

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 103 —

3.1.- E/Z eta cis/trans hitzarmena

Isomero geometrikoak izendatzeko, E/Z eta cis/trans hitzarmena erabiltzen da.

C=C lotura bikoitzaren bi karbonoetan bi ordezkatzaile berdinak daudenean,

cis/trans hitzarmena aplika daiteke. Ordezkatzaile horiek alde berean daudenean cis-

isomeroa dugu, eta, kontrako aldean daudenean, berriz, trans- isomeroa.

C C

Me

H

Ph

H

C C

Me

H

H

Ph

cis trans

C=C loturaren bi alboetan ordezkatzaile ezberdinak daudenean ezin da

hitzarmen hori aplikatu. Kasu horietan, E/Z hitzarmena erabiltzen da. Hitzarmen horren

arabera, lehentasunaren arabera sailkatzen dira CIP arauari jarraituz C=C loturan parte

hartzen duten karbonoen ordezkatzaileak. Beraz, lehentasun handieneko bi

ordezkatzaileak lotura bikoitzaren alde berean kokatzen direnean, Z isomeroa dugula

esaten da (Z: zusammen, alemanieraz: elkarrekin) eta kontrako aldean daudenean E

isomeroa (E: entgegen, kontrakoa).

C C

Me

H

Ph

Br

E-1-bromo-1-fenil-1-propenoa

4.- ZENBAIT KONPOSATU ZIKLIKOREN ISOMERIA

Jarraian, zenbait sistema ziklikoren egoera aztertuko dugu, isomeria

konfigurazionalaren ikuspuntutik.

4.1.- Ziklohexanoa

a) 1,4-diordezkatua. Kasu horretan, simetria-plano bat dago molekulan eta konposatua

ez da kirala. Syn edo anti konfigurazio erlatiboa duten bi diastereoisomero bakarrik ager

daitezke. Kasu horretan, cis/trans hitzarmena ere erabil daiteke.

Me

OH

Me

OH

cis edo syn trans edo anti

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 104 —

b) 1,3-diordezkatua. Kasu horretan, bi egoera aztertu behar dira; ordezkatzaileak

berdinak direnean edo desberdinak direnean.

Me

OH

Me

OH

Me

OH

Me

OH

1S,3R

3

1

1S,3S1R,3R1R,3S

cis: enantiomero-bikotea trans: enantiomero-bikotea

DIASTEREOISOMEROAK

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

1S,3R

1

1

1S,3S1R,3R1R,3S

cis: konposatu bakarra(ez kirala: meso)

trans: enantiomero-bikotea

DIASTEREOISOMEROAK

ORDEZKATZAILE DESBERDINAK

ORDEZKATZAILE BERDINAK

5.- NAHASTE ERRAZEMIKOAK BEREIZTEA

Nahaste errazemikoa osatzen duten enantiomeroak banatzea oso zaila da,

ezaugarri fisiko eta kimiko guztiak, errotazio optikoa izan ezik, berdinak direlako.

Diasteroisomeroen ezaugarri fisikoak, ordea, ez dira berdinak, eta ohiko metodoak

erabil daitezke diastereoisomeroak bereizteko.

Adibide moduan, azido tartarikoaren isomero bakoitzaren ezaugarriak adierazten dira:

[α]D20 Urtze-puntua

(ºC) Dentsitatea (g/mL)

(2R,3R)-(+) + 12.0 168-170 1.7598

(2S,3S)-(-) - 12.0 168-170 1.7598

(2R,3S)-(meso) 0 146-148 1.6666

Nahaste errazemikoa 0 205 1.788

Hala ere, nahaste errazemiko batetik hasita enantiomero puruak isolatzeko,

badago zenbait metodo. Isolatze prozesu horri bereizte edo erresoluzio deritzo.

5. gaia Azidotasuna eta basikotasuna

— 105 —

Erresoluzioa egiteko prozesu gehienek diastereoisomero bihurtzen dituzte

enantiomeroak. XR eta XS enantiomero bikotez osatutako nahaste errazemiko batetik

hasita. YR erreaktibo kiralarekin, adibidez, erreakzionarazten da enantiomerikoki puruak

diren produktuak lortzeko. Hala, enantiomero bikotea diastereoisomero bikote bihurtzen

da (XR-YR eta XS-YR). Diasterereoisomeroen ezaugarri fisiko-kimikoak desberdinak

direnez, horiek bereiz daitezke, eta, banatuta ditugularik, XR eta XS enantiomero puruak

lortzen dira.

XR + XS

Nahasteerrazemikoa

YRXR YR

XS YR

Diastereoisomeroen nahastea

XR YR

XS YR

XR

XS

Lortutako produktuaren purutasun optikoa kalkulatzeko, honako adierazpen hau

erabiltzen da:

% P.O. =[α]D

20 behatuta

[α]D20 teorikoa

x 100

Horrek adierazten du enantiomero bat dugunean beste enantiomeroaz zein

mailaraino kutsatuta dagoen.

Enantiomeria-gaindikin kontzeptua ere horrekin erlazionatuta dago. Horrek

adierazten du enantiomeroen nahaste batean enantiomero batek beste

enantiomeroarekiko duen gaindikina.

% ee =[R] - [S]

x 100[R] + [S]

7. GAIA

KONFORMAZIOAK

1.- Sarrera

2.- Alkanoen analisi konformazionala 2.1.- Alkano aziklikoen analisi konformazionala

2.1.1.- Etanoaren analisi konformazionala

2.1.2.- Butanoaren analisi konformazionala

2.2.- Zikloalkanoen analisi konformazionala

2.2.1.- Ziklohexanoaren analisi konformazionala

2.2.2.- Beste alkano ziklikoen analisi konformazionala

3.- Azukreen konformazioak eta efektu anomerikoa

3.1.- Molekula barneko hemiazetalak

7. gaia Konformazioak

— 108 —

1.- SARRERA

Konposatu baten egitura zehazteko, konstituzioa eta estereoisomeria zehaztu

behar da, hots, atomoen egitura espaziala.

Estereoisomeroek, konstituzio bera dute, baina atomoen kokapen espaziala

desberdina da. Bi motatako estereoisomeroak daude: isomero konformazioanalak eta

isomero konfigurazionalak.

2.- ALKANOEN ANALISI KONFORMAZIONALA

Alkanoetan C-C lotura sinplearen inguruko biraketa egitean, hiru dimentsioko

atomoen antolamendu berriak sortzen dira; hau da, konformazio ezberdinak eratzen

dira. Isomero konformazional horiek ezin dira bereizi, giro-tenperaturan biraketa

askearen ondorioz bata bestea bihurtzen delako.

2.1.- Alkano aziklikoen analisi konformazionala

2.1.1.- Etanoaren analisi konformazionala

Etanoaren molekularen kasuan, 60º-ko biraketa eginez, bi muga-konformazio

ateratzen dira. Txandakatua eta eklipsatua deritze horiei. Bi muga-konformazio horien

artean posible diren egitura kopurua infinitua da, eta biraketa-angelua 0º eta 60º-en

artean dago. Beste konformazio horiei zeharkako konformazioak deritze.

C C

HH

HH

H

H

C C

HH

H

H

H

H

60º

TXANDAKATUA EKLIPSATUA

H

H H

H

HHHH

HH

HH

Konformazio txandakatuan, hidrogeno atomoak ahalik eta urrunen kokatzen dira

bata bestetik. Konformazio eklipsatuan, berriz, hidrogenoak ahalik eta hurbilen daude.

Ondorioz, konformazio eklipsatuan, C-H loturen elektroien arteko aldarapenak

handiagoak direnez, bi konformazio horien energia ezberdina da. Aldarapen-indar horri

bihurdura-tentsio deritzo, eta konformazio eklipsatuetan bakarrik agertzen da. Beraz,

konformazio txandakatua eklipsatua baino egonkorragoa da. Hala ere, konformazio

horien arteko energia-aldea oso txikia da (3 kcal/mol), eta, giro-tenperaturan, etengabe

7. gaia Konformazioak

— 109 —

gertatzen ari da C-C loturaren inguruko biraketa; ondorioz, konformazioek elkar

bihurtzen dute.

Portaera hori kuantitatiboki adierazteko, etanoaren analisi konformazionala

aztertu behar da. Horretarako, konformazio bakoitzaren energia atomoen arteko angelu

diedroaren aurrean irudikatzen da.

60º

H2H3

H1H

HH

ω = 0º

60º

H2

H3 H1H

HH

ω

60º

H1H2

H3H

HH

H1

H2 H3H

HH

60º

60º

H3H1

H2H

HHH3

H1 H2H

HH

60º

ω = 60º ω = 120

ω = 180ºω = 240ºω = 300º

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º

Eklipsatua

txandakatua

∆E

Ekcal/mol

Bihurdura-angelua (ω)

2.1.2.- Butanoaren analisi konformazionala

Kasu horretan, sei muga-konformazio desberdin daude; sei txandakatuak eta sei

eklipsatuak.

7. gaia Konformazioak

— 110 —

60º

HH

CH3

CH3

HH

ω = 0º

60º

H

H CH3

CH3

HH

60º

CH3H

HCH3

HH

CH3

H H

CH3

HH

60º

60º

HH3C

HCH3

HHH

H3C H

CH3

HH

60º

ω = 60º ω = 120

ω = 180ºω = 240ºω = 300º

EKLIPSATUASINPERIPLANARRA

TXANDAKATUASINKLINALA

EKLIPSATUAANTIKLINALA

TXANDAKATUASINKLINALA

EKLIPSATUAANTIKLINALA

TXANDAKATUAANTIPERIPLANARRA

gaucheelkarrekintza

gaucheelkarrekintza

Butanoaren kasuan, hiru konformazio txandakatu sortzen dira. Konformazio

sinklinaletan, metilo taldeek 60º-ko angelua osatzen dute; talde horiek beren artean

bolumena betetzen dutenez, gauche izeneko aldarapen-elkarrekintza dago horien artean.

Aldarapen esterikoa da elkarrekintza hori. Konformazio antiperiplanarrean, berriz,

elkarrekintza hori ez da agertzen, eta, ondorioz, konformazio antiperiplanarra

sinklinalak baino egonkorragoa da.

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º

txandakatua

Ekcal/mol

Bihurdura-angelua (ω)

∆E=2.9∆E=3.6

∆E=0.9

∆E=3.8

∆E=4.5

7. gaia Konformazioak

— 111 —

Honako taula honetan, konformazio horietan agertzen diren elkarrekintza

guztiak eta bakoitzari dagokion batez besteko energia azaltzen da.

Elkarrekintza Elkarrekintza mota Energia (Kcal/mol)

H-H eklipsatuak Bihurdura-tentsioa 1,0

H-CH3 eklipsatuak Bihurdura-tentsioa 1,4

CH3-CH3 eklipsatuak Bihurdura-tentsioa 2,5

CH3-CH3 gauche Tentsio esterikoa 0,9

2.2.- Alkano ziklikoen analisi konformazionala

Alkano ziklikoek ez dute hiru dimentsioko egitura laua. Sistema ziklikoetan,

beste tentsio edo aldarapen-indar berri bat sortzen da, sp3 hibridazioari dagokion 109º-

ko angelua ez delako mantentzen. Hibridazioaren angelua ez betetzeak tentsio

angeluarra dakar. Beraz, sistema ziklikoen analisi konformazionala egiteko, kontuan

hartu behar dira tentsio angeluarra, bihurdura-tentsioa eta tentsio esterikoak.

2.2.1.- Ziklohexanoaren analisi konformazionala

Tentsio angeluarra dela eta, ziklohexanoa tolestu egiten da, eta, hala,

ziklohexanoaren bi muga-konformazio ditugu: aulkia eta txalupa.

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

H

H

H

H

H

HH

HH

HH

HH

HH

H H

HH

H

AULKIATXALUPA

Aulki-konformazioan ez dago tentsio angeluarrik, ezta bihurdura-tentsiorik ere.

Txalupa-konformazioan, berriz, nahiz eta tentsio angeluarrik ez egon, badago

bihurdura-tentsiorik, konformazio eklipsatua delako. Beraz, aulki-konformazioa txalupa

baino egonkorragoa da.

Bi konformazio horiek elkar bihurtzen dute, eta erdi-aulkia izeneko konformazio

batetik pasatzen da.

7. gaia Konformazioak

— 112 —

Aulkia

Ekcal/mol

∆E= 10.8

∆E= 5.5

∆E= 4.5

txalupa

Aulkia

aulkia erdi aulkia txalupa erdi aulkia aulkia

erdi aulkia erdi aulkia

Konformazioak

Aulki-konformazioan, C-H lotura mota bi daude. 6 C-H lotura molekularen

planoarekiko norabide perpendikularrean daude. Ardatz-loturak edo lotura axialak

deritze horiei. Gainerako 6 C-H loturak plano desberdinetan kokatuta daude eta

ekuatore-loturak edo lotura ekuatorialak deritze.

Hax

Hek

Hax

Hek

Hek

Hax

Hax

Hek

Hax

Hek

Hax

Hek

Hax

Hek

Hax

HekHax

Hek

Hax

Hek

i) Ziklohexano mono-ordezkatuak. Metilziklohexanoaren analisi konformazionala

egiterakoan, bi aulki-konformazio agertzen dira. Bietako batek ekuatore-loturan du

metilo taldea, eta besteak, berriz, ardatz-lotura batean. Bi aulki-konformazio horiek

elkar bihurtzen dute, eta dagokion txalupa-konformaziotik pasatzen da.

7. gaia Konformazioak

— 113 —

H

H

H

CH3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

CH3

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

CH3

H

H

H

AULKIAMe ekuatoriala

AULKIAMe axiala

TXALUPA

H

HH

HH

CH3H

HH

CH3H

HH

HH

H

H

HH

HCH3

CH3

H

H

Bi aulki horien egonkortasun erlatiboa aztertzeko, kasu bakoitzean dauden

tentsioak aztertu behar dira. Newman proiekzioetan ikusten den moduan, metilo axiala

dugunean, gauche elkarrekintza agertzen da metilo taldearen eta zikloaren metileno

taldearen artean. Metilo hori ekuatore-loturan kokatzen denean, berriz, ez da agertzen

horrelako elkarrekintzarik.

Aipatutakoa beste ziklohexano ordezkatuen kasuetan aplika daiteke. Hala,

ordezkatzailea ekuatore-loturan duen aulkia da konformazio egonkorrena. Zenbat eta

ordezkatzailea handiagoa izan, orduan eta joera handiagoa izango du ekuatorean

kokatzeko.

ii) Ziklohexano diordezkatuak. Konposatu horietan, mono-ordezkatuetan aipatutakoa

betetzen da. Salbuespen moduan, hidrogeno-loturen bidez egonkortzen diren txalupa-

konformazio bereziki egonkorrak ager daitezke.

7. gaia Konformazioak

— 114 —

H

H

OH

H

H

H

H

H

H

HO

H

H

O

H

H

H

HH

H

O

H

H

H

H

H

H

OH

H

H

H

H

H

H

OH

H

H

TXALUPA

H

HH

HOOH

HH

H H

HH

OH

HH

O

H

HOH

HH

OHH

H

AULKIAOH ekuatoriala; OH axiala

AULKIAOH ekuatoriala; OH axiala

HH

HH

2.2.2.- Beste alkano ziklikoen analisi konformazionala

i) Ziklopropanoa. Ziklopropanoaren hezurdura karbonatua laua da. Hori dela eta, C-C

loturek tentsio angeluar handia jasaten dute. Horretaz gain, hidrogeno atomo guztiak

eklipsaturik daude, eta dagokion bihurdura-tentsioa agertu egiten da.

Hori dela eta, ziklopropanoaren C-C lotura oso erraz apurtzen da,

erabat erreaktiboa baita.

ii) Ziklobutanoa. Ziklobutanoaren egitura ez da laua. Molekula tolestu egiten da,

tentsio angeluarrak leuntzeko.

H

H

H

HH

H

HH

H

H

HH

H

HH

H

iii) Ziklopentanoa. Kasu horretan, ez da tentsio angeluarra agertzen, baina, egitura laua

balitz, hidrogeno atomo guztiak eklipsatuak egongo lirateke, eta, hori saihesteko, tolestu

egiten da.

H H

H

HH

H

H

H

H

HH H

H

HH

H

H

H

H

H

C C

C

H

H

H

H

H

H

60º

115º

7. gaia Konformazioak

— 115 —

3.- AZUKREEN KONFORMAZIOAK ETA EFEKTU ANOMERIKOA

3.1.- Molekula barneko hemiazetalak

Glukosak eta beste hexosak (pentosak ere bai) nahaste orekatu batean agertzen

dira horien hemiazetal isomero ziklikoekin, non hemiazetalak nagusi baitira. Hiru eta

lau osagaiko eraztunek tentsio gehiegi dute, eta, bost osagaiko eraztunak eratzen direla

ikusi bada ere, sei osagaiko eraztunak dira gehien sortzen diren egiturak.

Azukre baten forma ziklikoa ondo irudikatzeko, loturak guztiz eklipsatuta

irudikatu behar ditugu perspektiban. C5-ak biratzen badu, bere hidroxilo taldea posizio

egokian kokatzen da aldehido karbonoarekin lotzeko. Hala, sei osagaiko hemiazetal

ziklikoa era daiteke. Halaber, bost osagaiko eraztuna era daiteke C4-ak biratzen badu

eta bere OH taldea C1 karbonoarekin lotzen bada.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Monosakarido baten sei osagaiko eraztun-egiturari piranosa deritzo (piranoa sei

osagaiko eter ziklikotik eratorritako izena da). Bost osagaiko eraztuna duten azukreei

furanosa deritze (furano izenetik eratorritakoa, hots, bost osagaiko eter ziklikoa).

7. gaia Konformazioak

— 116 —

Glukosa piranosa-forman agertu ohi da normalean; fruktosak, aldiz, fruktopiranosa eta

fruktofuranosa eratzen ditu azkar orekatzen den 68:32 nahastean.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Aurreko kasu horietan, ziklazioa gertatzen denean, karbonilo-karbonoa

estereozentro berri bilakatzen da. Horren ondorioz, bi konposatu berri sortzen dira

hemiazetalak eratzean. Horiek dira hemiazetal taldearen konfigurazio ezberdina duten bi

diastereoisomero. Konfigurazioa S bada, azukreari α ezartzen zaio, eta R bada, berriz, β.

Glukosak α- edo β-glukopiranosa edo -furanosa eratuko du. Azukreen ezaugarri

bereizgarria da diastereoisomero horiek eratzea. Hala, isomeroei anomero deritze eta

eratzen den estereozentro berriari karbono anomerikoa.

α formaren Fischerren proiekzioan, OH anomerikoak eskuinean kokatzen dira,

eta β formaren Fischerren proiekzioan, OH anomerikoak ezkerrean.

7. gaia Konformazioak

— 117 —

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Haworth-en proiekzioak zehatzago adierazten du azukre molekularen benetako

hiru dimentsioko egitura. Eter ziklikoa pentagono edo hexagono gisa marrazten da

lerro-notazioan, karbono anomerikoa eskuinean eta eter-oxigenoa goian kokatuz.

Eraztunaren gainean edo azpian dauden ordezkatzaileak lerro bertikalei lotuta daude.

Haworth-en proiekzioa hiru dimentsioko egiturarekin alderatzean, interpretatu behar

duguna da beheko eraztun-lotura (C2-C3 lotura) paperaren planoaren aurrealdean

dagoela, eta oxigenoa duten eraztun-loturak atzean daudela.

Fischerren proiekzioan eskuinean dauden taldeak beherantz kokatzen dira

Harworthen proiekzioan, eta ezkerrean daudenak gorantz.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Harworthen proiekzioak asko erabiltzen dira literaturan, baina azukreen forma

ziklikoak gutun-azalaren konformazioan (furanosentzat) edo aulki-konformazioan

(piranosentzat) ere adierazten dira askotan.

7. gaia Konformazioak

— 118 —

OH

HO

H

HO

H

OHOH

H H

CH2OH OH

HO

H

HO

H

HOH

H OH

CH2OHO

H

HO

H

HOH

OH

OHCH

H

CH2OH

-D-glukofuranosaβ -D-glukopiranosa -D-glukopiranosaβα

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

8. GAIA

ERREAKZIO MOTAK ETA MEKANISMOAK

1.- Erreakzio organiko motak

2.- Erreakzioen mekanismoak

2.1.- Loturen apurketa motak

2.2.- Erreakzio organikoen mekanismoak

2.3.- Erreakzio organikoen eskakizun termodinamikoak eta zinetikoak

2.4.- Erreakzio-bitartekari oinarrizkoen egitura eta egonkortasuna

7. gaia Konformazioak

— 120 —

1.- ERREAKZIO ORGANIKO MOTAK

Erreakzio batean zenbait produktu elkarrekin erreakzionatu ondoren, beste

zenbait konposatu desberdin eratzen dira. Abiapuntu moduan erabiltzen diren

produktuei hasierako konposatu edo erreakzionatzaile deritze, eta lortzen diren

produktuei, erreakzio-produktuak edo emaitzak.

A + B +C D

erreakzionatzaileak emaitzak

Erreakzio organikoak honela sailka daitezke:

a) Adizio-erreakzioa: bi konposatu elkartzen dira beste konposatu bat emateko.

A + B C

b) Eliminazio-erreakzioa: konposatu bat bitan banatzen da.

A +B C

c) Ordezkapen-erreakzioa: bi erreaktibo berrantolatzen dira beste bi produktu

emateko.

D+ CBA D+ BCA

d) Zatiketa edo berrantolaketa: konposatu baten barnean, atomoen eta loturen

berrantolaketa gertatzen da hasierako konposatuaren isomeroa den konposatu

desberdina emateko.

A B

2.- ERREAKZIOEN MEKANISMOAK

Erreakzio organikoak ez dira bat-batean gertatzen, prozesu batean zehar baizik.

Prozesu horretan, erreaktiboak elkarrengana hurbiltzen dira; lotura batzuk apurtzen hasi

eta beste batzuk eratzen hasten dira. Erreakzioa gertatzen den prozesuaren deskribapen

zehatzari mekanismo deritzo. Mekanismoak honako hau jakinarazten digu: apurtzen eta

eratzen diren loturak; erreakzio-ordenaren informazioa; zenbat etapatan gertatzen den;

zein den etapa bakoitzaren abiadura erlatiboa; zer-nolako bitartekariak eratzen diren, eta

horrekin erlazionaturiko informazioa ematen digu. Erreakzio bakoitza mekanismo baten

bidez gertatzen da. Beraz, mekanismoa ezagututa, erreakzioaren produktuak aurresan

ditzakegu.

7. gaia Konformazioak

— 121 —

2.1.- Loturen apurketa motak

Edozein erreakzio organiko loturak apurtzean eta eratzean oinarritzen da,

hasierako produktuetan zenbait lotura apurtzen eta produktuetan beste zenbait eratzen

baitira. Konposatu organikoetan dauden lotura gehienak kobalenteak dira. Lotura mota

hori apurtzeko bi modu daude:

a) Modu simetrikoa. Apurketaren ondorioz eratzen diren zati bietan

elektroi bana geratzen da. Apurketa homolitikoa deritzo apurketa

horri, eta erradikal askeak sortzen dira.

b) Modu asimetrikoan. Apurketaren ondorioz, loturaren bi elektroiak zati

berean geratzen dira. Apurketa heterolitikoa deritzo apurketa horri.

Elektroi bikotea zati batean geratzen denez, karga negatiboa sortzen

da, eta, bestean, orbital hutsa geratzen denez, katioia eratzen da.

2.2.- Erreakzio organikoen mekanismoak

Erreakzio organikoak honako hiru mekanismo hauen bidez gerta daitezke:

a) Erreakzio erradikalarioak: erreakzio horietan, loturak homolitikoki

apurtzen dira, eta, beraz, erradikal askeak dira erreakzioaren bitartekariak.

Adib:

CH4 + Cl2 CH3Clhν

Mekanismoa:

Cl Cl ClCH3H

HCl + CH3

ClClCH3Cl + Cl

hν

b) Erreakzio polarrak: erreakzio horietan, loturak heterolitikoki apurtzen dira,

eta, beraz, erreakzioaren bitartekariak ioiak edo karga-banaketa duten espezieak dira.

Adib:

+ KOHCH3Cl

Mekanismoa:

+ KClCH3HO

CH3Clδ- δ+

CH3Cl +OH

CH3HO

7. gaia Konformazioak

— 122 —

Erreakzio mota horretan sortzen diren kargatutako espezieei nukleozale eta

elektroizale deritze. Elektroi bikotea ematen duen espezieari nukleozale deritzo, eta

elektroi bikotea hartzeko joera duen espezieari elektroizale.

NUKLEOZALEAK:

R2NR3C Cl BrOH CN H2O ROH

Kargatuak Neutroak

ELEKTROIZALEAK

R3C

Kargatuak Neutroak

H R Cl

O

RO R3N

c) Erreakzio periziklikoak: erreakzio horietan, elektroiak berrantolatu egiten

dira, eta, hor, lotura batzuk desagertzen dira eta besteak agertu.

+

Adib.

Mekanismoa

2.3.- Erreakzio organikoen eskakizun termodinamikoak eta zinetikoak

Erreakzioak teorikoki aztertzeko, termodinamika eta zinetika kimikoa aztertu

behar dira. Termodinamikaren ikuspuntutik, erreakzio batean erreaktiboetatik

produktuetara ailegatzeko trantsizio-egoeratik pasatu behar da. Trantsizio-egoera da

erreaktiboaren eta produktuen artean dagoen energia oso altuko egoera.

A XY

A XYδ- δ-δ+

A Y

Trantsizio-egoeran elkartzen diren molekulen kopuruari molekulartasun deritzo.

Beraz, erreakzioaren bilakaera, energiaren arabera sailkatuz, honako egoera honetan

ager dakiguke.

7. gaia Konformazioak

— 123 —

A X

A XYδ- δ-δ+

A Y A X

A Xδ-δ+

A Y

A Yδ-δ+

A XY+ +

E

Erreakzio-bidea Erreakzio-bidea

E

Molekularitatea: 2 Molekularitatea: 1

Trantsizio-egoerari dagokion egitura kimikoari

konplexu aktibatua deritzo. Horra heltzeko gainditu

behar den energiari aktibazio-energia deritzo, eta

erreakzioaren abiadurarekin, hau da, zinetikarekin

erlazionatuta dago. Zenbat eta baxuagoa izan

aktibazio-energia, erreakzioa arinago gertatuko da.

Beraz, termodinamikak esaten digu erreakzioa posible

den ala ez, eta zinetikak, berriz, erreakzioaren

abiadurari buruzko informazioa ematen digu. Gainditu beharreko aktibazio-energia

gutxitzeko, katalizatzaileak erabiltzen dira. Horiek erabiltzean, azkartu egiten da

erreakzioaren abiadura.

2.4.- Erreakzio-bitartekari oinarrizkoen egitura eta egonkortasuna

Oinarrizko erreakzio-bitartekariak dira, karbokatioiak, karbanioiak eta erradikal

askeak.

2.4.1.- Karbokatioiak

Karbokatioietan, karga positiboa duen karbonoak sp2 hibridazioa du; beraz,

karbokatioiak lauak dira. Hutsik geratzen da hibridatu gabeko pz orbitala. Karbonoari

loturiko taldeek karga positiboa egonkortzen badute, karbokatioia egonkortuko dute.

A X

A XYδ- δ-δ+

A Y

AE

Erreakzio-bidea

E

7. gaia Konformazioak

— 124 —

C R3

R1

R2

R1 CR2

R3

EGONKORTASUN ERLATIBOA

Ar3C > Ar2CH ArCH2 R3C R2CH CH3> > > > >

tertziarioa sekundarioa primarioabentzilikoak

RCH2

2.4.2.- Erradikal askeak

Erradikalak, parekatu gabeko elektroiak dituzten espezie kimikoak dira. Espezie

horiek bizitza laburra dute, eta, beraz, ezin daitezke isolatu.

Egiturari dagokionez, erradikalek sp2 hibridazioa dute. Parekatu gabeko

elektroia hibridatu gabeko pz orbitalean kokatzen da.

C R3

R1

R2

R1 CR2

R3

Zenbat eta ordezkatuagoak izan erradikalak, egonkorragoak izango dira,

elektroi-emaileak diren alkil taldeek hutsune elektronikoa konpentsatzen dutelako.

2.4.3.- Karbanioiak

Karbanioi batean negatiboki kargatuta dagoen karbonoaren inguruan zortzi

elektroi daude (hiru elektroi bikote lotzaile eta bikote bakarti bat). Beraz, elektroiak

soberan ditu eta nukleozale sendoa da (eta Lewis basea). Karbanioiek aminen egitura

berdina dute.

7. gaia Konformazioak

— 125 —

N H

H

H

Amoniakoa

C H

H

H

Metil anioia

sp3

sp3

sp3

sp3

sp3

sp3

sp3

sp3

C

H

H

H

N

H

H

H

Karbono atomoak sp3 hibridazioa dauka eta tetraedrikoa da. Tetraedroaren erpin

batean, partekatu gabeko elektroi bikotea kokatzen da. Karbanioiak nukleozaleak eta

baseak dira. Halere, karga negatiboa karbonoaren inguruan dagoenez, aminak baino

base sendoagoak eta nukleozale sendoagoak dira.

Egonkortasun-ordenari dagokionez, karbanioia ezegonkortzen dute alkil taldeek

eta elektroi-emaileak diren taldeek. Egonkortasun-ordena erlatiboa karbokatioietan eta

erradikal askeetan agertzen denaren kontrakoa da.

EGONKORTASUN ERLATIBOA

Ar3C > Ar2CH ArCH2 R3CR2CHCH3> > > > >

bentzilikoak

RCH2

tertziarioasekundarioaprimarioa

9. GAIA

KONPOSATU ORGANIKOEN ERREAKTIBOTASUNA

1.- SARRERA

Erreakzio organiko eta mekanismo kopurua bukaezina da. Hala ere, eredu

orokorrak jarrai daitezke erreakzio arruntenak deskribatzeko. Erreakzio organikoak

sailka daitezke erreaktiboaren funtzio taldearen arabera edo eratzen den produktuaren

funtzio taldearen arabera. Honako hauek dira erreaktiboaren funtzio taldearen arabera

ager daitezkeen erreakzio esanguratsuenak:

Konposatua Formula Erreakzio adierazgarriak

Alkanoak C–C, C–H - Ordezkapena (H-rena Cl-gatik edo Br-

gatik)

- Erreketa (CO2 eta H2O sortzeko)

Alkenoak C C C H - Adizioa

- Ordezkapena (H-rena)

Alkinoak C C H - Adizioa

- Ordezkapena (H-rena)

Alkil haluroak H–C–C–X - Ordezkapena (X-rena)

- Eliminazioa (HX)

Alkoholak H–C–C–O–H - Ordezkapena (H-rena); ordezkapena

(OH-rena)

- Eliminazioa (HOH-rena)

- Oxidazioa (2H-ren eliminazioa)

Eterrak (α)C–O–R - Ordezkapena (OR-rena); ordezkapena

(H α-rena)

Aminak C–NRH - Ordezkapena (H-rena)

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 128 —

- Adizioa (N-ren gainean)

- Oxidazioa (N-rena)

Bentzenoa C6H6 - Ordezkapena (H-rena)

Aldehidoak CO

HC(α)

- Adizioa

- Ordezkapena (H-rena edo H α-rena)

Zetonak CO

RC(α)

- Adizioa

- Ordezkapena (H-rena edo H α-rena)

Azido karboxilikoak (α)C-CO2H - Ordezkapena (H-rena); ordezkapena

(OH-rena); - Ordezkapena (H α-rena)

- Adizioa (C=O-ren gainean)

Azido karboxilikoen

eratorriak CO

ZC(α) (Z= OR, Cl NHR, eta abar)

- Ordezkapena (Z-rena); Ordezkapena

(H α-rena)

- Adizioa (C=O-ren gainean)

2.- KONPOSATU ORGANIKO FAMILIA EZBERDINEN

ERREAKTIBOTASUN ADIERAZGARRIA

2.1.- Hidrokarburoak

2.1.1. Alkanoak

Alkano guztiek antzeko portaera kimikoa dute. Oro har, esan daiteke alkanoak

ez direla oso erreaktiboak, eta, lotura ez-polarra dutenez, ez dute erreakzio polarrik

ematen. Hori dela eta, ematen dituzten erreakzioak erradikalarioak izaten dira. Jarraian,

alkanoen erreakzio garrantzitsuenak aztertuko ditugu.

2.1.1.1.- Alkanoen halogenazio erradikalarioa

Alkano batek haluro batekin erreakzionatzen duenean, dagokion alkil haluroa

ematen du. Erreakzioa gertatzeko, argia edo tenperatura altuak (300 ºC-tik gora) behar

dira.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 129 —

CH3 ClCH4 + Cl2 + HClhν edo ∆

2.2.1.2.- Alkanoen errekuntza

Alkanoek oxigenoarekin erreakzionatzen dute karbono dioxidoa, ura eta beroa

emateko. Erreakzio horretaz baliatuz, erregai gisa erabil daitezke alkanoak.

C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O + ∆

2.1.2. Alkenoak

2.1.2.1.- Hidrogenazio katalitikoa

Alkenoen gainean hidrogeno molekula gehitzen denean, dagokion alkanoa

eratzen da. Erreakzioa egiteko, katalizatzailea behar da. Gehien erabiltzen diren

katalizatzaileak Pd, Pt eta Ni dira; horiek, normalean, euskarri solido (karbono, silize,

eta abar) bati lotuta egoten dira.

C CH2

katalizatzailea H H

KATALIZATZAILEA: Pd-C, PtO2, Nikel-Raney

DISOLBATZAILEAK: Alkoholak, AcOEt, eterrak,

TENPERATURA Gehienetan inguru-tenperatura

PRESIOA 1-200atm. Gehienetan 1 atm

2.1.2.2.- Halogenoen adizioa

Alkenoek haluroekin erreakzionatzen dute dagokion 1,2-dihalokonposatua

emateko. Erreakzioa giro-tenperaturan egiten da, karbono tetrakloruroa edo antzeko

disolbatzaileak erabiliz eta argirik gabe.

Erreakzioa polarra da eta nukleozalearen (alkenoaren) eta elektroizalearen

(halogenoaren) arteko elkarrekintzaren ondorioz gertatzen da. Lehenengo pausoan,

alkenoak halogenoari egiten dio eraso, eta bitartekari kationikoa eta ziklikoa (halonio

ioia) eratzen da. Bitartekari horrek tentsio angeluarrak jasaten ditu, eta, horregatik,

irekitzeko joera dauka. Ondoren, inguruan dagoen haluro ioiak bitartekariari erasotzen

dio, eta, ondorioz, zikloa ireki eta produktua ematen du. Haluro ioiaren erasoa anti

norabidean gertatzen da (anti adizioa), hau da, zikloaren kontrako aldetik.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 130 —

C C

X2

C C

Br

Brδ+

δ-

C C

Br BrC C

Br

Br

BROMONIO IOIA

Alkeno ordezkatuetan, nukleozaleak bi aukera ditu halonio ioia erasotzeko.

Baina, normalean, karbono ordezkatuenean gertatzen da erasoa, hau da, karga positibo

partziala hobeto egokitzen duen karbonoan. Erregioselektibitate horri Markovnikoven

araua deritzo.

C C

H

H

CH3

HBr2

C C

Br

H CH3

H H

Nu

CCH3

H

Nu

karbonoordezkatuena

Br

2.1.2.3.- Hidrogeno haluroen adizioa

Alkenoek hidrogeno haluroekin erreakzionatzen dute, eta dagokien alkil haluroa

ematen dute.

C CHX

C C

H X

Mekanismoaren lehenengo pausoan, alkenoak (nukleozalea) protoiarekin

erreakzionatzen du eta bitartekari kationikoa eratzen da. Ondoren, bitartekari kationiko

horrek inguruan dagoen haluroarekin erreakzionatzen du eta produktua eratzen da.

Bitartekari kationiko karbonatu horri karbokatioi deritzo.

C C C C

H

H+X

C C

H X

KARBOKATIOIA

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 131 —

2.1.2.4.- Hidratazioa

Alkenoen hidratazioa uraren adizioan datza. Hala, alkoholak eratzen dira.

Erreakzio horretan, azido mineral bat erabiltzen da katalizatzaile gisa; beraz, erreakzioa

inguru urtsuan egiten da.

C CH2O

C C

H OHH+

Mekanismoari dagokionez, C=C lotura bikoitzaren gaineko H+-aren adizio

elektroizalea gertatzen da eta eratutako karbokatioiak uraren erasoa jasaten du;

ondorioz, dagokion alkohola ematen du. Beraz, erreakzioa erregioselektiboa da,

Markovnikoven arauari jarraitzen baitzaio.

H2C C

CH3

CH3

H2C CCH3

H

CH3H+ H2OH2C C CH3

H

CH3

OH2

KARBOKATIOIA

H2C C CH3

H

CH3

OH

-H+

alkohol protonatua

2.1.3. Alkinoak

2.1.3.1.- Hidrogenazio katalitikoa

Alkinoek H2 molekularekin erreakzionatzen dute, eta hidrogenazio katalitiko

erreakzioa ematen dute. Ohiko katalizatzaileak erabiliz, hasieran, alkenoa sortzen da, eta

horrek bigarren adizioa jasaten du, alkanoa emateko.

R C C RH2

Pd-CR CH CH R

H2

Pd-CR CH2 CH2 R

ALKANOA

Lindlar izeneko katalizatzaile berezia erabiliz, alkenoa lor daiteke. Lindlar

katalizatzailea CaCO3, Pd (%5), Pb(Oac)2 eta kinoleinaz osatutako solidoa da.

R C C RH2

Lindlar kat.

RC C

R

H H

ALKENOA

Kontuan izanda H2-ren adizioa sin eran gertatzen dela, Z alkenoak eratzen dira.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 132 —

2.1.3.2.- Adizio elektroizaleak

a) Halogenazioa. Erreakzio horretan 1,2-dihaloalkenoak lortzen dira. Adizioa anti eran

gertatzen da; beraz, bi halogeno atomoak trans posizio erlatiboan daude. Halogenoaren

bi baliokide erabiliz gero, tetrahaloalkanoa lortzen da.

R C C R

RC C

Br

Br R

E 1,2-DIBROMOALKENOA

Br2 (1 bk.)

R C C

Br

Br

RTETRABROMOALKANOA

Br2 (2 bk.) Br

Br

b) Hidrogeno haluroen adizioa. Erreakzio horretan, binil haluroak lortzen dira.

Esperimentalki ikusi den moduan, anti adizioa gertatzen da nagusiki. Hidrogeno

haluroaren bi baliokide erabiltzen baditugu, dihaloalkano geminala eratzen da.

R C C H

RC C

H

X H

BINIL HALUROAHX (1 bk.)

R C C

H

X

H

gem-DIHALOALKANOA

HX (2 bk.)H

X

RC C

H

H

Karbokatioi egonkorrena(ordezkatuena)

RC C

H

X H

HX

c) Hidratazioa. Erreakzio horretan, zetonak lortzen dira. Kasu horretan eratzen den

tartekari karbokationikoak enol egitura dauka. Espezie horiek berehala berrantolatzen

dira konposatu karbonilikoak emateko.

R C C HR

C CH

HO H

H2SO4

H2O

RC C

H

H

karbokatioi egonkorrena

H2OENOLA

RC CH3

O

METIL ZETONA

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 133 —

2.1.4.- Hidrokarburo aromatikoak

Aspirina, azetaminofenoa, naproxenoa edo ibuprofenoa minaren kontrako

botikak dira. Aspirina, azetaminofenoa eta ibuprofenoa bentzeno orto edo para

diordezkatuak dira; naproxenoa, berriz, naftaleno diordezkatua da. Konposatu horiek

ordezkapen elektroizale aromatikoen bidez sintetizatzen dira.

Bentzenoaren ordezkatzaileak bi taldetan sailka daitezke:

• Aktibatzaileak (elektroi-emaileak) → orto eta para posizioetara

bideratzen dituzte bigarren eraso elektroizaleak.

• Desaktibatzaileak (elektroi-hartzaileak) → meta posiziora bideratzen

dituzte elektroizaleak.

2.1.4.1.- Ordezkapen elektroizalezko erreakzioak

� Indukzioz elektroiak ematen dituzten taldeak aktibatzaileak dira eta orto/para

zuzentzaileak dira.

Era berean, erresonantziaz elektroiak ematen dituzten taldeek erasoak aktibatzen

dituzte eta orto/para zuzentzaileak dira.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 134 —

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

� Indukzioz elektroiak erakartzen dituzten taldeak desaktibatzaileak eta meta-

zuzentzaileak dira.

Era berean, erresonantziaz elektroiak erakartzen dituzten taldeek desaktibazioa

eragiten dute, eta meta-zuzentzaileak dira.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 135 —

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

2.2.- Eratorri halogenatuak

Alkil haluroek hiru erreakzio garrantzitsu ematen dituzte:

a) Ordezkapen nukleozalea:

RX Nu RNu X SN

b) Eliminazio-erreakzioa:

C

H

C

X

C C HX E

c) Konposatu organometalikoen sintesia:

RX RMg MgX

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 136 —

2.2.1. Ordezkapen nukleozalezko eta eliminaziozko erreakzioak

2.2.1.1. Ordezkapen nukleozalea

Ordezkapen nukleozalezko erreakzioak honako era honetan adieraz daitezke:

Nu XC X CNu

Nukleozalea elektroizalea talde ateragarria

Atomo batek edo atomo multzo batek beste atomo bat ordezkatzen du. Erasotzen

duena nukleozalea da, eta horrek jartzen du elektroi bikotea substratuarekin lotura berria

eratzeko. Hala, molekulatik alde egiten duen taldeak elektroi bikotea eramaten du.

Bi mekanismo mota ager daitezke: SN1 eta SN2

• Ordezkapen nukleozale bimolekularra, SN2

Erreakzio kontzertatua da, hots, etapa bakarreko mekanismoa. Nukleozaleak

haluroa dagoen kontrako aldetik erasotzen du. Ordezkapena jasaten duen karbonoaren

konfigurazio-alderanztea edo -inbertsioa gertatzen da.

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

• Ordezkapen nukleozale unimolekularra, SN1

Erreakzioa bi pausotan gertatzen da. 1. pausoan, alkil haluroen ionizazioa

gertatzen da. Haluroak alde egiten du. Disoziazio hori zaila da; kontrako zeinua duten

espezieak bereizi behar dira, etapa motelena da.

RX R XMotela

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 137 —

2. etapan, karbokatioia nukleozalearekin elkartzen da, etapa azkarra da.

R RAzkarraNu Nu

R RAzkarraNu Nu

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 138 —

2.2.1.2. Eliminaziozko erreakzioak

Eliminazio-erreakzioan, haloalkano batetik abiatuta HX kentzen da eta, aldi

berean, lotura bikoitza sortzen da. Erreakzio hori E laburdurarekin adierazten da.

C CH

X

Basea: BC C H B X

Bi mekanismo mota ager daitezke: E1 eta E2

• Eliminazio bimolekularra, E2

Mekanismo kontzertatua proposatzen da; pauso bakar batean gertatzen da. C-H

loturaren elektroiak C-C loturara joaten dira, haluroa galdu egiten da, eta

berarekin eramaten ditu elektroiak.

CC

CH3

H

CH3

HCl

H

OH

CC

CH3

H

CH3

HCl

H

OH

CC

Cl

OH

H

H

H

CH3

CH3

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

C-Cl lotura eta C-H lotura horiek antiperiplanar posizio erlatiboan egon behar

dute, plano berean baina molekularen kontrako aldean.

• Eliminazio unimolekularra, E1

Erreakzioa bi pausotan gertatzen da. 1. pausoan, alkil haluroaren disoziazioa

gertatzen da eta karbokatioia eratzen da.

C CX

H

motelaC C

H

2. pausoan, nukleozalearen eraginaren ondorioz, protoiaren eliminazioa

gertatzen da. Hala, alkenoa lortzen da.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 139 —

C CH

azkarraC C

B

H3CC Br

CH3

CH3

CH3OHBr C C

H3C HH

H3C H

HOCH3

C C

H3C H

HH3COCH3

H

H

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Ordezkapenaren eta eliminazioaren arteko lehian eragiten duten hiru faktore

nagusi daude: nukleozalearen basikotasuna, haloalkanoaren eragozpen esterikoa eta

atomo nukleozale basikoaren inguruko bolumen esterikoa.

NUKLEOZALEAREN BASE-INDARRA

Base ahulak Base sendoak

H2O, ROH, PR3, haluroak, RS-, N3

-, NC-,

RCOO-

HO-, RO- H2N-, R2N

-

Ordezkapena gertatzeko aukera

gehiago

Eliminazioa gertatzeko aukera gehiago

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 140 —

ERREAKZIONATZEN DUEN KARBONOAREN INGURUKO TRABA

ESTERIKOA

Eragozpen esterikorik ez Eragozpen esterikoa

Haloalkano primarioak Adarkatutako haloalkano primarioak,

sekundarioak eta tertziarioak

Ordezkapena gertatzeko aukera

gehiago

Eliminazioa gertatzeko aukera gehiago

NUKLEOZALEAREN (BASE SENDOAREN) ERAGOZPEN ESTERIKOA

Eragozpen esterikorik gabe Eragozpen esterikoa

HO-, CH3O-, CH3CH2O

-, H2N- (CH3)3O

-, [(CH3)2CH]2N-

Ordezkapena gertatzeko aukera

gehiago

Eliminazioa gertatzeko aukera gehiago

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 141 —

2.3.- Alkoholak

Alkoholen erreaktibotasuna C-O eta O-H loturen izaera polarrak ezartzen du.

2.3.1. Eliminazioa

Alkoholak azido sulfurikoarekin tenperatura altuetan (140-200 oC)

tratatzerakoan, eliminazio-erreakzioa gertatzen da, eta, hala, alkenoa eratzen da.

C C C C

OHH

H

∆H2O

Zenbat eta alkohola ordezkatuagoa izan, lortzen den alkenoa ere ordezkatuagoa

izango da, beraz, egonkorragoa. Cis edo trans aukera egotekotan, nagusiki trans lortzen

da.

CH

CH2CH3

OHH3C

%50 H2SO4

140 oCHC CHCH3 HC CH2CH3H3C H2C

%80

Trans lortzenda nagusiki

gutxi

2.3.2. Oxidazioa

Alkohol primarioa 1. etapan aldehidora oxidatzen da, eta gero azido

karboxilikora.

C

H

R

OH

HO

CO

HR

OCO

OHR

Alkohol sekundarioa zetonara oxidatzen da.

C

H

R

OH

R'O

CO

R'R

Alkohola tertziarioa bada, ez da erreakzioa gertatzen.

C

R'

R

OH

R''O

Oxidazioa eragiteko, CrO3, K2Cr2O7 edo KMnO4 moduko erreaktiboak

erabiltzen dira.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 142 —

2.3.3. Ordezkapena

Alkoholek azido haluroekin erreakzionatzen dute, dagozkien azil haluroak

emateko.

RCH2 OH H X

X = Cl, Br, I

∆-H2O

RCH2 X

Erreakzioaren mekanismoa SN2 edo SN1 izan daiteke. Alkohol primarioek SN2

erreakzioa emango dute, eta tertziarioek SN1.

2.4.- Eterrak

Eterrak oso geldoak dira. Erreakzio gutxi ematen dituzte oso egonkorrak baitira.

Eter ziklikoek, aldiz, erreaktibotasun handia erakusten dute. Hiru osagaietako eraztunak

tentsio handiak jasaten ditu, eta irekitzeko joera dauka edozein erreaktiboren aurrean.

2.4.1. Epoxido simetrikoak

• Ingurune azidoa

Oxiranoak protonatu egiten dira azidoen aurrean. C-O lotura ahuldu egiten da

eta nukleozaleak zikloaren irekiera eragiten du.

CO

C H CO

C

H

NuC COH

Nu

H2CO

CH2 CH3OHH

CH2CH2 O CH3

OH

• Ingurune basikoan

Nukleozale sendoak gai dira eraztuna berez irekitzeko.

C C

OH

Nu

CO

C Nu C C

O

NuHNu

H2CO

CH2 CH3O NaCH3OH

CH2CH2 O CH3

OH

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 143 —

2.4.2. Epoxido ez-simetrikoak

• Ingurune azidoa

Azidoek katalizatutako erreakzioetan, nukleozaleak karbono ordezkatuena

erasotzen du.

C

O

CH3C

H3C H

H

HC

O

CH2H3C

H3C

H

C CH2OHCH3

CH3OH OCH3

H3C

• Ingurune basikoa

Nukleozaleak gutxien ordezkatuta dagoen karbonoari erasotzen dio.

C

O

CH2H3C

H3CC CH2

OH

CH3

H3CCH3O O CH3

2.5.- Aldehidoak eta zetonak

2.5.1.- Karboniloaren gaineko adizio nukleozale sinplea

Zianuroa (CN-), bisulfitoa (HSO3-), hidruroa (H-

⇒ NaBH4, LiAlH4),

konposatu organometalikoak (R-CH2-MgX), ura (H2O) edo antzeko espezieen adizio

nukleozalea gerta daiteke karboniloaren karbono elektroizalearen gainean.

MgBrH2CH3C Oδδ

δ CH2CH3CCH3

CH3

OMgBr CH3CH2CCH3

CH3

OH

Grignard Alkohola

2.5.2.- Erredukzio-erreakzioak

Aldehidoak eta zetonak LiAlH4 eta NaBH4 moduko erreaktiboekin erreduzitzen

dira, dagozkien alkohol primarioak eta alkohol sekundarioak emateko, hurrenez hurren.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 144 —

O

HH3C

LiAlH4COH

HHH3C

O

CH3H3CLiAlH4

COH

HCH3H3C

2.5.3.- Oxidazio-erreakzioak

Aldehidoak KMnO4 edo K2Cr2O7 moduko oxidatzaile sendoekin oxida daitezke.

O

HH3C

KMnO4 CO

OHH3C

2.6.- Aminak

2.6.1.- Aminak base moduan

Aminak baseak direnez, azido karboxilikoekin erreakzionatzen dute, amonio

gatzak eratzeko.

R NH2HX R NH3 X

2.6.2.- Aminak nukleozale moduan

2.6.2.1.- Azilazioa

Aminak azido deribatuekin erreakzionatzen dute, amidak eratzeko.

R NH2

R2 NH

R3 N

OR'

Yδ

δ

R NH CO

R'Amida 1oa

R N CO

R'Amida 2oa

R

Y = Cl azil haluroa

= OR esterra

=

O

CO R

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 145 —

2.6.2.2.- Kondentsazio-erreakzioa konposatu karbonilikoekin

Aminak aldehido eta zetonekin erreakzionatzen dute, ingurune azidoan,

(gomendagarria) imina funtzio talde berria eratzeko. Kondentsazio-erreakzio hori amina

primarioek soilik ematen dute.

R NH2

ON CR

Konposatukarbonilikoa

Aminaprimarioa

Imina

H2O

2.7.- Kondentsazio-erreakzioak

2.7.1.- Iminak transformazio biologikoetan

Piridoxal eta piridoxamina molekulek karbonilo taldeen eta amino funtzio

primarioen arteko bihurketan laguntzen dute biologian. Entzimek katalizatutako

kondentsazioa jasaten du piridoxaminak, azido 2-oxokarboxilikoaren karbonilo

taldearekin; hala, imina bat eratzen da. Berrantolaketa gertatu ondoren, imina berri bat

sortzen da. Hori hidrolizatzean, piridoxala eta azido 2-aminokarboxilikoa eratzen dira.

Azken hori aminoazido bat da. Naturan ohikoak diren hainbat aminoazido sintetizatzen

dira prozesu horren bidez.

N

CH2NH2

OH

CH3

HOH2C

Piridoxamina

RCH2COCO2H

Azido2-oxokarboxilikoa

N

CH2NOH

CH3

HOH2CC

CO2H

CH2R

N

COH

CH3

HOH2C

berrantolaketa

N

CHOOH

CH3

HOH2C

Piridoxala

RCH2CHCO2H

Azido2-aminokarboxilikoa

NH2

NH CHCO2H

CH2R

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 146 —

2.7.2.- Kondentsazio aldolikoa

Karbono-karbono loturak eratzeko, honako hau da estrategia erabilienetariko

bat: karbonilo funtzio taldearen karbonoan enolato ioi batek egiten duen erasoa. Prozesu

horren produktua da β-hidroxi karbonilo-konposatua. Horrekin batera ura eliminatzen

da, eta aldehido edo zetona α,β-asegabeak eratzen dira.

Bi azetaldehido molekulen arteko kondentsazio aldolikoa:

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Aldola eratzeko mekanismoa:

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

Tenperatura altuetan, aldola enolato ioi bilakatzen da. Transformazio horren

azken emaitza da hidroxidoak katalizatutako aldolaren deshidratazioa.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 147 —

Vollhardt Organic Chemistry: Structure and Function, 2003

2.8.- Konposatu karboniliko azidoak eta eratorriak

2.8.1.- Ordezkapen nukleozalea: AN + E

Karbono asegabean (C=O) gertatzen den ordezkapen nukleozalea aztertuko

dugu. Erreakzio horietan bi prozesu gertatzen dira:

a. Adizio nukleozalea:

Adizio nukleozalea R-CO-Y substratuaren gainean gertatzen da.

CO

YR Y = azil haluroak

OR esterrak

X

NR2 amidak

OCR' anhidridoakO

CO

YR Nu CNu

OR Y

b. Eliminazioa:

Y talde hori galdu egiten da eta karboniloa berreskuratzen da.

CNu

OR Y C

O

NuRY

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 148 —

2.8.1.1.- Esterifikazioa eta transesterifikazioa

Nukleozaleak, kasu honetan, alkoholak izango dira.

a) Azido karboxilikoekin:

RCOOH R'OH CO

OR'RH2O

H

Erreakzio horri Fischer-en sintesia deritzo.

b) Esterrekin:

R''OH CO

OR''RR'OH

HCO

OR'R

edo R''O

Erreakzio horri transesterifikazio deritzo.

Erreakzioa ingurune azidoetan edo basikoetan egin daiteke. Ingurune basikoetan

egitekotan, basea alkoholari dagokion alkoxidoa da.

9. gaia Konposatu organikoen erreaktibotasuna

— 149 —

2.8.2.- Adizio nukleozalearen bidezko erredukzio erreakzioa

2.8.2.1.- Metal hidruroen bidezko erredukzioa

LiAlH4-ren presentziaz, alkoholak edo aminak lor daitezke.

CO

OHR

CO

ORR

CO

ClR

CO

ORCO

R

LiAlH4 RCH2OH

CO

NR2RLiAlH4 RCH2NR2

LiAlH4 RCH2NH2C NR