kemiska arter

nyckelinformation & sammanfattning

• en kemisk art är en uppsättning molekylära enheter som är kemiskt identiska och kan utforska samma molekylära energinivåer vid en bestämd tidsskala
• om två konformationsisomerer interconverterar långsamt nog för att var och en ska detekteras av olika NMR-spektra, skulle de definieras som två olika kemiska arter
• i supramolekylär Kemi, supramolekylära strukturer vars interaktioner har bildats genom skapandet eller brytning av vissa intermolekylära bindningar definieras som samma kemiska Art

vad betyder ‘kemiska arter’?

enkelt uttryckt, om en atom är identisk med en annan atom, definieras de som samma kemiska Art. Detta gäller också för molekyler, eftersom om en molekyl är identisk med en annan, är de samma kemiska Art.

en kemisk art kan också definieras som en uppsättning molekylära enheter som är kemiskt identiska och kan utforska samma molekylära energinivåer på en bestämd tidsskala.

till exempel innehåller en flaska full med vatten molekyler av exakt samma kemiska Art. Dessutom innehåller en bar av fast guld atomer av exakt samma kemiska Art.

termen ‘kemiska arter’ kan också hänvisa till den form en kemikalie finns i när den finns i en lösning. Till exempel, när NaCl är upplöst i lösning, hittar du faktiskt inte NaCl. Snarare har du Na + joner och Cl – joner – det beror på att NaCl har dissocierats. Som sådan kommer de kemiska arterna i denna lösning att vara Na+ – jonerna och Cl-jonerna. Denna regel gäller för alla starka elektrolyter. De sägs ha Joniska arter i lösning.

för elektrolyter som inte dissocierar i lösning definieras den kemiska arten som densamma som den var innan den tillsattes till lösningen. De sägs ha molekylära arter i lösning.

svaga elektrolyter är kända för att ha både joniska och molekylära arter i lösning – det beror på att vissa molekyler dissocierar, och vissa gör det inte.

utöver detta klassificeras också en grupp molekyler med olika isotoper som av samma kemiska Art.

kemiska arter och NMR

NMR (kärnmagnetisk resonans) spektroskopi är en kemisk teknik som används för att bestämma strukturen hos organiska kemiska föreningar – det är också den enda spektroskopiska metoden som ger en fullständig analys av hela spektrumet. Det är en icke-destruktiv teknik och kräver så lite som ett milligram av analyten för att producera bra data.

NMR bygger på teorin att alla kärnor är elektriskt laddade och har spinn. Detta innebär att om ett externt magnetfält appliceras på kärnorna är en energiöverföring möjlig mellan basenerginivån och en högre energinivå. När denna snurr återgår till sin basnivå avges energi. Frekvensen vid vilken detta händer kan mätas och sedan bearbetas för att ge ett NMR-spektrum.

NMR kan användas för att identifiera konformationella isomerer. Dessa är isomerer som produceras genom rotation av XXL – bindningar-de interkonverterar också (växlar mellan de två) mycket snabbt vid rumstemperatur. Ett exempel på en molekyl som gör detta är butan, som kan visas i bilden nedan.

denna teori blir viktig när man talar om kemiska arter. På grund av det faktum att dessa isomerer kan konvertera från en form till en annan, kan en blandning av två isomerer konvertera relativt långsamt. Som vi har diskuterat tidigare definieras kemiska arter som sådana vid en viss tidpunkt. Detta innebär att om dessa två isomerer interconvert långsamt nog för att var och en detekteras av olika NMR-spektra, skulle de definieras som två olika kemiska arter. Detta säger också att en blandning av samma isomer kan betraktas som samma kemiska art, eftersom de två är i jämvikt.

kemiska arter i supramolekylär Kemi

för att först förstå hur kemiska arter definieras i supramolekylär kemi behöver du veta grunderna i disciplinen. Supramolekylär hänvisar till området kemi som handlar om hur molekyler kopplas samman för att bilda större ‘system’ från ett diskret antal subenheter. De krafter som är involverade i supramolekylär kemi kan sträcka sig från svaga krafter (såsom vätebindning och elektrostatiska interaktioner) till starkare krafter (såsom kovalenta bindningar). Studier inom detta kemiområde fokuserar främst på de svagare och reversibla icke-kovalenta bindningarna mellan vissa molekyler, såsom:

• vätebindningar
• hydrofoba krafter
• van der Walls-krafter
• metallkoordinering
• pi-pi-interaktioner

studien av dessa bindningar är särskilt viktig i biologiska vetenskaper, eftersom de har visat sig vara viktiga vid molekylär självmontering och vikning.

när det gäller en kemisk art i supramolekylär Kemi definieras de som supramolekylära strukturer vars interaktioner har bildats genom skapandet eller brytningen av vissa intermolekylära bindningar.