moskwa.pdf
(
721 KB
)
Pobierz
Microsoft Word - zadania z 39 IChO
ZADANIA TEORETYCZNE
Stałe i przydatne wzory
Stała gazowa
R
= 8,314 J⋅K
–1
⋅mol
–1
Stała Avogadry
N
A
= 6,022·10
23
mol
–1
Stałe Plancka
h
= 6,626·10
–34
J⋅s
h
= 1,055·10
–34
J⋅s
Prędkość światła
c
= 3,00·10
8
m⋅s
–1
Zasada nieoznaczoności
Δ ⋅Δ ≥
h
xp
2
Energia Gibbsa fazy skondensowanej pod
G
=
pV
+ const
ciśnieniem
p
Nadmiarowe ciśnienie spowodowane
napięciem powierzchniowym
Δ
P
in
= 2σ /
r
Zależność między stałą równowagi i
=−Δ
o
RTK G
ln
r
energią Gibbsa
Energia Gibbsa w stałej temperaturze
Δ =Δ − Δ
GHTS
Δ
G
= Δ
G
° +
RT
·ln
Q
Izoterma reakcji chemicznej
iloczyn
c
(produkty)
gdzie
Q =
product of (products)
product of (reactants)
c
c
iloczyn
c
(substraty)
Równanie Arrheniusa
⎛ ⎞
= −
exp
⎝ ⎠
E
A
RT
Ciśnienie osmotyczne roztworu
p =c RT
Prawo Beera- Lamberta
A
= log
P
0
= ε
·lc
P
V(cylinder) = π
r
2
h
S
(kula) = 4π
r
2
V
(kula) =
3
Zadanie 1. Tunelowanie protonu
Tunelowanie protonu przez barierę energetyczną jest ważnym procesem, który można
zaobserwować w wielu złożonych związkach zawierających wiązania wodorowe (DNA,
białka, itd.). Propanodial (aldehyd malonowy) jest jedną z najprostszych cząsteczek, w
których może wystąpić wewnątrzcząsteczkowe przeniesienie protonu.
1.1.1
Narysuj skrócony wzór strukturalny cząsteczki propanodialu oraz wzory strukturalne
jego dwóch izomerów, które mogą istnieć w stanie równowagi z propanodialem.
1.1.2
W roztworze wodnym propanodial jest słabym kwasem, którego moc jest porównywalna
z mocą kwasu octowego. Wskaż kwaśny atom wodoru. Wyjaśnij jego kwasowy charakter
(wybierz jedną z wersji zawartą w Arkuszu Odpowiedzi).
2
kA
⎜ ⎟
4
π
r
3
Poniższy wykres przedstawia profil energetyczny dla wewnątrzcząsteczkowego
przeniesienia protonu (zależność energii od odległości, na której porusza się proton (w nm).
Krzywa zmian energii ma postać symetrycznej, podwójnej studni potencjału.
Energia (jedn. umowne)
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
L
R
Odległość [nm]
Distance, nm
1.2.1
Narysuj struktury odpowiadające dwóm minimum tej krzywej.
Proton ulega delokalizacji między dwoma atomami i oscyluje między dwoma minimami L i R
z prędkością kątową ω = 6.48⋅10
11
s
–1
. Gęstość prawdopodobieństwa dla protonu zależy od
czasu w sposób opisany zależnością:
Ψ =Ψ+Ψ+Ψ−Ψ ω
2
(,)
1
⎡
2
()
2
()
(
2
()
x
2
()cos
x
)
()
t
⎦
,
⎣
2
L
R
L
R
w której funkcje falowe
L
()
Ψ i
R
()
x
Ψ opisują proton zlokalizowany, odpowiednio, w lewej
x
i prawej studni potencjału.
3
Odległość [nm]
x t
x
x
⎤
Ψ
2
Ψ
L
2
Ψ
R
2
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
Odległość [nm]
Distance, nm
1.3.1
Napisz wyrażenia na gęstość prawdopodobieństwa dla trzech czasów: (a) t = 0,
(b) t =
π
/(
2ω
), (c) t =
π
/
ω
. Narysuj wykresy tych trzech funkcji.
1.3.2
Bez wykonywania obliczeń, wyznacz prawdopodobieństwo znalezienia protonu w lewej
studni, dla t =
π
/(
2ω
)
1.3.3
Ile czasu jest potrzebne, aby proton przesunął się z jednej studni potencjału do drugiej ?
Jaka jest średnia prędkość protonu w trakcie tego przeniesienia ?
1.3.4
Na podstawie krzywej zmian energii oszacuj niepewność położenia protonu tworzącego
wiązania wodorowe. Oszacuj minimalną niepewność szybkości protonu. Porównaj tę wartość
z wartością otrzymaną w p.
1.3.3
i sformułuj wniosek odnośnie do tunelowania protonu
(wybierz jedną z wersji w Arkuszu Odpowiedzi).
Zadanie 2. Nanochemia
Metale podgrupy żelazowców są wydajnymi katalizatorami uwodorniania CO (reakcja
Fischera-Тropscha):
CO
+
3H
2
Fe, Co
CH
4
+
H
2
O
4
Katalizator (np. kobalt) jest często stosowany w formie stałych nanocząstek o strukturze
kulistej (Rys. 1). Zmniejszenie rozmiarów katalizatora znacznie podwyższa jego aktywność
katalityczną. Zachodzi jednak niepożądana reakcja uboczna, polegająca na utlenianiu
katalizatora.
Co(s)
+
H
2
O (gas)
CoO(s)
+
H
2
(gas)
(1)
W naczyniu reakcyjnym powstaje wtedy stały tlenek kobaltu (nie mający struktury
nanocząsteczkowej, czyli „objętościowy”, ang. „bulk”) Powoduje to nieodwracalną utratę
masy katalizatora. Stały tlenek kobaltu może także osadzać się na powierzchni Co(s). W tym
przypadku wokół powierzchni katalizatora tworzy się nowa kulista warstwa (p. rys. 2) i
aktywność katalityczna obniża się.
granica faz
granica faz
granica faz
Rozważmy, jak tworzenie nanocząstek wpływa na stan równowagi reakcji (1).
Pożyteczne jest równanie:
Gr G
0
( )
=
0
(bulk)
+
σ
V
r
2.1.1
Obliczstandardową zmianę swobodnej energii Gibbsa
Δ
i stałą równowagi dla
G
0
(1)
r
reakcji (1) w temp. T = 500 K.
5
2
Plik z chomika:
uusia20
Inne pliki z tego folderu:
ateny.pdf
(948 KB)
bombaj.pdf
(1483 KB)
budapeszt.pdf
(477 KB)
groningen.pdf
(905 KB)
kiel.pdf
(750 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin