Kontaktperson under eksamen: Jonas Juselius, tlf

Transkript

1 Eksamen i Eksamensdato Tid Sted : KJE-1004 Innfaring i uorganisk kjemi : Fredag 16. desember : 09:OO - 13:OO : Aud.max., Administrasjonsbygget Tillatte hjelpemidler : Ingen Oppgavesettet er p6 (6 sider inkl. forside Kontaktperson under eksamen: Jonas Juselius, tlf DET MATEMATISK-NATURVITENSKAPELICE FAKULTET Universitetet i Tromse, N-9037 Tmmse, Telefon , Telefaks

2 Oppgave I 1. Hvilke kvantetall har vi, hvilke verdier kan de ha? Gi en kort forklaring p% hvordan kvantetallene pavirker energini&ene i atomer. 2. Hva er Pauliprinsippet? Hvordan pbvirker det Aufbau-prinsippet for elektroner? 3. Hvordan phvirkes energien i atomer og molekyler av antall noder hos bmlgefnnksjonen? 4. Trender i det periodiske system: (a) Hvordan endres ioniseringsenergien gjennom det periodiske system? Hva er den viktigste Brsaken for denne variasjonen? (b) Hvordan endres den atomzre (kovalente) radien? (c) Er anioner stpirre eller mindre enn tilsvarende npiytrale element? Hva med kationer? Begrunn svaret. 5. Gi en forklaring pb met,allers evne ti1 % lede strgm. Oppgave 2 1. Tegn Lewis-strukturer for fdgende forbindelser: NOC, NzO, NO2, Nz03, N204 Og No:. 2. Bestem punktgruppene for molekylene ovenfor. 3. Skisser molekylorbitalene for NOz, og klassifiser dem i henhold ti1 symmetri. 4. Skisser energidiagrammet for orbitalenergiene i NO2 5. Hva er bindingsordenen ti1 NO2? 6. Hvordan pgvirkes bindingen i NO2 hvis vi legger ti1 ett elektron? Hva kan tenkes skje hvis vi tar bort ett elektron? Oppgave 3 1. Hva er en Lewis syre Hvordan kan vi forst% og beskrive Lewis syrer ved h,jelp av molekylorbitaler? 2. Hva er et kiralt molekyl? Gi eksempel.

3 3. Hva er en ambidentat ligand? Gi eksempel 4. Hva er den viktigste forskjellen mellom geometrisk isomeri og strukturell isomeri? 5. Hydrogen er det enkleste elementet. Likevel har hydrogen en veldig variert kjemi. Gi en kort forklaring av ulike typer kjemisk binding som involverer hydrogen. Oppgave 4 1. Gi en kort forklaring for hvordan d-orbitalene i innskuddsmetaller p%virkes av et uniformt, oktaedrisk eller tetraedrisk elektrostatisk felt. 2. Hvordan er stmrrelsen p% A,-parameteren for oktaedriske komplekser relatert ti1 ligandenes egenskaper ti1 % danne T-bindinger? 3. Hva er den s%kalte 18-elektronregelen for innskuddsmetaller, og hva er grunnlaget for denne? 4. Hvor mange uparrede elektroner er det i 5. Hvorfor vil du forvente deg at komplekset [CU(H~O)~]~+ har en lavere symmetri enn Oh (oktaedrisk)? 6. Forklar metall-ligand bindingen i (v3 - C3Hs)zNi. Venli.qst noter deg at ndr jeg ber om en kort forklaring sd mener jeg det uirkelig. Pr@v B holde svarene kompakte, og Jokuser pd det uesentlige i sp#rsmblene. Lykke til!

4 Oppghve 1 1. Kva slag av kvantetal har vi, kva for verdiar kan dei ha? Gje ei kort forklaring p% korleis kvantetala verkar inn p% energinivka i atom. 2. Kva er Pauliprinsippet? Korleis p%verkar det Aufbau-prinsippet for elektron? 3. Korleis verkar talet p% nodar hos bmlgefunksjonen inn p% energien i atom og molekyl? 4. Trendar i det periodiske system: (a) Korleis endrar ioniseringsenergien seg gjennom det periodiske system? Kva er den viktigaste %rsaken for denne variasjonen? (b) Korleis endrar den atomzre (kovalente) radien seg? (c) Er anion stplrre eller mindre enn tilsvarande n0ytrale element? Kva med kation? Griinngje svaret. 5. Gje ei forklaring p% metal1 si evne ti1 % leie strplm Oppghve 2 1. Teikn Lewis-strukturar for fplljande molekyl: NO+, NzO, NOz, NzO3, NzO4 og NO,. 2. Bestem punktgruppa for molekyla over. 3. Skisser molekylorbitalane for NOz, og klassifiser dei i forhold ti1 symmetri. 4. Skisser energidiagrammet for orbitalenergiane i NOz 5. Hva er bindingsordenen ti1 NOz? 6. Korleis verkar det inn p% bindinga i NO2 dersom vi legg ti1 eit elektron? Kva kan vi tenkje oss vil skje om vi tar bort eit elektron? Oppghve 3 1. Kva er ei Lewis syre? Korleis kan vi forst% og heskrive Lewis syrer ved hjelp av molekylorbitalar? 2. Kva er eit kiralt molekyl? Gje eksempel.

5 3. Kva er ein ambidentat ligand? Gje eksempel. 4. Kva er den viktigaste skilnaden mellom geometrisk isomeri og strukturell isomeri? 5. Hydrogen er det enkla~t elementet. Likevel har hydrogen ein veldig variert kjemi. Gje ei kort forklaring av ulike typar kjemisk binding som involverar hydrogen. 1. Gje ei kort forklaring for korleis eit uniformt, oktaedrisk eller tetraedrisk elektrostatisk felt verkar inn p% d-orbitalane i innskuddsmetaller. 2. Korleis er stmrelsen pa A,-parameteren for oktaedriske kompleks relatert ti1 ligandenes egenskapar ti1 % danne?r-bindingar? 3. Kva er den s%kalla 18-elektronregelen for innskuddsmetaller, og kva er gunnlaget for denne? 4. Kor mange upara elektroner er det i 5. Kvifor vil du forvente at komplekset [CU(HZO)~]~+ har ein lavare symmetri enn Oh (oktaedrisk)? 6. Forklar metall-ligand bindinga i (03 - C3H5)2Ni. Venligst noter deg at ndr eg ber om ei kort forklaring, sd meiner eg det uerkeleg. Pr@u d h.alde suara kompakte, og hald fokus pd det oesentlege i sp@rsm&la. Lukke til!

6 Question 1 1. List the quantum numbers, their possible values, and give a short explanation of their effect on the energy levels in atoms. 2. What is the Pauli principle, and how does it affect the Aufbau-principle for electrons? 3. How does the number of nodes of the wave function affect the energy? 4. Rends in the periodic table: (a) How does the ionization energy change throughout the periodic table? What is the main reason for the variation? (b) How does the atomic (covalent) radius change? (c) Are anions larger or smaller than the neutral element? What abont cations? Justify the answer. 5. Give an explanation of the conductivity in metals. Question 2 1. Draw the Lewis structures for the following compounds: NO+, NzO, NOz, Nz03, Nz04 and NO;. 2. Determine the point groilps of the molecules in the previous qilestion. 3. Sketch the molecular orbitals of NO2 and label them by symmetry. 4. Draw the molecular orbital energy diagram of NO2 5. What is the bond order of NOz? 6. How would the bonding be affected by adding an electron to NOz? What might happen if we removed an electron? Question 3 1. What is a Lewis acid? How can we understand Lewis acidity in terms of molecular orbitals? 2. What is a chiral molecule? Give an example. 3. What is an amhidentate ligand? Give an example.

7 4. What is the main difference between geometrical isomerism and structural isomerism? 5. Hydrogen is the simplest element, still it has a quite wried chemistry. Give a brief account of the various types of bonding involving hydrogen. Question 4 1. Give a short explanation of how the d-orbitals in transition metals are affected by uniform, octahedral and tetrahedral electrostatic fields. 2. How is the magnitude of A, parameter for octahedral complexes related t,o the r-bonding capabilities of the ligand? 3. What is the 18-electron rule for transition-metal compounds, and how does it come about? 4. How many unpaired electrons are there in 5. Why would you expect the complex [c~(hzo)~]~+ to have a lower symmetry than Oh (octahedral)? 6. Explain the metal-ligand bonding in ( ~7~ - C3Hs)zNi Please note that when I ask for a short explanation, I really mean it. In general, try to keep answers compact, focusin.9 on the main features of the question. Good luck!

8 Main /groups\ rnt Main groups -,

9 Orbital Potentlnl Energy (ev) Atomic Number Element Is 2s ZP 3s 3~ 4s 4~ 1 H He Li Be B C N ;I535 9 P Nc Na Mg A Si P S CI Ar K Ca Zn Ga Ge As Se Br Kr SoURCB: 1. B. Mann. T.L. Meek, and L. C. AUek J. Am Chn Soc.. Z(WH),122,2780. NOTE All energies are negative, represenring amagc amactive potmtials between the elsmru and the nuclcus for all t m s of the r ~ orbilalr. ~ d

10 ~ ~.. ~..~ Molecule Select C,wilh highen n; then, is ng perpendicularto C,7 Fiq.5.16 AEow chart for deciding on the name of a point group to which an obim belongs.

11 ~- ~p i = fi: E* = E with -i substituted for i. 1. CROUPS OF LOW SYMMETRY c~ I E rh 1 1 A' 1 1 x. Y. R, xz. y2. zz. XY A" 1-1 z. R,. Ry YZ, xz C; I E i I I As I 1 R,. Ry, R, xz, yz. z2, xy, xz, YZ A. 1-1 x.y.2 2. Cn, Cn, AND Cnh CROUPS C. GROUPS cz I E Cz I I A 1 I z. R, x2, yz zz. xy B 1-1 X.Y. R,, Ry YZ. xz c3 E C3 G2 A 1 I 1 2, Rz x2 + yz, z2

12 Appendix C Character Tables c4 E C4 C2 ~4~ B c6 E C6 C3 C2 ~ 3 ' c6' B 1-1 I e* -1 -E { :* -e -1 -&* 1 -s* -s & = e(*ilp C7 E C7 c7' ~7) c~~ c7' c~~ F e2 2 F3' j* El { ; * =3* =3 e2 e3* s* e. = e(2-i)/7 b2* e2 &* 2 Cg E Cg C4 C2 C4' cg3 css cg7 A l l r, R, x2 + y2,z2 B 1-1 I i -1 -i -&* -e i E2 {I --j I1, -1 = e(*)14 i -1 -i C, CROUPS

13 cs, AI A2 El E2 E 2Cs zcs2 5% I I cos 72" 2 cos 144' 0 2 2~0s 144' 2cas72' 0 2 Rz (x. Y). (Rxs Ry) x2 + y2, z2 (XZ. YZ) (x2 -?. *Y) C,,h GROUPS

14 684 Appendix C Character Tables Csn E C5 CsZ cs3 ~5~ Vh s5 s5' ss3 ~5~ A' I 1 A" ' -1 z 2 s2* e* ,I -,2* El" {; :* =,(2"j)/5 2' d e -I -e* -1 -E* C6h E C6 C3 C2 ~ 3 ' ~6~ i ~3~ ~6~ uk s6 S3 BE I -1 I -1 s -E* -1-8 e* 1 e E s* " s 1 B* -B -1 -e* B -E 1 -e* E* -s E28 { I: -8' 1 -e -s* 1 -s -E* 1 -B -B* A. I z B I e -c* -1 -E e* -1 -e E* e* s -1 -e* e El8 {: e* -8-1 E* E Eb {; If. -=* 1-8 -E* -1 e e* -1 = J"1)P 3. Dn, Dn, AND DnhCROUPS D,, GROUPS I x, R,

15 Character Tables cos 144' 2 ws 72" D6 E 2C6 2C3 C2 3Ci 3Cc AI 1 I I I I I x2 + yz, z2 A2 1 I I 1 -I -1 z, R, Bl 1 -I q El 2 I -I (x, Ry) ( ~ YZ) 4 Ez (x2- y2. XY) Dnd CROUPS 0 (R,, Ry) (xz- y2. XY). (*z.yz) I Ah z E (x.y) D,,~ E 2 ~ 8 2c4 2sg3 c2 4ci kd AI I I x2 + y2, z2 A I 1 -I -I R, BI 1 -I 1 -I I I -I B z El (x.y) E (2 - Y2, xy) E (Rx,Ry) (XI-YZ) 2cS2 5c2 i 2sla3 ZS,~ 5ud Elg 2 2 m 72' 2m,l44" ws 72' 2cos 144" ep 2 2cos 144' 2~0~72' 2 2 cos 144' 2cos 72' AI. 1 I z El. 2 2cos72' 2ws 144' cos 72" -2cos 144" 0 (x,y) Ez,, 2 2 m 144' 2cos 72' cos 144" -2ws7Z0 0

16

17

18

19

20