NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI

Transkript

1 NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI EKSAMEN I KJ 2031 UORGANISK KJEMI VK Mandag 31. mai 2010 Tid: Faglig kontakt under eksamen: Karma Mathisen, Realfagbygget E2-131, tlf Institutt for kjemi, NTNU, GlØshaugen Hjelpemidler: Enkelt periodesystem er vedlagt. Bestemt enkel kalkulator tillatt. Eksamenssettet bestar av 3 oppgaver pa 5 sider, inkludert vedlegg. Alle oppgaver skal besvares. Ta med forkiaringer underveis sa dii kan fa poeng. Oppgavenes vekting er angitt I parentes. Oppgave 1 (34 a) Hva er egentlig definisjonen pa en symmetrioperasjon, og hvordan henger dette sammen med subskriften n i C,,? (4 a) Bruk molekylet benzen (C6H6) til A forklare de tre typene speilpian vi kan ha. (4 b) Bruk karaktertabeflen (i vedlegg) til a forkiare hvilken symmetritype orbitalene pa sentralatomet B i BH3 molekylet, samt de tre gruppeorbitalene til H3 (vist under) tilhører. Svaret skal forklares. (6 4 c) Skriv opp de generelle likningene for SALC orbitalene til BH3 molekylet og skisser alle kombinasjonene du village. (4 Side 1 av 5

2 d) Diskuter SALCene laget under c) utifra energimessige forhold og tegn opp molekylorbitaldiagrammet til BH3. Fy11 inn elektronene og gi navn til molekylorbitalene. (6 e) Definer begrepene LUMO og HOMO og angi hvilke orbitaler dette er i diagrammet. Hva skjer dersom LUMO fylles? (4 f) Skisser et Walsh diagram for de bindende og ikke-bindende molekylorbitalene mellom et trigonalt pyramidalt og et plant XH3 molekyl (hvor X angir et tilfeldig grunnstoff). Forklar energiforskjellene og angi hvilken struktur du ville forvente for H3O~ molekylet. (6 Oppgave 2(34 a) Definer symmetrioperasjonen inversjonssenter, i. Forklar hvilke av punktgruppene under som innehar denne operasjonen og dermed er sentrosymmetriske (6 : i) C2h ii) C3h iii) C4~, iv) Td a) Mens nitrogen kun danner trihalogenider, som for eksempel NCI3, kan fosfor, som ligger under nitrogen i gruppe 15, danne forbindelser som PCi5. Hvordan kan dette forkiares, og hva er den betegnelsen for dette? Tegn opp molekylet PCI5 ut fra VSEPR teori og forkiar hvilken struktur dette er. Forklar hvilke symmetrielementer som gjelder for dette molekylet og bestem punktgruppen. (8 b) To av kioratomene i PCI5 byttes ut med to fluoratomer (F). Forkiar at strukturen som gir høyest symmetriorden ogsa er den som er mest energetisk gunstig. Finn symmetrielementene og punktgruppe til denne strukturen. (4 c) Ett av kloratomene i PCi5 byttes ut med ett jodatom (I). Tegn opp molekylet i sin mest stabile form og forklar plasseringen. Finn symmetrielementene og punktgruppe. (4 b) Definer kort følgende begrep (3 poeng per oppgave): i) Punktdefekt ii) Jahn Teller effekt iii) Zeolitt iv) Tetteste kulepakning Side 2 av 5

3 Oppgave 3 (34 a) Dersom vi ogsa tar hensyn til m-bindinger vii MO-diagrammet for ML6 kompleks bli noe mer komplisert. Tegn opp et MO diagram med a og it bindinger for en m-akseptor ligand. EnerginivAene skal forkiares, samt hvilke orbitaler som deltar i binding. Bruk MO diagrammet til a forkiare den sakalte 18 elektron regelen for organometallkomplekser. (10 b) Forkiaringen av energiforskjellen meliom nivaene Eg og T2g er forskjellig i krystallfeltteorien og I ligandfelt teorien (MO-teori). Hva er forskjellene? (6 c) Finn atomgrunntermen iii følgende elektronkonfigurasjoner. Forkiar framgangsmaten (2 poeng per oppgave). i) d ii) d iii) d5 d) Forkiar med hjelp I svaret fra c) følgende antali observerte topper i absorbsjonsspektra for oktaedrisk transisjonsmetallkompleks for overgangen t2g eg1 t2g~. Ford2 kompleks skal det forkiares hvilke d-orbitaler som er okkupert før og etter eksitasjon i de to tiifellene. (8 i) d kompleks: 1 topp ii) d2 kompleks: 2 topper iii) d5 kompleks: 0 topper e) Bruk MO diagrammet til CO til A forkiare it-backbonding til transisjonsmetailer. (4 Kandidatene ma selv oppsøke sensuroppslagene. Verken eksamenskontoret elier instituttkontoret har kapasitet iii A svare pa telefonhenvendelser angaende eksamenssensur. Senest sensur; mandag 21.juni 2010 Side 3 av 5

4 Vcdlegg: Karaktertabeller. C3~ E 2C3 3a~ A z, x2+y2, z2 A E x,y Dab E 2C3 3C2 Gh 2S3 3a~ A; A; E X,y A; A; Z E h E 8C~ 6C2 6C4 3C2 i 6S4 8S6 3cr,, 6cr~ Aig A2g Eg Tig T2g Xy,yZ,ZX At~ A2~ E Ti~ x,y,z T2~ Side 4 av 5

5 H II Li Be L II 12 Na Mg ~ %E~9~ C The Periodic Table of the Elements 2 He I B C N 0 F Ne &,C (.S ~ NCCC4~ (945 I1.~C 5.(~ 10,81 I ( (5, ,998403: 20( ! ! K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr p~_ L.. S~6 r. Vno.n 85.,~ 54,~ ( C,p~ Z.~ WIb~ 4k...~.. ~ 0d.~ 0,~ Koi~ ,9559( fl Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Rn Rb Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe R.a. S..~. Vps,, Z~.d N18.. %I~tâ. t~ , P6bth.l~ 0ik~ C5_â,~~ ~ r~ ~ tdi, ~ b 85, , , (98 I lol.07 02, I 24 I I I ) I Cs Bn La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At Rn ~ K.,~ Ib.,,~ II.8. 1 T. 8 0~_ I~ I1~., (164 06,,,~ Ib4l,~ Lad II6~h 846,,... 54~ 8.1,. fl~545 W,327 m~55 ~W49 ~79 ~M ~207 ~3 ~2I7 ~078 ~~9653 ~ ~3033 ~2 ~98038 ~0) W0I a ! Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ~ p~*c6~ &~.46 fl. 5.~ F,.w.,., 0.4d.,~ 1..~ 0,c~.. ~6~C r.l,i.. Th6~ ~ ~I6 ~*765 ~ 4(451 ~6 ~ ~25 ~ ~0 ~32 ~26 ~9342l m~ Tb Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr T~ fl~a~ L.~ ~ Pb.,~ ~ U~6â (50I~~ t~c~ r,,. M.t~, 84d fl~fll ~.035g8 ~02~ WY. aaaaa aaa aa 13 Al III Fr Ru Ac RI Db Sg Bh us Mt r,_,_ 14, ~ R,4., 156_, 754~p~ 18 II~ aaaaa a aaa aaa 4 Si 6~ p I 16 S CI Ar Side 5 av 5