Eksamen i KJM-MENA3300 våren 2016

Like dokumenter
EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl. 10:00 og kl. 12:30

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Overflateladningstetthet på metalloverflate

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

Sammendrag, forelesning onsdag 17/ Likevektsbetingelser og massevirkningsloven

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

UNIVERSITETET I OSLO

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

EKSAMENSOPPGAVE. Adm. bygget B154. Enkel lommeregner. Rute. Dr. Maarten Beerepoot

DIFFUSJON I METALLER. DIFFUSJON - bevegelse av atomer. - størkning. foregår hurtigere i gass og smelte p.g.a. mindre effektiv atompakking

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

1 J = cal = energi som trengs for å løfte 1 kg 1m mot en 1N kraft, eller 100 g 1meter mot tyngdekraften (10N) (ett eple en meter)

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

UNIVERSITETET I OSLO

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 8 sider inklusive forside. Kontaktperson under eksamen: Prof. Richard Engh Telefon:

Arbeid = kraft vei hvor kraft = masse akselerasjon. Hvis kraften F er konstant og virker i samme retning som forflytningen (θ = 0) får vi:

UNIVERSITETET I OSLO

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 10.

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Universitetet i Oslo

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

Elektrisk potensial/potensiell energi

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

EKSAMENSOPPGAVE. Enkel lommeregner. Rute. Prof. Richard Engh. NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

Kapittel 14, Polymerers Struktur Definisjon av polymer Kjemisk sammensetning Polymerisering Struktur Molekylvekt Molekylform Krystallinitet

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

4 Viktige termodynamiske definisjoner ΔG = ΔH - T ΔS

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 9. E dl = 0. q i q j 4πε 0 r ij. U = i<j

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

Dette gir ingen informasjon om hvor en nukleofil vil angripe.

Norsk finale Fasit

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

Kap. 22. Gauss lov. Vi skal se på: Fluksen til elektrisk felt E Gauss lov. Elektrisk ledere. Integralform og differensialform

Mandag Ledere: Metaller. Atomenes ytterste elektron(er) er fri til å bevege seg gjennom lederen. Eksempler: Cu, Al, Ag etc.

Finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002 Kl

EKSAMENSOPPGAVE. - Ett A4 ark med selvskrevne notater (begge sider) - Kalkulator. - Molekylbyggesett. Rute

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Mandag dq dt. I = Q t + + x (tverrsnitt av leder) Med n = N/ V ladningsbærere pr volumenhet, med midlere driftshastighet v og ladning q:

Forelesning nr.13 INF 1410

Tirsdag r r

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

Onsdag og fredag

Det er 20 avkryssingsoppgaver. Riktig svar gir 1 poeng, feil eller ingen svar gir 0 poeng.

Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Fysikkolympiaden Norsk finale 2019 Løsningsforslag

Gauss lov. Kap. 22. Gauss lov. Gauss lov skjematisk. Vi skal se på: Fluksen til elektrisk felt E Gauss lov Integralform og differensialform

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

Universitetet i Oslo

S N 2-reaksjon. Dette gir ingen informasjon om hvor en nukleofil vil angripe.

Fasit til finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Strålingsintensitet: Retningsbestemt Energifluks i form av stråling. Benevning: Wm -2 sr - 1 nm -1

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

Kjemiske bindinger. La oss demonstrere ved hjelp av eksempler

Løsningsforslag. for. eksamen. fysikk forkurs. 3 juni 2002

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

Eksamen IRF30014, høsten 15 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Universitetet i Oslo Det matematisk -naturvitenskapelige fakultet

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Q = π 4 D2 V = π 4 (0.1)2 0.5 m 3 /s = m 3 /s = 3.93 l/s Pa

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Onsdag 7. september 2001, kl Løysingsforslag:

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Matematikk 1 (TMA4100)

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

Løsningsforslag AA6524 Matematikk 3MX Elever AA6526 Matematikk 3MX Privatister eksamensoppgaver.org

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Juni 2011

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

og P (P) 60 = V 2 R 60

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI Lørdag 12. juni 2010 Tid: 9:00 13:00

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Statikk og likevekt. Elastisitetsteori

UNIVERSITETET I OSLO. Løsningsforslag

Transkript:

Eksamen i KJM-MENA3300 våren 016 Løsningsforslag Oppgave 1 I en løsning av upolare molekyler i polart løsningsmiddel (vann) blir hvert enkelt upolart molekyl omgitt av en «bur» av løsningsmiddelsmolekyler. Dannelse av et «bur» omfatter øket antall hydrogenbindinger mellom vannmolekylene ( H < 0), og dannelse av mange små bur gir øket orden ( S < 0). Men totalt er G > 0. Dannelse av klaser av de upolare «hydrofobe» molekylene gir øket frihet til vannmolekylene og dermed S > 0 slik at klasedannelsen av upolare molekyler i vann blir en spontan prosess Dette kalles den hydrofobe effekten. Den hydrofobe effekten øker med temperaturen. Den hydrofobe effekten fører til assosiasjon (klaser, miceller osv.) som nevnt ovenfor, mellom hydrofobe molekyler i vann. Det elektriske dobbeltlaget består av overflateioner (overflateladninger) og ioner i større avstand. I tillegg vil likt ladete ioner i løsningen frastøtes (koioner), mens motsatt ladete ioner vil tiltrekkes (motioner). Teorien kalles DVLO-teorien. DLVO-teorien tar utgangspunkt i den totale potensielle energi-forandringen som finner sted når flater (partikler) nærmer seg hverandre. De attraktive interaksjonene er Van der Waals interaksjoner (kun London-interaksjoner), de frastøtende er elektrostatiske og/eller steriske. c) Konsentrasjonen er den kritiske micelle konsentrasjonen (CMC) og årsaken er dannelse av miceller. Andre strukturer er stavformede miceller, kurvede og plane dobbeltlag (bilayer). En benytter pakningsparameteren p. Når denne =1.0 får man et plant dobbeltlag. d) Mellom upolare molekyler har en tiltrekkende dispersive vekselvirkninger og frastøtende Pauli-velselvirkning. Figuren nedenfor er fra forelesning 1:

Det mest populære uttrykket er Lennard-Jones potensialet: (I forelesningene brukes σ i stedet for r 0 ) 1 6 r0 r 0 = ε V 4 r r Utledes ved derivasjon av V og ved å sette dv/dr = 0: 1 6 1 r0 1 r0 dv / dr = 4ε 1 6 =0 r r r r Dvs. 1 6 1 r0 1 r0 1 6 = 0 r r r r eller Ganger begge sider med r (r/r 0 ) 1 og deler på 6 som gir 1 6 1 r0 1 r0 1 = 6 r r r r r = r0 6 dvs. r/r 0 = 1/6 Altså: Avstand = 1,15 x 34 = 383 pm. Dette må tilsvare en kondensert fase (fast, nesten det samme i væske). Oppgave De to typene polyetylen er low og high density (PEL og PEH). PEL Low density PE lages ved en høytrykksprosess (ca. 1000 atm.) med en fri-radikal-mekanisme. Dette er den eldste typen PE (ICI, 1933). PEH High density PE lages ved en lavtrykksprosess ved hjelp av spesielle faste metall-organiske katalysatorer. Oppfunnet av Ziegler og Natta, 1953 (Nobelprisen 1963). Kalles Ziegler-Natta katalysatorer.

En isotaktisk polymer har alle sidekjedene på samme side (f.eks. PP), mens hos en ataktisk polymer er sidekjedene tilfeldig fordelt. I molekylære krystaller holdes molekylene sammen av dispersive interaksjoner, dipolinteraksjoner og hydrogenbindinger. Strukturen bestemmes av molekylenes geometri og intermolekylære krefter (f.eks. retningsbestemte ladninger og hydrogenbindinger). Den observerte massetettheten er lavere enn dette fordi PE bare er delvis krystallinsk og de amorfe delene har lavere massetetthet. c) Nylon og Kevlar er polyamider. Kevlar er bygget opp av aromatiske monomerer og den kjemiske strukturen fører til stor grad av krystallinitet som fører til høyt smeltepunkt og høy mekanisk styrke. d) ( η η ) / 0 1 Definisjonen av grenseviskositet (intrinsic viscosity) er [ η ] = når c 0. c Når [η] er kjent, kan en regne ut M fra Staudinger-Mark-Houvinks ligning. Vi setter opp følgende tabell. Merk at c her også er regnet om til g/dm 3 som er c (g/100 cm 3 ) 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 c (g/dm 3 ) 0 4 6 8 10 η (10 3 kg m -1 s -1 ) 0,647 0,69 0,733 0,777 0,81 0,865 η/η 0 1,066 1,133 1,01 1,69 1,337 (η/η 0 ) - 1 0,066 0,133 0,01 0,69 0,337 ((η/η 0 ) - 1)/c 0,0333 0,0333 0,03349 0,0336 0,03369 Vi plotter ((η/η 0 ) - 1)/c mot c og ekstrapolerer til c = 0. Det gir [η] = 0,0330 dm 3 /g Vi har altså K M a = [η] der K = 8,3 10 - cm 3 /g = 8,3 10-5 dm 3 /g og a = 0,5. Det gir M 0,5 = 0,0330 / 8,3 10-5 = 398. som gir M = 1,58 10 5 g/mol.

Oppgave 3 Denne utledingen står i forelesningene. For likevekt mellom diffusjon og sedimentasjon: Diffusjonsfluks: J diff = - D dc/dx - Fick s 1. lov Sedimentasjonsfluks: J sed = c v = c dx/dt Ved likevekt er summen av disse = 0, altså: c dx/dt - D dc/dx = 0 eller: c dx/dt = D dc/d For sedimentasjon i tyngdefeltet er det oppgitt: Altså: dx Vg dc c = c = D eller dt f dx dx dt dc Vg = c c Df Vg = der V = partikkelvolumet f Denne ligningen integreres fra x 1 til x med c tilsvarende fra c 1 til c dx c x dc Vg = dx som gir c Df c1 x1 ( ) c Vg = ln x x1 c1 Df Satt inn for Einsteinrelasjonen Df =kt og V = m/ρ p (står i formelsamlingen) ln c c 1 = mg kt ρ 1 ρ p ( x x ) 1 Vi ser at dersom vi plotter ln(n) mot x skal vi få en rett linje med vinkelkoeffisient mg(1 - ρ/ρ p )/kt. Fordi det er et forhold, spiller det ikke her noen rolle hvilken enhet n eller c er gitt i, imidlertid må x regnes i meter. Plotter vi log(n) mot x (i mm) som på figuren nedenfor, får vi vinkelkoeffisienten 0.30. For å konvertere til meter og ln(n) må vi multiplisere med.303. 1000.

11. 11.0 10.8 log(n) 10.6 10.4 10. 10.0 4 5 6 7 8 x (mm) mg ρ Altså: 1 = 0.30..303. 10 3 = 5,9. 10 kt ρ p m = 5,9 10 1,38 10 3 ( 1 1,0 /19,3) 9, 81 98 =,34. 10-19 kg V = m/ρ p =.34. 10-19 /19300 = 1.1 10-3 m 3 / 1/ 3 1 3 3V 3 3 1,1 10 r = = = 1,43 10-8 m = 14,3 nm 4π 4 π Vi kunne også regne dette ut fra av punktene. Dette blir ganske nøyaktig da vi ser at punktene ikke avviker mye fra den rette linjen: mg ρ c 1 ( ) kt x x1 p = ln / ρ c1 mg 10 ρ 4 6 10 Fra de første punktene: 3 1 ( 5 67 4 44) 10 = 5,04 10 kt 10 p =, ln /,, ρ, 9 10 som altså ikke avviker så mye fra det som ble bestemt ovenfor.

Oppgave 4 A P, med hastighetskoeffisient: k r Førsteordens reaksjon, dvs. d[a] dd = k r[a] d[a] [A] = k rdd [A] 0 d[a] [A] [A] t = k r dd 0 [A] = [A] 0 e k rt Halveringstiden, τ 1/ : tiden det tar til [A] = [A] 0 / Tar logaritmen på begge sider av [A] = [A] 0 e k rt og flytter over; ll [A] [A] 0 = k r t, setter inn og finner τ 1/ = ll k r c) Arrhenius' likning: k r = Ae E a RR hvor k r hastighetskoeffisienten, A preeksponentiell faktor (en statistisk mekanisk funksjon), E a aktiveringsenergien, R gasskonstanten, T absolutt temperatur. d) Ved å ta logaritmen på begge sider av Arrgenius' likning får vi: llk r = lll E a RR Om vi plotter lnk r mot invers temperatur får vi en rett linje som skjærer y-aksen ved lna og som har helning = E a /R (tegn figur). e) Pt + + C H 6 PtC H 4 + + H, k r Hastighetsuttrykket: d[pp + ] dd = k r [PP + ][C H 6 ]

Når [C H 6 ] >> [Pt + ], kan vi med god nøyaktighet sette [C H 6 ] = [C H 6 ] 0 = konstant. Mao. d[pp + ] dd = k r [PP + ] dette svarer til en førsteordensreaksjon (operasjonen kalles gjerne en kvasiførsteordensreaksjonstilnærmelse), og k r = k r [C H 6 ] 0 Benytter løsningen for en førsteordens reaksjon, se oppgave 4 og over, ll [PP+ ] [PP + ] 0 = k r t Leser av grafen og setter inn for de første t = 0 s der logaritmen har falt til 3,45 og får k r = 3,45 0,0 s 1 = 0,175 s -1 k r = k' r /[C H 6 ] 0 = 0,175 s -1 /1,05. 10-1 M = 1,66. 10 11 dm 3 mol -1 s -1 (±15 % nøyaktighet på grunn av unøyaktighet i avlesning, samt at kurven ikke er perfekt lineær). f) I følge Eyrings teori står det aktiverte kompleks i likevekt med reaktantene. Når det aktiverte komplekset nærmer seg overgangstilstanden endrer bindingsavstander og -vinkler seg, ofte betydelig. Bevegelsen langs reaksjonskoordinaten kan karakteriseres ved en vibrasjonsbevegelse med tilhørende vibrasjonsfrekvens, ν (strengt tatt en matematisk sett imaginær størrelse). Om det aktiverte komplekset består av N atomer, har vi altså 3N-6 indre frihetsgrader. Ved utledningen av hastighetsuttrykket (boka s 896) projiserer vi ut reaksjonskoordinaten, som derved står igjen med 3N- 7 indre frihetsgrader. g) Nevnte reaksjonsskjema kan uttrykkes slik: E + S = ES k a, k' a ES -> P + E k b (E enzym, S substrat, P produkt) En må da vise ved utledning (boka s 864) at ved å innføre steady-state-approksimasjonen at reaksjonshastigheten er gitt ved v = k b[e] 0 K M /[S] 0 Hvor K M = k a +k b k a