1. No category

Kemi arbejdsark
0.0
Oversigt
Der er i alt 17 arbejdsark til Isis A. De er udarbejdet i Word
2003. Formler og figurer i øvrigt er lavet i ISIS Draw 2.5 eller
ChemSketch 10.0.
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
4.1
4.2
4.3
5.1
5.2
5.3
Isis A
ΔHmo-beregning i regneark
Gibbs-energi
van’t Hoffs ligning
Enheden elektronvolt (eV)
Bølgetallet
Boltzmann-fordelingen
Bohrs atommodel
Spektre fra NIST Chemistry WebBook
NMR-spektre fra Spectral Database for Organic Compounds
Beregning af hvilespænding
Beregning af ligevægtskonstant
Reaktion af første orden
Reaktion af anden orden
Aktiveringsenergi
Proteiners sidegrupper
Kondensation
DNA og WeblabViewer Lite
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
1.1
ΔHmo-beregning i regneark
På opslag 6 i Isis A er der redegjort for, hvordan en reaktions molare entalpitilvækst
kan beregnes:
ΔHmo = ΣHmo(produkter) –
ΣHmo(reaktanter)
Beregningerne er forholdsvis enkle, men alligevel kan det være en god ide at udføre
dem i et regneark.
Her opbygges et regneark, der kan anvendes for en vilkårlig reaktion, dog med maksimalt 3 reaktanter og 3 produkter.
I et regneark laves følgende skema:
Generelt reaktionsskema:
reak 1
+ reak 2 + reak 3
→ prod 1 + prod 2
Indgående stoffer:
CH4(g)
+
→ CO2(g) + H2O(g) +
Koefficienter:
Standardentalpier:
ΔHmo =
1
-74,25
-802,9
O2(g)
2
0
+
1
-393,51
+ prod 3
2
-241,82
kJ/mol
I eksemplet er der indtastet oplysninger for en kemisk reaktion. Disse felter skal naturligvis udfyldes på ny, når der er tale om en ny reaktion. Det drejer sig om oplysningerne om Indgående stoffer, Koefficienter og Standardentalpier.
I resultatfeltet er der indtastet en formel til beregning af reaktionens molare entalpitilvækst.
Det vil være en god ide at indtaste standardentalpier for relevante stoffer i en tabel i
regnearket, så de kan kopieres ind i beregningsskemaet herfra. Indtast fx stofferne
fra tabellen bagerst i Isis A.
Er der behov for flere end 3 reaktanter og/eller produkter kan skemaet naturligvis
umiddelbart udvides efter behov.
Tilsvarende regneark kan naturligvis laves til beregning af entropitilvækst og tilvækst i Gibbs-energi.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
1.2
Gibbs-energi
På opslag 10 i Isis A regnes der på ligevægten: 2 NO2(g) → N2O4(g).
Betingelserne for ligevægt er G = Gmin eller ΔG = 0. De to betingelser fører naturligvis
til samme resultat.
På opslaget regnes der på ΔG. Her regnes på G. Fra starten er der 1,0 mol NO2(g).
Beregning af
partialtryk for
NO2 og N2O4
2 NO2(g)
1,0 mol - x
Stofmængde:
Eftervis formlerne:
1,0 mol - x
p NO =
⋅p
2
1,0 mol - ½ x
G-funktionen
→
N2O4(g)
0 mol ≤ x ≤ 1,0 mol
½x
p N 2O 4 =
½x
⋅p
1,0 mol − ½ x
Argumenter for formlerne:
θ
Gm ( NO 2 ) = Gm
( NO 2 ) + R ⋅ T ⋅ ln( p NO2 )
θ
Gm ( N 2 O 4 ) = Gm
( N 2 O 4 ) + R ⋅ T ⋅ ln( p N 2O4 )
G ( x) = (1,0 mol - x)G m ( NO 2 ) + ½ x ⋅ Gm ( N 2 O 4 )
Regneark
Til brug for graftegning skal der laves et regneark med følgende kolonner (anbring p i et felt for sig selv; start med p lig
1,0 bar):
x
p NO
2
pN
2
O4
G(NO2)
G(N2O4)
G(x)
0,001
0,05
0,10
0,15
0,20
:
0,999
Hvorfor kan x lig 0 og 1 ikke anvendes i nogle af formlerne?
Graf for G(x)
Isis A
Tegn i regnearket grafer for G(x) for forskellige værdier af p.
Hvad sker der med ligevægtsstillingen, når p varieres?
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
1.3
van’t Hoffs ligning
Når man anvender van’t Hoffs ligning, forudsætter man, at ΔHmo og ΔSmo er temperaturuafhængige, selv om både Hmo og Smo afhænger af temperaturen:
ln( K ) = −
Θ
ΔH m
1 ΔS Θ
⋅ + m
R T
R
Vi vil her afprøve, hvor godt dette er opfyldt for fremstillingen af ethanol ud fra ethen og
vand:
CH2=CH2(g) + H2O(g) → CH3CH2OH(g)
Indtast nedenstående termodynamiske data i et regneark.
CH2=CH2(g)
T/K
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Hmo/(kJ/mol)
52,341
49,254
46,533
44,211
42,278
40,655
39,310
38,205
37,310
36,596
36,041
35,623
35,327
Smo/(J/mol⋅K)
219,582
233,327
246,198
258,322
269,770
280,559
290,754
300,405
309,556
318,247
326,512
334,384
341,892
H2O(g)
T/K
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Hmo/(kJ/mol)
-241,844
-242,845
-243,822
-244,751
-245,620
-246,424
-247,158
-247,820
-248,410
-248,933
-249,392
-249,792
-250,139
Smo/(J/mol⋅K)
188,833
190,158
192,685
195,552
198,469
201,329
204,094
206,752
209,303
211,753
214,108
216,374
218,559
CH3CH2OH(g)
T/K
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Hmo/(kJ/mol)
-234,897
-239,826
-243,940
-247,260
-249,895
-251,951
-253,515
-254,662
-255,454
-255,947
-256,184
-256,206
-256,044
Smo/(J/mol⋅K)
282,029
303,076
322,750
341,257
358,659
375,038
390,482
405,075
418,892
431,997
444,448
456,298
467,591
Tegn grafer, der viser, hvordan Hmo, Smo, ΔHmo og ΔSmo varierer som funktion af temperaturen.
Hvordan stemmer antagelsen, at ΔHmo og ΔSmo er nogenlunde uafhængige af temperaturen?
Beregn ln(K) som funktion af 1/T, idet ΔHmo(300 K) og ΔSmo(300 K) anvendes i van’t
Hoffs ligning. Tegn grafen for ln(K) som funktion af 1/T, idet ΔHmo(300 K) og ΔSmo(300 K)
anvendes i van’t Hoffs ligning.
Beregn ln(K) som funktion af 1/T, idet ΔHmo(T) og ΔSmo(T) anvendes i van’t Hoffs ligning.
Tegn grafen for ln(K) som funktion af 1/T, idet ΔHmo(T) og ΔSmo(T) anvendes i van’t Hoffs
ligning.
Sammenlign de to grafer og kommenter resultatet.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
2.1
Enheden elektronvolt (eV)
I Isis A anvendes aJ (10–18 J) som enhed for energi i atomare systemer, idet joule er en
del af SI-enhedssystemet.
Ofte ser man enheden eV (elektronvolt) anvendt i stedet. 1 eV er defineret som den tilvækst i kinetisk energi, som en elektron får, når den gennemløber en spændingsforskel
på 1 V. Af definitionen på spændingsforskel følger:
ΔEkin = q ⋅ U = e ⋅ 1 V = 1,6022⋅10–19 C ⋅1 V = 1,6022⋅10–19 J
Der gælder altså:
Omregning
1 eV = 1,6022⋅10–19 J
Fremstil et regneark, der
1. kan omregne fra enheden elektronvolt til enheden
joule, og som også beregner tilhørende værdier for
frekvens og bølgelængde.
2. ud fra bølgelængde kan beregne frekvens og energi i
både elektronvolt og joule.
A
1
B
C
D
E
F
E =
1,00
eV
λ =
700
nm
E =
0,1602
aJ
f=
4,28E+14
Hz
f = 2,41E+14 Hz
E=
0,2837
aJ
E=
1,77
eV
2
3
4
5
Ad punkt 1
λ =
1240
nm
Energien i elektronvolt indsættes i B1
Anvendte formler:
Celle
B3
B4
B5
Formel
C2*1,6022E-19*1E+18
C2*1,6022E-19/6,626076E-34
299792458/C5*E+9
Redegør for formlerne.
Ad punkt 2
Lav selv formler for E3, E4 og E5.
Udvidelse
Som 2, men med udgangspunkt i frekvensen
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
2.2
Bølgetallet
IR-spektre har normalt bølgetal på 1-aksen; som enhed anvendes cm–1. Bølgetallet er den
reciprokke værdi af bælgelængden og betegnes λ–1.
Omregning
Fremstil et regneark, der
1. kan omregne bølgelængde til bølgetal, frekvens og
energi.
2. kan omregne bølgetal til bølgelængde, frekvens og
energi.
A
1
B
C
λ =
10000
nm
λ–1 =
1000
cm–1
D
E
–1
F
–1
λ =
1000
cm
λ=
10000
nm
2
3
4
5
Ad punkt 1
f = 2,998E+13 Hz
E=
0,0199
aJ
f = 2,998E+13 Hz
E=
aJ
Bølgelængden i nm indsættes i B1
Anvendte formler:
Celle
B3
B4
B5
Formel
1/B1/1E-7
299792458/B1/1E-9
6,626076E-34*B4*1E+18
Redegør for formlerne.
Ad punkt 2
Lav selv formler for E3, E4 og E5.
Udvidelse
Som 1, men med udgangspunkt i frekvensen
Isis A
0,0199
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
2.3
Boltzmann-fordelingen
Den østrigske fysiker Ludwig Eduard Boltzmann (1844-1906) opstillede på baggrund af
statistiske overvejelser en fordel, der kan anvendes til at bestemme, hvordan fx molekyler i en gas fordeler sig energimæssigt mellem to energitilstande Ehøj og Elav
⎛ E høj – E lav ⎞
⎟⎟
= exp⎜⎜ –
N lav
k ⋅T
⎝
⎠
Nhøj er antallet af molekyler med energien Ehøj, og Nlav er antallet af molekyler med energien Elav. k er boltzmann-konstanten, der har værdien 1,381⋅10–23 J/K, og T er den absolutte temperatur.
N høj
IR-spektroskopi
Det fremgår af formlen, at befolkningen af energitilstande
falder eksponentielt, idet den laveste tilstand har den største
befolkning.
Inden for IR-spektroskopi er den laveste tilstand og den anslåede tilstand normalt den først anslåede tilstand.
Beregn, hvordan 100 CO2-molekyler vil være fordelt mellem
vibrationsgrundtilstanden og første anslåede tilstand ved 298
K, når bølgetallet for overgangen mellem de to tilstande er
667 cm–1.
NMR-spektroskopi
Formlen kan også anvendes til at beregne, hvordan 1Hkernerne fordeler sig mellem at være parallelle med magnetens felt og modsat rettede.
Beregn, hvordan 100 1H-kerner vil være fordelt mellem de to
tilstande ved 298 K, når spektrometerfrekvensen er 100 MHz.
Andre formler
Isis A
E høj – E lav = h ⋅ f = h ⋅
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
c
λ
Kemi arbejdsark
2.4
Bohrs atommodel
Ifølge Bohrs atommodel kan energien for de enkelte skaller i hydrogenatomet bestemmes
efter formlen:
1
1
E n = – h ⋅ c ⋅ R ⋅ 2 = –2,179 aJ ⋅ 2
n
n
Her er h Planck-konstanten, c er lysets hastighed, og R er Rydberg-konstanten (altså her
ikke den molare gaskonstant).
Her tjekkes, at kun 4 overgange giver anledning til synligt lys.
Regneark
Fremstil et regneark, der
1. Beregner energien for de ti laveste stationære tilstande.
2. Beregner bølgelængden for to udvalgte overgange.
A
B
C
D
E
1
n
En/aJ
2
1
3
-2,179
nlav =
2
Elav =
-0,54475 aJ
2
-0,54475
nhøj =
3
Ehøj =
-0,06053 aJ
4
3
-0,06053
5
4
-0,00378
6
5
-0,00015
λ =
F
G
411 nm
Beregning
Vis, at h⋅c⋅R er lig med 2,179 aJ.
Indtastning
Skalnumrene indtastes i D2 og D3; det laveste nummer øverst.
Formler
Celle
F2
F3
D5
Formel
SUM.HVIS(A$2:A$11;D2;B$2:B$11)
SUM.HVIS(A$2:A$11;D3;B$2:B$11)
6,63E-34*3E+8/((F3-F2)*1E-18)*1E+9
Redegør for formlerne og foretag beregningerne op til n lig 10.
Synligt lys
Isis A
Brug regnearket til at finde ud af, hvilke overgange der giver
bølgelængder i det synlige område fra 400 nm til 700 nm
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
2.5
Spektre fra NIST Chemistry WebBook
Det er muligt via internettet at hente spektre og andre oplysninger for en lang række
kemiske forbindelser fra Spektre fra NIST Chemistry WebBook. Blandt andet er der
UV/VIS-spektre og IR-spektre for mange af de organiske forbindelser, der arbejdes med i
kemiundervisningen.
Stofferne kan fx findes ud fra deres (engelske) navn, molekylformel eller strukturformel.
Her søges der efter oplysninger for benzen.
Web-adresse
NIST Chemistry WebBook er på http://webbook.nist.gov/chemistry
Molekylformel
På NIST Chemistry WebBook’s startside klikkes under punktet
Search Options på Formula.
Så kommer siden:
Search for Species Data by Chemical Formula
For at finde data for benzen, skal der under punkt 1 tastes:
C6H6.
Hvis der er IR-spektret, der ønskes, sættes der under punkt 4 et
flueben i feltet IR spectra.
Endelig klikkes der under punkt 5 på Search.
Så kommer siden: Search Results
Der er flere stoffer i databasen med molekylformlen C6H6. Klik
på Benzene for at få benzens data.
På siden med benzens data er mulighed for at se to forskellige
IR-spektre; vælg spektret for en opløsning af benzen.
Det er også muligt at se benzens UV/VIS-spektrum; det sker ved
at klikke på UV/Visible Spectrum.
Navn (engelsk)
På NIST Chemistry WebBook’s startside klikkes under punktet
Search Options på Name.
Så kommer siden:
Search for Species Data by Chemical Name
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
For at finde data for benzen, skal der under punkt 1 tastes: benzene. Det engelske navn fremkommer ofte, som her, ved at tilføje
et e til det danske navn.
Herefter fortsættes som ovenfor.
Strukturformel
På NIST Chemistry WebBook’s startside klikkes under punktet
Search Options på Structure.
Så kommer siden:
Search for Species Data by Structure or Substructure
Klik under punkt 1 på Use applet to draw a structure.
Så kommer der en side, hvor (hvis pc’en kan køre en Java-applet)
man har mulighed for at tegne en strukturformel. Hvordan det
gøres er forklaret nederst på siden. For benzens vedkommende
er det let. Klik på Template, klik på strukturformlen for benzen, klik et sted i tegnefeltet og klik til sidst på Done.
Nu fremkommer et Java-applet-vindue, hvor der klikkes på OK.
Nu kommer siden Search Results. Klik på Benzene for at få
benzens data.
Andre
spektroskopiske
oplysninger
Ud over at se spektre er det også muligt at få hjælp til tilordningen.
Det sker ved under punktet Information on this page at
klikke på Vibrational and/or Electronic Energy Levels.
Sammenlign oplysningerne i kolonnen Infrared med den tilordning af benzens IR-spektrum, der findes på side 47 i Isis A. Under Notes er der forklaringer på de symboler, der optræder.
Andre oplysninger
Se siden med oplysninger om benzen igennem for andre relevante oplysninger.
Andre stoffer
Udvælg selv andre stoffer, eventuelt nogle af dem, der er omtalt i
Isis A.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
2.6
NMR-spektre fra
Spectral Database for Organic Compounds
Det er muligt via internettet at hente NMR-spektre og andre oplysninger for en lang
række kemiske forbindelser fra Spectral Database for Organic Compounds. Blandt andet
er der 1H-NMR-spektre og 13C-NMR-spektre for mange af de organiske forbindelser, der
arbejdes med i kemiundervisningen.
Stofferne kan fx findes ud fra deres (engelske) navn eller molekylformel. Her søges der
efter oplysninger for 1,3,5-trimethylbenzen.
Web-adresse
Spectral Database for Organic Compounds har web-adressen:
http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/
For at få adgang skal man love at anvende databasen på en hensynsfuld måde, fx bør man højst hente 50 spektre pr. dag. Klik
på I agree the disclaimerand use SDBS.
Molekylformel
Der fremkommer nu en side, hvor man kan indtaste søgeoplysninger. For at finde data for 1,3,5-trimehylbenzen tastes C9H12 i
feltet Molecular Formula. Dernæst klikkes på Search.
Så kommer siden: SDBS Search Results
Siden viser en række stoffer, der alle har molekylformlen C9H12.
Klik på det nummer til venstre, der ud for mesitylene, der er det
samme som 1,3,5-trimehylbenzen.
Hvis der er 1H-NMR-spektret, der ønskes vist, vælges dette i
spalten til venstre på siden med oplysninger om 1,3,5trimehylbenzen.
I ruden til højre vises øverst 1H-NMR-spektret. Nedenunder vises strukturformelen for 1,3,5-trimehylbenzen. Endelig er tilordningen af linjerne i spektret angivet. Sammenlign med oplysningerne side 59 i Isis A.
Yderligere oplysninger om spektret fås ved at klikke på peak
data.
Hvilken spektrometerfrekvens er der anvendt?
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Navn (engelsk)
Klik på Return to Search. Skriv i 1,3,5-trimehylbenzene feltet
Compound Name.
Det engelske navn fremkommer ofte, som her, ved at tilføje et e
til det danske navn.
Når man som her skriver et entydigt navn på det stof, der søges
oplysninger om, er der kun et hit. Klik på nummeret til venstre
eller på Y under HNMR.
Herefter fortsættes som ovenfor.
13C-NMR-spektret
Prøv også at få vist 13C-NMR-spektret af 1,3,5-trimehylbenzen.
Sammenlign med oplysningerne side 71 i Isis A.
IR-spektret
Prøv også at få vist IR-spektret af 1,3,5-trimehylbenzen.
Andre stoffer
Udvælg selv andre stoffer, eventuelt nogle af dem, der er omtalt i
Isis A.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
3.1
Beregning af hvilespænding
Hvilespændingen for en elektrokemisk celle beregnes ud fra Nernst-ligningen:
R ⋅T
Θ
ln(Y ) = e h – e v
U0 = U0 −
z⋅F
Her fremstilles et regneark, der beregner hvilespændingen ud fra en tabel med standardelektrodepotentialer.
Fremstil et regneark, der kan beregne hvilespændingen for en
elektrokemisk celle ud fra tabellen i kolonnerne A til C. Kelvintemperatur, antal overførte elektroner, koncentrationerne i
hver af halvcellerne skal indtastes. Desuden skal angives
nummeret på hver af de to redoxpar, hvorefter regnearket selv
finder standardelektrodepotentialet i tabellen.
Regnearket
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
nr.
1
2
3
4
5
6
7
9
10
B
redoxpar
Au+/Au
Ag+/Ag
Cu2+/Cu
Fe3+/Fe2+
Fe2+/Fe
Zn2+/Zn
Al3+/Al
Na+/Na
Li+/Li
Indtastninger
C
e°/V
1,692
0,800
0,340
0,770
-0,440
-0,762
-1,676
-2,710
-3,040
D
E
F
T=
z=
nr.
3
6
Uo =
G
H
[Mz+]
0,25
0,25
e/V
0,322
-0,780
298 K
2
Uo°/V
0,34
-0,762
1,102 V
Kelvintemperaturen indtastes i F1, antal overførte elektroner
i F2, mens koncentrationerne i hver af halvcellerne skal indtastes i G5 og G6.
Numrene på redoxparrene i de to halvceller, der er angivet i
tabellen, indtastes i E5 og E6; det laveste nummer øverst.
Formler
Isis A
Celle
Formel
F5
SUM.HVIS(A$2:A$10;E5;C$2:C$10)
F6
SUM.HVIS(A$2:A$10;E6;C$2:C$10)
H5
F5-(8,314*$F$1/$F$2/96485)*LN(1/G5)
H6
F6-(8,314*$F$1/$F$2/96485)*LN(1/G6)
F8
H5-H6
Redegør for formlerne.
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
3.2
Beregning af ligevægtskonstant
Ligevægtskonstanten for en redoxreaktion kan beregnes ud fra elektrokemiske data:
⎛ z⋅F Θ⎞
K = exp⎜
U0 ⎟
⎝ R ⋅T
⎠
Her fremstilles et regneark, der beregner ligevægtskonstanten ud fra en tabel med standardelektrodepotentialer.
Fremstil et regneark, der kan beregne ligevægtskonstanten
for en elektrokemisk celle ud fra tabellen i kolonnerne A til C.
Kelvintemperatur og antal overførte elektroner skal indtastes.
Desuden skal angives nummeret på hver af de to redoxpar,
hvorefter regnearket selv finder standardelektrodepotentialet
i tabellen.
Regnearket
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
nr.
1
2
3
4
5
6
7
9
10
B
redoxpar
Au+/Au
Ag+/Ag
Cu2+/Cu
Fe3+/Fe2+
Fe2+/Fe
Zn2+/Zn
Al3+/Al
Na+/Na
Li+/Li
Indtastninger
C
e°/V
1,692
0,800
0,340
0,770
-0,440
-0,762
-1,676
-2,710
-3,040
D
E
F
T=
z=
nr.
3
6
G
H
298 K
2
Uo°/V
0,34
-0,762
Uo° =
K=
1,102 V
1,97E+37
Kelvintemperaturen indtastes i F1, antal overførte elektroner
i F2.
Numrene på redoxparrene i de to halvceller, der er angivet i
tabellen, indtastes i E5 og E6; det laveste nummer øverst.
Formler
Celle
E5
E6
F8
F10
Formel
SUM.HVIS(A$2:A$10;E5;C$2:C$10)
SUM.HVIS(A$2:A$10;E6;C$2:C$10)
F5-F6
EKSP((F2*96485)*F8/(8,31*F1))
Redegør for formlerne.
Udvidelse
Isis A
Lav også en formel til beregning af tilvæksten i Gibbs-energi.
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
4.1
Reaktion af første orden
Betragt en reaktion af første orden af typen:
A
→
produkter
Der gælder følgende hastighedsudtryk: v = k⋅[A]
Det integrerede hastighedsudtryk er: [A] = [A]0 ⋅ e – k⋅t
Der er følgende sammenhæng mellem halveringstid og hastighedskonstant: T½ =
ln(2)
k
Her fremstilles et regneark, der bl.a. viser (t,[A])-grafen for en reaktion af første orden.
Regneark
Til brug for graftegning skal der laves et regneark med følgende indhold:
A
1
B
k = 0,069315
s
C
D
E
[A]/M
%A tilbage
F
–1
2
[A] =
1,00
M
3
T½ =
10
s
4
5
t/s
6
0×T½
0,00
2
100
7
1×T½
10,00
1
50
8
2×T½
20,00
0,5
25
9
3×T½
30,00
0,25
12,5
10
4×T½
40,00
0,125
6,25
11
5×T½
50,00
0,0625
3,125
12
6×T½
60,00
0,03125
1,5625
13
7×T½
70,00
0,015625
0,78125
14
Formler
Alle beregninger foretages ud fra indholdet i cellerne B1 og B2.
Desuden skal starttidspunktet angives i B6.
De anvendte formler er:
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Celle
C6
D6…
B7…
C7…
Formel
B2
C6/$B$2*100
B6+$B$3
$C$6*EKSP(-$B$1*B7)
(t,[A])-graf
Anvend de beregnede værdier til fremstilling af en (t,[A])-graf.
Hvilken betydning har værdien af [A]0 for grafens udseende?
Hvilken betydning har værdien af k for grafens udseende?
Lav formlerne i regnearket om, så det er halveringstiden, der
kan indtastes, i stedet for hastighedskonstanten.
(t,ln([A]))-graf
Føj en kolonne til regnearket, hvor ln([A]) beregnes.
Anvend de beregnede værdier til fremstilling af en (t,ln([A]))graf.
Kommentér grafens udseende.
Alternativt kan man i stedet for at beregne ln([A]) ændre formateringen af 2-aksen for den første (t,[A])-grafen til en logaritmisk skala. Prøv det.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
4.2
Reaktion af anden orden
Betragt en reaktion af anden orden af typen:
A
→
produkter
Der gælder følgende hastighedsudtryk: v = k⋅[A]2
1
1
=
+ k ⋅t
[A] [A]0
Der er følgende sammenhæng mellem halveringstid og hastighedskonstant:
1
T½ =
k ⋅ [A]0
Det integrerede hastighedsudtryk er:
Her fremstilles et regneark, der bl.a. viser (t,[A])-grafen for en reaktion af anden orden.
Regneark
Til brug for graftegning skal der laves et regneark med følgende indhold:
A
B
C
D
–1 –1
1
k=
1,00
M s
2
[A]0 =
1,00
M
3
4
t/s
[A]/M
%A tilbage
5
0×T½
0
1,000
100,00
6
1×T½
1
0,500
50,00
7
2×T½
2
0,333
33,33
8
3×T½
3
0,250
25,00
9
4×T½
4
0,200
20,00
10
5×T½
5
0,167
16,67
11
6×T½
6
0,143
14,29
12
7×T½
7
0,125
12,50
13
8×T½
8
0,111
11,11
14
9×T½
9
0,100
10,00
15
10×T½
10
0,091
9,09
18
t/s
[A]/M
%A tilbage
19
20
0,048
4,76
16
17
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
E
F
Formler
Alle beregninger foretages ud fra indholdet i cellerne B1 og B2.
Desuden skal starttidspunktet angives i B5.
De anvendte formler er:
Celle
A6
A7…
B5…
C5…
Formel
1/(D1*D2)
A6+$A$6
(1/$D$2+$D$1*A5)^-1
B5/$D$2
Nederst i tabellen kan beregningerne foretages for et vilkårligt tidspunkt, i eksemplet 20 s.
De anvendte formler er:
(t,[A])-graf
Celle
B19
C19
Formel
(1/$D$2+$D$1*A19)^-1
B19/$D$2
Anvend de beregnede værdier til fremstilling af en (t,[A])-graf.
Hvilken betydning har værdien af [A]0 for grafens udseende?
Hvilken betydning har værdien af k for grafens udseende?
(t,[A]–1)-graf
Føj en kolonne til regnearket, hvor [A]–1 beregnes.
Anvend de beregnede værdier til fremstilling af en (t,[A]–1)-graf.
Kommentér grafens udseende.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
4.3
Aktiveringsenergi
Den tyske kemiker Max Bodenstein offentliggjorde i 1920 resultater af sine undersøgelser af reaktionen:
NO(g) + ½ O2(g) → NO2(g)
Bodenstein fandt, at reaktionen følger hastighedsudtryk: v = –
d[NO]
= k ⋅ [O 2 ] ⋅ [NO]2
dt
Bodenstein bestemte hastighedskonstanten ved en række temperaturer:
t/°C
– 50
– 45
– 25
0
20
50
k
0,130
0,122
0,0795
0,0612
0,0494
0,0358
75
0,0265
Ud fra disse data kan aktiveringsenergien, Ea, bestemmes.
k har i dette tilfælde en lidt speciel enhed, men den er uden betydning for beregningen
af aktiveringsenergien.
Regneark
Til brug for beregningen af aktiveringsenergien fremstilles
følgende regneark:
A
B
C
D
E
F
t/°C
T/K
T–1/K–1
k
ln(k)
-50
0,1300
-45
0,1220
-25
0,0795
0
0,0612
20
0,0494
50
0,0358
75
0,0265
Lav formler og beregn værdierne for T, T–1 og ln(k)
(T–1,ln(k))-graf
Anvend disse værdier til fremstilling af en (T–1,ln(k))-graf.
Omskriv Arrhenius-ligningen, så den kan forklare (T–1,ln(k))grafens udseende.
Bestem ligningen for tendenslinjen og dernæst aktiveringsenergien.
Hvordan kan den negative aktiveringsenergi forklares?
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Max Bodenstein undersøgte også reaktionen:
2 HI(g) →
T/K
k/Ms–1
(T–1,ln(k))-graf
550
3,13⋅10–6
H2(g) + I2(g)
625
7,90⋅10–5
700
3,20⋅10–3
830
0,10
Anvend disse værdier til fremstilling af en (T–1,ln(k))-graf.
Omskriv Arrhenius-ligningen, så den kan forklare (T–1,ln(k))grafens udseende.
Bestem ligningen for tendenslinjen og dernæst aktiveringsenergien.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
5.1
Proteiners sidegrupper
Alle proteiner er opbygget af aminosyre, således også proteinmolekylerne i cellemembranen. Næsten alle aminosyrerne, der indgår i proteiner, indeholder en aminogruppe og en
syregruppe og kan angives med strukturformlen:
H
R
O
C
C
O
NH2
H
Sidegruppen R kan være polær, upolær, basisk eller sur.
Polær eller upolær
Afgør hvilke af følgende aminosyrer, der har en polær sidegruppe og hvilke der har en upolær. Afgørelsen skal begrundes.
O
O
OH
OH
HO
OH
NH2
NH2
serin (ser)
threonin (thr) *
O
O
OH
OH
NH2
NH2
glycin (gly)
alanin (ala)
O
O
OH
OH
NH2
NH2
isoleucin (ile) *
phenylanalin (phe) *
O
O
OH
NH2
HO
tyrosin (tyr)
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
O
OH
NH2
NH2
asparagin (asn)
Sur eller basisk
Afgør hvilke af følgende aminosyrer, der har en sur sidegruppe
og hvilke der har en basisk. Afgørelsen skal begrundes.
O
O
O
OH
OH
O
HO
OH
NH2
NH2
asparaginsyre (asp)
H2N
glutaminsyre (glu)
O
O
N
OH
NH2
OH
N
H
lysin (lys)*
NH2
histidin (his)
Molekylformel og strukturformel
Tegn den type strukturformel for lysin, der viser alle carbonatomer og alle hydrogenatomer.
Bestem herudfra molekylformlen for lysin.
Dipeptid
Tegn strukturformlen for et dipeptid sammensat af to molekyler cystein (cys).
Disulfidbinding
I proteiner kan der dannes en disulfidbinding mellem sidegrupperne på to cysteinenheder:
–CH3–S–S–CH3–
Lav en strukturformel, der viser denne disulfidbinding mellem
sidegrupperne på to cysteinenheder.
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
5.2
Kondensation
Formelt dannes et disaccharid ved en kondensationsreaktion mellem to monosaccharider, fx
6
6
CH2OH
5
O
H
H
4
H
3
OH
2
H
+
H
4
OH
3
H
α -D-glucopyranose
O
H
1
OH
OH
5
H
4
OH
2
OH
α -D-glucopyranose
OH
H
H
OH
H
3
H
'
CH2OH
CH2OH
O
H
1
OH
OH
5
H
6
6
CH2OH
H
'
4
1
H
O
2
'
5
O
H
OH
'
3
H
OH
H
H
α
'
1
'
OH
OH
+
2
α-maltose
α
(4-O- -D-glucopyranosyl-α -D-glucopyranose)
H2O
Formelt dannes et dipeptid ved en kondensationsreaktion mellem to aminosyrer, fx
R
R
H C C OH +
N O
H2
Byg modeller
H N C C OH
H H O
R
R
H C C N C C OH + H2O
N O H H O
H2
1 Byg 2 molekylmodeller af α-D-glucopyranose, som er ringformen
af D-glucose.
Byg de to modeller sammen i en kondensationsreaktion.
Byg alle klassens modeller sammen til amylose. (Opslag 54 i Isis B)
Byg alle klassens modeller sammen til cellulose. (Opslag 54 i Isis B)
2 Byg molekylmodeller af aminosyrerne met, gly, pro og his.
Byg modellerne sammen med peptidbindinger i en kondensationsreaktion, som det foregår i det udsnit af proteinsyntesen vist
på figuren side 167 i Isis A.
Spørgsmål
Hvilken rolle spiller ATP i de to kondensationsreaktioner?
Hvorfor står der ”Formelt dannes…” i teksten ovenfor?
Hvilken reaktionstype er den modsatte af en kondensation?
Isis A
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S
Kemi arbejdsark
5.3
DNA og WeblabViewer Lite
Med programmet WeblabViewer Lite, der er et freeware-program,
er det muligt at undersøge molekylers rumlige struktur. Med programmet følger en række molekylfiler; andre kan findes på internettet.
Web-adresse
WeblabViewer Lite kan fx downloades fra:
http://www.scalacs.org/TeacherResources/
Installation
Når programmet er downloaded skal det installeres.
C60-fulleren
Start med at åbne filen BuckyBall, som viser C60-fulleren.
Prøv ved hjælp af musen (eller andet) at dreje molekylmodellen.
Vælg dernæst Window/New Hierachy Window.
Det bevirker, at der dannes et nyt vindue (hierarkivinduet), der
viser alle molekylets bestanddele, når man klikker på plusset ud
for BuckyBall.
I dette tilfælde er dette overskueligt, da der er tale om 60 carbonatomer. Klik fx på C40 og dette carbonatom fremhæves i vinduet til højre.
DNA
Åbn filen DNA. Vælg igen Window/New Hierachy Window.
I hierarkivinduet angives nu de to nucleinsyrekæder.
For hver nukleinsyrekæde er rækkefølgen af nucleotider angivet.
For hver nucleotid kan man se de enkelte atomer, der indgår.
Prøv at højreklikke i vinduet, der viser DNA-molekylet. Afprøv
de forskellige visninger.
Sammenlign med opslag 65 i Isis A og find de fire baser, der optræder i nucleotiderne i DNA.
Filer fra IsisDraw eller
ChemSketch
Isis A
Det er muligt i WeblabViewer Lite at vise molekyler der er tegnet i de meget anvendte kemiske tegneprogrammer IsisDraw og
ChemSketch.
© Hans Birger Jensen og Forlaget Systime A/S