Розділ 12
Атоми з молярною масою 200 г рухаються до молекул водню, що відпочивають. Якою буде мінімальна швидкість, необхідна цим атомам для розриву зв’язку H - H. Ми вказуємо це
Енергія зв'язку H - H дорівнює молярній енергії, поділеній на кількість AVOGADRO:
Е = 102 ккал моль - 1 ґ 4,18 Дж/кал/6,02 10 23 = 427 000 джоулів/6,02 10 23
Кінетична енергія частинки така, що (в СІ)
v 2 = 427 000 джоулів ґ 2/0,2 = 4 270 000
Енергія зв'язку C - F у перфторметані оцінюється у 485 кДж/моль. Скажіть, чи можна провести наступну реакцію з використанням збуджених атомів ртуті (4,88 еВ):
CF4 + Hg * ® CF3· + ·F + Hg.
Для того, щоб зробити можливим вищезазначену реакцію, якою повинна бути швидкість атомів ртуті, щоб кінетична енергія цих атомів забезпечувала необхідний додаток енергії? ?
Оскільки 1 еВ = 1,602 10 - 19 Дж, енергетичний еквівалент 4,88 еВ в кДж/моль становить 469,2 кДж/моль.
4,88 еВ ґ (1,602 10 - 19 Дж/еВ) = 7,82 10 - 19 Дж
Ця енергія підтримується атомом. Для родимки відповідною енергією буде:
7,82 10 - 19 Дж ґ 6,022 10 23 атомів/моль = 469,2 кДж/моль
Як результат, енергії розглянутого світла недостатньо, щоб викликати запропоновану реакцію. Необхідна енергія, 485 кДж/моль, відповідає світлу з довжиною хвилі не більше 5,04 еВ. Дійсно, ми можемо повернути розрахунок назад або записати це
(485 кДж/моль)/(469,2 кДж/моль) = х еВ/4,88 еВ
Нагадування: при коротшій довжині хвилі, отже, при більш високій частоті, фотони матимуть енергію, що перевищує мінімально необхідну.
Отже, нестача енергії становить 5,04 - 4,88 еВ = 0,16 еВ = 2,56 10 - 20 Дж. Ця різниця буде мати місце у вигляді кінетичної енергії. Тому мінімальна швидкість буде такою:
Е кінетика = 1/2 м v 2 де м - маса атомів ртуті: м = 0,2 кг/моль/6,022 10 23
2,56 10 - 20 Дж = 1/2 (0,2/6,022 10 23) vmin 2
або трохи більше 1410 км/год.
Енергія зв'язку C - H в етані оцінюється в 415 кДж/моль. Чи можна здійснити фоторозкладання етану залежно від реакції:
Рівень збудження атомів натрію може бути досягнутий при світлі довжиною хвилі 589 нм. Чи можемо ми розглянути можливість розриву зв'язку C-C з тими ж збудженими атомами? Ми це знаємо
Фотони з довжиною хвилі 589 нм мають енергію 2,087 еВ. Тому вони не мають мінімальної енергії, необхідної для здійснення будь-якого із запропонованих розколів.
Нагадування: Е = h n і ні = c/л
ні = (2998 10 8 м/с)/(589 нм 10 - 9 нм/м) = 5,09 10 14 с - 1
Е = h ні = (6,626 10 - 34 Дж с) ґ (5,09 10 14 с - 1) = 33,72 10 - 20 Дж
Перетворення в еВ вже було зроблено в попередній задачі.
Якою буде мінімальна енергія збудження (в еВ), щоб врахувати розрив зв’язку S - H, енергія якого оцінюється в 367 кДж/моль? Відповідь: 3,82 еВ
Те саме питання щодо розриву зв'язку C-S, яке оцінюється в 272 кДж/моль.
Використовується лампа, що випромінює УФ-випромінювання, спектр якої змінюється від 185 нм (поріг пропускання кварцу) до понад 800 нм (поза видимим). Вкажіть частину спектра лампи, в нм, яку можна використовувати для кожного з двох розривів. У якій ділянці спектра зазвичай потрібно висвітлити сполуку типу R3C - S - H, щоб розірвати лише зв'язок C - S? ?
Енергія 367 кДж/моль (зв'язок S - H) еквівалентна енергії 3,82 еВ. Ця енергія відповідає фотону з довжиною хвилі 323,25 нм. Отже, лише фотони, довжина хвилі яких менша за це значення, матимуть енергію, необхідну для розриву розглянутого зв'язку.
Для зв'язку C - S 272 кДж/моль відповідає 2,83 еВ, а також для фотонів з довжиною хвилі 437,87 нм. . Отже, лише фотони, довжина хвилі яких менша за це значення, матимуть енергію, необхідну для розриву розглянутого зв'язку.
Щоб розірвати лише зв'язок C - S, зразок повинен висвітлюватися лише в області спектра між 437. нм та 323.25 нм.
Світло з довжиною хвилі 420 нм поглинається при 80% при проходженні через газ товщиною 10 см. Обчисліть коефіцієнт поглинання, якщо газ має атмосферний тиск ?
Закон поглинання світла, що проходить через газоподібне середовище, такий, що Я = Я0-го - µPd. У цій формулі, Я - інтенсивність, що передається, Я0 - інтенсивність падіння, P - тиск газу і d відстань, пройдена світлом у газовому середовищі. Єдиним невідомим параметром у цій формулі є значення µ, значення, яке ми шукаємо. Логарифмічною формою стає:
Ln Я/I0 = - µ P d
У міжнародній системі одиниць застосування (інтенсивність відроджуваного пучка становить 20% від інтенсивності падаючого пучка):
У бароковій системі одиниць, відомих як хіміки (атмосферний літр), ми отримуємо:
Людське око здатне виявляти до 2,35 10 - 18 Дж світла, що характеризується довжиною хвилі 510 нм. Обчисліть у джоулях енергію фотона, пов’язану з цією довжиною хвилі. Виведіть мінімальну кількість фотонів, яку око має отримати, щоб виявити це світло.
Ми повинні розрахувати енергію, пов'язану з фотоном, що характеризується його довжиною хвилі л = 510 нм.
E = h ні = h c/л = 6626 176 10 - 34 ґ 2, 997 9 10 8/510 10 - 9
E = 3,895 10 - 19 Дж/кванти
Кількість необхідних квантів: 2,35 10 - 18 Дж/3,895 10 - 19 Дж/кванти = 6,03 кванти
З осередком товщиною 1 см і з фотоколориметром ( л = 366 нм) отримуємо наступні дані для розчинів K2CrO4:
| I/I0 | 0,42 | 0,27 | 0,18 | 0,11 |
| концентрація (моль/літр ґ 10 4) | 0,80 | 1.20 | 1,60 | 2,00 |
Побудуйте ці результати, щоб перевірити закон BEER та визначити за цим графіком коефіцієнт поглинання K2CrO4 при 366 нм. Скільки відсотків світла 1,0 10 - 4 молярний розчин буде пропускати через комірку товщиною 5 см? ?
У разі розчинів і коли розчинник повністю прозорий на довжині хвилі, яка нас цікавить, поглинання не тільки чутливе до товщини, через яку проходить світло, але і до концентрації. проти розчину, що послаблює пучок:
Я = Я 0-го - м кд, або Ln Я/Я0 = - µ c d
Неперівський логарифм відношення Я/Я0 - лінійна функція концентрації. Щоб перевірити, чи експериментальні дані відповідають закону BEER, ми графічно перевіряємо, що це так.
Що стосується одиниць, то якими будуть одиниці µ ? Виріб повинен бути без одиниць. Тому, µ має бути виражена як обернена до концентрації проти і як обернена до відстані d.
[µ] [проти] [d] є немає одиниць є [µ] (моль/літр) ґ см
Одиниця виміру µ є (моль/літр) - 1 ґ см - 1 = літр/(моль·см)
Оскільки ще Ln Я/Я0 = - µ c d, лінія Ln Я/Я0 = ¦ (проти) визнає як нахил значення - µ d . Нахил до цієї лінії можна отримати, здійснивши лінійну регресію на чотирьох експериментальних точках (р = Ln Я/Я0 і х = проти ). Отримуємо: р = - 1,106 х + 0,024. Беручи до уваги також пункт (0,0), отримуємо: р = - 1,0907 х. У кожному з двох випадків коефіцієнт кореляції такий, що: R 2 = 0,999. Як значення d = 1 см, є таким, що µ = 1,10 10 +4 л/(моль·см).
Який відсоток світла буде пропускати молярний розчин 1,0 10 - 4 через комірку товщиною 5 см? ?
Я = Я0-го - мккд = e - (1,10 10 +4 літр/(мольсм) (1,0 10 - 4 моль/літр) (5 см) = e - 5,5
Якщо припустити, що атоми ртуті та натрію, які реагують у параграфі 8, реакція 2 мають на момент зіткнення незначну кінетичну енергію (вони перебувають у стані спокою), якою буде швидкість двох атомів після передачі енергетичної електроніки.
Енергія, доступна для збуджених атомів ртуті, така, що
Е = h ні = h c/л = 6,626 176 10 - 34 ґ 2,997 9 10 8/253,7 10 - 9
Ев наявності = 7830 10 - 19 Дж
Енергія, що відновлюється атомами натрію у вигляді електронної енергії, становить:
Е = h ні = h c/л = 6,626 176 10 - 34 ґ 2,997 9 10 8/589 10 - 9
Е = 3,373 10 - 19 Дж
Імовірно, різниця в енергії виявляється у вигляді кінетичної енергії у двох атомах ртуті та натрію.
D Е = 7,830 10 - 19 Дж - 3,373 10 - 19 Дж = 4,457 10 - 19 Дж
Розподіл цієї надлишкової енергії повинен здійснюватися з урахуванням принципів збереження енергії та кількості руху. Спочатку можна вважати, що ці атоми перебувають у стані спокою. Тому ми будемо писати послідовно рівняння збереження енергії та кількості руху
Замінюючи буквальні значення на числові значення в цьому останньому рівнянні, ми отримуємо:
Повертаючись до першого рівняння і замінюючи, приходить:
(4,457 10 - 19 Дж) ґ (6,022 10 23) ґ 2 = 0,2 vHg 2 + 0,023 vNa 2
(53,68 10 +4) = 0,2 vHg 2 + 0,023 vNa 2
268,4 10 +4 = vHg 2 + 0,115 vNa 2
268,4 10 +4 = (- 0,115 vNa) 2 + 0,115 vNa 2 = + 0,0132 vNa 2 + 0,115 vNa 2
268,4 10 +4 = 0,1282 vNa 2
2093,2 10 +4 = vNa 2
Ю vHg = 4575 м/с ґ - 0,115 = - 526 м/с
Негативний знак лише вказує на те, що атом ртуті віддаляється в напрямку, протилежному до атома натрію. Необхідно повернутися до припущення, зробленого щодо ситуації в спокої атомів, або про те, що броунівський рух незначний у порівнянні зі швидкістю руху атомів, що зазнають надлишку енергії. Це справді так. Щоб переконатися в цьому, ми повинні повернутися до кінетичної теорії газової фази. Доступна енергія становить 1/2 kТ за ступенем свободи. Для броунівського руху швидкість атомів натрію становить кілька десятків м/с, а ще менше для атомів ртуті, звичайно, набагато важча.