Uitwerking tentamen Molecuul en Materie, 13/11/07



Dovnload 19.96 Kb.
Datum25.07.2016
Grootte19.96 Kb.
Uitwerking tentamen Molecuul en Materie, 13/11/07
1.a,b. Be is element 4, dus Be heeft 5 elektronen; el. conf.: 1s22s22px1. Laatste edelgas bij 1s2, dus 3 valentie-elektronen. Ongepaard elektron in 2px, dus magnetisch.

Al is element 13, Al+ heeft dus 12 elektronen; el. conf.: 1s22s22px22py22pz23s2. Laatste edelgas bij 2pz2, dus 2 valentie-elektronen. Alle orbitalen gevuld, dus niet magnetisch.

O is element 8, dus O heeft 9 elektronen; el. conf.: 1s22s22px22py22pz1. Laatste edelgas bij 1s2, dus 7 valentie-elektronen. Ongepaarde elektron in 2pz, dus magnetisch.

N is element 7, dus 7 elektronen; el. conf.: 1s22s22px12py12pz1. Laatste edelgas bij 1s2, dus 5 valentie-elektronen. Ongepaarde elektronen in 2px, 2py en 2pz, alle spin up, dus magnetisch.

Se is element 34, dus Se+ heeft 33 elektronen; el. conf.: 1s22s22px22py22pz23s23px23py23pz24s23d104px14py14pz1. Laatste edelgas bij 3pz2, en 3d is vol, dus 5 valentie-elektronen. Ongepaarde elektronen in de 4p-orbitalen, alle met zelfde spin, dus magnetisch.


2.a. CH3CCNO2:





HCO3:

HNO2:


FCH2CH2OH: BrO2:

b. CH3CCNO2: De linkse C heeft steric number 4, dus sp3-hybridisatie, dus tetraëder met hoeken van 109,5. De andere C’s hebben steric number 2, dus sp-hybridisatie, dus lineair met hoeken van 180. De N heeft steric number 3, dus sp2-hybridisatie, dus vlak met hoeken van 120.

HCO3: C heeft steric number 3, dus sp2-hybridisatie, dus vlak met hoeken van 120. De O in de OH heeft steric number 4, dus sp3-hybridisatie, dus tetraëder met hoeken van 109,5.

HNO2: N heeft steric number 3, dus sp2-hybridisatie, dus vlak met hoeken van 120. De O in de OH heeft steric number 4, dus sp3-hybridisatie, dus tetraëder met hoeken van 109,5.

FCH2CH2OH: De C’s en de O in de OH hebben steric number 4, dus sp3-hybridisatie, dus tetraëder met hoeken van 109,5.

BrO2: Br heeft steric number 4, dus tetraëder met hoeken van 109,5. Het spn-systeem is hier niet van toepassing.

c. CH3CCNO2: Er zijn dipolen van N(+) naar O(1/2–), en een onduidelijke dipool van C(+) naar N(+). De eerste zijn sterker, dus we verwaarlozen de laatste: dan loopt de netto dipool van N tussen beide O’s door.

HCO3: Er zijn dipolen van C(+) naar O(1/2–) en O(–), en van H(+) naar O(–). De eerste dipolen zijn sterker, dus we verwaarlozen de andere. Dan loopt de netto dipool van C tussen beide O’s zonder H door.

HNO2: Er zijn dipolen van N(+) naar O(–), en van H(+) naar O(–). Door de korte binding kunnen we de O–H dipool verwaarlozen, zodat de netto dipool ongeveer van N tussen beide O’s doorloopt. Niet precies in het midden, want beide bindingen zijn anders!

FCH2CH2OH: Er zijn dipolen van C(+) naar O(–) en F(–), en van H(+) naar O(–). Door de korte OH binding kunnen we die dipool verwaarlozen, en de netto dipool van de andere twee hangt af van de precieze stand van het molecuul.

BrO2: Dipolen van Br(+) naar O(1/2–), dus netto van Br tussen beide O’s door.


3.a. Bij A en C treedt conjugatie op: er zijn -bindingen gescheiden door 1 -binding (zie Lewis-structuren).

A B C


Dit verhoogt de stabiliteit sterk, doordat de p-orbitalen op alle 4 de C-atomen naast elkaar overlappen (zie ook de resonantievormen hieronder die dit schematisch aangeven), dus B is al het minst stabiel.

Bij A treedt er maar 1 keer hyperconjugatie op (gunstige overlap van C–H bindingen in de juiste stand met p-orbitalen van de -bindingen), en bij C kan dat 2 keer. Dus C is stabieler dan A. Van minst naar meest stabiel: B, A, C.

b. Bij alle kationen zit de lading op een C-atoom, dus dat maakt geen verschil (zie Lewis-structuren).

D E F


Bij F is resonantie mogelijk waarbij de lading wordt verdeeld, dus dit is het meest stabiele kation:

Bij D kan er 3 keer hyperconjugatie optreden (elektronen naar kation door overlap van C–H orbitalen in de juiste stand met de lege p-orbitaal van het kation), en bij E niet, dus D is stabieler dan E. Van lage naar hoge energie: F, D, E.

c. Bij zure dehydratatie wordt de zuurstof van de OH-groep geprotoneerd, waarna H2O kan vertrekken, en een C+ achterblijft. De stabiliteit van dit kation bepaalt de snelheid van de reactie: hoe stabieler, hoe sneller. De kationen zijn:

G H I


Overal zit de lading op een C, dus dat maakt niets uit. Bij het kation van I kan de lading verdeeld worden door resonantie, dus dit kation is het stabielste:

Bij het kation van G kan 2 keer hyperconjugatie optreden: de C–H bindingen naast het kation kunnen in de goede stand gaan staan om door overlap met de lege p-orbitaal van de C+ wat elektronen te geven aan de C+, wat gunstig is. Dus het kation van G is stabieler dan dat van H. Dus van langzaam naar snel: H, G, I.
4.a. Ho = 2(–187.78) – 2(–285.83) = 196,1 kJ/mol.

So = 2(109,6) – 2(69,91) – 205,138 = –125,8 J/mol.K.

Go = Ho – TSo = 233,6 kJ/mol.

Uit Go = –RT ln(K): K = 1,1x10–41.

b. Exact: K = x(H2O2)2/{x(H2O)2 p(O2)/po}. Met de aanname dat beide vloeistoffen zuiver zijn (x = 1) en dus niet mengen (twijfelachtig!), en met weglaten van de po volgt ongeveer: K = 1/p(O2).

c. Meestal: H = Ho. S = So – R ln(K) = 657,4 J/mol.K

Dit is in tegenspraak met de verwachting. Er zijn na de reactie minder moleculen, en er verdwijnt een gasmolecuul. Beide effecten zorgen ervoor dat de energie na de reactie minder goed verdeeld kan worden, dus de entropie zou moeten dalen.
5.a. SiC heeft een dichtheid van 2,9x106 g/m3 (Appendix). Zinc blende is een FCC-rooster met 2 atomen per punt (1 Si en 1 C). FCC heeft 4 punten per cel, dus 4 Si en 4 C per cel.

Uit de molmassa gedeeld door het getal van Avogadro volgt dat 1 Si-atoom 28,09/6,02x1023 = 4,67x10–23 g weegt, en dat 1 C-atoom 12,01/6,02x1023 = 1,99x10–23 g weegt. Dus de massa van een cel is: 2,67x10–22 g. Het volume volgt dan via de dichtheid: Vcel = mcel/ = 9,2x10–29 m3. Omdat V = a3 voor deze kubische cel, volgt: a = 0,45 nm.

b. Een vector [hkl] in dit vlak moet loodrecht staan op de normaalvector [12] van het vlak, en dus inproduct 0 er mee hebben: h+2k–3l = 0. Dat kan bijv. met [111]. Een punt (x,y,z) in het vlak moet voldoen aan de vergelijking hx+ky+lz = 1, dus hier: x+2y–3z = 1. Dit geldt bijv. voor: (1,0,0).

c. Een rocksalt structuur heeft een FCC-rooster met 2 atomen per punt, waarbij de atomen elkaar raken langs de ribbe. Dus: a = 2r+ + 2r. Met coordination number 6 voor rocksalt zijn de ionstralen: r(Mg2+) = 0,072 nm en r(O2–) = 0,140 nm. Dan: a = 0,424 nm, en het volume van de kubische cel is a3 = 7,62x10–29 m3.


6.a. PVC heeft als repeterende eenheid C2H3Cl, met een molmassa: M0 = 62,45 g/mol. Een PVC met een DP van 1600 (noem deze 1) betekent: M1 = 99,92 kg/mol, en een DP van 2400 (noem deze 2) geeft: M2 = 149,88 kg/mol. Uit de massaverhouding volgt: w1 = 0,3 en w2 = 0,7, dus Mw = w1M1 + w2M2 = 134,9 kg/mol. Als we voor het gemak 1000 kg totaal mengsel nemen, dan bestaat dat uit 300 kg polymeer 1 en 700 kg polymeer 2. Via de molmassa’s M1 en M2 wordt dat: 3 mol polymeer 1 en 4,67 mol polymeer 2. Dan zijn de molfracties: x1 = 0,39 en x2 = 0,61. Dat levert: Mn = x1M1 + x2M2 = 130,4 kg/mol.

b. Hiervoor moet het een thermoplast zijn: als er te veel crossllinks zijn tussen de macromoleculen, is het niet mogelijk om de keten op te vouwen in een lamellaire structuur. Verder moet de stereochemie regelmatig zijn: iso- of syndiotactisch. Anders passen de ketens niet regelmatig naast elkaar. Verder is het voordelig als de molmassa niet te hoog is, en de polydispersiteit niet te groot is.



c. Aan de polymeerketen zit een steeds grotere zijgroep (H, Me, Ph). Dat leidt ertoe dat de ketens steeds moeilijker langs elkaar kunnen bewegen doordat de zijgroepen elkaar hinderen. Daarom is er een steeds hogere temperatuur nodig om de beweging op gang te brengen, en dat is de Tg. De relatie met de molmassa geldt alleen voor 1 type polymeer, dus die gaat hier niet op.



De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina