Tematy opisowe 1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych. 2. Dlaczego do kadłubów statków, doków, falochronów i filarów mostów przymocowuje się płyty z magnezu, cynku lub aluminium? 3. Pierwsza i druga zasada termodynamiki i ich konsekwencje. 4. Co to jest (a) konwersja wewnętrzna; (b) przejście międzysystemowe? Z jaką szybkością zachodzą te procesy? 5. Porównaj równanie stanu gazu doskonałego z równaniem stanu van der Waalsa. 6. Rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych. 7. Co to są ogniwa stężeniowe i jakie układy spotykane w przyrodzie im odpowiadają? 8. Przybliżenie Borna-Oppenheimera: jego konsekwencje i zastosowania. Pożyteczne stałe: h = 6.626 10-34 J s; R = 8.314 J K -1 mol -1 ; k = 1.38 10-23 J K -1 ; masa elektronu = 9.11 10-31 kg; c = 2,998 10 8 m/s; 1eV = 1,602 10-19 J; F = 96485 C/mol 1
2
3
Zadania: 1. Wyprowadź zależność opisującą wpływ ciśnienia na równowagowy stopień dysocjacji (α), tzn. reakcji typu A(g) 2B(g). 2. Reakcję drugiego rzędu typu A + B P (v = k[a][b]) prowadzono w roztworze, w którym początkowe stężenia wynosiły: 0.050 mol L -1 substratu A oraz 0.080 mol L -1 substratu B. Po czasie 1.0 h stężenie A spadło do 0.020 mol L -1. Obliczyć: (a) stałą szybkości k i (b) czas połowicznego zaniku (t ½ ) A i B. 4
3. Oceń, który kryształ jonowy cechuje się większą entalpią sieciową: NaCl czy MgO. Promienie jonowe: r Na + = 116 pm, r Cl - = 167 pm, r Mg 2+ = 86 pm, r O 2- = 126 pm. Jaka jest długość komórki elementarnej NaCl? 4. Prąd o natężeniu I = 188 ma przepływa przez naczynie z roztworem CuSO 4. Po jakim czasie katoda o powierzchni A = 25 cm 2 pokryje się warstewką miedzi o grubości l = 0.01 mm? Gęstość miedzi d = 8.92 g/cm 3, masa atomowa miedzi, M = 63.546 g/mol; F = 96485 C/mol. 5
5. Jakie jest stężenie molowe wody w czystej wodzie? 6. Trzy gazy doskonałe, A, B i C zajmują oddzielne części naczynia o objętościach: V A = 3 L, V B = 5 L, V C = 2 L. Cały układ jest izolowany od otoczenia, a temperatura i ciśnienie są takie same we wszystkich częściach naczynia. Po usunięciu ścianek dzielących naczynie gazy mieszają się. Obliczyć zmianę entropii układu na 1 mol. Jak zmieni się energia wewnętrzna układu? Stała gazowa, R = 8.314 J K -1 mol -1. 6
7. W naczyniu o objętości 10 L znajduje się 1 mol N 2 w temperaturze 300 K. Obliczyć ciśnienie i energię wewnętrzną gazu, przyjmując, że możemy go uważać za gaz doskonały. Stała gazowa R = 8.314 J K -1 mol -1. 8. Rozważ kryształ molekularny złożony z N molekuł umieszczonych w węzłach idealnej sieci krystalicznej. Każda molekuła może znajdować się w jednej z n możliwych konformacji. Energia jest niezależna od konformacji. Podaj wzór na entropię stanu podstawowego. 7
9. Rozważ jednowymiarowy oscylator klasyczny o stałej sprężystości k i masie m, dla którego w stanie początkowym wychylenie ze stanu równowagi wynosi x = x 0. a) Jaką prędkość początkową miał oscylator, jeśli w położeniu równowagi, x = 0, prędkość oscylatora wynosi v? b) Jaka jest najmniejsza możliwa prędkość w położeniu równowagi (x = 0) przy danym wychyleniu w stanie początkowym (x = x 0 )? 10. Najprostszym ogniwem paliwowym jest ogniwo galwaniczne wodorowo-tlenowe. Zachodzą w nim reakcje utleniania wodoru i redukcji tlenu: 2 H 2 4 H + + 4 e O 2 + 2 H 2 0 + 4 e 4 OH - Sumaryczna reakcja w takim ogniwie paliwowym to: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Swobodna entalpia Gibbsa ΔG tej reakcji wynosi (licząc na 1 mol H 2 O!): -237200 J mol -1 w temperaturze 25 stopni C oraz -210300 J mol -1 w temperaturze 400 stopni C. Oblicz napięcie w warunkach bezprądowych takiego ogniwa paliwowego w każdej z tych temperatur. Spróbuj podać przyczynę zależności napięcia ogniwa od temperatury. (Uwaga: W odróżnieniu od swobodnej entalpii Gibbsa (ΔG), entalpia tej reakcji (ΔH) dość słabo zależy od temperatury!) 8
11. Dlaczego elektrolit w akumulatorze ołowiowym (akumulator rozruchowy w samochodzie) w miarę rozładowania ulega rozcieńczeniu i w rezultacie zmniejsza się jego gęstość? 12. Oblicz energię aktywacji reakcji, której stała szybkości zwiększa się czterokrotnie przy wzroście temperatury z 30 stopni C do 50 stopni C. 9
13. Metaliczny cez oświetlono światłem o długości 700 nm. Odpowiedz, czy zostaną wybite elektrony z powierzchni? Jeśli tak, jaka będzie ich energia kinetyczna? Praca wyjścia dla metalicznego cezu wynosi 2,14 ev. 14. Znormalizuj orbital molekularny s ( A) s( B) ; całka nakrywania wynosi S. 10
15. Podaj przykłady cząsteczek, których drgania (a) będą jednocześnie aktywne w widmach IR i Ramana; (b) tylko w widmie Ramana; (c) albo w IR albo w widmie Ramana 16. Podaj przykłady cząsteczek o symetrii: (a) C 2v ; (b) C 3v. Opisz odpowiednie elementy symetrii. 11