Svar på opgave 1: Ammoniak som grønt brændstof

1. Af reaktionsskemaet fremgår det, at 3·x mol NH₃ reagerer med 3·x mol O₂ og danner 2·x mol N₂ og 6·x mol H₂O. Her er x et tal.

   Man ved at 3·x = 0,45 mol hvilket giver, at x = 0,15 mol. Antal mol NH₃ = 4·0,15 mol = 0,6 mol.

   Molmassen af NH₃ er 17 g/mol og dermed er masse af NH₃: (0,6 mol)·(17 g/mol) = 10,2 g

2. Værdierne for dannelsesentropierne af de indgående stoffer i reaktionen ved 25 °C findes af en tabel. Enheden er J·mol^-1·K^-1:

   S^o(NH₃) = 192,8; S^o(O₂) = 205,15; S^o(N₂) = 191,61 og S^o(H₂O) = 69,95

   Dette giver ΔS^o = 2·191,61 + 6·69,95 - (4·192,8 + 3·205,15) J·mol^-1·K^-1 = −583,7

3. Man kender ikke totaltrykket for reaktionsblandingen, men antager at den er en ideal gas, hvorved K er tryk­uafhgængig.

   Ved ligevægt gælder, at ΔG^o = -R·T·ln(K). Man finder ΔG^o ved 25 °C af en tabel. Enheden er kJ·mol^-1:

   G^o(NH₃) = -16,4; G^o(O₂) = 0; G^o(N₂) = 0 og G^o(H₂O) = -237,13

   Dette giver ΔG^o = [2·0 + 6·(−237,13) - (4·(−16,4) + 3·0)] kJ·mol^-1= −1357,18 kJ·mol^-1

   Dvs. K = exp(-(−1357,18 kJ·mol^-1)/[(8,314 J·mol^-1·K^-1)·(25 + 273,15 K)]) =

   exp(1357,18·10³/[8,314·(25 + 273,15)]) = 5,615·10²³⁷

   For at finde enheden for K ser man på ligevægtsudtrykket for reaktionen:

   K = (p_N2)²·(p_NH3)^-4·(p_O2)^-3. (Kun stoffer på gasform indgår).

   Da alle tryk har enheden bar, så bliver den samlede enhed: bar^-5.

   Dvs. K = 5,62·10²³⁷ bar^-5

   Den høje værdi tyder på, at ligevægten er kraftigt forskudt mod højre.

4. Ved omslag af titreringen gælder:

   antal mol syre = antal mol base, dvs.

   antal mol HCl = antal mol NH₃ + antal mol NaOH ⇒

   antal mol NH₃ = antal mol HCl - antal mol NaOH ⇒

   antal mol NH₃ = (0,015 L)·(0,0198 M) - (0,01065 L)·(0,02 M) ⇒

   antal mol NH₃ = 0,000084 mol.

   Stofmængdekoncentrationen af NH₃ er 0,000084 mol/(0,010 L) = 0,0084 M

Svar på opgave 2: Olivenolie

1. Br₂ kan reagere med C=C-dobbeltbindingen, hvorved der sker en additionsreaktion. Dermed forsvinder den brune farve fra Br₂ molekyler i vandet.

   

2. Der sker en esterdannelse, hvor en alkohol (tyrosol) reagerer med en syre (A) og danner en ester (B). Samtidig fraspaltets H₂O (der sker en kondensation).

   

3. Det som adskiller stof A fra oleocanthal, når man taler om bindingstyper, er at stof A indeholder en carboxylsyre og oleocanthal indeholder en phenyl-gruppe.

   Carboxylsyren-gruppen i A vil give en bred top ved 3200 til 2200 cm^-1 på grund af strækninger i O-H bindingerne. Samtidig vil phenyl-gruppen på oleocanthal give to toppe mellem 1550 og 1350 cm^-1 på grund af strækning i C=C bindingerne.

Svar på opgave 3: Guld og cyanid

1. Den formelle molære koncentration er C = n/V = (m/M)/V = m/(M·V), hvor

      m er massen af stof,

      M er stoffets molmasse og

      V er opløsningens rumfang.

   Man får, at C_NaCN = (99 g)/[(49,0 g/mol)·(100 L)] = 0,020 M

2. pH = 14 - pOH

   pOH = 0,5·[pK_b,NaCN - log(C_NaCN)] (gælder for svag base)

   pH = 14 - 0,5·(-log(2,04·10^-5) - log(0,020) = 10,8

3. Det er en redoxproces, fordi Au går fra oxidationstrin 0 i Au til oxidationstrin +I i Au(CN)₂^-. Dette ses af navnet dicyanoaurat(I), hvor "I" står for Au på oxidationstrin I eller Au⁺.

   Samtidig går O fra oxidationstrin 0 i O₂ til oxidationstrin -II i OH^-.

4. (II) Au(CN)₂^-(aq) ⇌ Au⁺(aq) + 2CN^-(aq)

   (III) Au⁺(aq) + Zn(s) ⇌ 2Au(s) + Zn²⁺(aq)

   (II) Kompleksbundet Au⁺ er i ligevægt med opløste Au⁺-ioner. (III) Opløste Au⁺-ioner reduceres af Zn. Derved forskydes (II) mod højre og endnu mere Au⁺ reduceres.

   Tilsidst tilsættes svovlsyre, der oxiderer overskydende Zn, men ikke Au, der står til højre for H₂ i spændingsrækken.

Svar på opgave 4: Penicillin

1. Der er tale om en amid-dannelse (ligner esterdannelse).

2. Det følger af kurven, at der gælder følgende sammenhæng v = k·[penicillin G]¹, hvor k er en konstant.

   

   Der gælder, at når reaktionshastigheden er proportional med koncentrationen af en reaktant i første potens, så er reaktionen af 1. orden med hensyn til denne reaktant.

   Dvs. reaktionen er af 1. orden

   Hastighedskonstanten findes af grafen:

   v/(10^-12 M·min^-1) = 1,31·([penicillin-G]/(10^-8 M)) ⇒

   v = 1,31·([penicillin-G]/(10^-8 M))·(10^-12 M·min^-1) ⇒

   v = (1,31·10^-4 min^-1)·[penicillin-G]

   Dvs. hastighedskonstanten k = 1,31·10^-4 min^-1

3. v = (6,85·10^-10 M·min^-1)·([penicillin-G]/([penicillin-G] + 5,22·10^-5 M))

   Det ses af hastighedsudtrykket, at når [penicillin-G] bliver større end 4,0·10^-3 M, så blive nævneren tæt på [penicillin-G], da leddet 5,22·10^-5 M bliver så lille i forhold til [penicillin-G], at man kan se bort fra det.

   Man får dermed v ≈ 6,85·10^-10 M·min^-1 eller v ≈ k·[penicillin-G]⁰.

   Da v er tilnærmelsesvis proportional med koncentrationen af [penicillin-G] i nulte potens, så er reaktionen tilnærmelsesvis af nulte orden med hensyn til [penicillin-G] for [penicillin-G] > 4,0·10^-3 M.

   Dette ses også af grafen, der går mod en vandret linje for store værdier af [penicillin-G]:

   

   Bemærk at [penicillin-G] = 4,0·10^-3 M er uden for skalaen.

4. Man deler tripeptidet op langs med peptidbindingerne:

   

   Det giver følgende aminosyrer:

     

5. Det er usikkert om "andelen" af et stof betyder molbrøken af stoffet eller syrebrøken henholdsvis basebrøken. I praksis giver resultatet det samme uanset hvad, og i det følgende kan andelen kaldet x derfor have alle tre betydninger.

   Man deler Bjerrumdiagrammet op i to: et for Ampicilin (blå og rød kurve) og et for Penicilin G (sort kurve).

   Ampicilin: Man indsætter A, B og C omkring de farvede streger.

   

   Man ser først, at x_C er 0 ved pH = 2,0, idet den røde kurve ligger i toppen af diagrammet. Dette betyder, at x_A og x_B kan aflæses af den blå kurve alene:

   x_A ved pH = 2 aflæses til 0,75. (vist med blå pil).

   x_B ved pH = 2 er 1 - x_A = 1 - 0,75 = 0,25.

   Ved pH = 7,4 får man, at den blå kurve ligger i bunden af diagrammet og dermed er x_A lig med 0. Dvs. at x_B og x_C kan aflæses af den røde kurve alene.

   x_B ved pH = 7,4 aflæses til 0,4 (vist med rød pil).

   x_C ved pH = 7,4 er 1 - 0,4 = 0,6

   Penicilin G: Man indsætter D og E omkring den sorte streg.

   

   Den sorte kurve svarer til det korresponderende syrebasepar D/E.

   x_D ved pH = 2 aflæses til 0,85 (vist med sort pil).

   x_E ved pH = 2 er 1 - 0,85 = 0,15.

   x_D ved pH = 7,4 er 0 da den sorte kurve ligger i bunden af diagrammet

   x_E ved pH = 7,4 er 1,0 - 0 = 1,0.

6. Ved pH = 7,4 findes Ampicilin som en blanding af formerne B og C, mens penicilin-G mest findes på formen E. Alle disse er ioner, hvilket gør dem sværtopløselige i organisk opløsningsmiddel. B har to ladninger, hvilket vil betyde, at Ampicilin er mere vandopløseligt end Penicilin G og dermed har lavere K_F.

   De to stoffer er ens i opbygning bortset fra, at C har en ekstra -NH₂ gruppe, der gør B og C lidt mere vandopløseligt end E og dermed har lavere K_F.

   Den lavere teoretiske K_F værdi for Ampicilin stemmer med det målte.