Prof. Dr. Mike Heilemann Physikalische Chemie II WS 2012/13 Zur Beachtung: Bitte bearbeiten Sie jede Aufgabe
auf einem separaten Blatt Papier und schreiben Sie jeweils Übungsgruppe, Name und Matrikelnummer in dieser Reihenfolge in die rechte obere Ecke.
Übungsgruppe:
Name:
Matrikelnummer:
Übungsblatt 6 Abgabe im Briefkasten vor dem Sekretariat des AK Heilemann bis: 27.11.2012, 10 Uhr
1) Gasphasenreaktion (5 Punkte)
Gegeben sei folgende Gasphasenreaktion:
𝑁
2𝑂
5→ 𝑁𝑂
2+ 𝑁𝑂
3In kinetischen Experimenten erscheint diese Reaktion in Abhängigkeit vom Druck wie eine Reaktion 1. Ordnung, und manchmal wie eine Reaktion 2. Ordnung.
Der Mechanismus ist gegeben durch:
𝑁
2𝑂
5+ 𝑁
2𝑂
5 𝑘→ 𝑁
2 2𝑂
5∗+ 𝑁
2𝑂
5𝑁
2𝑂
5∗+ 𝑁
2𝑂
5 𝑘�� 𝑁
−2 2𝑂
5+ 𝑁
2𝑂
5𝑁
2𝑂
5∗ 𝑘→ 𝑁𝑂
1 2+ 𝑁𝑂
3a) Bestimmen Sie das Geschwindigkeitsgesetz unter der Annahme, dass N2O5* quasistationär vorliegt.
b) Bestimmen Sie die Reaktionsordnung bei niedrigem und hohem Druck.
2) Gasphasenreaktion (5 Punkte)
Der Zerfall von Ozon zu molekularem Sauerstoff erfolgt nach folgenden Elementarreaktionen:
𝑂
3→ 𝑂 + 𝑂
𝑘1 2𝑂 + 𝑂
2 𝑘�� 𝑂
−1 3𝑂 + 𝑂
3 𝑘→ 2 𝑂
2 2Leiten Sie das Geschwindigkeitsgesetz aus den Elementarreaktionen her. Nehmen Sie dabei an, dass sich die ersten beiden Elementarreaktionen in einem dynamischen Gleichgewicht befinden und wesentlich schneller ablaufen als der dritte Schritt. Erklären Sie, warum die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender O2-Konzentration abnimmt.
3) Kinetischer Isotopieeffekt (5 Punkte)
Berechnen Sie den primären kinetischen Isotopieeffekt für die Abspaltung von (a) 1H und 3H in einer C-H-Bindung und (b) 16O und 18O in einer C-O-Bindung. Nehmen Sie hierzu an, dass der geschwindigkeitsbestimmende Schritt die Trennung der C-H/C-O-Bindung ist.
Verwenden Sie für Ihre Rechnung die Kraftkonstante der jeweiligen Bindung, kf (C-H) = 450 Nm-1 und kf (C-O) = 1750 Nm-1, und folgende Beziehung:
ℎ𝑐𝑣̅ = ħ � k
fµ �
𝟏/𝟐4) Polymerisation (5 Punkte)
Drücken Sie die quadratisch gemittelte Abweichung der Molmasse eines aus N Monomeren bestehenden Polymers vom Mittelwert, 𝛿𝑀𝑁 = {〈𝑀𝑁2〉 − 〈𝑀𝑁〉2}12, durch den Bruchteil p der Monomermoleküle aus, die noch nicht reagiert haben, und leiten Sie einen Ausdruck für den zeitlichen Verlauf dieser Größe her.
