H1 - Portfolio Marie Agger

Figur 6-2 Excitationsenergier
for synligt lys og for infrarødt lys.
a. I farvede forbindelser svarer excitationsenergien
til energien af synligt lys.
b. To excitationsenergier for to vibrationstilstande.
Med IR-lys exciteres et HCl-molekyle,
der udfører vibrationer med lille amplitude i
grundtilstanden, til en exciteret vibrationstilstand
med større amplitude.
146
IR-spektroskopi – vibrationer og infrarødt lys
I Kend Kemien 2 omtalte vi, at molekyler kan absorbere UV-lys,
og hvis stoffet har farve, kan det også absorbere synligt lys.
Lyset absorberes, når excitationsenergier for de yderste elektroner
i molekylet passer med lysets energi. Herved overføres
disse elektroner til molekylorbitaler med højere energi.
Infrarødt lys har større bølgelængde og dermed lavere
energi end synligt lys og kan derfor ikke excitere elektroner
i molekyler. Når molekyler bestråles med infrarødt lys, IRlys,
med bølgelængder fra 2,5 μm til 16 μm, sker der alligevel
absorption af lyset. Det skyldes, at energien af IR-lyset passer
med excitationsenergier mellem molekylers forskellige vibrationstilstande.
Energi
Atomerne i et molekyle er aldrig i ro, men sidder og vibrerer i
forhold til hinanden.
I et diatomigt molekyle som fx hydrogenchlorid, HCl, kan
atomerne udføre strækvibrationer, hvorved elektronparbin-
dingen strækkes og presses sammen. Når molekylet absorberer
IR-lys, omsættes energien til vibrationsenergi, så udsvingene
bliver større, dvs. svingningernes amplituder vokser.
Molekyler kan kun befinde sig i visse tilladte vibrationstilstande
med bestemte vibrationsenergier. Hovedparten af
det absorberede IR-lys fører til overgange fra en vibrationsgrundtilstand
til første exciterede vibrationstilstand. Kun i
mindre omfang sker der overgange til højere exciterede vibrationstilstande.
Et IR-spektrum viser i princippet, hvor kraftigt stoffet absorberer
IR-lys ved forskellige bølgelængder. IR-spektre svarer
altså til de absorptionsspektre, vi arbejdede med i Kend
Kemien 2, kapitel 2 om farvestoffer, men dækker et område
med længere bølgelængder.
kendkemien3
H Cl
en strækvibration
Kend kemien3.indb 146 10/12/10 3:04 PM
158
Eksempel 6-1
Eksempel 6-2
Stof A med molekylformel C 7 H 6 O
Absorptionsbånd ved 3050 cm –1 tyder på (sp 2 )C(H-stræk.
Der ses ikke tegn på (sp 3 )C(H-stræk lige under 3000 cm – 1 .
Absorptionerne ved 1600 cm –1 og 1460 cm –1 tyder på en
benzenring i molekylet. Absorptionerne ved 2810 cm –1 og 2730
cm –1 viser, at der er tale om et aldehyd, se tabel 6-3.
Absorptionsbåndet for carbonylgruppen, C?O, er 1700 cm –1 ,
dvs. lidt under 1720 cm –1 , hvilket passer med aldehydgruppen.
Stoffet er et aromatisk aldehyd, benzaldehyd, C 6 H 5 CHO.
100 %T
50
0
4000 3000 2000
Figur 6-19 IR-spektrum af stof A.
Stof B med molekylformel C 3 H 4 O
Absorption lige under 3000 cm – 1 indikerer (sp 3 )C(H-stræk,
2950 cm –1 , men ingen (sp 2 )C(H-stræk over de 3000 cm –1 .
Det meget brede og kraftige bånd ved 3300 cm –1 tyder på
hydrogenbindinger fra en alkohol, en „tunge“. Absorption ved
2100 cm –1 ligger i tripelbindingsområdet, altså C%C-stræk.
Det stemmer med skarpt absorptionsbånd ved 3300 cm –1 pga.
(sp)C(H-stræk, der ses nederst i „tungen“ fra OH-grupper.
Stoffets molekyler indeholder C%C og er en alkohol, prop-2yn-1-ol.
100 %T
50
0
4000 3000 2000
Figur 6-20 IR spektrum af stof B.
kendkemien3
Bølgetal/cm –1
1500 1000 500
Bølgetal/cm –1
1500 1000 500
Kend kemien3.indb 158 10/12/10 3:04 PM
88
www
Download Supplerende stof
Entropi, sandsynlighed og mikrotilstande
Tænk selv
Figur 3-5 Tilvækst i omgivelserne entropi.
Omgivelsernes entropi falder ved en endoterm
reaktion og stiger ved en exoterm reaktion i
systemet. Kig på fi guren, indtil du forstår den.
Værdier af standardentropier S , angives ved 25 °C i tabeller.
Bemærk, at S , for frie grundstoffer i deres stabile form ved
trykket 1 bar ikke er nul ved 25 °C. Nulpunktsvedtægten for
entropi er en anden end for entalpi (side 81), men det har
ingen betydning for udregning af den molare tilvækst i standardentropi,
∆S , .
Begrund, at opløsningsentropien for kaliumnitrat i vand er positiv,
og vis, at ∆S , har værdien 114,5 J/(mol·K) ved 298 K, når
reaktionen er
KNO (s) → K 3 + – (aq) + NO (aq) 3
Tabel 3-2 Kaliumnitrats molare standardentropi ved 25 °C
Stof KNO (s) 3 K + (aq) – NO (aq) 3
S ,
J/(mol·K)
133,1 101,2 146,4
Gibbs-energi, G
Når varme afgives fra et system til omgivelserne ved konstant
tryk, vokser omgivelsernes entropi. Jo mere exoterm en reaktion
er, desto større bliver varmeafgivelsen til omgivelserne, og
desto større bliver tilvæksten i omgivelsernes entropi, ∆S . omg
Omgivelsernes tilvækst i entropi er også omvendt proportional
med omgivelsernes absolutte temperatur, T, idet formlen er
∆S = omg −Q
T
System
kendkemien3
Omgivelser
Exoterm reaktion
∆S omg > 0
Entropi
Omgivelser
Varme System Varme
Endoterm reaktion
∆S omg < 0
Et system består af 18 g vand ved 0 °C, dvs. 1 mol vand. Når
vandet fryser til is ved 0 °C, tilføres omgivelserne 6,01 kJ. Hvis
omgivelsernes temperatur er fx 2 °C, fås en bestemt tilvækst i
omgivelserne entropi. Holdes omgivelsernes temperatur derimod
konstant på 10 °C, bliver tilvæksten i deres entropi ifølge
formlen mindre end ved 2 °C.
Kend kemien3.indb 88 10/12/10 3:02 PM
Entropi
Når ∆G > 0, skal der udføres et arbejde på systemet for at en
reaktion forløber. Sådanne reaktioner forløber ikke spontant,
men skal hele tiden holdes i gang fx ved at få tilført varme eller
arbejde fra omgivelserne.
Når ∆G < 0, kan reaktionen forløbe spontant. Under reaktionen
ændres koncentrationen af reaktionsblandingens stoffer,
og systemets Gibbs-energi falder, indtil Gibbs-energien
har nået et minimum, se fi gur 3-7.
G
snor
∆G < 0
∆G > 0
∆G = 0
a b
0 omdannelsesgrad 1
letglidende lod
Når ∆G = 0 ved en meget lille ændring af systemet, forløber
reaktionen hverken spontant mod højre eller mod venstre. Systemets
Gibbs-energi er i lokalt minimum, og reaktionen er
forløbet til ligevægt.
Den termodynamiske betingelse for ligevægt i et system ved
konstant temperatur og tryk er, at tilvæksten i systemets
Gibbs-energi er lig med nul.
Tilvækst i standard Gibbs-energi, ∆G ,
letglidende lod
∆G , for en kemisk reaktion er tilvæksten i Gibbs-energi for
en tænkt reaktion, hvor reaktanterne før reaktion befi nder
sig i standardtilstanden, og hvor de efterfølgende omdannes
til produkter i standardtilstanden. ∆G , spiller en vigtig rolle
ved ligevægtsberegninger.
En negativ ∆G , betyder, at ligevægten er forskudt mod
højre. Når ∆G , derimod er positiv, er ligevægten forskudt mod
venstre.
En reaktions ∆G , kan beregnes af følgende formel, når vi
kender ∆H , og ∆S ,
∆G , = ∆H , – T·∆S , (4)
Ved 298 K er det er dog nemmere at bruge standard Gibbsenergi
til udregningerne.
snor
Figur 3-7 G som funktion af omdannelsesgraden.
a. Grafen for et systems Gibbsenergi,
hvor reaktionen A → B forløber.
Ved lokalt minimum er systemet i ligevægt.
b. Analogi med et letløbende lod på en snor.
Øverst har stoffet B lavest Gibbs-energi;
nederst har stoffet A lavest Gibbs-energi.
Termodynamik–energienireaktioner 91
Kend kemien3.indb 91 10/12/10 3:02 PM
Opslag fra „Kend kemien 3“
med figurer m.m., jeg
har rentegnet.