Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

Samankaltaiset tiedostot
Vetymolekyylin energiatilat

Atomin elektronikonfiguraatiot (1)

Lämpö- eli termokemiaa

Kemiallinen mallinnus II: tulokset ja tulkinta. Astrokemia -kurssin luento

Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

Luku 8. Reaktiokinetiikka

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Kemiallinen mallinnus I: mallintamisen perusteita. Astrokemia -kurssin luento

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Luku 13: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Kertaustehtävien ratkaisut LUKU 2

Massaspektrometria. magneetti negat. varautuneet kiihdytys ja kohdistus

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Luku 21. Kemiallisten reaktioiden nopeus

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

Kiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

Molekyylien jäätyminen ja haihtuminen tähtienvälisissä pilvissä

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

Neutriino-oskillaatiot

Yhdisteiden nimeäminen

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

Kemia s2011 ratkaisuja. Kemian koe s 2011 lyhennettyjä ratkaisuja

Laskennalinen kemia. Menetelmien hierarkia: Molekyyligeometria Molekyylimekaniikka Molekyylidynamiikka

Faasi: Aineen tila, jonka kemiallinen koostumus ja fysikaalinen ominaisuudet ovat homogeeniset koko näytteessä. P = näytteen faasien lukumäärä.

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

Massaspektrometria. magneetti negat. varautuneet kiihdytys ja kohdistus

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Erilaisia entalpian muutoksia

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Erilaisia entalpian muutoksia

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Kemiaa kylmissä ja kuumissa ytimissä

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Ionisidos syntyy, kun elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri (yli 1,7). Yleensä epämetallin (suuri el.neg.) ja metallin (pieni el.neg.) välille.

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN


Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

11. MOLEKYYLIT. Kvanttimekaniikka on käyttökelpoinen molekyyleille, jos se pystyy selittämään atomien välisten sidosten syntymisen.

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

Molekyylit. Atomien välisten sidosten muodostuminen

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Reaktioyhtälö. Sähköisen oppimisen edelläkävijä Empiirinen kaava, molekyylikaava, rakennekaava, viivakaava


Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Kemian syventävät kurssit

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

KE Orgaaninen kemia 1

Kertausluennot: Mahdollisuus pisteiden korotukseen ja rästisuorituksiin Keskiviikko klo 8-10

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

2.2 RÖNTGENSÄTEILY. (yli 10 kv).

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Tehtävä 1. Tasapainokonversion laskenta Χ r G-arvojen avulla Alkyloitaessa bentseeniä propeenilla syntyy kumeenia (isopropyylibentseeniä):

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

1. Malmista metalliksi

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Astrokemia Kevät 2011 Harjoitus 1, Massavaikutuksen laki, Ratkaisut

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Korkeammat derivaatat

CHEM-A1110 Virtaukset ja reaktorit. Laskuharjoitus 9/2016. Energiataseet

Esimerkiksi ammoniakin valmistus typestä ja vedystä on tyypillinen teollinen tasapainoreaktio.

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Korkeammat derivaatat

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

Integrointialgoritmit molekyylidynamiikassa

Puun termiset aineominaisuudet pyrolyysissa

Alikuoret eli orbitaalit

Transkriptio:

Hiilen ja vedyn reaktioita (1) Hiilivetyjen tuotanto alkaa joko säteilevällä yhdistymisellä tai protoninvaihtoreaktiolla C + + H 2 CH + 2 + hν C + H + 3 CH+ + H 2 Huom. Reaktio C + + H 2 CH + + H on endoterminen, koska H 2 :n dissosiaatioenergia (4.48 ev) on suurempi kuin CH + :n (4.09 ev) Tämän jälkeen on useita vaihtoehtoja, esim. CH + 2 + H 2 CH + 3 + H CH + 2 + e CH + H

Hiilen ja vedyn reaktioita (2) Metaani: CH + 3 + H 2 CH + 5 + hν CH + 5 + e CH 4 + H CH:n tuhoutuminen: CH + O CO + H CH + N CN + H Kohti monimutkaisempia hiilivetyjä: C + + CH n+1 C 2 H + n + H C 2 H + n + e C 2 H n 1 + H C 2 H + n + H 2 C 2 H + n+1 + H

Hapen ja hiilen reaktioita Hiilimonoksidi on yleisin molekyyli H 2 :n jälkeen. Pääasiallinen syntymekanismi on luultavasti seuraava: C + + OH CO + + H CO + + H 2 HCO + + H HCO + + e CO + H

Typen reaktioita (1) Typen kemia alkaa hitailla reaktioilla (potentiaalivalli): N + OH NO + H N + NO N 2 + O N 2 dissosioituu helposti UV-säteilyn vaikutuksesta. Johdannaisia: NH 3 ja N 2 H +.

Typen reaktioita (2) N OH H + 2 NO N He + N 2 H + H+ 3 N 2 e He + N + NH + NH + 2 NH + 3 NH + 4 H 2 H 2 H 2 H 2 e NH 3 NH N + :n muodostuminen: N 2 + He + N + + N + He NO + He + N + + O + He

Reaktiotyyppeja: ioni-molekyylireaktiot (1) Kosmisten hiukkasten aiheuttama ionisaatio, esim. H 2 + c.r. H 2 + + e + c.r. -tyypillinen ionisaationopeus ζ 10 17 s 1, voi vaihdella alueesta toiseen Ioni-molekyylireaktio, esim. O + + H 2 OH + + H Melko nopea jos eksoterminen eikä potentiaalivallia (kuten on laita esimerkkireaktiossa, dissosiaatioenergiat: H 2 (4.48 ev), OH + (5.1 ev))

Ioni-molekyylireaktiot (2) ( ) 1 Törmäyskerroin k = 2πq α 2 µ 10 9 cm 3 s 1, riippuu neutraalin partnerin polarisoituvuudesta α ja redusoidusta massasta µ Joidenkin atomien ja molekyylien α-arvoja (eri suuntien keskiarvoja) yksiköissä 10 24 cm 3 : α α α α H 0.667 H 2 0.79 H 2 O 1.40 C 2 H 2 3.33 He 0.20 N 2 1.76 CO 2 2.65 NH 3 2.26 N 1.13 O 2 1.58 SO 2 4.27 CH 4 2.60 O 0.77 CO 1.95 HCN 2.59 C 2 H 6 4.47 Na 24.8 CN 2.59 HNC 2.46

Ioni-molekyylireaktiot (3) Protoninsiirtoreaktio, esim. H 2 + + H 2 H 3 + + H, H + 3 + O OH+ + H 2 tapahtuu yleensä, jos reaktio on eksoterminen. Tämä voidaan laskea vertaamalla protoniaffiniteetteja, joista muutamia on lueteltu alla: H 2.69 ev H 2 4.34 ev CO 6.20 ev He 1.82 NO 4.99 C 6.46 CH 7.59 C 2 7.20 N 4.21 NH 6.12 N 2 5.03 O 5.03 OH 6.25 O 2 4.34 S 6.81 SH 7.16 CS 7.57

Ioni-molekyylireaktiot (3) Varauksenvaihtoreaktio, esim. H + + O O + + H, C + + NO NO + + C -tyypillinen reaktionopeusvakio k 10 9 cm 3 s 1, onnistuu helpommin moniatomisille molekyyleille Ionisaatiopotentiaaleja: H 13.6 ev H 2 15.4 ev CO 14.0 ev CN 14.5 ev He 24.6 NO 9.3 NH 3 10.2 C 11.3 CH 10.6 C 2 12.0 CH 4 12.7 N 14.6 NH 13.1 N 2 15.6 H 2 CO 10.9 O 13.6 OH 13.0 O 2 12.1 H 2 O 12.6 S 10.4 SH 10.5 CS 11.8

Reaktiotyyppejä: säteilevä yhdistyminen (1) Säteilevä yhdistyminen, esim. C + + H 2 CH + 2 + hν Reaktio voidaan esittää muodossa A + B k 1 k 1 AB k 2 AB + hν, AB missä AB on kompleksin AB virittynyt tila, k 1 10 11 cm 3 s 1 on neutraalien hiukkasten tyypillinen törmäyskerroin, k 1 10 14 s 1 vuorovaikutusajan käänteisluku, ja k 2 10 8 s 1 säteilysiirtymän todennäköisyys.

Reaktiotyyppejä: säteilevä yhdistyminen (2) Molekyylin AB muodostumisnopeus on k 1 k 2 k 2 + k 1 n(a)n(b). Kaksiatomisille molekyyleille AB kokonaisreaktion kerroin on hyvin pieni k AB 10 17 cm 3 s 1, koska energia ei ehdi poistua systeemistä ennen hajoamista. Moniatomisille molekyleille vuorovaikusaika on useita kertalukuja pidempi, jolloin k 1 on vastaavasti pienempi. Näiden osallistuessa reaktioon säteilevän yhdistymisen reaktionopeusvakio on samaa luokkaa kuin ioni-molekyylireaktioille, k AB 10 9 cm 3 s 1

Reaktiotyyppejä: neutraalit vaihtoreaktiot (1) Neutraalit vaihtorektiot, esim. O + OH O 2 + H Yleensä mahdollisia, jos eksotermisiä. Karkean arvion reaktion toteutumisesta saa tarkastelemalla perustilan dissosiaatioenergioja. H 2 4.48 ev H + 2 2.65 ev CH 3.47 CH + 4.09 CO 11.1 ev C 2 6.21 ev C + 2 5.32 ev NH < 3.47 NH + 3.39 NO 6.50 N 2 9.76 N + 2 8.71 OH 4.39 OH + 5.1 SO 5.36 O 2 5.12 O + 2 6.66 SH 3.6 SH + 3.5 NS 4.8 S 2 4.37 S + 2 5.37

Reaktiotyyppejä: neutraalit vaihtoreaktiot (2) ( Hiukkasten törmäyskerroin k 10 11 T µ missä µ on redusoitu massa ) 1 2 (hiukkasen vauhti Maxwellin nopeusjakaumassa v = cm 3 s 1, 8kT πm ) Jos reaktion täytyy ylittää potentiaalivalli E a (aktivaatioenergia) reaktionopeuskerroin on muotoa k = AT 1 2 e E a/kt

Reaktiotyyppejä: hajottava rekombinoituminen (1) Hajottava rekombinoituminen, esim. HCO + + e CO + H -nopea, k 10 7 10 6 cm 3 s 1 -kontrolloi ionisaatioastetta tähtienvälisessä aineessa ja sitä kautta ioni-molekyylikemian edistymistä Tässäkin syntyy aluksi virittynyt tila: AB + + e AB, kun törmäävä elektroni virittää ionin AB + elektronin ja täyttää vapaan orbitaalin. Jos tila on repulsiivinen, molekyylin ytimet lähtevät erilleen. Myös käänteinen reaktio, autoionisaatio, AB AB + + e on mahdollinen, mutta epätodennäköinen.

Reaktiotyyppejä: hajottava rekombinoituminen (2) Dissosiaation edellytyksenä on että neutraalilla molekyylilla AB on monia repulsiivisia tiloja lähellä alkuperäistä AB + -ionin tilaa. Dissosiaation reaktionopeusvakio, k DR T p, missä p 0.5, eli reaktionopeus kasvaa kun lämpötila laskee. Käyttäytyminen on tässä suhteessa päinvastainen kuin neutraaleille reaktioille.

Reaktiotyyppejä: anionireaktiot (1) Anionireaktiot, esim. H + e H + hν H + H H 2 + e Tämä on nopein H 2 :n muodostumistapa kaasufaasissa. Ensimmäinen reaktio on hidas, jälkimmäisen nopeusvakio luokkaa k 10 9 cm 3 s 1. Wiio & Somerikko: Nuorten Radiokirja (mutta rouva Vety Ydin ei aina ole uskollinen)

Reaktiotyyppejä: anionireaktiot (2) Ylläkuvatussa reaktiossa tapahtuu ensin elektronin säteilevä kiinnittyminen (radiative attachment) ja sen jälkeen elektroni irtoaa anionin ja neutraalin yhdistyessä, H + H, (associative detachment). Säteilevä kiinnittyminen on hidas, k 10 15 cm 3 s 1, koska törmäysaika on lyhyt verrattuna säteilysiirtymän todennäköisyyteen (vrt. säteilevä yhdistyminen). Muita anioinireaktioita ovat fotoni-irrotus: X + hν X + e (photodetachment) sekä anionin ja kationin neutraloituminen X + Z + XZ (mutual neutralization).