Question

Proszę o rozwiązanie i wytłumaczenie rozwiązań wszystkich zadań z załącznika.
Powodzenia!

Answer 1

Zadanie 1.1
Polimery to wielkocząsteczkowe związki chemiczne składające się z powtarzających się sekwencji zwanych merami. Powstają kiedy wiązania wielokrotne w merach pękną i powstałe drobiny połączą się właśnie za pomocą tych nowo powstałych wiązań.
W tym zadaniu mamy trochę trudniejszą sytuację ponieważ jeżeli w polimerze znajduje się wiązanie podwójne to w merze będzie ono ale w innym miejscu. 
Znajdujemy fragment który się powtarza:
-CH₂-C(CH₃)=CH-CH₂-
Z obu stron pojawiły się wolne wiązania, które musimy zamknąć do cząsteczki oraz musi pojawić się nowe wiązanie nienasycone które pęknie w procesie polimeryzacji:
CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂
Jest to węglowodór który zawiera w swojej cząsteczce dwa wiązania podwójne - tak zwany dien. Nazywa się 2-metylobuta-1,3-dien.
Tak na marginesie - ten związek zwyczajowo nazywa się izopren a polimer z zadania to kauczuk naturalny.

zadanie 1.2
Jak napisano w informacji wstępnej kraking polega na rozrywaniu wiązań C-C i łączeniu się powstałych drobin w krótsze cząsteczki. Produktami krakingu jest alkan i alken, więc jeżeli:
a) produkty mają nie ulegać dalszemu krakowaniu to w danym związku 'pękamy' każde wiązanie C-C i piszemy jakie produkty powstają.

 1     2   4      5    6      7
CH₃-CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃
        |
        CH₃
         3
Dla ułatwienia opisu ponumerowałem atomy węgla i będę wypisywał produkty krakingu dla par atomów węgla.
Pęka wiązanie pomiędzy 1 i 2:
CH₄ oraz CH(CH₃)=CH-CH₂-CH₂-CH₃
Pęka wiązanie pomiędzy 2 i 3:
CH₄ oraz CH₃-CH=CH-CH₂-CH₂-CH₃
Pęka wiązanie pomiędzy 2 i 4:
CH₃-CH₂-CH₃ oraz CH₂=CH-CH₂-CH₃ lub CH₃-CH=CH₂ oraz CH₃-CH₂-CH₂-CH₃
Pęknięcie wiązania pomiędzy 4 i 5 oraz 5 i 6 da nam 4 różne związki natomiast pęknięcie wiązania pomiędzy 6 i 7 da nam dwa związki przy czym jednym z nich będzie wymieniony już dzisiaj metan. Łącznie tych związków jest 16.

b) Powstałe produkty mają ulegać dalszemu krakingowi (krakingowi będą ulegać tylko związki nasycone).
Oprócz tych które powstały w podpunkcie a) nie powstaną żadne nowe, ponieważ najdłuższym węglowodorem nasyconym powstałym w podpunkcie a) jest butan który może ulec krakingowi to metanu, etanu lub propanu które powstały w poprzednim podpunkcie.

zadanie 1.3
Izomery to związki chemiczne, które mają taki sam wzór sumaryczny (więc ich cząsteczka składa się z takiej samej liczby atomów poszczególnych pierwiastków) ale różnią się połączeniami atomów. Przykładem jest butan (CH₃-CH₂-CH₂-CH₃) oraz metylopropan (CH₃-CH(CH₃)-CH₃).

C₄H₁₀O₂ - dwa atomy tlenu wskazują na dwie grupy hydroksylowe, zatem mamy:
CH₂(OH)-CH(OH)-CH₂-CH₃
CH₂(OH)-CH₂-CH(OH)-CH₃
CH₂(OH)-CH(CH₃)-CH₂OH
CH₂(OH)-CH(CH₂OH)-CH₃           
CH(OH)₂-CH₂-CH₂-CH₃
CH₃-C(OH)₂-CH₂-CH₃
CH₃-CH(CH(OH)₂)-CH₃
CH₃-CH(CH₃)-CH(OH)₂
CH₃-C(OH)(CH₃)-CH₃
Łącznie jest ich 9

zadanie 1.4
Zamieniam masy produktów na mole:
nCO₂ = 1,078g/44g/mol = 0,0245mola
nH₂O = 0,441g/18g/mol = 0,0245mola
Z prawa zachowania masy liczę ile tlenu wzięło udział w reakcji:
0,5g + mO₂ = 1,078g + 0,441g zatem x = 1,019g
nO₂ = 1,019g/32g/mol = 0,032mola
Wpisuję te wyniki jako współczynniki do równania reakcji (kwas jest monokarboksylowy co oznacza, że zawiera jedną grupę -COOH czyli w jego cząsteczce są dwa atomy tlenu):

     

Liczbę moli kwasu liczę dzieląc masę kwasu który wziął udział w reakcji przez masę molową uzależnioną od ilości atomów wodoru i węgla:
    

Taki współczynnik wstawiam do równania reakcji:
 


Licząc atomy węgla i wodoru po prawej stronie sporządzam układ równań (liczba atomów węgla i wodoru po prawej to współczynnik przed kwasem pomnożony odpowiednio przez x i y)



C₅H₁₀O₂ czyli:
CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-COOH
CH₃-CH(CH₃)-CH₂-COOH
CH₃-CH₂-CH(CH₃)-COOH
CH₃-C(CH₃)₂-COOH
Łącznie 4 izomery.

zadanie 1.5
1 litr wody to 1000g.
Korzystam z liczby Avogadra w celu policzenia liczby cząsteczek w litrze wody:
18g wody ------ 6,02*10²³ cząsteczek H₂O
1000g wody --                x

x = 0,33 * 10²⁶cząst.

Liczę ile łącznie jonów wapnia i magnezu znajduje się w litrze wody:
40 000 cząst. wody --------- 3 dwuwartościowe jony
0,33*10²⁶ cząst. wody ---           y
y = 0,25 * 10²² dwuwartościowych jonów

Na jeden dwuwartościowy jon potrzeba dwóch cząsteczek stearynianu sodu czyli 618u

Liczę ile unitów stearynianu sodu potrzeba do reakcji z policzoną liczbą jonów:
1 jon            --------- 618u
0,25*10²²jonów----- z
z = 154,5*10²²u

Przeliczam unity na gramy:
1u ------- 1,66*10⁻²⁴g
154,4*10²² ---  a
a = 2,56g

zadanie 1.6
Jeden mol gazu w warunkach standardowych zajmuje 24,4dm³ (czyli 24,4l)

Opisana w zadaniu reakcja wygląda następująco:
(C₁₇H₃₃COO)₂(C₁₇H₃₅COO)C₃H₅ + 2H₂ --> (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅

Na podstawie reakcji:
877g nienasyconego tłuszczu -------------- 48,8l H₂
1000g nienasyconego tłuszczu ------------      x
x = 55l

zadanie 1.6
Celuloza jest polisacharydem o wzorze ogólnym (C₆H₁₀O₅)n. Masa jednego meru to 162u zatem tych merów jest 5900000u/162u = 36420

zadanie 1.7
Aminokwasy to związki organiczne składające się z grup(y) aminowej oraz grup(y) hydroksylowej. Ulegają one reakcją polikondensacji łącząc się w łańcuchy zwane peptydami. W tych łańcuchach występuje charakterystyczne wiązanie:
 O
 ||
-C - N-
       |
       H
zwane wiązaniem peptydowym.
Mając 4 aminokwasy A, B, C, D możemy otrzymać aż 24 różne sekwencje połączenia, dlatego, że pierwszy wybieramy na 4 możliwości, drugi na 3, trzeci na 2 a ostatni na jedną. Możliwości zatem jest 4*3*2*1 = 24.
Matematycznie takie obliczenie nazywa się permutacją zbioru - w tym przypadku czteroelementowego. Liczba permutacji zbioru n-elementowego to n! (czyt. en silnia) i wynosi n! = 1*2*3*...*n czyli jest iloczynem wszystkich liczb naturalnych do n włącznie.