Takistuse temperatuurisõltuvus. Praktikum nr. 6. Metalli takistuse temperatuuriteguri ja pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia määramine.
J k 1.381 10 23 K Takistuse temperatuuriteguri leidmine metalli korral Graafiku tõus = R o a b a 0.1081 0.004454 b 24.27 2 2 2 2 0.0017 0.009 5 1 1 0.004454 7.006 10 a b 0.1081 24.27 0.0445 0.00007, usutavusega 0.7 Aktivatsioonienergia W leidmine pooljuhi korral Graafiku tõus = a 2k 2k W 2ak 2 4597 1.381 10 23 1.270 10 19 J 0.7938 eV 2 1.260 33 0.005698 eV a a 4597 0.794 0.006 eV , usutavusega 0.7 Järeldus Mõõtmiste tulemused: 1 Metalli temperatuuritegur: (4.45 0.07) 10 3
Töö nr. 12 OT allkiri: Takistuse temperatuurisõltuvus Töö eesmärk: Töövahendid: Metalli ja pooljuhi takistuse tempe- Metalli ja pooljuhi tükid õliga täidetud ratuurisõltuvuse võrdlemine, katseklaasides, elektriahi, termomeetrid, poolju-hi omajuhtivuse autotransformaator, oommeeter, lüliti, tekkimiseks vajali-ku ühendusjuhtmed. aktivatsioonienergia arvutamine. Skeem Töö teoreetilised alused. Küllalt laias temperatuurivahemikus sõltub juhi takistus temperatuurist järgmiselt: R = (1 + t ) [1] Kus Ro on takistus 0 oC juures, t on temperatuur oC ja on takistuse temperatuuritegur 1 1 (punastel metallidel ). 273 K
füüsika instituut Üliõpilane: Üllar Alev Teostatud:14.02.07 Õpperühm: EAEI-21 Kaitstud: Töö nr. 12 OT Takistuse temperatuurisõltuvus Töö eesmärk: Töövahendid: Metalli takistuse temperatuuriteguri määramine. Metallist ja pooljuhist katsekehad elektriahjus, Pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia komputeriseeritud mõõteseade (vt. lisajuhend), isiklik diskett ja määramine. vähemalt üks leht valget paberit formaadis A4. Skeem Töö käik. 1. Küsige juhendajalt konkreetne tööülesanne. 2. Katseseadet kasutage lisajuhendis esitatud suuniste järgi. 3. Mõõtmistulemused printige kindlasti välja ja esitage juhendajale kontrollimiseks. 4
juba väga väikesest kogusest. Tahke katalüsaatori korral võivad reaktsiooni kiirust määravateks osutuda reagentide ja produktide difusiooniprotsessid. Katalüütilise reaktsiooni olemuse määrab katalüsaatori osavõtt mingist reaktsiooni staadiumi(te)st ja selle regenereerumine. Näide tüüpilisest katalüütilisest reaktsioonist, milles reagentide (X ja Y) liitumisel moodustub produkt (Z) katalüsaatori (Kat) juuresolekul. 6. Akvatsioonienergia Aktivatsioonienergia ehk aktiviseerimisenergia on energia, mida süsteemi osakesed (molekulid) peavad saavutama, muutumaks reaktsioonivõimelisteks. Mida väiksem on aktivatsioonienergia, seda kiiremini toimub reaktsioon. Aktivatsioonienergia (Ea) on vajalik, et ületada energeetiline barjäär, et reaktsioon saaks toimuda. Vajalik aktivatsioonienergia võib tulla molekulide enda sisemisest energiast või välisest allikast: soojus (ka reaktsioonis eralduv (H)), valgus, elektrivool või mehaaniline jõud.
0,003020 0,003000 7,89 7,94 7,99 8,04 8,09 8,14 8,19 8,24 8,29 8,34 8,39 8,44 8,49 8,54 8,59 8,64 8,69 8,74 8,79 8,84 8,89 8,94 8,99 Absoluutse temperatuuri pöördväärtus Tõus: 2743,01303 ± 33,77131 Vabaliige: -0,59099 ± 0,11023 Leian aktivatsioonienergia W (pooljuhi korral) k (graafiku tõus) = W/2K, kus K on Boltzmanni konstant 1,38 · 10-23 J/K Leian aktivatsioonienergia määramatuse ( ) ( ( )) Võttes osatuletise, saan: ( ) ( ( ))
mille tähiseks on t90 ja sümboliks °C. Ühtlasi seotakse need kaks skaalat omavahel. t90/°C = T90/K - 273,15 Takistuse temperatuurisõltuvus Töö eesmärk: Töövahendid: Metalli ja pooljuhi takistuse tempe- Metalli ja pooljuhi tükid õliga täidetud ratuurisõltuvuse võrdlemine, poolju- katseklaasides, elektriahi, termomeetrid, hi omajuhtivuse tekkimiseks vajali- autotransformaator, oommeeter, lüliti, ku aktivatsioonienergia arvutamine. ühendusjuhtmed. Töö teoreetilised alused. Küllalt laias temperatuurivahemikus sõltub juhi takistus temperatuurist järgmiselt: R = (1 + t ) [1] Kus Ro on takistus 0 oC juures, t on temperatuur oC ja on takistuse temperatuuritegur 1 1 (punastel metallidel 273 K ).
Õpperühm: IAEB 21 Kaitstud: Töö nr. 12 OT allkiri: Takistuse temperatuurisõltuvus Töö eesmärk: Töövahendid: Metalli ja pooljuhi takistuse tempe- Metalli ja pooljuhi tükid õliga täidetud ratuurisõltuvuse võrdlemine, poolju- katseklaasides, elektriahi, termomeetrid, hi omajuhtivuse tekkimiseks vajali- autotransformaator, oommeeter, lüliti, ku aktivatsioonienergia arvutamine. ühendusjuhtmed. Skeem Nr Temp Temp Metall Pooljuht Ln(R) 1/T (1/K) °C K Oom Oom 1 34 307 28 237.8 5.471 0.0033 2 36 309 28.6 209.5 5.345 0.0032 3 38 311 28.6 195.2 5.274 0.0032 4 40 313 28.9 190.1 5.248 0.0032 5 42 315 29.2 174.9 5.164 0.0032 6 44 317 29.2 156.8 5.055 0
b )=0,003625 ( 0,0092 2 0,32 2 0,0923)(+ 25,46 ) =0,0003642 1 K Aktivatsioonienergia W leidmine pooljuhi korral W W a= Graafiku tõus = 2k 2k W =2 ak=2 4014 1,38 10-23=1,10786 10-19=0,69147 eV ( W )= W ( a 2 W a 0,69147 82 a ) = a = 4014 =0,01412eV JÄRELDUSED
Massiprotsent × 100 % Dissotsiatsioonimäär Aine mass m=c × M m= n × M pH= - log |H| pH=pK log |H|= |H|=K × [HO] = pOH= - log |OH¯| |OH¯|= Molaarmass M = V × Cm M= M= Molaalsus Cm= Cm= Ruumala V= V= Konsentratsioon C= C= C= Happe ja soola suhe: = Moolide arv n= n=C×V Entalpia H= U+nRT H=G+TS Siseenergia U=H-nRT U= q - w Gibbsi vabaenergia G=H-TS G= -nFE G=Gr°+ RT ln Q Entroopia S=R ln S= S=nc ln S= nR ln S= nR ln Kiirus v = v=K×C(a)×C(b) v(t2)= v(t1) × Poolestusaeg t= t(e,k) = i× K(e,k) × Cm (elektrolüütide puhul i= × (produktide ioonide arv -1) + 1 Osmootne rõhk = i × Cm × RT Tasakaalukonstant Ka= lnK= lnK = ln = × - ) K2= K1 × aktivatsioonienergia E=E - lnQ
8.7865177918 1 1 8.7206073927 a b 8.6564680587 8.5970389566 α = (0,000046± 0,00002)1/K 8.5362896871 8.4767044747 Aktivatsioonienergia ΔW leidmine pooljuhi korral 8.4242003246 W W 8.3687859862 Graafikul tõus = a 2k 2k 8.316153539 8.2669096601 ΔW=2ak= 8
Reaktsiooni kiiruse temperatuurist olenevus Temperatuuri tõusuga kasvab reaktsiooni kiirus. Kiiruskonstandi sõltuvuse temperatuurist annab Arrheniuse võrrand: , kus on kiiruskonstant ja on aktivatsiooni energia. Selle võrrandi integreerimisel eeldusel, et const saadakse: , kus A on konstant. Katseliselt leitakse erinevatel temperatuuridel kiiruskonstandi väärtused ( määratakse temperatuuril ning määratakse temperatuuril ). Siis võrrand integreeritud kujul on: IV. Reaktsiooni aktivatsioonienergia mõiste Arrheniuse aktivatsiooniteooria kohaselt esineb keemiline vastumõju ainult aktiivsete molekulide vahel. Need molekulid omavad küllaldast energiat, selleks et jõuda keemilise reaktsioonini. Mitteaktiivsed osakesed muutuvad samuti aktiivseteks, kui neile saaks anda täiendavat energiat, ehk neid aktiveerida. Üks aktiveerimise võimalus on temperatuuri tõstmine, kuna temperatuuri tõusuga aktiivsete osakeste arv märgatavalt tõuseb ning reaktsiooni kiirus suureneb.
Naturaallogaritm pooljuhi takistusest 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Absoluutse temperatuuri pöördväärtus Graafik 2. Pooljuhi takistuse temperatuurisõltuvus 82,5996 tõus = 2968,48781 ± 5 vabaliige = -1,35332 ± 0,27131 Leian pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia ΔW : ΔW −23 k= 2 K , kus k – graafikutõus, K – Boltzmanni konstant 1,38· 10 J/K ΔW =2 k K ΔW =2·2968,48781·1,38· 10−23 =8,19302· 10−23 (J)=0,511368 (eV) Leian määramatuse: √ 2 U C ( ΔW )= ∂ ΔW
reaktsiooni järk aine B suhtes, summa x + y on reaktsiooni summaarne järk, C A ja CB ainete A ja B molaarsed kontsentratsioonid, mol/dm3).Reaktsiooni kiirus sõltub aktivatsioonienergiast. Arrheniuse võrrand k = A · e-EA/RT ; (k kiiruskonstant, R universaalne gaasikonstant 8,314 kJ/k·mol, A nn sagedusfaktor, mis iseloom molekulide kokkupõrgete sagedust, EA aktivatsioonienergia kJ/mol).Aktivatsioonienergiat on võimalik vähendada ensüümide ja katalüsaatoritega, kokku puute pinna suurendamisega .ionisatsioonienergia energia, mis kulub kõige nõrgemini seotud elektroni eemaldamiseks aatomist või ioonist.. Kasvab perioodis vasakult paremale ja rühmas alt üles.Elektronafiinsus energia, mis kulub või eraldub, kui aatom (ioon) liidab enesega elektroni. Kasvab perioods vasakult paremale ja rühmas alt üles
ln k A a k k 'e RT RT Ea – aktiveerimisenergia; k’ – kiiruskonstandi temperatuurist mittesõltuv osa; – tõenäosus, et osakestel on reaktsiooniks piisav energia (Ea). Ea e RT Katalüsaator on aine, mis suurendab võimaliku reaktsiooni kiirust ja kutsub esile termodünaamiliselt võimaliku reaktsiooni. Aktivatsioonienergia on energia, mida süsteemi osakesed peavad saavutama, muutumaks reaktsioonivõimelisteks. Mida väiksem on aktivatsioonienergia, seda kiiremini toimub reaktsioon. 1. Keemiline tasakaal on süsteemi olukord, kus pärisuunalise reaktsioonikiirus on võrdeline vastassuunalise reaktsiooni kiirusega. k1 c Dd c Ee K
4) ENSÜÜMID -globulaarsed valgud, mis koosnevad, valdavas enamikus, temperatuuritundlikest aminohappejääkidest. Ensüümid jagatakse lihtensüümideks ja liitensüümideks. Lõhustavad toitaineid. Ensüümide töö sõltub keskkonna pH'st. Nt: amülaas, pepsiin, trüpsiin, maltaas, laktaas, sahharaas, lipaas. Aktiivtsenter on ensüümi pinnaala, millega seostub substraat. Substraat on keemiline ühend, millega toimuvat reaktsiooni ensüüm katalüüsib. Aktivatsioonienergia on energia, mida süsteemi osakesed (molekulid) peavad saavutama, muutumaks reaktsioonivõimelisteks. Mida väiksem on aktivatsioonienergia, seda kiiremini toimub reaktsioon. Liitensüümid koosnevad valkosast (apoensüüm) ja mitte valkosast. Kofaktor liitensüümides vajalik ehitusosa. Aktivaator regulaatorvalk. Inhibiitor - aine või faktor, mis pidurdab keemilist, biokeemilist või füsioloogilist protsessi.
Energia eraldub Energia neeldub
Ühinemisreaktsioon Lagunemisreaktsioon
Põlemine Fotosüntees
Peab lõhustama sidemeid Tekivad uued keemilised sidemed
Lõhustamiseks alati energiat Energia eraldub
kulutatakse Eloomine
Elõhkumine
Elõhkumine
2 30 303 0,003300 440,0377 6,08686 3 35 308 0,003248 333,1578 5,80862 4 40 313 0,003194 236,8695 5,46751 3) arvutatakse viskoossuse aktiveerimisenergia EA 4)Seega saab aktiveerimisenergiat arvutada graafiku ln = f(1/T) tusu abil. Sirge graafiku tõusu järgi leidsin, et A= -12,29 , B= 5565,8 ln = ln A +EA/RT Aktivatsioonienergia EA väärtus graafikust loetuna EA/R= 5565,8*R = 46274,06J Järeldus: Mida madalam on lahuse temperatuur, seda viskoosem on aine. Viskoossuse vähendamiseks aines kulub aktivatsioonienergiat. Tabel n =f(T) Tabel ln n = f(T/1)
väga aeglased. * Agregaatolek: Mida kõrgema peensusastmega on reageeriv tahkis või vedelik, seda kiirem on reaktsioon. * Kontsentratsioon: Lahuse segamine kiirendab samuti keemilist reaktsiooni, andes lahuse osakestele suurema kineetilise energia, mis toob kaasa põrgete arvu kasvu reagentide vahel. * Katalüsaatorid: Katalüsaator kiirendab reaktsiooni, võimaldades reaktsioonil toimuda teistsuguse mehhanismiga, mille aktivatsioonienergia on madalam. * Rõhk: Gaasilise reaktsiooni korral suurendab rõhu tõstmine põrgete arvu reageerivate ainete vahel, mille tulemusel reaktsioon kiireneb. *Katalüsaator on aine, mis kiirendab keemilist reaktsiooni, kuid mida ei kulu reaktsiooni käigus. https://www.youtube.com/watch?v=26vi8qL0EYg *Põlevkivi teke võttis aega miljoneid aastaid *Kineetilises võrrandis reaktsiooni kiirus ei sõltu produktide kogusest ja nende kontsentratsioonist,
Vees kristalne väävel ei lahustu, vähesel määral lahustub orgaanilistes lahustites nagu benseen ja etanool. Lisaks halvale elektrijuhtivusele on väävel ka halb soojusjuht. Väävli hõõrumisel naha vastu omandab ta negatiivse elektrilaengu. Keemiliselt on väävel aktiivne element. Reageerib normaaltingimustel leelismetallide,leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi, raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri : Kullaga Plaatinaga Joodiga Lämmastikuga Väärisgaasidega Väävli stabiilsemad oksüdatsiooniastmed on -2, 0, 4 ja 6. Oksüdeerivas keskkonnas valdab oksüdatsiooniaste 6; redutseerivas keskkonnas on oksüdatsiooniastmed -2, 0 ja 4 võrreldava stabiilsusega ja lähevad kergesti üksteiseks üle. Väävli oksiidid on happelised. Väävli
· Ei ütle midagi reaktsiooni toimumise kiiruse kohta · On määratud reaktsiooni lõpp- ja algoleku energeetilise erinevusega (Gº) Mis määrab kiiruskonstandi k väärtuse? · Termodünaamika vastust ei anna käsitleb ainult lõpp- ja algoleku energeetilist erinevust · Reaktsiooni tee reaktsiooni kulgu kirjeldav üldistatud esitusviis · Üleminekuolek maksimaalse energiaga olek reaktsiooni teel on hüpoteetiline olek · Aktivatsioonienergia (Gº) minimaalne energia, mida molekul peab omama reaktsiooni läbimiseks on alati positiivne · Aktivatsioonienergiat omavate molekulide kontsentratsioon sõltub Gº väärtusest [A] = [A]0 e-Gº/RT Mida kõrgem aktivatsioonienergia seda väiksem kiiruskonstant Kiiruskonstant on aktivatsioonienergiaga seotud k = Q e-Gº/RT k = Q eSº/R e-Hº/RT = Q`e-Hº/RT Q - konstant (s-1) Aktivatsioonientalpia (Hº) Aktivatsioonientroopia (Sº) Aktivatsioonienergiat on võimalik määrata
3.) Temperatuuril 45°C leian : χ ∞ =5060 ln ( χ ∞ − χ 0 ) =ln ( 5060− χ 0 )=8.0088 χ 0= χ ∞−e8.0088 =5060−e8, 0088=2052 µS 4.) Aktiveerimisenergia ja Arrheniuse võrrandi eksponendieelse kordaja arvutamine −E k =A e RT , kus R – universaalne gaasikonstant T – absoluutne temperatuur k – reaktsiooni kiiruskonstant A – eksponendieelne tegur E – aktivatsioonienergia Reaktsiooni aktivatsioonienergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskonstantidest: k 1 −E 1 1 ln = ( − ) k 2 R T 1 T 2 , kus k1 - temperatuuril T1 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant k2 – temperatuuril T2 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant E – aktiveerimisenergia R – universaalne gaasikonstant. Avaldada sellest E: k1 −ln ∙R
üheaegselt 2 osakest. Trimolekulaarsed elementaaraktis põrkuvad üheaegselt 3 osakest. integreerimiskonstant, E reaktsiooni Nelja või enama molekuli üheaegne põrkumine on äärmiselt vähetõenäoline, seega loetakse keemilise aktivatsioonienergia ja T absoluutne temperatuur. reaktsiooni maksimaalseks molekulaarsuseks 3. Lihtreaktsiooni molekulaarsus määratakse vahetult Arrheniuse võrrandi võib esitada veel kahel kujul: reaktsiooni põhjal. Liitreaktsiooni molekulaarsus määratakse iga staadiumi jaoks eraldi, kuna k 2 -E 1 1 molekulaarsus näitab üksiku reaktsiooni mehhanismi.
keskmine 0,365076 Keskmine kiiruskonstant: 0,3651 min-1 Kiiruskonstant graafikult : 0,364 min-1 Algjuhtivus= 4840-EXP(8,2738) =920,184 Joonis 2. Temperatuuril 40 kraadi Keemilise reaktsiooni kiirus kasvab temperatuuri tõustes. Laias temperatuurivahemikus kirjeldab reaktsiooni kiiruse sõltuvust temperatuurist Arrheniuse võrrand: k=, kus k on reaktsiooni kiiruskonstant, A eksponendieelne tegur, E on aktivatsioonienergia, R universaalne gaasikonstant ja T on absoluutne temperatuur. Reaktsiooni aktivatsioonienergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskontsantidest kasutatakse järgmist võrrandit: ln=(-) Avaldades sellest võrrandist E, saame: E= E= = 45529 J/mol Järeldus: Võib väita, et katse õnnestus, kuna graafikud tulid üldjoontes lineaarsed ning kiiruskonstant kasvas temperatuuri tõusuga.
Küllalt lihtsad reaktsiooni kineetilised võrrandid on avaldatud nullindat järku reaktsioonide (mille puhul reaktsioonikiirus ei sõltu reageerivate ainete kontsentratsioonist), esimest järku reaktsioonide ja teist järku reaktsioonide jaoks. Reaktsiooni kiiruse võrrandid on leitavad ka keerukamate reaktsioonide jaoks. Jadareaktsioonide puhul määrab kiirust limiteeriv staadium kogu reaktsiooni kineetika. Reaktsiooni aktivatsioonienergia on katseliselt leitav Arrheniuse võrrandist. Keemilise reaktsiooni kiirust mõjutavad peamised tegurid on temperatuur, reagentide iseloom, reageerivate ainete agregaatolek, reagentide kontsentratsioonid, katalüsaatorid, reaktsiooni keskkond
Väävel on mittemetall. Tal on rohkelt allotroopseid vorme. See on kollane, rabe, elektrit ja soojust mittejuhtiv kristallne aine. Vees kristallne väävel ei lahustu, vähesel määral lahustub orgaanilistes lahustites nagu benseen ja etanool. Keemiliselt on väävel aktiivne element. Reageerib normaaltingimustel leelismetallide, leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri kulla, plaatina, joodi, lämmastiku ja väärisgaasidega. Väävli stabiilsemad oksüdatsiooniastmed on -2, 0, 4 ja 6. Oksüdeerivas keskkonnas valdab oksüdatsiooniaste 6; redutseerivas keskkonnas on oksüdatsiooniastmed -2, 0 ja 4 võrreldava stabiilsusega ja lähevad kergesti üksteiseks üle. Väävli oksiidid on happelised
1,26 1,255 1,25 1,245 1,24 1,235 10 20 30 40 50 60 Siin on vastus üliõpilaste sagely esitatavale küsimusele: kas võtta graafiku tarvis viskoosus Pas-des või mPas-ides. Graafikutelt selgub, et aktivatsioonienergia jääb mõlemal juhul samaks. 0.68394 ln (Pas) 0.36788 0.25161 ln = 6876.52*1/T-23.7003 Pas Linear Fit of Data1_Pas 0.00320 0.00325 0.00330 0
temperatuurist. ! Temperatuuri mõju reaktsiooni kiirusele on seotud peamiselt kiiruskonstandi olenevusega temperatuurist. Laias temperatuuri intervallis väljendab seda olenevust S. Arrheniuse võrrand: Arrheniuse aktiivsete põrgete teooria järgi reageerivad üksteisega põrkudes vaid aktiivsed molekulid, millede põrkumisel toimub elementaarakt. Aktiivsed molekulid - molekulid, mille kineetiline energia on aktivatsioonienergiast suurem. Aktivatsioonienergia on potentsiaalne energia, mis on arvuliselt võrdne selle minimaalse kineetilise energiaga, mida molekulid peavad omama, et toimuks elementaarakt. Reaktsiooni kiiruse kasvu temperatuuri tõstmisel põhjustab aktiivsete molekulite arvu suurenemine. Kui võrrelda omavahel reaktsioone, siis kõige kiiremini kulgeb neist see, mille aktivatsioonienergia on kõige madalam. Olgu meil reaktsioon A + B —> [akt. vaheüh.] —> D.
reaktsiooni järk aine A suhtes, y reaktsiooni järk aine B suhtes, summa x + y on reaktsiooni summaarne järk, CA ja CB ainete A ja B molaarsed kontsentratsioonid, mol/dm3). Reaktsiooni kiirus sõltub aktivatsioonienergiast. Arrheniuse võrrand k = A · e-EA/RT ; (k kiiruskonstant, R universaalne gaasikonstant 8,314 kJ/k·mol, A nn sagedusfaktor, mis iseloom molekulide kokkupõrgete sagedust, EA aktivatsioonienergia kJ/mol). Aktivatsioonienergiat on võimalik vähendada ensüümide ja katalüsaatoritega, kokku puute pinna suurendamisega. Reaktsiooni mehhanism selgitab järjestikku ning paralleelselt kulgevaid reaktsioone ning tekkivaid vaheühendeid. Üheastmelised reaktsioonid: monomolekulaarsed, biomolekulaarsed, trimolekulaarsed. Mitmeastmelised reaktsioonid. Kvanditeooria kiirgusenergia vabaneb tahkete kehade aatomitest ja molekulidest või
Keemilised reaktsioonid sidemete reorganiseerumine Näiteks: osades mikroorganismides toimuv tsüsteiini süntees seriinist ja vesinik disulfiidist · Reaktsiooni tulemusena katkes üks C-O side ja üks S-H side · Reaktsiooni tulemusena tekkis üks C-S side ja üks O-H side Keemilised reaktsioonid sidemete reorganiseerumine ·Reaktsiooni tasakaal on määratud produktide ja lähteainete energeetiliste erinevustega G ·Reaktsiooni kiirus on määratud aktivatsioonienergia G poolt Eksergoonilised reaktsioonid - termodünaamiliselt soodsad, G < 0 Näiteks: ·alfa-ketohapete oksüdatiivne dekarboksüleerimine ·ATP-st lähtuv glükoosi fosforüleerimine Endergoonilised reaktsioonid - termodünaamiliselt ebasoodsad, G > 0 Näiteks: aldolaasi katalüüsitav reaktsioon glükolüüsi rajas Kui puudub võimalus reaktsiooni ühendamiseks mõne termodünaamiliselt soodsa reaktsiooniga, siis on ainsaks
Fosforüleerimine - defosforüleerimine Proteolüütiline modifitseerimine (aktivatsioon või innakstivatsioon, nt trüpsinogeen ja trüpsiin- seedeensüümid) Valkude kompartmentalisatsioon- ensüüm kas pääseb või ei pääse substraadile ligi Ligandide kooperatiivsed efektid Ensüümreaktsiooni kineetikat iseloomustavad parameetrid Vmax ja Km Ensüümid- valgud,mis modifitseerivad spetsiifilist substraati, kusjuures nende efekt seisneb aktivatsioonienergia vähendamises- nõuab lisaenergiat Ensüümreaktsiooni kineetikat iseloomustavad parameetrid Vmax ja Km Katalüütilise subühiku allosteeriline regulatsioon Allosteerilised üleminekud aktiivse ja mitteaktiivse vormi vahel
118. Võrrelge esimest ja teist järku reaktsioone. 119. Tehke eksperimentaalsete andmete põhjal kindlaks reaktsiooni järk, kiiruse võrrand ja kiiruskonstant. 120. Arvutage kontsentratsioon, aeg või kiiruskonstant, kasutades kiiruse avaldist. 121. Leidke poolestusaja kaudu esimest järku protsessi jaoks kiiruskonstant, kulunud aeg ja allesjäänud reagentide hulk. 122. Selgitage temperatuuri mõju reaktsiooni kiirusele. Leidke Arrheniuse võrrandi, kiiruskonstandi ja temperatuuri seose abil aktivatsioonienergia. 123. Leidke aktivatsioonienergia abil kiiruskonstant antud temperatuuril. 127. Mis on ahelreaktsioonid? Tooge näide. 128. Tuletage reaktsioonimehhanismist kiiruskonstandi võrrand. 129. Näidake, kuidas reaktsiooni tasakaalukonstant on seotud päri- ja pöördsuunalise reaktsiooni kiiruskonstantidega. 130. Kirjeldage katalüsaatori mõju reaktsioonile, lähtudes reaktsioonikoordinaadist. 6
t, s Chart Title f(x) = - 0.0081940819x + 8.5506594996 R² = 0.9835747933 200 300 400 500 600 700 800 900 t, s Arvutus. Reaktsiooni kiiruse sõltuvust temperatuurist kirjeldab Arrheniuse võrrand: �=� ∙�^((−�)/( ��)) , kus k - reaktsiooni kiiruskonstant, A- eksponendieelne tegur, E- aktivatsioonienergia R- universaalne gaasikonstant T- absoluutne temperatuur Reaktsiooni aktivatsioonienergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskon kasutatakse järgmist võrrandit: �1/�2 = -(�/(� )∙(1/�1 ) - (1/�2 ) ning avaldades E, saame: E=(�� �1/�2 ∙�)/((1/�2 ) − ( 1/�1 )= (��( 0,0008039/0,004708) ∙8,314 )/([(1/309,15)− ( 1/319,15 J/mol =43797,7 J/mol tegur, keskmistest kiiruskonstantidest
kaksikheeliksis, lämmastikaluste paardumise printsiip. DNA funktsioonid. DNA replikatsioon RNA eri liikide suhteline kogus ja asukoht rakus. Valgusünteesi biokeemiline mehhanism. Transkriptsioon. Translatsioon. Geneetilise koodi olemus ja lühiiseloomustus. Geen, genoom. 6. Ensüümid. Ensüümid kui bioloogilised katalüsaatorid, nende valguline ehitus, toime biokeemiliste reaktsioonide kulgemise kiirusele ja suunale. Aktivatsioonienergia alandamine kui ensüümide toimimise pôhiline printsiip. Ensüümi ja substraadi ning ensüümi ja produkti komplekside teke ja lagunemine ensüümide poolt katalüüsitavates reaktsioonides. Aktiivtsentri môiste, siduv ja katalüütiline keskus aktiivtsentris. Koensüüm. Ensüümi kontsentratsioon, substraadi kontsentratsioon, pH, temperatuur kui ensüümi aktiivsust môjutavad tegurid. Inhibiitorid. Aktivaatorid. Allosteerilised ensüümid. Ensüümide spetsiifilisus.
Vees kristalne väävel ei lahustu, vähesel määral lahustub orgaanilistes lahustites nagu benseen ja etanool. Lisaks halvale elektrijuhtivusele on väävel ka halb soojusjuht. Väävli hõõrumisel naha vastu omandab ta negatiivse elektrilaengu. Keemiliselt on väävel aktiivne element. Reageerib normaaltingimustel leelismetallide, leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi, raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri kulla, plaatina, joodi, lämmastiku ja väärisgaasidega.
a. IIR katioonne ahelakasvu polümerisatsioon b. PET polükondensatsioon c. PVC vabaradikaalne ahelakasvu polümerisatsioon d. PEO tsükliavanemis polümerisatsioon 6. Kumb tunnus on iseloomulik ahelakasvu polümerisatsioonile võrreldes astmekasvu polümerisatsiooniga. a. Monomeeri/suvalise suurusega molekuli liitumine b. Reageerivad funktsionaal rühmad/avaneb kaksikside c. Madal/kõrge aktivatsioonienergia d. Madal/kõrge polümerisatsioonikiirus e. Kõrge/madal polümerisatsioonitemperatuur 7. Valige polümeeri lahustuvusest sobiv tingimus. a. Keemiline sarnasus/erinevus lahustiga b. Suur/väike molaarmass c. Kristallilisus/amorfsus d. Lahustiga sarnane/erinev lahustuvusparameeter e. Väiksem/suurem segunemisentalpia f. Suurem/väiksem hüdrodünaamiline maht 8. Kuidas mõjub plastivormimisel nihkekiiruse kasv. a
Kui võrrand ära integreerida (avaldada lnk), siis logaritm konstandist on ikkagi konstant. Vanasti üritati kõike viia sirge võrrandi kujule, sest polnud arvuteid. Mittelineaarseid seoseid paberil analüüsida on aga väga keeruline. Kaliiberkõver konts x-teljel ja y-teljel on signaal. Kui y-teljel lnk ja x-teljel 1/T, siis on tõus x kordaja -E a/R ja vabaliige lnA on see punkt, mis ühtib y-teljega. Kui temp läheneb , siis läheb 1/T nulli ja lnk läheneb lnA le. Mida kõrgem on aktivatsioonienergia (Ea), seda teravamalt sõltub reaktsiooni kiiruskonstant temperatuurist. Kui akt energia on madal, siis võib öelda, et kiiruskonstant selle reaktsiooni jaoks on suur. Kui aktivatsioonienergia on 0, siis kiiruskonstant temp ei sõltugi nagu, on oma maksimaalse väärtuse peal (T). Kui on tegu mitmeetapilise reaktsiooniga, kus üks on palju kiirem etap, kui teised, siis määrab kogu reaktsiooni kiiruse selle aeglasema reaktsiooni kiiruskonstant.
Kuidas see valem muutub elektromagnetiline laine levib aines? 𝐶(𝑣𝑎𝑙𝑔𝑢𝑠𝑒𝑘𝑖𝑖𝑟𝑢𝑠 𝑣𝑎𝑎𝑘𝑢𝑚𝑖𝑠) 𝜆(𝑙𝑎𝑖𝑛𝑒𝑝𝑖𝑘𝑘𝑢𝑠) = . 𝜈(𝑠𝑎𝑔𝑒𝑑𝑢𝑠) Kui laine levib aines, kirjutan valguse levimise kiiruse aines, mitte vaakumis. 10. Mis on r-i aktivatsioonienergia? Ae määrab....kiiruse. Ea on energia, mis peab osakesel olema, et nad ületaksid aktivatsioonibarjääri ja reaktsioon saaks toimuda. 11. Keha pindala suureneb proportsionaalselt keha lineaarmõõtme (millise?) astmega. Kuidas muutub lineaarmõõtmest sõltuvalt keha ruumala ja pindala suhe? Keha pindala suureneb proportsionaalselt lineaarmõõtme ruuduga. Keha ruumala ja pindala suhe muutub l3/l2. 12. Mis on spekter, mis on nähtav spekter.
Jätkav elementaarakt – tekitab produkti ja uue ahelkandja ehk ahela jätkaja. Ahel katkeb kui 2 aktiivset osakest kohtuvad. Tegemist on hargneva ahelreaktsiooniga, kui tekib rohkem kui üks aktiivne osake, võib sageli viia plahvatuseni Reaktsiooni kiiruskonstant suureneb soojendamisel. Kiiruskonstandi sõltuvust temperatuurist kirjeldab Arrheniuse võrrand: ln k = ln A – Ea/RT k = Ae-E indeksiga a/RT k – kiiruskonstant; A – eksponendieelne faktor; Ea – aktivatsioonienergia; R – universaalne gaasikonstant; T – temperatuur (K) Arhheniuse võrrandi rakendusi. Teades k-d ühel temperatuuril ning aktivatsioonienergiat, saab leida k teisel temperatuuril (k’). Teades k’-d kahel eri temperatuuril, saab leida aktivatsioonienergia. ln k’/k = Ea/R (1/T – 1/T’) Siirdeoleku teooria – mudel, mille kohaselt molekulide põrkumisel tekib aktiveeritud (vahe)olek e siirdeolek. Aktivatsioonienergia on
Näiteks torus suureneb voolukiirus telje suunas ja saavutab oma maksimaalse väärtuse teljel. 3. Punapiir on kvantoptikas väikseima sagedusega valgus, mis võib tekitada fotoefekti ehk tõrjuda ainest välja elektroni. 4.Transformaator ehk trafo on elektromagnetilisel induktsioonil põhinev staatiline (liikuvosadeta) energiamuundur, mis võimaldab muuta vahelduvpinget ja vastavalt vahelduvvoolu, seejuures ilma sagedust muutmata. 6. Aktivatsioonienergia ehk aktiviseerimisenergia on energia, mida süsteemi osakesed (molekulid) peavad saavutama, muutumaks reaktsioonivõimelisteks. Mida väiksem on aktivatsioonienergia, seda kiiremini toimub reaktsioon. Temperatuur on füüsikaline suurus, mis iseloomustab süsteemi või keha soojuslikku olekut ehk soojusastet Termodünaamilise tasakaalu puhul on süsteemi kõigi osade temperatuur ühesugune. Temperatuuride erinevuse korral siirdub soojus kõrgema
Õhus põleb nõrgalt sinaka, kuid hapnikus eresinaka leegiga. Ta reageerib normaaltingimustel leelismetallide, leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Väävli põlemine hapnikus ( Pildiallikas http://www.uncp.edu/home/mcclurem/ptable/sulfur/s_2.jpg ) Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi, raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri kulla, plaatina, joodi, lämmastiku ja väärisgaasidega. 2Na + S Na2S 2Al + 3S Al2S3 Fe + S FeS H2 + S H2S Väävli reaktsioon tsingiga (Pildiallikas http://www.uncp.edu/home/mcclurem/ptable/sulfur/s_3.jpg ) Ühendites on väävli oksüdatsiooniaste II kuni VI. Väävli stabiilsemad
n=x+ya+b (üldjuhul, kuid lihtreaktsioonides n=x+y=a+b) Reaktsioonide kineetilised tüübid: nulljärk (n=0), esimene järk (n=1), teine järk (n=2), kolmas järk (n=3). n Dif võrrand Kiiruskonstandi võrrand Poolestusaja avaldis 0 1 2 Reaktsiooni kiiruse temperatuurist olenevus: Temperatuuri tõusuga kasvab reaktsiooni kiirus. Kiiruskonstandi sõltuvuse temperatuurist annab Arrheniuse võrrand: Reaktsiooni aktivatsioonienergia mõiste: Energia, mis on vajalik reaktsiooni toimumiseks (aktiveeritud kompleksi tekkeks) (EA, J/mol). Pöörduvad reaktsioonid: Toimub esimest järku reaktsioon , kus k+ on kiiruskonstant pärisuunas ja k. vastassuunas. Selle reaktsiooni kiirus kus c1 ja c2 on reagentide kontsentratsioonid ajahetkel t. Tähistades A ärareageerinud ja B juurdetekkinud osa x-
seda intensiivsemalt eraldub vesinikku, s.t seda suurem on reaktsiooni kiirus. Rõhu mõju reaktsiooni kiirusele: gaasiliste ainete puhul rõhu tõstmisel reaktsiooni kiirus suureneb, kuna rõhu tõstmisel suureneb gaasiliste ainete hulk ruumaalaühikus (s.t nende kontsentratsioon). Peensusastme mõju reaktsiooni kiirusele: mida suurem on reageerivate ainete kokkupuutepind, seda suurem on reaktsiooni kiirus. Katalüsaatori mõju reaktsiooni kiirusele: aktivatsioonienergia vähenemine katalüsaatori juuresolekul ongi reaktsiooni kiirenemise kõige olulisem põhjus. Katalüsaatori keemiline koostis ja kogus jäävad peale reaktsiooni endiseks. 2. Keemiline tasakaal on olukord, kus toimub pöörduv reaktsioon (reaktsiooni saadused reageerivad omavahel ja selle tulemusena tekib uuesti teatavas koguses lähteaineid). Teatud temperatuuril tekitatakse selline olukord, kus mõlemas suunas kulgevate reaktsioonide kiirused on võrdsed ning
rakkudes mitmete tähtsate funktsioonide täitmise eest, nagu RNA transkriptsioonijärgne töötlus, translatsioon jt, kuid siinkohal piirdume valkensüümide käsitlemisega. Katalüüsitavad reaktsioonid jõuavad tasakaaluolekusse palju kiiremini kui mittekatalüüsitavad, kuid reaktsioonide üldine tasakaal seejuures ei muutu. Kiiruse drastiline suurenemine toimub tänu oluliselt madalamale aktivatsiooni vabaenergia (= aktivatsioonienergia) tasemele siirdeseisundis. Joonisel on esitatud vabaenergia profiilid hüpoteetilisele ensümaatilisele ja mitteensümaatilisele reaktsioonile. Paneme tähele suurt erinevust ensüümireaktsiooni (sinine) ja mittekatalüütilise reaktsiooni (punane) aktivatsioonienergia G väärtustes, samas on mõlema reaktsiooni üldine vabaenergia muut G võrdne. Siirdeseisund
Väävel on mittemetall. Tal on rohkelt allotroopseid vorme. See on kollane, rabe, elektrit ja soojust mittejuhtiv kristallne aine. Vees kristallne väävel ei lahustu, vähesel määral lahustub orgaanilistes lahustites nagu benseen ja etanool. Keemiliselt on väävel aktiivne element. Reageerib normaaltingimustel leelismetallide, leelismuldmetallide, elavhõbeda, vase ja hõbedaga. Soojendamisel kulgevad reaktsioonid ka alumiiniumi raua, tsingi ja pliiga. Veidi suurem on aktivatsioonienergia väävli reageerimiseks mittemetallidega, mistõttu toimuvad sellised reaktsioonid kõrgematel temperatuuridel. Väävel ei reageeri kulla, plaatina, joodi, lämmastiku ja väärisgaasidega. Väävli stabiilsemad oksüdatsiooniastmed on -2, 0, 4 ja 6. Oksüdeerivas keskkonnas valdab oksüdatsiooniaste 6; redutseerivas keskkonnas on oksüdatsiooniastmed -2, 0 ja 4 võrreldava stabiilsusega ja lähevad kergesti üksteiseks üle. Väävli oksiidid on happelised. Väävli vesinikühendeist
kontsentratsiooniga. · Teist järku reaktsiooni korral on reaktsiooni kiirus proportsionaalne lähteaine kontsentratsiooni ruudu või kahe lähteaine kontsentratsioonide korrutisega. · Temperatuuri mõju: o Keemiliste reaktsioonide kiirus kasvab temperatuuri tõustes o Van't Hoffi reegel: temperatuuri tõstmisel 10 kraadi võrra kiireneb reaktsioon keskmiselt 2 korda. · Aktivatsioonienergia minimaalne energia, mis on vajalik keemilise reaktsiooni toimumiseks · Katalüüs: o Katalüsaator on aine, mis kiirendab reaktsiooni, ise reaktsiooni käigus ära kulumata. o Negatiivne katalüsaator on inhibiitor o Homogeenne katalüüs (reageerivad ained on katalüsaator on samas faasis) o Heterogeene katalüüs (reageerivad ained ja katalüsaator moodustuvad erinevad faasid ehk protsess toimub faaside piirpinnal)
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! 0.0061772027 = f(t) Keemilise reaktsiooni kiirus kasvab temperatuuri tõustes. Laias temperatuurivahemikus kirjeldab reaktsiooni kiiruse sõltuvust temperatuurist Arrheniuse võrrand: k = A∙ e^[-E/(RT)], kus k - reaktsiooni kiiruskonstant, A - eksponendieelne tegur, E - aktivatsioonienergia, R - universaalne gaasikonstant T - absoluutne temperatuur. Reaktsiooni aktivatsioonienergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskontsantidest kasutatakse järgmist võrrandit: ln(k1/k2) = - (E/R) * [(1/T1) - (1/T2)] Avaldades sellest võrrandist E, saame: E = - [ln(k1/k2) * R] / [(1/T1) - (1/T2)] E= - ln(0,0061772/0,005023506) * 8,314 / [(1/318,15) - (1/308,15)] = 16850,87 J/mol ≈ 17 kJ/mol
· Kui muuta ühte neist tingimustest, mis määravad antud süsteemi tasakaaluseisundi, siis nihkub tasakaal selle protsessi suunas, mis toimub vastu tekitatud muutustele, vähendades selle kvantitatiivset efekti. Järeldus: Ø Lähteainete kontsentratsiooni suurendamine tasakaalusüsteemis nihutab tasakaalu paremale - produktide tekke suunas, analoogiliselt mõjub produktide kontsentratsiooni vähendamine (saaduste eemaldamine süsteemist). 48. Aktivatsioonienergia ehk aktiviseerimisenergia on energia, mida süsteemi osakesed (molekulid) peavad saavutama, muutumaks reaktsioonivõimelisteks. Mida väiksem on aktivatsioonienergia, seda kiiremini toimub reaktsioon. Aktivatsioonienergiat alandavad tunduvalt ensüümid (täpsemalt nende aktiveeritud kompleksid substraadiga - ES*) ning seetõttu toimuvad näiteks metaboolsed protsessid kiiremini. 49.Radioaktiivsus, aatomituumade spontaane lagunemine, radioaktiivse kiirguse liigid.
on keemiliste reaktsioonide kiirendamine. .. on valgud ..ei saa käivitada termodünaamiliselt võimatut protsessi .. ei mõjuta reaktsiooni kulgemise suunda Ometi ensüümid kontrollivad ainevahetusprotsesside üldist suunda, sest nende aktiivsus sõltub organismi vajadusest ja ühed reaktsioonid ei kesta kogu aeg vaid muutuvad. Ensüümide katalüüsivõime aluseks on nende omadus alandada reaktsioonide aktivatsioonienergiat. Aktivatsioonienergia on energia, mis on vajalik reageerivate ainete ergastamiseks. Ensüümidele on iseloomulik spetsiifilisus: Stereokeemiline spetsiifilisus (eristatakse D- ja L-isomeere) Sidemespetsiifilisus (ensüümid võivad katalüüsida ainult teatud sidemete tekkimist ja lagunemist nt a1,4 glükosiidside) Rühmaspetsiifilisus (kindla funktsionaalse rühmaga toimuvad reaktsioonid) Absoluutne spetsiifilisus (eelnimetatud aspektide kominatsioon)
· Teised tegurid lahuste segamine, valgus (fotokeem. reakts.), radioaktiivne kiirgus, elektrivool, reaktsioonikeskkonna pH, katalüsaatorite kasutamine, autokatalüüs jne. 172 Raua roostetamine aeglaselt kulgev reaktsioon Põlemine kiirelt kulgev reaktsioon Reaktsioonikiirust mõjutavad tegurid 175 Aktivatsioonienergia Energia muutused reaktsiooni käigus 176 Eksotermiline Näited Kõrge aktivatsiooni reaktsioon energia, väike soojusefekt Endotermiline reaktsioon Madal aktivatsioonienergia, suur soojusefekt 177 Katalüütiline tsükkel A ja B konverteeritakse C-ks.
annaabi.ee 
