Odpowiedz na pytanie nr 8 z chemii organicznej

Wyjaśnij na wybranych przykładach następujące pojęcia: konformery, izomery geometryczne, Enancjomery, diastereoizomery.

Izomery geometryczne
Jeżeli wyróżnione grupy cząsteczki leżą po tej samej stronie płaszczyzny mamy do czynienia z izomerem cis a jeżeli po przeciwnych stronach z izomerem trans.

Konfigurację izomerów geometrycznych rozróżnia się za pomocą nazw, które zawierają przedrostek cis- lub -trans, co wskazuje na usytuowanie grup po tej samej lub po przeciwnej stronie cząsteczki.

Diastereoizomery
są to izomery które nie są wzajemnymi odbiciami lustrzanymi, mają różne właściwości chemiczne i fizyczne. Izomery cis i trans sa diastereoizomerami.

W przedstawionym przykładzie struktury I i II oraz III i IV są enancjomerami, natomiast struktura III jest diastereoizomerom zarówno związku I, jak i związku II oraz struktura IV jest diastereoizomerom związków I i II.

Enancjomery to izomery będące wzajemnymi odbiciami lustrzanymi.

Właściwości enancjomerów
1. Enancjomery mają identyczne właściwości fizyczne z wyjątkiem kierunku skręcania płaszczyzny polaryzacji światła
2. Enancjomery wykazują identyczne właściwości chemiczne; wyjątkiem jest ich zachowanie się w stosunku do optycznie czynnych reagentów. Oznacza to, że jeżeli reagent jest optycznie czynny, jego wpływ na oba enancjomery nie jest identyczny podczas ataku i dlatego szybkość reakcji jest różna - w niektórych przypadkach tak dalece różna, że reakcja z jednym izomerem w ogóle nie zachodzi.

Rozpatrując poniższy przykład (2,3-dichlorobutan), widzimy, że cząsteczka zawiera dwa centra chiralności. Struktury I i II są enacjomerami (nie można na siebie nałożyć), natomiast struktury III i IV mimo że posiadają centra chiralności możemy na siebie nałożyć (wystarczy strukturę III obrócić o 180^o, a pokryje się ona całkowicie ze strukturą IV).

W przykładzie mamy tylko trzy struktury stereoizomeryczne, tj. I, II i III.

Konformery

to stereoizomery różniące się między sobą rozmieszczeniem atomów w przestrzeni. Różne konformacje powstają przez obrót poszczególnych części cząsteczki wokół wiązań pojedyńczych i geometrycznie nie przystają do siebie.

Konformacje różnią się tylko stanem energetycznym gdzie najkorzystniejszą jest konformacja najuboższa energetycznie.
Konformacja ma znaczenie dla cząsteczek alkanów oraz ich pochodnych.

Odpowiedz na pytanie nr 2 z Chemii Środowiska :

Do podstawowych minusów można zaliczyć:
- ogromne koszty inwestycyjne
- konieczność składowania odpadów radioaktywnych przez bardzo długi czas
- znaczne skażenie środowiska w przypadku awarii
Zaletami są:
- czyste powietrze w przeciwieństwie do elektrowni węglowych, ponieważ nie emituje szkodliwych zanieczyszczeń: tlenków siarki, azotu, metali ciężkich, pyłów i gazów cieplarnianych
- tańszy sposób pozyskiwania energii niż np. z węgla
- ogromne korzyści płynące z wykorzystania pewnych zjawisk oddziaływania promieniowania z materią w przemyśle, medycynie, rolnictwie, geologii, ochronie środowiska.

- nie potrzebuje składowisk popiołu

- redukuje ilość dwutlenku węgla w środowisku

Odpowiedz na pytanie 18 z Chemii Fizycznej :

Szybkość reakcji (v) wyrażana jest jako zmiana stężenia molowego produktu (Δc_produktu) lub substratu (Δc_substratu) reakcji w zachodząca w jednostce czasu (∆t):

Tak wyrażona szybkość reakcji jest tzw. średnią szybkością reakcji. Ponieważ przyjęto, że szybkość reakcji ma zawsze wartość dodatnią, więc w zależności od tego czy jest rozważana jako ubytek substratu czy przyrost stężenia produktu w równaniu pojawia się znak - lub +.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji:

a) Temperatura

Szybkość reakcji w bardzo znaczący sposób zależy od temperatury.
Przykładem może być tu reakcja tlenu z wodorem, która w 200°C przebiega powoli, natomiast w 600°C przebiega wybuchowo, w ciągu ułamka sekundy.
Jacobus van't Hoff (1852-1911) jako pierwszy, na podstawie wyników swoich doświadczeń podał ogólna zależność dotyczącą wpływu temperatury na szybkość reakcji.
Według reguły van't Hoffa podwyższenie temperatury o około 10 stopni powoduje 2-4-krotny wzrost szybkości reakcji.

Gdzie:

v₁ - szybkość reakcji przebiegającej w czasie t₁ w temperaturze T₁
v₂ - szybkość reakcji przebiegającej w czasie t₂ w temperaturze T₂
γ - czynnik temperaturowy (γ =2, 3 lub 4)
ΔT = T₂ - T₁

Silny wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy, dlaczego w praktyce trzeba często stosować ogrzewanie, również w przypadku reakcji egzotermicznych (przebiegających z wydzieleniem ciepła).

b) Stężenie reagentów

Wzrost stężenia substratów powoduje zwiększenie szybkości reakcji np. gdyby przeprowadzić reakcję cynku z kwasem solnym o dwu różnych stężeniach, reakcja będzie zachodziła szybciej w przypadku gdzie użyliśmy kwasu bardziej stężonego.

c) Rozdrobnienie substancji

W przypadku użycia do reakcji substancji stałych (podobnie jak w poprzednim podpunkcie np. cynku) nie możemy zmienić ich stężenia ale można je rozdrobnić, zwiększając przez to powierzchnię substratu i możliwość kontaktu z pozostałymi substratami. W efekcie, w wyniku rozdrobnienia również wzrasta szybkość reakcji.

d) Rozpuszczalnik

Rozpuszczalniki polarne ułatwiają reakcje pomiędzy związkami polarnymi, natomiast rozpuszczalniki niepolarne można stosować do zwiększenia szybkości reakcji związków niepolarnych. Odpowiednio dobrany rozpuszczalnik pozwala na dokładne wymieszanie się cząsteczek substratów, ułatwiając kontakt miedzy nimi, a więc zwiększając szybkość reakcji.

f) Katalizator, inhibitor

Katalizatorem nazywa się substancję, której obecność w mieszaninie reagentów zwiększa szybkość reakcji.

Inhibitorem - substancję, której obecność powoduje obniżenie szybkości reakcji.

Zarówno katalizator jak i inhibitor praktycznie nie ulegają zużyciu podczas reakcji, po jej zakończeniu pozostają w stanie niezmienionym w stosunku do ich stanu sprzed reakcji. Katalizatory/inhibitory biorą udział w reakcji chemicznej, ale ulegają w trakcie procesu odtworzeniu. Katalizator/inhibitor zmienia w jednakowym stopniu szybkość reakcji biegnącej z lewa na prawo jak i reakcji odwrotnej. Katalizatory nie wpływają na położenie stanu równowagi, przyspieszają jedynie czas, po którym ta równowaga zostanie osiągnięta.
Istotnymi cechami katalizatorów/inhibitorów są selektywność i specyficzność. Selektywność jest to zdolność do przyspieszania/opóźniania tylko niektórych z procesów możliwych w danym środowisku. Specyficzność- działanie każdego z katalizatorów/inhibitorów ogranicza się co najwyżej do kilku różnych reakcji.

W zależności od tego, czy katalizator i substancje reagujące znajdują się w tej samej fazie, czy też katalizator stanowi oddzielna fazę, katalizę określa się odpowiednio jako homogeniczną i heterogeniczną.
Przykładem katalizy homogenicznej może być reakcja estryfikacji kwasu octowego metanolem w obecności kwasu siarkowego(VI) jako katalizatora. Substraty reakcji oraz katalizator występują w fazie ciekłej. Innymi przykładami może być hydroliza sacharozy katalizowana jonami H⁺, lub utlenianie SO₂ katalizowane przez tlenek azotu (jako przykład katalizy w fazie gazowej).
W przypadku katalizy heterogenicznej najczęściej mamy do czynienia z katalizatorem występującym w fazie stałej (stanowi on tzw. kontakt) oraz reagentami, które znajdują się w fazie gazowej lub ciekłej.
Jako przykłady katalizy heterogenicznej można przytoczyć syntezę amoniaku z azotu i wodoru na katalizatorze żelazowym lub rozkład wody utlenionej katalizowany przez tlenek manganu(IV).

Znane są również reakcje, w których rolę katalizatora pełni jeden z produktów reakcji. Ten typ katalizy nazywa się autokatalizą. Jej przykładem jest reakcja redukcji manganianu(VII) potasu przez kwas szczawiowy w środowisku kwaśnym:
2 MnO₄^- + 5 C₂O₄^2- + 16 H⁺ = 10CO₂ + 2Mn²⁺ + 8 H₂O
w której to reakcji katalizatorem są powstające jony Mn²⁺.

---