PËRKUFIZIM
Monoksidi i karbonit (IV) (dioksidi i karbonit) në kushte normale është një gaz pa ngjyrë, më i rëndë se ajri, termikisht i qëndrueshëm dhe kur kompresohet dhe ftohet, lehtë shndërrohet në gjendje të lëngshme dhe të ngurtë ("akulli i thatë").
Struktura e molekulës është paraqitur në Fig. 1. Dendësia - 1,997 g / l. Ai shpërndahet dobët në ujë, pjesërisht reagon me të. Tregon veti acidike. Reduktohet me metale aktive, hidrogjen dhe karbon.
Oriz. 1. Struktura e molekulës së dioksidit të karbonit.
Formula bruto e dioksidit të karbonit është CO 2. Siç e dini, pesha molekulare e një molekule është e barabartë me shumën e masave atomike relative të atomeve që përbëjnë molekulën (vlerat e masave atomike relative të marra nga Tabela Periodike e DIMendeleev, të rrumbullakosura në të gjithë numrat).
Mr (CO 2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);
Mr (CO 2) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
PËRKUFIZIM
Masa molare (M)është masa e 1 mol të një lënde.
Është e lehtë të tregohet se vlerat numerike të masës molare M dhe masës molekulare relative M r janë të barabarta, por sasia e parë ka dimensionin [M] = g / mol, dhe e dyta është pa dimension:
M = N A × m (1 molekulë) = N A × M r × 1 amu = (N A × 1 amu) × M r = × M r.
Do të thotë se masa molare e dioksidit të karbonit është 44 g / mol.
Masa molare e një lënde në gjendje të gaztë mund të përcaktohet duke përdorur konceptin e vëllimit të saj molar. Për ta bërë këtë, gjeni vëllimin e zënë në kushte normale nga një masë e caktuar e një lënde të caktuar dhe më pas llogaritni masën prej 22.4 litrash të kësaj substance në të njëjtat kushte.
Për të arritur këtë qëllim (llogaritja e masës molare), është e mundur të përdoret ekuacioni i gjendjes për një gaz ideal (ekuacioni Mendeleev-Clapeyron):
ku p është presioni i gazit (Pa), V është vëllimi i gazit (m 3), m është masa e substancës (g), M është masa molare e substancës (g / mol), T është temperatura absolute (K), R është konstanta universale e gazit e barabartë me 8,314 J / (mol × K).
Shembuj të zgjidhjes së problemeve
SHEMBULL 1
| Ushtrimi | Shkruani formulën për përbërjen e bakrit me oksigjenin nëse raporti i masave të elementeve në të është m (Cu): m (O) = 4: 1. |
| Zgjidhje | Le të gjejmë masat molare të bakrit dhe oksigjenit (do të rrumbullakosim vlerat e masave atomike relative të marra nga Tabela Periodike e D.I.Mendeleev në numra të plotë). Dihet se M = Mr, që do të thotë M (Cu) = 64 g / mol, dhe M (O) = 16 g / mol. n (Cu) = m (Cu) / M (Cu); n (Cu) = 4/64 = 0,0625 mol. n (O) = m (O) / M (O); n (О) = 1/16 = 0,0625 mol. Le të gjejmë raportin molar: n (Cu): n (O) = 0,0625: 0,0625 = 1: 1, ato. formula për përbërjen e bakrit me oksigjen është CuO. Ky është oksid bakri (II). |
| Përgjigju | CuO |
SHEMBULL 2
| Ushtrimi | Bëni një formulë për përbërjen e hekurit me squfur nëse raporti i masave të elementeve në të është m (Fe): m (S) = 7: 4. |
| Zgjidhje | Për të zbuluar se në çfarë marrëdhëniesh janë elementët kimikë në përbërjen e molekulës, është e nevojshme të gjendet sasia e substancës së tyre. Dihet që për të gjetur sasinë e një substance, duhet të përdorni formulën: Le të gjejmë masat molare të hekurit dhe squfurit (vlerat e masave atomike relative të marra nga Tabela Periodike e D.I.Mendeleev, të rrumbullakosura në numra të plotë). Dihet se M = Mr, që do të thotë M (S) = 32 g / mol, dhe M (Fe) = 56 g / mol. Atëherë, sasia e substancës së këtyre elementeve është e barabartë me: n (S) = m (S) / M (S); n (S) = 4/32 = 0,125 mol. n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) = 7/56 = 0,125 mol. Le të gjejmë raportin molar: n (Fe): n (S) = 0,125: 0,125 = 1: 1, ato. formula për përbërjen e bakrit me oksigjen është FeS. Është sulfur i hekurit (II). |
| Përgjigju | FeS |
Por nëse molekulat nga të njëjtat atome ndryshojnë kaq shumë, çfarë llojllojshmërie duhet të ketë midis molekulave nga atome të ndryshme! Le të shikojmë përsëri në ajër - ndoshta ne mund të gjejmë molekula të tilla edhe atje? Sigurisht që do ta bëjmë!
A e dini se çfarë molekula thithni në ajër? (Sigurisht, jo vetëm ju - të gjithë njerëzit dhe të gjitha kafshët.) Molekulat e mikut tuaj të vjetër - dioksidi i karbonit! Flluskat e dioksidit të karbonit ju tronditin këndshëm gjuhën kur pini sodë ose lisonade. Nga molekula të tilla përbëhen edhe copat e akullit të thatë që vendosen në kuti akulloresh; në fund të fundit, akulli i thatë është dioksid karboni i ngurtë.
Në një molekulë të dioksidit të karbonit, dy atome oksigjeni janë bashkangjitur nga anët e ndryshme në një atom karboni. "Karbon" do të thotë "ai që lind qymyrin". Por karboni nuk ka të bëjë vetëm me qymyrin. Kur vizatoni me një laps të thjeshtë, thekon të vogla grafiti lihen në letër - ato janë gjithashtu prej atomesh karboni. Prej tyre “bëhen” edhe diamanti dhe bloza e zakonshme. Përsëri të njëjtat atome - dhe substanca krejtësisht të ndryshme!
Kur atomet e karbonit kombinohen jo vetëm me njëri-tjetrin, por edhe me atomet "të huaj", atëherë lindin aq shumë substanca të ndryshme sa është e vështirë t'i numërosh! Sidomos shumë substanca lindin kur atomet e karbonit bashkohen me atomet e gazit më të lehtë në botë - hidrogjenit.Të gjitha këto substanca quhen me një emër të përbashkët - hidrokarbure, por çdo hidrokarbur ka emrin e vet.
Më e thjeshta e hidrokarbureve thuhet në poezitë e njohura për ju: "Dhe në banesën tonë ka gaz - kjo është ajo!" Emri i gazit që digjet në kuzhinë është metan. Metani ka një karbon dhe katër atome hidrogjen. Në flakën e një djegësi kuzhine, molekulat e metanit shkatërrohen, një atom karboni kombinohet me dy atome oksigjeni dhe molekula e dioksidit të karbonit është tashmë e njohur për ju. Atomet e hidrogjenit bashkohen edhe me atomet e oksigjenit dhe si rrjedhim fitohen molekulat e substancës më të rëndësishme dhe më të nevojshme në botë!
Molekulat e kësaj substance janë gjithashtu në ajër - ka shumë prej tyre. Meqë ra fjala, deri diku edhe ju jeni i përfshirë në këtë, sepse i nxirrni këto molekula në ajër së bashku me molekulat e dioksidit të karbonit. Çfarë është kjo substancë? Nëse nuk e keni marrë me mend, merrni frymë në gotën e ftohtë dhe ja ku është para jush - ujë!
Interesante:
Molekula është aq e vogël sa nëse do të rreshtonim njëqind milionë molekula uji njëra pas tjetrës, atëherë e gjithë kjo linjë do të përshtatej lehtësisht midis dy linjave ngjitur në fletoren tuaj. Por shkencëtarët ende arritën të zbulojnë se si duket një molekulë uji. Këtu është portreti i saj. Vërtetë, duket si koka e ariut Winnie the Pooh! Shihni sa veshët të mpirë! Sigurisht, këta nuk janë veshë, por dy atome hidrogjeni të bashkuar me "kokën" - një atom oksigjeni. Por shakatë janë shaka, por në të vërtetë – a kanë lidhje këta “veshë në majë të kokës” me vetitë e jashtëzakonshme të ujit?
Universiteti Politeknik Shtetëror i Shën Petersburgut
Instituti i Matematikës dhe Mekanikës së Aplikuar
Departamenti i Mekanikës Teorike
MOLEKULA E GAZIT KARBON
Projekti i kursit
Drejtimi i trajnimit bachelor: 010800 Mekanikë dhe Modelim Matematik
Grupi 23604/1
Menaxher i Projektit:
Të kualifikuar për mbrojtje:
Shën Petersburg
Kapitulli 1 Dinamika molekulare 3
1.2 Potencialet e çiftëzuara 5
1.2.1 Potenciali Morse. 5
1.2.2 Potenciali i Lennard-Jones. 6
1.2.3 Krahasimi i potencialeve të Morse dhe Lennard-Jones 7
1.2.4 Grafikët që krahasojnë potencialet dhe forcat. 7
1.2.5 Përfundim 9
1.2 Molekula e dioksidit të karbonit 9
Kapitulli 2 Shkrimi i një programi 10
2.1 Kërkesat e programit 10
2.2 Kodi i programit. njëmbëdhjetë
2.2.1 Variablat. njëmbëdhjetë
2.2.2 Funksioni i krijimit të grimcave 12
2.2.3 Funksioni i fizikës 14
2.2.4 Funksioni Power 18
2.3 Zgjedhja e parametrave optimale 19
Rezultatet e punës 20
Lista e letërsisë 21
Hyrja dhe deklarata e problemit
Modelimi i molekulave, madje edhe ato më të thjeshtat, është një detyrë e frikshme. Për t'i modeluar ato duhet të përdoren potenciale me shumë grimca, por edhe programimi i tyre është një detyrë shumë e vështirë. Shtrohet pyetja nëse është e mundur të gjendet një mënyrë më e lehtë për të modeluar molekulat më të thjeshta.
Potencialet e çiftuara janë të përshtatshme për modelim, sepse ato kanë një formë të thjeshtë dhe janë të lehta për t'u programuar. Por si t'i zbatoni ato në modelimin molekular? Puna ime i kushtohet zgjidhjes së këtij problemi.
Prandaj, detyra e vendosur për projektin tim mund të formulohet si më poshtë - të simulojë një molekulë të dioksidit të karbonit duke përdorur potencialin e çiftit (modeli 2D) dhe të marrë në konsideratë dinamikën e saj më të thjeshtë të molekulës.
Kapitulli 1 Dinamika molekulare
Metoda klasike e dinamikës molekulare
Metoda e dinamikës molekulare (metoda MD) - një metodë në të cilën evolucioni kohor i një sistemi të atomeve ose grimcave ndërvepruese gjurmohet duke integruar ekuacionet e tyre të lëvizjes
Pikat kryesore:
- Mekanika klasike përdoret për të përshkruar lëvizjen e atomeve ose grimcave. Ligji i lëvizjes së grimcave gjendet duke përdorur mekanikën analitike. Forcat e bashkëveprimit ndëratomik mund të përfaqësohen në formën e forcave klasike të mundshme (si një gradient i energjisë potenciale të sistemit). Njohja e saktë e trajektoreve të lëvizjes së grimcave të sistemit në intervale të mëdha kohore nuk është e nevojshme për të marrë rezultate të një natyre makroskopike (termodinamike). Grupet e konfigurimeve të marra gjatë llogaritjeve me metodën e dinamikës molekulare shpërndahen në përputhje me disa funksione të shpërndarjes statistikore, për shembull, që korrespondojnë me një shpërndarje mikrokanonike.
Metoda e dinamikës molekulare është e zbatueshme nëse gjatësia e valës de Broglie e një atomi (ose grimce) është shumë më e vogël se distanca ndëratomike.
Gjithashtu, dinamika klasike molekulare nuk është e zbatueshme për sistemet e modelimit që përbëhen nga atome të lehta si heliumi ose hidrogjeni. Përveç kësaj, në temperatura të ulëta, efektet kuantike bëhen vendimtare dhe për të konsideruar sisteme të tilla është e nevojshme të përdoren metoda kuanto-kimike. Është e nevojshme që kohët në të cilat merret parasysh sjellja e sistemit të jenë më të mëdha se koha e relaksimit të sasive fizike në studim.
Metoda e dinamikës molekulare, e zhvilluar fillimisht në fizikën teorike, është bërë e përhapur në kimi dhe, që nga vitet 1970, në biokimi dhe biofizikë. Ajo luan një rol të rëndësishëm në përcaktimin e strukturës së një proteine dhe në qartësimin e vetive të saj, nëse ndërveprimi midis objekteve mund të përshkruhet nga një fushë force.
1.2 Potencialet e çiftëzuara
Në punën time kam përdorur dy potenciale: Lennard-Jones dhe Morse. Ato do të diskutohen më poshtë.
1.2.1 Potenciali Morse.
- D është energjia e lidhjes, a është gjatësia e lidhjes, b është parametri që karakterizon gjerësinë e pusit potencial.
Potenciali ka një parametër pa dimension ba. Për ba = 6, ndërveprimet Morse dhe Lennard-Jones janë afër. Me një rritje në ba, gjerësia e pusit potencial për ndërveprimin Morse zvogëlohet, ndërveprimi bëhet më i ngurtë dhe i brishtë.
Një rënie në ba çon në ndryshime të kundërta - vrima e mundshme zgjerohet, ngurtësia zvogëlohet.
Forca që korrespondon me potencialin Morse llogaritet me formulën:
Ose në formë vektoriale:
1.2.2 Potenciali i Lennard-Jones.
Potenciali i çiftëzuar i fuqisë së ndërveprimit. Përcaktohet nga formula:
- r është distanca midis grimcave, D është energjia e lidhjes, a është gjatësia e lidhjes.
Potenciali është një rast i veçantë i potencialit Mie dhe nuk ka parametra pa dimension.
Forca e ndërveprimit që korrespondon me potencialin Lennard-Jones llogaritet me formulë
Për potencialin Lennard-Jones, ngurtësia e lidhjes, gjatësia kritike e lidhjes dhe forca e lidhjes, respektivisht, janë
Forca vektoriale e bashkëveprimit përcaktohet nga formula
Kjo shprehje përmban vetëm fuqi çift të distancës ndëratomike r, gjë që bën të mundur që në llogaritjet numerike të mos përdoret operacioni i nxjerrjes së rrënjës me metodën e dinamikës së grimcave.
1.2.3 Krahasimi i potencialeve të Morse dhe Lennard-Jones
Për të përcaktuar potencialin, merrni parasysh secilën nga një këndvështrim funksional.
Të dy potencialet kanë dy terma, njëri është përgjegjës për tërheqjen dhe tjetri për tërheqjen.
Potenciali Morse përmban një eksponent me një eksponent negativ - një nga funksionet që zvogëlohet më shpejt. Më lejoni t'ju kujtoj se eksponenti ka formën për termin përgjegjës për zmbrapsjen dhe për termin përgjegjës për tërheqjen.
Përparësitë:
Potenciali i Lennard Jones, nga ana tjetër, përmban një funksion fuqie të formës
Ku n = 6 për termin e tërheqjes dhe n = 12 për termin e zmbrapsjes.
Përparësitë:
- operacioni i nxjerrjes së rrënjës katrore nuk kërkohet, pasi gjatë programimit fuqitë zvogëlohen dhe rriten edhe më lehtë në krahasim me potencialin Morse.
1.2.4 Grafikët që krahasojnë potencialet dhe forcat.
1.2.5 Përfundim
Nga këta grafikë, mund të nxirret një përfundim - potenciali Morse është më fleksibël, prandaj është më i përshtatshëm për nevojat e mia, sepse është e nevojshme të përshkruhen ndërveprimet midis tre grimcave, dhe kjo do të kërkojë 3 lloje të potencialit:
Për bashkëveprimin midis oksigjenit dhe karbonit (është i njëjtë për çdo oksigjen në molekulë) Për bashkëveprimin midis oksigjenit në molekulën e dioksidit të karbonit (le ta quajmë stabilizues) Për bashkëveprimin midis grimcave nga molekula të ndryshme
Prandaj, në të ardhmen do të përdor vetëm potencialin Morse dhe do të heq emrin.
1.2 Molekula e dioksidit të karbonit
Dioksidi i karbonit (dioksidi i karbonit) është një gaz pa erë dhe ngjyrë. Molekula e dioksidit të karbonit ka një strukturë lineare dhe lidhje polare kovalente, megjithëse vetë molekula nuk është polare. Momenti dipol = 0.
Gradë Celsius deri në fund të shekullit dhe nëse rrjedha e karbonit në tokë nuk rritet. Në përputhje me të dhënat e marra, studiuesit arrijnë në përfundimin se për të kompensuar emetimet karbonike gazit nga toka, është e nevojshme të rritet sasia e biomasës pyjore dy deri në tre herë, dhe jo me 70-80%, siç u tha më parë. Studimi u krye nga Instituti Finlandez i Mjedisit, Finlandez ...
https: //www.site/journal/123925
karbonike gazit karbonike gazit
https: //www.site/journal/116900
Nga Universiteti i Pensilvanisë (SHBA) në një artikull të botuar në Nano Letters. Sasi e madhe karbonike gazit lëshuar në atmosferë nga industria dhe transporti, shkencëtarët besojnë se po shkakton ngrohjen globale. Shumë metoda janë diskutuar ... dhe platini. Instalimi, i montuar duke përdorur këtë nanomaterial, bëri të mundur transformimin e përzierjes nën ndikimin e dritës së diellit karbonike gazit dhe avujt e ujit në metan, etan dhe propan 20 herë më efikas sesa përdorimi ...
https: //www.site/journal/116932
Qëllimi është të stimulohet aktiviteti fotosintetik i algave dhe fitoplanktonit, ose injektimi i CO2 të lëngshëm nën tokë. Konvertimi karbonike gazit në hidrokarbure duke përdorur nanogrimca të dioksidit të titanit është propozuar tashmë nga shkencëtarët si një metodë tjetër për zgjidhjen e ... bakrit dhe platinit. Instalimi, i montuar duke përdorur këtë nanomaterial, bëri të mundur transformimin e përzierjes nën ndikimin e dritës së diellit karbonike gazit dhe avujt e ujit në metan, etan dhe propan 20 herë më efikas se katalizatorët konvencionalë ...
https: //www.site/journal/122591
SHBA, fjalët e të cilave citohen nga shërbimi për shtyp i këtij institucioni shkencor. Shkencëtarët kanë vënë re se përthithja nga bimët karbonike gazit dhe avullimi i ujit nga sipërfaqja e gjetheve të tyre ndodh përmes poreve të njëjta të quajtura stomata. Kjo është ... shumë CO2 në ajër. karbonike gazit përdoret nga bimët për rritje. Kjo çon në një ngadalësim të avullimit dhe një ulje të efektivitetit të "natyrshëm ...
https: //www.site/journal/126120
Kristalet u zhvilluan duke përdorur një metodë të thjeshtë që mbështetet në tre kimikate të disponueshme. Natyrore gazit shpesh përmban karbonike gazit dhe papastërti të tjera që ulin efikasitetin e këtij karburanti. Industritë kanë nevojë për material që heq karbonike gazit... Materiali ideal duhet të jetë i përballueshëm, selektiv dhe me kapacitet të lartë dhe i rikarikueshëm. Materiali i rikarikueshëm...
https: //www.site/journal/126326
Dhe ata arritën në përfundimin se rezulton se burrat çdo vit "emetojnë" dy tonë në atmosferë. karbonike gazit më shumë se femrat. Studiuesit e shpjegojnë këtë me faktin se burrat përdorin më shpesh një makinë dhe, në përputhje me rrethanat ... dallimet gjinore, autorët e studimit sugjerojnë, pra, një mënyrë paksa të ndryshme në përcaktimin e burimeve. karbonike gazit(nje nga gazrat duke ndikuar në ngrohjen globale) dhe, në veçanti, zakonet e konsumit dhe të ardhurat që nuk llogariten në zyrtarët ...
https: //www.site/journal/126887
Në formacionet gjeologjike qymyrmbajtëse në Luiziana. Studiuesit kanë gjetur se bakteret e përhapura duke përdorur karbonike gazit dhe vetë qymyri si ushqim, në prani të ujit, ata mund të përpunojnë gjithashtu CO2 dhe të lëshojnë metan në ... studiuesit, në mënyrë që ky proces të funksionojë, mikroorganizmat që konvertojnë CO2 në metan, përveç karbonike gazit dhe qymyrit kanë nevojë për lëndë ushqyese shtesë - hidrogjen, kripëra të acidit acetik dhe, më e rëndësishmja, ...