Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 185

1 2.42 Biologische Zellen können Glucose bei guter Sauerstoffversorgung vollständig zu CO2 und H2O oxidieren (so genannte aerobe Oxidation). Bei intensiver körperlicher Betätigung kann es vorkommen, dass Muskelzellen zu wenig Sauerstoff bekommen. In diesem Fall wird ein Molekül Glucose in zwei Moleküle Milchsäure (CH3CH(OH)COOH) umgewandelt (so genannte anaerobe Glykolyse, siehe Anwendung 16-1).(a) In einem Bombenkalorimeter mit einer Wärmekapazität von 641 JK–1 wurden 0.3212 g Glucose verbrannt. Der beobachtete Temperaturanstieg betrug 7.793 K. Berechnen Sie (i) ΔCH⦵, (ii)ΔCU⦵, (iii)ΔBU⦵ von Glucose. (b) Geben Sie den energetischen Vorteil (freigesetzte Wärme in Kilojoule pro Mol) der vollständigen aeroben Oxidation im Vergleich zur anaeroben Glykolyse an.

2 2.43 ‡ Alkylradikale spielen eine Rolle als Intermediate bei der Verbrennung und Atmosphärenchemie von Kohlenwasserstoffen. Seakins et al. (P. W. Seakins, M. J. Pilling, J.T. Niiranen, D. Gutman, L. N. Krasnoperov, J. Phys. Chem. 96 (1992) 9847) geben ΔvB⦵ für verschiedene Alkylradikale in der Gasphase an. Diese Informationen lassen sich zur Untersuchung von Pyrolysereaktionen und Oxidationen von Kohlenwasserstoffen verwenden, beispielsweise mit thermodynamischen Daten von Alkenen kombinieren, um die Reaktionsenthalpien möglicher Fragmentierungen größerer Alkylradikale in kleine Radikale und Alkene zu ermitteln. Berechnen Sie mithilfe der unten gegebenen Bildungsenthalpien die Standardreaktionsenthalpien dreier verschiedener Reaktionswege des Tertiärbutylradikals, und zwar (a) tert-C4H9 → sek-C4H9,(b) tert-C4H9 → C3H6 + CH3,(c) tert-C4H9 → C2H4 + C2H5.SpeziesC2H5sek-C4H9tert-C4H9+121.0+67.5+51.3

3 2.44 ‡ Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) hielt in einer Analyse von 2007 einen globalen Temperaturanstieg um 1.0–3.5 °C bis zum Jahr 2100 für realistisch; als wahrscheinlichster Wert wurde 2.0 °C angenommen. Um wie viel steigt bis zu diesem Zeitpunkt der Meeresspiegel infolge der thermischen Ausdehnung des Wasser an, wenn die Temperatur um 1.0°C, 2.0°C oder 3.5 °C zunimmt? Gegeben seien das Volumen und die Fläche der Weltmeere, 1.37 × 109 km3 bzw. 361 × 106 km2. Welche Annahmen und Näherungen fließen in die Vorhersage ein?

4 2.45 ‡ Die zunehmende Besorgnis über den Abbau des Ozons in der Stratosphäre durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe motiviert die Suche nach alternativen Kältemitteln. Eines davon ist 2,2-Dichlor-1,1,1-trifluorethan (R 123). Thermophysikalische Daten dieser Verbindung publizierten vor einiger Zeit Younglove und McLinden (B. A. Younglove, M. McLinden,J. Phys. Chem. Ref. Data 23 (1994) 7). Auf ihrer Grundlage lassen sich charakteristische Größen wie der Joule–Thomson-Koeffizient μ berechnen. (a) Berechnen Sie μ bei 1.00 bar und 50°C. Gegeben sei (∂H/∂p)T = –3.29 × 103 JMPa–1 mol–1 sowie Cp,m = 110.0JK 1 mol-1. (b) Geben Sie die Temperaturänderung bei der adiabatischen Expansion von 2.0 mol dieses Kältemittels von 1.5 bar auf 0.5 bar an; die Anfangstemperatur sei 50°C.

5 2.46 ‡ Ein weiteres alternatives Kältemittel (siehe Aufgabe 2.45) ist R134a, 1,1,1,2-Tetrafluorethan. Thermophysikalische Daten dieser Verbindung publizierten Tillner-Roth und hr (R. Tillner-Roth, H. D. hr, J. Phys. Chem. Ref. Data 23 (1994) 657). Aufihrer Grundlage lassen sich charakteristische Größen wie der Joule–Thomson-Koeffizient μ berechnen. (a) Berechnen Sie μ bei 0.100 MPa und 300 K aus den folgenden Daten für 300 K:p/MPa0.0800.1000.12Spezifische Enthalpie/(kJ kg–1)426.48426.12425.76(Die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck beträgt 0.7649 kJ K–1 kg–1.) (b) Berechnen Sie μ bei 1.00 MPa und 350K aus den folgenden Daten für 350K:p/MPa0.801.001.2Spezifische Enthalpie/(kJ kg–1)461.93459.12456.15(Die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck beträgt 1.0392 kJ K–1 kg–1.)

6 2.47 Mithilfe der dynamischen Differenzkalorimetrie kann man die Rolle der Solvens–Protein-Wechselwirkungen bei der Denaturierung untersuchen. Abbildung 2-34 zeigt das Thermogramm von Ubiquitin in Wasser zusammen mit dem Signal von Ubiquitin in Methanol/Wasser-Mischungen. Schlagen Sie eine Interpretation der Thermogramme vor.Abb. 2.34 Zu Aufgabe 2.47.