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10.6: Ecuaciones radicales


10.6: Ecuaciones radicales

10.6: Estabilidad del radical alilo: revisión de la resonancia

Asegúrese de poder definir y utilizar en contexto los términos clave a continuación.

Habrá encontrado el concepto de resonancia si ha tomado el curso de química general de primer año. También debe revisar brevemente la Sección 2.5.

Cuando podemos representar una especie mediante dos o más estructuras de Lewis o Kekul & eacute diferentes, ninguna de las cuales representa la verdadera estructura de la especie, estas estructuras se denominan formas de resonancia. Un ejemplo común utilizado en los cursos de química general para ilustrar el concepto de resonancia es el ozono, O3. Las dos formas de resonancia del ozono se pueden representar de la siguiente manera:

El concepto de resonancia es muy importante y se utilizará con frecuencia durante el resto de este curso. Las siguientes pautas pueden ayudarlo a obtener contribuyentes de resonancia.

  1. La resonancia se produce siempre que una molécula, un radical o un ión puedan estar representados por dos o más estructuras que solo difieren en la disposición de los electrones (no se pueden mover átomos).
  2. La verdadera estructura de una especie es un híbrido de los contribuyentes de resonancia y es más estable (es decir, más baja en energía) que cualquiera de los contribuyentes.
  3. Los contribuyentes más importantes son los que contienen los enlaces más covalentes. Otra forma de decir lo mismo es que los contribuyentes más importantes tienen la menor cantidad de separación de carga.
  4. Los contribuyentes en los que todos los átomos (excepto el hidrógeno) tienen un octeto completo (es decir, están rodeados por ocho electrones) son particularmente importantes.

En la sección anterior discutimos la bromación alílica de un alqueno simétrico con NBS como este ciclopenteno, que proporciona un producto.

Sin embargo, con un alqueno asimétrico y el electrón desapareado deslocalizado formando varias resonancias alílicas, son posibles varios productos. Por ejemplo, la bromación NBS de 4-metil-ciclohexeno conduce a tres productos.


Raíces cúbicas

La raíz cúbica El número que, cuando se usa como factor consigo mismo tres veces, da como resultado el número original se denota con el símbolo 3. de un número es ese número que cuando se multiplica por sí mismo tres veces da como resultado el número original. Además, denotamos una raíz cúbica usando el símbolo 3, donde 3 se llama índice El entero positivo norte en la notación n que se utiliza para indicar un norteth raíz. . Por ejemplo,

El producto de tres factores iguales será positivo si el factor es positivo y negativo si el factor es negativo. Por esta razón, cualquier número real tendrá solo una raíz cúbica real. Por lo tanto, los tecnicismos asociados con la raíz principal no se aplican. Por ejemplo,

En general, dado cualquier número real a, tenemos la siguiente propiedad:

Al simplificar raíces cúbicas, busque factores que sean cubos perfectos.

Ejemplo 3: Encuentra la raíz cúbica.

Ejemplo 4: Encuentra la raíz cúbica.

C. - 1 27 3 = (- 1 3) 3 3 = - 1 3

Puede darse el caso de que el radicando no sea un cubo perfecto. Si un número entero no es un cubo perfecto, entonces su raíz cúbica será irracional. Por ejemplo, 2 3 es un número irracional que se puede aproximar en la mayoría de las calculadoras usando el botón raíz. Dependiendo de la calculadora, generalmente escribimos el índice antes de presionar el botón y luego el radicando de la siguiente manera:


Intimidad

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10.6: Ecuaciones radicales

Al relacionar la energía de una partícula con su longitud de onda, se utilizan dos ecuaciones. La primera es la ecuación de energía cinética:

Ecuación número uno: KE = (1/2) mv 2

(La segunda ecuación está un poco más abajo en la página).

Hay tres símbolos en esta ecuación:

Me gustaría enfatizar que estos son símbolos, que están en lugar de los valores numéricos reales. Otro ejemplo de una ecuación que usa símbolos es PV = nRT. También me gustaría enfatizar que estos símbolos no son las unidades. Por ejemplo, el símbolo P representa la presión y la unidad en el valor numérico de la presión es atm.

A continuación, algunos comentarios sobre las unidades adjuntas a los valores numéricos representados por los símbolos en la ecuación de energía cinética.

La unidad de masa es kilogramos. Eso significa que si obtiene una masa en gramos dada en el problema, debe convertirla a kilogramos.

La unidad de la velocidad es metros por segundo, generalmente se escribe m s & # 175 1 (también se puede escribir m / s). Un posible punto de confusión: la unidad m significa metros, el símbolo m significa masa. Tienes que mantener los dos separados.

La unidad en KE es kg m 2 s & # 175 2. Recuerde que la velocidad (símbolo = v) está al cuadrado. Eso significa que la unidad (m / s) obtiene tanto la longitud (unidad = m, es decir, metros) como el tiempo (unidad = s, es decir, segundos) al cuadrado.

Aquí hay una última cosa confusa para que se sienta mejor: el nombre (a diferencia del símbolo) de la unidad KE es Joule.

Realmente necesita mantener clara en su mente la diferencia entre un símbolo y una unidad.

Ahora, manipulemos la ecuación KE. Voy a usar E en lugar de KE:

E = (1/2) mv 2

2E = mv 2

2Em = m 2 v 2

2Em = (mv) 2

Aquí hay un punto clave de la física: mv es el impulso de una partícula. El símbolo estándar para el impulso es p:

Ahora viene la segunda ecuación. Es una de las dos ecuaciones relacionadas llamadas ecuaciones de De Broglie. Puede leer más sobre el trabajo de De Broglie aquí. Recibió el Premio Nobel de Física de 1929 por este trabajo. (Discutiré la segunda ecuación de De Broglie debajo de los siguientes problemas de ejemplo).

Hay tres símbolos en esta ecuación:

Justo arriba, desarrollamos que p = & # 8730 (2Em). Ahora podemos sustituir eso en la ecuación de De Broglie:

Usaremos este resultado en los problemas de ejemplo que siguen.

Puede omitir la siguiente discusión de la segunda ecuación de De Broglie. No lo uso en ninguno de los problemas de ejemplos a seguir. está aquí en caso de que le interese.

La segunda ecuación de De Broglie es la siguiente: & nu = E / h

Hay tres símbolos en esta ecuación:

Suponga que un electrón tiene un momento igual ap, entonces su longitud de onda es & lambda = h / py su frecuencia es f = E / h. (Comentario de ChemTeam: observe el uso de las dos ecuaciones de De Broglie).

La velocidad de una onda de De Broglie es:

Sustituyendo por E, obtenemos:

Comentario de ChemTeam (incluidas las ecuaciones con sangría justo debajo): recuerde que p es el impulso y que p = mv. Mire (1/2) p 2 / my sustituya mv por p:

E = (1/2) (mv) 2 / m

E = (1/2) m 2 v 2 / m

E = (1/2) mv 2

Ahora viene la pregunta: ¿No debería ser la velocidad de un electrón v = p / m? (Comentario de ChemTeam: reemplace p con mv para obtener mv / m = v.) La respuesta publicada fue esta:

En este punto, estamos más allá de lo que entiende ChemTeam. Para aquellos de ustedes que lean esto, ¡mis mejores deseos con sus continuos estudios!

Ahora, pasemos a los problemas de ejemplo.

La ecuación de DeBroglie: problemas de ejemplo

Problema n. ° 1: ¿Cuál es la longitud de onda de un electrón (masa = 9,11 x 10 y # 175 31 kg) que viaja a 5,31 x 10 6 m / s?

1) El primer paso en la solución es calcular la energía cinética del electrón:

KE = (1/2) mv 2

x = (1/2) (9,11 x 10 y # 175 31 kg) (5,31 x 10 6 m / s) 2

x = 1.28433 x 10 & # 175 17 kg m 2 s & # 175 2 (guardé algunos dígitos de guardia)

Cuando use este valor justo debajo, usaré J (para Joules).

2) A continuación, utilizaremos la ecuación de De Broglie para calcular la longitud de onda:

Solo para estar seguro de dos cosas: (1) la unidad de la constante de Planck es Joule-segundos, ambos están en el numerador y (2) hay tres valores que siguen al radical en el denominador. Los tres están bajo el signo radical.

Me gustaría comparar esta longitud de onda con la luz ultravioleta, si se me permite. Usemos 4000 & # 197 = 4000 x 10 & # 175 8 cm = 4 x 10 & # 175 7 m.

La longitud de onda de nuestro electrón es casi 3000 veces más corta que nuestro ejemplo ultravioleta y su longitud de onda lo coloca en la región de rayos X del espectro electromagnético.

Esto resultó ser muy importante porque luego se podía tomar un haz de electrones y realizar experimentos con resultados detectables. No puede hacer eso con las longitudes de onda cortas de partículas más pesadas (vea los ejemplos a continuación).

En 1926, de Broglie predijo que la materia tenía propiedades ondulatorias. En 1927, se realizaron experimentos que mostraron que los electrones se comportaban como una onda (mostrando la propiedad de los patrones de difracción e interferencia). En 1937, el Premio Nobel de Física fue otorgado a Clint Davisson y George Thomson (hijo de J.J. Thomson) por este trabajo.

Me gustaría hacer una breve pausa para analizar las unidades en el problema anterior. Específicamente esta ecuación:

Las unidades en la constante de Planck son J & # 8901 s, pero me gustaría usar esto en su lugar:

Me doy cuenta de que los segundos se cancelarían (dejando un s -1). Deje eso a un lado por el momento, pero recuerde que una unidad de segundos se cancela en el conjunto de unidades anterior.

En el denominador, hay unidades en E y m, como sigue:

Me doy cuenta de que kilogramos sería un cuadrado, pero quiero enfatizar la formulación de energía multiplicada por masa.

Recordando que las unidades en el denominador están todas bajo el signo del radical, aplicamos el signo del radical a las unidades en el denominador, llegando a esto:

Todo se cancela, excepto un metro en el numerador, que es exactamente lo que queremos.

Problema # 2: ¿Cuál es la longitud de onda en metros de un protón que viaja a 255,000,000 m / s (que es el 85% de la velocidad de la luz)? (Suponga que la masa del protón es 1.673 x 10 & # 175 27 kg.)

1) Calcula la energía cinética del protón:

KE = (1/2) mv 2

x = (1/2) (1,673 x 10 y # 175 27 kg) (2,55 x 10 8 m / s) 2

x = 5.43934 x 10 y # 175 11 J

2) Utilice la ecuación de De Broglie:

Esta longitud de onda es comparable al radio de los núcleos de los átomos, que van desde 1 x 10 & # 175 15 ma 10 x 10 & # 175 15 m (o 1 a 10 fm).

Problema # 3: Calcule la longitud de onda (en nanómetros) de un átomo de H (masa = 1.674 x 10-27 kg) moviéndose a 698 cm / s

2) Calcula la energía cinética del protón:

KE = (1/2) mv 2

x = (1/2) (1,674 x 10 y # 175 27 kg) (6,98 m / s) 2

x = 5,84226 x 10 y # 175 27 J

3) Utilice la ecuación de De Broglie:

5) Comentario: la temperatura absoluta del átomo de H que se mueve a 6,98 m / s se puede calcular:

KE = (3/2) kT

T = 2KE / 3k

T = [(2) (5.84226 x 10 y # 175 27 J) / [(3) (1.38065 x 10 y # 175 23 J / K)]

T = 0,000304 K

¡Bastante frío, si me preguntas!

Problema n. ° 4: ¿Cuál es la longitud de onda de una pelota de béisbol de 5.00 onzas que viaja a 100.0 millas por hora? (5,00 oz = 0,14175 kg y 100 mph = 44,70 m / s)

1) Calcula la energía cinética de la pelota de béisbol:

KE = (1/2) mv 2

x = (1/2) (0,14175 kg) (44,70 m / s) 2

x = 141,6146 J (como siempre, algunos dígitos de protección)

2) Utilice la ecuación de De Broglie:

¡Sí, una longitud de onda bastante corta! Compárelo con la longitud de Planck.

Problema # 5: Un átomo de helio tiene una longitud de onda de De Broglie de 4,30 x 10 y # 175 12 metros. Cual es su velocidad?

1) Utilice la ecuación de De Broglie para determinar la energía (no el momento) del átomo [observe la apariencia de la masa (en kg) de un átomo de He]:

& lambda = h / p

& lambda = h / & # 8730 (2Em)

4,30 x 10 y # 175 12 m = 6,626 x 10 y # 175 34 J s / & # 8730 [(2) (x) (6,646632348 x 10 y # 175 27 kg)]

Dejé caer las unidades.

4.30 x 10 & # 175 12 veces & # 8730 [(2) (x) (6.646632348 x 10 & # 175 27) = 6.626 x 10 & # 175 34]

& # 8730 [(2) (x) (6,646632348 x 10 & # 175 27)] = 6,626 x 10 & # 175 34 / 4,30 x 10 & # 175 12

Dividí el lado derecho y luego cuadré ambos lados.

(2) (x) (6.646632348 x 10 y # 175 27) = 2.374466 x 10 y # 175 44

x = 1,786217333 x 10 y # 175 18 J

2) Utilice la ecuación de energía cinética para obtener la velocidad:

KE = (1/2) mv 2

1,786217333 x 10 y # 175 18 = (1/2) (6,646632348 x 10 y # 175 27) v 2

v 2 = 5,3748 x 10 8

v = 2,32 x 10 4 m / s

Problema # 6: Calcule la velocidad de un electrón (masa = 9.10939 x 10 & # 175 31 kg) que tiene una longitud de onda de De Broglie de 269.7 pm

2) Utilice la ecuación de De Broglie para determinar la energía (no el momento) del átomo:

& lambda = h / p

& lambda = h / & # 8730 (2Em)

2.697 x 10 y # 175 10 m = 6.626 x 10 y # 175 34 J s / & # 8730 [(2) (x) (9.10939 x 10 y # 175 31 kg)]

Dejé caer las unidades.

2.697 x 10 & # 175 10 veces & # 8730 [(2) (x) (9.10939 x 10 & # 175 31) = 6.626 x 10 & # 175 34]

& # 8730 [(2) (x) (9.10939 x 10 & # 175 31)] = 6.626 x 10 & # 175 34 / 2.697 x 10 & # 175 10

Dividí el lado derecho y luego cuadré ambos lados.

(2) (x) (9.10939 x 10 y # 175 31) = 6.035885 x 10 y # 175 48

x = 3.313 x 10 y # 175 18 J

3) Utilice la ecuación de energía cinética para obtener la velocidad:

KE = (1/2) mv 2

3.313 x 10 y # 175 18 = (1/2) (9.10939 x 10 y # 175 31) v 2

v 2 = 7,2738 x 10 12

v = 2,697 x 10 6 m / s

Problema # 7: Calcule la velocidad de un neutrón con una longitud de onda de 65 pm:

2) Use la ecuación de De Broglie para determinar la energía (no el momento) del átomo (la masa del neutrón está en el ejemplo # 8):

& lambda = h / p

& lambda = h / & # 8730 (2Em)

6,5 x 10-11 m = 6,626 x 10 y # 175 34 J s / & # 8730 [(2) (x) (1,67493 x 10 y # 175 27 kg)]

¡Álgebra!

x = 3,102055 x 10 y # 175 20 J

3) Use la ecuación de energía cinética para obtener la velocidad (dejé caer las unidades ya que sé los resultados de m / s):

KE = (1/2) mv 2

3.102055 x 10 y # 175 20 = (1/2) (1.67493 x 10 y # 175 27) (v) 2

v = 6086 m / s

Problema # 8: Calcule la longitud de onda de De Broglie de un neutrón (masa = 1.67493 x 10 & # 175 27 kg) que se mueve a una quincena de la velocidad de la luz (c / 500).

1) Determine la velocidad del neutrón:

2) Calcule la energía cinética del neutrón (utilicé Joule para la unidad de energía):

KE = (1/2) mv 2

KE = (1/2) (1,67493 x 10 y # 175 27 kg) (6,00 x 10 5 m / s) 2

KE = 5.02479 x 10 y # 175 22 J

3) Utilice la ecuación de De Broglie:

Problema # 9: Calcule la longitud de onda de un objeto que pesa 100.0 kg y se mueve a 160 km / hora.

160 km / h = 160.000 m / h

160.000 m / hora = 160.000 m / 3600 s = 44,44 m / s

2) Resuelva para la energía cinética:

K.E. = (1/2) (100,0 kg) (44,44 m / s) 2

K.E. = 9,87654 x 10 4 J

Problema # 10: ¿Cuál es la longitud de onda de De Broglie (en nm) de una molécula del menú Retorno a electrones en átomos?


Características de variación estacional de la contaminación por radicales hidroxilo y su mecanismo de formación potencial durante el día en Lanzhou

Los radicales libres de hidroxilo (radicales OH) juegan el papel principal en la química atmosférica y sus reacciones involucradas son el paso determinante de la velocidad dominante en la formación de partículas finas secundarias y en la eliminación de contaminantes del aire de la atmósfera. En este artículo, estudiamos las características de variación estacional de los radicales OH durante el día en Lanzhou y exploramos el mecanismo de formación potencial de radicales OH de alta concentración. Encontramos que los radicales OH en cuatro estaciones fueron 2.7 × 10 6, 2.6 × 10 6, 3.1 × 10 6 y 2.2 × 10 6 cm −3, respectivamente. Dado que la lluvia se concentró en verano, la deposición húmeda tuvo un efecto significativo en la eliminación de radicales OH. Entre los cuatro contaminantes (incluido el ozono (O3), compuestos orgánicos volátiles (COV), dióxido de nitrógeno (NO2) y partículas finas (PM2.5)), la variación de los radicales OH estuvo estrechamente relacionada con la concentración de ozono, especialmente en primavera y verano. En otoño, la correlación entre PM2.5 y los radicales OH fueron los más cercanos entre los contaminantes observados y su mecanismo de formación fue una vía de regeneración convencional diferente. En el Evento 1, la alta concentración de ozono fue la principal fuente de radicales OH en condiciones de alta humedad, a excepción del ozono, los múltiples factores que incluyen COV, NO2 y PM2.5 interactuó y condujo al Evento 2.


3.1 Parte 1 # 4, 5ae, 6, 7, 8ace, 9a
3.1 Parte 2 # 3ace, 10ace, 11ac, 13, 15ace, 16ace, 18
3.2 # 4ac, 5ac, 6ac, 7a, 8a, 10, 14
Evalúe su comprensión pág.149 # 1a, 2a, 3a, 4a, 5, 8, 10
3.3 #7, 8, 10
3.5 #9, 10, 11, 14, 17, 20, 21
3.6 # 8, 9, 12, 13, 15, 18, 19 (2 días y método de descomposición # 8211 (día 2) para 18 y 19)
Evalúe su comprensión p. 180 # 2aii, iv, vi, viii, 5ace, 6ace, 7ac, 8ac, 9ac
3.7 # 4bd, 5bd, 8bd, 9b, 13b, 14, 17
3.8 # 4ag, 8af, 10, 11ace, 12ace, 13bdf, 18
Revisión # 1b, 2b, 3b, 5b, 6b, 10, 11b, 12, 13, 14b, 18b, 19b, 25b, 27, 29b, 32, 33, 34

4.1 # 1, 2ae, 3bf, 5d
4.2 # 3, 4, 5, 10b, 13, 14, 17, 19
4.3 # 4, 5, 7, 9, 10bdfh, 11bdfh, 12bdfh, 16, 20, 24
Revisión de mitad de unidad p. 221 # 1ac, 2ac, 3, 4ace, 5ac, 7, 9ac, 11ac.
4.4 # 3, 4, 5, 6, 8a, 10ad, 11ad, 12ad, 13ad, 19
4.5 #3, 6, 7, 8, 9, 10, 13
4.6 # 3bd, 4bd, 5bd, 6bd, 7bd, 9bdfh, 10, 11, 13, 14, 16, 21
Revisión Asn & # 8217t p. 246 # 1-4, 6bdf, 8, 9, 11, 12, 17bd, 18bd, 19bd, 26, 28b, 29b, 30b, 32b


Contenido

El electrón desapareado del radical hidroxilo está oficialmente representado por un punto central, ·, al lado de la O (o " cdot" en LaTeX). [5]

En ocasiones, se pueden producir radicales hidroxilo como un subproducto de la acción inmunitaria. Los macrófagos y la microglía generan con mayor frecuencia este compuesto cuando se exponen a patógenos muy específicos, como ciertas bacterias. La acción destructiva de los radicales hidroxilo se ha relacionado con varias enfermedades autoinmunes neurológicas, como la MANO, cuando las células inmunitarias se activan en exceso y son tóxicas para las células sanas vecinas. [6]

El radical hidroxilo puede dañar prácticamente todos los tipos de macromoléculas: carbohidratos, ácidos nucleicos (mutaciones), lípidos (peroxidación de lípidos) y aminoácidos (por ejemplo, conversión de fenilalanina en metro-tirosina y o-tirosina). [7] El radical hidroxilo tiene un muy corto en vivo vida media de aproximadamente 10-9 segundos y alta reactividad. [8] Esto lo convierte en un compuesto muy peligroso para el organismo. [9] [10] Sin embargo, los seres humanos, los animales y las plantas han evolucionado para coexistir con los radicales hidroxilo, y los radicales hidroxilo no pueden ingresar al torrente sanguíneo ni a los tejidos del cuerpo.

A diferencia del superóxido, que puede desintoxicarse mediante superóxido dismutasa, el radical hidroxilo no puede eliminarse mediante una reacción enzimática. [9]

Efectos sobre los patógenos Editar

Los radicales hidroxilo atacan los componentes celulares esenciales y, por lo tanto, son letales para los virus y bacterias patógenos (tanto gram -ve como + ve), tanto en el aire como en las superficies. Los virus patógenos sufren la oxidación de sus estructuras superficiales. Los radicales hidroxilo alteran la envoltura lipídica y / o la cápside alrededor del virus, provocando su lisis. También penetran en el interior del virus y alteran el genoma. Estas acciones inactivan el virus. Los radicales hidroxilo también atraviesan las estructuras de la pared celular externa de las bacterias y oxidan la membrana responsable del transporte de electrones, lo que hace que el organismo no sea viable. [11]

Efectos sobre los alérgenos Editar

Se ha demostrado que los radicales hidroxilo modifican la capacidad de unión de IgE en pólenes, esporas y caspa de mascotas a través de la degradación y modificación de la estructura terciaria y / o la inducción de desnaturalización y / o agregación de proteínas, dando como resultado una estructura alergénica modificada. Los radicales hidroxilo desnaturalizan instantáneamente Der p1 y Der f1 (ácaros del polvo doméstico). Los radicales hidroxilo oxidan sus estructuras proteicas, por ejemplo, provocando daños en la columna vertebral de las proteínas debido principalmente a la abstracción de hidrógeno o la adición de oxígeno. Ambos mecanismos de oxidación iniciados por radicales hidroxilo dan como resultado una estructura alergénica modificada. Las estructuras alergénicas modificadas ya no son reconocidas por el sistema inmunológico y, por tanto, no se liberan histamina ni otros mediadores químicos. [12] [13] [14] [15]

Los radicales hidroxilo juegan un papel clave en la destrucción oxidativa de contaminantes orgánicos utilizando una serie de metodologías conocidas colectivamente como procesos de oxidación avanzados (AOP). La destrucción de contaminantes en AOP se basa en la reacción no selectiva de radicales hidroxilo sobre compuestos orgánicos. Es muy eficaz contra una serie de contaminantes que incluyen plaguicidas, compuestos farmacéuticos, colorantes, etc. [16] [17]

La química atmosférica que conduce a la creación de radicales hidroxilo generalmente está ausente en interiores. Sin embargo, las nuevas tecnologías, impulsadas por la NASA (consulte Oxidación fotocatalítica híbrida (PCO) de próxima generación para el control de trazas de contaminantes (H-PCO)), ahora han hecho posible reproducir los efectos exteriores de los radicales hidroxilo en interiores, lo que permite la desactivación continua de virus y bacterias, eliminación de gases tóxicos (como amoniaco, monóxido de carbono y formaldehído) y olores, y neutralización de alérgenos en un espacio interior. En un desarrollo similar, las nanoestructuras de agua de ingeniería (EWNS) se sintetizan utilizando dos procesos en paralelo, a saber, electropulverización e ionización de agua. El agua presurizada sale de una aguja hipodérmica hacia un campo eléctrico (3KV-5KV) para producir una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS), principalmente radicales hidroxilo (OH •) y superóxido (O2−). Se informaron buenos resultados en la inactivación de patógenos.

El radical hidroxilo • OH es una de las principales especies químicas que controlan la capacidad oxidante de la atmósfera terrestre global. Esta especie reactiva oxidante tiene un gran impacto en las concentraciones y distribución de gases de efecto invernadero y contaminantes en la atmósfera terrestre. Es el oxidante más extendido en la troposfera, la parte más baja de la atmósfera. Comprender • La variabilidad del OH es importante para evaluar los impactos humanos en la atmósfera y el clima. La especie • OH tiene una vida en la atmósfera terrestre de menos de un segundo. [18] Comprender el papel de • OH en el proceso de oxidación del metano (CH4) presente en la atmósfera a primero monóxido de carbono (CO) y luego dióxido de carbono (CO2) es importante para evaluar el tiempo de residencia de este gas de efecto invernadero, el balance general de carbono de la troposfera y su influencia en el proceso de calentamiento global. La vida útil de los radicales • OH en la atmósfera terrestre es muy corta, por lo que las concentraciones de • OH en el aire son muy bajas y se requieren técnicas muy sensibles para su detección directa. [19] Las concentraciones medias mundiales de radicales hidroxilo se han medido indirectamente mediante el análisis de metilcloroformo (CH3CCl3) presente en el aire. Los resultados obtenidos por Montzka et al. (2011) [20] muestra que la variabilidad interanual en • OH estimada a partir de CH3CCl3 las mediciones son pequeñas, lo que indica que el • OH global generalmente está bien amortiguado contra perturbaciones. Esta pequeña variabilidad es consistente con las mediciones de metano y otros gases traza principalmente oxidados por • OH, así como con los cálculos de modelos fotoquímicos globales.

En 2014, los investigadores informaron sobre el descubrimiento de un "agujero" o ausencia de hidroxilo en toda la profundidad de la troposfera en una gran región del Pacífico occidental tropical. Sugirieron que este agujero está permitiendo que grandes cantidades de sustancias químicas que degradan el ozono lleguen a la estratosfera, y que esto puede estar reforzando significativamente el agotamiento del ozono en las regiones polares con posibles consecuencias para el clima de la Tierra. [21]

Primera detección interestelar Editar

La primera evidencia experimental de la presencia de líneas de absorción de 18 cm del radical hidroxilo (• OH) en el espectro de radioabsorción de Cassiopeia A fue obtenida por Weinreb et al. (Nature, Vol. 200, págs. 829, 1963) sobre la base de las observaciones realizadas durante el período del 15 al 29 de octubre de 1963. [22]

Detecciones posteriores importantes Editar

Año Descripción
1967 • Moléculas de HO en el medio interestelar. Robinson y McGee. Una de las primeras revisiones observacionales de las observaciones • OH. • Se había observado OH en absorción y emisión, pero en este momento los procesos que pueblan los niveles de energía aún no se conocen con certeza, por lo que el artículo no da buenas estimaciones de las densidades de • OH. [23]
1967 Normal • Emisión de HO y nubes de polvo interestelar. Heiles. Primera detección de emisión normal de • OH en nubes de polvo interestelares. [24]
1971 Moléculas interestelares y nubes densas. D. M. Rank, C. H. Townes y W. J. Welch. Repaso de la época sobre la emisión de moléculas por líneas moleculares a través de densas nubes. [25]
1980 • Observaciones de HO de complejos moleculares en Orión y Tauro. Baud y Wouterloot. Mapa de • emisión de OH en los complejos moleculares Orión y Tauro. Las densidades de columna derivadas concuerdan bien con los resultados de CO anteriores. [26]
1981 Observaciones de emisión-absorción de HO en nubes interestelares difusas. Dickey, Crovisier y Kazès. Se estudiaron las observaciones de cincuenta y ocho regiones que muestran absorción de HI. En este artículo se determinan las densidades típicas y la temperatura de excitación para nubes difusas. [27]
1981 Campos magnéticos en nubes moleculares - • Observaciones de HO Zeeman. Crutcher, Troland y Heiles. • Observaciones de OH Zeeman de las líneas de absorción producidas en las nubes de polvo interestelares hacia 3C 133, 3C 123 y W51. [28]
1981 Detección de HO interestelar en el infrarrojo lejano. J. Storey, D. Watson, C. Townes. Se detectaron fuertes líneas de absorción de • OH a longitudes de onda de 119,23 y 119,44 micrones en la dirección de Sgr B2. [29]
1989 Flujos de salida moleculares en potentes megamasers de HO. Baan, Haschick y Henkel. Observaciones de las emisiones moleculares de • H y • OH a través de galaxias megamasers • OH, con el fin de obtener una relación de luminosidad FIR y actividad máser. [30]

Niveles de energía Editar

Química Editar

Para estudiar la química interestelar en fase gaseosa conviene distinguir dos tipos de nubes interestelares: nubes difusas, con T = 30-100 K y norte = 10-1000 cm −3, y nubes densas, con T = 10-30 K y densidad norte = 10 4 - 10 3 cm −3. Se han establecido rutas químicas de iones en nubes densas y difusas para algunos trabajos (Hartquist, Astrofísica molecular, 1990).

Rutas de producción Editar

El radical • OH está relacionado con la producción de H2O en nubes moleculares. Los estudios de • distribución de OH en Taurus Molecular Cloud-1 (TMC-1) [31] sugieren que en gas denso, • OH se forma principalmente por recombinación disociativa de H3O +. La recombinación disociativa es la reacción en la que un ión molecular se recombina con un electrón y se disocia en fragmentos neutros. Los mecanismos de formación importantes para • OH son:

(Recombinación disociativa: 1a)

(Recombinación disociativa: 1b)

(Recombinación disociativa: 2a)

(Neutralización de iones-iones moleculares: 4a)

Vías de destrucción Editar

Los datos experimentales sobre las reacciones de asociación de • H y • OH sugieren que la asociación radiativa que involucra radicales neutrales atómicos y diatómicos puede considerarse un mecanismo eficaz para la producción de pequeñas moléculas neutras en las nubes interestelares. [32] La formación de O2 ocurre en la fase gaseosa a través de la reacción de intercambio neutro entre O y • OH, que también es el principal sumidero de • OH en regiones densas. [31]

El oxígeno atómico participa tanto en la producción como en la destrucción de • OH, por lo que la abundancia de • OH depende principalmente del H3 + abundancia. Entonces, las rutas químicas importantes que se derivan de los radicales • OH son:

Tasas constantes y tasas relativas para importantes mecanismos de formación y destrucción Editar

Las constantes de tasa se pueden derivar del conjunto de datos publicado en un sitio web. [33] Las constantes de velocidad tienen la forma:

La siguiente tabla tiene las constantes de velocidad calculadas para una temperatura típica en una nube densa. T = 10 K.

Reacción k a T = 10 K (cm 3 · s −1)
1a 3.29 × 10 −6
1b 1.41 × 10 −7
2a 4.71 × 10 −7
3a 5.0 × 10 −11
4a 1.26 × 10 −6
5a 2.82 × 10 −6
1A 7.7 × 10 −10
2A 3.5 × 10 −11
3A 1.38 × 10 −10
4A 1.0 × 10 −10
5A 3.33 × 10 −14

Tasas de formación rix se puede obtener utilizando las constantes de velocidad k(T) y la abundancia de las especies de reactivos C y D:

donde [Y] representa la abundancia de la especie Y. En este enfoque, las abundancias se tomaron de La base de datos UMIST para astroquímica 2006, y los valores son parientes de H2 densidad. La siguiente tabla muestra la relación rix/r1a para tener una visión de las reacciones más importantes.

r1a r1b r2a r3a r4a r5a
r1a 1.0 0.043 0.013 0.035 3.6 × 10 −5 0.679

Los resultados sugieren que la reacción (1a) es la reacción más prominente en nubes densas. Está en concordancia con Harju et al. 2000.

La siguiente tabla muestra los resultados haciendo el mismo procedimiento para la reacción de destrucción:

r1A r2A r3A r4A r5A
r1A 1.0 6.14 × 10 −3 0.152 3.6 × 10 −5 4.29 × 10 −3

Los resultados muestran que la reacción 1A es el principal sumidero de • OH en nubes densas.

Observaciones interestelares Editar

Los descubrimientos de los espectros de microondas de un número considerable de moléculas prueban la existencia de moléculas bastante complejas en las nubes interestelares y brindan la posibilidad de estudiar nubes densas, oscurecidas por el polvo que contienen. [34] La molécula • OH se ha observado en el medio interestelar desde 1963 a través de sus transiciones de 18 cm. [35] En los años siguientes, • OH fue observado por sus transiciones rotacionales en longitudes de onda del infrarrojo lejano, principalmente en la región de Orión. Debido a que cada nivel de rotación de • OH se divide mediante la duplicación de lambda, los astrónomos pueden observar una amplia variedad de estados de energía desde el estado fundamental.

Trazador de condiciones de choque Editar

Se requieren densidades muy altas para termalizar las transiciones rotacionales de • OH, [36] por lo que es difícil detectar líneas de emisión de infrarrojo lejano de una nube molecular inactiva. Incluso en H2 densidades de 10 6 cm −3, el polvo debe ser ópticamente grueso en longitudes de onda infrarrojas. Pero el paso de una onda de choque a través de una nube molecular es precisamente el proceso que puede hacer que el gas molecular se desequilibre con el polvo, haciendo posible la observación de las líneas de emisión del infrarrojo lejano. Un choque moderadamente rápido puede producir un aumento transitorio en la abundancia de • OH en relación con el hidrógeno. Por lo tanto, es posible que las líneas de emisión de infrarrojo lejano de • OH puedan ser un buen diagnóstico de las condiciones de choque.

En nubes difusas Editar

Las nubes difusas son de interés astronómico porque juegan un papel principal en la evolución y termodinámica de ISM. La observación del abundante hidrógeno atómico en 21 cm ha mostrado una buena relación señal-ruido tanto en emisión como en absorción. Sin embargo, las observaciones de HI tienen una dificultad fundamental cuando se dirigen a regiones de baja masa del núcleo de hidrógeno, como parte central de una nube difusa: el ancho térmico de las líneas de hidrógeno es del mismo orden que las velocidades internas de las estructuras de interés. , por lo que los componentes de las nubes de diversas temperaturas y velocidades centrales son indistinguibles en el espectro. En principio, las observaciones de líneas moleculares no adolecen de este problema. A diferencia del HI, las moléculas generalmente tienen temperatura de excitación. TexTfamiliares, por lo que la emisión es muy débil incluso de especies abundantes. CO y • OH son las moléculas candidatas más fáciles de estudiar. El CO tiene transiciones en una región del espectro (longitud de onda & lt 3 mm) donde no hay fuentes continuas de fondo fuertes, pero • OH tiene la línea de emisión de 18 cm conveniente para las observaciones de absorción. [27] Los estudios de observación proporcionan los medios más sensibles de detección de moléculas con excitación subtérmica y pueden dar la opacidad de la línea espectral, que es un tema central para modelar la región molecular.

Los estudios basados ​​en la comparación cinemática de • líneas de absorción OH y HI de nubes difusas son útiles para determinar sus condiciones físicas, especialmente porque los elementos más pesados ​​proporcionan una resolución de velocidad más alta.

Masers Editar

• Los máseres OH, un tipo de máser astrofísico, fueron los primeros máseres que se descubrieron en el espacio y se han observado en más entornos que cualquier otro tipo de máser.

En la Vía Láctea, • máseres OH se encuentran en máseres estelares (estrellas evolucionadas), máseres interestelares (regiones de formación de estrellas masivas) o en la interfaz entre los remanentes de supernovas y el material molecular. Los máseres interestelares • OH se observan a menudo a partir del material molecular que rodea las regiones ultracompactas H II (UC H II). Pero hay máseres asociados con estrellas muy jóvenes que aún no han creado regiones UC H II. [37] Esta clase de máseres • OH parece formarse cerca de los bordes de material muy denso, lugar donde H2O masers form, and where total densities drop rapidly and UV radiation form young stars can dissociate the H2O molecules. So, observations of • OH masers in these regions, can be an important way to probe the distribution of the important H2O molecule in interstellar shocks at high spatial resolutions.


Chapter 9: Reaction Mechanisms, Pathways, Bioreactions and Bioreactors

An active intermediate is a molecule that is in a highly energetic and reactive state It is short lived as it disappears virtually as fast as it is formed. They are short lived CA 10 -14 s and present in very low concentrations. That is, the net rate of reaction of an active intermediate, A*, is zero.

The assumption that the net rate of reaction is zero is called the Pseudo Steady State Hypothesis (PSSH)

The active intermediates reside in the trough of the reaction coordinate as shown below for in the reaction studied by Zewoil.

has an elementary rate law

Sin embargo. Look what happens to the rate as the temperature is increased.

Why does the rate law decrease con increasing temperature?

(1)
(2)
(3)


Pseudo Steady State Hypothesis (PSSH)

The PSSH assumes that the net rate of species A * (in this case, NO3 * ) is zero.

This result shows why the rate decreases as temperature increases.

Michaelis-Menten Kinetics

Enzymes are protein like substances with catalytic properties.

Enzyme unease. [From Biochemistry, 3/E by Stryer, copywrited 1988 by Lubert Stryer. Used with permission of W.H. Freeman and Company.]

It provides a pathway for the substrate to proceed at a faster rate. The substrate, S, reacts to form a product P.

A given enzyme can only catalyze only one reaction. Urea is decomposed by the enzyme urease, as shown below.

It has been proposed that an artificial kidney to remove urea from the blood could contain encapsulated enzymes and be worn externally.

The corresponding mechanism is:

Types of Enzyme Inhibition

Uncompetitive Substrate Inhibition

The Uncompetitive Substrate Inhibition rate law is

Data from Laboratory of H.S. Fogler taken by P.h.D Candidate Barry Wolf.

Polymath Setup

d(Cs)/d(t) = D*(Cso - Cs) - Ysc*rg - m*Cc

rg = (((1 - (Cp/Cpstar))**0.52) * mumax*(Cs/(Ks + Cs))*Cc

1.) Neglect Death Rate and Cell Maintenance

How does this figure relate to drinking a lot of fluids when you have an infection or cold?

Alcohol Metabolism

Water tissue volumes, flow rates, and perfusion rates for this model

Rate-law parameters for this model


Drug Delivery

See the Professional Reference Shelf's Pharmacokinetic Section

Polymers are macromolecules built up by the linking together of large numbers of much smaller molecules. The smaller molecules are called monomers and they repeat many times.

A polymer is a molecule made up of repeating structural (monomer) units.

Structural Repeating Unit (mer)

High density:
Plastic cups

Low density:
Sandwich bags

Poly (2-hydroxyethyl methacrylate)

Poly (tetra fluoro ethylene)

Poly (ethylene teraphthalate)

Polymers that are synthesized from a single monomer are named by adding the prefix poly such as polyethylene. However, a parenthesis is placed after the prefix poly when the monomer has a substituted parent name or multiword name such as poly (acrylic acid) or poly (vinyl alcohol).

Homopolymers consist of a single repeating unit. All of the above are examples of homopolymers.

Can Crystallize.

una.

Botactic = isotatic = same side

B.

Syndiotatic = alternating

C.

Atactic = random

Head to head (1,2 addition)

3. Branched Type A: Long Branches Off Backbone

Branched Type B: Short Branches Off the Backbone

Branched Type C: Branches on Branches Off the Backbone

For example, copolymers used to make records.

PVC - hard - irrigation pipes, hard to engrave
PVAc - easy to engrave
PVC + PVAc copolymer phonograph records (these are a thing of the past)

Alternating

QSQSQS

Poly (vinyl acetate-alt-vinylchloride)

Block

QQQSSS

Poly (vinyl acetate-b-vinyl chloride)

Graph

QQQQQ
. . . . . |
. . . . . SSSS

Poly (vinyl acetate-g-vinyl chloride

Random

QSSQQQSQSSS

Poly (VA C -co-VC)

Statistical

QSSQSQQSS

D. What affects polymer properties

• Chemistry

• Molecular Weight () and Molecular Weight Distribution

Weight Average Molecular Weight

Molecular Weight Distribution

• Crystalinity

Amorphous Phase (Non-crystalline Phase) no order or orientation

T gramo - characteristic of amorphous state

Below glass transition temperature, T gramo , there is a cessation of virtually all molecular motion (vibration , rotation).

Crystalline Phase gives an order to the structure.

Order means crystallinity

Above the crystalline melting temperature, T metro , thre is no order. Fraction of total polymer that is in the crystalline state is the degree of crystallinity

• Cross linking

• Branching

• Tacticity

• Head to head attachment vs. head to tail attachment

E. Molecular Weight (MW)

Number average molecular weight

Weight average molecular weight

Hence gives a truer picture of the average molecular weight.

TWO TYPES OF HOMOGENEOUS POLYMERIZATION: STEP AND CHAIN

Step Polymerization. Monomer must be bifunctional. Polymerization proceeds by the reaction of two different functional groups. Monomer disappears rapidly, but molecular weight builds up slowly.

All species are treated as polymers. Mostly used to produce polyesters and polyamides.

Chain Polymerization. Requires an initiator. Molecular weight builds up rapidly. Growing chains require 0.0001 to 1 to 10 seconds to terminate. Have high molecular weight polymers right at the start.

I. Step Polymerization

1. Different functional groups on each end of monomer.


Structural Unit

Here the structural unit is the repeating unit.

2. Same functional groups on each end. Example: diamines and diols

B. Polymerization Mechanism

Monomer dimer ----> trimer ----> tetrameter ----> Pentamer ---->

The number of structural units equals the number of bifunctional monomers present.

1. Monomers with different functional groups - one structural unit.

Here the repeating unit is the structural unit.

Let p = fraction of functional groups of either A or B that have reacted.

Let M = concentration of either A or B functional groups at time t.

Let M 0 be the concentration of either A or B functional groups initially

Let N = total number (concentration) of polymer molecules present at time t.

Let N 0 = total number of polymer molecules initially

Let M A = number of functional groups of A at time t.

Let M A0 = number of functional groups of A initially.

= number average degree of polymerization. It is the average number of structural units per chain.

the number average molecular weight.

Where is the mean molecular weight of the structural units and is the molecular weight of the end group.

D. Monomers with Same End Group

For a stoichiometric feed the number of A and B functional groups the same.

E. Stoichiometry Imbalance in the Feed

1. Stoichiometry Imbalance Type 1: Monomers with thesame end group and r not equal to 1

The maximum number average chain length is greatly reduced if the initial feed is not exactly stoichiometric

2. Stoichiometry Imbalance Type 2: Monomers with different end groups. Monofunctional Monomer Present

3. Stoichiometry Imbalance Type 3: Monomers with different end groups. Monofunctional Monomer Present

REACTION BETWEEN A DIOL (HOROH) AND A DIBASIC ACID (HOOCR1COOH)

Assume Reaction (1) is essentially in equilibrium

Case 1: The acid itself acts as a strong acid catalyst:

[HA] º [COOH] and Stoichiometric Feed.

As the reaction proceeds and more ester is produced, the solution becomes less polar. As a result the uncatalyzed carboxylic acid becomes the major catalyst for the reaction, and the overall reaction order at high conversion is well described by a third order reaction (Case 1). The high conversion region is of primary importance because this region is where the high molecular weight polymers are formed.

At low conversions the solution is more polar and the proton, H + is the more effective catalyst (Case 2) than the unionized carboxylic acid. Under these conditions, the reaction is self catalyzed and the reaction is 5/2 order.

Case 2: Self catalyzed but acid acts as a weak acid catalyst, not completely dissociated

Case 3: External Acid Catalyzed H + is constant

F. Kinetics of Step Polymerization

(1)

k is defined wrt the reactants

Why 2k? Because there are two ways A and B can react (thus, 2k)

(2)

(3)

For all reactions of P1

In general for j ? 2

Mole balance on polymer of length j, in terms of the concentration P j in a batch system

If we proceed further it can be shown that

Total number of polymer molecules (i.e. functional groups of either A or B) =

This is the Flory Distribution for the mole fraction of molecules with chain length j.

The weight fraction is just

G. Flory Distribution-Probability Approach

Rule: The probability of several events occurring successively in a particular way equals the product of the probabilities that each event happens that way.

P = probability that an A group will has reacted

(1-P) = probability group has not reacted.

A - R - B

HO - R C OO - H

METROo = number of functional groups initially (no. of molecules)

M = number of functional groups remaining

Number distribution function.

Weight distribution function

On a number average basis there will always be more monomer than polymer.

II. Chain Polymerization

Example: Polyethylene

Linear addition

Back biting

Branched Polyethylene

resulting low density (0.92)

B. Cationic Polymerization

D. Ziegler-Natta Polymerization

Ziegler-Natta Catalyst

Steps in Polymer Chain Growth

(4) Desorption from active site

+

to produce linear polymer: Eq. High Density Polyethylene (0.98) (HDPE)

Chain polymerizations require an initiator.

FREE RADICAL POLYMERIZATION

1. The Reaction

INITIATION

This reaction produces the formation of the Primary Radical


The distance and midpoint formulas

We want to calculate the distance between the two points (-2, 1) and (4, 3). We could see the line drawn between these two points is the hypotenuse of a right triangle. The legs of this triangle would be parallel to the axes which mean that we can measure the length of the legs easily.

We'll get the length of the distance d by using the Pythagorean Theorem

This method can be used to determine the distance between any two points in a coordinate plane and is summarized in the distance formula

The point that is at the same distance from two points A (x1, y1) and B (x2, y2) on a line is called the midpoint. You calculate the midpoint using the midpoint formula

We can use the example above to illustrate this

$ m =left ( frac<4+(-2)> <2> ight ),: : left ( frac<3+1> <2> ight )=$


Ver el vídeo: Ecuaciones radicales ej 1 (Septiembre 2021).