Chimie

Excursus : Dérivation de la condition antireflet

Excursus : Dérivation de la condition antireflet


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Avez-vous des difficultés à comprendre l'unité d'apprentissage Excursion : Dérivation de la condition antireflet ? Ensuite, il vous manque peut-être les bases suivantes :

Tests à double fente60 minutes

La physiqueoptiqueOptique ondulatoire

Cette unité d'apprentissage porte sur la connaissance des interférences en tant que caractéristique importante des ondes lumineuses. L'importance historique de la découverte de cette propriété de la lumière, qui s'est progressivement imposée pour le modèle ondulatoire de la propagation de la lumière, est soulignée. L'interférence à deux faisceaux au niveau de la double fente est discutée ici en premier.

Grilles optiques30 minutes.

La physiqueoptiqueOptique ondulatoire

Ce cycle d'unités d'apprentissage consiste à approfondir le précédent cycle d'unités d'apprentissage en trois parties sur l'interférence de la lumière. De nombreux phénomènes et applications de la nature et de la technologie sont discutés ici. Cette section traite spécifiquement de la diffraction par réseau et de son application dans le cadre de l'analyse spectrale.


Chimie inorganique pour les étudiants / cinétique des réactions

V : Du chlorate de potassium, du sucre et du nitrate de strontium sont mélangés et mis à réagir avec un peu d'acide sulfurique.

S : réaction spontanée.

Quelles sont les bases de la réponse ?

La marque d'une réaction chimique

Définition de l'enseignement de niveau intermédiaire : « Dans les réactions chimiques, une conversion de matière et d'énergie a lieu ».

Définition du niveau supérieur : Les réactions chimiques peuvent être reconnues, par exemple, par :

  • Transfert d'électrons (réactions redox, électrolyse)
  • Transfert de protons (protolyse, réaction acide-base)
  • Fractionnement de substances (fissuration, explosion, par exemple TNT)
  • Réarrangement des blocs de réseau (par exemple monoclinique - soufre rhombique / graphite - diamant)

Jusqu'à présent, les substances impliquées et l'énergie impliquée ont toujours été examinées. Mais vous pouvez également regarder une réaction sous d'autres aspects. Dans ce cours, les vitesses de réaction sont également observées et analysées.

Réactions rapides : échantillon oxhydrique, précipitation d'AgCl

Réactions lentes : rouille du fer, fermentation alcoolique, assimilation des plantes vertes

  • Brûlez du papier et regardez
  • Qu'est-ce qui a changé pendant cette période → Quantité de substance / concentration
  1. Expliquez/définissez les termes suivants :
  • Réaction chimique et ses caractéristiques distinctives
  • Énergie d'activation et énergie de réaction (appelée désormais enthalpie de réaction)
  • Diagramme des réactions endothermiques et exothermiques et de l'énergie
  • Conditions standard et normales
  • Vitesse de réaction
  • Oxydation, réduction, réaction redox
  • état excité ainsi que l'émission de lumière
  • Formes d'énergie

La conversion de l'énergie joue un rôle dans chaque réaction chimique. Soit l'énergie est libérée qui était auparavant contenue dans les matières premières, par exemple, soit l'énergie est nécessaire pour que la réaction ait lieu et ainsi retirée du système.

A) Diagramme énergétique (réaction exothermique)

Énergie d'activation (ΔHA), nécessaire pour déclencher la réaction

Enthalpie de réaction (ΔHR.), L'excès d'énergie qui est libéré dans les réactions exothermiques

Énergie totale libérée (ΔHg)

Les réactions chimiques qui se produisent avec la libération d'énergie sont appelées réactions exothermiques. L'énergie libérée peut être présente sous forme de chaleur, de lumière ou sous d'autres formes. Elle est également connue sous le nom d'enthalpie de réaction (ΔH).

Les réactions chimiques dans lesquelles de l'énergie doit être constamment fournie pour qu'elles se produisent sont appelées réactions endothermiques.

B) Diagramme énergétique (réaction endothermique)

Le cours volontaire d'une réaction chimique est prédit par l'équation de Gibbs-Helmholtz. Elle détermine l'enthalpie libre (ΔG), qui ne doit pas être confondue avec l'enthalpie de réaction (ΔH). Incidemment, ΔS indique le "désordre" naturel dans cette équation, l'entropie.

Si ΔG <0, la réaction peut se dérouler volontairement. De telles réactions sont dites exergoniques. C'est particulièrement le cas des réactions exothermiques, car elles ont une valeur négative pour ΔH. Les réactions endergoniques, en revanche, n'ont pas lieu volontairement.

Il y a des réactions qui arrivent vite :

V : réaction de précipitation du nitrate d'argent avec l'acide chlorhydrique

Réactions qui se déroulent lentement : V : RG avec thiosulfate et HCl (soleil couchant - dans un petit bécher avec une croix) :

Expérience étudiante : Étude de la réaction des ions thiosulfate avec l'acide

V : 1g de thiosulfate de sodium est dissous dans 100ml d'eau. Celui-ci est divisé en 4 petits béchers de 100 ml.

Les réactions commencent lorsqu'un peu de HCl est ajouté aux solutions individuelles. Une croix à la craie sur la table d'expérimentation sert d'élément optique pour la fin de la mesure.

BG1 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium sont mélangés avec du HCl

BG2 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium + 20 ml d'eau sont mélangés avec HCl

BG3 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium + 40 ml d'eau sont mélangés avec HCl

BG4 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium sont portés à deux fois la température ambiante et mélangés avec HCl

observation conclusion
Dépendance à la concentration Réduire la concentration de moitié ralentit le temps de réaction d'environ la moitié Plus la concentration est élevée, plus il est probable qu'il y ait des collisions efficaces entre les ions thiosulfate et les ions oxonium. la vitesse de réaction augmente.
Dépendance à la température Une augmentation de la température de la solution accélère le temps de réaction à environ deux fois le temps. Plus la température est élevée, plus le mouvement propre des particules dans la solution est fort (dans ce cas, le S2O3 2- et le H3O + molécules). Plus leur propre mouvement est fort, plus ils sont susceptibles d'avoir des collisions efficaces. la vitesse de réaction augmente.

V : Exemple d'expérience : papier brûlant - mesure du dioxyde de carbone produit

Vitesse de gravure du papier

Détermination graphique de la vitesse de réaction :

Créez, mesurez et calculez le triangle d'inclinaison. Plus le triangle de gradient est petit, plus la vitesse actuelle est déterminée avec précision. La pente correspond à la tangente.

Lorsque la concentration diminue, le quotient a un signe négatif.

A) mouvement uniforme :

Vitesse = distance / temps V = s / Δt

b) mouvement irrégulier :

ΔS change à t constant

vitesse moyenne = V = s / Δt

vitesse actuelle : lim (t- & gt0) Δs / Δt = ds / dt

Dans le chimie nous avons affaire à des réactions.

→ Qu'est-ce qui pourrait changer ici comme signe de la vitesse de réaction ?

A) Influence du degré de distribution sur la vitesse de réaction

V : Des volumes égaux d'alcool (spiritueux) sont allumés dans un petit (ou un bécher étroit) et un grand bol à combustion (ou sur le bureau du professeur).

B : L'alcool dans le bécher étroit brûle beaucoup plus longtemps.

Pourquoi l'alcool brûle-t-il plus longtemps dans le verre ?

→ La zone de contact sur laquelle la combustion a lieu est plus grande au 2ème essai.

La surface de contact éthanol/air est déterminante pour la vitesse de réaction.

S : La vitesse de réaction de cette combustion dépend de la taille de la surface du liquide sur laquelle l'air et l'alcool sont en contact.

(Raison : O2 ne peut réagir qu'avec l'éthanol en surface)

  1. Quelles autres influences environnementales importantes pourraient influencer la vitesse de réaction ?
    • Température
  2. Tracer des courbes de la vitesse de réaction des deux brûlures dans un diagramme

B) Influence de la température :

  1. La réaction d'une mole d'hydrogène et d'oxygène (réaction oxhydrique) prend environ 108 ans à température ambiante et environ 10-5 s à 730°C. Expliquez la différence.

Energie cinétique en fonction de la température

Avec l'augmentation de la température, le nombre de particules avec un contenu énergétique plus élevé (= vitesse cinétique plus élevée) augmente dans les réactions chimiques. Cela augmente le nombre de collisions. De plus, les collisions sont « plus fortes » (c'est-à-dire plus énergétiques).

A basse température, en revanche, les collisions sont moins fréquentes et souvent l'énergie des collisions n'est pas suffisante pour une réaction efficace. De cette manière, un mélange d'hydrogène et d'oxygène peut être stocké longtemps sans qu'une réaction ait lieu.

Pour qu'une réaction ait lieu dans l'exemple qui vient d'être mentionné de l'hydrogène et de l'oxygène, une quantité d'énergie doit être atteinte ou dépassée lorsque les particules se rencontrent pour qu'une réaction puisse avoir lieu.

C) Influence de la concentration sur la vitesse de réaction

- diminution de la vitesse de réaction, avec diminution de la concentration (1/2)

V1 : H2O2 et de l'eau de brome pour réagir :

50 ml d'H.2O + 40 ml d'eau bromée (conseil : ça doit sentir !) Plus 20 ml 5% H2O2-Ajouter la solution et mesurer immédiatement toutes les 10 s :

Tube à essai avec sortie latérale (!) Avec 10 ml de HCl 2mol et 3 g de ruban Mg (environ 5 cm) avec tuyau et seringue à gaz

  • Le développement du gaz est plus rapide au début qu'à la fin.
  • La vitesse de réaction n'est donc pas constante, mais évolue dans le temps.

En chimie, nous nous intéressons principalement à ces vitesse de réaction moyenne.

Conversion en nombre de particules converti : 1 mol d'un gaz occupe un volume de 22,41 L dans les conditions normales (0°C, 101325 Pa = 1013,25 mbar).

Donc il se pose pour ça vitesse de réaction moyenne: V R = n (O 2) Δ t < displaystyle V_= < frac < Delta n (O_ <2>)> < Delta t >>>

Il y en a un dans notre tentative réponse hétérogène avec différentes phases !

Réactions homogènes cependant, expire en une seule phase. (Exemple?)

Dans le cas de réactions homogènes, le nombre de particules est directement lié à la concentration :

Ce qui suit s'applique ici pour la vitesse de réaction moyenne :

Vous pouvez les capturer comme Augmentation de la concentration des produits, alors il a un signe positif, ou comme Diminution de la concentration des matières premières, alors il a un signe négatif.

Vitesse de réaction actuelle :

La vitesse de réaction moyenne mesurée sur une période de temps suffisamment courte est appelée vitesse de réaction instantanée. La vitesse aussi exactement un moment.

Sommaire

  • Lorsqu'il y a des réactions, les matières premières réagissent toujours pour former des produits.
  • La vitesse de réaction est mesurée par la création des produits ou la "disparition" des éduits.
  • Si la disparition des matières premières est mesurée, la vitesse de réaction reçoit par définition un signe négatif.
  • La vitesse moyenne de réaction intéresse particulièrement les chimistes : vv = V / t
  • La création ou la disparition d'un volume (dans les réactions gazeuses) ou l'augmentation ou la diminution de la quantité de substance(s) d'une particule peuvent être mesurées, puisque la quantité de substance est directement proportionnelle au volume : n = V0 / Vm (Vm = 22,4 l/mol)
  • Pour de telles réactions, la vitesse de réaction est : vm = n / ∆ t
  • Comme troisième méthode, la vitesse de réaction peut être mesurée en modifiant la concentration molaire (c) (facilement dans les systèmes aqueux par exemple par une détection d'ions appropriée). Dans de telles réactions, la concentration de la quantité de substance est directement proportionnelle : c = v / V(Sol.), où V(Lsg) peut être supposé constant. La vitesse de réponse est donc vc = c / t.
  1. Nommez des façons de mesurer les taux de réaction.
  2. De quoi dépend la vitesse de réaction ?
  3. Un granule de zinc et la même masse de poudre de zinc réagissent avec de l'acide chlorhydrique a) a) Remplacer l'équation de la réaction b) Quel type de réaction est présent ? c) En quoi les vitesses de réaction diffèrent-elles ?
  4. Expliquez la relation entre la surface (degré de distribution) et la vitesse de réaction.
  5. Le magnésium réagit avec l'acide chlorhydrique. Après 1 minute, un volume d'hydrogène de 30 mL est mesuré. a) Établissez l'équation de réaction et nommez toutes les substances b) Déterminez la vitesse de réaction moyenne vr en mol/s
  6. L'acide chlorhydrique réagit également avec le carbonate de calcium. De nouveau, un gaz se forme. Après 2min. une diminution de masse de 0,960 g est mesurée. Calculer la variation moyenne de la quantité de mole de dioxyde de carbone. M (CO2) = 44 g/mol
  7. La concentration en peroxyde d'hydrogène d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène diminue avec la réaction suivante : 2 H 2 O ⟶ 2 H 2 O + O 2 < displaystyle mathrm <2 H_ <2> O longrightarrow 2H_ <2> O + O_ <2>> > Les concentrations suivantes sont disponibles : c0 (H2O2) = 0,98 mol / lc1 (H2O2) = 0,74 mol / l Calculer la période de temps correspondante si la vitesse de réaction moyenne vr = -7,48 mol / l · s dans la période considérée.

Prérequis pour qu'une réaction ait lieu - la théorie de l'impact

Pour que les particules puissent réagir entre elles, elles doivent

  • entrer en collision
  • avoir une vitesse suffisamment élevée pour se rencontrer également (ils doivent donc avoir suffisamment d'énergie cinétique)
  • avoir la bonne orientation spatiale

Si la rencontre des deux partenaires de réaction est importante, le résultat est :

Si vous augmentez maintenant la concentration, c'est-à-dire la densité des particules, la vitesse de réaction augmente également.

Dérivation via le nombre d'impacts s ​​:

Autre exemple :

AABB : 4 possibilités de collisions

AAAABB : 8 possibilités de collisions

AAAABBBB : 16 façons de planter

La vitesse de réaction est donc proportionnelle au produit des concentrations des substances A et B.


Certaines lois de base de la mécanique sont nécessaires pour la dérivation, par exemple force = accélération de la masse (F = m a) ou énergie / travail = force de déplacement (E = F x).

Considérons maintenant une pierre qui se trouve à une certaine hauteur dans le champ gravitationnel de la Terre. L'énergie potentielle est E (pot) = F · h = m · g · h (masse · accélération due à la gravité · altitude). Maintenant, cela peut être transféré au champ électrique, ici aussi E (pot) = F r (un rayon est utilisé ici au lieu de la hauteur), la force F n'étant rien d'autre que le champ électrique de charge = & gt E (pot ) = q · E · r.


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Détermination de la capacité calorifique d'un calorimètre

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Relation et fonction & # 8211 différences et similitudes

En mathématiques aussi, il est parfois très utile d'inclure les racines linguistiques (grec, latin) d'un & # 8220 mot technique & # 8221 lors de la dérivation de la définition. Le terme & # 8220Relation & # 8221 peut être exprimé comme & # 8220Relation & # 8221. Cette traduction définit déjà le terme & # 8220Relation & # 8221. Une relation établit une relation entre un ou plusieurs éléments d'un ensemble et un ou plusieurs éléments d'un autre ensemble. Une relation entre deux ensembles (par exemple les ensembles A et B) est un sous-ensemble des deux ensembles (A x B). Comme expliqué dans le chapitre d'introduction sur la théorie des ensembles, cela signifie qu'une relation est un ensemble de paires de valeurs [par ex. (a, b)], où a est un élément de l'ensemble A et b est un élément de l'ensemble B.

Une fonction montre également la relation entre les deux éléments (généralement les deux éléments sont désignés par x et y). Dans la fonction, une variable indépendante x se voit attribuer une variable y qui dépend de x (par exemple, le nombre de produits x que je sélectionne est indépendant & # 8211 le prix total y que je dois payer pour eux n'est pas indépendant, mais dépend sur le Nombre de produits de). Donc toutes les relations ne sont pas des fonctions

A partir des deux définitions, nous pouvons déduire la différence entre & # 8220Relation & # 8221 et & # 8220Function & # 8221, car une fonction est sans ambiguïté (mais une relation ne l'est pas). Dans une fonction, il y a un élément de la plage de valeurs pour chaque élément de l'ensemble de définitions. Pour cette raison, on parle encore et encore de mappages, car pour chaque valeur x nous obtenons une valeur y en résultat (une fonction est & # 8220quasi & # 8221 une règle de calcul qui mappe un élément d'un ensemble à un élément d'un autre ensemble). C'est pourquoi nous disons aussi qu'une fonction est une affectation qui attribue exactement une valeur y à chaque valeur x. Mais parfois, vous entendez aussi l'affirmation qu'une fonction est une relation qui est unique. Quelle affirmation est & # 8220 correcte & # 8221 dépend maintenant du programme d'études, en principe les deux affirmations ont la même valeur informative.


Calcul du potentiel dans des conditions non standard

Des conditions normales existent lorsque tous les réactifs ont une concentration de 1 mol par litre à 20 ou 25 °C (selon la table de séries électrochimiques utilisée). Mais comme ce n'est pas toujours le cas, les potentiels normaux doivent être convertis dans les conditions données. Ceci est possible à l'aide de l'équation de Nernst.

E 0 est le potentiel normal (de la série électrochimique), R la constante des gaz (8.31447 J mol -1 K -1), T la température absolue en Kelvin, F la constante de Faraday (96485.34 J V -1 mol -1) et z est le nombre d'électrons transférés (par exemple Cu à Cu 2+ : 2 électrons)

  • À 25 ° C, le couple redox zinc a un potentiel normal de & # 8211 0,76 V. Le couple redox est également constitué d'ions zinc élémentaires et zinc (II). Le zinc représente la forme réduite et les ions zinc la forme oxydée.
  • Calculons maintenant le potentiel d'une solution de sulfate de zinc à 0,1 mol/L et d'une feuille de zinc à 25°C. La & # 8220 concentration & # 8221 d'un élément solide est supposée être 1. L'équation de Nernst pour ce cas est donc :
  • E = -0,76V + [(8,31447 J * mol -1 * K -1 * 298 K): 2 * 96485,34 J * V -1 * mol -1] * ln 0,1 = & # 8211 0,79 V

Maintenant, nous pouvons, par exemple, déterminer le potentiel d'un élément Daniell qui contient 1 mol / L de sulfate de cuivre et 0,1 mol / L de solution de sulfate de zinc comme solution d'électrolyte dans les demi-cellules respectives :

  • A 25°C le couple redox cuivre (1 mol/L) a un potentiel normal de + 0,34 V.
  • A 25°C le couple redox zinc (0,1 mol/L) a un potentiel de – 0,79 V.

Nous pouvons maintenant utiliser à nouveau la formule générale pour déterminer un potentiel dans les cellules galvaniques :

∆E = E (cathode) - E (anode) = E (électrode avec potentiel normal plus positif) - E (électrode avec potentiel normal plus négatif)
E = 0,34 V & # 8211 (-0,79 V) = 1,13 V

Si vous comparez cela avec la différence de potentiel d'un élément Daniell dans des conditions standard (concentration 1 mol / L de la solution d'électrolyte dans chaque cas) avec une valeur de ∆E = 1,10 V, cela confirme les hypothèses que nous avons utilisées pour une concentration élément.


La loi de la gravitation de Newton

La loi de la gravité de Newton est l'une des lois les plus importantes de la physique. Cette loi dit que chaque point de masse agit sur chaque autre point de masse avec une force gravitationnelle attractive. La force agit le long de la ligne reliant les deux points de masse. La force gravitationnelle est proportionnelle au produit des deux masses et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux masses.

Dans ce qui suit, nous dérivons la loi de la gravitation de Newton et considérons la signification de la loi de la gravitation de Newton,

Dérivation de la loi de la gravitation de Newton :

Comme pour les preuves de la validité des lois de Kepler, nous utilisons la force centripète comme base (chemin circulaire stable)

Ce qui suit s'applique à la vitesse de trajectoire sur une trajectoire circulaire :

Inséré, nous obtenons :

De la 3ème loi de Kepler on sait : T² : r³ = constant (on les note & # 8220C & # 8221) = & gt T² = C · r³

Inséré à nouveau, nous obtenons l'équation suivante :

Bref, on obtient l'équation suivante

Nous avons maintenant déterminé la formule de la force centripète. La quantité de cette force correspond à la force de gravité. Maintenant, nous calculons la force gravitationnelle en utilisant la terre-soleil comme exemple.

  • Dans la première étape, nous substituons à la masse m, la masse de la terre me.
  • Dans la deuxième étape, nous étendons le numérateur et le dénominateur avec la masse du soleil ms
  • Dans la troisième étape, nous combinons & # 8220 toutes les constantes & # 8221 pour former une nouvelle constante G (G = constante gravitationnelle)

Avec cela, nous obtenons la loi de la gravitation de Newton :

La loi générale de la gravitation newtonienne :

  • F = force (gravitationnelle) entre deux masses [N]
  • G = constante gravitationnelle [m 3 kg -1 s- 2]
  • m1 = masse du premier point de masse [kg]
  • m2 = masse du deuxième point de masse [kg]
  • r = distance entre les points de masse [m]

La signification de la loi de la gravitation de Newton

Comme nous l'avons appris, la loi de la gravitation de Newton dit que deux masses (qui sont situées à une distance r l'une de l'autre) s'attirent avec une force gravitationnelle F. Avec l'aide de la loi de Newton, on peut agir sur la force gravitationnelle entre deux corps,

Cependant, on peut aussi déterminer la masse de la Terre à l'aide de la loi de la gravitation de Newton. Pour cela on prend la terre de masse m (e) et une pomme de masse m (ap)

Selon les lois de la physique, la terre attire le corps (pomme) avec la force gravitationnelle F. En général, cependant, une force est également définie comme la masse multipliée par l'accélération (F = m · a). L'accélération peut être déterminée relativement facilement (chute libre, vous laissez tomber la pomme au sol et déterminez le temps et la distance). À partir de là, l'accélération (gravitationnelle) sur terre est déterminée avec a ou g = 9,81 m / s².

On utilise les valeurs connues :
Constante de gravitation G = 6,6742 · 10 -11 m³ / kg * s²
Accélération terrestre a = 9,81 m / s²
Rayon terrestre r = environ 6 370 km (distance au centre de masse)

On obtient pour la masse de la terre environ = 5,96 · 10 24 kg

Remarque : Cette détermination de la masse terrestre est bien sûr grandement simplifiée, la terre n'est donc pas une sphère (rayon terrestre différent selon l'emplacement). Pour une estimation approximative de la masse terrestre, la loi de la gravité de Newton est tout à fait suffisante.


Excursus : fonction et relation (en mathématiques)

Dans toutes les matières en sciences naturelles, l'évaluation & # 8220 & # 8221 des données est requise, par exemple pour prouver des processus ou des phénomènes. Ce n'est pas seulement en mathématiques qu'il y a la tâche de relier un ensemble de valeurs (par exemple la distance) à un autre ensemble de valeurs (par exemple les périodes de temps). Le but est de dériver le lien (ou pas de lien) entre deux variables. Comme expliqué dans l'introduction, une fonction crée une relation entre deux éléments (une variable indépendante et une variable dépendante). La question qui se pose ici est de savoir en quoi une relation et une fonction diffèrent, car la relation et la fonction créent une connexion entre deux variables. Malheureusement, il est un peu difficile de répondre à cette question, car différents cours sont enseignés en fonction du niveau de la classe et du programme.


La 3e loi planétaire de Kepler

Comme déjà mentionné au début, la 3e loi de Kepler montre la relation entre la taille de l'orbite d'une planète et le temps qu'elle met pour orbiter autour du soleil. Les carrés des temps orbitaux des planètes autour du soleil se comportent comme les puissances tierces des distances moyennes des planètes au soleil :

La 3ème loi de Kepler sert à déterminer les temps orbitaux (relatifs) des planètes et la distance au soleil. Avec l'aide de cette loi, la taille de notre système planétaire (distance du soleil à la planète) peut être déterminée.

Comme mentionné, une distance relative peut être déterminée avec la 3ème loi de Kepler. Il n'est pas possible de déterminer une distance directe. La 3ème loi de Kepler ne signifie pas que le carré de la période orbitale correspond à la puissance 3 de la distance moyenne d'une planète au soleil (voir exercices ci-dessous).

Preuve de la 3ème loi de Kepler :

Les lois générales de la physique s'appliquent au mouvement planétaire, de sorte que pour prouver l'exactitude de la 3e loi de Kepler, nous avons le
utiliser les lois de base de la mécanique de Newton. Comme pour la preuve de la validité de la 2e loi de Kepler, notre preuve est basée sur le fait qu'une planète tourne autour du soleil. Pour que la planète se déplace sur une trajectoire circulaire stable, la force gravitationnelle et la force centripète sont en équilibre (les deux forces sont donc de même amplitude).

Comme nous pouvons le voir dans notre approche physique, nous pouvons réduire la masse de la terre de chaque côté. La masse de la terre (ou de toute autre planète) est donc sans importance.

Utilisons la formule de la vitesse de l'orbite

On obtient donc l'équation suivante

Maintenant reformulons un peu l'équation

Général : Le quotient de (deuxième puissance de la période de révolution d'une planète) et (troisième puissance de la distance moyenne de la planète terre) est constant

Remarque : Nous avons prouvé la validité de la 3e loi de Kepler en égalant la force gravitationnelle et la force centripète.
Pour cela, nous avons supposé les & # 8220facts & # 8221 suivants :

  • La masse du soleil est très grande par rapport à la masse de la planète
  • La masse du soleil se repose, c'est-à-dire que le soleil ne bouge pas, seule la planète autour du soleil
  • La planète orbite autour du soleil sur une trajectoire circulaire (ce n'est pas le cas en réalité, mais la déviation de la trajectoire circulaire elliptique n'est pas si grande que les résultats de la 3ème loi de Kepler seraient faux)

Tâche pour l'application de la 3ème loi de Kepler :

Nous voulons maintenant déterminer combien de temps il faut à Mars pour orbiter autour du soleil.
La distance moyenne entre Mars et le soleil est de 1,52 UA (AU = unité astronomique, info : la distance moyenne entre la terre et le soleil est de 1 UA)

Approche : TM. 2: TE. 2 = rM. 3: rE. 3 = 1,52 3 : 1 3 = 1,52 3

Solution : TM. 2 = 1,52 3 * TE. 2 (TE. = 1 an)


Chimie inorganique pour les étudiants / cinétique des réactions

V : Du chlorate de potassium, du sucre et du nitrate de strontium sont mélangés et mis à réagir avec un peu d'acide sulfurique.

S : réaction spontanée.

Quelles sont les bases de la réponse ?

La marque d'une réaction chimique

Définition de l'enseignement de niveau intermédiaire : « Dans les réactions chimiques, une conversion de matière et d'énergie a lieu ».

Définition du niveau supérieur : Les réactions chimiques peuvent être reconnues, par exemple, par :

  • Transfert d'électrons (réactions redox, électrolyse)
  • Transfert de protons (protolyse, réaction acide-base)
  • Fractionnement de substances (fissuration, explosion, par exemple TNT)
  • Réarrangement des blocs de réseau (par exemple monoclinique - soufre rhombique / graphite - diamant)

Jusqu'à présent, les substances impliquées et l'énergie impliquée ont toujours été examinées. Mais vous pouvez également regarder une réaction sous d'autres aspects. Dans ce cours, les vitesses de réaction sont également observées et analysées.

Réactions rapides : échantillon oxhydrique, précipitation d'AgCl

Réactions lentes : rouille du fer, fermentation alcoolique, assimilation des plantes vertes

  • Brûlez du papier et regardez
  • Qu'est-ce qui a changé pendant cette période → Quantité de substance / concentration
  1. Expliquez/définissez les termes suivants :
  • Réaction chimique et ses caractéristiques distinctives
  • Énergie d'activation et énergie de réaction (appelée désormais enthalpie de réaction)
  • Diagramme des réactions endothermiques et exothermiques et de l'énergie
  • Conditions standard et normales
  • Vitesse de réaction
  • Oxydation, réduction, réaction redox
  • état excité ainsi que l'émission de lumière
  • Formes d'énergie

La conversion de l'énergie joue un rôle dans chaque réaction chimique. Soit de l'énergie est libérée qui était auparavant contenue dans les matières premières, par exemple, soit de l'énergie est nécessaire pour que la réaction ait lieu et ainsi retirée du système.

A) Diagramme énergétique (réaction exothermique)

Énergie d'activation (ΔHA), nécessaire pour déclencher la réaction

Enthalpie de réaction (ΔHR.), L'excès d'énergie qui est libéré dans les réactions exothermiques

Énergie totale libérée (ΔHg)

Les réactions chimiques qui se produisent avec la libération d'énergie sont appelées réactions exothermiques. L'énergie libérée peut être présente sous forme de chaleur, de lumière ou sous d'autres formes. Elle est également connue sous le nom d'enthalpie de réaction (ΔH).

Les réactions chimiques dans lesquelles de l'énergie doit être constamment fournie pour qu'elles se produisent sont appelées réactions endothermiques.

B) Diagramme énergétique (réaction endothermique)

Le cours volontaire d'une réaction chimique est prédit par l'équation de Gibbs-Helmholtz. Elle détermine l'enthalpie libre (ΔG), qui ne doit pas être confondue avec l'enthalpie de réaction (ΔH). Incidemment, ΔS indique le "désordre" naturel dans cette équation, l'entropie.

Si ΔG <0, la réaction peut se dérouler volontairement. De telles réactions sont dites exergoniques. C'est particulièrement le cas des réactions exothermiques, car elles ont une valeur négative pour ΔH. Les réactions endergoniques, en revanche, n'ont pas lieu volontairement.

Il y a des réactions qui arrivent vite :

V : réaction de précipitation du nitrate d'argent avec l'acide chlorhydrique

Réactions qui se déroulent lentement : V : RG avec thiosulfate et HCl (soleil couchant - dans un petit bécher avec une croix) :

Expérience étudiante : Étude de la réaction des ions thiosulfate avec l'acide

V : 1g de thiosulfate de sodium est dissous dans 100ml d'eau. Celui-ci est divisé en 4 petits béchers de 100 ml.

Les réactions commencent lorsqu'un peu de HCl est ajouté aux solutions individuelles. Une croix à la craie sur la table d'expérimentation sert d'élément optique pour la fin de la mesure.

BG1 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium sont mélangés avec du HCl

BG2 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium + 20 ml d'eau sont mélangés avec HCl

BG3 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium + 40 ml d'eau sont mélangés avec HCl

BG4 : 20 ml de solution de thiosulfate de sodium sont portés à deux fois la température ambiante et mélangés avec HCl

observation conclusion
Dépendance à la concentration Réduire la concentration de moitié ralentit le temps de réaction d'environ la moitié Plus la concentration est élevée, plus il est probable qu'il y ait des collisions efficaces entre les ions thiosulfate et les ions oxonium. la vitesse de réaction augmente.
Dépendance à la température Une augmentation de la température de la solution accélère le temps de réaction à environ deux fois le temps. Plus la température est élevée, plus le mouvement propre des particules dans la solution est fort (dans ce cas, le S2O3 2- et le H3O + molécules). Plus leur propre mouvement est fort, plus ils sont susceptibles d'avoir des collisions efficaces. la vitesse de réaction augmente.

V : Exemple d'expérience : papier brûlant - mesure du dioxyde de carbone produit

Vitesse de gravure du papier

Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit grafisch:

Steigungsdreieck anlegen, abmessen und ausrechnen. Je kleiner das Steigungsdreieck dabei wird desto genauer wird dabei die momentane Geschwindigkeit bestimmt. Die Steigung entspricht der Tangente.

Bei abnehmender Konzentration bekommt der Quotient ein negatives Vorzeichen.

A) gleichförmige Bewegung:

Geschwindigkeit = Weg / ZeitV = Δs / Δt

b) ungleichförmige Bewegung:

ΔS verändert sich bei konstantem Δt

mittlere Geschwindigkeit = V = Δs / Δt

momentane Geschwindigkeit: lim (t->0) Δs / Δt = ds/dt

In der Chemie haben wir es mit Reaktionen zu tun.

→ Was könnte hier als Zeichen für die Reaktionsgeschwindigkeit ändern ?

A) Einfluss des Verteilungsgrades auf die Reaktionsgeschwindigkeit

V: Gleiche Volumina von Alkohol (Spiritus) wird in einer kleinen (oder einem engen Becherglas) und einer großen Verbrennungsschale (bzw. auf dem Lehrertisch) entzündet.

B: Der Alkohol im engen Becherglas brennt deutlich länger.

Warum brennt der Alkohol im Glas länger?

→ Die Kontaktfläche an der die Verbrennung stattfindet, ist im 2. Versuch größer.

Die Kontaktoberfläche Ethanol/Luft ist für die Reaktionsgeschwindigkeit entscheidend.

S: Die Reaktionsgeschwindigkeit dieser Verbrennung ist von Größe der Flüssigkeitsoberfläche abhängig, an der Luft und Alkohol in Kontakt stehen.

(Grund: O2 kann nur an der Oberfläche mit dem Ethanol reagieren)

  1. Welcher wichtige Umwelteinfluss könnte die Reaktionsgeschwindigkeit noch beeinflussen?
    • Temperatur
  2. Zeichne Kurven der Reaktionsgeschwindigkeit beider Verbrennungen in ein Diagramm

B) Einfluss der Temperatur:

  1. Die Reaktion von jeweils einem Mol Wasserstoff und Sauerstoff (Knallgasreaktion) dauert bei Raumtemperatur ca. 108 Jahre, bei 730 °C ca. 10-5 s. Erkläre den Unterschied.

Kinetische Energie in Abhängigkeit von der Temperatur

Mit zunehmender Temperatur nimmt bei chemischen Reaktionen die Anzahl der Teilchen mit höherem Energiegehalt (=höherer kinetischer Geschwindigkeit) zu. Dadurch nimmt die Anzahl der Zusammenstöße zu. Außerdem sind die Zusammenstöße „stärker“ (also energiereicher).

Bei geringen Temperaturen sind die Zusammenstöße hingegen weniger häufig und oft reicht auch die Energie der Zusammenstöße für einen Wirksame Reaktion nicht aus. So lässt sich ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff lange aufbewahren, ohne dass eine Reaktion stattfindet.

Damit im eben genannten Beispiel von Wasserstoff und Sauerstoff eine Reaktion stattfindet, muss ein Energiebetrag beim Zusammentreffen von Teilchen erreicht, bzw. überschritten werden, damit überhaupt eine Reaktion stattfinden kann.

C) Einfluss der Konzentration auf die Reaktionsgeschwindigkeit

- Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit, bei Abnahme der Konzentration (1/2)

V1: H2O2 und Bromwasser reagieren lassen:

50 ml H2O + 40 mL Bromwasser (Tipp: muss riechen!) dazu 20 mL 5%ige H2O2-Lösung zugeben und sofort in 10 s Abständen messen:

Reagenzglas mit seitlichem Ausgang (!) mit 10ml 2mol HCl und 3g Mg-Band (ca. 5cm) mit Schlauch und Kolbenprober

  • Die Gasentwicklung verläuft am Anfang schneller als am Ende.
  • Die Reaktionsgeschwindigkeit ist also nicht konstant, sondern ändert sich mit der Zeit.

In der Chemie interessiert uns in erster Linie die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit.

Umrechnung auf die umgesetzte Teilchenzahl: 1 mol eines Gases nimmt unter Normalbedingungen (0°C, 101325 Pa = 1013,25 mbar) ein Volumen von 22,41 L ein.

Also ergibt sich für die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit: V R = Δ n ( O 2 ) Δ t =)>>>

In unserem Versuch liegt eine heterogene Reaktion mit unterschiedliche Phasen vor!

Homogene Reaktionen laufen jedoch in einer Phase ab. (Beispiel?)

Bei homogenen Reaktionen steht die Teilchenzahl in direktem Zusammenhang mit der Konzentration:

Für die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit gilt hier also:

Man kann sie erfassen als Zunahme der Konzentration der Produkte, dann hat sie ein positives Vorzeichen, oder als Abnahme der Konzentration der Edukte, dann hat sie ein negatives Vorzeichen.

Momentane Reaktionsgeschwindigkeit:

Die in einem genügend kleinen Zeitraum gemessene mittlere Reaktionsgeschwindigkeit nennt man momentane Reaktionsgeschwindigkeit. Geschwindigkeit zu genau einem Zeitpunkt.

Zusammenfassung

  • Bei Reaktionen reagieren immer Edukte zu Produkten.
  • Die Reaktionsgeschwindigkeit misst man also durch die Entstehung der Produkte oder das „Verschwinden“ der Edukte.
  • Misst man das Verschwinden der Edukte, so erhält die Reaktionsgeschwindigkeit definitionsgemäß ein negatives Vorzeichen.
  • Von Interesse ist für Chemiker besonders die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit: vv = ∆V / ∆t
  • Messen lässt sich praktischerweise das Entstehen oder Verschwinden eines Volumens (bei Gasreaktionen) oder die Zunahme oder Abnahme der Stoffmenge (n) eines Teilchens, da die Stoffmenge zum Volumen in direkt proportionaler Beziehung steht: n = V0 / Vm (Vm =22,4 l/mol)
  • Für solche Reaktionen ist die Reaktionsgeschwindigkeit : vn = ∆ n/ ∆ t
  • Als dritte Methode kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Änderung von Stoffmengenkonzentration (c) gemessen werden (leicht in wässrigen Systemen durch z.B. passende Ionennachweise). Bei solchen Reaktionen ist die Konzentration der Stoffmenge direkt proportional: c = v/V(Lsg.), wobei V(Lsg) als konstant angenommen werden kann. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist also vc = ∆ c/ ∆ t.
  1. Nenne Möglichkeiten Reaktionsgeschwindigkeiten zu messen.
  2. Wovon hängt die Reaktionsgeschwindigkeit ab.
  3. Eine Zinkgranalie und die gleiche Masse an Zinkpulver reagieren Salzsäurea) a)Stelle die Reaktionsgleichung auf b) Was für ein Reaktionstyp liegt vor? c) Wie unterscheiden sich die Reaktionsgeschwindigkeiten
  4. Erkläre den Zusammenhang zwischen Oberfläche (Verteilungsgrad) und der Reaktionsgeschwindigkeit.
  5. Magnesium reagiert mit Salzsäure. Nach 1 min. misst man ein Wasserstoffvolumen von 30 mL. a) Stelle die Reaktionsgleichung auf und benenne alle Stoffe b) Bestimme die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit vr in mol/s
  6. Salzsäure reagiert auch mit Calciumcarbonat. Es bildet sich wiederum ein Gas. Nach 2min. wird eine Massenabnahme von 0,960 g gemessen. Berechne die mittlere Änderung der Stoffmenge des Kohlenstoffdioxids. M(CO2) = 44 g/mol
  7. Die Wasserstoffperoxidkonzentration einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung nimmt bei der folgenden Reaktion ab: 2 H 2 O ⟶ 2 H 2 O + O 2 Olongrightarrow 2H_<2>O+O_<2>> > Es liegen folgende Konzentrationen vor: c0 (H2O2) = 0,98 mol/l c1 (H2O2) = 0,74 mol/l Berechnen Sie den zugehörigen Zeitabschnitt, wenn die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit vr = -7,48 mol/l·s im betrachteten Zeitabschnitt ist.

Voraussetzungen für das Zustandekommen einer Reaktion - die Stoßtheorie

Damit Teilchen miteinander reagieren können, müssen diese

  • zusammenstoßen
  • eine genügend hohe Geschwindigkeit haben, um sich auch zu treffen (sie müssen also genug kinetische Energie haben)
  • die richtige räumliche Orientierung haben

Ist das Zusammentreffen beider Reaktionspartner wichtig, so ergibt sich:

Erhöht man jetzt die Konzentration, also die Dichte der Teilchen, so erhöht sich auch die Reaktionsgeschwindigkeit.

Herleitung über die Stoßzahl s:

Weitergehendes Beispiel:

AABB: 4 Möglichkeiten für Zusammenstöße

AAAABB: 8 Möglichkeiten für Zusammenstöße

AAAABBBB: 16 Möglichkeiten für Zusammenstöße

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist damit proportional dem Produkt der Konzentrationen der Stoffe A und B.


Hilfestellung zum Verständnis

Energie wird &ndash entgegen der landläufigen Redeweise &ndash im physikalischen Sinn nicht verbraucht, sondern nur umgewandelt, z. B. in Maschinen (1. Hauptsatz der Thermodynamik &ndash Energieerhaltung). Einem Benzinmotor wird also im Laufe eines Zyklus dieselbe Energiemenge in Form von Kraftstoff zugeführt, wie als Antriebsarbeit und Wärme abgeführt wird. Da auch die Antriebsarbeit durch Reibung schließlich in Wärme umgesetzt wird, landet am Ende der gesamte Energieinhalt des Kraftstoffes als Wärmemenge in der Umgebung, sieht man von eventuell in potentielle Energie oder mechanisch in Deformationsenergie umgewandelten Anteilen ab. Die Energie wurde also nicht verbraucht, sondern lediglich umgewandelt. Man benötigte also eine Größe, um die Arbeitsfähigkeit der Energie zu beschreiben, da die Energiemenge alleine nichts über die Arbeitsfähigkeit aussagt. So enthalten die Weltmeere theoretisch eine riesige Energiemenge. Da diese aber bei Umgebungstemperatur vorliegt, kann damit keine Arbeit geleistet werden.

Clausius fand nun heraus, dass man mit einer Energiemenge um so mehr Arbeit leisten kann, je höher die Temperatur ist, bei der sie der Maschine zugeführt wird (siehe Carnot-Wirkungsgrad). Am Beispiel des Motors wird die Kraftstoffenergie durch die Verbrennung dem Motor bei ca. 2000&ndash2500 °C zugeführt und verlässt ihn wieder bei ca. 50 °C durch den Kühler sowie über die Räder. Mit Hilfe der Gleichungen von Clausius kann man nun genau vorhersagen, wie viel Arbeitsleistung der Motor maximal erbringen könnte. Die zugeführte Energie hat dabei eine geringe Entropie, während die Abwärme eine hohe Entropie hat. Aus der Differenz lässt sich die mögliche Arbeitsleistung berechnen.



Commentaires:

  1. Sargent

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  2. Yozshunos

    message très utile

  3. Musa

    Tu te trompes. Je peux défendre la position. Écrivez-moi en MP.

  4. Muran

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  6. Vogor

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