Bilgi

2.II: Gibbs serbest enerjisi - Biyoloji

2.II: Gibbs serbest enerjisi - Biyoloji


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sabit basınç altında serbest enerji.

A. Gibbs serbest enerjisindeki değişiklikler (delta G), entalpi (delta H, gevşek ısı değişimi), entropi (delta S, gevşek düzensizlik).

Sabit basınçta, kendiliğinden bir reaksiyon (yani bu koşullar altında meydana gelen herhangi bir şey) negatif Gibbs serbest enerji değişimine sahip olacaktır.

B. Delta G ve hidrofobik etkileşimler.

Hidrofobik etkileşimler, sulu ve hidrofobik fazların ayrılması için entropideki pozitif bir değişiklik tarafından yönlendirilir. Bunun nedeni, hidrofobik bileşiklerle temas halinde olmadıklarında su moleküllerindeki düzensizliğin artmasıdır.


Yüksek basınç ve sıcaklıklarda CO2 faz diyagramının ab initio belirlenmesi

CO2 faz diyagramının deneysel çalışması, geniş metastabilite bölgelerine ve faz sınırlarının lokasyonunda büyük belirsizliklere yol açan güçlü kinetik etkiler tarafından engellenmektedir. Burada, CO2'nin çeşitli moleküler ve moleküler olmayan katı fazlarının Gibbs serbest enerjisinin ab initio hesaplamaları aracılığıyla CO2 faz sınırlarını belirliyoruz. Sıcaklık etkileri yarı-harmonik yaklaşıma dahildir. Önceki sonuçların aksine, moleküler olmayan fazlar ve faz V arasındaki sınırın pozitif bir eğime sahip olduğunu ve T = 0 K'da 21.5 GPa'da başladığını bulduk. 35'te faz IV, V ve sıvı faz arasında üçlü bir nokta bulunur. GPa ve 1600 K, moleküler olmayan fazlar için önceden düşünülenden daha geniş bir stabilite bölgesini gösterir. C02 -II ve C02 -IV fazları arasındaki deneysel olarak belirlenen sınır çizgisi, kinetik etkilerin bu geçişle ilgili olmadığını gösteren hesaplamalarımızla yeniden üretilir.

Geçtiğimiz yıllarda geniş çapta incelenen karbon dioksit (CO 2 ), ortam koşullarında basit moleküler formuna rağmen, amorf bir forma ek olarak deneysel olarak bildirilen yedi kristal yapıya sahip zengin bir polimorfizm sergileyen büyüleyici bir sistemdir (bkz. Şekil 1). Oda sıcaklığında moleküler gaz 7,5 MPa'da bir sıvıya dönüşür ve daha sonra 0,5 GPa'da C02-I'e katılaşır, uzay grubu P a ¯ 3 Simon-1980 Downs-1998 olan bir moleküler kristal. Ortam sıcaklığında basıncı daha da artırarak, CO2-I, minimum hacim değişikliği ile 10 GPa'nın üzerinde ortorombik faz III'e (Cm c a uzay grubu) dönüşür Aoki-1994. Yakın zamanda yapılan bir teorik çalışma, Gimondi-2017'nin P a ¯ 3 - C m c a geçişinin mikroskobik mekanizması hakkında bilgi sağlamıştır. 16 GPa ve ∼ 500 K Iota-2001 Gorelli-2004'ün üzerinde CO 2 -III'ün ısıtılması, faz II'ye dönüşüme yol açar. Ancak geçiş tersine çevrilemez: CO2-II, ortam sıcaklığında (yüksek basınçta) geri kazanılabilir, bu da CO2-III'ün yarı kararlı bir yapı olduğunu ve kararlı bir faz olmadığını gösterir Iota-2001 Santoro-2006. Başlangıçta geleneksel olmayan altı kat koordinasyonda karbonlu bir yapı olarak tanımlanan faz II, moleküler ve genişletilmiş katı form CO2 Yoo-2002 arasında bir ara durum olarak yorumlandı. Bununla birlikte, sonraki çalışmalar, bir ara bağlanma durumunun varlığını çürüttü ve faz II'nin yapısını, P 4 2 / m n m Datchi-2014 uzay grubu ile bozulmamış moleküllerden oluşan olarak tanımladı. CO 2 -II, Iota-2001 Santoro-2006 basıncına bağlı olarak 500 – 720 K aralığında ısıtıldığında CO 2 -IV'e dönüşür. Faz II'ye benzer şekilde, faz IV de başlangıçta bir ara bağlanma durumu Iota-2007 olarak yorumlandı. Ancak daha sonra deneysel olarak CO2-IV'ün hala iyi tanımlanmış lineer moleküllerden oluştuğu ve kristal yapısının R ¯ 3 c Datchi-2009 uzay grubu ile eşkenar dörtgen olduğu gösterildi. Daha yüksek sıcaklıklarda, CO2-I'nin 950 K'de 20 GPa'ya kadar ısıtılması ve sıkıştırılmasıyla CO2-I ve CO2-IV arasında bir ara faz gözlemlendi. Bu moleküler yüksek sıcaklıkta kararlı fazın (C02-I) kristal yapısı VII) uzay grubu C mca'ya aittir. Giordano-2007. CO2-VII ve CO2-III'ün aynı uzay grubuna sahip olmasına rağmen, Raman spektrumlarındaki ve kafes parametrelerindeki farklılıklar, yapılarının niteliksel olarak farklı olabileceğini düşündürmektedir Giordano-2007. Bununla birlikte, yakın zamanda yapılan bir teorik çalışma, CO2-III ve CO2-VII'nin aynı konfigürasyonel enerji minimumuna ait olduğunu ve CO2-III'ün, düşük sıcaklıkta Sontising-2017'de CO2-VII'nin yarı kararlı bir tezahürü olduğunu göstermiştir.

Moleküler olmayan CO2 -V fazı ilk olarak 40 GPa ve 1800 K Iota-1999'un üzerinde CO2 -III lazer ısıtması ile sentezlendi ve kristal yapısı, uzay grubu I ¯ 4 2 d ile kısmen çökmüş kristobalit benzeri bir yapıdır. Santoro-2012 Datchi-2012 . C02-II'yi 530 ve 650 K'da 50 GPa'ya sıkıştırarak, başka bir moleküler olmayan karbon dioksit formu (C02-VI) Iota-2007 elde edildi. Titreşim spektrumları, Lee-2009 katmanlı tetrahedral yapılarınkiyle tutarlıdır. Moleküler ve moleküler olmayan fazlara ek olarak, Santoro-2006 oda sıcaklığında 40 – 48 GPa basınç aralığında CO2-III'ün sıkıştırılmasıyla amorf bir karbondioksit formu (a-CO2) gözlemlendi. a-C02'nin mikroskobik yapısının 3- ve 4-kat koordineli karbon atomlarının bir karışımından oluştuğu gösterilmiştir Montoya-2008 . Son olarak, 30 ila 80 GPa arasındaki basınçlarda ve 1700 K'nin üzerindeki sıcaklıklarda, CO2-V'nin elementel karbon (elmas) ve oksijene (ϵ-O2) ayrıştığı rapor edilmiştir. Tschauner-2001 Litasov-2011. Bununla birlikte, yakın tarihli bir deneysel çalışma olan Dziubek-2018, yalnızca karbondioksitin ayrışmadığını değil, aynı zamanda CO 2 -V'nin moleküler olmayan karbon dioksit formlarının kararlı fazı olduğunu da gösterdi. Katı C02'nin bahsedilen tüm formlarını ve bunun bir sıvı haline geldiği bölgeyi içeren şu anda kabul edilen faz diyagramı Şekil l'de gösterilmektedir.

Şekil 1: Ref.'den uyarlanan yüksek basınçlı CO2 faz diyagramı. Datchi-2016 . Sarı, yeşil, mavi ve mor alanlar sırasıyla CO2'nin moleküler, moleküler olmayan, sıvı ve amorf formlarına karşılık gelir. Düz çizgiler termodinamik faz sınırlarına karşılık gelirken, kesikli çizgiler kinetik sınırlardır. Moleküler fazların üstündeki gölgeli bir alan, gerçek moleküler-moleküler olmayan sınırın mevcut olması gereken deneysel olarak sınırlandırılmış bölgeyi kapsar. İtalik isimler yarı kararlı fazları gösterir.

Ne yazık ki güçlü kinetik etkiler, CO2 faz sınırlarının deneysel olarak belirlenmesini engeller ve numunelerin küçük boyutu, yapı belirlemelerini zorlaştırır. Sonuç olarak, Şekil l'de rapor edilen faz sınırlarının doğası ve fazların stabilitesi ile ilgili birkaç açık soru kalır. Faz diyagramının moleküler kısmında açık sorular, düşük sıcaklıkta CO2-II ve CO2-III'ün nispi stabilitesini ve CO2-VII'nin doğasını, özellikle de CO2-III ile yapısal ilişkisini içerir. Daha yüksek basınçlarda temel sorulardan biri moleküler ve moleküler olmayan fazlar arasındaki faz sınırının yeridir. Molekülerden moleküler olmayana geçiş deneysel olarak yalnızca 40-50 GPa'nın üzerinde gözlemlenir, ancak moleküler olmayan CO2-V, Yong-2016 ortam basıncına kadar geri kazanılmıştır, bu da sınırın gerçek konumunun aşağıdakiler arasında herhangi bir yerde olabileceğini düşündürür. bu iki uç nokta (Şekil 1'deki gölgeli alan). Santoro et al. örneğin, oda sıcaklığında moleküler ve moleküler olmayan fazlar arasındaki sınırın yaklaşık olarak yarı yolda, 20 GPa Santoro-2004'te bulunduğu bir faz diyagramı önerin. Ayrıca, CO2-III ve moleküler olmayan yapılar arasındaki kinetik sınır, yani sıkıştırma üzerine dönüşümün meydana geldiği PT bölgesi, düşük sıcaklıkta Santoro-2009'da negatif bir eğime sahipken, temel termodinamik düşünceler, gerçek fazın eğiminin sınır pozitif Santoro-2004 olmalıdır. Ab initio elektronik yapı yöntemlerine dayanan düşük sıcaklıklarda moleküler/moleküler olmayan sınırın teorik belirlemeleri, CO2-II ve CO2-III'den moleküler olmayana giderken 18 ve 21 GPa aralığında geçiş basınçlarını tahmin eder. Oganov-2008 Gohr-2013 Yong-2016'yı oluşturur.

Bu yazıda, CO2'nin faz diyagramının teorik olarak belirlenmesini sonlu sıcaklıklara genişletiyoruz. Moleküler fazlar II, III ve IV ile moleküler olmayan faz V arasındaki faz sınırları, titreşimsiz enerjilerin yarı-harmonik yaklaşımda işlendiği serbest enerjilerin belirlenmesi için bir ab initio yaklaşımına dayalı olarak hesaplanır.

Şekil 2: Oda sıcaklığında CO2'nin (a) II, (b) III, (c) IV ve (d) V fazlarının basınç-hacim ilişkisi siyah düz çizgilerle gösterilmiştir. Her durum için, farklı aşamalar için deneysel (kırmızı daireler) ve teorik (mavi kareler, mor elmaslar ve sarı çarpılar) çalışmalardan bildirilen değerler de görüntülenir. Şekil 3: (a) CO 2 -II ve CO 2 -III (yeşil, yıldızlar), CO 2 -II ve CO 2 -IV (kahverengi, aşağı üçgenler) ve CO 2 -III ve CO 2 -IV arasındaki faz sınırları (eflatun, elmaslar). Iota ve diğerleri tarafından bildirilen önerilen sınırlar. Iota-2001 (deneysel) ve Bonev ve ark. Bonev-2003 (teorik), sırasıyla turuncu noktalı çizgi ve menekşe noktalı çizgi ile gösterilmiştir. (b) CO2-II (kırmızı, daireler), CO2-III (mavi, yukarı üçgenler) ve CO2-IV (gri, çarpılar) ve moleküler olmayan faz CO2-V arasındaki faz sınırları . Önceki çalışmalarda bildirilen kinetik bölgenin (gölgeli alan) önerilen sınırları da dahildir: Ref. Santoro-2004 (mor, noktalı çizgi) ve Ref. Santoro-2009 (turuncu kareler).

Ab initio elektronik yapı hesaplamaları, uçak için 200 Ry kinetik enerji kesintisi ile Quantum ESPRESSO paketi Giannozzi-2009 Giannozzi-2017'de uygulandığı gibi yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ve projektör artırılmış dalga (PAW) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. dalga temel seti. Değişim-korelasyon enerjisi için genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı (GGA), Perdew-Burke-Ernzerhof fonksiyonel Perdew-1996 kullanılarak uygulandı. Monkhorst-Pack yöntemi Pack-1976, Brillouin bölgesini örneklemek için k-noktası ızgaralarını oluşturmak için kullanıldı. Tüm yapısal parametrelerin değişken hücre optimizasyonu, 10 ila 70 GPa arasındaki basınç aralığında dört faz için gerçekleştirilmiştir. Sıfır sıcaklıkta fonon frekanslarını hesaplamak için doğrusal yanıt şeması Baroni-2001 içindeki yoğunluk fonksiyonel pertürbasyon teorisi (DFPT) kullanıldı. Sıfır noktası enerjisi ve Helmholtz serbest enerjisine sonlu sıcaklık katkıları, yarı harmonik yaklaşımda (QHA) Leibfried-1961 Baroni-2010 hesaplandı. Basınç-sıcaklık faz diyagramının oluşturulması için, farklı sıcaklıklardaki Helmholtz serbest enerjisi, 3. dereceden Birch-Murnaghan durum denklemine uydurulmuştur. Son olarak, Gibbs serbest enerjisi şu şekilde hesaplandı:

Yukarıdaki yaklaşımlarla elde edilen oda sıcaklığı durum denklemleri, Şekil 2'de C02-II, C02-III, C02-IV ve C02-V fazları için deneysel verilerle karşılaştırılır. Anlaşma mükemmel ve yaklaşımın geçerliliğini doğruluyor. Hesaplanan Gibbs serbest enerjilerine dayalı olarak oluşturulan faz sınırları Şekil 3'te gösterilmektedir.

Tartışmamıza faz diyagramının katı moleküler kısmının bir analizi ile başlıyoruz. Bu kısım, Şekil l'de sarı ile gösterilmiştir, moleküler faz I, II, III ve IV'ü içerir ve basınçtaki üst sınırı moleküler olmayan faza geçiş ile çakışır. Faz I ve diğer fazlar ile olan sınırları iyi bilindiği ve kısıtlandığı için, 12 GPa'dan daha yüksek basınçlarda özellikle faz II, III ve IV'e odaklanıyoruz. Entalpi-basınç ilişkilerine göre, sıfır noktası enerji katkısı olsun veya olmasın, T = 0 K'da CO2 -II, dikkate alınan basınç aralığında CO2-V'ye geçişe kadar en kararlı moleküler fazdır. Bu, faz I'in sıkıştırılmasından deneysel olarak elde edilen ortorombik Cm c a yapısının (faz III) gerçekten sadece yarı kararlı olduğunu gösterir. Bunun, daha önceki Iota-2001 Bonev-2003 raporlarıyla uyumlu olarak, sıfır nokta katkılarının dahil edilmesinden sonra bile geçerli olduğuna dikkat edin. Bununla birlikte, CO2-III, sonlu sıcaklıklarda CO2-II'den daha kararlı hale gelir (Şekil 3(a)'da yıldızlarla dolu yeşil çizgi). CO2-III ve CO2-II arasındaki geçiş sıcaklığı, güçlü bir basınca bağımlıdır ve moleküler olmayan faz sınırına yakın 1000 K'yi aşan değerlere ulaşır. CO2-II ve CO2-IV'ün serbest enerjilerini karşılaştırdığımızda, faz II ve IV arasındaki sınırın (Şekil 3(a)'da aşağı üçgenlerle düz kahverengi çizgi) Datchi-2009 deneysel verileriyle oldukça iyi uyuştuğunu bulduk. II-IV sınırının zayıf basınç bağımlılığı, faz II'nin stabilite bölgesini daraltır ve onu daha düşük sıcaklıklara doğru iter. Son olarak, CO2-III ve CO2-IV arasındaki sınırın (Şekil 3(a)'da elmaslı düz macenta çizgi) neredeyse dikey olduğunu ve bu da faz III'ün stabilite alanını daha dar bir basınç penceresiyle sınırladığını bulduk. diğer aşamalardan daha fazla. Şekil 4'te üç moleküler faz II, III ve IV için serbest enerji hesaplamasının sonuçlarını özetliyoruz. Faz I ve II, ortam ve daha düşük sıcaklıklarda CO2'nin tek kararlı moleküler fazıdır. Faz III ve IV'ün her ikisi de sıcaklıkla stabilize edilir ve II, III ve IV fazları 15 GPa ve 500 K'da bulunan üçlü bir noktada bir arada bulunur.

Bulgularımız Bonev ve arkadaşlarının simülasyonları ile uyumludur. Bonev-2003, Bonev-2003'ten sıcaklık stabilizesi olarak Cm c a fazını önerdi. Faz IV'ün yapısı o dönemde bilinmediği için Bonev ve ark. CO2-III için daha geniş bir kararlılık bölgesi önerdi. İlginç bir şekilde, Şekil 3(a)'da görülebileceği gibi, hesaplamalarımızdan elde edilen CO2-III'ün P − T kararlılık bölgesi, CO2'nin sözde faz VII'si için rapor edilen kararlılık bölgesi ile büyük bir örtüşmeye sahiptir. Giordano-2007. Yakın tarihli bir teorik çalışma, faz III ve VII'nin aslında aynı kristal yapıya sahip olduğunu göstermiştir (uzay grubu C m c a ) Sontising-2017 . Bu nedenle, faz VII'nin rapor edildiği P-T bölgesinde faz III'ün stabil olduğunu teyit ediyoruz. Bu bölgenin dışında faz III'ün gözlemlenmesi (örneğin, faz I'in sıkıştırılmasının bir sonucu olarak çevre koşullarında) bu nedenle kinetik etkilere atfedilmelidir.

Şimdi moleküler fazlar ve moleküler olmayan faz-V arasındaki sınıra dönüyoruz (Şekil 3 (b)). Sıfır sıcaklıkta CO2-II ve CO2-V arasındaki faz sınırının 20.8 GPa'da olduğunu bulduk. (Yarı kararlı) CO2-III ve CO2-V arasındaki geçiş, bunun yerine, kinetik etkilerin yokluğunda 21.5 GPa'da gerçekleşecektir. Bu, önceki teorik çalışmalarla iyi bir uyum içindedir Oganov-2008 Gohr-2013 Yong-2016 . Moleküler fazlar ve CO2-V arasındaki faz sınırları, moleküler yapının seçimine karşı oldukça duyarsızdır ve daha önce Santoro-2004'te önerildiği gibi hepsinin pozitif bir eğimi vardır. Moleküler olmayan fazların moleküler olanlardan daha yoğun olduğu göz önüne alındığında, pozitif bir eğim, molekülerden moleküler olmayana geçişte entropinin azalması anlamına gelir. Moleküler olanlarla karşılaştırıldığında, moleküler olmayan yapının sertliği göz önüne alındığında, bu beklenmedik bir durum değildir. Geçiş boyunca hesaplanan hacim ve entropi sıçramalarımız bu resmi doğrulamaktadır, bkz. tablo 1 . Deneysel olarak belirlenen erime hattını kullanarak, hesaplamalarımız IV ve V fazları ile 35 GPa ve 1600 K'de sıvı faz arasında üçlü bir nokta gösterir. Bu nedenle hesaplamalar moleküler CO2'nin 35 GPa kadar yüksek basınçlara kadar kararlı olabileceğini düşündürür, yüksek sıcaklıkta.

Şekil 4: Yüksek basınç ve sıcaklıkta karbon dioksit için teorik faz diyagramı. Hesaplanan faz sınırlarımız düz siyah çizgilerle gösterilirken, daha önce bildirilen termodinamik sınırlar gri renkte gösterilir. Sarı, yeşil ve mavi bölgeler, CO2'nin moleküler, moleküler olmayan ve sıvı formlarına karşılık gelir.

Özetle, C02'nin çeşitli moleküler ve moleküler olmayan katı formları için yarı-harmonik yaklaşımda sonlu sıcaklık teorik hesaplamalarını sunduk. Hesaplamalar, kinetik etkiler ve metastabilite nedeniyle deneysel belirsizlikleri ve tutarsızlıkları çözmeyi amaçladı. Moleküler olmayan fazlar ve faz V arasındaki sınırın pozitif bir eğime sahip olduğunu ve T = 0 K'da 21.5 GPa'da başladığını bulduk. Ayrıca faz diyagramının faz IV, V ve sıvı faz arasında üçlü bir nokta gösterdiğini bulduk. 35 GPa ve 1600 K. Bu, moleküler olmayan fazların daha önce bildirilenden daha geniş bir stabilite bölgesine sahip olduğunu gösterir. C02 -II ve C02 -IV arasındaki bilinen termodinamik sınır çizgisini yeniden üretebildik, bu da kinetik etkilerin bu geçişle ilgili olmadığını doğruladı. Son olarak, faz II'nin düşük sıcaklıklarda en kararlı moleküler faz olduğu gösterildi ve kararlılık bölgesini faz III'ün deneysel olarak rapor edildiği her P - T koşuluna kadar genişletti. Bununla birlikte, sonuçlarımız ayrıca CO2 -III'ün yüksek sıcaklıkta stabilize olduğunu ve stabilite bölgesinin, faz VII'nin deneysel olarak bildirildiği P - T koşullarıyla çakıştığını, bu da faz III ve faz VII'nin gerçekten aynı olduğunu ima ettiğini göstermektedir.

HP10CVCCDOB teklifi kapsamında hesaplama süresinin sağlanması için CINECA'nın ISCRA programını kabul ediyoruz. B.H.C-O, yüksek lisans bursu için COLCIENCIAS'a teşekkür eder, ayrıca ICTP STEP programının desteğini minnetle kabul eder. REÇEL. Universidad de Cartagena'nın Vicerrectoría de Investigaciones'ine, Grupo de Modelado Computacional'ın (COL0101016) iç hibeler yoluyla verdiği destek için teşekkür ederiz.


Orijinal Araştırma Makalesi

Maria Hermann 1 , Atilla Teleki 1 , Sandra Weitz2 , Alexander Niess 1 , Andreas Freund 1 , Frank Robert Bengelsdorf 2 , Peter Dürre 2 ve Ralf Takors 1*
  • 1 Biyokimya Mühendisliği Enstitüsü, Enerji-, Proses- ve Biyo-Mühendislik Fakültesi, Stuttgart Üniversitesi, Stuttgart, Almanya
  • 2 Mikrobiyoloji ve Biyoteknoloji Enstitüsü, Doğa Bilimleri Fakültesi, Ulm Üniversitesi, Ulm, Almanya

Clostridium ljungdahlii (C. ljungdahlii, CLJU) doğal olarak asetik asit, 2,3-bütandiol ve etanol tüketen CO gaz karışımları üreten bir donanıma sahiptir.2, CO ve H2 (sentez). Burada, sentez gazı bazlı izobütanol oluşumunu kullanarak sunuyoruz. C. ljungdahlii hücre içi KIV'yi izobütanole dönüştüren yolun rekombinant amplifikasyonunu barındırır. Ototrofik izobütanol üretimi, 3-L'lik gazlı ve karıştırılmış biyoreaktörlerde iki farklı suş analiz edilerek incelenmiştir. Fizyolojik karakterizasyon, metabolik profilleme ve akı dengesi analizi ile birlikte kapsamlı bir şekilde uygulandı. Bunun için, KIV ve piruvat arzı, CLJU[KAIA]'da ön izobütanol oluşumunu 0,02 g L 𠄱 ile sınırlayan anahtar darboğaz önleme öncüleri olarak tanımlandı. CLJU[KAIA]'da valin sentezinin ek blokajı:ilve 6.5 faktörü ile artan izobütanol üretimi sonunda 0.13 g L 𠄱'e ulaştı . Gelecekteki metabolik mühendislik, NADPH mevcudiyetini daraltmaya odaklanmalıdır, oysa NADH arzı mevcut nesil suşlarda zaten dengelenmiştir.


“BİYOKİMYADAKİ ANAHTAR KAVRAMLAR”IN MESLEKTAŞ YARDIMIYLA TANIMLANMASI

Bu süreçteki ilk adım, çalışan biyokimyacıların biyokimyadaki anahtar kavramları ne olarak düşündüklerini belirlemekti.

Anket Gerekçesi ve Metodolojisi

Tasarladığımız bir anketi tamamlamak için iki büyük, araştırma yoğun Avustralya üniversitesinden (Queensland Üniversitesi ve Sidney Üniversitesi) 120 bilim akademisyenini referans grubu olarak seçtik. Bu akademisyenler, bölüm adlarına biyokimyanın dahil edilmesine veya beyan edilen araştırma ve öğretim güçlü yönlerine göre seçilmiştir. Çoğu durumda, çalışma yazarları referans grubunun üyelerini şahsen tanıyordu ve biyokimyadaki öğretim ve/veya araştırma programlarının farkındaydılar. Bu bilgi, seçim kriterlerinin bir parçası olarak kullanıldı. Tüm akademisyenler, biyokimya veya ilgili bir biyoloji veya kimya disiplininde doktora derecesine sahiptir.

Potansiyel katılımcıları bir Survey Monkey bağlantısına (http://www.surveymonkey.com/s/LRFDK9K) erişmeleri için e-posta yoluyla davet ettik. Bu bağlantıdaki anket, “Biyokimyanın Temelleri” başlıklı bir soru seti verdi. Sorular Tablo I'de gösterilmektedir. Katılımcılar yanıtlarına bir iletişim e-posta adresi eklemeyi seçebilirler, ancak buna sonuçların işlenmesi sırasında erişilmemiştir. Başka hiçbir tanımlayıcı bilgi toplanmadı. Tanımlanamayan veriler, birinci ve ikinci yazarlar (SLR ve CAS) tarafından bağımsız olarak işlendi. Bu çalışmanın yazarları anketi tamamlamadı.

Soru metni Cevap seçenekleri Verilen cevaplar
1) Üniversitede biyokimya okudunuz mu? A) Hiç 5 (13.9%)
B) 1-2 yıl 13 (36.1%)
C) 3-4 yıl 11 (30.6%)
D) 5 yıl ve üzeri 7 (19.4%)
2) Biyokimya üniversitede ana dalınız mıydı? Cevabı aç %62'si kendilerini biyokimya alanında büyük, doktora veya doktora sonrası çalışma yapmış olarak tanımladı.
3) İşinizde biyokimyasal kavramlar veya teknikler kullanıyor musunuz? A) Her zaman 24 (66.7%)
B) Oldukça sık 8 (22.2%)
C) Bazen 2 (5.6%)
D) Nadiren 2 (5.6%)
E) Hayır 0 (0%)
4) Lütfen biyokimyanın merkezi olduğunu düşündüğünüz üç ila beş kavramı listeleyin. Cevabı aç Tablo II'ye bakın
5) Yukarıdaki Q4'te listelediğiniz kavramlardan hangisi biyokimyada EN ÖNEMLİDİR? Cevabı aç Tablo III'e bakın

Anket Sonuçları ve Analizi

Anket sonuçlarından elde edilen demografik veriler Tablo I'de gösterilmektedir. toplamdao 36 akademisyen anketi tamamladı. Ankete katılanların %85'inden fazlası üniversite (derece veren kolej) düzeyinde en az 1 yıl resmi olarak biyokimya okudu ve katılımcıların %62'si kendilerini biyokimya alanında büyük, doktora veya doktora sonrası çalışma yapmış olarak tanımladı. Ankete katılanların %88'inden fazlası, işlerinde "oldukça sık" veya "her zaman" biyokimyasal kavramları veya teknikleri kullandıklarını söyledi.

Katılımcılar, “lütfen biyokimyanın merkezi olduğunu düşündüğünüz üç ila beş kavramı listeleyin” sorusuna toplam 142 yanıt verdiler. Katılımcıların soruyu yanıtlamaya yeterli olmadıklarını belirtmeleri (bunu iki kişi yaptı) dışında, tüm bu yanıtları veri setimizin bir parçası olarak değerlendirdik.

Yanıtları gözden geçirirken, yanıtların birçoğunun kavramlardan ziyade içerik olarak sınıflandırılabileceğini not ettik.

bağımsız, bağlamından arındırılmış bir öğe olarak öğretilebilecek bir konuyu veya gerçeği tanımlayan kelimeler veya ifadeler ve

Ayrık gerçekleri ve becerileri bağlamayan, açıkça anlam vermeyen veya bağlamsallaştırmayan kelimeler veya deyimler.

Bu kriterlerin her ikisini de memnun olup olmadıklarını ölçmek için yanıtlara uyguladık. Örneğin, "şeker kimyası" terimi, biyolojide olayların nasıl veya neden gerçekleştiğine dair bir fikir veren bağlamsallaştırılmış bir ifade olmadığı için içeriği örneklemiştir. bir hücre veya organizmanın biyokimyası. Benzer şekilde, “proteinler”, “metabolizma” ve “merkezi dogma” gibi tekil sözcüklerin gönderimlerini “içerik” olarak kabul ediyoruz çünkü bunlar bağlamından koparılmış, soyutlamadan yoksun ve daha geniş anlamlarında sınırlı.

Biyolojide olayların nasıl veya neden olduğuna dair bir fikir veren kelimeler, deyimler veya cümleler ve

Ayrık gerçeklere ve becerilere anlam ve bağlantı veren kelimeler, deyimler veya cümleler ve

birden fazla içerik alanının soyut bir şekilde anlaşılmasını gerektiren kelimeler, deyimler veya cümleler.

Kriter (iii), Webster'ın "soyut" sözlük tanımını "maddeden ayrılmış belirli bir nesneye herhangi bir uygulamadan ayrı düşünülen" bir şey olarak kullanır [20 ].

Örneğin, şekerlerle ilgili bir kavram "şekerler biyolojik sistemlerde bir enerji kaynağıdır" olabilir, çünkü bunun öğretilmesi şeker kimyası, genel metabolizma ve canlı sistemlerde termodinamiğin rolüne soyut bir bağlantının bütünleşik bir tartışmasını gerektirecektir. Bu ifade aynı zamanda soyuttur, çünkü enerji biçimleri arasındaki dönüşümün genel ilkesine atıfta bulunur. Bu dönüşüm, öğrenciler biyomoleküllerdeki elektronların rolü hakkındaki temel fikirleri kavrayana kadar kolayca anlaşılmayacaktır. Proteinlerle ilgili bir kavram, "bir proteinin işlevi, zayıf ve güçlü bağların düzenlemeleri tarafından yönlendirilir" olabilir. Yine bu ifade, anlaşılması için birden fazla fikrin veya içerik alanının entegrasyonunu gerektiren “nasıl” ve “neden” bilgisini verir.

Yanıtların tümü, bir şekilde kısaltılmış biçimde Tablo II'de sunulmaktadır. “Metabolizma”, “merkezi dogma” ve “moleküler etkileşimler” gibi birçok alandan tekrar tekrar bahsedildi. Bunlar, kaç kez bahsedildiğini gösteren bir sayı ile tek bir fikir olarak Tablo II'de rapor edilmiştir.

# Cevap
18 Moleküler tanıma ve etkileşimler (reseptör-ligand bağlanması dahil), sinyal iletimi, etkileşimlerde afinitelerin rolü.
14 Metabolizma (karmaşık biyomoleküller için parçalanma ve sentez yolları).
14 Merkezi dogma DNA replikasyonu/transkripsiyon/çeviri/protein işleme. Protein üretimi, düzenlenmiş gen ekspresyonu ile ilgilidir.
11 Enzimlerin düzenlenmesi, yapısı ve işlevi dahil olmak üzere enzim katalizi.
11 Hücresel sistemler dinamik (termodinamik değil) dengededir. Termodinamik olarak uygun bir reaksiyon mutlaka kendiliğinden ilerlemeyecektir. Entropi. (Biyo)kimyasal reaksiyonlar için reaksiyon kinetiği, enerji ve hız denklemleri.
11 Yiyecek, depolanan alt tabakalar ve ışık, enerji para birimine dönüştürülür. Bu para birimi, biyokimyasal ve hücresel süreçleri yürütmek ve düzen oluşturmak için kullanılır.
10 Yapı ve işlevle ilişkisi. Proteinler, hücrenin temel işlevlerini yerine getirir. Moleküler makineler ve işlevlerini gerçekleştirmek için nasıl çalıştıkları.
9 Biyokimya, analitik ve nicel ölçümler, tahliller ve analizler için araçlar sağlar. Yapısal biyoloji önemlidir.
8 Biyomoleküllerin kimyasal yapısı (kimyasal yapılar ve 3 boyutlu yapı).
8 Biyokimya, biyolojik bir ortamda kimyadır. Aynı temel ilkeler geçerlidir (örneğin: organik kimya kuralları ve redoks, kinetik, termodinamik ve denge gibi kimyasal kavramlar).
6 Çözünen madde olarak suyun rolü de dahil olmak üzere hücre boşluklarının ve bileşenlerinin bölümlere ayrılması ve bölümlenmesi.
6 Membran biyolojisi (zarların özellikleri ve asimetrisinin biyokimyasal süreçleri nasıl tanımladığı ve düzenlediği).
5 Düzenlenmiş yollar ve ağlar fikri ve hastalık sırasında bozulmaları.
4 Bilginin depolanması, iletilmesi ve yapıya dönüştürülmesi.
4 Moleküllerin yüklere, hidrofilikliğe, hidrofobikliğe vb. dayalı şekilleri ve etkileşimleri. Biyomoleküler üçüncül yapıya, zayıf moleküller arası etkileşimler hakimdir, oysa omurgalar güçlü bağlardan oluşur. Yapılar dinamiktir.
2 Protein fonksiyonunun düzenlenmesi ve modifikasyonu (allosterizm, fosforilasyon, sinyal iletimi, vb.).
2 Moleküler düzeyde hücresel yapılar (nükleer zarf, ER, Golgi, aktin lifleri, prokaryot yapıları).
2 Hücrenin düzgün işlevini (homeostaz) sürdürmek için doğru pH ve tuz konsantrasyonu gereklidir.
1 Evrim ve seçim baskısı.
1 Sistemin toplu özelliklerine karşı moleküler düzeyde ne olduğu fikri.

Katılımcılar, “biyokimya için en önemli” olarak tanımladıkları 39 kavram ve fikir sundular. Bunların bir özeti Tablo III'te gösterilmektedir. Yine birçoğu kavramdan çok içerik olarak düşünülebilir.

Kavram ve örnek sayısı
Protein yapısı ve işlevi (8)
Moleküler tanıma (7)
merkezi dogma (6)
Enzim aracılı kataliz (4)
Bilgi akışı (2)
Enerji akışı (2)
Temel kimyasal kavramlar (2)
Biyosentetik yollar (2)
Homeostaz ve akış (2)
Biyokimyada laboratuvar yaklaşımları (1)
Biyomoleküllerin yapısı (proteinler, nükleik asitler, lipidler, şekerler) (1)
Su, yaşamın kimyası için gereklidir (1)
Canlı organizmalar enerjiyi nasıl dönüştürüyor ve biyolojik düzeni nasıl oluşturuyor (1)
  • Bu analiz için fikirler, terimler ve kavramlar gruplandırılmıştır. Parantez (x) içinde bir sayının takip ettiği ifadeler, kelimeler veya fikirler, yanıt kümesinde “x” kez göründü.

Cevaplardaki en önemli kelimeler hakkında bir fikir edinmek için (sık kullanılan fikirlerden ziyade), Soru 4 ve 5'teki cevaplardaki tüm kelimeleri derledik ve kullanım sıklığına göre haritalandırdık (Şekil 1). En sık kullanılan kelime “protein” (30 örnek), ardından “yapı” (22 kullanım), ardından “fonksiyon” (17 kullanım) oldu. Şekil 1'de gösterilen tüm kelimeler veya terimler cevaplarda en az üç kez kullanılmıştır.

“Biyokimyadaki temel kavramlar” yanıtlarında sıkça kullanılan kelimeler. Kelime ne kadar büyük olursa, o kadar sık ​​kullanılırdı. Bu diyagramı elde etmek için, Q4 ve Q5'teki (Tablo I) havuzlanmış yanıtları içeren düzenlenmiş bir metin dosyası wordle.net kullanılarak işlendi. Yanıtlar Wordle'a (http://www.wordle.net/) eklenmeden önce, "at", "the" ve benzeri yaygın sözcükler kaldırıldı. Metin, negatifleri (ör. "toplu mülk değil" gibi terimler) ve bilimle ilgisi olmayan kelimeleri (ör. "Bunu düşünüyorum" veya "Sık kullanırım") kaldıracak şekilde düzenlendi. Bazı kelime çiftleri, düzenli olarak birlikte oluştuklarını belirtmek için tirelenmiştir (örneğin: amino asit). Çoğul, zaman ve yazımları normalleştirmek için bazı kelimeler değiştirildi. Bu görsele yalnızca yanıtlarda üç veya daha fazla kez kullanılan kelimeler dahil edilmiştir.

Anket katılımcılarımızın biyokimyadaki ana konuları doğru bir şekilde yansıtan girdiler sağladığından memnunduk; yanıtları, ders kitabı içindekiler tablosuna bakarak elde ettiğimiz içerik alanlarına benzer kelime ve ifadeler içeriyordu ve bunlar aynı zamanda Voet tarafından özetlenen biyokimya için temel müfredat et al. [ 14 ]. Ancak, sonuçlardan kavramsal bir perspektif çıkarmak bize kaldı.


Şekil 2. (sol) WT-DHFR'nin Yapısı (PDB kodu 1RX2), mavi renkte folat ve NADP kırmızı renkte. Dinamik ağda yer alan artıklar turuncu kürelerdir, daha yüksek organizmalardaki yerleştirme bölgeleri yeşil kürelerdir (α-karbonlar). Metinde tartışılan M20 ve I14 çubuklardır. Bir ok, hidritin nikotinamidin C4'ünden folatın C6'sına kadar olan yolunu gösterir. (orta) Reaktanlara göre I14'ün konumu. (sağda) MD hesaplamaları iç kısmından DAD'lerin dağılımı, WT ecDHFR (kırmızı), I14V (yeşil), I14A (mavi) ve I14G (mor) için içsel H/T KIE'lerinin (bir log ölçeğinde) bir Arrhenius grafiği. (13) Çizgiler, denklem 4.(5)'e göre doğrusal olmayan regresyonu temsil etmektedir. Referans 13'ten alınan izinle uyarlanmıştır. Copyright 2012 American Chemical Society.

Timidilat Sentaz (TSaz)


5. Sonuçlar

Özetle, teorik gözlemler, hem elektronik hem de sterik etkilerin, bir Tl≡P üçlü bağı içeren moleküllerin ve buna karşılık gelen çift bağlı izomerlerin nispi stabilitesini belirlediği fikrini güçlü bir şekilde desteklemektedir. Şekil 1'de şematik olarak gösterilen basit bağlanma modelleri, bağlanma karakteri Tl ile sembolize edilen model [I]'yi göstermektedir. P, küçük ikameler içeren RTl≡PR türlerindeki üçlü bağı daha iyi yorumlar. Bağlanma özelliği Tl olarak belirtilen Model [II] P, hacimli ligandlar içeren R'Tl≡PR' moleküllerindeki üçlü bağı daha iyi tanımlar (Şekil 6). However, regardless of whether the substituents in triply bonded RTl≡PR compound are large or small, their Tl≡P triple bonds are quite weak. Two effects can explain these phenomena. The different sizes of the p orbitals in the Tl and P elements mean that their overlapping populations are pretty small and the lone pair of the phosphorus atom has significant amount of s character, which results in poor overlaps between thallium and phosphorus. It is hoped that the results of experimental synthesis and structural characterization will confirm these predictions.

5. Energy-requirement of carboxylation reactions

In general, all carboxylation reactions were calculated to be endergonic (Δ G tepki >0) thus corroborating the notion of an energetically unfavourable uphill direction, which includes all major types of CO2 acceptors: aldehydes, amines and aliphatic acidic C–H and (hetero)aryl C–H acceptors within a range of +5 to +18 kcal mol −1 (Table S1, ESI†). This trend was only inverted in the case of activated acceptor substrates. Whereas carboxylation of phenylphosphate (going in hand with phosphate ester hydrolysis ) turned out to be approximately thermoneutral, the carboxylation of a highly strained oxirane and an activated alkene were found to be strongly exergonic (−19 and −8 kcal mol −1 , resp.).


Chemistry (Grades 9&ndash12) Subtest 2

Understand the principles of thermodynamics as applied to chemical systems.

  • analyzing energy changes due to the formation or breaking of chemical bonds
  • analyzing energy changes during chemical reactions, including the analysis of enthalpy diagrams
  • solving problems involving calorimetry
  • analyzing energy changes involved in phase transitions, dissolving solutes in solvents, and diluting solutions

Understand the relationship between thermodynamics and spontaneous chemical reactions.

  • predicting the spontaneity of given chemical reactions
  • analyzing the effect of changes in temperature, enthalpy, and entropy on the spontaneity of chemical reactions
  • analyzing the relationship between Gibbs free energy and electrochemical cell potential

Understand the behavior of gases.

  • demonstrating knowledge of kinetic-molecular theory
  • predicting qualitatively the effect of changes in temperature, pressure, and quantity of gas on an ideal gas system
  • using the ideal gas law to solve quantitative problems involving ideal gas systems

Copyright © Pearson Education, Inc. or its affiliate(s). Her hakkı saklıdır.
Pearson, 300 Venture Way, Hadley, MA 01035


Chemistry (Grades 9&ndash12)

According to the information shown, what is the best estimate of the enthalpy change for this reaction?

Answer to question 1

Question 2

According to the standard enthalpy of formation data shown, what is the standard enthalpy change for the reaction between H2(G) and Br2(G)?

  1. &minus67.20 kJ negative 67.20 kilojoules
  2. &minus72.58 kJ negative 72.58 kilojoules
  3. &minus103.49 kJ negative 103.49 kilojoules
  4. &minus394.33 kJ negative 394.33 kilojoules

Answer to question 2

Question 3

A chemical equation reads as follows
Capital N lowercase I, solid, reacts with two capital H superscript positive one, aqueous, to produce capital N lowercase I superscript positive two, aqueous, and capital H subscript two, gas.

In the reaction shown above, 2 mol two moles of electrons are transferred to H + and the standard electrochemical cell potential is 0.25 V. zero point two five volts Based on this information, what is the value of the standard Gibbs free energy change for this reaction?

  1. &ndash12 kJ/mol negative 12 kilojoules per mole
  2. &ndash24 kJ/mol negative 24 kilojoules per mole
  3. &ndash48 kJ/mol negative 48 kilojoules per mole
  4. &ndash220 kJ/mol negative 220 kilojoules per mole

Answer to question 3

4. soru

The hypothetical chemical process shown is spontaneous even though the chemical reaction represents a decrease in entropy. According to the second law of thermodynamics, which of the following must be occurring to make the overall process spontaneous?

  1. The reaction is in a state of equilibrium.
  2. The entropy of the surroundings is increasing.
  3. The reaction is being performed at 25°C.
  4. The entropy of the universe is decreasing.

Answer to question 4

5. soru

5. A reaction with &DeltaH° = 45.0 kJ/mol and &DeltaS° = 72.1 J/K&bullmol is nonspontaneous at 298 K. Which of the following temperatures is the lowest temperature at which the reaction will be spontaneous?

Answer to question 5

Question 6

6. According to the Gibbs free energy equation, a chemical reaction is spontaneous at all temperatures under which of the following conditions?

  1. &DeltaH < 0, &DeltaS > 0 delta H is less than 0, delta S is greater than 0
  2. &DeltaH > 0, &DeltaS > 0 delta H is greater than 0, delta S is greater than 0
  3. &DeltaH < 0, &DeltaS < 0 delta H is less than 0, delta S is less than 0
  4. &DeltaH > 0, &DeltaS < 0 delta H is greater than 0, delta S is less than 0

Answer to question 6

Question 7

7. One mole of helium is placed in a sealed flask at 1.00 atm and 0°C. Assuming the helium in the flask behaves as an ideal gas, which of the following changes will lead to an increase in gas pressure within the flask?

  1. adding more helium to the flask
  2. decreasing the temperature to &minus negative 15 ° degrees C
  3. transferring the helium to a larger sealed flask
  4. removing one-half of the helium from the flask

Answer to question 7

Question 8

8. An ideal gas in a 1.00 L sealed vessel at 1.00 atm and 25.0°C has a mass of 1.78 g. What is the molar mass of this gas?

Answer to question 8

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: D. (Objective 0011) The following equation can be used to determine the molar mass of a gas: . The temperature and pressure are given for this ideal gas system and the ideal gas constant has a known value. The given temperature must be converted into kelvins before being substituted into the molar mass equation. The density of the gas can be calculated from the given mass and volume . When these values are entered into the molar mass equation, the molar mass of the gas is calculated to be 43.5 g/mol. Correct Response: D. (Objective 0011) The following equation can be used to determine the molar mass of a gas: molar mass equals start fraction numerator density times ideal gas constant times temperature denominator pressure end fraction. The temperature and pressure are given for this ideal gas system and the ideal gas constant has a known value. The given temperature must be converted into kelvins before being substituted into the molar mass equation. The density of the gas can be calculated from the given mass and volume open parenthesis density equals start fraction numerator one point seven eight g denominator one point zero zero l end fraction close parenthesis. When these values are entered into the molar mass equation, the molar mass of the gas is calculated to be 43.5 g slash mol.

Question 9

9. If a series of different gases is allowed to effuse under the same conditions of temperature and pressure, which of the following statements correctly compares the rate of effusion of two of the gases?

  1. Ne will effuse one-fifth as fast as He. capital N lowercase E will effuse one fifth as fast as capital H lowercase E.
  2. He will effuse at the same rate as Ne. capital H lowercase E will effuse at the same rate as capital N lowercase E.
  3. Ö2 will effuse 2 times faster than H2. capital O subscript 2 will effuse 2 times faster than capital H subscript 2.
  4. H2 will effuse 4 times faster than O2. capital H subscript 2 will effuse 4 times faster than capital O subscript 2.

Answer to question 9

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: D. (Objective 0011) The rate of effusion is the speed at which gaseous particles separate. It is determined by a gas law related to kinetic molecular theory known as Graham's law. Since the two gases have the same temperature conditions, according to kinetic molecular theory, they must have the same average kinetic energy, which is represented as: 0.5mÖv 2 Ö = 0.5mHv 2 H where m is mass and v is velocity. Then, to isolate the velocities on one side of the equation: mÖv 2 Ö = mHv 2 H mÖ/mH = v 2 H/v 2 Ö = vH/vÖ Plugging in the molecular weights of O2 ve H2 verir , which yields . Correct Response: D. (Objective 0011) The rate of effusion is the speed at which gaseous particles separate. It is determined by a gas law related to kinetic molecular theory known as Graham's law. Since the two gases have the same temperature conditions, according to kinetic molecular theory, they must have the same average kinetic energy, which is represented as one-half the mass of O times the velocity of O squared equals one-half of the mass of H times the velocity of H squared. Then, to isolate the velocities on one side of the equation first get the mass of O times the velocity of O squared equals the mass of H times the velocity of H squared. Then, the mass of O divided by the mass of H equals the velocity of H squared divided by the velocity of O squared. Next, the square root open parenthesis of the mass of O divided by the mass of H close parenthesis equals the velocity of H divided by the velocity of O. Plugging in the molecular weights of capital O subscript 2 and capital H subscript 2 gives the square root of open parenthesis 32 divided by 4 close parenthesis, which yields the square root of 16 or 4.

Soru 10

10. Use the equation below to answer the question that follows.

C3H7OH (ℓ) + Ö2(G) &rarr 3CO2(G) + 4H2Ö(G) capital C subscript 3 capital H subscript 7 capital O H liquid plus nine halves capital O subscript 2 gas yields 3 capital C O subscript 2 gas plus 4 capital H subscript 2 capital O gas

Which of the following equations represents the approximate enthalpy change for this reaction at constant temperature and pressure?

  1. &DeltaE &minus RT delta E minus twenty-three halves times R T
  2. &DeltaE &minus RT delta E minus three halves times R T
  3. &DeltaE &minus RT delta E plus five halves times R T
  4. &DeltaE &minus RT delta E plus twenty-one halves times R T

Answer to question 10

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: C. (Objective 0011) According to the first law of thermodynamics: &DeltaE = Q + w. In a gaseous system, gases do work (w) according to –P&DeltaV. Therefore, with the ideal gas equation, w also equals – &DeltanGRT, where &DeltanG = ngas, product &eksi ngas, reactant. Bunlara ek olarak, Q = &DeltaH at constant pressure. yerine koyma Q ve w in the first law of thermodynamics yields &DeltaE = &DeltaH &minus &DeltanGRT. Therefore, solving this equation for the reaction system given: &Deltang = (3 + 4) &minus = . Plugging this back into the derived equation gives &DeltaH = &DeltaE + RT. Correct Response: C. (Objective 0011) According to the first law of thermodynamics delta E equals q plus w. In a gaseous system, gases do work w according to negative P times delta V. Therefore, with the ideal gas equation, w also equals minus delta n of gas times R T, where delta n of gas equals n of gaseous product minus n of gaseous reactant. Additionally, q equals delta H at constant pressure. Substituting for q and w in the first law of thermodynamics yields delta E equals delta H minus delta n of gas times R T. Therefore, solving this equation for the reaction system given delta n of gas equals open parenthesis 3 plus 4 close parenthesis minus nine halves equals five halves. Plugging this back into the derived equation gives delta H equals delta E plus five halves times R T.

Question 11

11. The widely different melting points of CaCl2 and CH4 capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two and capital C capital H subscript four shown in the table below can be attributed to which of the following differences between the two compounds?

There is a table listing the melting points of two compounds. The first compound has the chemical formula capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two. Its melting point is seven hundred seventy-five degrees Celsius. The second compound has the chemical formula capital C capital H subscript four. Its melting point is negative one hundred eighty-two point five degrees Celsius.
Compound Melting Point (°C)
CaCl2 capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two 775
CH4 capital C capital H subscript four &ndash182.5 negative one hundred eighty-two point five
  1. The molar mass of CaCl2 capital C lowercase A Capital C lowercase L subscript two is greater than the molar mass of CH4 capital C capital H subscript four .
  2. The two compounds are in different states at standard temperature and pressure conditions.
  3. The two compounds have a different number of valence electrons.
  4. The attractive forces between CH4 capital C capital H subscript four molecules are weaker than the attractive forces present between the ions that form CaCl2 capital C lowercase A Capital C lowercase L subscript two .

Answer to question 11

Question 12

Kimyasal
Etkileşim
karakteristik
Ionic bond bond formed by electrostatic attraction between the ions of the bonding atoms
Metallic bond valance electrons move freely throughout the crystal structure
Polar covalent bonding pair electrons are attracted to one atom more than the other atom
Ion-dipole forces attractive force present between an ion and a polar molecule
Dipole-dipole forces
  1. attractive force present between a Group 2 atom and a halogen
  2. attractive force present between atoms with expanded octets
  3. attractive force present between two polar molecules
  4. attractive force present between molecules with high molar masses

Answer to question 12

Question 13

Question 13

The three carbon-containing bonds shown above are arranged in order of increasing bond strength, with C&ndashF being the strongest of the bonds listed. Which of the following factors contributes to this trend in bond strength?

  1. the availability of NS-type electron orbitals in the C&ndashO and C&ndashF bonds
  2. a greater difference in the electronegativity values of the two bonding atoms
  3. the presence of more bonding electrons in the C&ndashO and C&ndashF bonds
  4. a significant increase in the length of the bonds between the two bonding atoms

Answer to question 13

Question 14

14. Diamond and graphite are two allotropes of carbon. The molecular characteristics of these substances cause them to have different physical properties. For instance, the fact that graphite conducts electricity while diamond does not is due to the fact that, compared to diamond, graphite has:

  1. a more layered structure.
  2. more sp3 hybridized atoms.
  3. a more extensive covalent bonding network.
  4. more delocalized pi electrons.

Answer to question 14

Question 15

15. A materials engineer is hired to develop a polymer that uses ethylene as the starting material. This polymer must meet the needs of a client who requires a single polymer for a car battery casing, a microwavable food storage container, and the insulation for a high-voltage electrical wire. To meet the needs of the client, the materials engineer would most appropriately focus on developing a polymer that keeps chain-branching:

  1. high and uses relatively short polymer chains.
  2. low and uses more atoms in each cross-link that is formed between polymer chains.
  3. high and uses polymer chains with a low degree of crystallinity.
  4. low and uses polymer chains with relatively high molecular weight side groups.

Answer to question 15

Question 16

16. Use the passage and diagram below to answer the question that follows.

One possible way to identify an unknown atom in a molecule is to measure bond energy within the molecule while increasing the internuclear distance between the atoms. In the diagram, the bond energy between H and the atoms X, Y, and Z in their respective molecules are shown with increasing molecular distance.

There are three lines shown, labeled from left to right as capital H capital X, capital H capital Y, and capital H capital Z. Each line starts with the same amount of energy but with increasing molecular distance. All lines dip to a low amount of energy then rise to the same middle amount of energy. However, capital H capital X dips the farthest, capital H capital Y doesn't dip quite as far, and capital H capital Z dips the least.

Based on the information in the diagram, which set of molecules correctly identifies HX, HY capital H capital X, capital H capital Y , and HZ capital H capital Z , respectively?

  1. HBr, HCl, and HI capital H capital B lowercase R, then capital H capital C lowercase L, and then capital H capital I
  2. HCl, HBr, and HI capital H capital C lowercase L, then capital H capital B lowercase R, and then capital H capital I
  3. HI, HCl, and HBr capital H capital I, then capital H capital C lowercase L, and then capital H capital B lowercase R
  4. HBr, HI, and HCl capital H capital B lowercase R, then capital H capital I, and then capital H capital C lowercase L

Answer to question 16

Question 17

17. Which of the following compounds has a linear molecular geometry?

  1. SCN &ndash The chemical formula for the compound is capital S capital C capital N superscript negative one.
  2. BrF5 The chemical formula for the compound is capital B lowercase R capital F subscript five.
  3. NUMARA The chemical formula for the compound is capital N capital O superscript negative one subscript three.
  4. H3O + The chemical formula for the compound is capital H subscript three capital O superscript positive one.

Answer to question 17

Question 18

18. Which of the following is the chemical formula for iron(III) oxide?

Answer to question 18

Question 19

19. A student observes that a sample of solid NaCl does not conduct electricity, but an aqueous solution of NaCl does conduct electricity. Which of the following best explains this difference in electrical conductivity?

  1. The structure of ionic crystals is too irregular.
  2. The crystal is held together by strong covalent bonds.
  3. The ions in ionic crystals are in fixed positions.
  4. The distance between lattice points in the crystal is too great.

Answer to question 19

Question 20

20. Which of the following best describes the molecular geometry of PF5?

Answer to question 20

Question 21

21.

On the second carbon, there is a singly bonded CH sub 3 group, and on the third carbon, there is a single bonded C H sub 3 group as well as a singly bonded C H sub 2 C H sub 3 group.

What is the IUPAC name for the molecule shown above?

  1. 2-methyl-3,3-diethylpropane
  2. 3-ethyl-2,3-dimethylpentane
  3. 2,3-diethyl-3-methylpropene
  4. 3-methyl-3,4-diethylpentene

Answer to question 21

Question 22

22.

Molecule 1 has a central carbon with four singly bonded groups: upper C upper H sub three, a upper C upper H sub two upper C upper H sub three, a upper C upper H sub two upper C upper H sub 2 upper C upper H sub 3, and a hydrogen clockwise around the carbon center. Molecule 2 has a central carbon with four singly bonded groups: a Bromine, a hydrogen, a Chlorine, and another hydrogen clockwise around the carbon center.

When the two molecules shown above were tested in a polarimeter, only molecule 1 was found to rotate polarized light. The lack of optical activity observed with molecule 2 can be attributed to which of the following molecular characteristics?

  1. Molecule 2 lacks an ethyl side group (CH2CH3).
  2. The molecular weight of molecule 2 is too low.
  3. olecule 2 has halogen atoms bonded to its central C atom.
  4. The mirror images of molecule 2 are superimposable.

Answer to question 22

Question 23

23. Which of the following techniques would most effectively determine the structure of a protein?

  1. thin-layer chromatography
  2. infrared spectroscopy
  3. gas chromatography
  4. ultraviolet spectroscopy

Answer to question 23

Question 24

The equation shown above is an example of which of the following types of chemical reactions?

Answer to question 24

Question 25

Metal Reducing
Kuvvet
Li en güçlü

Of the six metals shown in the activity series above, Li is the most easily oxidized and Au is the least easily oxidized. According to the information in the table, which of the following metals in its elemental state will displace Cu ions from aqueous CuSO4 upper C u upper S upper O subscript four ?

Answer to question 25

Question 26

26. Which of the following is a product formed from the decomposition of methanol (CH3OH)?

Answer to question 26

Question 27

27. Use the equation below to answer the question that follows.

Ba 2 + (su) + 2OH – (su) + 2H + (su) + SO4 2 – (su) &rarr BaSO4(s) + 2H2O(ℓ) capital B lowercase A superscript positive 2 aqueous plus 2 capital O H superscript negative one aqueous plus 2 capital H superscript positive 1 aqueous plus capital S O subscript 4 superscript negative 2 aqueous yields capital B lowercase A capital S O subscript 4 solid plus 2 capital H subscript 2 capital O liquid

In order to demonstrate the conductivity of acids and bases, a teacher performs a conductometric titration of barium hydroxide with sulfuric acid. The equation for this reaction is shown. Which of the following descriptions of this process is most accurate?

  1. One reaction occurred: a neutralization reaction.
  2. Two reactions occurred: a neutralization and a precipitation reaction.
  3. Three reactions occurred: a neutralization, a redox, and a precipitation reaction.
  4. Four reactions occurred: a neutralization, a precipitation, a redox, and a substitution reaction.

Answer to question 27

Question 28

28. A chemical reaction is proposed to take place in a single elementary step. Which of the following provides the best evidence to support the proposed reaction mechanism?

  1. The balanced chemical equation for the reaction consists of a single reactant.
  2. The experimentally determined rate law is equal to the rate law consistent with a single elementary step.
  3. The reaction mechanism does not involve the formation of reaction intermediates.
  4. The rate constant for the rate law corresponding to the single elementary step is equal to one.

Answer to question 28

Question 29

In the reaction shown above, nitric oxide (NO) reacts with chlorine (Cl2) to produce nitrosyl chloride (NOCl). Which of the following changes to the reaction conditions is most likely to increase the rate of this reaction?

  1. increasing the total volume of the reaction mixture
  2. decreasing the temperature of the reaction mixture
  3. increasing the pressure on the reaction mixture
  4. decreasing the concentrations of NO and Cl2

Answer to question 29

Question 30

Deney [A] (m) [B] (m) Initial Rate
(M/s)
1 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 1.0 × 10 &minus3 1.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus5 2.0 times 10 to the minus 5
2 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus5 2.0 times 10 to the minus 3
3 4.0 × 10 &minus3 4.0 times 10 to the minus 3 1.0 × 10 &minus3 1.0 times 10 to the minus 3 4.0 × 10 &minus5 4.0 times 10 to the minus 3

The table above shows experimental rate data for the hypothetical reaction A(G) + 2B(G) &rarr AB2(G). According to the information given, what is the value of the rate constant, k, for this reaction?

  1. 1.0 × 10 &minus2 s &minus1 1.0 times 10 to the minus 2
  2. 2.0 × 10 &minus2 s &minus1 2.0 times 10 to the minus 2
  3. 1.0 × 10 1 m &minus1 s &minus1 1.0 times 10 exponent 1 M to the minus 1 s to the minus 1
  4. 1.0 × 10 4 m &minus2 s &minus1 1.0 times 10 exponent 4 M to the minus 2 s to the minus 1

Answer to question 30

Question 31

31.

step 1: upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h two upper s open parenthesis aq close parenthesis leads to upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper c l positive open parenthesis aq close parenthesis plus upper h upper s negative open parenthesis aq close parenthesis open parenthesis slow close parenthesis step 2: upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h upper s negative open parenthesis aq close parenthesis leads to upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper s open parenthesis s close parenthesis Overall: Upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h sub two upper s open parenthesis aq close parenthesis leads to two upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper s open parenthesis s close parenthesis

A chemist has proposed the reaction mechanism shown above for the reaction between Cl2 ve H2S. What is the rate law for the overall reaction as described by this mechanism?

  1. oran = k[Cl + ][HS &minus ] &minus negative -->
  2. oran = kCl2][H2S] &minus negative -->
  3. oran = kHCl] 2 [S] &minus negative -->
  4. oran = kHCl][Cl2] &minus negative -->

Answer to question 31

Question 32

32. Use the diagram below to answer the question that follows.

There are four steps in the diagram with a peak linking each step. Each successive step is lower on the y-axis than the last. The leftmost step is labeled 2 capital N O plus 2 capital H subscript 2. The second step is labeled capital N subscript 2 capital O subscript 2 plus 2 capital H subscript 2. The third step is labeled capital N subscript 2 capital O plus capital H subscript 2 capital O plus capital H subscript 2. The last step is labeled capital N subscript 2 plus 2 capital H subscript 2 capital O. At the maximum point on each peak is a point labeled transition point 1 on the leftmost peak, then transition point 2 and transition point 3 as the reaction progresses. The vertical distance between the transition point and the reaction step is labeled capital E lowercase A 1 then capital E lowercase A 2 and capital E lowercase A 3 as the reaction progresses. The peaks vary in height with the first peak's maximum being about half as high as the second peak's maximum. The third peak's maximum is slightly lower than the first peak's maximum. This results in the capital E lowercase A 1 being the shortest, then capital E lowercase A 3 being the middle length, and capital E lowercase A 2 being the longest. The vertical distance between the first step and the last step is labeled delta H.

According to the reaction profile diagram, which pair of molecules identifies a likely activated complex and an intermediate, respectively?

  1. NOH2 ve N2Ö2 capital N O H subscript 2 and capital N subscript 2 capital O subscript 2
  2. n2AH2 ve H2 capital N subscript 2 capital O H subscript 2 and capital H subscript 2
  3. NOH2 ve N2 capital N O H subscript 2 and capital N subscript 2
  4. n2Ö2H4 ve N2O capital N subscript 2 capital O subscript 2 capital H subscript 4 and capital N subscript 2 capital O

Answer to question 32

Question 33

33. CH4(G) + H2Ö(G) CO(G) + 3H2(G) &DeltaH° > 0 upper C upper H sub 4 open parenthesis g closed parenthesis plus upper H sub two upper O open parenthesis g closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C upper O open parenthesis g closed parenthesis plus three upper H sub two open parenthesis g closed parenthesis delta H degrees greater than zero

Which of the following changes to the equilibrium system shown above will lead to an increase in the concentration of H2 H sub 2 ?

  1. adding heat to the system
  2. decreasing the concentration of CH4 CH sub 4
  3. increasing the concentration of CO C O
  4. decreasing the volume of the system

Answer to question 33

Question 34

34. CH3COOH(su) CH3COO &minus (su) + H + (su) Ka = 1.8 × 10 &minus5 upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H open parenthesis a q closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O sup negative open parenthesis a q closed parenthesis plus upper H sup plus open parenthesis a q closed parenthesis space K sub a equals one point eight times 10 to the minus five.

Acetic acid (CH3COOH) open parenthesis upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H closed parenthesis is a weak acid that dissociates in water as shown above. Given this dissociation equation and Ka K sub a of CH3COOH upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H , what is the pH of a 0.50 mCH3COOH zero point five zero M upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H solution at 25°C?

Answer to question 34

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: B. (Objective 0017) The pH of a solution can be calculated using the following formula: pH = &minuslog[H + ]. The first step in answering this question is to determine the concentration of H + in solution at equilibrium. The [H + ] can be calculated using the given Ka value for CH3COOH and the equilibrium expression for this reaction . Algebraic terms for the concentrations can be derived by tabulating the initial, change, and equilibrium concentrations for the substances in solution at equilibrium. When these terms are substituted into the equilibrium expression, a value for the [H + ] can be calculated . The mathematical term for the [CH3COOH] can be simplified to 0.50 because CH3COOH is a weak electrolyte and the [CH3COOH] at equilibrium is only slightly less than 0.50 m. When this equation is solved for x, the [H + ] is determined to equal 3.0 × 10 &minus3 m. The final step in answering this question is to calculate the pH of the 0.50 mCH3COOH solution. This is done by substituting 3.0 × 10 &minus3 m into the formula for pH (pH = 2.5). Correct Response: B. (Objective 0017) The pH of a solution can be calculated using the following formula: pH = minus log left bracket upper H sup plus right bracket. The first step in answering this question is to determine the concentration of H sup + in solution at equilibrium. The left bracket upper H sup plus right bracket can be calculated using the given K sub a value for upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H and the equilibrium expression for this reaction open parenthesis K sub a equals start fraction numerator left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O sup negative left bracket right bracket upper H sup plus right bracket denominator left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket end fraction closed paranthesis. Algebraic terms for the concentrations can be derived by tabulating the initial, change, and equilibrium concentrations for the substances in solution at equilibrium. When these terms are substituted into the equilibrium expression, a value for the left bracket upper H sup plus right bracket can be calculated open parenthesis 1.8 times 10 to the minus 5 equals start fraction numerator x bullet x denominator zero dot five zero minus x end fraction closed paranthesis. The mathematical term for the left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket can be simplified to 0.50 because upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H is a weak electrolyte and the left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket at equilibrium is only slightly less than 0.50 m. When this equation is solved for x, the left bracket upper H sup plus right bracket is determined to equal 3.0 times 10 sup negative 3 m. The final step in answering this question is to calculate the pH of the 0.50 m upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H solution. This is done by substituting 3.0 times 10 to the negative third m into the formula for pH open parenthesis pH = two point five closed parenthesis. &minus negative -->

Question 35

35. CaSO4(s) Ca 2+ (su) + SO4 2&minus (su) &DeltaG° = 26.3 kJ/mol upper C a upper S upper O sub 4 open parenthesis s closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C a sup 2 plus open parenthesis su closed parenthesis plus upper S upper O sub 4 sup 2 negative open parenthesis su closed parenthesis delta upper G degrees = twenty six point three kilojoules per mole

The standard free energy change for the dissociation of CaSO4 upper C a upper S upper O sub 4 in water at 25.0°C is shown above. Given this information, what is the value of the equilibrium constant (Ksp) open parenthesis upper K sub s p closed parenthesis for this reaction?

  1. 3.49 × 10 &minus1 three point four nine times ten to the minus one
  2. 4.24 × 10 &minus2 four point two four times ten to the minus two
  3. 2.44 × 10 &minus5 two point four four times ten to the minus five
  4. 2.40 × 10 &minus11 two point four zero times ten to the minus eleven

Answer to question 35

Question 36

36. Use the equation below to answer the question that follows.

C(s) + CO2(G) &harr 2CO(G) capital C solid plus capital C O subscript 2 gas is in equilibrium with 2 capital C O gas

When the system shown in the equation reaches equilibrium, which of the following expressions best describes the relationship between the concentrations of the species involved in the reaction?

  1. KP = 2[CO] [C] [CO2] K subscript P equals 2 open bracket capital C O close bracket times open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  2. KP = [CO] 2 / [C] [CO2] K subscript P equals open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  3. KP = [C] [CO] 2 /2[CO2] K subscript P equals open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by 2 open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  4. KP = [CO] 2 /[CO2] K subscript P equals open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by open bracket capital C O subscript 2 close bracket

Answer to question 36

Question 37

37.

One of the reactants is a liquid aromatic hydrocarbon consisting of six capital C atoms, six capital H atoms, and three double bonds. The six C atoms are bonded to each other in a six-sided ring structure. Each C atom has one H atom bonded to it. The double bonds in this compound are located between the C atoms in positions two and three, four and five and six and one. This aromatic hydrocarbon is reacted with the liquid compound capital H capital N capital O subscript three. The reaction takes place in the presence of the compound capital H subscript two capital S capital O subscript four.

Which of the following is a product of the reaction shown above?

    An aromatic hydrocarbon is shown. It consists of six capital C atoms, five capital H atoms, and the substituent, capital H capital N capital O subscript three. The six C atoms are arranged in a six-sided ring structure. Double bonds are present between C atoms in positions two and three, four and five, and six and one. The ring arrangement of the C atoms and the location of the double bonds between C atoms are the same as those of the aromatic hydrocarbon reactant. Five of the C atoms have H atoms bonded to them. The C atom in position three is bonded to the H atom of the substituent H N O subscript three.

Answer to question 37

Question 38

38.

The first reactant is capital C subscript 17 capital H subscript 35, bonded to capital C double bonded to capital O. That same capital C is also bonded to capital O capital C subscript 2 capital H subscript 5. The second reactant is capital N lowercase A capital O capital H. These two reactants combine to yield capital C subscript 2 capital H subscript 5 capital O H plus capital C subscript 17 capital H subscript 35, bonded to capital C double bonded to capital O. That same capital C is also bonded to capital O negative capital N lowercase A positive.

The alkaline hydrolysis of an ester is shown above. This reaction is an example of which of the following types of reactions?

Answer to question 38

Question 39

39.

The first reactant is capital H subscript 2 capital C, double bonded to capital C capital H subscript 2. The second reactant is capital H subscript 2 capital O. In the presence of a capital H positive ion, this reaction yields an unrepresented and unknown product.

An alkene is reacting with water in the presence of a strong acid in the chemical reaction shown above. This type of hydration reaction is used to prepare which of the following types of organic compounds?

Answer to question 39

Question 40

40. A chemist suspects that an unexpected by-product produced during an organic synthesis reaction contains an amine functional group. Which of the following methods will help the chemist analyze the types of functional groups present in this compound?

  1. infrared spectroscopy
  2. column chromatography
  3. ultracentrifugation
  4. jel elektroforezi

Answer to question 40

Copyright © Pearson Education, Inc. or its affiliate(s). Her hakkı saklıdır.
Pearson, 300 Venture Way, Hadley, MA 01035


These authors contributed equally: Wenchao Ma, Shunji Xie, Xia-Guang Zhang.

Bağlantılar

State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, National Engineering Laboratory for Green Chemical Productions of Alcohols, Ethers and Esters, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, 361005, Xiamen, China

Wenchao Ma, Shunji Xie, Xia-Guang Zhang, Jincan Kang, Qinghong Zhang, De-Yin Wu & Ye Wang

Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, 201204, Shanghai, China


Videoyu izle: ATP Hidrolizi: Gibbs Serbest Enerjisi Fen Bilimleri Biyoloji (Mayıs Ayı 2022).