Klausur zur Vorlesung Physikalische und Theoretische Chemie III
- Reaktionsdynamik  - SS 2000

Klausur am Freitag 7. Juli 2000 von  9.45 - 12.45 Uhr, HS 10.1



 
Pkt. Aufgabe 1
Ozon zerfällt in der Gasphase nach folgendem Mechanismus:
(1) O3  →  O + O2 k1
(2) O2 + O  →  O3 k2
(3) O + O3  →  2O2 k3
Die Reaktion (1) ist endotherm, Reaktion (3) stark exotherm.
1 a) Stellen Sie die Geschwindigkeitsgesetze für diese Elementarreaktionen auf.
2 a) Bestimmen Sie d[O3]/dt unter Annahme von Quasistationarität.
1 b) Ozon neigt bei höheren Temperaturen zu heftigen Explosionen. Warum?
 
Aufgabe 2
Berechnen Sie für die Temperaturen 100 K, 300 K und 1000 K das Verhältnis zwischen den Besetzungszahlen für zwei Niveaus, die folgenden Energiedifferenzen ΔE entsprechen:
2 a) 10 cm-1, was dem Abstand der Rotationsniveaus in vielen Molekülen entspricht;
2 b) 600 cm−1, was typische energetische Abstände molekularer Vibrationsniveaus sind, sowie
2 c) 30000 cm−1, was in der Größenordnung der elektronischen Anregung von Atomen und Molekülen liegt.
 
Aufgabe 3
2 a) Wie groß ist das Volumen eines Würfels, dessen Kantenlänge der mittleren Weglänge von Benzol (Durchmesser 0,35 nm) bei Raumtemperatur und 10 Pa entspricht?
2 b) Wie groß ist die Zustandssumme der Translation von Benzol im Bewegungsraum dieses Würfels?
2 c) Wie gross ist die freie Energie von Benzol bzgl. der Translation unter diesen Bedingungen?
2 d) Um welchen Faktor erhöht sich die Zustandssumme der Translation, wenn die Temperatur vervierfacht wird?

Aufgabe 4
1 a) Welche Freiheitsgrade tragen zu den Größen Um und Sm bei Atomen bei?
4 b) Berechnen Sie diese Grössen und die  Zustandssumme der genannten Freiheitsgrade für 79Br bei 1000 K. 79Br weist 2 Spin-Bahn-Zustände im Abstand von 3685 cm−1 auf. Der Entartungsgrad des niedrigeren Zustandes ist g0 = 4, der des höheren Zustandes ist g1 = 2.
 
Aufgabe 5
1 a) Welche Freiheitsgrade tragen zu den Größen Um und Sm bei Molekülen bei?
5 b) Berechnen Sie die Zustandssumme und Um für 79Br2 bei 1000 K (ν0 = 323 cm−1, re = 229 pm).

Aufgabe 6
4 a) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion 79Br + 79Br ↔ 79Br2 bei 1000K. Die Dissoziationsenergie beträgt ca. 15000 cm−1.
1 b) Wie groß ist der prozentuale Anteil der Br-Atome an der Gesamtmenge?

Aufgabe 7
Die Abbildung zeigt ein Höhenliniendiagramm  des Potentials der Hinreaktion H + HF → F + H2 bzw. der Rückreaktion F + H2 → H + HF.
2 a) Welche Reaktion ist endotherm, welche exotherm?
2 b) Läuft die Reaktion F + H2 besser ab, wenn die Energie in die Translation oder in die Vibration deponiert wird?
2 c) Zeichnen Sie qualitativ eine reaktive Trajektorie für H + HF(v), wobei HF vibronisch angeregt sein soll. Wird H2 vibronisch angeregt gebildet?