2 4 2 4: сколько будет 2+2•4​ — Школьные Знания.com

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Целью статьи является сравнение результатов измерений дальности действия различных радиосистем в конкретном здании с бетонными стенами и проверка соответствия полученных дальностей с заранее рассчитанными теоретическими величинами

М.С.Елькин
Специалист отдела технической поддержки компании «Аргус-Спектр»

В настоящее время на рынке систем безопасности наиболее распространены внутриобъектовые радиоканальные системы сигнализации, работающие в следующих диапазонах частот: 433 и 868 МГц, 2,4 ГГц. Это не-лицензируемые диапазоны с разрешенной максимальной мощностью передатчика 10 мВт (для 433 и 868 МГц), а также 100 мВт (для 2,4 ГГц). Однако при использовании диапазона 2,4 ГГц необходимо зарегистрировать установленное на объекте оборудование в территориальных органах Роскомнадзора (см. статью «Особенности применения радиоканальных устройств в диапазоне 2,4 ГГц», опубликованную в журнале «Системы безопасности», № 6, 2009).

Диапазон 433 МГц в России уже более 10 лет широко применяется для систем сигнализации. Несколько лет назад у нас и в Европе «открыли» новый диапазон – 868 МГц. Необходимо отметить, что в России невозможно применение радиосистем для этого диапазона, произведенных в Европе, так как ни один из европейских поддиапазонов не отвечает российским требованиям.

Диапазон 2,4 ГГц используется в основном для скоростной передачи данных в сетях WiFi, WiMAX и т.д. Производство радиоканальных систем охранно-пожарной сигнализации в этом диапазоне стало возможным с появлением маломощных передатчиков, работающих в протоколе ZigBee.

Расчет дальности радиосвязи в здании

Проведем оценку дальности радиосвязи между извещателем и приемно-контрольным прибором (ПКП) в здании. Напомним, что каждая пара радиоустройств характеризуется энергетическим запасом (потенциалом), который необходим для компенсации ослаблений радиосигнала. Для устойчивой работы на этом радиоинтервале должен быть предусмотрен энергетический запас в 20–25 дБ. Дальность радиосвязи определяется четырьмя параметрами:

• мощность передатчика;
• чувствительность приемника;
• ослабление сигнала в свободном пространстве;
• ослабление сигнала при прохождении через стены помещений.

Определим начальные условия.

Мощность передатчика
Максимальная разрешенная мощность передатчиков в диапазонах 433 и 868 МГц равняется 10 мВт. В диапазоне 2,4 ГГц разрешенная мощность составляет 100 мВт. Но, для того чтобы обеспечить несколько лет работы устройств от батарей, необходимо снизить мощность излучения до тех же 10 мВт. Таким образом, мощность передатчиков одинакова для всех радиосистем – 10 мВт.

Чувствительность приемника
Будем рассматривать радиосистемы с двухсторонним протоколом обмена, то есть в каждом устройстве используется приемопередатчик. Для радиоустройств, работающих на частотах 433 и 868 МГц, используются трансиверы, максимальная чувствительность которых равна 107 дБм. Для трансиверов диапазона 2,4 ГГц чувствительность не превышает 100 дБм. С учетом мощности излучения передатчиков получаем энергетический запас 117 дБ для диапазонов 433/868 МГц и 110 дБ для 2,4 ГГц.

Ослабление сигнала в свободном пространстве
Оно определяется рабочей частотой системы. График зависимости ослабления сигнала в свободном пространстве от расстояния представлен на рис. 1.

Ослабление сигнала при прохождении через стены помещений
Значения ослабления сигнала при прохождении через стены помещений представлены в табл. 1. Если толщина стены превышает некоторую предельную величину, то радиосигнал не будет проходить через нее. Предельная толщина стены для разных диапазонов частот представлена в табл. 2. В качестве примера возьмем здание с бетонными стенами. Будем считать, что толщина стен не превышает предельную величину и дополнительных препятствий не существует. Проведем расчет дальности устойчивой радиосвязи между прием-но-контрольным прибором и извещателем. 

Рассмотрим три случая.

Расстояние 15 м, 2 стены
Диапазон 433 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: V_о = 49 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: V_пр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V_∑ = 49 + 20 = 69 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117-69 = 48 дБ. Диапазон 868 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 55 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: V_пр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V_∑ = 55 + 20 = 75 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117 – 75 = 42 дБ. Диапазон 2,4 ГГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: V_о = 64 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: V_пр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V_∑ = 64 + 20 = 84 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 110 – 84 = 26 дБ. Энергетический запас для всех диапазонов больше 20 дБ, что достаточно для стабильной радиосвязи.

Расстояние 20 м, 3 стены
Для диапазона 433 МГц энергетический запас равен 36 дБ, для диапазона 868 МГц – 30 дБ, для диапазона 2,4 ГГц – 14 дБ. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазонов 433 и 868 МГц.

Расстояние 25 м, 4 стены
У диапазона 433 МГц энергетический запас равен 24 дБ, у диапазона 868 МГц – 18 дБ, у диапазона 2,4 ГГц отсутствует связь. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазона 433 МГц (устойчивая радиосвязь). Для диапазона 868 МГц – неустойчивая радиосвязь. Таким образом, мы определили, что расчетные значения максимальной дальности устойчивой радиосвязи для разных диапазонов отличаются и составляют:

• диапазон 2,4 ГГц: дальность 15 м, 2 стены;
• диапазон 868 МГц: дальность 20 м, 3 стены;
• диапазон 433 МГц: дальность 25 м, 4 стены.

Теперь давайте сравним полученные величины с результатами практических измерений в здании.

Результаты практических измерений

Специалистами были произведены замеры дальности устойчивой радиосвязи и максимальной дальности между приемно-контрольным прибором и извещателем для каждого из рассматриваемых диапазонов. Результаты показаны на рис. 2–4. Дальность устойчивой радиосвязи – расстояние, при котором энергетический запас на быстрые и медленные замирания между приемно-контрольным прибором и извещателем не меньше 20 дБ (на рисунках отмечено зеленой заливкой).

Максимальная дальность – расстояние, при котором за период контроля приемно-контрольный прибор принимает хотя бы один тестовый сигнал от извещателя (отмечено коричневой заливкой).

Итоги сравнения

1. Теоретическая оценка радиосвязи (представленная в статье «Радиоканальные системы сигнализации. Проектирование и расчет дальности действия» в журнале «Системы безопасности», №2, 2010) подтверждается реальными измерениями. Для частоты 2,4 ГГц измеренная дальность получилась меньше расчетной. Это объясняется тем, что толщина бетонных стен в здании равна 10 см, что является предельной толщиной проникновения для указанного диапазона.

2. Наибольшая дальность радиосвязи в здании – у диапазона 433 МГц. Частота 2,4 ГГц подходит лишь для небольших объектов.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2010
Посещений: 52618

В рубрику «Пожарная безопасность» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Решите квадратные уравнения h3-2h = 1 Tiger Algebra Solver

Переформатирование ввода:

Изменения, внесенные в ваш ввод, не должны влиять на решение:

(1): «h3» было заменено на «h ^ 2» .2-2 * h- (1) = 0

Пошаговое решение:

Шаг 1:

Попытка разложить на множители путем разделения среднего члена

1.1 Факторинг h ² -2h-1

Первый член is, h ² его коэффициент равен 1.
Средний член, -2h, его коэффициент -2.
Последний член, «константа», равен -1

Шаг-1: Умножьте коэффициент первого члена на константу 1 • -1 = -1

Шаг-2: Найдите два множителя -1, сумма которых равен коэффициенту среднего члена, равному -2.

Наблюдение: Два таких фактора невозможно найти !!
Заключение: трехчлен не может быть разложен на множители

Уравнение в конце шага 1:

 h  2  - 2h - 1 = 0
 

Шаг 2:

 Парабола, поиск вершины: 
 2.1 Найдите вершину y = h  2  -2h-1
 Параболы имеют высшую или низшую точку, называемую вершиной.Наша парабола открывается и, соответственно, имеет самую низкую точку (также известную как абсолютный минимум). Мы знаем это даже до того, как нанесли «y», потому что коэффициент первого члена, 1, положительный (больше нуля).
 Каждая парабола имеет вертикальную линию симметрии, проходящую через ее вершину. Из-за этой симметрии линия симметрии, например, будет проходить через середину двух x-точек пересечения (корней или решений) параболы. То есть, если парабола действительно имеет два реальных решения.
 Параболы могут моделировать множество реальных жизненных ситуаций, например высоту над землей объекта, брошенного вверх через некоторый промежуток времени. Вершина параболы может предоставить нам информацию, например, максимальную высоту, которую может достичь объект, брошенный вверх. По этой причине мы хотим иметь возможность найти координаты вершины.
 Для любой параболы Ah  2  + Bh + C h -координата вершины задается как -B / (2A). В нашем случае координата h равна 1.0000
 Подставляя в формулу параболы 1,0000 для h, мы можем вычислить координату y: 
 y = 1,0 * 1,00 * 1,00 — 2,0 * 1,00 — 1,0 
 или y = -2,000
 Парабола, графическая вершина и пересечения по оси X: 
 Корневой график для: y = h  2  -2h-1 
 Ось симметрии (пунктирная линия) {h} = {1,00} 
 Вершина в {h, y} = {1,00, -2,00} 
 h -Переходы ( Корни): 
 Корень 1 при {h, y} = {-0,41, 0,00} 
 Корень 2 при {h, y} = {2,41, 0,00}
 Решите квадратное уравнение, заполнив квадрат 
 2.2 Решение h  2  -2h-1 = 0, заполнив квадрат.
 Добавьте 1 к обеим частям уравнения: 
 h  2  -2h = 1
 Теперь умный бит: возьмите коэффициент h, равный 2, разделите его на два, получив 1, и возведите его в квадрат, получив 1
 Прибавляем 1 к обеим частям уравнения: 
 В правой части имеем: 
 1 + 1 или, (1/1) + (1/1) 
 Общий знаменатель двух дробей равен 1 Сложение (1 / 1) + (1/1) дает 2/1 
 Таким образом, прибавляя к обеим сторонам, мы, наконец, получаем: 
 h  2  -2h + 1 = 2
 Добавление 1 завершило левую часть в полный квадрат: 
 h  2  -2h + 1 = 
 (h-1) • (h-1) = 
 (h-1)  2  
 Вещи, которые равны одному и тому же, также равны друг другу.Поскольку 
 h  2  -2h + 1 = 2 и 
 h  2  -2h + 1 = (h-1)  2  
, то согласно закону транзитивности 
 (h-1)  2  = 2
 Мы будем называть это уравнение уравнением. # 2.2.1
 Принцип квадратного корня гласит, что когда две вещи равны, их квадратные корни равны.
 Обратите внимание, что квадратный корень из 
 (h-1)  2  равен 
 (h-1)  2/2  = 
 (h-1)  1  = 
 h-1
 Теперь, применяя Принцип квадратного корня для уравнения.# 2.2.1 получаем: 
 h-1 = √ 2
 Добавляем 1 к обеим сторонам, чтобы получить: 
 h = 1 + √ 2
 Так как квадратный корень имеет два значения, одно положительное, а другое отрицательное 
 h  2  — 2h — 1 = 0 
 имеет два решения: 
 h = 1 + √ 2 
 или 
 h = 1 — √ 2
 Решите квадратное уравнение с помощью квадратичной формулы 
 2.3 Решение h  2  -2h-1 = 0 по квадратичной формуле.
 Согласно квадратичной формуле, h, решение для Ah  2  + Bh + C = 0, где A, B и C — числа, часто называемые коэффициентами, дается как: 
   
 — B ± √ B  2  -4AC 
 h = ———————— 
 2A
 В нашем случае A = 1 
 B = -2 
 C = -1
 Соответственно B  2  — 4AC = 
 4 — (-4) = 
 8
 Применение квадратичной формулы:
 2 ± √ 8 
 h = ———— 
 2
 Можно ли упростить √ 8?
 Да! Разложение на простые множители 8 равно 
 2 • 2 • 2 
 Чтобы удалить что-либо из-под корня, должно быть 2 экземпляра этого (потому что мы берем квадрат i.е. второй корень).
 √ 8 = √ 2 • 2 • 2 = 
 ± 2 • √ 2
 √ 2, округленное до 4 десятичных цифр, составляет 1,4142 
 Итак, теперь мы смотрим на: 
 h = (2 ± 2 • 1,414) / 2
 Два реальных решения:
 h = (2 + √8) / 2 = 1 + √ 2 = 2,414
 или:
 h = (2-√8) / 2 = 1-√ 2 = -0,414
 Было найдено два решения: 
 h = (2-√8) / 2 = 1-√ 2 = -0,414
 h = (2 + √8) / 2 = 1 + √ 2 = 2,414
 Обозначение функции: оценка в выражении 
 Purplemath 
 Помните, что « x » — это просто коробка, ожидающая, что в нее что-то положат.Не позволяйте странным проблемам пугать вас. Например:
 Учитывая 
 f  ( x ) =  x   2  + 2  x  — 1, оцените  f  (§).
 Что ж, оценка функции означает включение всего, что они дали мне в качестве аргумента в формуле. Это означает, что я должен вставлять этот символ «§» для каждого экземпляра  x .Вот и:
  f  (§) = (§)  2  + 2 (§) — 1
 Это определенно выглядит странно, но следует всем правилам, которые они мне дали, так что:
  f  (§) = §  2  + 2§ — 1
 MathHelp.com 
 Приведенный выше пример бесполезен, я согласен, но он ясно показывает, как работают нотации. Вы подставляете данное значение для данной переменной и начинаете поиск ответа. Следовательно, эти упражнения часто называют «заткнись и пей».Лучше всего постараться не переоценить их.
 Это подводит нас к следующей теме: вычислению функций в выражениях переменных.
 Учитывая 
 г  ( x ) = 4 —  x , оцениваем как  x  = t.
 Чтобы оценить эту функцию как  x  = t, мне нужно подставить t в каждый экземпляр  x  в формуле для функции  g .
 Я больше ничего не могу с этим поделать, и я не могу найти полностью числовое значение, потому что у меня нет номера для подключения к  t . Итак, мой ответ:
 Учитывая, что 
 f  ( x ) = 3  x   2  + 2  x , найдите  f  ( h ).
 Везде, где в моей формуле есть « x », я теперь вставляю « h ».Я начинаю с формулы, которую мне дали:
 Если я хочу быть предельно ясным, я могу начать с написания формулы снова, на этот раз с пустыми пробелами, где я буду помещать новый аргумент вместо исходной переменной:
  f  () = 3 ()  2  + 2 ()
 Теперь я заполню эти пробелы новым аргументом:
 Я ничего не могу упростить, кроме удаления лишних скобок.Итак, мой ответ:
 Не каждое упражнение «вычислить переменное выражение» будет включать только переменные. Выражение переменной также может содержать числа.
 Для 
 h  ( w ) =  w   2  — 3, найдите  h  (2  d  + 1).
 Для каждого экземпляра переменной  w  мне нужно будет вставить выражение 2  d  + 1.Я воспользуюсь круглыми скобками, чтобы пояснить замену для следующего шага.
  ч  (2  д  + 1) = (2  д  + 1)  2  — 3
 Далее мне нужно умножить квадрат бинома, а затем упростить:
 (2  д  + 1)  2  — 3
 = (4  д   2  + 4  д  + 1) — 3
 = 4  д   2  + 4  д  + 1-3
 = 4  д   2  + 4  д -2
 Я упростил, насколько смог.Мой ответ:
  ч  (2  д  + 1) = 4  д   2  + 4  д -2
 Обратите внимание, что, выполняя возведение в квадрат на полпути к моей работе выше, я не игнорировал (а затем, возможно, забыл) «минус три», который был в поездке. Каким бы образом вы ни выполняли свою работу, убедитесь, что вы делаете это, чтобы вы не были настолько заняты одной частью упражнения, что вы рискуете потерять из виду другие части.
 Учитывая, что 
 f  ( x ) = 3  x   2  + 2  x , найдите  f  ( x + h ).
 Это кажется неправильным, потому что он просит меня подключить то, что  включает   x , вместо оригинального  x . Но эта оценка работает точно так же, как и все остальные; а именно, везде, где исходная формула имеет « x », я теперь вставлю « x  +  h ».
  f  ( x + h ) = 3 ( x + h )  2  + 2 ( x + h )
 = 3 ( x   2  + 2  xh  +  h   2 ) + 2  x  + 2  h 
 = 3  x   2  + 6  xh  + 3  h   2  + 2  x  + 2  h 
 Если вы не знаете, как я получил материал в скобках (набор, через который умножалась тройка), тогда вам нужно будет рассмотреть, как упростить скобки и как выполнить полиномиальное умножение.
 Учитывая, что 
 f  ( x ) = 3  x   2  + 2  x , найдите  f  ( x + h ) —  f  ( x ).
 Не стоит пытаться делать все сразу. Вместо этого я разделю это на более мелкие, более управляемые части.
 (Я также отмечаю, что в этом упражнении используется та же функция, что и в предыдущем упражнении, и одна из замен тоже такая же.Я собираюсь немного схитрить и скопировать результат этого упражнения для  f  ( x  +  h ).)
 Разница в этой функции — это исходная функция, вычтенная из результата предыдущего упражнения, поэтому:
  f  ( x  +  h ) —  f  ( x )
 = [3  x   2  + 6  xh  + 3  h   2  + 2  x  + 2  h ] — [3  x   2  + 2  x ]
 = 3  x   2  + 6  xh  + 3  h   2  + 2  x  + 2  h -3  x   2 -2  x 
  =  3  x   2  — 3  x   2  + 6  xh  + 3  h   2  + 2  x  — 2  x  + 2  h 
0
 = 6  xh  + 3  h   2  + 2  h 
 В приведенном выше результате обратите внимание, что  f  ( x  +  h ) —  f  ( x ) не равно  f  ( x  +  h  —  x ) =  f  ( h ).Вы не можете «упростить» аргументы различных функций таким образом. Сложение или вычитание функций — это , а не , то же самое, что сложение или вычитание аргументов функций. Опять же, круглые скобки в обозначении функций , а не  указывают на умножение.
 Учитывая, что 
 f  ( x ) = 3  x   2  + 2  x , найдите [ f  ( x  +  h ) —  f  ( x) ] /  ч .
 (Этот тип функционального выражения называется «разностным коэффициентом», и на самом деле это то, что вы снова увидите в расчетах. Думаю, причина такого частого появления таких упражнений в алгебре заключается в том, что они пытаются «подготовить «ты.
 (Но, честно говоря, никто не помнит их к тому времени, когда они перейдут к исчислению, так что, на мой взгляд, это действительно большая работа без реальной цели.Однако этот тип проблем довольно популярен, поэтому вам следует ожидать, что вам нужно знать, как это сделать, и ожидать, что вы увидите одну из них на следующем тесте.)
 Мой лучший способ действий — разбить это на части. Полезно то, что в предыдущих двух упражнениях я уже выполнял первые две части, давая мне окончательное выражение для  f  ( x  +  h ) —  f  ( x ). Все, что мне действительно нужно здесь сделать, это финальный дивизион.Моя работа выглядит так:
 [ f  ( x  +  h ) —  f  ( x) ] /  h 
 = [6  xh  + 3  h   2  + 2  h ] /  h 
 = ( h ) [6  x  + 3  h  + 2] /  h 
 = 6  x  + 3  h  + 2
 При работе со сложными упражнениями, такими как последний пример выше, будьте осторожны и начните с разделения упражнений на более мелкие и простые шаги, показанные в последних трех упражнениях выше, чтобы вы могли успешно выполнить эти задачи.Дело не в том, что это действительно «сложно», а в том, что они «очень склонны к совершению глупых ошибок». Помогите себе, делая это медленно и выполняя по одному небольшому кусочку за раз.
 Вы можете использовать виджет Mathway ниже, чтобы попрактиковаться в вычислении функций в выражениях переменных. Попробуйте выполнить указанное упражнение или введите свое собственное. Затем нажмите кнопку и выберите «Оценить», чтобы сравнить свой ответ с ответом Mathway.
  (Нажмите «Нажмите, чтобы просмотреть шаги», чтобы перейти непосредственно на сайт Mathway для платного обновления.) 
 URL: https://www.purplemath.com/modules/fcnnot2.htm
 2H ЯМР-спектроскопия — обзор 
 6.2.5 Динамически усредненные формы линий 
  2  H ЯМР идеально подходит для исследования молекулярных движений в полимере. Различные типы движения можно различать по шкале времени и геометрии обмена.Одномерные формы линий квадрупольного эха (см. Раздел 6.2.7.1) особенно чувствительны к сегментарной динамике [1–6, 9–12], когда происходит быстрый обмен между дискретными геометриями (с  τ  c   ≪ 1 / Δ  v   Q ) или когда движение происходит в промежуточном масштабе времени ( τ  c   ≈ 1 / Δ  v   Q ). Динамические процессы в пределе от промежуточного до медленного движения ( τ  c   ≫ 1 / Δ  v   Q ) рассматриваются с помощью двумерной обменной спектроскопии (см. Раздел 6.2.7.4). Этот подход предлагает подробное и не модельное описание распределения углов скачка и может охватывать огромный диапазон временных масштабов, ограниченных только релаксацией [1, 4, 61–64]. В следующем разделе будет описан как 1D, так и 2D анализ формы линии  2  H ЯМР.
 Любое движение в быстрой или промежуточной шкале времени изменяет внешний вид статического спектра порошка, как показано на рис. 6.2.2 слева. Когда ориентация связи C —  2  H быстро усредняется вокруг оси симметрии (с  τ  c   ≪ 1 / Δ  v   Q ), спектр сохраняет свою осесимметричную форму линии порошка, но его ширину сужается геометрическим фактором.Учитывая, что δ — новый эффективный угол между осью симметрии движения и B  0 , уравнение (6.2.8) можно деконволютировать в произведение нескольких факторов, где среднее значение по времени обозначено угловыми скобками [19, 21]
 Рис. 6.2.2. Слева: смоделированные формы линий ЯМР  2  H, усредненные по различным характерным сегментным движениям. В случае быстрого вращения γ представляет собой угол между осью вращения и связью C-  2  H. Для двухузельного скачка β обозначает угол между связью C–  2  H в двух конфигурациях, а эффективный параметр асимметрии становится η ′ ≠ 0.Справа: рассчитанные двумерные обменные спектры для двухузельного скачка с β = 120 ° (вверху) и для непрерывной диффузии (внизу). Показаны функции распределения P (β) угла переориентации вместе с контурными картами соответствующих спектров. Все данные отображаются в уменьшенной шкале частот в единицах C  Q , а времена смешивания  τ  m   устанавливаются равными времени корреляции движения  τ  c . 
 (6.2.14) 〈ΔvQ〉 = CQ 〈3cos2θ − 1〉 = CQ (3cos2δ − 1) 〈3cos2β − 12〉.
 Для наиболее простого случая быстрого непрерывного вращения вокруг четко определенной оси β представляет собой уникальный угол между связью C–  2  H и осью симметрии движения. Коэффициент сужения равен (3 cos  2  β — l) / 2, поскольку усредняется тензор, а не вектор. Например, вращение тетраэдрической метильной группы вокруг ее внутримолекулярного угла 109,5 ° вызывает сужение в -1/3 раза, как показано на рис. 6.2.2. Вращение вокруг магического угла, как показано на примере молекулы воды, даже приводит к виртуальному коллапсу квадрупольного расщепления, но это происходит только из-за геометрического члена, а не из-за свободного кувырка.
 Быстрые анизотропные флуктуации без какой-либо четко определенной геометрии, такие как либрационные или диффузионные движения вокруг оси симметрии, также приводят к сужению картины порошка. Однако в этом случае изменение β в диапазоне значений дает более сложное среднее значение по времени 〈3 cos  2  β — 1 〈, которое невозможно рассчитать аналитически. Таким образом, степень усреднения удобно описывать в терминах сегментарного или локального параметра порядка, который определяется как  S  zz   = 〈3 cos  2  β — 1 〈/ 2 [19–21].Параметр молекулярного порядка структурного объекта описывает либрационный беспорядок в выбранной системе отсчета [65]. Любой известный вклад от четко определенной оси вращения необходимо вывести на множители в соответствии с уравнением (6.2.14). Используемые таким образом параметры порядка дейтерия могут предоставить много качественной информации, например, о фазовых переходах или разделении фаз в полимере или о профиле подвижности вдоль цепи.
 Одномерное квадрупольное эхо  2  Н ЯМР анализ формы линии образцов порошка особенно информативен, когда происходят быстрые дискретные скачки между участками четко определенной геометрии, как, например, в фенильной группе, подвергающейся двухцентровому обмену.В этом случае характерный Pake-узор преобразуется в аксиально асимметричную форму линии с кажущимся параметром асимметрии η ′ ≠ 0 (см. Уравнение (6.2.3)) [1–8]. Асимметричные формы линий, показанные слева на рис. 6.2.2, могут быть получены путем рассмотрения того, как отдельные компоненты главного тензора ГЭП усредняются дискретными скачками. В рамках молекулярного каркаса и в единицах  V  zz  , как определено уравнением (6.2.2), статический аксиально-симметричный тензор состоит из компонентов  V  zz   = 1,  V  xx   = — 1/2 и  V  vv   = — 1/2.Этот бесследный тензор удовлетворяет условию  V  xx   +  V  yy   +  V  zz   = 0 и η = 0. Обратите внимание, что уникальный компонент V   zz   лежит вдоль C —  2  Н связка. Во время двухузельного скачка 2,3,5,6-дейтерированного фенильного кольца, например, компонент V   zz   усредняется вокруг угла β = 120 °, что вызывает уменьшение в раз 〈3 cos  2  (120 °) — l 〈/ 2, что дает −1/8.С другой стороны, главный компонент, который соответствует плоскости, перпендикулярной оси скачка, остается неизменным при -1/2. Поскольку след EFG должен оставаться нулевым, третий главный компонент становится 5/8. Следовательно, эффективный параметр асимметрии усредненного по движению тензора вычислен как η ′ = 0,6 для фенильного кольца, претерпевающего быстрый двухузельный обмен, и результирующий спектр показан на рис. 6.2.2. Используемый здесь расчет формы линии основан на уравнении (6.2.7), где квадрупольные вклады суммируются по двум углам поворота θ и ϕ.Обратите внимание, что для любой симметрии выше, чем C  2  (например, метильная группа), даже модель дискретного скачка приводит к осесимметричному спектру [6].
 Движение на промежуточной шкале времени несколько сложнее анализировать с использованием простых спектров квадрупольного эха, поскольку форма линии будет определяться не только геометрией и скоростью движения, но и эффектами релаксации. В медленном ( τ  c   l / Δ  v   Q ) или быстром ( τ  c   ≪ 1 / Δ  v   Q ) пределе эхо практически полностью перефокусируется, так как T  2  релаксация происходит сравнительно медленно.В промежуточном режиме, с другой стороны, большая часть сигнала необратимо затухает в течение времени задержки эха, и разные ориентации могут затухать с разными скоростями T  2 . Таким образом, общая интенсивность спектра имеет тенденцию к уменьшению, а форма линий может быть значительно искажена [3–6, 8–11]. Оба эти эффекта зависят от продолжительности времени задержки эхо-сигнала, которое можно сознательно изменять, чтобы различать различные движения. Усредненные по движению спектры в промежуточном режиме следует интерпретировать с осторожностью, но с помощью соответствующей модели экспериментальные формы линий хорошо воспроизводятся в диапазоне времен корреляции и температур [3, 6–12].
 Хотя могут существовать неоднозначности в интерпретации формы линий квадрупольного эха, 2D  2  H ЯМР обменная спектроскопия обеспечивает практически безмодельный подход к описанию динамических процессов в полимере [1–5, 61–64]. В эксперимент включено подходящее время перемешивания, в течение которого может происходить переориентация дейтерированного сегмента. Такие движения проявляются появлением недиагональной интенсивности, а углы скачка проецируются непосредственно в спектр двумерного обмена.Пример показан справа на рис. 6.2.2, где дискретный двухузельный скачок фенильного кольца изменяет относительную ориентацию связи C-  2  H на β = 120 °. Используя карту проекции эллиптического рисунка, угол скачка β может быть непосредственно оценен как tan (β) =  a / b  из отношения главных осей. С другой стороны, для случая непрерывной вращательной диффузии существует распределение углов скачка. Это приводит к совершенно иному виду спектра 2D-обмена [1–5, 61–64], характеризующемуся параллельными гребнями, как показано на рис.6.2.2. В обоих смоделированных примерах время перемешивания  τ  м   эксперимента с двумерным обменом было установлено равным времени корреляции движения  τ  c  , которое определяет скорость скачка или скорость диффузии. На практике можно исследовать широкий диапазон динамических временных масштабов, выбирая подходящее время смешивания от примерно 500 мкс до 20 с.
 Равновесные свойства реакции h3 ⇌ 2H с помощью моделирования классической молекулярной динамики 
 Равновесные свойства реакции H 
 2  ⇌ 2H с помощью моделирования классической молекулярной динамики
 Мы разработали классическую модель молекулярной динамики для реакции диссоциации водорода, содержащую двух- и трехчастичные потенциалы, полученные Кохеном, Талли и Стиллингером.Две плотности жидкости были исследованы для широкого диапазона температур, и 11 плотностей жидкости были рассмотрены для одной температуры. Мы сообщаем о температурном диапазоне, в котором степень реакции значительна, а также о том, где стабильная молекула доминирует над популяцией в энергетическом ландшафте. Трехчастичный потенциал, который важен для модели реакции и редко изучается, вместе с двухчастичным взаимодействием приводят к большому эффективному исключенному объемному диаметру молекул в молекулярной жидкости.Также было обнаружено, что трехчастичное взаимодействие дает большой положительный вклад в давление реагирующей смеси при высокой плотности и / или низких температурах. Зная константу реакции диссоциации и давление жидкости, мы оценили стандартную энтальпию реакции диссоциации как 430 кДж моль   -1   ( ρ  = 0,0695 г см   -3  ) и 380 кДж моль   −1   ( ρ  = 0,0191 г · см   −3  ).Эти значения хорошо согласуются с экспериментальным значением 436 кДж / моль   -1   при атмосферном давлении. Модель согласуется с моделью молекулярной жидкости Леннарда-Джонса и может облегчить изучение влияния химических реакций на транспортные системы.
 У вас есть доступ к этой статье
 Подождите, пока мы загрузим ваш контент… 
 Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?
 Химические реакции 
 Химические реакции
  Химическая промышленность
Реакция 
 Поскольку атомы не создаются и не разрушаются в химическом
реакции, общая масса продуктов в реакции должна быть
такая же, как и общая масса реагентов.
   Химические уравнения  
 Химические реакции описываются химическими уравнениями.
 Пример: реакция между водородом и кислородом с образованием
вода представлена ​​следующим уравнением.
 2 H  2  + O  2  2 H  2  O
 Часто бывает полезно указать, являются ли реагенты или
продукты являются твердыми телами, жидкостями или газами, записав  s ,  l ,
или  г  в скобках после символа реагентов или
продукты, как показано в следующих уравнениях.
 2 H  2  ( г ) + O  2  ( г )  2 H  2  O ( г )
 2 Al ( s ) + Fe  2  O  3  ( s )  Al  2  O  3  ( s ) + 2 Fe ( l )
 Потому что так много реакций происходит, когда решения двух
растворенные в воде вещества смешиваются, специальный символ,  вод. ,
используется для описания этих  водных растворов .
 Процесс растворения образца в воде будет
обозначается следующими уравнениями.
 H  2  O
 C  12  H  22  O  11  ( s )
 C  12  H  22  O  11  ( водн. )
 Химическое уравнение — это утверждение того, что  может произойти ,
не обязательно что  произойдет .Следующее уравнение,
например, не гарантирует, что водород будет реагировать с
кислород с образованием воды.
 2 H  2  ( г ) + O  2  ( г )  2 H  2  O ( г )
 Баллон можно наполнить смесью водорода
и кислород, и вы обнаружите, что никакой реакции не происходит, пока вы не коснетесь
воздушный шар с пламенем.Сбалансированное уравнение этой реакции
описывает соотношение между количествами водорода и
потребляется кислорода и образуется вода, если или когда эта реакция
инициирован.
   Уравнения на атомной
и макроскопическая шкала  
 Химические уравнения могут использоваться для представления того, что происходит на
либо в атомном, либо в макроскопическом масштабе.
 2 H  2  ( г ) + O  2  ( г )  2 H  2  O ( г )
 Это уравнение можно прочитать одним из следующих способов.
 Если или когда водород вступает в реакцию с кислородом, две молекулы
 водорода и одна молекула кислорода расходуются на
 каждые две молекулы воды.
 Если или когда водород вступает в реакцию с кислородом, два моля
 водород и один моль кислорода расходуются на каждый
 произведено два моля воды.
 Химические уравнения должны быть сбалансированы — они должны иметь то же самое
количество атомов каждого элемента в обеих частях уравнения.В виде
в результате масса реагентов должна быть равна массе
продукты реакции. В атомном масштабе следующие
уравнение сбалансировано, поскольку общая масса реагентов равна
равняется массе изделий.
 2 H  2  ( г )
 +
 О  2  ( г )
 2 H  2  O ( г )
 2 x 2 а.е.м.
 +
 32 а.е.м.
 2 x 18 а.е.м.
 36 а. Е.
 36 а. Е.
 В макроскопическом масштабе он уравновешен, потому что масса
два моля водорода и один моль кислорода равны массе
двух молей воды.
 2 H  2  ( г )
 +
 О  2  ( г )
 2 H  2  O ( г )
 2 x 2 г
 +
 32 г
 2 x 18 г
 36 г
 36 г
   Химическая балансировка
Уравнения  
 Не существует последовательности правил, которым можно было бы слепо следовать, чтобы
получить сбалансированное химическое уравнение.Управляйте коэффициентами
написано перед формулами реагентов и продуктов
пока количество атомов каждого элемента по обе стороны от
уравнения такие же.
 Обычно неплохо взяться за самую легкую часть
проблема первая.
 Пример: рассмотрим, что происходит, когда пропан (C  3  H  8 )
горит на воздухе с образованием CO  2  и H  2  O. Первый
то, что нужно искать, когда балансирующие уравнения являются отношениями
между двумя сторонами уравнения.
 _____ C  3  H  8  + _____ O  2  _____ CO  2  + _____ H  2  O
 Легче сбалансировать атомы углерода и водорода в
уравнения, чем атомы кислорода в этой реакции, потому что все
атомы углерода в пропане попадают в CO  2  и все
атомы водорода попадают в H  2  O, но некоторые из
атомы кислорода попадают в каждое соединение. Это означает, что нет
способ предсказать количество молекул O  2 , которые
потребляется в этой реакции, пока вы не узнаете, сколько CO  2  и H  образуются 2  O молекул.
 Для начала отметим, что в
каждая молекула C  3  H  8 . Таким образом, три CO  2  молекулы образуются для каждого C  3  H  8  молекула израсходована.
 1 С  3  H  8  + _____ O  2  3 CO  2  + _____ H  2  O
 Если в каждом восемь атомов водорода C  3  H  8  молекулы должно быть восемь атомов водорода, или четыре H  2  O
молекулы в правой части уравнения.
 1 С  3  H  8  + _____ O  2  3 CO  2  + 4 H  2  O
 Теперь, когда атомы углерода и водорода уравновешены, мы можем
попробуйте уравновесить атомы кислорода. В нем шесть атомов кислорода.
три молекулы CO  2  и четыре атома кислорода в четырех H  2  O
молекулы. Чтобы сбалансировать 10 атомов кислорода в продуктах этого
реакции нам нужно пять молекул O  2  среди
реагенты.
 1 С  3  В  8  + 5 О  2  3 CO  2  + 4 H  2  O
 Теперь три атома углерода, восемь
атомы водорода и 10 атомов кислорода с каждой стороны уравнения.
Таким образом, сбалансированное уравнение этой реакции записывается как
следует.
 C  3  H  8  ( г ) + 5 O  2  ( г )  3 CO  2  ( г ) + 4 H  2  O ( г )
   Мольные отношения  
 Сбалансированное химическое уравнение позволяет предсказать, что произойдет
когда происходит реакция.Мольное отношение   преобразует моль одного соединения в сбалансированное химическое уравнение
в моли другого соединения.
 Пример: фейерверк, освещающий небо каждую четверть
Июль основан на реакции магния и кислорода на
образуют оксид магния.
 2 Mg ( s ) + O  2  ( г )
2 MgO ( с )
 Вычисленное уравнение реакции можно использовать для
построить два единичных фактора  , которые описывают
соотношение между количеством потребляемого магния и кислорода
в этой реакции.
 Сосредоточив внимание на элементах этой проблемы, мы можем выбрать
правильное мольное соотношение   для преобразования молей магния в
эквивалентное количество молей кислорода. Предположим, например, что
мы хотим рассчитать количество молей кислорода, необходимое для сжигания
0,40 моль металлического магния.
 0.40 моль Mg
 х
  1 моль O    2    
 =
 0,20 моль O  2 
 2 моль магния
   Прогноз массы
Потребляемые реагенты или продукты, выделяемые в химической реакции    
 Сбалансированные химические уравнения могут использоваться для прогнозирования
соотношение между количествами израсходованных реагентов и
количества продуктов, образующихся в химической реакции.
 Пример: чтобы спрогнозировать количество кислорода, которое необходимо вдохнуть.
чтобы переварить 10,0 грамм сахара, мы можем предположить, что сахар в нашем
диета приходит к нам как C  12  H  22  O  11  молекулы и что наши тела сжигают этот сахар в соответствии с
следующее уравнение.
 C  12  H  22  O  11  ( s )
+ 12 O  2  ( г )
12 CO  2  ( г ) + 11 H  2  O ( л )
 Возможно, лучший способ начать — это спросить: «Что мы
пытаетесь найти? «, а затем резюмируйте важные части
информация в проблеме.
  Цель : Узнать, сколько граммов O  2  расходуется при сжигании 10,0 граммов сахара.
  Факт : Начнем с 10 граммов сахара.
  Факт : Сахар имеет формулу C  12  H  22  O  11 .
  Факт : Рассчитанное уравнение этой реакции можно записать в виде
написано следующим образом.
 С  12  В  22  О  11  + 12
О  2  12 CO  2  + 11 H  2  O
 Поскольку мы знаем молекулярную массу сахара, мы можем преобразовать
известную массу сахара на количество молей сахара.
 Теперь у нас есть сбалансированное химическое уравнение, и мы знаем
количество  молей сахара в пробе . Как шаг к
цель задачи мы можем вычислить количество  молей
кислорода  израсходовано в реакции. Уравнение для этого
реакция предполагает, что 12 моль O  2  расходуются на
каждый моль сахара в этой реакции. Таким образом, мы можем вычислить
количество молей кислорода, необходимое для сжигания 0.02921 моль
сахар следующим образом.
 Теперь у нас есть необходимая информация, чтобы добраться до цели
наш расчет. Нам известно количество O  2 , потребленное в
эта реакция выражается в молях, и мы можем вычислить массу
0,3505 моль O  2  от молекулярной массы
кислород.
 Согласно этому расчету требуется
11,2 грамма O  2  для сжигания 10.0 грамм сахара.
   Ограничивающие реагенты  
 Требуется 1,70 г аммиака и 4,00 г кислорода, чтобы
получают 3,00 грамма оксида азота по следующей реакции.
 4 NH  3  ( г ) + 5 O  2  ( г )  4 НЕТ ( г ) + 6 H  2  O ( г )
 Что произойдет с количеством NO, произведенного в этом
реакция, если оставить количество O  2  неизменным (4.00 г)
но увеличивает количество присутствующего NH  3  изначально? Выход реакции останется прежним. Нет
сколько бы NH  3  мы ни добавили в систему, не более НЕТ
образуется, потому что реакция исчерпывает O  2  до того, как
расходуется весь NH  3 . Когда это происходит,
реакция должна прекратиться. Независимо от того, сколько NH  3  добавлено в
система, мы не можем получить более 3,00 граммов NO с 4,00
граммы кислорода.
 Когда O  2  недостаточно для использования всего NH  3  в реакции количество O  2  ограничивает количество
НЕТ, что может быть произведено. Таким образом, кислород является ограничивающим фактором .
реагент  в этой реакции. Потому что там больше NH  3  чем нам нужно, это избыток  реагента .
 Концепция ограничивающего реагента важна, потому что химики
часто запускаются реакции, в которых только ограниченное количество одного из
реагенты присутствует.
 Ключом к ограничению проблем с реагентами является следующая последовательность
шагов.
 Помните, что у вас есть ограничивающий реагент
 проблема или, по крайней мере, рассмотреть возможность того, что
 может быть ограниченное количество одного из
 реагенты.
 Предположим, что один из реагентов является ограничивающим
 реагент.
 Посмотрите, достаточно ли у вас другого реагента для
 потреблять материал, который вы считали
 ограничивающий реагент.
 Если да, то ваше исходное предположение было правильным.
 Если вы этого не сделаете, предположите, что другой реагент является
 ограничивающий реагент и проверьте это предположение.
 После того, как вы определили ограничивающий реагент,
 рассчитать количество образовавшегося продукта.
 Химические формулы | Химия 
 [latexpage]
 Цели обучения 
 К концу этого раздела вы сможете:
 Обозначьте состав молекул, используя молекулярные формулы и эмпирические формулы
 Изобразите расположение связей атомов в молекулах, используя структурные формулы
 Молекулярная формула — это представление молекулы, в которой используются химические символы для обозначения типов атомов, за которыми следуют нижние индексы, чтобы показать количество атомов каждого типа в молекуле.(Нижний индекс используется только в том случае, если присутствует более одного атома данного типа.) Молекулярные формулы также используются в качестве сокращений для названий соединений.
 Структурная формула соединения дает ту же информацию, что и его молекулярная формула (типы и количество атомов в молекуле), но также показывает, как атомы связаны в молекуле. Структурная формула метана содержит символы для одного атома C и четырех атомов H, обозначающих количество атомов в молекуле ([ссылка]).Линии представляют собой связи, удерживающие атомы вместе. (Химическая связь — это притяжение между атомами или ионами, которое удерживает их вместе в молекуле или кристалле.) Мы обсудим химические связи и посмотрим, как предсказать расположение атомов в молекуле позже. А пока просто знайте, что линии указывают на то, как атомы связаны в молекуле. Модель шара и палки показывает геометрическое расположение атомов с атомными размерами не в масштабе, а модель заполнения пространства показывает относительные размеры атомов.
 Молекула метана может быть представлена ​​как (а) молекулярная формула, (б) структурная формула, (в) модель шара и палки и (г) модель заполнения пространства. Атомы углерода и водорода представлены черными и белыми сферами соответственно.
 Хотя многие элементы состоят из дискретных отдельных атомов, некоторые существуют в виде молекул, состоящих из двух или более атомов элемента, химически связанных вместе. Например, большинство образцов элементов водорода, кислорода и азота состоят из молекул, каждая из которых содержит по два атома (называемых двухатомными молекулами), и, таким образом, имеют молекулярные формулы H  2 , O  2  и N  2 , соответственно.Другими элементами, обычно встречающимися в виде двухатомных молекул, являются фтор (F  2 ), хлор (Cl  2 ), бром (Br  2 ) и йод (I  2 ). Наиболее распространенная форма элемента сера состоит из молекул, состоящих из восьми атомов серы; его молекулярная формула: S  8  ([ссылка]).
 Молекула серы состоит из восьми атомов серы и поэтому записывается как S8. Его можно представить в виде (а) структурной формулы, (б) модели шара и ручки и (в) модели заполнения пространства.Атомы серы представлены желтыми сферами.
 Важно отметить, что нижний индекс после символа и число перед символом не представляют одно и то же; например, H  2  и 2H представляют собой совершенно разные виды. H  2  — молекулярная формула; он представляет собой двухатомную молекулу водорода, состоящую из двух атомов элемента, которые химически связаны друг с другом. Выражение 2H, с другой стороны, указывает на два отдельных атома водорода, которые не объединены в единое целое.Выражение 2H  2  представляет две молекулы двухатомного водорода ([ссылка]).
 Символы H, 2H, h3 и 2h3 представляют собой очень разные объекты.
 Соединения образуются при химическом соединении двух или более элементов, в результате чего образуются связи. Например, водород и кислород могут реагировать с образованием воды, а натрий и хлор могут реагировать с образованием поваренной соли. Иногда мы описываем состав этих соединений с помощью эмпирической формулы, которая указывает типы присутствующих атомов и  простейшее целочисленное отношение числа атомов (или ионов) в соединении .Например, диоксид титана (используемый в качестве пигмента в белой краске и в толстом, белом блокирующем типе солнцезащитного крема) имеет эмпирическую формулу TiO  2 . Это идентифицирует элементы титана (Ti) и кислорода (O) как составляющие диоксида титана и указывает на присутствие в два раза большего количества атомов кислорода элемента, чем атомов элемента титана ([ссылка]).
 (a) Белое соединение диоксида титана обеспечивает эффективную защиту от солнца. (б) Кристалл диоксида титана TiO2 содержит титан и кислород в соотношении 1: 2.Атомы титана серые, а атомы кислорода красные. (кредит а: модификация работы «osseous» / Flickr)
 Как обсуждалось ранее, мы можем описать соединение с молекулярной формулой, в которой нижние индексы указывают  действительное число  атомов каждого элемента в молекуле соединения. Во многих случаях молекулярная формула вещества получается из экспериментального определения как его эмпирической формулы, так и его молекулярной массы (суммы атомных масс всех атомов, составляющих молекулу).Например, экспериментально можно определить, что бензол содержит два элемента, углерод (C) и водород (H), и что на каждый атом углерода в бензоле приходится один атом водорода. Таким образом, эмпирическая формула CH. Экспериментальное определение молекулярной массы показывает, что молекула бензола содержит шесть атомов углерода и шесть атомов водорода, поэтому молекулярная формула бензола C  6  H  6  ([ссылка]).
 Бензол, C6H6, образуется при переработке нефти и имеет множество промышленных применений.Молекула бензола может быть представлена ​​в виде (а) структурной формулы, (б) шаровой модели и (в) модели заполнения пространства. (d) Бензол — прозрачная жидкость. (кредит d: модификация работы Сахара Атвы)
 Если мы знаем формулу соединения, мы можем легко определить эмпирическую формулу. (Это в некотором роде академическое упражнение; на практике обычно придерживаются обратной хронологии.) Например, молекулярная формула уксусной кислоты, компонента, придающего уксусу его острый вкус, — C  2  H  4  O  2 .Эта формула показывает, что молекула уксусной кислоты ([ссылка]) содержит два атома углерода, четыре атома водорода и два атома кислорода. Соотношение атомов 2: 4: 2. Деление на наименьший общий знаменатель (2) дает простейшее целочисленное соотношение атомов 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH  2  O. Обратите внимание, что молекулярная формула всегда является целым числом, кратным эмпирическая формула.
 (a) Уксус содержит уксусную кислоту C2h5O2, эмпирическую формулу которой составляют Ch3O. Его можно представить в виде (б) структурной формулы и (в) как шаровой модели.(кредит а: модификация работы «HomeSpot HQ» / Flickr)
 Эмпирические и молекулярные формулы 
 Молекулы глюкозы (сахара в крови) содержат 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы глюкозы?
 Раствор 
 Молекулярная формула: C  6  H  12  O  6 , потому что одна молекула фактически содержит 6 атомов C, 12 H и 6 атомов O. Простейшее целочисленное отношение атомов C к H и O в глюкозе составляет 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH  2  O.
 Проверьте свои знания 
 Молекула метальдегида (пестицида, используемого для улиток и слизней) содержит 8 атомов углерода, 16 атомов водорода и 4 атома кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы метальдегида?
 Ответ:
 Молекулярная формула, C  8  H  16  O  4 ; эмпирическая формула, C  2  H  4  O
 Ли Кронин
 Чем занимаются химики? По словам Ли Кронина ([ссылка]), химики создают очень сложные молекулы путем «измельчения» небольших молекул и «обратного проектирования» их.Он задается вопросом, можем ли мы «сделать действительно крутой универсальный химический набор» с помощью того, что он называет «прикладной» химией. Можем ли мы «приложить» химию?
 В своем выступлении на TED в 2012 году Ли описывает одну захватывающую возможность: объединить набор химических «чернил» с 3D-принтером, способным создать реакционный аппарат (крошечные пробирки, химические стаканы и т. Д.), Чтобы создать «универсальный химический набор инструментов». . » Этот набор инструментов можно использовать для создания индивидуальных лекарств для борьбы с новым супербактерийным микробом или для «печати» лекарств, персонально настроенных в соответствии с вашим генетическим составом, окружающей средой и состоянием здоровья.Кронин говорит: «То, что Apple сделала для музыки, я хотел бы сделать для открытия и распространения рецептурных лекарств».  1  Полный текст его выступления можно найти на сайте TED.
 Химик Ли Кронин был назван одним из 10 самых вдохновляющих ученых Великобритании. Самый молодой председатель Университета Глазго, Ли руководит большой исследовательской группой, сотрудничает со многими учеными по всему миру, опубликовал более 250 статей в ведущих научных журналах и провел более 150 приглашенных выступлений. Его исследования сосредоточены на сложных химических системах и их потенциале для преобразования технологий, а также на отраслях нанонауки, солнечного топлива, синтетической биологии и даже искусственной жизни и эволюции.(кредит: изображение любезно предоставлено Ли Кронином)
 Важно знать, что одни и те же атомы могут быть расположены по-разному: соединения с одинаковой молекулярной формулой могут иметь разные межатомные связи и, следовательно, разные структуры. Например, может ли существовать другое соединение с той же формулой, что и уксусная кислота, C  2  H  4  O  2 ? И если да, то какова будет структура его молекул?
 Если вы предсказываете, что может существовать другое соединение с формулой C  2  H  4  O  2 , то вы продемонстрировали хорошее химическое понимание и правы.Два атома C, четыре атома H и два атома O также могут быть скомпонованы с образованием метилформиата, который используется в производстве в качестве инсектицида и для быстросохнущих отделочных материалов. Молекулы метилформиата имеют один из атомов кислорода между двумя атомами углерода, что отличается от расположения в молекулах уксусной кислоты. Уксусная кислота и метилформиат являются примерами изомеров — соединений с одинаковой химической формулой, но с разными молекулярными структурами ([ссылка]). Обратите внимание, что эта небольшая разница в расположении атомов имеет большое влияние на их соответствующие химические свойства.Вы, конечно, не захотите использовать раствор метилформиата вместо раствора уксусной кислоты (уксуса) при приготовлении заправки для салатов.
 Молекулы (а) уксусной кислоты и метилформиата (б) являются структурными изомерами; они имеют одинаковую формулу (C2h5O2), но разную структуру (и, следовательно, разные химические свойства).
 Существует много типов изомеров ([ссылка]). Уксусная кислота и метилформиат являются структурными изомерами, соединениями, молекулы которых различаются тем, как атомы связаны друг с другом.Существуют также различные типы пространственных изомеров, у которых относительная ориентация атомов в пространстве может быть разной. Например, составной карвон (содержащийся в семенах тмина, мяты и кожуре мандарина) состоит из двух изомеров, которые являются зеркальным отображением друг друга.  S  — (+) — карвон пахнет тмином, а  R  — (-) — карвон пахнет мятой.
 Молекулы карвона являются пространственными изомерами; они отличаются только относительной ориентацией атомов в пространстве.(кредит внизу слева: модификация работы «Miansari66» / Wikimedia Commons; кредит внизу справа: модификация работы Фореста и Ким Старр)
 
 Выберите эту ссылку, чтобы просмотреть объяснение изомеров, пространственных изомеров и почему они имеют разные запахи (выберите видео под названием «Mirror Molecule: Carvone»).
 В молекулярной формуле используются химические символы и индексы для обозначения точного числа различных атомов в молекуле или соединении. Эмпирическая формула дает простейшее целочисленное отношение атомов в соединении.Структурная формула указывает на расположение атомов в молекуле. Шаровидные модели и модели, заполняющие пространство, показывают геометрическое расположение атомов в молекуле. Изомеры — это соединения с одной и той же молекулярной формулой, но с различным расположением атомов.
 Объясните, почему символ атома элемента кислорода и формула молекулы кислорода различаются.
 Символ кислородного элемента, O, представляет как элемент, так и один атом кислорода.Молекула кислорода O  2  содержит два атома кислорода; индекс 2 в формуле должен использоваться, чтобы отличать двухатомную молекулу от двух одиночных атомов кислорода.
 Объясните, почему символ элемента сера и формула молекулы серы различаются.
 Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:
 (а)
 б)
 (в)
 (г)
 (а) молекулярный CO  2 , эмпирический CO  2 ; (б) молекулярный C  2  H  2 , эмпирический CH; (в) молекулярный C  2  H  4 , эмпирический CH  2 ; (г) молекулярный H  2  SO  4 , эмпирический H  2  SO  4 
 Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:
 (а)
 б)
 (в)
 (г)
 Определите эмпирические формулы для следующих соединений:
 (а) кофеин, C  8  H  10  N  4  O  2 
 (b) фруктоза, C  12  H  22  O  11 
 (в) пероксид водорода, H  2  O  2 
 (d) глюкоза, C  6  H  12  O  6 
 (e) аскорбиновая кислота (витамин C), C  6  H  8  O  6 
 (а) C  4  H  5  N  2  O; (b) C  12  H  22  O  11 ; (c) HO; (d) CH  2  O; (e) C  3  H  4  O  3 
 Определите эмпирические формулы для следующих соединений:
 (а) уксусная кислота, C  2  H  4  O  2 
 (б) лимонная кислота, C  6  H  8  O  7 
 (в) гидразин, N  2  H  4 
 (d) никотин, C  10  H  14  N  2 
 (e) бутан, C  4  H  10 
 Напишите эмпирические формулы для следующих соединений:
 (а)
 б)
 Откройте имитацию «Построить молекулу» и выберите вкладку «Большие молекулы».Выберите соответствующий набор атомов, чтобы построить молекулу с двумя атомами углерода и шестью атомами водорода. Перетащите атомы в пространство над «Набором», чтобы создать молекулу. Имя появится, когда вы создадите настоящую существующую молекулу (даже если это не та, которую вы хотите). Вы можете использовать ножницы для разделения атомов, если хотите изменить связи. Нажмите «3D», чтобы увидеть молекулу, и посмотрите на возможности заполнения пространства и шарика и палки.
 (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
 (b) Можете ли вы расположить эти атомы каким-либо образом, чтобы получить другое соединение?
 Используйте симуляцию Build a Molecule, чтобы повторить [ссылка], но построить молекулу с двумя атомами углерода, шестью атомами водорода и одним кислородом.
 (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
 (b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.
 (c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их названия).
 (а) этанол
 (b) метоксиметан, более известный как диметиловый эфир
 (c) Эти молекулы имеют одинаковый химический состав (типы и количество атомов), но разные химические структуры. Это структурные изомеры.
 Используйте симуляцию Build a Molecule, чтобы повторить [ссылка], но постройте молекулу с тремя атомами углерода, семью атомами водорода и одним хлором.
 (a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
 (b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.
 (c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их имена)?
 Сноски 
 1 Ли Кронин, «Распечатайте свое лекарство», доклад, представленный на TED Global 2012, Эдинбург, Шотландия, июнь 2012 г.
No related posts.