Opgave 4 - Ligevægte med cobalt

Cobaltforbindelser har mange forskellige farver.

Der ønskes fremstillet 100 mL af en opløsning med en aktuel stofmængdekoncentration af cobalt(2+) på 0,0200 mol/L. Opløsningen fremstilles ud fra CoCl₂·6H₂O(s).

a)

Beregn massen af CoCl2·6H2O(s), der skal afvejes til fremstilling af den ønskede opløsning.

Cobalt(2+) binder sig nemt til vand og danner Co(H₂O)₆²⁺, der er pink. Tilsættes chlorid til en opløsning af Co(H₂O)₆²⁺ farves opløsningen blå af CoCl₄^2-. Ligevægten, der indstiller sig, ses i reaktion 4.1.

	Co(H2O)62+(aq) + 4Cl-(aq) ⇌ CoCl42- (aq) + 6H2O(l)	(Reaktion 4.1)
	PinkBlå

Der udføres en række forsøg med forskellige indgreb for at undersøge forskydninger af ligevægten i reaktion 4.1. Forsøgene vises i filmen. Filmen er uden lyd.

	b)	Opskriv resultaterne fra forsøgene, vist i filmen, i en tabel.
	c)	Analysér resultaterne fra forsøgene.

Cobalt(2+) kan også binde sig til ammoniak. Ligevægten, der indstiller sig, ses i reaktion 4.2.

Co2+(aq) + 6NH3(aq) ⇌ Co(NH3)62+ (aq)

(Reaktion 4.2)

d)

Opskriv ligevægtsloven, Kc , for reaktion 4.2. Argumentér for, at ligevægtskonstanten har enheden (mol/L)-6.

Der tilsættes 100 mL 1,00 mol/L NH₃ til et bægerglas. Til samme bægerglas tilsættes 100 mL af en opløsning med en koncentration af cobalt(2+) på 0,0200 mol/L, hvorefter ligevægten indstiller sig ved 25 °C.

Ligevægtskonstanten, K_c , for reaktion 4.2 er 2,45·10⁴ (mol/L)^-6 ved 25 °C.

e)

Beregn den aktuelle stofmængdekoncentration af Co(NH3)62+ ved ligevægt ved 25 °C.

Opgave 3 - Syntese af benzaldehyd

Benzaldehyd giver anledning til den karakteristiske duft i mandelessens, men stoffet bruges til meget mere end billig risalamande. Det anvendes blandt andet i forskellige industrielle synteser, herunder fremstillingen af plasttypen polystyren.

Figur 3.1. En bunke mandler

Benzaldehyd kan fremstilles ud fra benzylalkohol, som vist på figur 3.2. Carbonatomet markeret med rød pil oxideres i forbindelse med fremstillingen af benzaldehyd.

Figur 3.2. Oxidation af benzylalkohol

a)

Argumentér for, at det markerede carbonatom i figur 3.2 oxideres.

I eksperiment A bestemmes stofmængdekoncentrationen af benzylalkohol som funktion af tiden for oxidation af benzylalkohol. Samhørende værdier for stofmængdekoncentration og tid findes her som Excel-fil.

b)

Bestem reaktionsordenen for oxidationen af benzylalkohol.

Oxidationen af benzylalkohol ved forskellige temperaturer undersøges i eksperiment B.
Figur 3.3 viser et Arrheniusplot af resultaterne fra eksperiment B, hvor de anvendte hastighedskonstanter har enheden (mol/L)/time.

Figur 3.3. Arrheniusplot for eksperiment B

c)

Bestem aktiveringsenergien for reaktionen. Benyt figur 3.3.

I eksperiment C bestemmes hastighedskonstanten, k, til 1,7010^-2 (mol/L)/time.

d)

Beregn, hvilken temperatur eksperiment C er udført ved.

Opgave 2 - Genindvinding af svovl

I olieraffinering forekommer svovlholdige forbindelser i de tungeste oliefraktioner. Disse svovlholdige forbindelser giver anledning til miljøforurening - blandt andet på grund af dannelse af H₂S. Derfor afsvovles oliefraktionerne ved hjælp af Claus-processen.

Figur 2.1. Et raffinaderi

Claus-processen forløber via to reaktioner ved 1050 °C.

2H2S(g) + 3O2(g)  2SO2(g) + 2H2O(g)	(Reaktion 2.1)
4H2S(g) + 2SO2(g) 3S2(g) + 4H2O(g)	(Reaktion 2.2)

	a)	Angiv systematiske navne for de svovlholdige reaktanter og produkter i reaktion 2.2.
	b)	Vis, at tilvæksten i standardentropi, ΔS°, for reaktion 2.2 er 120,05 J/(mol·K). Kommentér fortegnet.

Tilvæksten i standardentalpi, ΔH°, for reaktion 2.2 er 94,74 kJ/mol.

c)

Beregn den laveste temperatur, hvor reaktion 2.2 er spontan ved standardbetingelser.

Opgave 1 - Cannabis

Spørgsmålene i opgave 1 tager udgangspunkt i bilagsmaterialet.

	a)	Beregn molarmassen af CBD.
	b)	Markér to forskellige typer af funktionelle grupper i CBD. Angiv stofklasser for de markerede funktionelle grupper.
	c)	Argumentér for, at CBD har en kortere retentionstid end THC i HPLC-analysen.
	d)	Afbild en standardkurve for HPLC-analysen af CBD. Vis, at der er en lineær sammenhæng mellem arealet og koncentrationen af CBD med et funktionsudtryk på:
	e)	Beregn indholdet af CBD i de tørrede cannabisblomster. Angiv resultatet i masseprocent.
	f)	Analysér resultaterne fra TLC-analysen af cannabisprodukter vist i figur 1.3

Bilagsmateriale - Cannabis

Cannabis sativa er en plante af cannabisslægten, som er en del af hampefamilien. Cannabis sativa kaldes også ’almindelig hamp’. Cannabisplanter har igennem århundreder været brugt til medicinske formål og som rusmiddel. Brug af cannabis er forbudt i Danmark, med mindre det er ordineret som medicin af en læge.

Figur 1.1. Cannabisblade og cannabiskapsler

Cannabinoider er de aktive stoffer, der findes i cannabisplanten. Der er mere end 100 forskellige cannabinoider i cannabis, herunder f.eks. cannabidiol (CBD) og d-9-tetrahydrocannabinol (THC). Strukturformler af CBD og THC ses på figur 1.2.

Figur 1.2 Strukturformler samt molekylformler for CBD og THC.

THC er det vigtigste euforiserende stof i cannabis og kan have en positiv virkning på smerter  samt på appetit, kvalme og opkast i forbindelse med kemoterapi.

CBD er det hyppigst forekommende aktive stof (cannabinoid) i cannabis. CBD er ikke et euforiserende stof i modsætning til THC og kan virke muskelafslappende og smertestillende. I medicinske cannabisprodukter, er det således ønskeligt, at der er CBD tilstede, men ikke THC. Medicinske cannabisprodukter omfatter cannabisolier, -tabletter og -te som alle indeholder CBD.

Man kan benytte HPLC-analyse til at bestemme indholdet af cannabinoider i cannabisprodukter. Ved HPLC-analysen anvendes en upolær stationær fase samt en polær mobil fase. Retentionstider for en række cannabinoider, bestemt ved HPLC-analyse, kan ses af tabel 1.1.

Stofnavn	CBDV	CBDA	CBD	CBN	THC	THCA
Retentionstid (min)	2,55	3,35	3,97	5,56	6,42	7,49

Tabel 1.1 Retentionstider for HPLC-analyse af cannabinoider

Man ønsker at bestemme CBD- og THC-indholdet i tørrede cannabisblomster ved hjælp af samme HPLC-analyse. Prøven til analysen fremstilles ved at 0,050 g tørrede cannabisblomster ekstraheres med ethanol, og ekstraktet fortyndes til et volumen på 50,0 mL. Der fremstilles endvidere to standardrækker til analysen med fortyndinger af henholdsvis CBD og THC. Resultater fra analysen findes her som Excel-fil. Arealet for CBD-toppen i HPLC-analysen af ekstraktet bestemmes til 209,95.

En række cannabisprodukter er ligeledes blevet analyseret ved hjælp af TLC. Der anvendes en løbevæske bestående af 1 del acetone og 9 dele hexan. Efter kromatograferingen blev pladerne behandlet med et kemikalie, som danner farvede forbindelser med cannabinoider.

Retentionsfaktorer for forskellige cannabinoider ved den nævnte TLC-metode er vist i tabel 1.2.

Stofnavn	Retentionsfaktor (Rf)
THC	0,50
CBD	0,27
THCA	0,09
CBDA	0,12
CBN	0,21

Tabel 1.2 Retentionsfaktorer for cannabinoider ved TLC-analyse

Resultaterne af en TLC-analyse af fire forskellige cannabisprodukter ses i figur 1.3.

Figur 1.3. Resultater af TLC-analyse.

Rækkefølge: 1: Ren CBD, 2: Cannabisolie (A), 3: Cannabisolie (B), 4: Cannabiste.

Vejledning

Følgende hjælpemidler forudsættes:
DATABOG fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.

Opgavebesvarelsen
Din opgavebesvarelse skal afleveres i et samlet dokument gemt i pdf-format.

Bedømmelse
Ved den skriftlige prøve lægges der vægt på din evne til at:

• anvende fagets viden og metoder til behandling af kemiske problemstillinger
• inddrage det udleverede bilagsmateriale i besvarelsen
• gøre iagttagelser og analysere eksperimentelt arbejde, samt efterbehandle og vurdere  resultater herfra
• gennemføre og præsentere relevante beregninger med korrekt brug af fagsprog
• benytte relevante matematiske modeller, metoder og repræsentationsformer
• benytte fagspecifikke digitale værktøjer hensigtsmæssigt
• dokumentere anvendte informationer fra forskellige kilder
• udtrykke sig skriftligt, således at tankegangen fremstår struktureret og tydelig.

Der gives en karakter på baggrund af en helhedsvurdering.