IDN-1 C-0 C-1

IDN-1 C-0 C
Faatih Regind Roman

IChO
General instructions
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

IChO
IDN-1 C-0 G-1

International Chemistry Olympiad 2021 Japan
53rd IChO2021 Japan
25th July – 2nd August, 2021
https://www.icho2021.org

G0-1
English (Official)

IChO

G0-2

IDN-1 C-0 G-2

English (Official)

General Instruction• You are allowed to use only pen to write the answer.
• Your calculator must be non-programmable.
• This examination has 9 problems.
• You can solve the problems in any order.
• You will have 5 hours to solve all problems.
• You can begin working only after the START command is given.
• All results must be written in the appropriate answer boxes with pen on the answer sheets. Use
the back of the question sheets if you need scratch paper. Remember that answers written outside
the answer boxes will not be graded.
• Write relevant calculations in the appropriate boxes when necessary. Full marks will be given forcorrect answers only when your work is shown.
• The invigilator will announce a 30-minute warning before the STOP command.
• You must stop working when the STOP command is given. Failure to stop writing will lead to thenullification of your examination.
• The official English version of this examination is available on request only for clarification.
• You are not allowed to leave your working place without permission. If you need any assistance(broken calculator, need to visit a restroom, etc), raise your hand and wait until an invigilator arrives.
GOOD LUCK!

Problems and Grading Information
Title

Total Score

Percentage

1

Hydrogen at a Metal Surface

24

11

2

Isotope Time Capsule

35

11

3

Lambert–Beer Law?

22

8

4

The Redox Chemistry of Zinc

32

11

5

Mysterious Silicon

60

12

6

The Solid-State Chemistry of Transition Metals

45

13

7

Playing with Non-benzenoid Aromaticity

36

13

8

Dynamic Organic Molecules and Their Chirality

26

11

9

Likes and Dislikes of Capsules

23

10

Total

100

IChO
IDN-1 C-0 G-3

G0-3
English (Official)

Physical Constants and Equations
Constants
Speed of light in vacuum𝑐 = 2.99792458 × 108 m s−1

Planck constantℎ = 6.62607015 × 10−34 J s

Elementary charge

𝑒 = 1.602176634 × 10−19 C

Electron mass𝑚e = 9.10938370 × 10−31 kg

Electric constant(permittivity of vacuum)

𝜀0 = 8.85418781 × 10−12 F m−1

Avogadro constant

𝑁A = 6.02214076 × 1023 mol−1

Boltzmann constant𝑘B = 1.380649 × 10−23 J K−1

Faraday constant

𝐹 = 𝑁A × 𝑒 = 9.64853321233100184 × 104 C mol−1

Gas constant

𝑅 = 𝑁A × 𝑘B = 8.31446261815324 J K−1 mol−1= 8.2057366081 × 10−2 L atm K−1 mol−1

Unified atomic mass unit𝑢 = 1 Da = 1.66053907 × 10−27 kg

Standard pressure

𝑝 = 1 bar = 105 Pa

Atmospheric pressure𝑝atm = 1.01325 × 105 Pa

Zero degree Celsius

0 ∘ C = 273.15 KÅngstrom

1 Å = 10−10 m

Picometer

1 pm = 10−12 m

Electronvolt

1 eV = 1.602176634 × 10−19 J

Part-per-million

1 ppm = 10−6

Part-per-billion

1 ppb = 10−9Part-per-trillion

1 ppt = 10−12pi

𝜋 = 3.141592653589793

The base of the natural logarithm(Euler's number)𝑒 = 2.718281828459045

IChO
IDN-1 C-0 G-4

G0-4
English (Official)

Equations
The ideal gas law

Coulomb's law

𝑃 𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
, where 𝑃 is the pressure, 𝑉 is the volume, 𝑛 is the amount of substance,
𝑇 is the absolute temperature of ideal gas.
𝑞 𝑞
𝐹 = 𝑘e 1 2 2𝑟, where 𝐹 is the electrostatic force, 𝑘e (≃ 9.0 × 109 N m2 C−2 ) is Coulomb's
constant, 𝑞1 and 𝑞2 are the magnitudes of the charges, and 𝑟 is the distance
between the charges.

The first law of thermodynamics

Δ𝑈 = 𝑞 + 𝑤, where Δ𝑈 is the change in the internal energy, 𝑞 is the heat supplied, 𝑤
is the work done.

Enthalpy 𝐻

𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉

Entropy based on Boltzmann's principle 𝑆

𝑆 = 𝑘B ln 𝑊
, where 𝑊 is the number of microstates.
𝑞
Δ𝑆 = rev𝑇, where 𝑞rev is the heat for the reversible process.

The change of entropy
Δ𝑆
Gibbs free energy 𝐺

𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆
Δr 𝐺∘ = −𝑅𝑇 ln 𝐾 = −𝑧𝐹 𝐸 ∘, where 𝐾 is the equilibrium constant, 𝑧 is the number of electrons, 𝐸 ∘ isthe standard electrode potential.

Reaction quotient 𝑄

Δr 𝐺 = Δr 𝐺∘ + 𝑅𝑇 ln 𝑄
For a reaction
𝑎A + 𝑏B ⇌ 𝑐C + 𝑑D𝑐𝑑[C] [D]𝑄=𝑎𝑏[A] [B], where [A] is the concentration of A.

IChO

G0-5

IDN-1 C-0 G-5

Heat change Δ𝑞
Nernst equation for redox reaction
Arrhenius equation

English (Official)

Δ𝑞 = 𝑛𝑐m Δ𝑇, where 𝑐m is the temperature-independent molar heat capacity.
𝐶
𝑅𝑇
ln ox
𝐸 = 𝐸∘ +𝑧𝐹
𝐶red, where 𝐶ox is the concentration of oxidized substance, 𝐶red is the concentration of reduced substance.
𝐸
𝑘 = 𝐴 exp (− 𝑎 )𝑅𝑇, where 𝑘 is the rate constant, 𝐴 is the pre-exponential factor, 𝐸𝑎 is theactivation energy.
exp(𝑥) = 𝑒𝑥

Lambert–Beer equation

𝐴 = 𝜀𝑙𝑐, where 𝐴 is the absorbance, 𝜀 is the molar absorption coefficient, 𝑙 is the
optical path length, 𝑐 is the concentration of the solution.

Henderson–Hasselbalch
equation

For an equilibrium
HA ⇌ H+ + A−
, where equilibrium constant is 𝐾a ,[A− ]pH = p𝐾a + log ()[HA]𝑐
𝐸 = ℎ𝜈 = ℎ
𝜆, where 𝜈 is the frequency, 𝜆 is the wavelength of the light.

Energy of a photon
The sum of a geometricseriesWhen 𝑥 ≠ 1,

Approximation equationthat can be used to solve
problems

When 𝑥 ≪ 1,
1
≃1+𝑥
1−𝑥

𝑛

1 + 𝑥 + 𝑥2 + ⋯ + 𝑥𝑛 = ∑𝑖=0 𝑥𝑖 =1 − 𝑥𝑛+1
1−𝑥

IChO
IDN-1 C-0 G-6

Periodic Table

G0-6
English (Official)IChO
IDN-1 C-0 G-7

1

H NMR Chemical ShiftsΔ𝛿 for one alkyl group-substitution: ca. +0.4 ppm

G0-7
English (Official)IChO
IDN-1 C-0 G-1

International Chemistry Olympiad 2021 Japan
53rd IChO2021 Japan
25th July – 2nd August, 2021
https://www.icho2021.org

G0-1
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-0 G-2

G0-2
Indonesia (Indonesia)

Petunjuk Umum
• Gunakan hanya pena saja untuk menuliskan jawaban.
• Kalkulator yang digunakan harus yang non-programmable.
• Ujian ini terdiri dari 9 soal.
• Anda boleh mengerjakan soal ujian tanpa berurutan.
• Waktu untuk mengerjakan semua soal ujian adalah 5 jam.
• Anda hanya boleh memulai mengerjakan soal setelah perintah MULAI diberikan.
• Semua jawaban harus dituliskan menggunakan pena di dalam kotak yang sesuai pada lembar
jawaban. Gunakan bagian belakang lembar soal untuk corat-coret. Ingatlah bahwa jawaban yangdituliskan di luar kotak jawaban tidak akan dinilai.
• Tuliskan uraian perhitungan yang relevan di dalam kotak yang sesuai jika diperlukan. Nilai penuh
akan diberikan hanya ketika uraian pekerjaan Anda dituliskan.
• Pengawas akan memberikan peringatan 30-menit sebelum perintah SELESAI diberikan.
• Anda harus berhenti mengerjakan soal ujian ketika perintah SELESAI diberikan. Jika Anda tidak
berhenti menulis maka nilai ujian Anda akan di-nol-kan.
• Versi soal ujian berbahasa Inggris tersedia jika diminta hanya untuk klarifikasi saja.
• Anda tidak boleh meninggalkan ruang ujian tanpa izin. Jika memerlukan sesuatu (kalkulator rusak,
perlu ke kamar kecil, dll.), angkat tangan Anda dan tunggu hingga pengawas Anda mendatangi
Anda.
SEMOGA BERHASIL!

Soal dan Informasi Penilaian
Judul

Nilai Total

Persentase

1

Hidrogen pada Permukaan Logam

24

11

2

Kapsul Waktu Isotop

35

11

3

Hukum Lambert–Beer?

22

8

4

Kimia Redoks Seng

32

11

5

Misteri Silikon

60

12

6

Kimia Padatan Logam Transisi

45

13

7

Bermain dengan Kearomatikan Non-benzenoid

36

13

8

Molekul Organik Dinamis dan Kiralitasnya

26

11

9

Kapsul Suka dan Benci

23

10

Total

100

IChO
IDN-1 C-0 G-3

G0-3
Indonesia (Indonesia)

Tetapan Fisik dan Persamaan
TetapanKecepatan cahaya dalam ruang hampa

𝑐 = 2.99792458 × 108 m s−1

Tetapan Planckℎ = 6.62607015 × 10−34 J s

Muatan Elementer𝑒 = 1.602176634 × 10−19 C

Massa Elektron𝑚e = 9.10938370 × 10−31 kg

Tetapan Listrik(permitivitas vakum)

𝜀0 = 8.85418781 × 10−12 F m−1

Tetapan Avogadro

𝑁A = 6.02214076 × 1023 mol−1

Tetapan Boltzmann

𝑘B = 1.380649 × 10−23 J K−1

Tetapan Faraday

𝐹 = 𝑁A × 𝑒 = 9.64853321233100184 × 104 C mol−1

Tetapan Gas

𝑅 = 𝑁A × 𝑘B = 8.31446261815324 J K−1 mol−1= 8.2057366081 × 10−2 L atm K−1 mol−1

Satuan massa atom (Unified atomic massunit)

𝑢 = 1 Da = 1.66053907 × 10−27 kg

Tekanan standar

𝑝 = 1 bar = 105 Pa

Tekanan atmosfer𝑝atm = 1.01325 × 105 Pa

Nol derajat Celsius

0 ∘ C = 273.15 KÅngstrom

1 Å = 10−10 m

Picometer

1 pm = 10−12 m

Electronvolt

1 eV = 1.602176634 × 10−19 J

Part-per-million

1 ppm = 10−6

Part-per-billion

1 ppb = 10−9Part-per-trillion

1 ppt = 10−12pi

𝜋 = 3.141592653589793

basis logaritma netral(bilangan Euler)𝑒 = 2.718281828459045

IChO
IDN-1 C-0 G-4

G0-4
Indonesia (Indonesia)

Persamaan
Hukum gas ideal

𝑃 𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
, dengan 𝑃 adalah tekanan, 𝑉 adalah volume, 𝑛 adalah jumlah zat, 𝑇adalah temperatur absolut gas ideal.
𝑞 𝑞
𝐹 = 𝑘e 1 2 2𝑟, dengan 𝐹 gaya elektrostatik, 𝑘e (≃ 9.0 × 109 N m2 C−2 ) adalah tetapan
Coulomb, 𝑞1 dan 𝑞2 adalah besarnya muatan, dan 𝑟 jarak antar muatan.

Hukum Coulomb

Hukum pertama
modinamika

ter-

Δ𝑈 = 𝑞 + 𝑤, dengan Δ𝑈 adalah perubahan energi dalam, 𝑞 adalah kalor yang terlibat,
𝑤 adalah kerja yang dilakukan.

Entalpi 𝐻

𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉

Entropiberdasarkan
prinsip Boltzmann 𝑆

𝑆 = 𝑘B ln 𝑊
, dengan 𝑊 adalah jumlah keadaan-mikro (microstates).
𝑞
Δ𝑆 = rev𝑇, dengan 𝑞rev adalah kalor untuk proses reversibel.

Perubahan entropi Δ𝑆
Energi bebas Gibbs 𝐺

𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆
Δr 𝐺∘ = −𝑅𝑇 ln 𝐾 = −𝑧𝐹 𝐸 ∘, dengan 𝐾 adalah tetapan kesetimbangan, 𝑧 adalah jumlah elektron, 𝐸 ∘adalah potensial elektroda standar.

Kuosien reaksi 𝑄

Δr 𝐺 = Δr 𝐺∘ + 𝑅𝑇 ln 𝑄
Untuk reaksi
𝑎A + 𝑏B ⇌ 𝑐C + 𝑑D𝑐𝑑[C] [D]𝑄=𝑎𝑏[A] [B], dengan [A] adalah konsentrasi A.

IChO

G0-5

IDN-1 C-0 G-5

Perubahan kalor Δ𝑞

Persamaan Nernst untuk reaksi redoks
Persamaan Arrhenius

Persamaan
Beer

Lambert–Persamaan Henderson–
Hasselbalch

Energi foton
Jumlah deret geometri

Δ𝑞 = 𝑛𝑐m Δ𝑇, dengan 𝑐m adalah kapasitas kalor molar yang tidak bergantung temperatur
𝐶
𝑅𝑇
ln ox
𝐸 = 𝐸∘ +𝑧𝐹
𝐶red, dengan 𝐶ox adalah konsentrasi zat yang teroksidasi, 𝐶red adalah konsentrasi zat yang tereduksi.
𝐸
𝑘 = 𝐴 exp (− 𝑎 )𝑅𝑇, dengan 𝑘 adalah tetapan laju, 𝐴 adalah faktor pre-eksponensial, 𝐸𝑎
adalah energi aktivasi.
exp(𝑥) = 𝑒𝑥
𝐴 = 𝜀𝑙𝑐, dengan 𝐴 adalah absorbansi, 𝜀 adalah koefisien absorpsi molar, 𝑙 adalah
jarak tempuh cahaya, 𝑐 adalah konsentrasi larutan.
Untuk suatu kesetimbangan, dengan tetapan kesetimbangan 𝐾a ,[A− ]pH = p𝐾a + log ()[HA]𝑐
𝐸 = ℎ𝜈 = ℎ
𝜆, dengan 𝜈 adalah frekuensi, 𝜆 adalah panjang gelombang cahaya.
Ketika 𝑥 ≠ 1,𝑛

1 + 𝑥 + 𝑥2 + ⋯ + 𝑥𝑛 = ∑𝑖=0 𝑥𝑖 =Persamaan aproksimasiyang dapat digunakan
untuk
mengerjakan
soal.

Indonesia (Indonesia)

Ketika 𝑥 ≪ 1,
1
≃1+𝑥
1−𝑥

1 − 𝑥𝑛+1
1−𝑥

IChO
IDN-1 C-0 G-6

Tabel Periodik

G0-6Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-0 G-7

Geseran Kimia 1 H NMR

Δ𝛿 untuk satu substitusi gugus-alkil: ca. +0.4 ppm

G0-7
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-1 C-1

IDN-1 C-1 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 1
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q1-1

IChO
IDN-1 C-1 Q-1English (Official)Hydrogen at a Metal Surface
11 % of the total
Question

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Total

Points

6

4

5

3

3

3

24

Score

Hydrogen is expected to be a future energy source that does not depend on fossil fuels. Here, we willconsider the hydrogen-storage process in a metal, which is related to hydrogen-transport and -storage
technology.

Part AAs hydrogen is absorbed into the bulk of a metal via its surface, let us first consider the adsorption
process of hydrogen at the metal surface, H2 (g) → 2H(ad), where the gaseous and adsorbed states ofhydrogen are represented as (g) and (ad), respectively. Hydrogen molecules (H2 ) that reach the metal
surface (M) dissociate at the surface and are adsorbed as H atoms (Fig. 1). Here, the potential energyof H2 is represented by two variables: the interatomic distance, 𝑑, and the height relative to the surface
metal atom, 𝑧. It is assumed that the axis along the two H atoms is parallel to the surface and that thecenter of gravity is always on the vertical dotted line in Fig. 1. Fig. 2 shows the potential energy contour
plot for the dissociation at the surface. The numerical values represent the potential energy in units ofkJ per mole of H2 . The solid line spacing is 20 kJ mol−1 , the dashed line spacing is 100 kJ mol−1 , and thespacing between solid and dashed lines is 80 kJ mol−1 . The zero-point vibration energy is ignored.

IChO
IDN-1 C-1 Q-2

Q1-2

Fig.1 Definition of variables. Drawing is not in scale.

Fig.2

English (Official)

Q1-3

IChO
IDN-1 C-1 Q-3

A.1

A.2

English (Official)

For each of the following items (i)–(iii), select the closest value from A–G.
(i) The interatomic distance for a gaseous H2 molecule(ii) The interatomic distance between metal atoms (𝑑M in Fig. 1)(iii) The distance of adsorbed H atoms from the surface (ℎad in Fig. 1)
A. 0.03 nm

B. 0.07 nm

C. 0.11 nm

E. 0.19 nm

F. 0.23 nm

G. 0.27 nm

6pt

D. 0.15 nm

For each of the following items (i)–(ii), select the closest value from A–H.
(i) the energy required for the dissociation of gaseous H2 to gaseous H[H2 (g) → 2H(g)](ii) the energy released during the adsorption of a gaseous H2 [H2 (g) → 2H(ad)]A. 20 kJ mol−1

B. 40 kJ mol−1

C. 60 kJ mol−1

D. 100 kJ mol−1

E. 150 kJ mol−1

F. 200 kJ mol−1

G. 300 kJ mol−1

H. 400 kJ mol−1

4pt

IChO
IDN-1 C-1 Q-4

Q1-4
English (Official)Part B
The adsorbed hydrogen atoms are then either absorbed into the bulk, or recombine and desorb backinto the gas phase, as shown in the reactions (1a) and (1b). H(ab) represents a hydrogen atom absorbed
in the bulk.

The reaction rates per surface site for adsorption, desorption, and absorption are 𝑟1 [s−1 ], 𝑟2 [s−1 ] and𝑟3 [s−1 ] , respectively. They are expressed as:

where 𝑘1 [s−1 Pa−1 ], 𝑘2 [s−1 ] and 𝑘3 [s−1 ] are the reaction rate constants and 𝑃H2 is the pressure of H2 .
Among the sites available on the surface, 𝜃 (0 ≤ 𝜃 ≤ 1) is the fraction occupied by H atoms. It is assumed
that adsorption and desorption are fast compared to absorption (𝑟1 , 𝑟2 ≫ 𝑟3 ) and that 𝜃 remains constant.
B.1

𝑟3 can be expressed as:

Express 𝐶 using 𝑘1 and 𝑘2 .

5pt

IChO
IDN-1 C-1 Q-5

Q1-5
English (Official)

A metal sample with a surface area of 𝑆 = 1.0 × 10−3 m2 was placed in a container (1L = 1.0 × 10−3 m3 )with H2 (𝑃H2 = 1.0 × 102 Pa ). The density of hydrogen-atom adsorption sites on the surface was 𝑁 =1.3 × 1018 m−2 . The surface temperature was kept at 𝑇 = 400 K. As the reaction (1) proceeded, 𝑃H2
decreased at a constant rate of 𝑣 = 4.0 × 10−4 Pa s−1 . Assume that H2 is an ideal gas and that the volumeof the metal sample is negligible.

B.2

Calculate the amount of H atoms in moles absorbed per unit area of the surface
per unit time, 𝐴 [mol s−1 m−2 ].

3pt

B.3

At 𝑇 = 400 K, 𝐶 equals 1.0 × 102 Pa−1 . Calculate the value of 𝑘3 at 400 K. If you
did not obtain the answer to B.2, use 𝐴 = 3.6 × 10−7 mol s−1 m−2 .

3pt

B.4

At a different 𝑇 , 𝐶 = 2.5 × 103 Pa−1 and 𝑘3 = 4.8 × 10−2 s−1 are given. For 𝑟3 as afunction of 𝑃H2 at this temperature, select the correct plot from (a)–(h).

3pt

Q1-1

IChO
IDN-1 C-1 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Hidrogen pada Permukaan Logam
11 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Total

Poin

6

4

5

3

3

3

24

Nilai

Hidrogen merupakan salah satu sumber energi di masa depan yang tidak bergantung pada energi fosil.
Pada soal ini kita akan meninjau proses penyimpanan hidrogen dalam logam, yang mendasari teknologi
penyimpanan dan transpor hidrogen.

Bagian A
Hidrogen diabsorpsi ke dalam fasa ruah (bulk) logam melalui permukaan logam. Pertama, mari kitatinjau proses adsorpsi hidrogen pada permukaan logam, H2 (g) → 2H(ad), dimana fasa gas and fasa teradsorpsi dari hidrogen ditunjukkan sebagai (g) dan (ad), secara berurutan. Molekul hidrogen (H2 ) yangmencapai permukaan logam (M) mengalami disosiasi pada permukaan dan teradsorpsi sebagai atom
H (Gambar 1). Energi potensial H2 bergantung pada dua variabel: jarak antar atom, 𝑑, dan jarak relatifterhadap permukaan logam, 𝑧. Asumsikan bahwa sumbu ikatan dua atom H sejajar dengan permukaan
logam dan lokasi pusat massa (the center of gravity) selalu berada pada garis putus-putus vertikal yangditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 2 menunjukkan plot kontur dari energi potensial disosiasi padapermukaan. Angka yang ditunjukkan pada Gambar 2 merupakan energi potensial dalam kJ per mol
H2 . Jarak antara garis utuh (solid line spacing) adalah 20 kJ mol−1 , jarak antara garis putus-putus (dashedline spacing) adalah 100 kJ mol−1 , dan jarak antara garis utuh dan garis putus-putus adalah 80 kJ mol−1 .
Abaikan kontribusi dari zero-point vibration energy.

IChO
IDN-1 C-1 Q-2

Q1-2
Indonesia (Indonesia)

Gambar 1 Definisi variabel. Gambar tidak sesuai skala sebenarnya.

Gambar 2

Q1-3

IChO
IDN-1 C-1 Q-3

A.1

A.2

Indonesia (Indonesia)

Jawab pertanyaan berikut (i)–(iii) dengan memilih A-G yang mengandung jawaban dengan nilai terdekat.
(i) Jarak antaratom pada molekul gas H2(ii) Jarak antaratom logam (𝑑M pada Gambar 1)(iii) Jarak atom H yang teradsorpsi dari permukaan logam (ℎad pada Gambar 1)
A. 0.03 nm

B. 0.07 nm

C. 0.11 nm

E. 0.19 nm

F. 0.23 nm

G. 0.27 nm

6pt

D. 0.15 nm

Jawab pertanyaan berikut (i)–(ii) dengan memilih A-H yang mengandung jawaban dengan nilai terdekat.
(i) Energi yang diperlukan untuk disosiasi gas H2 menjadi gas H[H2 (g) → 2H(g)](ii) Energi yang dilepaskan pada adsorpsi gas H2 [H2 (g) → 2H(ad)]A. 20 kJ mol−1

B. 40 kJ mol−1

C. 60 kJ mol−1

D. 100 kJ mol−1

E. 150 kJ mol−1

F. 200 kJ mol−1

G. 300 kJ mol−1

H. 400 kJ mol−1

4pt

IChO
IDN-1 C-1 Q-4

Q1-4
Indonesia (Indonesia)

Bagian B
Atom hidrogen yang teradsorpsi selanjutnya dapat mengalami proses absorpsi ke fasa ruah (bulk), atau
mengalami rekombinasi dan terdesorpsi kembali ke fasa gasnya, seperti ditunjukkan pada reaksi (1a)dan (1b). H(ab) menunjukkan atom hidrogen yang terabsorpsi dalam fasa ruah (bulk).

Laju reaksi tiap jumlah sisi permukaan adsorpsi, desorpsi, dan absorpsi masing-masing adalah
𝑟1 [s−1 ], 𝑟2 [s−1 ] dan 𝑟3 [s−1 ], secara berurutan. Masing-masing hukum laju reaksi tersebut dapat dituliskansebagai berikut:

dimana 𝑘1 [s−1 Pa−1 ], 𝑘2 [s−1 ] dan 𝑘3 [s−1 ] adalah tetapan laju reaksi dan 𝑃H2 adalah tekanan gas H2 . Di
antara sisi permukaan yang tersedia, 𝜃 (0 ≤ 𝜃 ≤ 1) adalah fraksi sisi permukaan yang diisi oleh atom
H. Asumsikan bahwa adsorpsi dan desorpsi berlangsung lebih cepat daripada absorpsi (𝑟1 , 𝑟2 ≫ 𝑟3 ) dan
asumsikan juga bahwa 𝜃 selalu tetap.
B.1

𝑟3 dapat dituliskan sebagai:

Tuliskan nilai 𝐶 dalam 𝑘1 dan 𝑘2 .

5pt

IChO
IDN-1 C-1 Q-5

Q1-5
Indonesia (Indonesia)

Suatu sampel logam A dengan luas permukaan 𝑆 = 1.0 × 10−3 m2 dimasukkan ke dalam suatu wadah
berukuran 1L = 1.0 × 10−3 m3 bersama dengan gas H2 (𝑃H2 = 1.0 × 102 Pa ). Kerapatan sisi adsorpsi atom
hidrogen pada permukaan 𝑁 = 1.3 × 1018 m−2 . Temperatur pada permukaan 𝑇 = 400 K. Seiring dengan
berjalannya reaksi (1), 𝑃H2 berkurang dengan laju tetap sebesar 𝑣 = 4.0 × 10−4 Pa s−1 . Asumsikan bahwa
H2 adalah gas ideal dan volume sampel logam dapat diabaikan.

B.2

Hitung jumlah atom H (dalam mol) yang terabsorpsi tiap satuan luas permukaan tiap satuan waktu, 𝐴 [mol s−1 m−2 ].

3pt

B.3

Pada 𝑇 = 400 K, 𝐶 bernilai 1.0 × 102 Pa−1 . Hitung nilai 𝑘3 pada 400 K.
Jika Anda tidak mendapatkan jawaban pertanyaan B.2, gunakan 𝐴 = 3.6 ×
10−7 mol s−1 m−2 .

3pt

B.4

Pada 𝑇 yang berbeda, 𝐶 = 2.5 × 103 Pa−1 dan 𝑘3 = 4.8 × 10−2 s−1 . Pada temperatur tersebut, pilih plot 𝑟3 sebagai fungsi dari 𝑃H2 yang paling tepat dari pilihan(a)–(h).

3pt

IChO
IDN-1 C-1 A-1

Hidrogen pada Permukaan Logam
Bagian A
A.1 (6 pt)
(i)

(ii)

(iii)

A.2 (4 pt)
(i)

(ii)

A1-1
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-1 A-2Bagian B
B.1 (5 pt)

𝐶=
B.2 (3 pt)𝐴=

mol s−1 m−2

A1-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-1 A-3

B.3 (3 pt)

𝑘3 =B.4 (3 pt)

s−1

A1-3
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-2 C-1

IDN-1 C-2 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 2
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q2-1

IChO
IDN-1 C-2 Q-1

English (Official)

Isotope Time Capsule
11 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

A.4

Total

Points

8

8

10

9

35

Score

Molecular entities that differ only in isotopic composition, such as CH4 and CH3 D, are called isotopologues. Isotopologues are considered to have the same chemical characteristics. In nature, however,there exists a slight difference.
Assume that all of the substances shown in this Question are in a gas phase.
Let us consider the following equilibrium:

The entropy, 𝑆, increases with increasing the number of possible microscopic states of a system, 𝑊 :𝑊 = 1 for 12 C16 O2 and 12 C18 O2 . In contrast, 𝑊 = 2 for a 12 C16 O18 O molecule because the oxygen atoms
are distinguishable in this molecule. As the right-hand side of the equilibrium shown in eq. 1 has two
12 16 18
C O O molecules, 𝑊 = 22 = 4.

IChO
IDN-1 C-2 Q-2

A.1

Q2-2
English (Official)

The enthalpy change, Δ𝐻, of eq. 3 is positive regardless of the temperature.

8pt

Calculate the equilibrium constants, 𝐾, for eq. 3 at very low (think of 𝑇 → 0) andvery high (think of 𝑇 → +∞) temperatures. Assume that the reaction remains
unchanged at these temperatures and that Δ𝐻 converges to a constant value
for high temperatures.
The ΔH of the following process can be explained by molecular vibrations.

At 𝑇 = 0 K, the vibrational energy of a diatomic molecule whose vibration frequency is 𝜈 [s−1 ] is expressedas:Wherein 𝑘 is the force constant and 𝜇 the reduced mass, which is expressed in terms of the mass of thetwo atoms in the diatomic molecule, 𝑚1 and 𝑚2 , according to:

A.2

The vibration of H2 is at 4161.0 cm−1 when reported as a wavenumber.
Calculate the Δ𝐻 of the following equation at 𝑇 = 0 K in units of J mol−1 .

Assume that:• only the vibrational energy contributes to the Δ𝐻.
• the 𝑘 values for H2 , HD, and D2 are identical.
• the mass of H to be 1 Da and the mass of D to be 2 Da.

8pt

IChO
IDN-1 C-2 Q-3

Q2-3
English (Official)

The molar ratio of H2 , HD, and D2 depends on the temperature in a system in equilibrium. Here, ΔD2 isdefined as the change of the molar ratio of D2 .

[D2 ]
[D ]
in the sample and 𝑅D∗ 2 to 2 at 𝑇 → +∞. It should be noted here that the
[H2 ]
[H2 ]
distribution of isotopes becomes random at 𝑇 → +∞.
Here, 𝑅D2 refers to
A.3

Calculate ΔD2 with natural D abundance when the isotopic exchange is in equilibrium at the temperature where 𝐾 in eq. 4 is 0.300. Assume that the naturalabundance ratios of D and H are 1.5576 × 10–4 and 1 − 1.5576 × 10–4 , respectively.

10pt

Q2-4

IChO
IDN-1 C-2 Q-4English (Official)

In general, the molar ratio of the doubly substituted isotopologue, which contains two heavy isotope
atoms in one molecule, increases with decreasing temperature. Let us consider the molar ratio of CO2
molecules with molecular weights of 44 and 47, which are described as CO2 [44] and CO2 [47] below. The
quantity Δ47 is defined as:[CO2 [47]][CO2 [47]]∗in the sample and 𝑅47
toat 𝑇 → +∞. The natural abundances of carbon[CO2 [44]][CO2 [44]]and oxygen atoms are shown below; ignore isotopes that are not shown here.

𝑅47 refers to12

natural abundance

16

natural abundanceC

130.988888

0.011112

C

O

17

O

18

0.997621

0.0003790

0.0020000

O

The temperature dependence of Δ47 is determined as follows, where 𝑇 is given as the absolute temperature in units of K:

A.4

The 𝑅47 of fossil plankton obtained from the Antarctic seabed was 4.50865×10–5 .
Estimate the temperature using this 𝑅47 . This temperature is interpreted as the
air temperature during the era in which the plankton lived. Consider only themost common isotopologue of CO2 [47] for the calculation.

9pt

Q2-1

IChO
IDN-1 C-2 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Kapsul Waktu Isotop
11 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

A.4

Total

Poin

8

8

10

9

35

Nilai

Spesi molekular yang berbeda hanya pada komposisi isotop, seperti CH4 dan CH3 D, disebut isotopolog.
Isotopolog memiliki karakter/sifat kimia yang sama. Pada kenyataannya, di alam terdapat sedikit perbedaan pada sifat kimia isotopolog.
Asumsikan bahwa semua senyawa pada pertanyaan ini berada fasa gas.
Perhatikan kesetimbangan berikut:

Entropi, 𝑆, meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah microscopic states yang mungkin dalam suatu sistem, 𝑊 :𝑊 = 1 untuk 12 C16 O2 dan 12 C18 O2 . Sebaliknya, 𝑊 = 2 untuk molekul 12 C16 O18 O karena atom oksigen dapat dibedakan dalam molekul tersebut. Karena terdapat dua 12 C16 O18 O molekul pada sisi kanan (produk)
pada kesetimbangan reaksi 1, maka 𝑊 = 22 = 4.

IChO
IDN-1 C-2 Q-2

A.1

Q2-2
Indonesia (Indonesia)

Perubahan entalpi, Δ𝐻, reaksi 3 selalu bernilai positif pada semua rentang temperatur.

8pt

Hitung tetapan kesetimbangan, 𝐾, untuk reaksi 3 pada temperatur yang sangat rendah (𝑇 → 0) dan pada temperatur yang sangat tinggi (𝑇 → +∞). Asumsikan bahwa reaksi tersebut tidak berubah pada rentang temperatur tersebut
dan nilai Δ𝐻 menuju ke suatu nilai tetap temperatur tinggi.
Nilai ΔH proses berikut dapat dijelaskan dengan vibrasi molekul.

Pada 𝑇 = 0 K, energi vibrasi suatu molekul diatomik dengan frekuensi vibrasi 𝜈 [s−1 ] adalah:

Dimana 𝑘 adalah tetapan pegas (force constant) dan 𝜇 adalah massa tereduksi (reduced mass), yangbergantung pada massa masing-masing atom , 𝑚1 dan 𝑚2 dalam molekul diatomik menurut persamaan:

A.2

Bilangan gelombang vibrasi H2 adalah 4161.0 cm−1 . Hitung Δ𝐻 reaksi berikut
pada 𝑇 = 0 K dalam satuan J mol−1 .

Asumsikan bahwa:• hanya energi vibrasi yang berkontribusi pada Δ𝐻.
• nilai 𝑘 bernilai sama untuk H2 , HD, dan D2 .
• massa H adalah 1 Da dan massa D adalah 2 Da.

8pt

IChO
IDN-1 C-2 Q-3

Q2-3
Indonesia (Indonesia)

Rasio molar H2 , HD, dan D2 bergantung pada temperatur sistem dalam kesetimbangan. ΔD2 didefinisikan sebagai perubahan rasio molar D2 .

[D2 ]
[D ]
dalam sampel dan 𝑅D∗ 2 menunjukkan 2 pada 𝑇 → +∞.
[H2 ]
[H2 ]
Perhatikan bahwa distribusi isotop menjadi acak/random pada 𝑇 → +∞.

Pada persamaan di atas, 𝑅D2 menunjukkan
A.3

Hitung ΔD2 dengan kelimpahan D di alam ketika pertukaran isotop berada
pada kesetimbangan pada suatu temperatur dimana nilai 𝐾 reaksi 4 adalah
0.300. Asumsikan bahwa rasio kelimpahan D dan H di alam adalah 1.5576 × 10–4
and 1 − 1.5576 × 10–4 , secara berurutan.

10pt

Q2-4

IChO
IDN-1 C-2 Q-4Indonesia (Indonesia)

Pada umumnya, rasio molar isotopolog tersubstitusi ganda, yang mengandung dua isotop berat dalamsatu molekul, meningkat seiring dengan menurunnya temperatur. Tinjau rasio molar molekul CO2 dengan massa molekul 44 dan 47, yang dapat dituliskan sebagai CO2 [44] dan CO2 [47] di bawah ini. Besaran
Δ47 didefinisikan sebagai:[CO2 [47]][CO2 [47]]∗dalam sampel dan 𝑅47
menunjukkan rasio
pada 𝑇 → +∞.
[CO2 [44]][CO2 [44]]Kelimpahan karbon dan oksigen di alam ditunjukkan di bawah ini; abaikan isotop yang tidak ditunjukkan.
𝑅47 menunjukkan rasio

12kelimpahan di alam

16

kelimpahan di alamC

130.988888

0.011112

C

O

17

O

18

0.997621

0.0003790

0.0020000

O

Kebergantungan Δ47 pada temperatur ditunjukkan pada persamaan berikut, dimana 𝑇 adalah temperatur absolut dalam satuan K:

A.4

Nilai 𝑅47 dari suatu fosil plankton yang diperoleh dari dasar Antartika adalah
4.50865 × 10–5 . Perkirakan temperatur dengan menggunakan nilai 𝑅47 tersebut. Temperatur ini dapat diinterpretasikan sebagai temperatur udara padasaat plankton tersebut masih hidup. Gunakan hanya isotopolog CO2 [47] yangpaling umum untuk perhitungan.

9pt

IChO
IDN-1 C-2 A-1

Kapsul Waktu Isotop
A.1 (8 pt)

𝑇 →0∶𝐾=, 𝑇 → +∞ ∶ 𝐾 =A2-1
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-2 A-2

A.2 (8 pt)

Δ𝐻 =J mol−1

A2-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-2 A-3

A.3 (10 pt)

ΔD2 =

A2-3
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-2 A-4

A.4 (9 pt)

𝑇 =

K

A2-4
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-3 C-1

IDN-1 C-3 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 3
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q3-1

IChO
IDN-1 C-3 Q-1

English (Official)

Lambert–Beer Law?
8 % of the total
Question

A.1

B.1

B.2

Total

Points

10

6

6

22

Score

In this problem, ignore the absorption of the cell and the solvent. The temperatures of all solutions andgases are kept constant at 25 °C.

Part A
An aqueous solution X was prepared using HA and NaA. The concentrations [A− ], [HA], and [H+ ] in solution X are 1.00 × 10−2 mol L−1 , 1.00 × 10−3 mol L−1 , and 1.00 × 10−4 mol L−1 , respectively, which arecorrelated via the following acid-base equilibrium:
HA ⇌ A− + H+

𝐾=

[A− ][H+ ]
[HA]

(1)

The optical path length is 𝑙 in Part A. Ignore the density change upon dilution. Assume that no chemical
reactions other than eq 1 occur.
A.1

The absorbance of X was 𝐴1 at a wavelength of 𝜆1 . Then, solution X was diluted
to twice its initial volume using hydrochloric acid with pH = 2.500. After the
dilution, the absorbance was still 𝐴1 at 𝜆1 . Determine the ratio 𝜀HA /𝜀A− , where𝜀HA and 𝜀A− represent the absorption coefficients of HA and of A− , respectively,at 𝜆1 .

10pt

Q3-2

IChO
IDN-1 C-3 Q-2English (Official)Part BLet us consider the following equilibrium in the gas phase.
D ⇌ 2M(2)

Pure gas D is filled into a cuboid container that has a transparent movable wall with a cross-section of 𝑆
(see the figure below) at a pressure 𝑃 , and equilibrium is established while the total pressure is kept at 𝑃 .
The absorbance of the gas is 𝐴 = 𝜀(𝑛/𝑉 )𝑙, where 𝜀, 𝑛, 𝑉 , and 𝑙 are the absorption coefficient, amount of
the gas in moles, volume of the gas, and optical path length, respectively. Assume that all componentsof the gas mixture behave as ideal gases.

Use the following definitions if necessary.
Initial state

After equilibrium

D

M

D

M

Partial pressure

𝑃

0

𝑝D

𝑝M

Amount in moles

𝑛0

0

𝑛D

𝑛M

Volume𝑉0

𝑉

B.1

The absorbance of the gas at 𝜆B1 measured from direction 𝑥 (𝑙 = 𝑙𝑥 ) was 𝐴B1
both at the initial state and after the equilibrium. Determine the ratio 𝜀D /𝜀M
at 𝜆B1 , where 𝜀D and 𝜀M represent the absorption coefficients of D and of M,
respectively.

6pt

B.2

The absorbance of the gas at 𝜆B2 measured from direction 𝑦 was 𝐴B2 both at
the initial state (𝑙 = 𝑙𝑦0 ) and after the equilibrium (𝑙 = 𝑙𝑦 ). Determine the ratio
𝜀D /𝜀M at 𝜆B2 .

6pt

Q3-1

IChO
IDN-1 C-3 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Hukum Lambert–Beer?
8 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

B.1

B.2

Total

Poin

10

6

6

22

Nilai

Pada soal ini, abaikan absorpsi oleh wadah dan pelarut. Suhu semua larutan dan gas selalu tetap 25 °C.

Bagian A
Larutan X dalam air disiapkan dengan menggunakan HA dan NaA. Konsentrasi [A− ], [HA], dan [H+ ] dalamlarutan X masing-masing adalah 1.00 × 10−2 mol L−1 , 1.00 × 10−3 mol L−1 , and 1.00 × 10−4 mol L−1 , secara berurutan, dan berhubungan dengan kesetimbangan asam-basa berikut:
HA ⇌ A− + H+

𝐾=

[A− ][H+ ]
[HA]

(1)

Jarak yang ditempuh cahaya adalah 𝑙 pada Bagian A. Abaikan perubahan massa jenis saat pengenceran.
Asumsikan bahwa tidak ada reaksi kimia yang terjadi selain reaksi 1.
A.1

Absorbansi X adalah 𝐴1 pada panjang gelombang 𝜆1 . Larutan X kemudian diencerkan sehingga volumenya menjadi dua kali volume awalnya menggunakan
asam hidroklorida dengan pH = 2.500. Setelah pengenceran, absorbansi larutan masih tetap bernilai 𝐴1 pada 𝜆1 . Tentukan rasio 𝜀HA /𝜀A− , dimana 𝜀HA dan 𝜀A−
masing-masing adalah koefisien absorpsi HA dan A− pada 𝜆1 secara berurutan.

10pt

Q3-2

IChO
IDN-1 C-3 Q-2Indonesia (Indonesia)

Bagian B
Perhatikan kesetimbangan berikut.
D ⇌ 2M(2)

Suatu gas murni D diisikan ke dalam wadah berbentuk kotak hingga tekanan mencapai 𝑃 . Kotak tersebut memiliki dinding transparan yang dapat bergerak dengan luas 𝑆 (lihat gambar di bawah ini), dan
kesetimbangan tercapai saat tekanan total bernilai tetap sebesar 𝑃 . Absorbansi gas adalah 𝐴 = 𝜀(𝑛/𝑉 )𝑙,dimana 𝜀, 𝑛, 𝑉 , dan 𝑙 adalah koefisien absorpsi, jumlah mol gas, volume gas, dan jarak tempuh cahaya,secara berurutan. Asumsikan bahwa semua gas dalam campuran berperilaku sebagai gas ideal.

Gunakan definisi di bawah ini jika diperlukan
Kondisi awal

Setelah tercapai kesetimbangan

D

M

D

Tekanan parsial

𝑃

0

𝑝D

𝑝M

Jumlah mol

𝑛0

0

𝑛D

𝑛M

Volume

𝑉0

M

𝑉

B.1

Absorbansi gas pada 𝜆B1 diukur pada arah 𝑥 (𝑙 = 𝑙𝑥 ) baik pada kondisi awal
maupun setelah kesetimbangan tercapai adalah 𝐴B1 . Tentukan rasio 𝜀D /𝜀Mpada 𝜆B1 , dimana 𝜀D dan 𝜀M masing-masing adalah koefsien absorpsi D dan M,
secara berurutan.

6pt

B.2

Absorbansi gas pada 𝜆B2 diukur pada arah 𝑦 pada kondisi awal (𝑙 = 𝑙𝑦0 ) maupun
setelah kesetimbangan tercapai (𝑙 = 𝑙𝑦 ) adalah 𝐴B2 . Tentukan rasio 𝜀D /𝜀M pada
𝜆B2 .

6pt

IChO
IDN-1 C-3 A-1

Hukum Lambert–Beer?
Bagian A
A.1 (10 pt)(Berlanjut pada halaman berikutnya)

A3-1
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-3 A-2

A.1 (cont.)

𝜀HA /𝜀A− =A3-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-3 A-3Bagian B
B.1 (6 pt)

𝜀D /𝜀M =A3-3
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-3 A-4

B.2 (6 pt)

𝜀D /𝜀M =A3-4
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-4 C-1

IDN-1 C-4 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 4
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q4-1

IChO
IDN-1 C-4 Q-1

English (Official)

The Redox Chemistry of Zinc
11 % of the total
Question

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Total

Points

6

5

4

3

5

9

32

Score

Zinc has long been used as alloys for brass and steel materials. The zinc contained in industrial wastewater is separated by precipitation to detoxify the water, and the obtained precipitate is reduced to recoverand reuse it as metallic zinc.

Part AThe dissolution equilibrium of zinc hydroxide Zn(OH)2 (s) at 25 ∘ C and the relevant equilibrium constants
are given in eq. 1–4.

IChO
IDN-1 C-4 Q-2

Q4-2
English (Official)

The solubility, 𝑆, of zinc (concentration of zinc in a saturated aqueous solution) is given in eq. 5.

A.1

When the equilibria in eq. 1–4 are established, calculate the pH range
in which [Zn(OH)2 (aq)] is the greatest among [Zn2+ (aq)], [Zn(OH)2 (aq)] and[Zn(OH)2−
4 (aq)].

6pt

A.2

A saturated aqueous solution of Zn(OH)2 (s) with pH = 7.00 was prepared andfiltered. NaOH was added to this filtrate to increase its pH to 12.00. Calculate
the molar percentage of zinc that precipitates when increasing the pH from 7.00
to 12.00. Ignore the volume and temperature changes.

5ptPart B
Next, the recovered zinc hydroxide is heated to obtain zinc oxide according to the reaction below:

The zinc oxide is then reduced to metallic zinc by reaction with hydrogen:

B.1

In order for reaction (7) to proceed at a hydrogen pressure kept at 1 bar, it is necessary to reduce the partial pressure of the generated water vapor. Calculate
the upper limit for the partial pressure of water vapor to allow reaction (7)to proceed at 300 ∘ C. Here, the Gibbs formation energies of zinc oxide andwater vapor at 300 ∘ C and 1 bar for all gaseous species are Δ𝐺ZnO (300∘ C) =−2.90 × 102 kJ mol−1 and Δ𝐺H2 O (300∘ C) = −2.20 × 102 kJ mol−1 , respectively.

4pt

Metallic zinc is used as a negative electrode (anode) material for metal-air batteries. The electrode consists of Zn and ZnO. It uses the following redox reaction to generate electricity with the electromotive
force (e.m.f.) at 25 ∘ C and pressure of 1 bar, 𝐸 ∘ .

B.2

A zinc–air battery was discharged at 20 mA for 24 hours. Calculate the change
in mass of the negative electrode (anode) of the battery.

3pt

IChO
IDN-1 C-4 Q-3

Q4-3
English (Official)

Mt. Fuji
B.3

Consider the change of e.m.f. of a zinc–air battery depending on the environment. Calculate the e.m.f. at the summit of Mt. Fuji, where the temperature
and altitude are −38 ∘ C (February) and 3776 m, respectively. The atmosphericpressure is represented by

5pt

at altitude ℎ [m] and temperature 𝑇 [∘ C]. The molar ratio of oxygen in the atmosphere is 21%. The Gibbs energy change of reaction (8) is Δ𝐺ZnO (−38∘ C) =−3.26 × 102 kJ mol−1 at −38 ∘ C and 1 bar.
B.4

Calculate the Gibbs energy change for reaction (6) at 25 ∘ C. Note that the standard reduction potentials, 𝐸 ∘ (Zn2+ /Zn) and 𝐸 ∘ (O2 /H2 O) at 25 ∘ C and 1 bar are
given as (10) and (11), respectively.

9pt

Q4-1

IChO
IDN-1 C-4 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Kimia Redoks Seng
11 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Total

Poin

6

5

4

3

5

9

32

Nilai

Seng sudah lama digunakan sebagai paduan logam material perunggu dan baja. Seng yang terdapat
pada limbah industri dipisahkan dengan pengendapan untuk detoksifikasi air, dan endapan yang diperoleh direduksi untuk didaur ulang dan digunakan kembali sebagai logam seng.

Bagian A
Kesetimbangan larutan seng hidroksida Zn(OH)2 (s) pada 25 ∘ C dan tetapan kesetimbangan masingmasing reaksi diberikan pada persamaan 1–4.

IChO
IDN-1 C-4 Q-2

Q4-2
Indonesia (Indonesia)

Kelarutan, 𝑆, seng (konsentrasi seng dalam suatu larutan jenuh) diberikan pada persamaan 5.

A.1

Ketika kesetimbangan pada persamaan 1–4 tercapai, hitung rentang pH
dimana [Zn(OH)2 (aq)] paling besar di antara [Zn2+ (aq)], [Zn(OH)2 (aq)] dan[Zn(OH)2−
4 (aq)].

6pt

A.2

Larutan jenuh Zn(OH)2 (s) dengan pH = 7.00 disiapkan dan disaring. Kemudiankedalam filtrat ditambahkan NaOH untuk meningkatkan pH menjadi 12.00.
Hitung presentase molar Zn yang mengendap ketika pH bertambah dari 7.00
menjadi 12.00. Abaikan perubahan volume dan temperatur.

5pt

Bagian B
Selanjutnya, seng hidroksida yang diperoleh dipanaskan untuk memperoleh seng oksida sesuai dengan
persamaan reaksi berikut:

Seng oksida kemudian direduksi menjadi logam seng dengan reaksi menggunakan hidrogen:

B.1

Agar reaksi (7) dapat berlangsung pada kondisi tekanan hidrogen dijaga pada
1 bar, perlu untuk mengurangi tekanan parsial dari uap air yang dihasilkan.
Hitung batas atas tekanan uap air parsial agar reaksi (7) dapat berlangsung
pada 300 ∘ C. Berikut nilai energi bebas Gibbs pembentukan untuk seng oksida
dan uap air pada 300 ∘ C dan 1 bar untuk semua spesi gas yaitu masing-masing
Δ𝐺ZnO (300∘ C) = −2.90 × 102 kJ mol−1 dan Δ𝐺H2 O (300∘ C) = −2.20 × 102 kJ mol−1

4pt

Logam seng digunakan sebagai elektroda negatif (anoda) pada baterai metal-air. Elektroda disusun dari
Zn dan ZnO. Elektroda tersebut digunakan pada reaksi redoks berikut untuk menghasilkan listrik dengan
electromotive force (e.m.f.) pada 25 ∘ C dan tekanan 1 bar, 𝐸 ∘ .

B.2

Sebuah baterai zinc–air habis digunakan dengan arus 20 mA selama 24 jam.
Hitung perubahan massa elektroda negatif (anoda) dari baterai tersebut.

3pt

IChO
IDN-1 C-4 Q-3

Q4-3
Indonesia (Indonesia)

Gunung Fuji
B.3

Diketahui perubahan nilai e.m.f. dari baterai zinc–air tergantung pada lingkungan. Hitung nilai e.m.f. pada puncak gunung Fuji, yang memiliki temperatur
dan ketinggian masing-masing −38 ∘ C (Februari) and 3776 m. Tekanan atmosfer dinyatakan dengan persamaan:

5pt

dengan ketinggian ℎ [m] dan temperatur 𝑇 [∘ C]. Perbandingan molar oksigen
di udara sebesar 21%. Perubahan energi bebas Gibbs untuk reaksi (8) adalah
Δ𝐺ZnO (−38∘ C) = −3.26 × 102 kJ mol−1 pada −38 ∘ C dan 1 bar.
B.4

Hitung perubahan energi bebas Gibbs untuk reaksi (6) pada 25 ∘ C. Perhatikan
bahwa nilai potensial reduksi standar 𝐸 ∘ (Zn2+ /Zn) dan𝐸 ∘ (O2 /H2 O) pada 25 ∘ C
dan 1 bar masing-masing diberikan pada persamaan (10) dan (11).

9pt

IChO
IDN-1 C-4 A-1

Kimia Redoks Seng
Bagian A
A.1 (6 pt)< pH <

A4-1
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-4 A-2

A.2 (5 pt)%

A4-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-4 A-3Bagian B
B.1 (4 pt)

bar

𝑝H2 O=
B.2 (3 pt)

g

A4-3
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-4 A-4

B.3 (5 pt)

V

A4-4
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-4 A-5

B.4 (9 pt)

Δ𝐺∘ =J mol−1

A4-5
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-5 C-1

IDN-1 C-5 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 5
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q5-1

IChO
IDN-1 C-5 Q-1

English (Official)

Mysterious Silicon
12 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

A.4

B.1

B.2

B.3

Total

Points

9

7

6

10

5

15

8

60

Score

Although silicon is also a group 14 element like carbon, their properties differ significantly.

Part A
Unlike the carbon–carbon triple bond, the silicon–silicon triple bond in a compound formulated as
R1 –Si ≡ Si–R1 (R: organic substituent) is extremely reactive. For example, it reacts with ethylene to forma cyclic product that contains a four-membered ring.

When R1 –Si ≡ Si–R1 is treated with an alkyne (R2 –C ≡ C–R2 ), the four-membered-ring compound A is
formed as an initial intermediate. Further reaction of another molecule of R2 –C ≡ C–R2 with A affords
isomers B and C, both of which have benzene-like cyclic conjugated structures, so-called ‘disilabenzenes’
that contain a six-membered ring and can be formulated as (R1 –Si)2 (R2 –C)4 .

IChO
IDN-1 C-5 Q-2

Q5-2
English (Official)

The 13 C NMR analysis of the corresponding six-membered ring skeletons Si2 C4 shows two signals for B
and one signal for C.
A.1

Draw the structural formulae of A, B, and C using R1 , R2 , Si, and C, with one ofthe possible resonance structures.

9pt

A.2

Calculate the aromatic stabilization energy (ASE) for benzene and C (in the caseof R1 = R2 = H) as positive values, considering the enthalpy change in somehydrogenation reactions of unsaturated systems shown below (Fig. 1).

7pt

Fig. 1

Q5-3

IChO
IDN-1 C-5 Q-3English (Official)

When a xylene solution of C is heated, it undergoes isomerization to give an equilibrium mixture ofcompounds D and E. The molar ratio is D : E = 1 : 40.0 at 50.0 ˚C and D : E = 1 : 20.0 at 120.0 ˚C.
Calculate Δ𝐻 for the transformation of D to E. Assume that Δ𝐻 does not depend on temperature.

A.3

6pt

The isomerization from C to D and to E proceeds via transformations of 𝜋-bonds into 𝜎-bonds without
breaking any 𝜎-bonds. A 13 C NMR analysis revealed one signal for the Si2 C4 skeleton of D and two signals
for that of E. The skeleton of D does not contain any three-membered rings, while E has two threemembered rings that share an edge.

Draw the structural formulae of D and E using R1 , R2 , Si, and C.

A.4

10pt

Part B
Silicon is able to form highly coordinated compounds (> four substituents) with electronegative elements
such as fluorine. As metal fluorides are often used as fluorination reagents, highly coordinated silicon
fluorides also act as fluorination reagents.
The fluorination reaction of CCl4 using Na2 SiF6 was carried out as follows.
• Standardization of Na2 SiF6 solution :· Preparation
Aqueous solution F: 0.855 g of Na2 SiF6 (188.053 g mol–1 ) dissolved in water (total volume: 200 mL).
Aqueous solution G: 6.86 g of Ce2 (SO4 )3 (568.424 g mol–1 ) dissolved in water (total volume: 200 mL).
· Procedure
Precipitation titration of a solution F (50.0 mL) by dropwise adding solution G in the presence of xylenol
orange, which coordinates to Ce3+ , as an indicator. After adding 18.8 mL of solution G, the color of thesolution changes from yellow to magenta. The generated precipitate is a binary compound that contains
Ce3+ , and the only resulting silicon compound is Si(OH)4 .
B.1

Write the balanced equation for the reaction of Na2 SiF6 with Ce2 (SO4 )3 .

5pt

• Reaction of CCl4 with Na2 SiF6 :(Substance losses by e.g. evaporation are negligible during the following operations.)
Na2 SiF6 (𝑥 [g]) was added to CCl4 (500.0 g) and heated to 300˚C in a sealed pressure-resistant reaction
vessel. The unreacted Na2 SiF6 and generated NaCl were removed by filtration. The filtrate was diluted
to a total volume of 1.00 L with CCl4 (solution H). The 29 Si and 19 F NMR spectra of solution H showed SiF4
as the only silicon compound. In the 19 F NMR spectrum, in addition to SiF4 , signals corresponding to
CFCl3 , CF2 Cl2 , CF3 Cl, and CF4 were observed (cf. Table 1). The integration ratios in the 19 F NMR spectrum
are proportional to the number of fluorine nuclei.
Table 119

F NMR data

CFCl3

CF2 Cl2

CF3 Cl

CF4Integration ratio

45.0

65.0

18.0

2.0

IChO
IDN-1 C-5 Q-4

Q5-4
English (Official)

SiF4 is hydrolyzed to form H2 SiF6 according to the following eq. 8:

Solution H (10 mL) was added to an excess amount of water, which resulted in the complete hydrolysis of
SiF4 . After separation, the H2 SiF6 generated from the hydrolysis in the aqueous solution was neutralized
and completely converted to Na2 SiF6 (aqueous solution J).
The precipitate of unreacted Na2 SiF6 and NaCl, which was removed by filtration in the initial step (underlined), was completely dissolved in water to give an aqueous solution (solution K; 10.0 L).
Then, additional precipitation titrations using solution G were carried out, and the endpoints of the titrations with G were as follows:·For solution J (entire amount): 61.6 mL.
·For 100 mL of solution K: 44.4 mL.
It should be noted here that the coexistence of NaCl or SiO2 has no effect on the precipitation titration.
B.2

Calculate the mass of the NaCl produced in the reaction vessel (information
underlined), and calculate the mass (𝑥 [g]) of the Na2 SiF6 used as a starting
material.

15pt

B.3

77.8% of the CCl4 used as a starting material was unreacted. Calculate the massof CF3 Cl generated.

8pt

Q5-1

IChO
IDN-1 C-5 Q-1Indonesia (Indonesia)

Misteri Silikon
12 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

A.4

B.1

B.2

B.3

Total

Poin

9

7

6

10

5

15

8

60

Nilai

Meskipun silikon merupakan unsur golongan 14 seperti karbon, sifat kedua unsur tersebut berbeda.

Bagian A
Berbeda dengan ikatan rangkap tiga pada karbon-karbon, ikatan rangkap tiga pada silikon-silikon dalamsebuah senyawa diformulasikan sebagai R1 –Si ≡ Si–R1 (R: subsituen organik) yang sangat reaktif. Sebagai contoh, senyawa silikon tersebut bereaksi dengan etilena untuk menghasilkan sebuah produk yangmengandung senyawa cincin lingkar empat.

Ketika R1 –Si ≡ Si–R1 direaksikan dengan senyawa alkuna (R2 –C ≡ C–R2 ), senyawa cincin lingkar empat
A terbentuk sebagai produk awal. Selanjutnya reaksi senyawa R2 –C ≡ C–R2 dengan A menghasilkan
isomer B dan C, keduanya memiliki struktur konjugasi seperti benzena, sehingga disebut ‘disilabenzenes’
yang memiliki cincin lingkar enam dengan formula (R1 –Si)2 (R2 –C)4 .

IChO
IDN-1 C-5 Q-2

Q5-2
Indonesia (Indonesia)

Analisis 13 C NMR senyawa cincin lingkar enam dengan kerangka Si2 C4 menunjukkan adanya dua sinyal
untuk B dan satu sinyal untuk C.
A.1

Gambarkan struktur molekul A, B, dan C dengan menuliskan simbol R1 , R2 , Si,
dan C, dengan menggambarkan salah satu struktur resonansi yang mungkin.

9pt

A.2

Hitung the aromatic stabilization energy (ASE) untuk benzena dan C (dengan
R1 = R2 = H) sebagai nilai positif, dengan mempertimbangkan perubahan
entalpi dalam beberapa reaksi hidrogenasi sistem tak jenuh ditunjukkan padagambar di bawah ini (Gambar 1).

7pt

Gambar 1

IChO
IDN-1 C-5 Q-3

Q5-3
Indonesia (Indonesia)

Ketika larutan xylene C dipanaskan, senyawa tersebut mengalami isomerisasi untuk menghasilkan campuran senyawa D dan E dalam kesetimbangan. Perbandingan molar yaitu D : E = 1 : 40.0 pada 50.0 ˚Cdan D : E = 1 : 20.0 pada 120.0 ˚C.
A.3

Hitung Δ𝐻 untuk transformasi D menjadi E. Asumsikan Δ𝐻 tidak tergantung
temperatur.

6pt

Isomerisasi C menjadi D dan menjadi E berlangsung melalui transformasi ikatan 𝜋 menjadi ikatan 𝜎 tanpa
pemutusan ikatan 𝜎 yang ada. Analisis 13 C NMR menunjukkan satu sinyal untuk kerangka Si2 C4 pada D
dan dua sinyal untuk E. Kerangka D tidak memiliki cincin lingkar tiga, sementara E memiliki dua cincin
lingkar tiga yang berbagi di bagian tepinya (edge sharing ring).
A.4

Gambarkan struktur molekul D dan E dengan menggunakan simbol R1 , R2 , Si,
dan C.

10pt

Bagian B
Silikon dapat membentuk senyawa dengan bilangan koordinasi tinggi (> empat subsituen) dengan
unsur-unsur yang elektronegatif seperti fluorin. Karena logam fluorida sering digunakan sebagai
reagen fluorinasi, silikon fluorida dengan koordinasi tinggi juga digunakan sebagai bahan fluorinasi
Reaksi fluorinasi CCl4 menggunakan Na2 SiF6 dilakukan sebagai berikut.
• Pembakuan larutan Na2 SiF6 :· Preparasi
Larutan F: 0.855 g Na2 SiF6 (188.053 g mol–1 ) dilarutkan dalam air (volume total : 200 mL).
Larutan G: 6.86 g Ce2 (SO4 )3 (568.424 g mol–1 ) dilarutkan dalam air (volume total : 200 mL).
· Prosedur
Titrasi pengendapan larutan F (50.0 mL) dilakukan dengan penambahan larutan G tetes demi tetes
menggunakan indikator xylenol orange, yang berkoordinasi dengan Ce3+ . Setelah penambahan 18.8 mL
larutan G, warna larutan berubah dari kuning menjadi magenta. Endapan yang terbentuk merupakan
senyawa biner yang mengandung Ce3+ , dan satu-satunya senyawa silikon yang dihasilkan yaitu Si(OH)4 .
B.1

Tuliskan persamaan reaksi yang setara untuk reaksi Na2 SiF6 dengan Ce2 (SO4 )3 .

5pt

• Reaksi CCl4 dengan Na2 SiF6 :(hilangnya senyawa selama tahap-tahap berikut berlangsung diabaikan, misalnya melalui proses penguapan )Na2 SiF6 (𝑥 [g]) ditambahkan ke dalam CCl4 (500.0 g) dan dipanaskan sampai 300˚C dalam wadah
bertekanan tinggi (pressure-resistant reaction vessel). Na2 SiF6 yang tidak bereaksi dan NaCl yang dihasilkan,
dipisahkan dengan cara penyaringan. Filtrat yang diperoleh diencerkan dengan CCl4 (larutan H) sampai
volume total 1.00 L. Spektrum 29 Si dan 19 F NMR larutan H menunjukkan SiF4 sebagai satu-satunya
senyawa silikon. Selain SiF4 , pada spektrum 19 F NMR, teramati sinyal-sinyal yang sesuai untuk CFCl3 ,CF2 Cl2 , CF3 Cl, dan CF4 (cf. Tabel 1). Rasio integrasi pada spektrum 19 F NMR sebanding dengan jumlah
inti fluorin.

Q5-4

IChO
IDN-1 C-5 Q-4Indonesia (Indonesia)

Tabel 1
Data

19

F NMR

CFCl3

CF2 Cl2

CF3 ClCF4

Rasio integrasi

45.0

65.0

18.0

2.0

SiF4 terhidrolisis membentuk H2 SiF6 menurut persamaan reaksi 8:

Larutan H (10 mL) ditambahkan ke dalam air yang berlebih, yang menyebabkan SiF4 terhidrolisis sempurna. Setelah pemisahan, H2 SiF6 yang terbentuk dari hidrolisis dalam larutan dinetralkan dan dikonversi sempurna menjadi Na2 SiF6 (larutan J).
Endapan Na2 SiF6 yang tidak bereaksi dan NaCl, yang dipisahkan dengan penyaringan pada tahap awal
(lihat yang digarisbawahi), larut sempurna dalam air untuk menghasilkan larutan K (10.0 L).
Kemudian, titrasi pengendapan tambahan dengan menggunakan larutan G dilakukan dan titik akhir
titrasi dengan larutan G sebagai berikut:·Untuk larutan J (seluruh larutan): 61.6 mL.
·Untuk 100 mL larutan K: 44.4 mL.
Perhatikan bahwa adanya NaCl atau SiO2 tidak mempengaruhi titrasi pengendapan.
B.2

Hitung massa NaCl yang dihasilkan dalam wadah reaksi (informasi yang digarisbawahi), dan hitung massa (𝑥 [g]) Na2 SiF6 yang digunakan sebagai material awal (starting material).

15pt

B.3

Sebanyak 77.8% CCl4 , yang digunakan sebagai material awal, tidak bereaksi .
Hitung massa CF3 Cl yang dihasilkan.

8pt

IChO

A5-1

IDN-1 C-5 A-1

Indonesia (Indonesia)

Misteri Silikon
Bagian A
A.1 (9 pt)
A (3 pt)

B (3 pt)

C (3 pt)

A.2 (7 pt)

C6 H6 ∶

kJ mol–1 , C ∶kJ mol–1

IChO
IDN-1 C-5 A-2

A.3 (6 pt)

kJ mol–1

Δ𝐻 =A.4 (10 pt)
D (5 pt)

E (5 pt)

A5-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-5 A-3Bagian B
B.1 (5 pt)

B.2 (15 pt)(Continued on the next page)A5-3
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-5 A-4

B.2 (cont.)

NaCl ∶

g, Na2 SiF6 ∶g

A5-4
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-5 A-5

B.3 (8 pt)

CF3 Cl ∶g

A5-5Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-6 C-1

IDN-1 C-6 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 6
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q6-1

IChO
IDN-1 C-6 Q-1

English (Official)

The Solid-State Chemistry of Transition Metals
13 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

B.3

B.4

C.1

C.2

C.3

Total

Points

6

3

3

6

4

4

4

5

5

5

45

Score

Volcano at Sakurajima island

Part A
Japan is one of the countries with the highest numbers of volcanos worldwide. When silicate minerals
crystallize from magma, a part of the transition-metal ions (Mn+ ) in the magma is incorporated into thesilicate minerals. The Mn+ studied in the problem are coordinated by oxide ions (O2− ) and adopt a fourcoordinate tetrahedral (𝑇d ) geometry in the magma and six-coordinate octahedral (𝑂h ) geometry in thesilicate minerals, both of which exhibit a high-spin electron configuration. The distribution coefficient of
Mn+ between the silicate minerals and magma, 𝐷, can be expressed by:where [M]s and [M]l are the concentrations of Mn+ in the silicate minerals and the magma, respectively.
The table below shows the 𝐷 values of Cr2+ and Mn2+ as examples.

IChO
IDN-1 C-6 Q-2

Q6-2
English (Official)

Let ΔO and CFSEO be the energy separation of the d-orbitals of Mn+ and the crystal-field stabilizationenergy in a 𝑂h field, respectively. Let ΔT and CFSET be those in a 𝑇d field.
A.1

Calculate |CFSEO −CFSET | = ΔCFSE in terms of ΔO for Cr2+ , Mn2+ , and Co2+ ;assume ΔT = 4/9ΔO .

6pt

A.2

A linear relationship is observed by plotting ln𝐷 against ΔCFSE / ΔO in the Cartesian coordinate system shown below.
Estimate 𝐷 for Co2+ .

3pt

Metal oxides MO (M: Ca, Ti, V, Mn, or Co) crystallize in a rock-salt structure wherein the Mn+ adopts an 𝑂hgeometry with a high-spin electron configuration. The lattice enthalpy of these oxides is mainly governedby the Coulomb interactions based on the radius and charge of the ions and some contributions fromthe CFSE of Mn+ in the 𝑂h field.
A.3

Choose the appropriate set of lattice enthalpies [kJ mol−1 ] from one of the options (a) to (f).

3pt

IChO
IDN-1 C-6 Q-3

Q6-3
English (Official)Part B
A mixed oxide A, which contains La3+ and Cu2+ , crystallizes in a tetragonal unit cell shown in Fig.1. In the[CuO6 ] octahedron, the Cu–O length along the z-axis (𝑙𝑧 ) is longer than that of the x-axis (𝑙𝑥 ), and [CuO6 ]is distorted from the regular 𝑂h geometry. This distortion removes the degeneracy of the eg orbitals(d𝑥2 −𝑦2 and d𝑧2 ).

Fig. 1
A can be synthesized by thermal decomposition (pyrolysis) of complex B, which is formed by mixing metal
chlorides in dilute aqueous ammonia solution containing squaric acid C4 H2 O4 , i.e., a diacid. The pyrolysis
behavior of B in dry air shows a weight loss of 29.1% up to 200 °C due to the loss of crystallization water,
followed by another weight loss up to 700 °C due to the release of CO2 . The total weight loss during theformation of A from B is 63.6%. It should be noted that only water and CO2 are released in the pyrolysis
reaction.
B.1

Write the chemical formulae for A and B.

6pt

B.2

Calculate 𝑙𝑥 and 𝑙𝑧 using Fig. 1.

4pt

B.3

For Cu2+ in the distorted [CuO6 ] octahedron in A of Fig. 1, write the names of the
split eg orbitals (d𝑥2 −𝑦2 and d𝑧2 ) in (i) and (ii), and draw the electron configurationin the dotted box in your answer sheet.

4pt

Q6-4

IChO
IDN-1 C-6 Q-4English (Official)

A is an insulator. When one La3+ is substituted with one Sr2+ , one hole is generated in the crystal latticethat can conduct electricity. As a result, the Sr2+ -doped A shows superconductivity below 38 K. When asubstitution reaction took place for A, 2.05 × 1027 holes m−3 were generated.
B.4

Calculate the percentage of Sr2+ substituted for La3+ based on the mole ratio
in the substitution reaction. Note that the valences of the constituent ions andthe crystal structure are not altered by the substitution reaction.

4pt

Part C−2+

Cu2 (CH3 CO2 )4 is composed of four CH3 CO2 coordinated to two Cu (Fig. 2A). Cu2 (CH3 CO2 )4 exhibits−high levels of structural symmetry, with two axes passing through the carbon atoms of the four CH3 CO2
2+
and an axis passing through the two Cu , all of which are oriented orthogonal relative to each other.
−
When a dicarboxylate ligand is used instead of CH3 CO2 , a “cage complex” is formed. The cage com2+
L1
plex Cu4 (L1L1)4 is composed of planar dicarboxylate L1 (Fig. 2B) and Cu (Fig. 2C). The angle θ between
the coordination directions of the two carboxylates, indicated by the arrows in Fig. 2B, determines the
structure of the cage complex. The θ is 0° for L1. Note that hydrogen atoms are not shown in Fig. 2.

Fig. 2IChO
IDN-1 C-6 Q-5

C.1

Q6-5
English (Official)

The θ of the planar dicarboxylate L2 below is fixed to 90˚. If the composition
2+
L2of the cage complex formed from L2 and Cu is Cu𝑛 (L2L2)𝑚 , give the smallest−
integer combination of n and m. Assume that only the CO2 groups of L2 form2+
a coordination bond to Cu ions.

5pt

Q6-6

IChO
IDN-1 C-6 Q-6English (Official)

2+−

A zinc complex, Zn4 O(CH3 CO2 )6 , contains four tetrahedral Zn , six CH3 CO2 , and one O2− (Fig. 3A). In
Zn4 O(CH3 CO2 )6 , the O2− is located at the origin, and the three axes passing through the carbon atoms of−
CH3 CO2 are oriented orthogonal relative to each other. When p-benzenedicarboxylate (Fig. 3B, L3, θ =−2+180°) is used instead of CH3 CO2 , the Zn clusters are linked to each other to form a crystalline solid (X)L3that is called a “porous coordination polymer” (Fig. 3C). The composition of X is [Zn4 O(L3L3)3 ]𝑛 , and it hasa cubic crystal structure with nano-sized pores. One pore is represented as a sphere in Fig. 3D, and each2+
tetrahedral Zn cluster is represented as a dark gray polyhedron in Fig. 3C and 3D. Note that hydrogenatoms are not shown in Fig. 3.

Fig. 3
C.2

X has a cubic unit cell with a side length of 𝑎 (Fig. 3C) and a density of 0.592
g cm−3 . Calculate 𝑎 in [cm].

5pt

C.3

X contains a considerable number of pores, and 1 g of X can accommodate
3.0 × 102 mL of CO2 gas in the pores at 1 bar and 25 °C. Calculate the average
number of CO2 molecules per pore.

5pt

Q6-1

IChO
IDN-1 C-6 Q-1Indonesia (Indonesia)

Kimia Padatan Logam Transisi
13 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

B.3

B.4

C.1

C.2

C.3

Total

Poin

6

3

3

6

4

4

4

5

5

5

45

Nilai

Gunung berapi di pulau Sakurajima

Bagian A
Jepang merupakan salah satu negara yang memiliki jumlah gunung berapi cukup banyak. Ketika mineral silikat mengkristal dari magma, sebagian ion-ion logam transisi (Mn+ ) yang terdapat pada magma
bergabung dengan mineral silikat. Ion Mn+ yang dipelajari dalam soal ini berkoordinasi dengan ion oksida (O2− ) dan memiliki geometri tetrahedral (𝑇d ) dalam magma dan memiliki geometri oktaheral (𝑂h )dalam mineral silikat, keduanya menunjukkan sifat konfigurasi elektron dalam keadaan spin tinggi. Koefisien distribusi ion Mn+ antara mineral silikat dan magma, 𝐷, dapat diungkapkan dengan:dengan [M]s dan [M]l masing-masing merupakan konsentrasi ion Mn+ dalam mineral silikat dan magma.
Tabel di bawah ini menunjukkan nilai 𝐷 untuk ion Cr2+ dan Mn2+ sebagai contoh.

IChO
IDN-1 C-6 Q-2

Q6-2
Indonesia (Indonesia)

ΔO dan CFSEO masing-masing merupakan energi pembelahan orbital d untuk ion Mn+ dan energi penstabilan medan kristal dalam medan 𝑂h . Untuk ΔT dan CFSET merupakan dalam medan 𝑇d .
A.1

Hitung |CFSEO −CFSET | = ΔCFSE dalam ungkapan ΔO untuk Cr2+ , Mn2+ , dan
Co2+ ;
asumsi ΔT = 4/9ΔO .

6pt

A.2

Hubungan linier diamati dengan mengalurkan ln𝐷 terhadap ΔCFSE / ΔO dalamsistem koordinat Cartesian seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Hitung 𝐷 untuk Co2+ .

3pt

Oksida logam MO, (M: Ca, Ti, V, Mn, or Co) mengkristal dengan struktur rock-salt dimana ion Mn+ memiliki
geometri 𝑂h dengan konfigurasi elektron dalam keadaan spin tinggi. Energi kisi oksida logam tersebut
berkaitan dengan interaksi gaya Coulomb yang tergantung pada jari-jari dan muatan ion serta beberapa
kontribusi CFSE ion Mn+ dalam medan ligan 𝑂h .
A.3

Pilih di antara pilihan (a) sampai (f) yang paling sesuai untuk entalpi kisi
[kJ mol−1 ] oksida logam berikut.

3pt

IChO
IDN-1 C-6 Q-3

Q6-3
Indonesia (Indonesia)

Bagian B
Suatu campuran oksida A, yang mengandung ion La3+ dan Cu2+ , mengkristal dalam sel satuan tetragonal yang ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam kerangka oktahedron [CuO6 ] , panjang ikatan Cu–O padasumbu z (𝑙𝑧 ) lebih panjang dibandingkan pada sumbu x (𝑙𝑥 ), dan [CuO6 ] mengalami distorsi dari geometri
regular 𝑂h . Distorsi tersebut menghilangkan keadaan degenerasi orbital eg (d𝑥2 −𝑦2 dan d𝑧2 ).

Gambar 1
A dapat disintesis melalui dekomposisi termal (pirolisis) senyawa kompleks B. Senyawa B dibentuk daricampuran logam klorida yang dilarutkan dalam larutan amonia yang mengandung squaric acid C4 H2 O4 ,yaitu merupakan diacid. Reaksi pirolisis B di udara kering menunjukkan adanya pengurangan berat sebanyak 29.1% pada temperatur sampai 200 °C. Hal ini disebabkan oleh pelepasan air kristal. Selanjutnya,
pengurangan massa lainnya terjadi pada temperatur sampai 700 °C yang disebabkan oleh lepasnya CO2 .
Total pengurangan massa selama pembentukan A dari B adalah 63.6%. Perlu diperhatikan bahwa hanya
air dan CO2 yang hilang dalam reaksi pirolisis tersebut.
B.1

Tuliskan rumus molekul A dan B.

6pt

B.2

Hitung 𝑙𝑥 dan 𝑙𝑧 menggunakan Gambar 1.

4pt

B.3

Untuk Cu2+ dalam kerangka oktahedron [CuO6 ] yang terdistorsi dalam A pada
Gambar 1, tuliskan nama orbital eg (d𝑥2 −𝑦2 dan d𝑧2 ) yang mengalami pembelahan menjadi (i) dan (ii), dan gambarkan konfigurasi elektron dalam dotted box
pada lembar jawaban.

4pt

IChO
IDN-1 C-6 Q-4

Q6-4
Indonesia (Indonesia)

A merupakan sebuah insulator. Ketika satu La3+ disubsitusi oleh satu Sr2+ , satu hole terbentuk dalamkisi kristal yang dapat menghantarkan listrik. A yang terdoping Sr2+ (Sr2+ -doped A) menunjukkan sifat
superkonduktivitas di bawah 38 K. Ketika reaksi subsitusi berlangsung pada A, 2.05 × 1027 hole m−3 terbentuk.
B.4

Hitung presentase Sr2+ yang mensubsitusi La3+ berdasarkan perbandingan
mol dalam reaksi subsitusi. Perhatikan bahwa valensi ion penyusun dan struktur kristal tidak berubah oleh reaksi subsitusi.

4pt

Bagian C−

2+

Cu2 (CH3 CO2 )4 terdiri dari empat ion CH3 CO2 yang terkoordinasi pada dua ion Cu (Gambar 2A).
Cu2 (CH3 CO2 )4 menunjukkan level simetri struktur yang tinggi, dengan dua sumbu koordinat melewati−
2+atom karbon dari empat ion CH3 CO2 dan sebuah sumbu melewati dua ion Cu . Semua sumbu
berorientasi ortogonal relatif satu sama lain. Ketika ligan dikarboksilat digunakan sebagai pengganti−
L1
CH3 CO2 , sebuah “cage complex” dapat terbentuk. "The cage complex" Cu4 (L1L1)4 terdiri dari dikarboksilat
2+
planar L1 (Gambar 2B) dan kompleks Cu (Gambar 2C). Sudut θ merupakan sudut antara arah dua
gugus karboksilat, yang ditunjukkan dengan tanda panah pada Gambar. 2B. Sudut θ menentukan
struktur "cage complex". Nilai θ adalah 0° untuk L1. Perhatikan bahwa atom-atom hidrogen tidak
ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2

IChO
IDN-1 C-6 Q-5

C.1

Q6-5
Indonesia (Indonesia)

Nilai θ untuk dikarboksilat planar L2 adalah 90˚. Jika komposisi cage complex
2+
L2
yang dibentuk dari L2 dan Cu adalah Cu𝑛 (L2L2)𝑚 , berikan kombinasi bilangan−bulat terkecil untuk n dan m. Asumsikan hanya gugus CO2 dari L2 yang mem2+
bentuk ikatan koordinasi dengan ion Cu .

5pt

Q6-6

IChO
IDN-1 C-6 Q-6Indonesia (Indonesia)

2+−

Kompleks seng, Zn4 O(CH3 CO2 )6 , terdiri dari empat tetrahedral Zn , enam CH3 CO2 , dan satu O2− (Gambar 3A). Pada Zn4 O(CH3 CO2 )6 , ion O2− terletak pada pusat koordinat, dan tiga sumbu melewati atom C−
dari CH3 CO2 berorientasi ortogonal relatif satu sama lain. Ketika p-benzenedicarboxylate (Gambar 3B,−2+
L3, θ = 180°) digunakan sebagai pengganti CH3 CO2 , cluster Zn dihubungkan satu sama lain untuk
membentuk padatan kristalin (X) yang disebut sebagai “porous coordination polymer” (Gambar 3C). KomL3
posisi X yaitu [Zn4 O(L3L3)3 ]𝑛 , yang memiliki struktur kristal kubus dengan pori-pori berukuran nano. Satu2+
pori digambarkan sebagai bola pada Gambar 3D, dan tiap cluster tetrahedron Zn digambarkan sebagai polihedron abu-abu gelap pada Gambar 3C dan 3D. Perhatikan bahwa atom-atom hidrogen tidak
ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3
C.2

X memiliki unit sel tipe kubus dengan panjang rusuk 𝑎 (Gambar 3C) dan memiliki densitas sebesar 0.592 g cm−3 . Tentukan 𝑎 dalam [cm].

5pt

C.3

X mengandung banyak pori, dimana setiap 1 g X dapat diisi oleh 3.0 × 102 mL
CO2 pada 1 bar dan 25 °C. Hitung jumlah rata-rata molekul CO2 per pori.

5pt

IChO
IDN-1 C-6 A-1

A6-1
Indonesia (Indonesia)

Kimia Padatan Logam Transisi
Bagian A
A.1 (6 pt)

Cr2+ ∶ΔO , Mn2+ ∶ΔO , Co2+ ∶

ΔO

IChO
IDN-1 C-6 A-2

A.2 (3 pt)

𝐷∶

A.3 (3 pt)

A6-2
Indonesia (Indonesia)

IChO

A6-3

IDN-1 C-6 A-3Indonesia (Indonesia)

Bagian B
B.1 (6 pt)

A∶

,B∶

B.2 (4 pt)

𝑙𝑥 =nm, 𝑙𝑧 =nm

IChO
IDN-1 C-6 A-4

B.3 (4 pt), (ii) ∶(i) ∶B.4 (4 pt)%

A6-4
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-6 A-5Bagian C
C.1 (5 pt)𝑛=,𝑚=

C.2 (5 pt)

𝑎=

cm

A6-5
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-6 A-6

C.3 (5 pt)

A6-6
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-7 C-1

IDN-1 C-7 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 7
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q7-1

IChO
IDN-1 C-7 Q-1

English (Official)

Playing with Non-benzenoid Aromaticity
13 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

B.1

Total

Points

5

2

19

10

36

Score

Prof. Nozoe (1902–1996) opened the research field of non-benzenoid aromatic compounds, which are
now ubiquitous in organic chemistry.

Photo courtesy: Tohoku Univ.

Part A
Lineariifolianone is a natural product with a unique structure, which was isolated from Inula linariifolia.
From valencene (1), a one-step conversion yields 2, before a three-step conversion via 3 yields ketone 4.
Eremophilene (5) is converted into 6 by performing the same four-step conversion.

IChO
IDN-1 C-7 Q-2

Q7-2
English (Official)

Inula linariifolia

A.1

Draw the structures of 2 and 6 and clearly identify the stereochemistry where
necessary.

5pt

Then, ketone 4 is converted into ester 15. Compound 8 (molecular weight: 188) retains all the stereocenters in 7. Compounds 9 and 10 have five stereocenters and no carbon-carbon double bonds. Assume

IChO
IDN-1 C-7 Q-3

Q7-3
English (Official)that H2 18 O is used instead of H2 16 O for the synthesis of 18 O-labelled-lineariifolianones 13 and 14 from 11
and 12, respectively. Compounds 13 and 14 are 18 O-labelled isotopomers. Ignoring isotopic labelling,both 13 and 14 provide the same product 15 with identical stereochemistry.

IChO
IDN-1 C-7 Q-4

Q7-4
English (Official)

A.2

Choose the appropriate structure for A.

2pt

A.3

Draw the structures of 8–14 and clearly identify the stereochemistry where necessary. Also, indicate the introduced 18 O atoms for 13 and 14 as shown in theexample below.

19pt

IChO
IDN-1 C-7 Q-5

Q7-5
English (Official)Part B
Compound 19 is synthesized as shown below. In relation to non-benzenoid aromaticity, 19 can be used
as an activator for alcohols, and 20 was converted to 22 via ion-pair intermediate 21. Although theformation of 21 was observed by NMR, 21 gradually decomposes to give 18 and 22.

B.1

Draw the structures of 17–19 and 21. Identifying the stereochemistry is notnecessary.

10pt

Q7-1

IChO
IDN-1 C-7 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Bermain dengan Kearomatikan Non-benzenoid
13 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

B.1

Total

Poin

5

2

19

10

36

Nilai

Prof Nozoe (1902-1996) membuka bidang penelitian senyawa aromatik non-benzenoid, yang sekarang
ada di mana-mana dalam kimia organik.

Photo courtesy: Tohoku Univ.

Bagian A
Lineariifolianone merupakan senyawa alam dengan struktur unik, yang diisolasi dari Inula linariifolia. Darivalencene (1), konversi satu-tahap menghasilkan 2, sebelum konversi tiga-tahap melalui 3 menghasilkan
keton 4. Eremophilene (5) dikonversi menjadi 6 dengan melakukan konversi empat-tahap yang sama.

IChO
IDN-1 C-7 Q-2

Q7-2
Indonesia (Indonesia)

Inula linariifolia

A.1

Gambarkan struktur 2 dan 6 serta identifikasi dengan jelas stereokimianya di
posisi yang tepat.

5pt

Selanjutnya, keton 4 dikonversi menjadi ester 15. Senyawa 8 (berat molekul: 188) mempertahankan semua stereocenter di 7. Senyawa 9 dan 10 memiliki lima stereocenter dan tidak ada ikatan rangkap karbon-

IChO
IDN-1 C-7 Q-3

Q7-3
Indonesia (Indonesia)

karbon. Asumsikan bahwa H2 18 O digunakan sebagai pengganti H2 16 O untuk sintesis lineariifolianone
berlabel-18 O 13 dan 14 secara berturut-turut dari 11 dan 12. Senyawa 13 dan 14 adalah isotopomer
berlabel-18 O. Dengan mengabaikan pelabelan isotop, baik 13 dan 14 keduanya menghasilkan produk
15 yang sama dengan stereokimia yang identik.

IChO
IDN-1 C-7 Q-4

Q7-4
Indonesia (Indonesia)

A.2

Pilih struktur A yang paling tepat.

2pt

A.3

Gambarkan struktur 8–14 dan identifikasi dengan jelas stereokimianya di posisi yang tepat. Selain itu, tuliskan atom-atom 18 O yang terdapat pada 13 dan
14 seperti contoh berikut.

19pt

IChO
IDN-1 C-7 Q-5

Q7-5
Indonesia (Indonesia)

Bagian B
Senyawa 19 disintesis seperti ditunjukkan di bawah ini. Sehubungan dengan kearomatikan nonbenzenoid, 19 dapat digunakan sebagai aktivator alkohol, dan 20 dikonversi menjadi 22 melaluiintermediet pasangan-ion 21. Walaupun pembentukan 21 teramati oleh NMR, namun 21 secara
bertahap terurai menjadi 18 dan 22.

B.1

Gambarkan struktur 17–19 dan 21. Identifikasi stereokimia tidak diperlukan.

10pt

IChO
IDN-1 C-7 A-1

A7-1

Bermain dengan Kearomatikan Non-benzenoid
Bagian A
A.1 (5 pt)
2 (2 pt)

A.2 (2 pt)

6 (3 pt)Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-7 A-2

A.3 (19 pt)

A7-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-7 A-3Bagian B
B.1 (10 pt)
17 (2 pt)

18 (2 pt)

19 (3 pt)

21 (3 pt)

A7-3
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-8 C-1

IDN-1 C-8 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 8
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q8-1

IChO
IDN-1 C-8 Q-1

English (Official)

Dynamic Organic Molecules and Their Chirality
11 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

Total

Points

9

3

7

3

4

26

Score

Part A
Polycyclic aromatic hydrocarbons with successive ortho-connections are called [n]carbohelicenes (here,n represents the number of six-membered rings) (see below). [4]Carbohelicene ([4]C) is efficiently prepared by a route using a photoreaction as shown below, via an intermediate (Int.) that is readily oxidized
by iodine.

The photoreaction proceeds in a manner similar to the following example.

IChO
IDN-1 C-8 Q-2

Q8-2
English (Official)

Note: For all of Question 8, please draw alternating single and double bonds in your answers to
the problems as depicted in the examples of carbohelicene. Do not use circles for conjugated 𝜋systems.
A.1

Draw the structures of A–C. Stereoisomers should be distinguished.

9pt

A.2

Attempts to synthesize [5]carbohelicene from the same phosphonium salt andan appropriate starting compound resulted in the formation of only a trace
amount of [5]carbohelicene, instead affording product D whose molecularweight was 2 Da lower than that of [5]carbohelicene. The 1 H NMR chemical
shifts of D are listed below. Draw the structure of D.
[D (𝛿, ppm in CS2 , r.t.), 8.85 (2H), 8.23 (2H), 8.07 (2H), 8.01 (2H), 7.97 (2H), 7.91
(2H)]

3pt

[5]- and larger [n]carbohelicenes have helical chirality and interconversion between enantiomers of thesehelicenes is significantly slow at room temperature. The chirality of [n]carbohelicenes is defined as (M)or (P) as shown below.

[n]Carbohelicenes with n larger than 4 can be enantiomerically separated by a chiral column chromatography, which was developed by Prof. Yoshio Okamoto.

Photo courtesy: The Japan Prize Foundation

IChO
IDN-1 C-8 Q-3

Q8-3
English (Official)Multiple helicenes are molecules that contain two or more helicene-like structures. If its helical chirality
is considered, several stereoisomers exist in a multiple helicene. For example, compound E contains
three [5]carbohelicene-like moieties in one molecule. One of the stereoisomers is described as (P, P, P)
as shown below.

A.3

The nickel-mediated trimerization of 1,2-dibromobenzene generates triphenylene. When the same reaction is applied to an enantiomer of F, (P)-F, multiple
helicene G (C66 H36 ) is obtained. Given that interconversion between stereoisomers does not occur during the reaction, identify all the possible stereoisomers of G formed in this process, without duplication. As a reference, one isomer should be drawn completely with the chirality defined as in the example
above, with numerical labels; the other stereoisomers should be listed with location numbers and M and P labels according to the same numbering. For instance, the other stereoisomers of E should be listed as (1, 2, 3) = (P, M, P), (P,M, M), (P, P, M), (M, M, M), (M, M, P), (M, P, P), and (M, P, M).

7pt

IChO
IDN-1 C-8 Q-4

Q8-4
English (Official)Part B
Sumanene is a bowl-shaped hydrocarbon that was first reported in Japan in 2003. The name "sumanene"derives from a Sanskrit-Hindi word "suman" that means sunflower. The synthesis of sumanene wasachieved by a reaction sequence that consists of a ring-opening and a ring-closing metathesis.

Representative metathesis reactions catalyzed by a ruthenium catalyst (Ru*) are shown below.

B.1

Draw the structure of intermediate I (its stereochemistry is not required).

3pt

IChO
IDN-1 C-8 Q-5

B.2

Q8-5
English (Official)

Starting from the optically active precursor J, the same reaction sequence gives
the optically active sumanene derivative K. The stereocenters in J suffer no inversion during the metathesis reaction. Draw the structure of K with the appropriate stereochemistry.

4pt

Q8-1

IChO
IDN-1 C-8 Q-1Indonesia (Indonesia)

Molekul Organik Dinamis dan Kiralitasnya
11 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

Total

Poin

9

3

7

3

4

26

Nilai

Bagian A
Hidrokarbon aromatik polisiklik dengan hubungan-orto berurutan disebut [n]carbohelicene (di sini, nmewakili banyaknya cincin lingkar-enam) (lihat di bawah). [4]Carbohelicene ([4]C) dibuat secara efisiendengan rute yang menggunakan fotoreaksi seperti ditunjukkan di bawah ini, melalui suatu intermediet(Int.) yang dapat langsung dioksidasi oleh iod.

Fotoreaksi berlangsung dengan cara yang serupa dengan contoh berikut.

IChO
IDN-1 C-8 Q-2

Q8-2
Indonesia (Indonesia)

Catatan: Untuk semua Pertanyaan 8, gambarkan ikatan tunggal dan ikatan rangkap berselangseling dalam jawaban Anda seperti yang dicontohkan pada carbohelicene. Jangan gunakan
lingkaran untuk sistem 𝜋 terkonjugasi.
A.1

Gambarkan struktur A–C. Stereoisomer harus jelas dibedakan.

9pt

A.2

Upaya untuk sintesis [5]carbohelicene dari garam fosfonium yang sama dan
senyawa awal yang sesuai hanya sedikit menghasilkan [5]carbohelicene, sebagai gantinya justru menghasilkan produk D yang berat molekulnya 2 Da lebih
kecil daripada [5]carbohelicene. Geseran kimia 1 H NMR D tercantum di bawahini. Gambarkan struktur D.
[D (𝛿, ppm dalam CS2 , r.t.), 8.85 (2H), 8.23 (2H), 8.07 (2H), 8.01 (2H), 7.97 (2H),
7.91 (2H)]

3pt[5]- dan [n]carbohelicene yang lebih besar memiliki kiralitas heliks dan interkonversi antara enantiomer
helicene ini berlangsung sangat lambat pada suhu kamar. Kiralitas [n]carbohelicene didefinisikan sebagai(M) atau (P) seperti ditunjukkan di bawah ini.

[n]Carbohelicene dengan n lebih besar daripada 4 dapat dipisahkan secara enantiomer menggunakan
kromatografi kolom kiral, yang dikembangkan oleh Prof. Yoshio Okamoto.

Photo courtesy: The Japan Prize Foundation

IChO
IDN-1 C-8 Q-3

Q8-3
Indonesia (Indonesia)

Multiple helicene adalah molekul yang mengandung dua atau lebih struktur mirip-helicene. Jika kiralitas
heliksnya dipertimbangkan, beberapa stereoisomer berada dalam bentuk multiple helicene. Contohnya,
senyawa E mengandung tiga bagian mirip-[5]carbohelicene dalam satu molekul. Salah satu stereoisomernya digambarkan sebagai (P, P, P) seperti ditunjukkan di bawah ini.

A.3

Trimerisasi 1,2-dibromobenzena yang dimediasi-nikel menghasilkan triphenylene. Ketika reaksi yang sama diterapkan pada suatu enantiomer F, yaitu (P)-F,
diperoleh multiple helicene G (C66 H36 ). Mengingat bahwa interkonversi antara
stereoisomer tidak terjadi selama reaksi, identifikasi semua kemungkinan
stereoisomer G yang terbentuk dalam proses ini, tanpa duplikasi. Sebagai referensi, satu isomer harus digambarkan secara lengkap dengan kiralitas yang
didefinisikan seperti pada contoh di atas, dengan label numerik; stereoisomerlainnya harus dituliskan dengan nomor lokasi serta label M dan P sesuai dengan penomoran yang sama. Misalnya, stereoisomer E lainnya harus dituliskansebagai (1, 2, 3) = (P, M, P), (P, M, M), (P, P, M), (M, M, M), (M, M, P), (M, P, P), dan(M, P, M).

7pt

IChO
IDN-1 C-8 Q-4

Q8-4
Indonesia (Indonesia)

Bagian B
Sumanene adalah hidrokarbon berbentuk mangkuk yang pertama kali dilaporkan di Jepang pada tahun
2003. Nama "sumanene" berasal dari kata Sansekerta-Hindi "suman" yang berarti bunga matahari. Sintesis sumanene dicapai melalui serangkaian reaksi yang terdiri dari metatesis pembukaan-cincin dan
penutupan-cincin.

Reaksi metatesis representatif yang dikatalisis oleh katalis rutenium (Ru*) ditunjukkan di bawah ini.

B.1

Gambarkan struktur intermediet I (stereokimianya tidak diperlukan).

3pt

IChO
IDN-1 C-8 Q-5

B.2

Q8-5
Indonesia (Indonesia)

Dimulai dari prekursor optis aktif J, serangkaian reaksi yang sama menghasilkan turunan sumanene K yang optis aktif. Stereocenters dalam J tidak
mengalami inversi selama reaksi metatesis. Gambarkan struktur K dengan
stereokimianya yang sesuai.

4pt

IChO

A8-1

IDN-1 C-8 A-1

Indonesia (Indonesia)

Molekul Organik Dinamis dan Kiralitasnya
Bagian A
A.1 (9 pt)
A (3 pt)

A.2 (3 pt)

B (3 pt)

C (3 pt)

IChO
IDN-1 C-8 A-2

A.3 (7 pt)

A8-2
Indonesia (Indonesia)

IChO
IDN-1 C-8 A-3Bagian B
B.1 (3 pt)

B.2 (4 pt)

A8-3
Indonesia (Indonesia)

IDN-1 C-9 C-1

IDN-1 C-9 C
Faatih Regind Roman

IChO
Problem 9
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.

Q9-1

IChO
IDN-1 C-9 Q-1

English (Official)

Likes and Dislikes of Capsule
10 % of the total
Question

A.1

A.2

A.3

A.4

A.5

Total

Points

13

2

2

3

3

23

Score

Good kids don’t do this, but if you unseam a tennis ball, you can disassemble it into two U-shaped pieces.

Based on this idea, compounds 1 and 2 were synthesized as U-shaped molecules with different sizes.
Compound 3 was prepared as a comparison of 1 and the encapsulation behavior of these compounds
was investigated.

IChO
IDN-1 C-9 Q-2

Q9-2
English (Official)

The synthetic route to 2 is shown below. The elemental composition of compound 9: C; 40.49%, H; 1.70%,
and O; 17.98% by mass.

IChO
IDN-1 C-9 Q-3

A.1

Q9-3
English (Official)

Draw the structures of 4–9; the stereochemistry can be neglected. Use "PMB"
as a substituent instead of drawing the whole structure of p-methoxybenzyl
group shown in the scheme above.

13pt

In the mass spectrum of 1, the ion peak corresponding to its dimer (112 ) was clearly observed, whereas
an ion peak for 3 2 was not observed in the spectrum of 3. In the 1 H NMR spectra of a solution of 1 2 ,all the NH protons derived from 1 were observed to be chemically equivalent, and their chemical shift
was significantly different from that of the NH protons of 3. These data indicate that hydrogen bonds
are formed between the NH moieties of 1 and atoms X of another molecule of 1 to form the dimericcapsule.
A.2

Circle all the appropriate atom(s) X in 1.

2pt

A.3

Give the number of the hydrogen bonds in the dimeric capsule (112 ).

2pt

IChO
IDN-1 C-9 Q-4

Q9-4
English (Official)

The dimeric capsule of 1 (112 ) has an internal space wherein an appropriate small molecule Z can be
encapsulated. This phenomenon is expressed by the following equation:

The equilibrium constant of the encapsulation of Z into 12 is given as below:

Encapsulation of a molecule into a capsule could be monitored by NMR spectroscopy. For example, 1 2
in C6 D6 gave different signals in the 1 H NMR spectra before and after addition of CH4 .
Compound 2 also forms a rigid and larger dimeric capsule (222 ). The 1 H NMR spectrum of 22 was measured
in C6 D6 , C6 D5 F, and a C6 D6 /C6 D5 F solvent mixture, with all other conditions being kept constant. The
chemical shifts for the Ha proton of 2 in the above solvents are summarized below, and no other signals
from the Ha in 2, except for the listed, were observed. Assume that the interior of the capsule is always
filled with the largest possible number of solvent molecules and that each signal corresponds to one
species of the filled capsule.

A.4

solvent

𝛿 (ppm) of Ha

C6 D6

4.60

C6 D5 F

4.71

C6 D6 / C6 D5 F

4.60, 4.71, 4.82

Determine the number of C6 D6 and C6 D5 F molecules encapsulated in 2 2 giving
each Ha signal.

3pt

IChO
IDN-1 C-9 Q-5

Q9-5
English (Official)

H NMR measurements in C6 D6 revealed that 2 2 can incorporate one molecule of 1-adamantanecarboxylic
acid (AdA), and the association constants (𝐾a ) which are expressed below were determined for various
temperatures. [solvent@222 ] denotes a species containing one or more solvent molecules.

1

Similarly, the 𝐾a values of CH4 and 1 2 given as eq (2) at various temperatures in C6 D6 were also determined by 1 H NMR measurements. The plots of the two association constants (as ln 𝐾a vs 1/T) are shown
below.

No C6 D6 molecule is encapsulated in 1 2 . In line II, the entropy change (Δ𝑆) is ( 1 ) and enthalpy change(Δ𝐻) is ( 2 ), indicating that the driving force for the encapsulation in line II is ( 3 ). Therefore, line I
corresponds to ( 4 ), and line II corresponds to ( 5 ).
A.5

Choose the correct options in gaps (1)–(5) in the following paragraph from A
and B.
AB(1)

positive

negative(2)

positive

negative

(3)

Δ𝑆

Δ𝐻

(4)

1 2 and CH4

2 2 and AdA(5)

1 2 and CH4

2 2 and AdA

3pt

Q9-1

IChO
IDN-1 C-9 Q-1

Indonesia (Indonesia)

Kapsul Suka dan Benci
10 % dari total poin
Pertanyaan

A.1

A.2

A.3

A.4

A.5

Total

Poin

13

2

2

3

3

23

Nilai

Anak yang baik tidak melakukan ini, tetapi jika Anda membuka jahitan bola tenis, Anda dapat membongkarnya menjadi dua bagian berbentuk-U.

Berdasarkan ide ini, senyawa 1 dan 2 disintesis sebagai molekul berbentuk-U dengan ukuran berbeda.
Senyawa 3 dibuat sebagai pembanding senyawa 1 dan perilaku enkapsulasi senyawa-senyawa tersebut
dipelajari.

IChO
IDN-1 C-9 Q-2

Q9-2
Indonesia (Indonesia)

Rute sintesis menuju 2 ditunjukkan di bawah ini. Komposisi unsur senyawa 9: C; 40.49%, H; 1.70%, danO; 17.98% (% massa).

IChO
IDN-1 C-9 Q-3

A.1

Q9-3
Indonesia (Indonesia)

Gambarkan struktur 4–9; stereokimianya dapat diabaikan. Gunakan "PMB"sebagai substiuten alih-alih menggambarkan seluruh molekul gugus pmethoxybenzyl yang ditunjukkan pada skema di atas.

13pt

IChO
IDN-1 C-9 Q-4

Q9-4
Indonesia (Indonesia)

Pada spektrum massa 1, puncak ion yang mewakili dimernya (112 ) jelas teramati, sedangkan puncak ion
untuk 3 2 tidak teramati pada spektrum 3. Pada spektrum 1 H NMR larutan 1 2 , semua proton NH yang berasal dari 1 teramati memiliki lingkungan kimia yang ekivalen, dan geseran kimianya signifikan berbeda
dengan proton NH pada 3. Data ini menunjukkan bahwa ikatan hidrogen terbentuk antara gugus NH
pada 1 dengan atom X pada molekul 1 lainnya untuk membentuk kapsul dimer.
A.2

Lingkari semua atom X yang sesuai dalam 1.

2pt

A.3

Tuliskan jumlah ikatan hidrogen dalam kapsul dimer (112 ).

2pt

IChO
IDN-1 C-9 Q-5

Q9-5
Indonesia (Indonesia)

Kapsul dimer 1 (112 ) memiliki ruang internal tempat suatu molekul kecil Z dapat dienkapsulasi. Fenomena
ini dinyatakan dengan persamaan berikut:

Tetapan kesetimbangan enkapsulasi Z ke dalam 12 dinyatakan sebagai berikut:

Enkapsulasi suatu molekul ke dalam suatu kapsul dapat dimonitor dengan spektroskopi NMR. Misalnya,
1 2 dalam C6 D6 sebelum dan sesudah penambahan CH4 memberikan sinyal berbeda pada spektrum 1 H
NMR.
Senyawa 2 juga membentuk kapsul dimer (222 ) yang kaku dan lebih besar. Spektrum 1 H NMR 2 2 diukur
dalam C6 D6 , C6 D5 F, dan campuran pelarut C6 D6 /C6 D5 F, dengan kondisi lainnya dibuat tetap. Geseran
kimia proton Ha pada 2 dalam pelarut-pelarut tersebut dirangkum di bawah ini, dan tidak ada sinyal Ha
lainnya pada 2 yang teramati, kecuali yang sudah tercantum. Asumsikan bahwa interior kapsul selalu
terisi oleh jumlah molekul pelarut terbanyak yang mungkin masuk dan bahwa setiap sinyal mewakili
satu spesi kapsul yang terisi.

A.4

pelarut𝛿 (ppm) Ha

C6 D6

4.60

C6 D5 F

4.71

C6 D6 / C6 D5 F

4.60, 4.71, 4.82

Tentukan jumlah molekul C6 D6 dan C6 D5 F yang terenkapsulasi di dalam 2 2
berdasarkan sinyal Ha pada tabel.

3pt

IChO
IDN-1 C-9 Q-6

Q9-6
Indonesia (Indonesia)

Pengukuran 1 H NMR dalam C6 D6 menunjukkan bahwa 2 2 dapat memuat satu molekul 1-adamantanecarboxylic
acid (AdA), dan tetapan kesetimbangan asosiasi (𝐾a ) yang dinyatakan berikut ditentukan pada berbagai
temperatur. [solvent@222 ] adalah spesi yang mengandung satu atau lebih molekul pelarut.

Demikian pula, nilai 𝐾a CH4 dan 1 2 yang dinyatakan dengan persamaan (2) pada berbagai temperatur
dalam C6 D6 juga ditentukan melalui pengukuran 1 H NMR. Aluran dua tetapan asosiasi (sebagai ln 𝐾a vs1/T) ditunjukkan di bawah ini.

Tidak ada molekul C6 D6 yang terenkapsulasi di dalam 1 2 . Pada garis II, perubahan entropi (Δ𝑆) adalah( 1 ) dan perubahan entalpi (Δ𝐻) adalah ( 2 ), yang menunjukkan bahwa gaya pendorong enkapsulasi
pada garis II adalah ( 3 ). Dengan demikian, garis I mewakili ( 4 ), dan garis II mewakili ( 5 ).
A.5Isilah pertanyaan (1)-(5) dengan huruf A atau B yang bersesuaian dengan uraian paragraf di atas .
A

B

(1)

positif

negatif(2)

positif

negatif

(3)

Δ𝑆

Δ𝐻

(4)

1 2 dan CH4

2 2 dan AdA(5)

1 2 dan CH4

2 2 dan AdA

3pt

IChO
IDN-1 C-9 A-1

Kapsul Suka dan Benci
A.1 (13 pt)
4 (2 pt)

5 (3 pt)

6 (2 pt)

7 (2 pt)

8 (2 pt)

9 (2 pt)

A9-1
Indonesia (Indonesia)

IChO

A9-2

IDN-1 C-9 A-2Indonesia (Indonesia)

A.2 (2 pt)

A.3 (2 pt)
A.4 (3 pt)
𝛿 (ppm) Ha

jumlah C6 D6jumlah C6 D5 F

4.60 ppm

4.71 ppm

4.82 ppm

A.5 (3 pt)
(1) ∶

(2) ∶

(4) ∶

(5) ∶

(3) ∶