LVA-3 C-0 C-1

LVA-3 C-0 C
Daniils Kargins

IChO
General instructions
Cover sheet

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

IChO
LVA-3 C-0 G-1

Starptautiskā ķīmijas olimpiāde 2021. gadā, Japāna
53rd IChO2021 Japāna
25. Jūlijs – 2. Augusts, 2021
https://www.icho2021.org

G0-1
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-0 G-2

G0-2
Latvian (Latvia)

Vispārīgie norādījumi
• Atbilžu rakstīšanai jūs drīkstat izmantot tikai pildspalvu.
• Jūsu kalkulatoram jābūt bez programmēšanas iespējām.
• Eksāmena komplektā ir 9 uzdevumi.
• Jūs varat pildīt uzdevumus brīvā secībā.
• Jums tiek dotas 5 stundas, lai izpildītu visus uzdevumus.
• Jūs varat sākt tikai pēc START komandas došanas.
• Visas atbildes, izmantojot pildspalvu, jānorāda atbilžu lapu atbilstošajos laukumos. Ja nepieciešams papīrs melnrakstiem, izmantojiet lapu otras puses. Atcerieties, ka atbildes ārpus norādītajām
vietām netiks labotas.
• Kur iespējams - atbilžu laukumos norādiet aprēķinu gaitu. Pilns vērtējums tiks dots tikai gadījumā,
ja ir parādīta pilna aprēķinu gaita.
• Eksāmena vadītājs paziņos, kad būs palikušas 30 minūtes līdz STOP komandai.
• Jums nekavējoties jāpārtrauc darbs, kad tiek paziņota STOP komanda. Turpināšana rakstīt novedīs pie jūsu darba anulēšanas.
• Oficiālā eksāmena angļu valodas versija ir pieejama pēc pieprasījuma un kalpo tikai neskaidrību
mazināšanai.
• Nepametiet savu sēdvietu bez atļaujas. Ja nepieciešama palīdzība (salūzis kalkulators, nepieciešams aiziet uz tualeti, ...), paceliet roku un gaidiet, kad pie jums pienāk eksāmena vadītājs.
VĒLAM VEIKSMI!

Uzdevumi un to vērtēšanas informācija
Nosaukums

Uzdevumu punkti

Procenti1Ūdeņradis uz metāla virsmas

24

11

2

Izotopu laika kapsula

35

11

3

Lamberta-Bēra likums?

22

8

4

Cinka redoks ķīmija

32

11

5

Mistiskais silīcijs

60

12

6

Pārejas metālu cietvielu ķīmija

45

13

7

Spēles ar ne-benzenoīdu aromātiskumu

36

13

8

Dinamiskas organiskas molekulas un to hiralitāte

26

11

9

Patika un nepatika pret kapsulām

23

10

Kopā

100

IChO
LVA-3 C-0 G-3

G0-3
Latvian (Latvia)

Fizikālās konstantes un vienādojumi
Konstantes
Gaismas ātrums vakuumā𝑐 = 2.99792458 × 108 m s−1

Planka konstanteℎ = 6.62607015 × 10−34 J s

Elementārlādiņš

𝑒 = 1.602176634 × 10−19 C

Elektrona masa

𝑚e = 9.10938370 × 10−31 kg

Elektriskā konstante(caurlaidība vakuumā)𝜀0 = 8.85418781 × 10−12 F m−1

Avogadro konstante

𝑁A = 6.02214076 × 1023 mol−1

Bolcmaņa konstante𝑘B = 1.380649 × 10−23 J K−1

Faradeja konstante

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

Gāzes konstante

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

Unificētā atommasas vienība

𝑢 = 1 Da = 1.66053907 × 10−27 kg

Spiediens standartapstākļos

𝑝 = 1 bar = 105 Pa

Atmosfēras spiediens𝑝atm = 1.01325 × 105 Pa

Nulle Celsija skalā

0 ∘ C = 273.15 K

Angstrēms

1 Å = 10−10 m

Pikometrs

1 pm = 10−12 m

Elektronvolts

1 eV = 1.602176634 × 10−19 J

Miljonās daļas

1 m.d. = 10−6

Miljardās daļas

1 ppb = 10−9

Triljonās daļas

1 ppt = 10−12pi

𝜋 = 3.141592653589793

Naturāllogaritma bāze
(Eilera skaitlis)

𝑒 = 2.718281828459045

IChO
LVA-3 C-0 G-4

G0-4
Latvian (Latvia)

Vienādojumi
Ideālas gāzes vienādojums
Kulona likums

𝑃 𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
, kur 𝑃 ir spiediens, 𝑉 ir tilpums, 𝑛 ir vielas daudzums, 𝑇 ir ideālās gāzesabsolūtā temperatūra.
𝑞 𝑞
𝐹 = 𝑘e 1 2 2𝑟, kur 𝐹 ir elektrostatiskais spēks, 𝑘e (≃ 9.0 × 109 N m2 C−2 ) Kulona konstante, 𝑞1 un 𝑞2 ir lādiņu lielums, un 𝑟 ir attālums starp lādiņiem.

Pirmais termodinamikas
likumsΔ𝑈 = 𝑞 + 𝑤, kur Δ𝑈 ir iekšējās enerģijas izmaiņa, 𝑞 ir pievadītais siltums, 𝑤 ir veiktais
darbs.

Entalpija 𝐻

𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉

Entropija no Bolcmaņa
principa 𝑆

𝑆 = 𝑘B ln 𝑊
, kur 𝑊 ir mikrostāvokļu skaits.
𝑞atgr
Δ𝑆 =
𝑇
, kur 𝑞atgr ir siltums atgriezeniskā procesā.

Entropijas izmaiņa Δ𝑆
Gibsa brīvā enerģija 𝐺

𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆
Δr 𝐺∘ = −𝑅𝑇 ln 𝐾 = −𝑧𝐹 𝐸 ∘, kur 𝐾 ir līdzsvara konstante, 𝑧 elektronu skaits, 𝐸 ∘ ir elektroda standartpotenciāls.

Reakcijas kvocients 𝑄

Δr 𝐺 = Δr 𝐺∘ + 𝑅𝑇 ln 𝑄
Reakcijai𝑎A + 𝑏B ⇌ 𝑐C + 𝑑D𝑐𝑑[C] [D]𝑄=𝑎𝑏[A] [B], kur [A] ir A koncentrācija.

IChO

G0-5

LVA-3 C-0 G-5

Siltuma izmaiņa Δ𝑞
Nernstavienādojums
redoks reakcijai
Arēniusa vienādojums

Latvian (Latvia)

Δ𝑞 = 𝑛𝑐m Δ𝑇, kur 𝑐m ir molārā siltumietilpība, kas ir neatkarīga no temperatūras.
𝐶
𝑅𝑇
ln ox
𝐸 = 𝐸∘ +𝑧𝐹
𝐶red, kur 𝐶ox ir oksidētās vielas koncentrācija, 𝐶red ir reducētās vielas koncentrācija.
𝐸
𝑘 = 𝐴 exp (− 𝑎 )𝑅𝑇, kur 𝑘 ir ātruma konstante, 𝐴 ir pirmseksponenciālais faktors, 𝐸𝑎 ir aktivācijas enerģija.
exp(𝑥) = 𝑒𝑥

Lamberta-Bēra likums

𝐴 = 𝜀𝑙𝑐, kur 𝐴 ir absorbcija, 𝜀 ir molārais absorbcijas koeficients, 𝑙 ir optiskā ceļagarums, 𝑐 ir šķīduma koncentrācija.

Hendersona-Haselbalhavienādojums

Līdzsvaram
HA ⇌ H+ + A−
, kura līdzsvara kosntante ir 𝐾a ,[A− ]pH = p𝐾a + log ()[HA]𝑐
𝐸 = ℎ𝜈 = ℎ
𝜆, kur 𝜈 ir frekvence, 𝜆 ir gaismas viļņa garums.

Fotona enerģija
ĢeometriskāssummarindasTuvinājuma
vienādojums, ko var izmantot
risinot uzdevumus

Kad 𝑥 ≠ 1,𝑛

1 + 𝑥 + 𝑥2 + ⋯ + 𝑥𝑛 = ∑𝑖=0 𝑥𝑖 =Kad 𝑥 ≪ 1,
1
≃1+𝑥
1−𝑥

1 − 𝑥𝑛+1
1−𝑥

IChO
LVA-3 C-0 G-6

Periodiskā tabula

G0-6
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-0 G-7

1

H KMR Ķīmiskās nobīdes

G0-7
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-0 G-8

Δ𝛿 vienas alkilgrupas aizvietošanai: apm. +0.4 m.d.

G0-8
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-1 C-1

LVA-3 C-1 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 1
Cover sheet

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

Q1-1

IChO
LVA-3 C-1 Q-1

Latvian (Latvia)Ūdeņradis uz metāla virsmas
11% no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Kopā

Punkti

6

4

5

3

3

3

24

Rezultāts

Tiek sagaidīts, ka ūdeņradis būs nākotnes enerģijas avots, kas būs neatkarīgs no fosilajiem kurināmajiem. Šeit apskatīsim ūdeņraža uzglabāšanas procesu metālā, kas ir saistīts ar ūdeņraža transporta unuzglabāšanas tehnoloģiju.

A daļaŪdeņradis tiek absorbēts metālā caur tā virsmu, taču vispirms apskatīsim ūdeņraža adsorbcijas procesu
uz metāla virsmas, H2 (g) → 2H(ad), kur attiecīgi apzīmējam gāzveida un adsorbēto stāvokli ar (g) un(ad). Ūdeņraža molekulas (H2 ), kas sasniedz metāla virsmu (M) disociē uz virsmas un tiek adsorbētas uz
virsmas kā H atomi (1. attēls). Šeit ūdeņraža (H2 ) potenciālo enerģiju aprakstām ar diviem mainīgajiem:
starpatomu attālumu, 𝑑, un augstumu attiecībā pret virsmas metāla atomiem, 𝑧. Pieņemam, ka ass caur
diviem H atomiem ir paralēla virsmai, un ka gravitācijas centrs vienmēr atrodas uz vertikālās raustītās
līnijas 1. attēlā. 2. attēlā parādām potenciālās enerģijas kontūrkarti disociācijai uz virsmas. Skaitliskās
vērtības norāda enerģiju izteiktu kJ uz molu H2 . Nepārtrauktās līnijas atrodas 20 kJ mol−1 viena no otras, bet raustītās līnijas atrodas 100 kJ mol−1 viena no otras, kā arī attālums no nepārtrauktās līnijas līdz
raustītajai līnijai ir 80 kJ mol−1 . Nulles punkta enerģiju ignorējam.

IChO
LVA-3 C-1 Q-2

Q1-2

1. attēls Mainīgo definēšana. Attēlā mērogs nav ievērots.

2. attēls

Latvian (Latvia)

Q1-3

IChO
LVA-3 C-1 Q-3

A.1

A.2

Latvian (Latvia)

Katram dotajam aprakstam (i)–(iii), izvēlieties vistuvāko vērtību no A–G.
(i) Starpatomu attālums gāzveida H2 molekulā.
(ii) Starpatomu attālums metāla atomiem (𝑑M 1. attēlā)(iii) Adsorbēto H atomu attālums no virsmas (ℎad 1. attēlā)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

Katram dotajam aprakstam (i)–(ii), izvēlieties vistuvāko vērtību no A–H.
(i) Enerģija, kas nepieciešama gāzveida H2 disociācijai uz gāzveida H[H2 (g) → 2H(g)](ii) Enerģija, kas izdalās gāzveida H2 adsorbcijas procesā. [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
LVA-3 C-1 Q-4

Q1-4
Latvian (Latvia)

B daļaAdsorbētie ūdeņraža atomi var tikt vai nu absorbēti tilpumā, vai arī savienoties un desorbēt atpakaļ gāzes
fāzē, kā parādīts reakcijās (1a) un (1b). Ar H(ab) apzīmējam ūdeņraža atomu, kas ir absorbēts metālā.

Reakcijas ātrumi uz virsmas vietu adsorbcijai, desorbcijai un absorbcijai attiecīgi ir 𝑟1 [s−1 ], 𝑟2 [s−1 ] un𝑟3 [s−1 ]. Tos var izteikt kā:kur 𝑘1 [s−1 Pa−1 ], 𝑘2 [s−1 ] un 𝑘3 [s−1 ] ir reakcijās ātruma konstantes un 𝑃H2 ir H2 spiediens. Apskatot vietas,
kas pieejamas uz virsmas, 𝜃 (0 ≤ 𝜃 ≤ 1) ir tā daļa, kuru aizpilda H atomi. Pieņemam, ka adsorbcijas undesorbcijas reakcijas ir ātras, salīdzinot ar absorbciju (𝑟1 , 𝑟2 ≫ 𝑟3 ), un ka 𝜃 paliek nemainīgs.
B.1

𝑟3 var izteikt kā:Izsakiet 𝐶, izmantojot 𝑘1 un 𝑘2 .

5pt

IChO
LVA-3 C-1 Q-5

Q1-5
Latvian (Latvia)

Metāla paraugs ar virmas laukumu 𝑆 = 1.0 × 10−3 m2 tika ievietots traukā (1L = 1.0 × 10−3 m3 ) ar H2(𝑃H2 = 1.0 × 102 Pa ). Blīvums ūdeņraža atomu adsorbcijas vietām bija 𝑁 = 1.3 × 1018 m−2 . Virsmas
temperatūra tika turēta pie 𝑇 = 400 K. Reakciju (1a) un (1b) gaitā, 𝑃H2 samazinājās ar nemainīgu ātrumu
𝑣 = 4.0 × 10−4 Pa s−1 . Pieņemam, ka H2 ir ideāla gāze, un ka tilpums metāla paraugam ir neievērojams.

B.2Aprēķiniet H atomu daudzumu izteiktu molos, kas absorbējas uz vienas laukuma vienības uz virsmas vienā laika vienībā 𝐴 [mol s−1 m−2 ] .

3pt

B.3

Pie 𝑇 = 400 K, 𝐶 ir 1.0 × 102 Pa−1 . Aprēķiniet 𝑘3 vērtību pie 400 K. Ja nevarējāt
iegūt B.2 atbildi, izmantojiet 𝐴 = 3.6 × 10−7 mol s−1 m−2 .

3pt

B.4

Pie citas 𝑇 , dots, ka 𝐶 = 2.5 × 103 Pa−1 un 𝑘3 = 4.8 × 10−2 s−1 . Apskatot 𝑟3 kāfunkciju no 𝑃H2 pie šīs temperatūras, izvēlieties pareizo līkni no (a)–(h).

3pt

IChO
LVA-3 C-1 A-1Ūdeņradis uz metāla virsmas
A daļaA.1 (6 pt)
(i)

(ii)

(iii)

A.2 (4 pt)
(i)

(ii)

A1-1
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-1 A-2

B daļaB.1 (5 pt)

𝐶=
B.2 (3 pt)𝐴=

mol s−1 m−2

A1-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-1 A-3

B.3 (3 pt)

𝑘3 =B.4 (3 pt)

s−1

A1-3
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-2 C-1

LVA-3 C-2 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 2
Cover sheet

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

Q2-1

IChO
LVA-3 C-2 Q-1

Latvian (Latvia)

Izotopu laika kapsula
11 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

A.4

Kopā

Punkti

8

8

10

9

35

Rezultāts

Molekulas, kas atšķiras tikai ar izotopu saturu, piemēram, CH4 un CH3 D, tiek sauktas par izotopologiem.
Tiek pieņemts, ka izotopologiem ir vienādas ķīmiskās īpašības. Taču dabā ir novērojama neliela atšķirība.
Pieņemam, ka visā uzdevuma gaitā visas vielas ir gāzveida fāzē.
Apskatām sekojošo līdzsvaru:

Entropija 𝑆 palielinās, palielinot iespējamo sistēmas mikrostāvokļu skaitu 𝑊 :Apskatot 12 C16 O2 un 12 C18 O2 , 𝑊 = 1. Turpretīm, apskatot 12 C16 O18 O, 𝑊 = 2, jo molekulā skābekļa atomi
ir atšķirami. Apskatot 1. vienādojuma labo pusi, tā satur divas 12 C16 O18 O molekulas, tādējādi 𝑊 = 22 = 4.

IChO
LVA-3 C-2 Q-2

A.1

Q2-2
Latvian (Latvia)

Entalpijas izmaiņa Δ𝐻 3. vienādojumā ir pozitīva pie visām temperatūrām.

8pt

Aprēķiniet līdzsvara konstantes, 𝐾, 3. vienādojumam pie ļoti zemas (iedomājieties 𝑇 → 0) un ļoti augstas (iedomājieties 𝑇 → +∞) temperatūras. Pieņemiet,ka reakcija paliek nemainīga pie šīm temperatūrām, kā arī, ka Δ𝐻 iegūst nemainīgu vērtību pie lielām temperatūrām.
Nākošajam procesam ΔH varam izskaidrot ar molekulu vibrācijām.

Pie 𝑇 = 0 K, vibrācijas enerģiju divatomu molekulai, kuras vibrācijas frekvence ir 𝜈 [s−1 ], varam izteikt kā:

Kur 𝑘 ir spēka konstante un 𝜇 ir reducētā masa, kas ir izsakāma ar atomu masām divatomu molekulā, 𝑚1
un 𝑚2 , izmantojot:

A.2

H2 vibrācijas ir pie 4161.0 cm−1 , kad norādam vērtības, izmantojot viļņaskaitļus.
Aprēķiniet Δ𝐻 dotajai reakcijai pie 𝑇 = 0 K izteiktu J mol−1 .

Pieņemam, ka:• Δ𝐻 ir atkarīgs tikai no vibrācijas enerģijām.
• 𝑘 vērtības H2 , HD, un D2 ir identiskas.
• H masa ir 1 Da , un D masa ir 2 Da.

8pt

IChO
LVA-3 C-2 Q-3

Q2-3
Latvian (Latvia)

Molārās attiecības H2 , HD, un D2 līdzsvara sistēmā ir atkarīgas no temperatūras. Šeit ΔD2 definējam kāizmaiņu D2 molārajā attiecībā.

[D2 ]
[D ]
un 𝑅D∗ 2 apzīmē 2 pie 𝑇 → +∞. Norādām, ka izotopu sadalījums paliek
[H2 ]
[H2 ]
pilnīgi nejaušs pie 𝑇 → +∞.
Šeit 𝑅D2 apzīmē parauga
A.3Aprēķiniet ΔD2 pie dabiska D satura, kad izotopu apmaiņa ir līdzsvarā pie tādas
temperatūras, ka 4. vienādojumā 𝐾 ir 0.300. Pieņemam, ka dabisks saturs D
un H attiecīgi ir 1.5576 × 10–4 un 1 − 1.5576 × 10–4 .

10pt

Q2-4

IChO
LVA-3 C-2 Q-4

Latvian (Latvia)

Vispārīgā gadījumā, molārā attiecība divkārši aizvietotā izotopologā, kas satur divus smagāka izotopa
atomus vienā molekulā, palielinās pie zemākām temperatūrām. Apskatīsim molāro attiecību CO2 molekulām ar molmasām 44 un 47, apzīmējot tās kā CO2 [44] un CO2 [47] turpmāk. Lielumu Δ47 definējamkā:[CO2 [47]][CO2 [47]]∗un 𝑅47
apzīmē
pie 𝑇 → +∞. Dabisko saturu oglekļa un skābekļa
[CO2 [44]][CO2 [44]]atomiem parādām tabulā, kas dota zemāk. Ignorējiet izotopus, kas nav parādīti.
𝑅47 apzīmē parauga

12

dabiskais saturs

16

dabiskais saturs

C13

0.988888

0.011112

C

O

17

O

18

0.997621

0.0003790

0.0020000

O

Δ47 temperatūras atkarību varam noteikt ar doto vienādojumu, kur 𝑇 tiek izteiks absolūtās temperatūras
vienībās K:

A.4

Fosīlā planktona, kas tika iegūts Antarktikas jūras dibenā, 𝑅47 ir 4.50865 × 10–5 .
Nosakiet temperatūru, izmantojot šo 𝑅47 vērtību. Šo temperatūru varam interpretēt kā gaisa temperatūru planktona dzīves laikā. Aprēķiniem apskatām tikai
visbiežāk sastopamo CO2 [47] izotopologu.

9pt

IChO
LVA-3 C-2 A-1

Izotopu laika kapsula
A.1 (8 pt)

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

IChO
LVA-3 C-2 A-2

A.2 (8 pt)

Δ𝐻 =J mol−1

A2-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-2 A-3

A.3 (10 pt)

ΔD2 =

A2-3
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-2 A-4

A.4 (9 pt)

𝑇 =

K

A2-4
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-3 C-1

LVA-3 C-3 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 3
Cover sheet

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

Q3-1

IChO
LVA-3 C-3 Q-1

Latvian (Latvia)

Lamberta-Bēra likums?
8 % no kopējā
Jautājums

A.1

B.1

B.2

Kopā

Punkti

10

6

6

22

RezultātsŠajā uzdevumā ignorējam šūnas un šķīdinātāja absorbciju. Visu šķīdumu un gāzu temperatūra ir nemainīga, un ir 25 °C.

A daļaTika pagatavots ūdens šķīdums X, izmantojot HA un NaA. [A− ], [HA], un [H+ ] koncentrācijas šķīdumā X attiecīgi ir 1.00 × 10−2 mol L−1 , 1.00 × 10−3 mol L−1 , un 1.00 × 10−4 mol L−1 , kuras ir saistītas ar sekojošo
skābju-bāzu līdzsvaru:
HA ⇌ A− + H+

𝐾=

[A− ][H+ ]
[HA]

(1)

A daļā, optiskā ceļa garums ir 𝑙. Ignorējam blīvuma izmaiņu atšķaidīšanas laikā. Pieņemam, ka vienīgā
notiekošā reakcija ir 1. reakcija.
A.1

X absorbcija pie viļnagaruma 𝜆1 bija 𝐴1 . Tad šķīdums X tika atšķaidīts līdz divkāršam tilpumam, izmantojot sālsskābi, kuras pH = 2.500. Pēc atšķaidīšanas
absorbcija pie 𝜆1 joprojām bija 𝐴1 . Nosakiet attiecību 𝜀HA /𝜀A− , kur 𝜀HA un 𝜀A−attiecīgi apzīmē HA un A− absorbcijas koeficientus pie 𝜆1 .

10pt

Q3-2

IChO
LVA-3 C-3 Q-2

Latvian (Latvia)

B daļaApskatām sekojošo līdzsvaru gāzes fāzē:D ⇌ 2M(2)

Tīra gāze D tika iepildīta taisnstūrveida traukā ar caurspīdīgu bīdāmu sienu, ar šķērsgriezumu 𝑆 (skatīt attēlu zemāk) ar spiedienu 𝑃 , un tika iestatīts līdzsvars, kopējo spiedienu atstājot nemainīgu 𝑃 . Absorbciju
gāzei nosaka 𝐴 = 𝜀(𝑛/𝑉 )𝑙, kur 𝜀, 𝑛, 𝑉 un 𝑙 attiecīgi ir absorbcijas koeficients, gāzes daudzums molos, gāzes tilpums, un optiskā ceļa garums. Pieņemam, ka visi savienojumi gāzes maisījumā uzvedas kā ideālas
gāzes.

Nepieciešamības gadījumā, izmantojiet dotās definīcijas
Sākuma stāvoklī

Pēc līdzsvara

D

M

D

M

Parciālspiediens

𝑃

0

𝑝D

𝑝M

Daudzums molos

𝑛0

0

𝑛D

𝑛M

Tilpums

𝑉0

𝑉

B.1

Pie 𝜆B1 mērot absorbciju 𝑥 (𝑙 = 𝑙𝑥 ) virzienā, gāzes absorbcija bija 𝐴B1 gan sākumā, gan pēc līdzsvara iestāšanās. Nosakiet attiecību 𝜀D /𝜀M pie 𝜆B1 , kur 𝜀D un
𝜀M attiecīgi apzīmē D un M absorbcijas koeficientus.

6pt

B.2

Pie 𝜆B2 mērot absorbciju 𝑦 virzienā, gāzes absorbcija bija 𝐴B2 gan sākumā (𝑙 =𝑙𝑦0 ), gan pēc līdzsvara iestāšanās (𝑙 = 𝑙𝑦 ). Nosakiet attiecību 𝜀D /𝜀M pie 𝜆B2 .

6pt

IChO
LVA-3 C-3 A-1

Lamberta-Bēra likums?
A daļaA.1 (10 pt)(Turpinās nākamajā lapā)A3-1
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-3 A-2

A.1 (cont.)

𝜀HA /𝜀A− =A3-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-3 A-3

B daļaB.1 (6 pt)

𝜀D /𝜀M =A3-3
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-3 A-4

B.2 (6 pt)

𝜀D /𝜀M =A3-4
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-4 C-1

LVA-3 C-4 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 4
Cover sheet

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

Q4-1

IChO
LVA-3 C-4 Q-1

Latvian (Latvia)

Cinka redoks ķīmija
11 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

B.1

B.2

B.3

B.4

Kopā

Punkti

6

5

4

3

5

9

32

Rezultāts

Cinks ilgstoši ir bijis izmantots sakausējumos, piemēram, misiņa un tērauda materiālos. Cinku industriālajos notekūdeņos atdala, to izgulsnējot, lai attīrītu ūdeni. Izgulsnēto cinku pēc tam reducē un izmanto
no jauna kā metālisko cinku.

A daļaCinka hidroksīda Zn(OH)2 (s) šķīšanas līdzsvari pie 25 ∘ C un atbilstošās līdzsvara konstantes ir dotas 1.–4.
vienādojumos.

IChO
LVA-3 C-4 Q-2

Q4-2
Latvian (Latvia)

Cinka šķīdību 𝑆 (cinka koncentrāciju piesātinātā ūdens šķīdumā) apraksta 5. vienādojums.

A.1

Pēc 1.-4. vienādojumā aprakstītā līdzsvara iestāšanās, aprēķiniet pH reģionu,
kurā [Zn(OH)2 (aq)] ir lielākā starp [Zn2+ (aq)], [Zn(OH)2 (aq)] un [Zn(OH)2−
4 (aq)].

6pt

A.2

Tika sagatavots un nofiltrēts Zn(OH)2 (s) piesātināts ūdens šķīdums ar pH = 7.00.
Filtrātam tika pievienots NaOH līdz pH kļuva 12.00. Aprēķiniet moldaļu procentos, kas izgulsnējas, palielinot pH no 7.00 līdz 12.00. Ignorējiet tilpuma untemperatūras izmaiņas.

5pt

B daļaTālāk iegūtais cinka hidroksīds tika karsēts, lai iegūtu cinka oksīdu, kā to apraksta vienādojums, kas dots
zemāk:

Cinka oksīdu reducēja uz metālisku cinku reakcijā ar ūdeņradi:B.1

Lai 7. reakcija notiktu pie nemainīga ūdeņraža spiediena 1 bar, ir nepieciešams
samazināt parciālspiedienu ūdens tvaikam, kas rodas reakcijā. Aprēķiniet augšējo robežu ūdens tvaika parciālspiedienam, lai (7). reakcija varētu notikt pie
300 ∘ C.
Šajā gadījumā Gibsa veidošanās enerģijas cinka oksīdam un ūdens tvaikam pie
300 ∘ C un 1 bar visām gāzveida daļiņām attiecīgi ir Δ𝐺ZnO (300∘ C) = −2.90 ×
102 kJ mol−1 un Δ𝐺H2 O (300∘ C) = −2.20 × 102 kJ mol−1 .

4pt

Metālisko cinku izmanto kā negatīvā elektroda (anoda) materiālu metāla-gaisa baterijām. Šis elektrods
sastāv no Zn un ZnO. Tas izmanto šādu reakciju, lai radītu elektrību, izmantojot elektrodzinējspēku(e.m.f.), pie 25 ∘ C un 1 bar spiediena, 𝐸 ∘ .

B.2

Cinka-gaisa baterija tika izlādēta pie 20 mA 24 stundas. Aprēķiniet negatīvāelektroda (anoda) masas izmaiņu baterijā.

3pt

IChO
LVA-3 C-4 Q-3

Q4-3
Latvian (Latvia)

Fudzi
B.3

Apskatām e.m.f. izmaiņu cinka-gaisa baterijai, atkarībā no apkārtējās vides.
Aprēķiniet e.m.f. Fudzi virsotnē pie temperatūras un augstuma, kas attiecīgi ir−38 ∘ C (Februārī) un 3776 m. Atmosfēras spiedienu apraksta:

5pt

pie augstuma ℎ [m] un temperatūras 𝑇 [∘ C]. Skābekļa molārā attiecība gaisā ir
21%. Gibsa enerģijas izmaiņa 8. reakcijai ir Δ𝐺ZnO (−38∘ C) = −3.26 × 102 kJ mol−1
pie −38 ∘ C un 1 bar.
B.4Aprēķiniet Gibsa enerģijas izmaiņu 6. reakcijai pie 25 ∘ C. Standarta reducēšanās potenciāli reakcijām, kas dotas 10. un 11. vienādojumā, attiecīgi ir
𝐸 ∘ (Zn2+ /Zn) un 𝐸 ∘ (O2 /H2 O) pie 25 ∘ C un 1 bar.

9pt

IChO
LVA-3 C-4 A-1

Cinka redoks ķīmijaA daļaA.1 (6 pt)< pH <

A4-1
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-4 A-2

A.2 (5 pt)%

A4-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-4 A-3

B daļaB.1 (4 pt)

bar

𝑝H2 O=
B.2 (3 pt)g

A4-3
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-4 A-4

B.3 (5 pt)

V

A4-4
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-4 A-5

B.4 (9 pt)

Δ𝐺∘ =J mol−1

A4-5
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-5 C-1

LVA-3 C-5 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 5
Cover sheet

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

Q5-1

IChO
LVA-3 C-5 Q-1

Latvian (Latvia)

Mistiskais silīcijs
12 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

A.4

B.1

B.2

B.3

Kopā

Punkti

9

7

6

10

5

15

8

60

Rezultāts

Lai gan silīcijs ir 14. grupas elements, līdzīgi kā ogleklis, to īpašības stipri atšķiras.

A daļaAtšķirībā no oglekļa-oglekļa trīskāršās saites, silīcija-silīcija trīskāršā saite savienojumos R1 –Si ≡ Si–R1 (R:organisks aizvietotājs) ir ārkārtīgi reaģētspējīga. Tā, piemēram, reaģē ar etilēnu, veidojot ciklisku savienojumu, kas satur četrlocekļu ciklu.

Kad R1 –Si ≡ Si–R1 reaģē ar alkīnu (R2 –C ≡ C–R2 ), kā sākotnējais starpsavienojums vispirms veidojasčetrlocekļu ciklu saturošais savienojums A. Tad vēl viena molekula R2 –C ≡ C–R2 spēj reaģēt ar A unveido izomērus B un C, abiem sastāvot no benzola-tipa cikliskas konjugētas struktūras, sauktas par”disilabenzoliem”, kuri satur sešlocekļu ciklu un tiek aprakstīti kā (R1 –Si)2 (R2 –C)4 .

IChO
LVA-3 C-5 Q-2

Q5-2
Latvian (Latvia)

13

C KMR analīze attiecīgo savienojumu sešlocekļu ciklu skeletam Si2 C4 uzrāda divus pīķus savienojumam
B un vienu pīķi savienojumam C.
A.1

Uzzīmē savienojumu A, B un C struktūras, izmantojot R1 , R2 , Si un C, norādot
tikai vienu no rezonanses formām.

9pt

A.2

Aprēķini aromātiskuma stabilizācijas enerģiju (ASE) benzolam un savienojumam C (gadījumā, kad R1 = R2 = H) kā pozitīvas vērtības, izmantojot zemāk
norādītās entalpiju izmaiņas nepiesātinātu sistēmu hidrogenēšanas reakcijās(1. attēls).

7pt

1. attēls

Q5-3

IChO
LVA-3 C-5 Q-3

Latvian (Latvia)

Karsējot savienojuma C šķīdumu ksilolā, notiek izomerizācija un veidojas savienojumu D un E līdzsvarāesošs maisījums. Savienojumu molarā attiecība ir D : E = 1 : 40.0 pie 50.0 ˚C un D : E = 1 : 20.0 pie 120.0
˚C.
A.3Aprēķiniet Δ𝐻 pārvērtībai no D uz E. Pieņemiet, ka Δ𝐻 nav atkarīgs no temperatūras.

6pt

Izomerizācija no C uz D un uz E norisinās caur 𝜋-saišu pārvēršanos uz 𝜎-saitēm, turklāt bez jebkādu 𝜎saišu šķelšanas. 13 C KMR analīze Si2 C4 skeletam savienojumā D uzrādīja vienu pīķi, savukārt savienojumāE - divus pīķus. Savienojuma D struktūrā nav trīslocekļu ciklu, savukārt savienojumā E ir divi trīslocekļu
cikli, kuriem ir kopīga šķautne (edge).

Uzzīmē savienojumu D un E struktūras, izmantojot R1 , R2 , Si un C.

A.4

10pt

B daļaSilīcijs spēj veidot savienojumus ar augstu koordinācijas pakāpi (> četri aizvietotāji) ar elektronegatīviem
elementiem, piemēram, fluoru. Metālu fluorīdi tiek izmantoti kā fluorēšanas reaģenti un līdzīgi arī augstas koordinācijas silīcija fluorīdi darbojas kā fluorēšanas reaģenti.
Tika veikta CCl4 fluorēšana, izmantojot Na2 SiF6 pēc zemāk norādītās shēmas.
• Na2 SiF6 šķīduma standartizēšana :· PagatavošanaŪdens šķīdums F : 0.855 g Na2 SiF6 (188.053 g mol–1 ) izšķīdināja ūdenī (kopējais tilpums: 200 mL).
Ūdens šķīdums G : 6.86 g Ce2 (SO4 )3 (568.424 g mol–1 ) izšķīdināja ūdenī (kopējais tilpums: 200 mL).
· ProcedūraŠķīduma F (50.0 mL) izgulsnēšanas titrēšana, pa pilienam pievienojot šķīdumu G indikatora ksilenolaoranžā klātbūtnē, kurš koordinējas ar Ce3+ . Pēc 18.8 mL šķīduma G pievienošanas, šķīduma krāsa mainās
no dzeltenas uz purpursarkanu (magenta). Izveidojušās nogulsnes ir binārs savienojums, kas satur Ce3+
un vienīgais izveidojušais silīcija savienojums ir Si(OH)4 .
B.1

5pt

Uzraksti reakcijas vienādojumu starp Na2 SiF6 un Ce2 (SO4 )3 .

• CCl4 reakcija ar Na2 SiF6 :(Vielas zudumus, piemēram, iztvaikošanu neņem vērā nākošajos aprēķinos)
Na2 SiF6 (𝑥 [g]) pievienoja CCl4 (500.0 g) un karsēja 300˚C noslēgtā spiedienu izturīgā ampulā.
Neizreaģējušo Na2 SiF6 un radušos NaCl atdalīja ar filtrāciju. Filtrātu atšķaidīja ar CCl4 līdz kopējam
tilpumam 1.00 L (šķīdums H). 29 Si un 19 F KMR spektri šķīdumam H uzrādīja SiF4 kā vienīgo silīciju
saturošo savienojumu. 19 F KMR spektrā papildus SiF4 tika novēroti arī signāli, kas atbilst CFCl3 , CF2 Cl2 ,CF3 Cl un CF4 (1. tabula). Integrāļu attiecības 19 F KMR spektros ir proporcionālas fluora kodolu skaitam.
1. tabula
19

F KMR dati

Integrāļu attiecība

CFCl3

CF2 Cl2

CF3 Cl

CF4

45.0

65.0

18.0

2.0

IChO
LVA-3 C-5 Q-4

Q5-4
Latvian (Latvia)

SiF4 tiek hidrolizēts un veido H2 SiF6 kā norādīts 8. vienādojumā:Šķīdumu H (10 mL) pievienoja ūdenim pārākumā un notika pilnīga SiF4 hidrolīze. Pēc atdalīšanas, hidrolīzes laikā izveidotais H2 SiF6 tika neitralizēts un pilnīgi pārveidots par Na2 SiF6 (ūdens šķīdums J).
Neizreaģējušā Na2 SiF6 un NaCl nogulsnes, kuras tika atdalītas ar filtrāciju sākotnējā solī (ar apakšsvītru),
pilnīgi izšķīdināja ūdenī, veidojot ūdens šķīdumu (šķīdums K; 10.0 L).
Tad veica papildus izgulsnēšanas titrēšanas, izmantojot šķīdumu G, un titrēšanas beigu punkti ar G bijašādi:·Šķīdumam J (visam daudzumam): 61.6 mL.
·100 mL šķīduma K: 44.4 mL.
Jāpiemin, ka klātesošajiem NaCl vai SiO2 nav nekāda efekta uz izgulsnēšanas titrēšanu.
B.2

Aprēķini NaCl masu, kas izveidojās ampulā (informācija pasvītrota), unaprēķini masu (𝑥 [g]) Na2 SiF6 , kuru izmantoja kā izejvielu.

15pt

B.3

77.8% izmantotās izejvielas CCl4 neizreaģēja. Aprēķini masu CF3 Cl, kas izveidojās.

8pt

IChO

A5-1

LVA-3 C-5 A-1

Latvian (Latvia)

Mistiskais silīcijsA daļaA.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
LVA-3 C-5 A-2

A.3 (6 pt)

kJ mol–1

Δ𝐻 =A.4 (10 pt)
D (5 pt)

E (5 pt)

A5-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-5 A-3

B daļaB.1 (5 pt)

B.2 (15 pt)(Turpinās nākamajā lapā)A5-3
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-5 A-4

B.2 (cont.)

NaCl ∶

g, Na2 SiF6 ∶g

A5-4
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-5 A-5

B.3 (8 pt)

CF3 Cl ∶g

A5-5
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-6 C-1

LVA-3 C-6 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 6
Cover sheet

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

Q6-1

IChO
LVA-3 C-6 Q-1

Latvian (Latvia)

Pārejas metālu cietvielu ķīmija
13 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

B.3

B.4

C.1

C.2

C.3

Kopā

Punkti

6

3

3

6

4

4

4

5

5

5

45

Rezultāts

Sakuradžimas vulkāns

A daļaJapāna ir valsts ar vienu no vislielāko skaitu vulkānu pasaulē. Kad silikātu minerāli kristalizējas no magmas, daļa pārejas metālu jonu (Mn+ ), kas atrodas magmā, tiek iekļauti silikātu minerālos. Mn+ , ko apskatīsim šajā uzdevumā, ir koordinēti ar oksīdjoniem (O2− ) un tie ieņem četrkoordinētu tetraedrisku (𝑇d )ģeometriju magmā, un seškoordinētu oktaedrisku (𝑂h ) ģeometriju silikāta minerālos, abos gadījumos
novērojama augsta spina konfigurācija. Koeficientu, kas apraksta sadalījumu Mn+ starp silikāta minerāliem un magmu 𝐷 var izteikt kā:kur [M]s un [M]l attiecīgi ir Mn+ koncentrācijas silikāta minerālos un magmā. Tabula, kas dota zemāk,
norāda 𝐷 vērtības Cr2+ un Mn2+ kā piemērus.

IChO
LVA-3 C-6 Q-2

Q6-2
Latvian (Latvia)

Apzīmējam ar ΔO un CFSEO attiecīgi d-orbitāļu enerģijas starpību Mn+ , un kristālu lauka stabilizācijasenerģiju 𝑂h laukā. Apzīmējam ar ΔT un CFSET šos lielumus 𝑇d laukā.
A.1Aprēķiniet |CFSEO −CFSET | = ΔCFSE, izsakot to ar ΔO joniem Cr2+ , Mn2+ , un
Co2+ ;
pieņemiet ΔT = 4/9ΔO .

6pt

A.2

Uzzīmējot ln𝐷 pret ΔCFSE / ΔO zemāk dotajā koordinātu sistēmā, iegūstam lineāru sakarību.
Nosakiet 𝐷 vērtību Co2+ .

3pt

Metālu oksīdi MO (M: Ca, Ti, V, Mn, vai Co) kristalizējas akmenssāls struktūrā, kur Mn+ ieņem 𝑂h ģeometriju ar augsta spina elektronu konfigurāciju. Kristālrežģa entalpiju šajos oksīdos lielākoties nosaka
Kulona mijiedarbības, kas atkarīgas no jonu rādiusa un lādiņa, kā arī daļēji no CFSE Mn+ 𝑂h laukā.
A.3

Izvēlieties atbilstošo kristālrežģa entalpiju [kJ mol−1 ] komplektu no iespējām(a) līdz (f).

3pt

IChO
LVA-3 C-6 Q-3

Q6-3
Latvian (Latvia)

B daļaJaukts oksīds A, kurš satur La3+ un Cu2+ , kristalizējas tetragonālā elementāršūnā, kā parādīts 1. attēlā.
Apskatot [CuO6 ] oktaedru, Cu–O garums z-ass (𝑙𝑧 ) virzienā ir garāks, salīdzinot ar garumu x-axis (𝑙𝑥 ), untādējādi [CuO6 ] ir deformēts no parastas 𝑂h ģeometrijas. Šī deformācija novērš eg orbitāļu (d𝑥2 −𝑦2 andd𝑧2 ) deģenerāciju.

1. attēls
A var tikt sintezēts termālā sadalīšanā (pirolīzē), izmantojot vielu B, kura tiek veidota, sajaucot metālu
hlorīdus atšķaidītā amonjaka ūdens šķīdumā, kurš satur kvadrātskābi C4 H2 O4 , t.i., diskābi. Pirolizējot
B sausā gaisā, novērojams 29.1% masas zudums līdz 200 °C, kristalizācijas ūdens pazušanas dēļ, tālāk
karsējot līdz 700 °C novērojams papildus masas zudums CO2 izdalīšanās dēļ. Kopējais masas zudums,
veidojoties A no B, ir 63.6%. Jāatzīmē, ka pirolīzes reakcijā izdalās tikai ūdens un CO2 .
B.1

Uzrakstiet A un B ķīmiskās formulas.

6pt

B.2

Aprēķiniet 𝑙𝑥 un 𝑙𝑧 , izmantojot 1. attēlu.

4pt

B.3

Apskatot Cu2+ deformētajā [CuO6 ] oktaedrā savienojumā A 1. attēlā, uzrakstiet
nosaukumus šķeltajām eg orbitālēm (d𝑥2 −𝑦2 un d𝑧2 ) pie (i) un (ii), un uzzīmējiet
elektronu konfigurāciju punktotajā kastē jūsu atbilžu lapā.

4pt

IChO
LVA-3 C-6 Q-4

Q6-4
Latvian (Latvia)

A ir elektriskais izolators. Kad viens La3+ tiek aizvietots ar vienu Sr2+ , kristāla režģī veidojas caurums, kas
var vadīt elektrību. Tādējādi, Sr2+ -dopēts A ir supravadītājs zem 38 K. A aizvietošanas reakcijā tika radīti
2.05 × 1027 caurumi m−3 .
B.4Aprēķiniet procentuālo daļu Sr2+ , kas aizvietoja La3+ , apskatot molu attiecību
aizvietošanas reakcijā. Ņemiet vērā, ka jonu valences un kristāla struktūra netiek izmainīta aizvietošanās reakcijā.

4ptC daļa−2+

Cu2 (CH3 CO2 )4 sastāv no četriem CH3 CO2 , kas ir koordinējušies ar diviem Cu (2A. attēls). Cu2 (CH3 CO2 )4−
ir augsta simetrijas pakāpe, kur divas asis iet cauri oglekļa atomiem četros CH3 CO2 un ass, kas iet cauri−2+diviem Cu , visas asis ir novietotas ortogonāli, viena pret otru. Ja CH3 CO2 vietā izmantojam dikarbokL1
silāta ligandu, veidojas tā sauktais ”būra komplekss” (cage complex). Šis būra komplekss Cu4 (L1L1)4 sastāv
2+no planāra dikarboksilāta L1 (2B. attēls) un Cu (2C. attēls). Leņķis θ starp kordinācijas virzieniem divos
karboksilātos, norādīts ar bultiņām 2B. attēlā, nosaka būra kompleksa struktūru. L1 gadījumā, θ ir 0°.
Ņemiet vērā, ka 2. attēlā netiek parādīti ūdeņraža atomi.

2. attēls

IChO
LVA-3 C-6 Q-5

C.1

Q6-5
Latvian (Latvia)

θ planāram dikarboksilātam L2, parādītam zemāk, ir 90˚. Apzīmējam sastāvu
2+L2būra kompleksam, kas veidojas no L2 un Cu kā Cu𝑛 (L2L2)𝑚 , norādiet mazāko n−
un m kombināciju, izmantojot veselus skaitļus. Pieņemiet, ka tikai CO2 grupas2+
no L2 var veidot koordinācijas saiti ar Cu joniem.

5pt

Q6-6

IChO
LVA-3 C-6 Q-6Latvian (Latvia)

2+−

Cinka komplekss, Zn4 O(CH3 CO2 )6 , satur četrus tetraedriskus Zn , sešus CH3 CO2 , un vienu O2− (3A.
attēls). Apskatot Zn4 O(CH3 CO2 )6 , O2− atrodas koordinātu sākumpunktā, un trīs asis iet cauri oglekļa
−atomiem CH3 CO2 un ir novietotas ortogonāli viena pret otru. Kad p-benzoldikarboksilāts (3B. attēls,−2+
L3, θ = 180°) tika izmantots CH3 CO2 vietā, Zn atomu kopas (cluster) sasaistas viena ar otru, veidojot kristālisku cietvielu (X), ko sauc par “ poraino koordinācijas polimēru” (porous coordination polymer)
L3(3C. attēls). Vielas X sastāvs ir [Zn4 O(L3L3)3 ]𝑛 , un tam ir kubiska kristāla struktūra ar nanoizmēra porām.
2+
Viena no porām tiek parādīta 3D. attēlā, un katra tetraedriskā Zn atomu kopa ir attēlota ar tumši pelēku
daudzskaldni 3C. un 3D. attēlos. Ņemiet vērā, ka 3. attēlā netiek parādīti ūdeņraža atomi.

3. attēls
C.2

X ir kubiska elementāršūna ar malas garumu 𝑎 (3C. attēls) un blīvumu 0.592
g cm−3 . Aprēķiniet 𝑎 izteiktu [cm].

5pt

C.3

X satur ievērojamu daudzumu poru, un 1 g X var saturēt 3.0 × 102 mL CO2 gāzes
pie 1 bar and 25 °C. Aprēķiniet vidējo CO2 molekulu skaitu porā.

5pt

IChO
LVA-3 C-6 A-1

A6-1
Latvian (Latvia)

Pārejas metālu cietvielu ķīmijaA daļaA.1 (6 pt)

Cr2+ ∶ΔO , Mn2+ ∶ΔO , Co2+ ∶

ΔO

IChO
LVA-3 C-6 A-2

A.2 (3 pt)

𝐷∶

A.3 (3 pt)

A6-2
Latvian (Latvia)

IChO

A6-3

LVA-3 C-6 A-3

Latvian (Latvia)

B daļaB.1 (6 pt)

A∶

,B∶

B.2 (4 pt)

𝑙𝑥 =nm, 𝑙𝑧 =nm

IChO
LVA-3 C-6 A-4

B.3 (4 pt), (ii) ∶(i) ∶B.4 (4 pt)%

A6-4
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-6 A-5

C daļaC.1 (5 pt)𝑛=,𝑚=

C.2 (5 pt)

𝑎=

cm

A6-5
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-6 A-6

C.3 (5 pt)

A6-6
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-7 C-1

LVA-3 C-7 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 7
Cover sheet

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

Q7-1

IChO
LVA-3 C-7 Q-1

Latvian (Latvia)

Spēles ar ne-benzenoīdu aromātiskumu
13 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

B.1

Kopā

Punkti

5

2

19

10

36

Rezultāts

Profesors Nozoe (1902–1996) bija pirmais, kurš pētīja ne-benzenoīdu aromātiskos savienojumus, kuri
mūsdienu organiskajā ķīmijā ir plaši pazīstami.

Foto īpašnieks: Tohoku UniversitāteA daļaLinearifolianons ir dabasviela ar unikālu struktūru, kuru izolēja no Inula linariifolia. Sākot no valancēna(valencene) (1), vienā solī iegūst savienojumu 2, kuru trīs soļu pārvērtībā caur savienojumu 3 pārveido par
ketonu 4. Eremofilēns (eremophilene) (5) tiek pārveidots par 6, izmantojot to pašu četru soļu pārvērtību.

IChO
LVA-3 C-7 Q-2

Q7-2
Latvian (Latvia)

Inula linariifolia

A.1

Uzzīmē savienojumu 2 un 6 struktūras, skaidri norādot stereoķīmiju, kur nepieciešams.

5pt

Tad ketonu 4 pārveido par esteri 15. Savienojumā 8 (molmasa: 188) visi stereocentri ir tādi paši kā savienojumā 7. Savienojumiem 9 un 10 ir pieci stereocentri un tie nesatur oglekļa-oglekļa dubultsaites.

IChO
LVA-3 C-7 Q-3

Q7-3
Latvian (Latvia)Pieņemiet, ka H2 18 O tiek izmantots H2 16 O vietā 18 O-iezīmēto-linearifolianonu 13 un 14 sintēzēs no 11 un
12 attiecīgi. Savienojumi 13 un 14 ir 18 O-iezīmētie izotopomēri. Neņemot vērā izotopu iezīmēšanu, gan
13, gan 14 veido produktu 15 ar identisku stereoķīmiju.

IChO
LVA-3 C-7 Q-4

Q7-4
Latvian (Latvia)

A.2

Izvēlies piemērotāko struktūru savienojumam A.

2pt

A.3

Uzzīmē savienojumu 8–14 struktūras un skaidri norādi stereoķīmiju, kur nepieciešams. Tāpat, norādi ieviestos 18 O atomus savienojumiem 13 un 14 kāparādīts piemērā zemāk.

19pt

IChO
LVA-3 C-7 Q-5

Q7-5
Latvian (Latvia)

B daļaSavienojumu 19 iegūst pēc norādītās shēmas zemāk. Saistībā ar ne-benzenoīdu aromātiskumu, savienojumu 19 var izmantot kā spirtu aktivētāju, un savienojumu 20 pārvērta par savienojumu 22 caur jonu-pāra
starpsavienojumu 21. Lai gan savienojuma 21 veidošanos novēro ar KMR, 21 pamazām sadalās, veidojot
18 un 22.

B.1

Uzzīmē savienojumu 17–19 un 21 struktūras. Stereoķīmijas norādīšana nav nepieciešama.

10pt

IChO
LVA-3 C-7 A-1

Spēles ar ne-benzenoīdu aromātiskumu
A daļaA.1 (5 pt)
2 (2 pt)

A.2 (2 pt)

6 (3 pt)

A7-1
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-7 A-2

A.3 (19 pt)

A7-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-7 A-3

B daļaB.1 (10 pt)
17 (2 pt)

18 (2 pt)

19 (3 pt)

21 (3 pt)

A7-3
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-8 C-1

LVA-3 C-8 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 8
Cover sheet

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

Q8-1

IChO
LVA-3 C-8 Q-1

Latvian (Latvia)

Dinamiskas organiskas molekulas un to hiralitāte
11 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

B.1

B.2

Kopā

Punkti

9

3

7

3

4

26

RezultātsA daļaPolicikliskus aromātiskus ogļūdeņražus ar secīgiem orto-savienojumiem sauc par [n]karbohelicēniem
(šeit, n norāda uz sešlocekļu ciklu skaitu) (skatīt zemāk). [4]Karbohelicēns ([4]C) tiek pagatavots pēc zemāk parādītās shēmas, izmantojot fotoreakciju, ar starpsavienojuma (Int.) veidošanos, kas tiek strauji
oksidēts ar jodu.

Fotoreakcija notiek līdzīgā veidā kā norādīts piemērā zemāk.

IChO
LVA-3 C-8 Q-2

Q8-2
Latvian (Latvia)

Piezīme: 8. uzdevuma ietvaros, lūdzu, atbildēs zīmējiet vienkāršās un dubultās saites pamīšus kānorādīts piemēros ar karbohelicēniem. Neizmantojiet aplīšus konjugētu 𝜋 sistēmu zīmēšanai.
A.1

Uzzīmējiet savienojumu A–C struktūras. Stereoizomēriem jābūt skaidri norādītiem.

9pt

A.2

Mēģinājumi sintezēt [5]karbohelicēnu no tā paša fosfonija sāls un piemērotas
izejvielas rezultējās ar [5]karbohelicēna iegūšanu ļoti mazā apmērā, tā vietā iegūstot savienojumu D, kura molekulārā masa bija par 2 Da mazāka kā [5]karbohelicēnam. 1 H KMR spektra ķīmiskās nobīdes savienojumam D ir norādītas
zemāk. Uzzīmējiet savienojuma D struktūru.
[D (𝛿, m.d. CS2 , ist.t.), 8.85 (2H), 8.23 (2H), 8.07 (2H), 8.01 (2H), 7.97 (2H), 7.91
(2H)]

3pt

[5]- un lielākiem [n]karbohelicēniem piemīt spirāles hiralitāte un pārvērtība no viena helicēna enantiomēra uz otru istabas temperatūrā ir izteikti lēna. [n]Karbohelicēnu hiralitāte tiek noteikta ar (M) vai (P)kā parādīts attēlā zemāk.

[n]Karbohelicēni ar n lielāku kā 4 var tikt sadalīti enantiomēros, izmantojot hirālu kolonnu hromatogrāfiju, kuru attīstīja profesors Yoshio Okamoto.

Foto īpašnieks: Japānas Balvas Fonds (The Japan Prize Foundation)

IChO
LVA-3 C-8 Q-3

Q8-3
Latvian (Latvia)

Vairākkārtēji helicēni ir molekulas, kuras satur divas vai vairāk helicēna-tipa struktūras. Apskatot spirāles
hiralitāti, vairākkārtēju helicēnu struktūrā iespējami vairāki stereoizomēri. Piemēram, savienojums E
satur trīs [5]karbohelicēna-tipa fragmentus vienā molekulā. Viens no stereoizomēriem, apzīmēts kā (P,P, P), ir parādīts zemāk.

A.3Niķeļa katalizētā 1,2-dibrombenzola trimerizācijā veidojas trifenilēns. Kad šo
pašu reakciju veic ar F enantiomēru, (P)-F, tiek iegūts vairākkārtējs helicēns G(C66 H36 ). Ņemot vērā, ka reakcijas laikā nenotiek pārvēršanās starp stereoizomēriem, identificējiet visus iespējamos G stereoizomērus, kas šādi var veidoties. Kā atsaucei, vienu izomēru uzzīmējiet pilnīgi, norādot hiralitāti kā piemērāaugstāk, atzīmējot ar cipariem; pārējos stereoizomērus atzīmējiet ar cipariem
un M un P atzīmēm pēc tās pašas numerācijas. Piemēram, pārējos E stereoizomērus atzīmē kā (1, 2, 3) = (P, M, P), (P, M, M), (P, P, M), (M, M, M), (M, M, P), (M, P,P), un (M, P, M).

7pt

IChO
LVA-3 C-8 Q-4

Q8-4
Latvian (Latvia)

B daļaSumanēns ir bļodas-formas ogļūdeņradis, kuru pirmoreiz atklāja Japānā 2003. gadā. Vārds ”sumanēns”
iegūts no Sanskrita vārda ”suman”, kas nozīmē saulespuķe. Sumanēna sintēzi veica pēc reakciju shēmas,kas satur cikla atvēršanu un cikla aizvēršanas metatēzi.

Attiecīgās metatēzes reakcijas, kuras katalizē rutēnija katalizators (Ru*), ir parādītas zemāk.

B.1

Uzzīmē starpsavienojuma I struktūru (tā stereoķīmija nav nepieciešama).

3pt

IChO
LVA-3 C-8 Q-5

B.2

Q8-5
Latvian (Latvia)

Sākot no optiski aktīva prekursora J, ar to pašu reakciju shēmu iegūst optiski aktīvu sumanēna atvasinājumu K. Savienojuma J stereocentri metatēzes reakcijas
laikā netiek pakļauti inversijai. Uzzīmē savienojuma K struktūru ar attiecīgo
stereoķīmiju.

4pt

IChO

A8-1

LVA-3 C-8 A-1

Latvian (Latvia)

Dinamiskas organiskas molekulas un to hiralitāteA daļaA.1 (9 pt)
A (3 pt)

A.2 (3 pt)

B (3 pt)

C (3 pt)

IChO
LVA-3 C-8 A-2

A.3 (7 pt)

A8-2
Latvian (Latvia)

IChO
LVA-3 C-8 A-3

B daļaB.1 (3 pt)

B.2 (4 pt)

A8-3
Latvian (Latvia)

LVA-3 C-9 C-1

LVA-3 C-9 C
Daniils Kargins

IChO
Problem 9
Cover sheet

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

Q9-1

IChO
LVA-3 C-9 Q-1

Latvian (Latvia)

Patika un nepatika pret kapsulām
10 % no kopējā
Jautājums

A.1

A.2

A.3

A.4

A.5

Kopā

Punkti

13

2

2

3

3

23

RezultātsLabi bērni tā nedara, taču, ja sagrieztu tenisa bumbiņu pa vīlēm, to var sadalīt divās U-veida daļās.

Balstoties uz šo ideju, savienojumi 1 un 2 tika sintezēti kā U-veida molekulas ar dažādiem izmēriem. Savienojumu 3 izveidoja salīdzināšanai ar savienojumu 1 un tika pētīta šo abu savienojumu iekapsulēšanas
uzvedība.

IChO
LVA-3 C-9 Q-2

Q9-2
Latvian (Latvia)

Zemāk parādīta shēma savienojuma 2 iegūšanai. Elementu analīze savienojumam 9: C; 40.49%, H; 1.70%,
un O; 17.98% pēc masas.

IChO
LVA-3 C-9 Q-3

A.1

Q9-3
Latvian (Latvia)

Uzzīmē savienojumu 4–9 struktūras; stereoķīmiju var neņemt vērā. Izmanto”PMB” kā apzīmējumu, nevis zīmē visu p-metoksibenzil grupu kā parādīts shēmā augstāk.

13pt

Savienojuma 1 masspektrā tika skaidri novērots jona pīķis, kas atbilst tā dimēram (112 ), taču jonu pīķis
dimēram 3 2 netika novērots savienojuma 3 spektrā. 1 H KMR spektrā 1 2 šķīdumā, visi NH protoni, kasveidojas no 1 tika noteikti kā ķīmiski ekvivalenti un to ķīmiskā nobīde krietni atšķīrās no savienojuma 3
NH protonu ķīmiskās nobīdes. Šie dati norāda, ka starp NH fragmentiem savienojumā 1 un atomiem X
no citas 1 molekulas veidojas ūdeņraža saites, veidojot dimērisku kapsulu.
A.2

Apvelc atbilstošo(s) atomu(s) X savienojumā 1.

2pt

A.3

Norādi dimēriskajā kapsulā (112 ) esošo ūdeņraža saišu skaitu.

2pt

IChO
LVA-3 C-9 Q-4

Q9-4
Latvian (Latvia)

Savienojuma 1 dimēriskajā kapsulā (112 ) ir iekšēja telpa, kurā piemērota maza molekula Z var tikt iekapsulēta. Šo parādību apraksta šāds vienādojums:

Līdzsvara konstante Z iekapsulēšanai iekš 12 tiek aprakstīta šādi:Molekulas iekapsulēšanu kapsulā var novērot ar KMR spektroskopiju. Piemēram, 1 2 šķīdums C6 D6 uzrādīja dažādus signālus 1 H KMR spektrā pirms un pēc CH4 pievienošanas.
Savienojums 2 veido noturīgu un lielāku dimērisku kapsulu (222 ). 1 H KMR spektrs savienojumam 22 tika
nomērīts C6 D6 , C6 D5 F, un C6 D6 /C6 D5 F šķīdinātāju maisījumā, visus pārējos apstākļus uzturot nemainīgus. Ķīmiskās nobīdes vērtības Ha protonam savienojumā 2 augstākminētajos šķīdinātājos ir apkopotas
zemāk, kā arī citi signāli no Ha savienojumā 2, izņemot augstākminētos, netika novēroti. Pieņem, ka kapsulas iekšpuse vienmēr ir aizpildīta ar lielāko iespējamo šķīdinātāja molekulu skaitu un ka katrs signālsatbilst vienam aizpildītas kapsulas veidam.

A.4šķīdinātājs

𝛿 (m.d.) of Ha

C6 D6

4.60

C6 D5 F

4.71

C6 D6 / C6 D5 F

4.60, 4.71, 4.82

Nosaki skaitu C6 D6 un C6 D5 F molekulām, kas ir iekapsulētas iekš 2 2 un dod
katru Ha signālu.

3pt

IChO
LVA-3 C-9 Q-5

Q9-5
Latvian (Latvia)

H KMR mērījumi C6 D6 atklāja, ka 2 2 var ietvert vienu molekulu 1-adamantānkarbonskābes (AdA)
un asociācijas konstantes (𝐾a ), kuras ir attēlotas zemāk, tika noteiktas pie dažādām temperatūrām.
[solvent@222 ] apzīmē daļiņu, kas satur vienu vai vairākas šķīdinātāju molekulas.

1

Līdzīgi 𝐾a vērtības CH4 un 1 2 norādītas vienādojumā (2) pie dažādām temperatūrām C6 D6 , arī tika noteiktas ar 1 H KMR mērījumiem. Divu asociācijas konstanšu grafiki (kā ln 𝐾a pret 1/T) ir parādīti zemāk.

Neviena C6 D6 molekula nav iekapsulēta iekš 1 2 . Līnijā II, entropijas izmaiņa (Δ𝑆) ir ( 1 ) un entalpijas
izmaiņa (Δ𝐻) ir ( 2 ), norādot, ka iekapsulēšanas virzītājspēks līnijā II ir ( 3 ). Tādējādi, līnija I atbilst ( 4 )un līnija II atbilst ( 5 ).
A.5Izvēlies pareizos variantus no A un B tukšumiem (1)–(5) sekojošajā paragrāfā.
A

B

(1)

pozitīva

negatīva

(2)

pozitīva

negatīva

(3)

Δ𝑆

Δ𝐻

(4)

12 un CH4

22 un AdA

(5)12 un CH4

22 un AdA

3pt

IChO
LVA-3 C-9 A-1

Patika un nepatika pret kapsulām
A.1 (13 pt)
4 (2 pt)

5 (3 pt)

6 (2 pt)

7 (2 pt)

8 (2 pt)

9 (2 pt)

A9-1
Latvian (Latvia)

IChO

A9-2

LVA-3 C-9 A-2

Latvian (Latvia)

A.2 (2 pt)

A.3 (2 pt)
A.4 (3 pt)
𝛿 (m.d.) HaC6 D6 skaits

C6 D5 F skaits

4.60 m.d.

4.71 m.d.

4.82 m.d.

A.5 (3 pt)
(1) ∶

(2) ∶

(4) ∶

(5) ∶

(3) ∶