1. Х – элементорганическое соединение. Найдем соотношение углерода и водорода в Х:
Таким образом, формулу Х можно записать в виде М(С2Н5)n. Обозначив атомную массу металла М за m, составим уравнение и решим его:
Единственным разумным вариантом является m = 207,4 а.е.м. при n = 4 – свинец. Следовательно, Х – тетраэтилсвинец – Pb(C2H5)4.
2. В описанном эксперименте происходит разложение тетраэтилсвинца по уравнению:
В результате реакции разлагается 10 % тетраэтилсвинца, следовательно, объем газовой смеси увеличится в 1 + (4 . 0,1 . 0,1-0,1.0,1) = 1,03 раза, и ее скорость движения между зеркалами тоже возрастет в 1,03 раза. Учитывая, что смесь, попадая в трубку, еще и нагревается с ‑25 оС (248 К) до 50 оС (323 К), вычислим скорость ее движения в трубке:
Найдем линейную скорость передвижения газа U = V / S, где s – площадь сечения трубки:
Тогда время, которое должен прожить радикал в условиях опыта Ф. Панета составляет:
3. Объем тетраэтилсвинца (j), который пройдет за 1 ч (3600 с) через установку Панета равен: j = 250. 0,1 . 3600 = 90000 мл = 90 л. Количество его составит:
Учитывая, что степень разложения Pb(C2H5)4 – 10 %, найдем количество образовавшегося свинца и его массу: n (Рb) = 2,91. 10-2 . 0,1 = 2,91. 10-3 моль; m(Pb) = 0,603 г.
Сурьмяное зеркало растворяется за счет протекания реакции: Sb + 3C2H5. → Sb(C2H5)3.
Количество этильных радикалов, реагирующих с сурьмяным зеркалом равно:
n (C2H5.) = 2,91. 10-3. 4 . 0,1 = 1,16×10-3 моль, а количество растворенной сурьмы составит в три раза меньше: n (Sb) = 1,16×10-3/ 3 = 3,87×10-4 моль. Тогда масса растворенной сурьмы m(Sb) = 0,047 г. Следовательно, изменение массы: Dm = 0,603 — 0,047 = 0,556 г.
4. Пусть t1– время, которое должен прожить радикал в трубке диаметром 15 мм. Тогда:
Следовательно, время t1 в 9 раз больше t.
5. Уравнения наиболее вероятных реакций, в результате которых образующиеся свободные радикалы исчезают из газовой фазы:
H3C-CH2. + .CH2-CН3 → H3C-CH2-CH2-CH3 (рекомбинация радикалов)
В действительности эта реакция более сложна. Рекомбинация не может происходить в результате бимолекулярного столкновения, т.к. энергия обоих радикалов равна или больше, чем энергия, необходимая для разрыва молекулы димера на два исходных свободных радикала. Рекомбинация двух радикалов возможна только вследствие тримолекулярного столкновения с молекулой инертного газа или стенкой трубки – М, поглощающей большую часть энергии рекомбинации: М + H3C-CH2. + .CH2-CН3 → H3C-CH2-CH2-CH3 + М*
H3C-CH2. + .CH2-CН3 → H2C=CH2 + H3C-CH3 (диспропорционирование)
Кроме того, возможен перенос радикального центра, например:
Гибель образующихся радикалов происходит преимущественно на стенках трубки.
6. Жидкость Y могла состоять из триэтилсурьмы и непрореагировавших остатков тетраэтилсвинца. Бутан, этилен или этан при таком низком давлении будут находиться в газообразном состоянии.
7. Удалить оставшееся сурьмяное зеркало можно, например, кипячением трубки с концентрированной азотной кислотой:
2Sb + 10 HNO3 конц. + (n-5)H2O → Sb2O5 × nH2O↓ + 10NO2↑
Белый налет сурьмяной кислоты можно легко удалить со стенок трубки раствором КОН:
Sb2O5 × nH2O + 2KOH → 2K[Sb(OH)6] + (n-5)H2O
Свинцовое зеркало, полученное после опыта, можно также удалить растворением в HNO3:
Pb + 4HNO3 конц.→ Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
(3Pb + 8HNO3 разб.→ 3Pb(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O)
8. Наиболее современным и удобным методом детектирования частиц с неспаренными электронами на сегодняшний день является спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Явление ЭПР было открыто Е. К. Завойским в Казани в 1944 г, и с тех пор начались разработки по использованию этого явления в химических приложениях. Детектирование радикалов чаще всего используется для установления механизмов радикальных реакций.