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2.II: Energía libre de Gibbs - Biología

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Energía libre bajo presión constante.

A. Cambios en la energía libre de Gibbs (delta G), entalpía (delta H, cambio débil de calor), entropía (delta S, desorden débil).

A presión constante, una reacción espontánea (es decir, cualquier cosa que suceda en estas condiciones) tendrá un cambio de energía libre de Gibbs negativo.

B. Delta G e interacciones hidrofóbicas.

Las interacciones hidrofóbicas son impulsadas por un cambio positivo en la entropía para la separación de las fases acuosa e hidrofóbica. Esto se debe a un mayor desorden en las moléculas de agua cuando no están en contacto con los compuestos hidrófobos.


Determinación ab initio del diagrama de fases del CO 2 a altas presiones y temperaturas

El estudio experimental del diagrama de fase de CO 2 se ve obstaculizado por fuertes efectos cinéticos que conducen a amplias regiones de metaestabilidad y a grandes incertidumbres en la ubicación de los límites de fase. Aquí determinamos los límites de fase de CO 2 mediante cálculos ab initio de la energía libre de Gibbs de varias fases sólidas moleculares y no moleculares de CO 2. Los efectos de la temperatura se incluyen en la aproximación cuasi-armónica. Contrariamente a los resultados anteriores, encontramos que el límite entre las fases no moleculares y la fase V tiene una pendiente positiva y comienza en 21,5 GPa en T = 0 K. Un punto triple entre la fase IV, V y la fase líquida se encuentra en 35 GPa y 1600 K, lo que indica una región de estabilidad más amplia para las fases no moleculares de lo que se pensaba anteriormente. Nuestros cálculos reproducen la línea límite determinada experimentalmente entre las fases CO 2 -II y CO 2 -IV, lo que indica que los efectos cinéticos no son relevantes en esa transición.

Ampliamente estudiado durante los últimos años, el dióxido de carbono (CO 2) es un sistema fascinante que, a pesar de su forma molecular simple en condiciones ambientales, exhibe un rico polimorfismo, con hasta siete estructuras cristalinas reportadas experimentalmente, además de una forma amorfa (ver Figura 1 ). A temperatura ambiente, el gas molecular se transforma en un líquido a 7.5 MPa que luego solidifica a 0.5 GPa en CO 2 -I, un cristal molecular con el grupo espacial P a ¯ 3 Simon-1980 Downs-1998. Al aumentar aún más la presión a temperatura ambiente, el CO 2-I se transforma en la fase III ortorrómbica (C m c un grupo espacial) por encima de 10 GPa, con un cambio de volumen mínimo Aoki-1994. Un estudio teórico reciente ha proporcionado información sobre el mecanismo microscópico de la transición P a ¯ 3 -to- C m c a Gimondi-2017. Calentar CO 2 -III por encima de 16 GPa y ∼ 500 K Iota-2001 Gorelli-2004 conduce a la transformación a la fase II. Sin embargo, la transición no es reversible: el CO 2 -II se puede recuperar a temperatura ambiente (a alta presión), lo que sugiere que el CO 2 -III es una estructura metaestable y no una fase estable Iota-2001 Santoro-2006. Inicialmente descrita como una estructura con carbono en una coordinación seis veces no convencional, la fase II se interpretó como un estado intermedio entre la forma sólida molecular y extendida del CO 2 Yoo-2002. Sin embargo, estudios posteriores refutaron la existencia de un estado de enlace intermedio e identificaron la estructura de la fase II como compuesta por moléculas no distorsionadas, con el grupo espacial P 4 2 / m n m Datchi-2014. Cuando el CO 2 -II se calienta en el rango de 500 - 720 K, dependiendo de la presión Iota-2001 Santoro-2006, se transforma en CO 2 -IV. De manera similar a la fase II, la fase IV también se interpretó inicialmente como un estado de enlace intermedio Iota-2007. Sin embargo, más tarde se demostró experimentalmente que el CO 2 -IV todavía está compuesto por moléculas lineales bien definidas y que su estructura cristalina es romboédrica con el grupo espacial R ¯ 3 c Datchi-2009. A temperaturas más altas, se observó una fase intermedia entre CO 2 -I y CO 2 -IV calentando y comprimiendo CO 2 -I hasta 20 GPa a 950 K. La estructura cristalina de esta fase molecular estable a alta temperatura (CO 2 - VII) pertenece al grupo espacial C mca. Giordano-2007. A pesar de que el CO 2 -VII y el CO 2 -III tienen el mismo grupo espacial, las diferencias en sus espectros Raman y en sus parámetros de celosía sugieren que sus estructuras podrían ser cualitativamente diferentes Giordano-2007. Sin embargo, un estudio teórico reciente ha demostrado que el CO 2 -III y el CO 2 -VII pertenecen al mismo mínimo de energía configuracional y que el CO 2 -III es una manifestación metaestable del CO 2 -VII a baja temperatura Sontising-2017.

La fase no molecular de CO 2 -V se sintetizó por primera vez mediante calentamiento por láser de CO 2 -III por encima de 40 GPa y 1800 K Iota-1999, y su estructura cristalina es una estructura similar a la cristobalita parcialmente colapsada, con grupo espacial I ¯ 4 2 d Santoro-2012 Datchi-2012. Al comprimir CO 2 -II a 50 GPa a 530 y 650 K, se obtuvo otra forma no molecular de dióxido de carbono (CO 2 -VI) Iota-2007. Sus espectros vibracionales son consistentes con los de las estructuras tetraédricas estratificadas Lee-2009. Además de las fases moleculares y no moleculares, se observó una forma amorfa de dióxido de carbono (a-CO 2) al comprimir CO 2 -III en el rango de presión 40 - 48 GPa a temperatura ambiente Santoro-2006. Se ha demostrado que la estructura microscópica de a-CO 2 consiste en una mezcla de átomos de carbono coordinados de 3 y 4 veces Montoya-2008. Finalmente, a presiones entre 30 y 80 GPa, y temperaturas superiores a 1700 K, se ha informado que el CO 2 -V se disocia en carbono elemental (diamante) y oxígeno (ϵ -O 2) Tschauner-2001 Litasov-2011. Sin embargo, un estudio experimental reciente Dziubek-2018 mostró que no solo no hay disociación del dióxido de carbono, sino que también sugieren que el CO 2 -V es la fase estable de las formas no moleculares del dióxido de carbono. En la figura 1 se muestra el diagrama de fases actualmente aceptado que incluye todas las formas mencionadas de CO2 sólido junto con la región donde se convierte en fluido.

Figura 1: Diagrama de fase de CO 2 de alta presión adaptado de la Ref. Datchi-2016. Las áreas amarilla, verde, azul y violeta corresponden a las formas molecular, no molecular, fluida y amorfa del CO 2, respectivamente. Las líneas continuas corresponden a los límites de fase termodinámica, mientras que las líneas discontinuas son límites cinéticos. Un área sombreada en la parte superior de las fases moleculares se extiende por la región experimentalmente restringida donde debería estar presente el verdadero límite molecular a no molecular. Los nombres en cursiva indican fases metaestables.

Desafortunadamente, los fuertes efectos cinéticos dificultan la determinación experimental de los límites de fase de CO 2, y el pequeño tamaño de las muestras dificulta la determinación de la estructura. Como consecuencia, quedan varias preguntas abiertas con respecto a la naturaleza de los límites de fase y la estabilidad de las fases informadas en la Fig.1. En la parte molecular del diagrama de fases, las preguntas abiertas incluyen la estabilidad relativa del CO 2 -II y el CO 2 -III a baja temperatura, y la naturaleza del CO 2 -VII, en particular su relación estructural con el CO 2 -III. A presiones más altas, una de las cuestiones fundamentales es la ubicación del límite de fase entre las fases moleculares y no moleculares. La transición molecular a no molecular se observa experimentalmente solo por encima de 40-50 GPa, pero el CO 2 -V no molecular se ha recuperado hasta la presión ambiental Yong-2016, lo que sugiere que la ubicación real del límite podría estar en cualquier lugar entre estos dos extremos (área sombreada en la Fig. 1). Santoro y col. por ejemplo, proponga un diagrama de fases en el que el límite entre las fases moleculares y no moleculares a temperatura ambiente se encuentre aproximadamente a la mitad, a 20 GPa Santoro-2004. Además, el límite cinético entre el CO 2 -III y las estructuras no moleculares, es decir, la región PT donde se produce la transformación tras la compresión, tiene una pendiente negativa a baja temperatura Santoro-2009, mientras que las consideraciones termodinámicas básicas sugieren que la pendiente de la fase real El límite debe ser positivo Santoro-2004. Las determinaciones teóricas del límite molecular / no molecular a bajas temperaturas, basadas en métodos de estructura electrónica ab initio, predicen presiones de transición en el rango entre 18 y 21 GPa al pasar de CO 2 -II y CO 2 -III a la no molecular. formas Oganov-2008 Gohr-2013 Yong-2016.

En este artículo, ampliamos la determinación teórica del diagrama de fase del CO 2 a temperaturas finitas. Los límites de fase entre las fases moleculares II, III y IV y la fase no molecular V se calculan en base a un enfoque ab initio para la determinación de energías libres donde las energías libres vibratorias se tratan en la aproximación cuasi-armónica.

Figura 2: La relación presión-volumen de las fases (a) II, (b) III, (c) IV y (d) V de CO 2 a temperatura ambiente se muestran en líneas negras continuas. Para cada caso, también se muestran los valores reportados de estudios experimentales (círculos rojos) y teóricos (cuadrados azules, diamantes violetas y cruces amarillas) para las diferentes fases. Figura 3: (a) Límites de fase entre CO 2 -II y CO 2 -III (verde, estrellas), CO 2 -II y CO 2 -IV (marrón, triángulos hacia abajo), y CO 2 -III y CO 2 -IV (magenta, diamantes). Los límites sugeridos informados por Iota et al. Iota-2001 (experimental) y Bonev et al. Bonev-2003 (teórico), se muestran en una línea discontinua de puntos naranja y una línea de puntos violeta, respectivamente. (b) Límites de fase entre las fases moleculares CO 2 -II (rojo, círculos), CO 2 -III (azul, triángulos hacia arriba) y CO 2 -IV (gris, cruces), y la fase no molecular CO 2 -V . También se incluyen los límites propuestos de la región cinética (área sombreada) reportados en trabajos anteriores: Ref. Santoro-2004 (violeta, línea discontinua) y Ref. Santoro-2009 (cuadrados naranjas).

Los cálculos de la estructura electrónica ab initio se llevaron a cabo utilizando la teoría funcional de la densidad (DFT) y el método de onda aumentada del proyector (PAW), como se implementó en la suite Quantum ESPRESSO Giannozzi-2009 Giannozzi-2017 con un corte de energía cinética de 200 Ry para el plano- conjunto de base de onda. La aproximación de gradiente generalizada (GGA) para la energía de correlación de intercambio se implementó utilizando el Perdew-Burke-Ernzerhof funcional Perdew-1996. Se utilizó el método Monkhorst-Pack Pack-1976 para generar las cuadrículas de puntos k para muestrear la zona de Brillouin. La optimización de celda variable de todos los parámetros estructurales se realizó para las cuatro fases en el rango de presiones entre 10 y 70 GPa. Se utilizó la teoría de la perturbación funcional de la densidad (DFPT) dentro del esquema de respuesta lineal Baroni-2001 para calcular las frecuencias de fonones a temperatura cero. La energía de punto cero y las contribuciones de temperatura finita a la energía libre de Helmholtz se calcularon en la aproximación cuasi-armónica (QHA) Leibfried-1961 Baroni-2010. Para la construcción del diagrama de fase de presión-temperatura, la energía libre de Helmholtz a diferentes temperaturas se ajustó a una ecuación de estado de Birch-Murnaghan de tercer orden. Finalmente, la energía libre de Gibbs se calculó como:

Las ecuaciones de estado a temperatura ambiente obtenidas con las aproximaciones anteriores se comparan con datos experimentales para las fases CO 2 -II, CO 2 -III, CO 2 -IV y CO 2 -V en la Fig. 2. El acuerdo es excelente y confirma la validez del enfoque. Los límites de fase construidos en base a las energías libres de Gibbs calculadas se muestran en la Fig.3.

Comenzamos nuestra discusión con un análisis de la porción molecular sólida del diagrama de fases. Esta porción se indica en amarillo en la Fig. 1, contiene las fases moleculares I, II, III y IV, y su límite superior de presión coincide con la transición a la fase no molecular. Debido a que la fase I, así como sus límites con las otras fases, son bien conocidos y restringidos, nos enfocamos específicamente en las fases II, III y IV, a presiones superiores a 12 GPa. De acuerdo con las relaciones de entalpía-presión, con y sin el aporte de energía del punto cero, en T = 0 K CO 2 -II es la fase molecular más estable en el rango de presión considerado, hasta la transición a CO 2 -V. Esto indica que la estructura ortorrómbica C m c a (fase III) obtenida experimentalmente a partir de la compresión de la fase I es de hecho solo metaestable. Nótese que esto sigue siendo cierto incluso después de la inclusión de contribuciones de punto cero, de acuerdo con informes anteriores Iota-2001 Bonev-2003. Sin embargo, el CO 2 -III se vuelve más estable que el CO 2 -II a temperaturas finitas (línea verde continua con estrellas en la Fig. 3 (a)). La temperatura de transición entre CO 2 -III y CO 2 -II tiene una fuerte dependencia de la presión y alcanza valores por encima de 1000 K cerca del límite con la fase no molecular. Comparando las energías libres de CO 2 -II y CO 2 -IV encontramos que el límite entre las fases II y IV (línea marrón sólida con triángulos hacia abajo en la Fig. 3 (a)) concuerda bastante bien con los datos experimentales Datchi-2009. La débil dependencia de la presión del límite II-IV estrecha la región de estabilidad de la fase II, empujándola hacia temperaturas más bajas. Finalmente, encontramos que el límite entre CO 2 -III y CO 2 -IV (línea magenta sólida con diamantes en la Fig.3 (a)) es casi vertical, lo que restringe el dominio de estabilidad de la fase III a una ventana de presión más estrecha. que las otras fases. Resumimos los resultados del cálculo de energía libre para las tres fases moleculares II, III y IV en la figura 4. Las fases I y II son la única fase molecular estable de CO 2 a temperatura ambiente y más baja. Las fases III y IV se estabilizan ambas por temperatura, y las fases II, III y IV coexisten en un punto triple ubicado a 15 GPa y 500 K.

Nuestros hallazgos están de acuerdo con las simulaciones de Bonev et al. Bonev-2003 que sugirió la fase C m c a como una forma de temperatura estabilizada Bonev-2003. Debido a que la estructura de la fase IV no se conocía en ese momento, Bonev et al. propuso una región más amplia de estabilidad para el CO 2 -III. Curiosamente, como se puede ver en la Fig.3 (a), la región P - T de estabilidad del CO 2 -III obtenida de nuestros cálculos tiene una gran superposición con la región de estabilidad reportada para la llamada fase VII del CO 2 Giordano-2007. Un trabajo teórico reciente ha demostrado que las fases III y VII tienen, de hecho, la misma estructura cristalina (grupo espacial C m c a) Sontising-2017. Por lo tanto, confirmamos que la fase III es estable en la región P-T donde se informó la fase VII. La observación de la fase III fuera de esta región (por ejemplo, en condiciones ambientales, como resultado de la compresión de la fase I) debe atribuirse, por tanto, a efectos cinéticos.

Pasamos ahora al límite entre las fases moleculares y la fase no molecular-V (Fig. 3 (b)). Encontramos que a temperatura cero, el límite de fase entre CO 2 -II y CO 2 -V es de 20,8 GPa. La transición entre CO 2 -III (metaestable) y CO 2 -V tendría lugar en cambio a 21,5 GPa, en ausencia de efectos cinéticos. Esto concuerda con los trabajos teóricos anteriores Oganov-2008 Gohr-2013 Yong-2016. Los límites de fase entre las fases moleculares y el CO 2 -V son bastante insensibles a la elección de la estructura molecular y todos tienen una pendiente positiva, como ya sugirió Santoro-2004. Considerando que las fases no moleculares son más densas que las moleculares, una pendiente positiva implica una disminución de la entropía al pasar de molecular a no molecular. Esto no es inesperado, dada la rigidez de la estructura no molecular, en comparación con las moleculares. Nuestros saltos de volumen y entropía calculados a lo largo de la transición confirman esta imagen, consulte la tabla 1. Usando la línea de fusión determinada experimentalmente, nuestros cálculos muestran un punto triple entre las fases IV y V, y la fase líquida a 35 GPa y 1600 K. Por lo tanto, los cálculos sugieren que el CO 2 molecular podría ser estable hasta presiones tan altas como 35 GPa, a alta temperatura.

Figura 4: Diagrama de fase teórico para el dióxido de carbono a alta presión y temperatura. Nuestros límites de fase calculados se muestran con líneas negras sólidas, mientras que los límites termodinámicos informados anteriormente se muestran en gris. Las regiones amarilla, verde y azul corresponden a formas moleculares, no moleculares y fluidas de CO 2.

En resumen, hemos presentado cálculos teóricos de temperatura finita en la aproximación cuasi-armónica para varias formas sólidas moleculares y no moleculares de CO 2. Los cálculos tenían como objetivo resolver las incertidumbres e inconsistencias experimentales debidas a efectos cinéticos y metaestabilidad. Encontramos que el límite entre las fases no moleculares y la fase V tiene una pendiente positiva y comienza en 21.5 GPa en T = 0 K. También encontramos que el diagrama de fase muestra un punto triple entre la fase IV, V y la fase líquida en 35 GPa y 1600 K. Esto indica que las fases no moleculares tienen una región de estabilidad más amplia que la que se informó anteriormente. Pudimos reproducir la línea límite termodinámica conocida entre CO 2 -II y CO 2 -IV, lo que confirma que los efectos cinéticos no son relevantes en esa transición. Finalmente, se demostró que la fase II es la fase molecular más estable a bajas temperaturas, extendiendo su región de estabilidad a todas las condiciones P - T donde se ha informado experimentalmente la fase III. Sin embargo, nuestros resultados también muestran que el CO 2 -III se estabiliza en cambio a alta temperatura y su región de estabilidad coincide con las condiciones P-T donde la fase VII se informó experimentalmente, lo que implica que la fase III y la fase VII son de hecho lo mismo.

Reconocemos el programa ISCRA de CINECA por la provisión de tiempo computacional bajo la propuesta HP10CVCDOB. B.H.C-O agradece a COLCIENCIAS por una beca de posgrado, también se agradece el apoyo del programa ICTP STEP. MERMELADA. agradece a la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad de Cartagena, por el apoyo del Grupo de Modelado Computacional (COL0101016) a través de becas internas.


Artículo de Investigación Original

María Hermann 1, Atila Teleki 1, Sandra Weitz 2, Alexander Niess 1, Andreas Freund 1, Frank Robert Bengelsdorf 2, Peter D & # x00FCrre 2 y Ralf Takors 1 *
  • 1 Instituto de Ingeniería Bioquímica, Facultad de Energía, Procesos y Bioingeniería, Universidad de Stuttgart, Stuttgart, Alemania
  • 2 Instituto de Microbiología y Biotecnología, Facultad de Ciencias Naturales, Universidad de Ulm, Ulm, Alemania

Clostridium ljungdahlii (C. ljungdahlii, CLJU) está dotado de forma nativa para producir ácido acético, 2,3-butanodiol y mezclas gaseosas de CO que consumen etanol.2, CO y H2 (gas de síntesis). A continuación, presentamos la formación de isobutanol a base de gas de síntesis utilizando C. ljungdahlii que alberga la amplificación recombinante de la vía de & # x201CEhrlich & # x201D que convierte el KIV intracelular en isobutanol. Se estudió la producción de isobutanol autótrofo analizando dos cepas diferentes en biorreactores agitados y gaseados de 3 L. La caracterización fisiológica se aplicó a fondo junto con el perfil metabólico y el análisis del balance de flujo. De este modo, el suministro de KIV y piruvato se identificaron como precursores clave del cuello de botella que limitaban la formación preliminar de isobutanol en CLJU [KAIA] a 0,02 g L & # x20131. Bloqueo adicional de la síntesis de valina en CLJU [KAIA]:ilvE aumento de la producción de isobutanol en un factor de 6,5 alcanzando finalmente 0,13 g L & # x20131. La ingeniería metabólica futura debería centrarse en eliminar los cuellos de botella de la disponibilidad de NADPH, mientras que el suministro de NADH ya está equilibrado en la generación actual de cepas.


DEFINIENDO LOS “CONCEPTOS CLAVE EN BIOQUÍMICA” CON LA AYUDA DE COLEGAS

El primer paso en este proceso fue determinar qué bioquímicos en activo consideraban los conceptos clave de la bioquímica.

Justificación y metodología de la encuesta

Elegimos a 120 académicos de ciencias de dos grandes universidades australianas de investigación intensiva (Universidad de Queensland y Universidad de Sydney) como grupo de referencia para completar una encuesta que diseñamos. Estos académicos fueron elegidos en base a la inclusión de la bioquímica en su nombre departamental o sus fortalezas de investigación y enseñanza declaradas. En muchos casos, los autores del estudio conocían personalmente a los miembros del grupo de referencia y estaban al tanto de sus programas de enseñanza y / o investigación en bioquímica. Este conocimiento se utilizó como parte de los criterios de selección. Todos los académicos poseían un doctorado en bioquímica o una disciplina de biología o química relevante.

Invitamos a los posibles encuestados por correo electrónico a acceder a un enlace de Survey Monkey (http://www.surveymonkey.com/s/LRFDK9K). La encuesta en este enlace proporcionó un conjunto de preguntas titulado "Los fundamentos de la bioquímica". Las preguntas se muestran en la Tabla I. Los encuestados podían optar por incluir una dirección de correo electrónico de contacto en su respuesta, pero no se tuvo acceso a ella durante el procesamiento de los resultados. No se recopiló ninguna otra información de identificación. Los datos no identificados fueron procesados ​​de forma independiente por el primer y segundo autor (SLR y CAS). Los autores de este estudio no completaron la encuesta.

Texto de la pregunta Opciones de respuesta Respuestas dadas
1) ¿Estudiaste bioquímica en la universidad? A) Para nada 5 (13.9%)
B) 1-2 años 13 (36.1%)
C) 3-4 años 11 (30.6%)
D) 5 o más años 7 (19.4%)
2) ¿Fue la bioquímica tu especialidad en la universidad? Respuesta abierta El 62% se definió a sí mismo como habiendo realizado estudios de especialización, doctorado o posdoctorado en bioquímica.
3) ¿Utiliza conceptos o técnicas bioquímicas en su trabajo? A) Todo el tiempo 24 (66.7%)
B) Bastante a menudo 8 (22.2%)
C) A veces 2 (5.6%)
D) Con poca frecuencia 2 (5.6%)
E) No 0 (0%)
4) Enumere de tres a cinco conceptos que crea que son fundamentales para la bioquímica. Respuesta abierta Ver Tabla II
5) ¿Cuál de los conceptos que enumeró en la P4 anterior es MÁS importante en bioquímica? Respuesta abierta Ver Tabla III

Resultados y análisis de la encuesta

Los datos demográficos obtenidos de los resultados de la encuesta se muestran en la Tabla I. En toto 36 académicos completaron la encuesta. Más del 85% de los encuestados había estudiado bioquímica formalmente durante al menos 1 año en la universidad (facultad que otorga un título), y el 62% de los encuestados se definió como habiendo realizado un estudio de especialización, doctorado o posdoctorado en bioquímica. Más del 88% de los encuestados dijeron que utilizaban conceptos o técnicas bioquímicas "con bastante frecuencia" o "todo el tiempo" en su trabajo.

Los encuestados proporcionaron un total de 142 respuestas a la pregunta "enumere de tres a cinco conceptos que crea que son fundamentales para la bioquímica". Consideramos todas estas respuestas como parte de nuestro conjunto de datos, excepto si los encuestados indicaron que no estaban calificados para responder la pregunta (dos hicieron esto).

Al revisar las respuestas, notamos que muchas de las respuestas podrían clasificarse como contenido en lugar de conceptos.

palabras o frases que definen un tema o hecho que podrían enseñarse como un elemento independiente, descontextualizado y

palabras o frases que no enlazan, dan significado explícitamente o contextualizan hechos y habilidades discretos.

Aplicamos ambos criterios a las respuestas para evaluar si estaban contentas. Por ejemplo, el término "química del azúcar" ejemplifica el contenido porque no es una declaración contextualizada que da una idea de cómo o por qué suceden las cosas en biología. La química del azúcar podría enseñarse como un conjunto de reacciones químicas sin comprender cómo encajan estas reacciones en la bioquímica de una célula u organismo. De manera similar, consideramos que las presentaciones de palabras simples como "proteínas", "metabolismo" y "dogma central" son "contenido" porque están descontextualizadas, desprovistas de abstracción y limitadas en su significado más amplio.

palabras, frases u oraciones que dan una idea de cómo o por qué suceden las cosas en biología y

palabras, frases u oraciones que dan significado y conexión a hechos y habilidades discretos y

palabras, frases u oraciones que requieren la comprensión de más de un área de contenido de manera abstracta.

El criterio (iii) se basa en la definición del diccionario Webster para "abstracto" como algo "considerado aparte de cualquier aplicación a un objeto particular separado de la materia" [20].

Por ejemplo, un concepto relacionado con los azúcares sería "los azúcares son una fuente de energía en los sistemas biológicos", porque enseñar esto requeriría una discusión integrada de la química del azúcar, el metabolismo general y un vínculo abstracto con el papel de la termodinámica en los sistemas vivos. Esta afirmación también es abstracta porque se refiere al principio general de conversión entre formas de energía. Esta conversión no será evidente para los estudiantes hasta que comprendan las ideas fundamentales sobre el papel de los electrones en las biomoléculas. Un concepto relacionado con las proteínas podría ser "la función de una proteína es impulsada por sus arreglos de enlaces débiles y fuertes". Una vez más, esta declaración nos da información de "cómo" y "por qué" que requiere la integración de más de una idea o área de contenido para que se comprenda.

Todas las respuestas se presentan en la Tabla II de forma algo abreviada. Muchas áreas como el "metabolismo", "el dogma central" y las "interacciones moleculares" se mencionaron repetidamente. Estos se informan en la Tabla II como una sola idea con un número que indica cuántas veces se mencionó.

# Respuesta
18 Reconocimiento e interacciones moleculares (incluida la unión receptor-ligando), transducción de señales, el papel de las afinidades en las interacciones.
14 Metabolismo (vías de descomposición y síntesis de biomoléculas complejas).
14 Reproducción / transcripción / traducción / procesamiento de proteínas del dogma central. La producción de proteínas está relacionada con la expresión génica regulada.
11 Catálisis enzimática, incluida la regulación, estructura y función de las enzimas.
11 Los sistemas celulares están en equilibrio dinámico (no termodinámico). Una reacción termodinámicamente favorable no procederá necesariamente de forma espontánea. Entropía. Cinética de reacción, energética y ecuaciones de velocidad para reacciones (bio) químicas.
11 Los alimentos, los sustratos almacenados y la luz se convierten en moneda de energía. Esta moneda se utiliza para impulsar procesos bioquímicos y celulares y construir orden.
10 Estructura y su relación con la función. Las proteínas llevan a cabo las funciones esenciales de la célula. Máquinas moleculares y cómo funcionan para cumplir su función.
9 La bioquímica proporciona herramientas para mediciones, ensayos y análisis analíticos y cuantitativos. La biología estructural es importante.
8 Estructura química de biomoléculas (estructuras químicas y estructura 3D).
8 La bioquímica es la química en un entorno biológico. Se aplican los mismos principios fundamentales (por ejemplo: reglas de química orgánica y conceptos químicos como redox, cinética, termodinámica y equilibrio).
6 Compartimentación y partición de espacios y componentes celulares, incluido el papel del agua como soluto.
6 Biología de membranas (cómo las propiedades y la asimetría de las membranas definen y organizan los procesos bioquímicos).
5 La idea de vías y redes reguladas y su ruptura durante la enfermedad.
4 Almacenamiento, transmisión y conversión de información en estructura.
4 Formas e interacciones de moléculas basadas en cargas, hidrofilicidad, hidrofobicidad, etc. La estructura terciaria biomolecular está dominada por interacciones intermoleculares débiles, mientras que la columna vertebral se construye a partir de enlaces fuertes. Las estructuras son dinámicas.
2 Regulación y modificación de la función proteica (alosterismo, fosforilación, transducción de señales, etc.).
2 Estructuras celulares a nivel molecular (envoltura nuclear, RE, Golgi, fibras de actina, estructuras procariotas).
2 Se requiere el pH y la concentración de sal correctos para mantener la función adecuada de la célula (homeostasis).
1 Presión de evolución y selección.
1 La idea de lo que sucede a nivel molecular frente a las propiedades generales del sistema.

Los encuestados proporcionaron 39 conceptos e ideas que definieron como "más importantes para la bioquímica". Un resumen de estos se muestra en la Tabla III. Nuevamente, muchos de ellos podrían considerarse como contenido más que como conceptos.

Concepto y # de instancias
Estructura y función de las proteínas (8)
Reconocimiento molecular (7)
El dogma central (6)
Catálisis mediada por enzimas (4)
Flujo de información (2)
Flujo de energía (2)
Conceptos químicos básicos (2)
Vías biosintéticas (2)
Homeostasis y flujo (2)
Enfoques de laboratorio en bioquímica (1)
Estructura de biomoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, azúcares) (1)
El agua es esencial para la química de la vida (1)
Cómo los organismos vivos transforman la energía y construyen un orden biológico (1)
  • Las ideas, términos y conceptos se han agrupado para este análisis. Las declaraciones, palabras o ideas seguidas de un número entre paréntesis (x) aparecieron "x" veces en el conjunto de respuestas.

Para tener una idea de las palabras más importantes en las respuestas (en lugar de las ideas de uso común), recopilamos todas las palabras de las respuestas a las Preguntas 4 y 5 y las mapeamos de acuerdo con la frecuencia de uso (Fig. 1). La palabra más comúnmente utilizada fue "proteína" (30 casos), seguida de "estructura" (22 usos), luego "función" (17 usos). Todas las palabras o términos que se muestran en la Figura 1 se utilizaron al menos tres veces en las respuestas.

Palabras de uso frecuente en las respuestas de “conceptos básicos en bioquímica”. Cuanto más grande es la palabra, más frecuentemente se usa. Para obtener este diagrama, se procesó un archivo de texto editado que contenía las respuestas agrupadas de Q4 y Q5 (Tabla I) utilizando wordle.net. Antes de que las respuestas se insertaran en Wordle (http://www.wordle.net/), se eliminaron palabras comunes como "en", "el", etc. El texto se editó para eliminar los negativos (p. Ej., Términos como "no propiedades masivas") y palabras que no estaban relacionadas con la ciencia (p. Ej., "Creo que" o "Yo uso con frecuencia"). Algunos pares de palabras se dividieron con guiones para indicar que normalmente aparecían juntos (por ejemplo: aminoácido). Algunas palabras se han cambiado para normalizar plurales, tiempos verbales y ortografía. En esta imagen solo se han incluido las palabras utilizadas tres o más veces en las respuestas.

Estuvimos satisfechos de que los participantes de nuestra encuesta hubieran brindado información que reflejara con precisión los temas principales de la bioquímica; sus respuestas contenían palabras y frases que eran similares a las áreas de contenido que habíamos obtenido al mirar las tablas de contenido de los libros de texto, y también encajaban bien con el plan de estudios básico de bioquímica descrito por Voet et al. [14]. Sin embargo, nos quedaba extraer una perspectiva conceptual de los resultados.


Figura 2. (izquierda) Estructura de WT-DHFR (código PDB 1RX2), con folato en azul y NADP en rojo. Los residuos que participan en la red dinámica son esferas naranjas, los sitios de inserción en organismos superiores son esferas verdes (carbonos α). M20 e I14, discutidos en el texto, son palos. Una flecha marca el camino del hidruro desde el C4 de la nicotinamida al C6 del ácido fólico. (centro) La posición de I14 con respecto a los reactivos. (derecha) La distribución de los DAD a partir del recuadro de cálculos de MD, un gráfico de Arrhenius de H / T KIE intrínsecos (en una escala logarítmica) para WT ecDHFR (rojo), I14V (verde), I14A (azul) e I14G (violeta). (13) Las líneas representan la regresión no lineal a la ecuación 4. (5) Adaptado con permiso de la referencia 13. Copyright 2012 American Chemical Society.

Timidilato sintasa (TSasa)


5. Conclusiones

En resumen, las observaciones teóricas apoyan firmemente la idea de que tanto los efectos electrónicos como los estéricos determinan la estabilidad relativa de las moléculas que contienen un triple enlace Tl≡P, así como sus correspondientes isómeros doblemente enlazados. Los modelos de vinculación simple ilustrados esquemáticamente en la Figura 1 muestran que el modelo [I], cuyo carácter de vinculación está simbolizado por Tl P, interpreta mejor el triple enlace en especies RT1≡PR que presentan pequeños sustituyentes. Modelo [II], cuya propiedad de unión se tipifica como Tl P, describe mejor el triple enlace en moléculas R′Tl≡PR ′ que presentan ligandos voluminosos (Figura 6). However, regardless of whether the substituents in triply bonded RTl≡PR compound are large or small, their Tl≡P triple bonds are quite weak. Two effects can explain these phenomena. The different sizes of the p orbitals in the Tl and P elements mean that their overlapping populations are pretty small and the lone pair of the phosphorus atom has significant amount of s character, which results in poor overlaps between thallium and phosphorus. It is hoped that the results of experimental synthesis and structural characterization will confirm these predictions.

5. Energy-requirement of carboxylation reactions

In general, all carboxylation reactions were calculated to be endergonic (Δ G reaccionar >0) thus corroborating the notion of an energetically unfavourable uphill direction, which includes all major types of CO2 acceptors: aldehydes, amines and aliphatic acidic C–H and (hetero)aryl C–H acceptors within a range of +5 to +18 kcal mol −1 (Table S1, ESI†). This trend was only inverted in the case of activated acceptor substrates. Whereas carboxylation of phenylphosphate (going in hand with phosphate ester hydrolysis ) turned out to be approximately thermoneutral, the carboxylation of a highly strained oxirane and an activated alkene were found to be strongly exergonic (−19 and −8 kcal mol −1 , resp.).


Chemistry (Grades 9&ndash12) Subtest 2

Understand the principles of thermodynamics as applied to chemical systems.

  • analyzing energy changes due to the formation or breaking of chemical bonds
  • analyzing energy changes during chemical reactions, including the analysis of enthalpy diagrams
  • solving problems involving calorimetry
  • analyzing energy changes involved in phase transitions, dissolving solutes in solvents, and diluting solutions

Understand the relationship between thermodynamics and spontaneous chemical reactions.

  • predicting the spontaneity of given chemical reactions
  • analyzing the effect of changes in temperature, enthalpy, and entropy on the spontaneity of chemical reactions
  • analyzing the relationship between Gibbs free energy and electrochemical cell potential

Understand the behavior of gases.

  • demonstrating knowledge of kinetic-molecular theory
  • predicting qualitatively the effect of changes in temperature, pressure, and quantity of gas on an ideal gas system
  • using the ideal gas law to solve quantitative problems involving ideal gas systems

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Chemistry (Grades 9&ndash12)

According to the information shown, what is the best estimate of the enthalpy change for this reaction?

Answer to question 1

Question 2

According to the standard enthalpy of formation data shown, what is the standard enthalpy change for the reaction between H2(gramo) and Br2(gramo)?

  1. &minus67.20 kJ negative 67.20 kilojoules
  2. &minus72.58 kJ negative 72.58 kilojoules
  3. &minus103.49 kJ negative 103.49 kilojoules
  4. &minus394.33 kJ negative 394.33 kilojoules

Answer to question 2

Question 3

A chemical equation reads as follows
Capital N lowercase I, solid, reacts with two capital H superscript positive one, aqueous, to produce capital N lowercase I superscript positive two, aqueous, and capital H subscript two, gas.

In the reaction shown above, 2 mol two moles of electrons are transferred to H + and the standard electrochemical cell potential is 0.25 V. zero point two five volts Based on this information, what is the value of the standard Gibbs free energy change for this reaction?

  1. &ndash12 kJ/mol negative 12 kilojoules per mole
  2. &ndash24 kJ/mol negative 24 kilojoules per mole
  3. &ndash48 kJ/mol negative 48 kilojoules per mole
  4. &ndash220 kJ/mol negative 220 kilojoules per mole

Answer to question 3

Pregunta 4

The hypothetical chemical process shown is spontaneous even though the chemical reaction represents a decrease in entropy. According to the second law of thermodynamics, which of the following must be occurring to make the overall process spontaneous?

  1. The reaction is in a state of equilibrium.
  2. The entropy of the surroundings is increasing.
  3. The reaction is being performed at 25°C.
  4. The entropy of the universe is decreasing.

Answer to question 4

Pregunta 5

5. A reaction with &DeltaH° = 45.0 kJ/mol and &DeltaS° = 72.1 J/K&bullmol is nonspontaneous at 298 K. Which of the following temperatures is the lowest temperature at which the reaction will be spontaneous?

Answer to question 5

Question 6

6. According to the Gibbs free energy equation, a chemical reaction is spontaneous at all temperatures under which of the following conditions?

  1. &DeltaH < 0, &DeltaS > 0 delta H is less than 0, delta S is greater than 0
  2. &DeltaH > 0, &DeltaS > 0 delta H is greater than 0, delta S is greater than 0
  3. &DeltaH < 0, &DeltaS < 0 delta H is less than 0, delta S is less than 0
  4. &DeltaH > 0, &DeltaS < 0 delta H is greater than 0, delta S is less than 0

Answer to question 6

Question 7

7. One mole of helium is placed in a sealed flask at 1.00 atm and 0°C. Assuming the helium in the flask behaves as an ideal gas, which of the following changes will lead to an increase in gas pressure within the flask?

  1. adding more helium to the flask
  2. decreasing the temperature to &minus negative 15 ° degrees C
  3. transferring the helium to a larger sealed flask
  4. removing one-half of the helium from the flask

Answer to question 7

Question 8

8. An ideal gas in a 1.00 L sealed vessel at 1.00 atm and 25.0°C has a mass of 1.78 g. What is the molar mass of this gas?

Answer to question 8

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: D. (Objective 0011) The following equation can be used to determine the molar mass of a gas: . The temperature and pressure are given for this ideal gas system and the ideal gas constant has a known value. The given temperature must be converted into kelvins before being substituted into the molar mass equation. The density of the gas can be calculated from the given mass and volume . When these values are entered into the molar mass equation, the molar mass of the gas is calculated to be 43.5 g/mol. Correct Response: D. (Objective 0011) The following equation can be used to determine the molar mass of a gas: molar mass equals start fraction numerator density times ideal gas constant times temperature denominator pressure end fraction. The temperature and pressure are given for this ideal gas system and the ideal gas constant has a known value. The given temperature must be converted into kelvins before being substituted into the molar mass equation. The density of the gas can be calculated from the given mass and volume open parenthesis density equals start fraction numerator one point seven eight g denominator one point zero zero l end fraction close parenthesis. When these values are entered into the molar mass equation, the molar mass of the gas is calculated to be 43.5 g slash mol.

Question 9

9. If a series of different gases is allowed to effuse under the same conditions of temperature and pressure, which of the following statements correctly compares the rate of effusion of two of the gases?

  1. Ne will effuse one-fifth as fast as He. capital N lowercase E will effuse one fifth as fast as capital H lowercase E.
  2. He will effuse at the same rate as Ne. capital H lowercase E will effuse at the same rate as capital N lowercase E.
  3. O2 will effuse 2 times faster than H2. capital O subscript 2 will effuse 2 times faster than capital H subscript 2.
  4. H2 will effuse 4 times faster than O2. capital H subscript 2 will effuse 4 times faster than capital O subscript 2.

Answer to question 9

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: D. (Objective 0011) The rate of effusion is the speed at which gaseous particles separate. It is determined by a gas law related to kinetic molecular theory known as Graham's law. Since the two gases have the same temperature conditions, according to kinetic molecular theory, they must have the same average kinetic energy, which is represented as: 0.5mov 2 o = 0.5mHv 2 H where m is mass and v is velocity. Then, to isolate the velocities on one side of the equation: mov 2 o = mHv 2 H metroo/mH = v 2 H/v 2 o = vH/vo Plugging in the molecular weights of O2 y H2 da , which yields . Correct Response: D. (Objective 0011) The rate of effusion is the speed at which gaseous particles separate. It is determined by a gas law related to kinetic molecular theory known as Graham's law. Since the two gases have the same temperature conditions, according to kinetic molecular theory, they must have the same average kinetic energy, which is represented as one-half the mass of O times the velocity of O squared equals one-half of the mass of H times the velocity of H squared. Then, to isolate the velocities on one side of the equation first get the mass of O times the velocity of O squared equals the mass of H times the velocity of H squared. Then, the mass of O divided by the mass of H equals the velocity of H squared divided by the velocity of O squared. Next, the square root open parenthesis of the mass of O divided by the mass of H close parenthesis equals the velocity of H divided by the velocity of O. Plugging in the molecular weights of capital O subscript 2 and capital H subscript 2 gives the square root of open parenthesis 32 divided by 4 close parenthesis, which yields the square root of 16 or 4.

Pregunta 10

10. Use the equation below to answer the question that follows.

C3H7OH (ℓ) + O2(gramo) &rarr 3CO2(gramo) + 4H2O (gramo) capital C subscript 3 capital H subscript 7 capital O H liquid plus nine halves capital O subscript 2 gas yields 3 capital C O subscript 2 gas plus 4 capital H subscript 2 capital O gas

Which of the following equations represents the approximate enthalpy change for this reaction at constant temperature and pressure?

  1. &DeltaE &minus RT delta E minus twenty-three halves times R T
  2. &DeltaE &minus RT delta E minus three halves times R T
  3. &DeltaE &minus RT delta E plus five halves times R T
  4. &DeltaE &minus RT delta E plus twenty-one halves times R T

Answer to question 10

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: C. (Objective 0011) According to the first law of thermodynamics: &Deltami = q + w. In a gaseous system, gases do work (w) according to –PAG&DeltaV. Therefore, with the ideal gas equation, w also equals – &DeltanortegramoRT, where &Deltanortegramo = nortegas, product &menos nortegas, reactant. Adicionalmente, q = &DeltaH at constant pressure. Sustituyendo q y w in the first law of thermodynamics yields &Deltami = &DeltaH &minus &DeltanortegramoRT. Therefore, solving this equation for the reaction system given: &Deltang = (3 + 4) &minus = . Plugging this back into the derived equation gives &DeltaH = &Deltami + RT. Correct Response: C. (Objective 0011) According to the first law of thermodynamics delta E equals q plus w. In a gaseous system, gases do work w according to negative P times delta V. Therefore, with the ideal gas equation, w also equals minus delta n of gas times R T, where delta n of gas equals n of gaseous product minus n of gaseous reactant. Additionally, q equals delta H at constant pressure. Substituting for q and w in the first law of thermodynamics yields delta E equals delta H minus delta n of gas times R T. Therefore, solving this equation for the reaction system given delta n of gas equals open parenthesis 3 plus 4 close parenthesis minus nine halves equals five halves. Plugging this back into the derived equation gives delta H equals delta E plus five halves times R T.

Question 11

11. The widely different melting points of CaCl2 y CH4 capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two and capital C capital H subscript four shown in the table below can be attributed to which of the following differences between the two compounds?

There is a table listing the melting points of two compounds. The first compound has the chemical formula capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two. Its melting point is seven hundred seventy-five degrees Celsius. The second compound has the chemical formula capital C capital H subscript four. Its melting point is negative one hundred eighty-two point five degrees Celsius.
Compuesto Melting Point (°C)
CaCl2 capital C lowercase A capital C lowercase L subscript two 775
CH4 capital C capital H subscript four &ndash182.5 negative one hundred eighty-two point five
  1. The molar mass of CaCl2 capital C lowercase A Capital C lowercase L subscript two is greater than the molar mass of CH4 capital C capital H subscript four .
  2. The two compounds are in different states at standard temperature and pressure conditions.
  3. The two compounds have a different number of valence electrons.
  4. The attractive forces between CH4 capital C capital H subscript four molecules are weaker than the attractive forces present between the ions that form CaCl2 capital C lowercase A Capital C lowercase L subscript two .

Answer to question 11

Question 12

Químico
Interacción
Característica
Ionic bond bond formed by electrostatic attraction between the ions of the bonding atoms
Metallic bond valance electrons move freely throughout the crystal structure
Polar covalent bonding pair electrons are attracted to one atom more than the other atom
Ion-dipole forces attractive force present between an ion and a polar molecule
Dipole-dipole forces
  1. attractive force present between a Group 2 atom and a halogen
  2. attractive force present between atoms with expanded octets
  3. attractive force present between two polar molecules
  4. attractive force present between molecules with high molar masses

Answer to question 12

Question 13

Question 13

The three carbon-containing bonds shown above are arranged in order of increasing bond strength, with C&ndashF being the strongest of the bonds listed. Which of the following factors contributes to this trend in bond strength?

  1. the availability of D-type electron orbitals in the C&ndashO and C&ndashF bonds
  2. a greater difference in the electronegativity values of the two bonding atoms
  3. the presence of more bonding electrons in the C&ndashO and C&ndashF bonds
  4. a significant increase in the length of the bonds between the two bonding atoms

Answer to question 13

Question 14

14. Diamond and graphite are two allotropes of carbon. The molecular characteristics of these substances cause them to have different physical properties. For instance, the fact that graphite conducts electricity while diamond does not is due to the fact that, compared to diamond, graphite has:

  1. a more layered structure.
  2. more sp3 hybridized atoms.
  3. a more extensive covalent bonding network.
  4. more delocalized pi electrons.

Answer to question 14

Question 15

15. A materials engineer is hired to develop a polymer that uses ethylene as the starting material. This polymer must meet the needs of a client who requires a single polymer for a car battery casing, a microwavable food storage container, and the insulation for a high-voltage electrical wire. To meet the needs of the client, the materials engineer would most appropriately focus on developing a polymer that keeps chain-branching:

  1. high and uses relatively short polymer chains.
  2. low and uses more atoms in each cross-link that is formed between polymer chains.
  3. high and uses polymer chains with a low degree of crystallinity.
  4. low and uses polymer chains with relatively high molecular weight side groups.

Answer to question 15

Question 16

16. Use the passage and diagram below to answer the question that follows.

One possible way to identify an unknown atom in a molecule is to measure bond energy within the molecule while increasing the internuclear distance between the atoms. In the diagram, the bond energy between H and the atoms X, Y, and Z in their respective molecules are shown with increasing molecular distance.

There are three lines shown, labeled from left to right as capital H capital X, capital H capital Y, and capital H capital Z. Each line starts with the same amount of energy but with increasing molecular distance. All lines dip to a low amount of energy then rise to the same middle amount of energy. However, capital H capital X dips the farthest, capital H capital Y doesn't dip quite as far, and capital H capital Z dips the least.

Based on the information in the diagram, which set of molecules correctly identifies HX, HY capital H capital X, capital H capital Y , and HZ capital H capital Z , respectively?

  1. HBr, HCl, and HI capital H capital B lowercase R, then capital H capital C lowercase L, and then capital H capital I
  2. HCl, HBr, and HI capital H capital C lowercase L, then capital H capital B lowercase R, and then capital H capital I
  3. HI, HCl, and HBr capital H capital I, then capital H capital C lowercase L, and then capital H capital B lowercase R
  4. HBr, HI, and HCl capital H capital B lowercase R, then capital H capital I, and then capital H capital C lowercase L

Answer to question 16

Question 17

17. Which of the following compounds has a linear molecular geometry?

  1. SCN &ndash The chemical formula for the compound is capital S capital C capital N superscript negative one.
  2. BrF5 The chemical formula for the compound is capital B lowercase R capital F subscript five.
  3. NO The chemical formula for the compound is capital N capital O superscript negative one subscript three.
  4. H3O + The chemical formula for the compound is capital H subscript three capital O superscript positive one.

Answer to question 17

Question 18

18. Which of the following is the chemical formula for iron(III) oxide?

Answer to question 18

Question 19

19. A student observes that a sample of solid NaCl does not conduct electricity, but an aqueous solution of NaCl does conduct electricity. Which of the following best explains this difference in electrical conductivity?

  1. The structure of ionic crystals is too irregular.
  2. The crystal is held together by strong covalent bonds.
  3. The ions in ionic crystals are in fixed positions.
  4. The distance between lattice points in the crystal is too great.

Answer to question 19

Question 20

20. Which of the following best describes the molecular geometry of PF5?

Answer to question 20

Question 21

21.

On the second carbon, there is a singly bonded CH sub 3 group, and on the third carbon, there is a single bonded C H sub 3 group as well as a singly bonded C H sub 2 C H sub 3 group.

What is the IUPAC name for the molecule shown above?

  1. 2-methyl-3,3-diethylpropane
  2. 3-ethyl-2,3-dimethylpentane
  3. 2,3-diethyl-3-methylpropene
  4. 3-methyl-3,4-diethylpentene

Answer to question 21

Question 22

22.

Molecule 1 has a central carbon with four singly bonded groups: upper C upper H sub three, a upper C upper H sub two upper C upper H sub three, a upper C upper H sub two upper C upper H sub 2 upper C upper H sub 3, and a hydrogen clockwise around the carbon center. Molecule 2 has a central carbon with four singly bonded groups: a Bromine, a hydrogen, a Chlorine, and another hydrogen clockwise around the carbon center.

When the two molecules shown above were tested in a polarimeter, only molecule 1 was found to rotate polarized light. The lack of optical activity observed with molecule 2 can be attributed to which of the following molecular characteristics?

  1. Molecule 2 lacks an ethyl side group (CH2CH3).
  2. The molecular weight of molecule 2 is too low.
  3. olecule 2 has halogen atoms bonded to its central C atom.
  4. The mirror images of molecule 2 are superimposable.

Answer to question 22

Question 23

23. Which of the following techniques would most effectively determine the structure of a protein?

  1. thin-layer chromatography
  2. infrared spectroscopy
  3. gas chromatography
  4. ultraviolet spectroscopy

Answer to question 23

Question 24

The equation shown above is an example of which of the following types of chemical reactions?

Answer to question 24

Question 25

Metal Reducing
Fuerza
Li Más fuerte

Of the six metals shown in the activity series above, Li is the most easily oxidized and Au is the least easily oxidized. According to the information in the table, which of the following metals in its elemental state will displace Cu ions from aqueous CuSO4 upper C u upper S upper O subscript four ?

Answer to question 25

Question 26

26. Which of the following is a product formed from the decomposition of methanol (CH3OH)?

Answer to question 26

Question 27

27. Use the equation below to answer the question that follows.

Ba 2 + (aq) + 2OH – (aq) + 2H + (aq) + SO4 2 – (aq) &rarr BaSO4(s) + 2H2O(ℓ) capital B lowercase A superscript positive 2 aqueous plus 2 capital O H superscript negative one aqueous plus 2 capital H superscript positive 1 aqueous plus capital S O subscript 4 superscript negative 2 aqueous yields capital B lowercase A capital S O subscript 4 solid plus 2 capital H subscript 2 capital O liquid

In order to demonstrate the conductivity of acids and bases, a teacher performs a conductometric titration of barium hydroxide with sulfuric acid. The equation for this reaction is shown. Which of the following descriptions of this process is most accurate?

  1. One reaction occurred: a neutralization reaction.
  2. Two reactions occurred: a neutralization and a precipitation reaction.
  3. Three reactions occurred: a neutralization, a redox, and a precipitation reaction.
  4. Four reactions occurred: a neutralization, a precipitation, a redox, and a substitution reaction.

Answer to question 27

Question 28

28. A chemical reaction is proposed to take place in a single elementary step. Which of the following provides the best evidence to support the proposed reaction mechanism?

  1. The balanced chemical equation for the reaction consists of a single reactant.
  2. The experimentally determined rate law is equal to the rate law consistent with a single elementary step.
  3. The reaction mechanism does not involve the formation of reaction intermediates.
  4. The rate constant for the rate law corresponding to the single elementary step is equal to one.

Answer to question 28

Question 29

In the reaction shown above, nitric oxide (NO) reacts with chlorine (Cl2) to produce nitrosyl chloride (NOCl). Which of the following changes to the reaction conditions is most likely to increase the rate of this reaction?

  1. increasing the total volume of the reaction mixture
  2. decreasing the temperature of the reaction mixture
  3. increasing the pressure on the reaction mixture
  4. decreasing the concentrations of NO and Cl2

Answer to question 29

Question 30

Experimentar [A] (METRO) [B] (METRO) Initial Rate
(M/s)
1 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 1.0 × 10 &minus3 1.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus5 2.0 times 10 to the minus 5
2 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus3 2.0 times 10 to the minus 3 2.0 × 10 &minus5 2.0 times 10 to the minus 3
3 4.0 × 10 &minus3 4.0 times 10 to the minus 3 1.0 × 10 &minus3 1.0 times 10 to the minus 3 4.0 × 10 &minus5 4.0 times 10 to the minus 3

The table above shows experimental rate data for the hypothetical reaction A(gramo) + 2B(gramo) &rarr AB2(gramo). According to the information given, what is the value of the rate constant, k, for this reaction?

  1. 1.0 × 10 &minus2 s &minus1 1.0 times 10 to the minus 2
  2. 2.0 × 10 &minus2 s &minus1 2.0 times 10 to the minus 2
  3. 1.0 × 10 1 METRO &minus1 s &minus1 1.0 times 10 exponent 1 M to the minus 1 s to the minus 1
  4. 1.0 × 10 4 METRO &minus2 s &minus1 1.0 times 10 exponent 4 M to the minus 2 s to the minus 1

Answer to question 30

Question 31

31.

step 1: upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h two upper s open parenthesis aq close parenthesis leads to upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper c l positive open parenthesis aq close parenthesis plus upper h upper s negative open parenthesis aq close parenthesis open parenthesis slow close parenthesis step 2: upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h upper s negative open parenthesis aq close parenthesis leads to upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper s open parenthesis s close parenthesis Overall: Upper c l sub two open parenthesis aq close parenthesis plus upper h sub two upper s open parenthesis aq close parenthesis leads to two upper h upper c l open parenthesis aq close parenthesis plus upper s open parenthesis s close parenthesis

A chemist has proposed the reaction mechanism shown above for the reaction between Cl2 y H2S. What is the rate law for the overall reaction as described by this mechanism?

  1. tasa = k[Cl + ][HS &minus ] &minus negative -->
  2. tasa = kCl2][H2S] &minus negative -->
  3. tasa = kHCl] 2 [S] &minus negative -->
  4. tasa = kHCl][Cl2] &minus negative -->

Answer to question 31

Question 32

32. Use the diagram below to answer the question that follows.

There are four steps in the diagram with a peak linking each step. Each successive step is lower on the y-axis than the last. The leftmost step is labeled 2 capital N O plus 2 capital H subscript 2. The second step is labeled capital N subscript 2 capital O subscript 2 plus 2 capital H subscript 2. The third step is labeled capital N subscript 2 capital O plus capital H subscript 2 capital O plus capital H subscript 2. The last step is labeled capital N subscript 2 plus 2 capital H subscript 2 capital O. At the maximum point on each peak is a point labeled transition point 1 on the leftmost peak, then transition point 2 and transition point 3 as the reaction progresses. The vertical distance between the transition point and the reaction step is labeled capital E lowercase A 1 then capital E lowercase A 2 and capital E lowercase A 3 as the reaction progresses. The peaks vary in height with the first peak's maximum being about half as high as the second peak's maximum. The third peak's maximum is slightly lower than the first peak's maximum. This results in the capital E lowercase A 1 being the shortest, then capital E lowercase A 3 being the middle length, and capital E lowercase A 2 being the longest. The vertical distance between the first step and the last step is labeled delta H.

According to the reaction profile diagram, which pair of molecules identifies a likely activated complex and an intermediate, respectively?

  1. NOH2 y N2O2 capital N O H subscript 2 and capital N subscript 2 capital O subscript 2
  2. norte2OH2 y H2 capital N subscript 2 capital O H subscript 2 and capital H subscript 2
  3. NOH2 y N2 capital N O H subscript 2 and capital N subscript 2
  4. norte2O2H4 y N2O capital N subscript 2 capital O subscript 2 capital H subscript 4 and capital N subscript 2 capital O

Answer to question 32

Question 33

33. CH4(gramo) + H2O (gramo) CO(gramo) + 3H2(gramo) &DeltaH° > 0 upper C upper H sub 4 open parenthesis g closed parenthesis plus upper H sub two upper O open parenthesis g closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C upper O open parenthesis g closed parenthesis plus three upper H sub two open parenthesis g closed parenthesis delta H degrees greater than zero

Which of the following changes to the equilibrium system shown above will lead to an increase in the concentration of H2 H sub 2 ?

  1. adding heat to the system
  2. decreasing the concentration of CH4 CH sub 4
  3. increasing the concentration of CO C O
  4. decreasing the volume of the system

Answer to question 33

Question 34

34. CH3COOH(aq) CH3COO &minus (aq) + H + (aq) Ka = 1.8 × 10 &minus5 upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H open parenthesis a q closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O sup negative open parenthesis a q closed parenthesis plus upper H sup plus open parenthesis a q closed parenthesis space K sub a equals one point eight times 10 to the minus five.

Acetic acid (CH3COOH) open parenthesis upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H closed parenthesis is a weak acid that dissociates in water as shown above. Given this dissociation equation and Ka K sub a of CH3COOH upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H , what is the pH of a 0.50 METROCH3COOH zero point five zero M upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H solution at 25°C?

Answer to question 34

Answer Enter to expand or collapse answer. Answer expanded Correct Response: B. (Objective 0017) The pH of a solution can be calculated using the following formula: pH = &minuslog[H + ]. The first step in answering this question is to determine the concentration of H + in solution at equilibrium. The [H + ] can be calculated using the given Ka value for CH3COOH and the equilibrium expression for this reaction . Algebraic terms for the concentrations can be derived by tabulating the initial, change, and equilibrium concentrations for the substances in solution at equilibrium. When these terms are substituted into the equilibrium expression, a value for the [H + ] can be calculated . The mathematical term for the [CH3COOH] can be simplified to 0.50 because CH3COOH is a weak electrolyte and the [CH3COOH] at equilibrium is only slightly less than 0.50 METRO. When this equation is solved for X, the [H + ] is determined to equal 3.0 × 10 &minus3 METRO. The final step in answering this question is to calculate the pH of the 0.50 METROCH3COOH solution. This is done by substituting 3.0 × 10 &minus3 METRO into the formula for pH (pH = 2.5). Correct Response: B. (Objective 0017) The pH of a solution can be calculated using the following formula: pH = minus log left bracket upper H sup plus right bracket. The first step in answering this question is to determine the concentration of H sup + in solution at equilibrium. The left bracket upper H sup plus right bracket can be calculated using the given K sub a value for upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H and the equilibrium expression for this reaction open parenthesis K sub a equals start fraction numerator left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O sup negative left bracket right bracket upper H sup plus right bracket denominator left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket end fraction closed paranthesis. Algebraic terms for the concentrations can be derived by tabulating the initial, change, and equilibrium concentrations for the substances in solution at equilibrium. When these terms are substituted into the equilibrium expression, a value for the left bracket upper H sup plus right bracket can be calculated open parenthesis 1.8 times 10 to the minus 5 equals start fraction numerator x bullet x denominator zero dot five zero minus x end fraction closed paranthesis. The mathematical term for the left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket can be simplified to 0.50 because upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H is a weak electrolyte and the left bracket upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H right bracket at equilibrium is only slightly less than 0.50 METRO. When this equation is solved for X, the left bracket upper H sup plus right bracket is determined to equal 3.0 times 10 sup negative 3 METRO. The final step in answering this question is to calculate the pH of the 0.50 METRO upper C upper H sub 3 upper C upper O upper O upper H solution. This is done by substituting 3.0 times 10 to the negative third METRO into the formula for pH open parenthesis pH = two point five closed parenthesis. &minus negative -->

Question 35

35. CaSO4(s) Ca 2+ (aq) + SO4 2&minus (aq) &DeltaG° = 26.3 kJ/mol upper C a upper S upper O sub 4 open parenthesis s closed parenthesis rightwards harpoon over leftwards harpoon upper C a sup 2 plus open parenthesis aq closed parenthesis plus upper S upper O sub 4 sup 2 negative open parenthesis aq closed parenthesis delta upper G degrees = twenty six point three kilojoules per mole

The standard free energy change for the dissociation of CaSO4 upper C a upper S upper O sub 4 in water at 25.0°C is shown above. Given this information, what is the value of the equilibrium constant (Ksp) open parenthesis upper K sub s p closed parenthesis for this reaction?

  1. 3.49 × 10 &minus1 three point four nine times ten to the minus one
  2. 4.24 × 10 &minus2 four point two four times ten to the minus two
  3. 2.44 × 10 &minus5 two point four four times ten to the minus five
  4. 2.40 × 10 &minus11 two point four zero times ten to the minus eleven

Answer to question 35

Question 36

36. Use the equation below to answer the question that follows.

C(s) + CO2(gramo) &harr 2CO(gramo) capital C solid plus capital C O subscript 2 gas is in equilibrium with 2 capital C O gas

When the system shown in the equation reaches equilibrium, which of the following expressions best describes the relationship between the concentrations of the species involved in the reaction?

  1. KPAG = 2[CO] [C] [CO2] K subscript P equals 2 open bracket capital C O close bracket times open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  2. KPAG = [CO] 2 / [C] [CO2] K subscript P equals open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  3. KPAG = [C] [CO] 2 /2[CO2] K subscript P equals open bracket capital C close bracket times open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by 2 open bracket capital C O subscript 2 close bracket
  4. KPAG = [CO] 2 /[CO2] K subscript P equals open bracket capital C O close bracket superscript 2 divided by open bracket capital C O subscript 2 close bracket

Answer to question 36

Question 37

37.

One of the reactants is a liquid aromatic hydrocarbon consisting of six capital C atoms, six capital H atoms, and three double bonds. The six C atoms are bonded to each other in a six-sided ring structure. Each C atom has one H atom bonded to it. The double bonds in this compound are located between the C atoms in positions two and three, four and five and six and one. This aromatic hydrocarbon is reacted with the liquid compound capital H capital N capital O subscript three. The reaction takes place in the presence of the compound capital H subscript two capital S capital O subscript four.

Which of the following is a product of the reaction shown above?

    An aromatic hydrocarbon is shown. It consists of six capital C atoms, five capital H atoms, and the substituent, capital H capital N capital O subscript three. The six C atoms are arranged in a six-sided ring structure. Double bonds are present between C atoms in positions two and three, four and five, and six and one. The ring arrangement of the C atoms and the location of the double bonds between C atoms are the same as those of the aromatic hydrocarbon reactant. Five of the C atoms have H atoms bonded to them. The C atom in position three is bonded to the H atom of the substituent H N O subscript three.

Answer to question 37

Question 38

38.

The first reactant is capital C subscript 17 capital H subscript 35, bonded to capital C double bonded to capital O. That same capital C is also bonded to capital O capital C subscript 2 capital H subscript 5. The second reactant is capital N lowercase A capital O capital H. These two reactants combine to yield capital C subscript 2 capital H subscript 5 capital O H plus capital C subscript 17 capital H subscript 35, bonded to capital C double bonded to capital O. That same capital C is also bonded to capital O negative capital N lowercase A positive.

The alkaline hydrolysis of an ester is shown above. This reaction is an example of which of the following types of reactions?

Answer to question 38

Question 39

39.

The first reactant is capital H subscript 2 capital C, double bonded to capital C capital H subscript 2. The second reactant is capital H subscript 2 capital O. In the presence of a capital H positive ion, this reaction yields an unrepresented and unknown product.

An alkene is reacting with water in the presence of a strong acid in the chemical reaction shown above. This type of hydration reaction is used to prepare which of the following types of organic compounds?

Answer to question 39

Question 40

40. A chemist suspects that an unexpected by-product produced during an organic synthesis reaction contains an amine functional group. Which of the following methods will help the chemist analyze the types of functional groups present in this compound?

  1. infrared spectroscopy
  2. column chromatography
  3. ultracentrifugation
  4. electroforesis en gel

Answer to question 40

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These authors contributed equally: Wenchao Ma, Shunji Xie, Xia-Guang Zhang.

Afiliaciones

State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, National Engineering Laboratory for Green Chemical Productions of Alcohols, Ethers and Esters, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, 361005, Xiamen, China

Wenchao Ma, Shunji Xie, Xia-Guang Zhang, Jincan Kang, Qinghong Zhang, De-Yin Wu & Ye Wang

Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, 201204, Shanghai, China


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