UNIVERSITI MALAYA UNIVERSITY OF MALAYA PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS DENGAN PENDIDIKAN EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE WITH EDUCATION SESI AKADEMIK 2013/2014 : SEMESTER 2 ACADEMIC SESSION 2013/2014 : SEMESTER 2 SCES3130 : KIMIA FIZIK III PHYSICAL CHEMISTRY III Jun 2014 June 2014 MASA : 2 jam TIME : 2 hours ARAHAN KEPADA CALON : INSTRUCTIONS TO CANDIDATES : Kertas soalan ini mengandungi Bahagian A, B dan C. This paper consists of Section A, B and C. Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan dalam setiap bahagian. Questions should be answered according to the instructions given in each section. (Kertas soalan ini mengandungi 6 soalan dalam 8 halaman yang dicetak) (This question paper consists of 6 questions on 8 printed pages)
Jawab semua soalan dalam bahagian ini Answer all questions in this part. Makromolekul Macromolecules BAHAGIAN A (25 MARKAH) SECTION A (25 MARKS) 1. (a) Polimer dapat dikelaskan kepada Polimer Rantai Linear, Polimer Rantai Bercabang dan Polimer Taut-silang berdasarkan kepada strukturnya. Terangkan setiap istilah dengan jelas. Polymer can be classified into Linear Chain Polymer, Branched Chain Polymer and Crosslinked Polymer based on their structure. Explain each term in details. (6 markah/marks) (b) Poli(vinil klorida) (-CH 2 -CH-Cl-) dan poli(vinil alkohol)(-ch 2 -CH-OH-) masing-masing mempunyai ketumpatan 1.45 dan 1.29 gcm -3. Kirakan parameter kelarutannya dan komen tentang kelarutan relatif dalam air. Diberikan parameter kelarutan bagi air adalah 49.60 J 1/2 cm -3/2. (Berat atom: H = 1.0; C= 12.0; Cl = 35.5; O= 16.0) Poly(vinyl choride) (-CH 2 -CH-Cl-) and poly(vinyl alcohol) (-CH 2 -CH-OH-) have densities of 1.45 and 1.29 gcm -3 respectively. Calculate their solubility parameters & comment about their relative solubility in water. Given that the solubility parameter for water is 49.60 J 1/2 cm -3/2. (Atomic weight: H = 1.0; C= 12.0; Cl = 35.5; O= 16.0) Group CH 2 CH Cl OH G (J 1/2 cm 3/2 mol -1 ) 280 140 471 754 2/8
(c) Satu molekul 1-poliheksena mempunyai berat molekul 840,000 g/mol. Panjang ikatan C-C ialah 0.154 nm. Kirakan (i) panjang kontour(ii) panjang pemanjangan rantai (iii) jarak akhir-ke-akhir rms (iv) jejari kisar rms bagi setiap rantai polimer seperti dalam koil rawak. A molecule 1-polyhexene has molecular weight of 840,000 g/mol. The C-C bond length is 0.154 nm. Calculate (i) the contour length (ii) the extended chain length (iii) the rms end-to-end distance (iv) the rms radius of gyration of each of the polymer chain as in the random coil. (d) Berikan definasi bagi istilah berat molekul purata nombor (M n ) dan berat molekul purata-z (M z ). Lukiskan satu graf untuk menunjukkan urutan bagi M n, M z, berat molekul berat purata (M w ) dan berat molekul kelikatan purata (M v ). Define the terms number average molecular weight (M n ) and Z-average molecular weight (M z ). Draw a graph to indicate the sequence of M n, M z, weight average molecular weight (M w ) and viscosity average molecular weight (M v ). (e) Bincangkan DUA cara yang dapat digunakan untuk meningkatkan kandungan getah kering (DRC) bagi susu getah. Discuss TWO methods that can be used to increase the dry rubber content (DRC) of a latex. (4 markah/marks) 3/8
Jawab semua soalan dalam bahagian ini Answer all questions in this part. BAHAGIAN B (25 MARKAH) SECTION B (25 MARKS) 2. Dalam masalah ini, anda akan terapkan teori Huckel untuk kation cyclopropenyl itu. Ingat bahawa dalam teori Hückel In this problem, you will apply Hückel theory to the cyclopropenyl cation. Recall that in Hückel theory Untuk orbital orbital berhampiran dan 0 untuk orbital-orbital tak berhampiran (a) (b) (c) Bina penentu (dikenali sebagai "penentu sekular") yang digunakan untuk menentukan tenaga untuk orbital dalam sistem itu. Construct the determinant (called the secular determinant ) used to determine the energies for the orbitals in the system. Penentu dalam (a) boleh diselesaikan untuk memberi tenaga daripada orbital orbital. Tenaga ini adalah α+2β, α-β, dan α-β. Lakarkan gambarajah tenaga dan isikan elektron untuk sistem ini. The determinant in (a) can be solved to give the energies of the orbitals. These energies are α+2β, α-β, and α-β. Sketch the energy diagram and fill in the electrons for this system. Apakah tenaga penstabilan resonans (Esetempat-E ) mengikut teori Huckel? What is the resonance stabilization energy (Elocalized-E ) according to Hückel theory? (10 markah/marks) 4/8
3. Pertimbangkan molekul ethanedial. Consider the molecule, ethanedial. Parameter Hücket oksigen adalah: The oxygen Hücket parameters are: Nota: Notes: (i) (ii) H atom di C2 dan C3 tidak ditunjukkan H atoms on C2 and C3 are not shown Setiap atom O menyumbang satu elektron kepada sistem yang Each O atom contributes one electron to the system Tuliskan penentu sekular dalam sebutan α, β dan E. Write the Secular Determinant in terms of α, β and E. 4. Gunakan pembetulan pengusikan perintah pertama untuk menentukan tenaga ion Li + Use the first order perturbation correction to estimate the energy for Li + ion. Tuliskan ungkapan untuk Hamiltonian tak terusik, Ĥ 0 dan Hamiltonian terusik, Ĥ. Write the expression for unperturbed Hamiltonian, Ĥ 0 and perturbed Hamiltonian, Ĥ. (a) Tentukan paras tenaga dan fungsi gelombang bagi dua keadaan yang mempunyai tenaga yang paling rendah untuk atom yang mempunyai dua elektron. Determine the energy levels and the wave functions of the two lowest energy states for a two-electron atom. (10 markah/marks) 5/8
BAHAGIAN C (50 MARKAH) SECTION C (50 MARKS) Jawab SEMUA soalan. Answer ALL questions. Mekanik Statik Statistical Mechanics 5. (a) Bincangkan bagaimana purata pembolehubah termodinamik atau fizikal mana subskrip merujuk kepada keadaan kuantum ditentukan dalam mekanik statistik. Tulis satu ungkapan yang jelas untuk dengan merujuk kepada persamaan kebarangkalian Boltzmann dan fungsi sekatan. Discuss how the average of a thermodynamical or physical variable where the subscript refers to the j th quantum state is determined in statistical mechanics. Write down an explicit expression for by referring to the Boltzmann probability equation and partition function. (b) Dari (a), tunjukkan bahawa bagi sistem 2 peringkat bilangan (Avogadro) mol (di mana tenaga paras asas diberikan nilai 0) dengan pisahan aras tenaga cm -1, jumlah tenaga sistem mempunyai rupabentuk ( ). From (a), show that for a mole (Avogadro) number of a 2 level system (where the ground state is assigned energy 0) separated by an energy level cm -1 the total energy of the system has the form ( ). (c) Dengan penukaran unit cm -1 ke m -1, dan menyusun semula persamaan dengan mengambil logaritma, tentukan suhu apabila jumlah tenaga E ialah 3.00 kj. Converting the cm -1 unit to m -1, and rearranging the equation by taking logarithms, determine the temperature when the total energy is 3.00 kj. (10 markah/marks) 6/8
(d) Bagi sistem sistem sebanyak N dengan paras tenaga dimana pemalar, fungsi sekatan boleh dihampiri sebagai. Tentukan dari ( ) tenaga dan kapasiti haba isipadu tetap bagi sistem sebanyak N. For N systems with energy levels with constant, the partition function can be approximated by Determine from ( ) the energy and constant volume specific.. heat for the N systems. (10 markah/marks) Kinetik: Kinetics: 6. Terangkan secara ringkas Briefly describe (a) (b) kepentingan mekanisme Lotka-Volterra apabila diterapkan untuk tindak balas kimia the significance of the Lotka-Volterra mechanism applied to chemical reactions Teknik teknik lompatan suhu dan pengenduran untuk menentukan kadar tindak balas temperature jump and relaxation techniques to determine reaction rates 7/8
(c) Bagi tindak balas For the reaction andaian tertib pertama hukum kadar berkenaan dengan. dari keseimbangan akhir bertujuan kepada, anjakan, dengan masa pengenduran diberi saperti [ [ ] [ ] ]. Data eksperimen ialah s, [ ] [ ] [ ], [ ] M. Dengan andaian [ ] [ ] [ ] [ ], di mana [ ] ialah kepekatan permulaan spesies X, tentukan kuantiti kedua-duanya (pemalar tindak balas tertib pertama) dan, (pemalar tindak balas tertib kedua) pada suhu eksperimen 298 K. the first order assumption of the rate law w.r.t., the displacement from final equilibrium, leads to, with the relaxation time given by s, [ [ ] [ ] ]. The experimental data are [ ] [ ] [ ], [ ] M. Assuming [ ] [ ] [ ] [ ], where [ ] is the initial concentration of species X, determine both (first order rate constant) and, (the second order rate constant) at the experimental temperature of 298K. { - - - - - } (15 markah/marks) TAMAT END 8/8