Quiz exam

Question 1

Vilken av följande energiövergångar i en molekyl kräver högst frekvens hos de
exciterande fotonerna?

Vibrationsövergångar
Rotationsövergångar
Elektronövergångar

Answer 1

Elektron

Question 2

Vilket påstående om temperatur är mest korrekt?

Answer 2

Temperaturen är ett mått på den kinetiska energin i systemet.

Question 3

I en viss process upptar ett system 20 J värme och utför samtidigt ett arbete på
omgivningen motsvarande 15 J. Beräkna ΔU för systemet.

Answer 3

5 J

Question 4

För den partiella derivatorn (dV/dT)p gäller att …

Answer 4

den är negativ eftersom en ökning af temperaturen ger en ökning av volym vid konstant tryck

Question 5

Vilken av de fyra faktorerna i den molekylära tillståndssumman är minst för
O2(g) vid 1000 K?

q(el)
q(trans)
q(vib)
q(rot)

Answer 5

Don’t know

Question 6

Vilken av de fyra faktorerna i den molekylära tillståndssumman är störst för ett
ämne i gasfas?

Answer 6

Don’t know

Question 7

Diagram showing temperature on x axis and ? on y axis. The graph is declining. Question asks if ? = G; S; U or H?

Answer 7

Most likely answer is G since it can be positive or negative with increasing temperature, depending on whether it is a spontaneous process or not. deltaG depends on deltaH and TdeltaS, so if deltaH is larger than TdeltaS the process is not spontaneous but the other way around it is.
S cannot decrease with temperature as disorder/ chaos increases with temperature
H and U are related by H = U + PV and it is highly unlikely a system would lose internal energy with increasing temperature

Question 8

Which of these two substances has highest entropy of vaporisation, bensen or ethanol? (förångningsentropi). How do you calculate it?

Answer 8

Ethanol
Take delta H vap and divide by boiling point temperature

Question 9

Vad gäller för jämviktskonstanten för en endoterm reaktion?

Answer 9

Den ökar med ökande temperatur

If the process is endoterm then more of the reaction will happen with higher temperature which means the equilibrium constant will increase since more product is formed

Question 10

Vad händer med temperaturen vid en adiabatisk reversibel tryckökning av en
ideal gas?

Answer 10

Tryckökning under konstant tryck borde ge högre temperatur

Question 11

Då en spontan process sker i ett system vid konstant tryck och temperatur är
det garanterat att ett av villkoren nedan gäller. Vilket?

dS > 0
dG < 0
dF < 0
dH < 0
dU < 0

Answer 11

dG < 0: The change in Gibbs free energy (ΔG) is often a more general and widely applicable condition for spontaneity in processes at constant temperature and pressure. When ΔG is negative, it indicates a spontaneous process.

dS > 0: This condition refers to an increase in entropy, and an increase in entropy can indeed be a criterion for spontaneity in many processes. When the entropy of a system increases, it often indicates a spontaneous process. However, an increase in entropy is not always the primary condition for spontaneity in all cases, especially when temperature and pressure are held constant.

Question 12

I en spontan process i ett isolerat system minskar inre
energin.

Answer 12

False
If system is isolated the internal energy will not change

Question 13

I en adiabatisk reversibel expansion av ideal gas minskar
temperaturen.

Answer 13

True

Question 14

För en kemisk reaktion vid jämvikt under konstant
tryck och temperatur är deltaG = 0.

Answer 14

True

dG = my * dn (because sdT and VdP is zero when temp and pressure constant)

Delta G = -RTlnK at equilibrium
Otherwise the formula is delta G = delta G 0 - RTlnQ

Question 15

What is delta G at equilibrium?

Answer 15

Zero

Equilibrium is the state at which the system’s thermodynamic driving force (deltaG) is minimum

But there is still another delta G to calculate

Question 16

Saltvatten har högre fryspunkt än rent vatten.

Answer 16

False.
Freezeng point depression (and boiling point elevation. Water wants to stay liquid when something is dissolved in it)

Question 17

En isoterm volymsminskning av en gas leder till att
gasens entropi ökar.

Answer 17

False

Smaller volume gives more order

Question 18

I en ideal vätskeblandning finns inga interaktioner
mellan molekylerna.

Answer 18

False,
It follows Raoults law. The two components have similar interactions

Question 19

In an exothermal reaction delta H is negative

Answer 19

True

Question 20

Antag för enkelhets skull att 80% av molekylerna i luft är kvävgas.
Hur stort är partialtrycket för kvävgas i luft med totaltrycket
2:0 bar?

Answer 20

1.6 bar (2*0.8)

Question 21

En känd volym syrgas vid visst tryck och temperatur har massan
2:5 kg, men om du räknar med allmäna gaslagen blir massan bara
2:0 kg. Hur stor är kompressionsfaktorn, pV¹nRTº, för syrgas
vid det aktuella trycket och temperaturen?

Answer 21

2.5/2.0 = 1.25 (z2/z1)

Question 22

Hur stort är partialtrycket för vattenånga vid 100C över en idealt
utspädd vattenlösning av glykol där molbråket för glykol är
2:0%?

Answer 22

If xglycol is 0.02 the xwater is 0.98 so partial tryck för vatten blir 0.98 * 101325

Question 23

Hur många vibrationsmoder har koldioxidmolekylen?

Answer 23

Linear so 3*M-5 = 4

Question 24

Vilket värde bör Cp ;m för CO2(g) ha vid rumstemperatur om du
uppskattar det med dina kunskaper i statistisk termodynamik?
Ange svaret i antal R.

Answer 24

Look at CO in table

Trans always included
Rot almost always included because theta rot so low (and only include if T>theta)
Vib almost never included because thetavib so high
Electron always included (but not in this case since it doesn’t have R)

3/2R (trans) + 2/2 R (rot) (because 2 rotationsfrihetsgrader) + R (to go from Cv to Cp) = 7/2 R

Question 25

Vad är sambandet mellan Cv och Cp?

Answer 25

Cp = Cv + R

Question 26

Vad är sambandet mellan U och Cv?

Answer 26

U = Cv dT

Question 28

Which one is often skipped?
Translational, rotational, vibrational?

Answer 28

Vibrational because theta vib so high

Question 29

Använd dG/dT = -S för att förklara
kortfattat varför olika faser är mest stabila vid olika temperaturer
(vid ett visst tryck). Varför är t.ex. flytande vatten den
stabila formen mellan 0 C och 100 C?

Answer 29

Vid en given temperatur kan den fas som har den lägsta Gibbs fria energin (G) vara den mest stabila. Om en fas har en högre entropi (S), innebär dG/dT = -S att dess Gibbs fria energi minskar snabbare med ökad temperatur. Därför kan den fasen vara stabil vid högre temperaturer.

I fallet med vatten mellan 0 °C och 100 °C, observeras detta fenomen. Vid 0 °C är isen (fast fas) den mest stabila formen eftersom den har lägre entropi än flytande vatten. Men när temperaturen stiger mot 100 °C, ökar entropin för vattnet snabbt, vilket innebär att dG/dT blir negativt, och därmed blir flytande vatten (vätskefas) den mest stabila formen inom detta temperaturområde.

Så, olika faser är mest stabila vid olika temperaturer eftersom deras entropi och därmed deras Gibbs fria energi varierar med temperaturförändringar. Det är detta som förklarar övergångar mellan olika faser vid olika temperaturer under konstant tryck.

Question 30

How can it be more favourable for a system to increase entropy?

Answer 30

So, it’s more favorable to have higher entropy because it represents a more probable and energetically favorable state for a system. Systems naturally move towards states of higher entropy as they evolve over time, which is why you observe the tendency for water to change from ice to liquid to gas as the temperature increases—each phase change corresponds to an increase in entropy.

Question 31

I en simulering av ett protein fann man att en viss leusin-sidokedja
hade tre rotamertillstånd med populationerna p1 = 0,46, p2 = 0,46
och p3 = 0,08. Beräkna entropin över fördelningen.

Answer 31

S = - kB * (p1lnp1 + p2lnp2 + p3*lnp3)

-kB * (0.46ln0.46 + 0.46ln0.46 + 0.08*ln0.08)

Question 33

How do you know if you should use kB or R?

Answer 33

Use the Boltzmann constant (k) when dealing with individual particles, statistical mechanics, and energy per particle. Use the universal gas constant (R) when dealing with macroscopic systems, gases, and extensive properties related to moles of substance. The choice between k and R is context-dependent and is often based on the scale and type of system you are studying.

Question 34

In a PV diagram, how would an isobar, isothermal and adiabatic process look for an ideal gas? What would happen to temperature?

Answer 34

Isobar is a straight line horisontically because pressure doesn’t change (temperature would increase because volume increasing at constant pressure)
(An isochoric process would have a straight vertical line)
The Isothermal process has a line showing pressure decreasing with increasing volume. Temperature is constant.
For an adiabatic process pressure decreases faster than volume increases and temperature would decrease according to PV=nRT

Question 35

I en spontan process i ett isolerat system minskar
entropin. True or false?

Answer 35

False

Question 36

För en spontan kemisk reaktion under konstant
tryck och temperatur är deltaG < 0. True or false?

Answer 36

True, deltaG is negative for spontaneous processes

Question 37

Saltvatten har högre kokpunkt än rent vatten. True or false?

Answer 37

True
Boiling point elevation when something is dissolved in water (wants to stay water, so also freezing point depression)

Question 38

Vid -10 C är den kemiska potentialen för is högre
än den kemiska potentialen för flytande vatten. True or false?

Answer 38

Chemical potential of water is higher because it wants to change. Chemical potential is a measure of how much something wants to change (benägenhet att reagere)

Question 39

Vid kokpunkten är ångtrycket för vätskan alltid
lika med det kritiska trycket.

Answer 39

False, critical point is the max pressure and temperature at which a liquid can still stay liquid

Question 40

Om vi behöver tillföra värme för att hålla temperaturen
och trycket konstant under en process, så vet
vi att deltaH > 0.

Answer 40

Yes, we know that it is an endothermal process and for endothermal processes delta H is positive

Question 41

Om attraktiva krafter dominerar mellan molekylerna
i en gas så är kompressionsfaktorn Z =
pV/(nRT) > 0.

Answer 41

True.
Z is always positive and if it is between 0 and 1 the attractive forces dominate and above 1 the repulsive forces dominate. For an ideal gas Z = 0

Question 42

Betrakta en cyklisk process där ett antal steg utförda efter varandra
gör att systemet återförs till samma tillstånd som det hade från början.
Antag också att du vet att den totala processen teoretiskt skulle kunna
utföra 100 J arbete på omgivningen.
Vad kan du säga om storheterna nedan för den totala processen i
följande fall:
delta S (reversibel och irreversibel process)
delta S omg (reversibel och irreversibel)
q (reversibel och irreversibel)

Question 43

Hur många rotationsfrihetsgrader har etanmolekylen?

Answer 43

2 because linear (3 if not linear)

Question 44

Hur många vibrationsfrihetsgrader har etanmolekylen?

Answer 44

3 * M - 5 and M is 2 when linear so that gives 1

Question 45

What is Gibbs free energy?

Answer 45

Gibbs free energy (G) is a thermodynamic potential that helps determine whether a process is spontaneous. A negative change in Gibbs free energy (ΔG) indicates a spontaneous process, which is a crucial concept in chemical reactions and phase transitions.

Question 46

What is enthalpy?

Answer 46

Enthalpy is a thermodynamic property that combines internal energy and the pressure-volume work done by a system.

Question 47

What is entropy?

Answer 47

Entropy is a measure of the disorder or randomness in a system. The second law of thermodynamics states that in isolated systems, entropy tends to increase over time.

Question 48

What does the 2nd law of thermodynamics say?

Answer 48

in isolated systems, entropy tends to increase over time

Question 49

What does the 1st law of thermodynamics say?

Answer 49

energy is neither created nor destroyed

Question 50

Explain the step of isothermal Expansion (Isothermal Heat Absorption) from the Carnot cycle

Answer 50

The working substance (usually a gas) is in contact with a high-temperature reservoir (a heat source) at a constant high temperature, Th.
During this phase, the gas expands while absorbing heat (Qh) from the high-temperature reservoir.
The temperature remains constant, and the gas does work by pushing a piston, expanding the volume.
The heat absorbed during this process is Qh.

Question 51

Explain Adiabatic Expansion (Adiabatic Work) from Carnot cycle

Answer 51

The gas continues to expand, but now it is thermally isolated (adiabatic). No heat is added or removed from the gas.
The gas does work against the piston, which causes it to cool down. The temperature and pressure of the gas decrease.
No heat is transferred during this process.

Question 52

Explain Isothermal Compression (Isothermal Heat Rejection) from Carnot cycle

Answer 52

The gas is brought into contact with a low-temperature reservoir (a heat sink) at a constant low temperature, Tc.
During this phase, the gas is compressed, and it releases heat (Qc) into the low-temperature reservoir.
The temperature remains constant, and the gas does work on the piston, reducing its volume.
The heat rejected during this process is Qc.

Question 53

Explain Adiabatic Compression (Adiabatic Work) from Carnot cycle

Answer 53

The gas continues to be compressed, but it is again adiabatic, so no heat is added or removed from the gas.
The gas does work on the piston, and its temperature and pressure increase.

Question 54

Tänk dig att du blandar 1,0 kg krossad is med temperaturen −10◦C
med 1,0 kg flytande vatten med temperaturen 10◦C i en termiskt isolerad behållare vid konstant tryck 1 atm (tänk att en mycket lätt rörlig
kolv vilar på systemet). Vad har hänt med S för de olika vattenmängderna då jämvikt ställt in sig?

den som var is : a. S minskar b. S konstant c. S ökar
den som var flytande : a. S minskar b. S konstant c. S ökar
hela mängden : a. S minskar b. S konstant c. S öka

Answer 54

is öker
vatten minskar
hela systemet ökar

Question 55

Tänk dig att du blandar 1,0 kg krossad is med temperaturen −10◦C
med 1,0 kg flytande vatten med temperaturen 10◦C i en termiskt isolerad behållare vid konstant tryck 1 atm (tänk att en mycket lätt rörlig
kolv vilar på systemet). Vad har hänt med H för de olika vattenmängderna då jämvikt ställt in sig?

den som var is : a. H minskar b. H konstant c. H ökar
den som var flytande : a. H minskar b. H konstant c. H ökar
hela mängden : a. H minskar b. H konstant c. H öka

Answer 55

is ökar
vatten minskar
hela systemet konstant (eftersom termisk isolerad)

Question 56

Ringa in det ord av alternativen med fet stil så att följande blir korrekt: “Om de attraktiva / repulsiva krafterna mellan molekylerna i en verklig gas dominerar kommer temperaturen att öka mer / mindre vid en reversibel adiabatisk kompression mellan två volymer jämfört med samma kompression för motsvarande ideala gas. Kompressionen av den verkliga gasen kommer också att kräva mindre / mer / lika stort arbete.”

Answer 56

Attraktiva
mindre
mindre

Question 57

Isoterm blandning av två olika ideala gaser med lika tryck leder alltid till att S ökar. Sant eller falsk?

Answer 57

Sant

Question 58

Alla molekyler i en ideal gas ansätts ha samma hastighet. Sant eller falsk?

Answer 58

Falskt

Ideal gas betyder ingen interaktioner och försumbar storlek

Question 59

I en exoterm reaktion är alltid ∆rG < 0.

Answer 59

Wrong. Enthalpy is about endothermal/exothermal but Gibbs is about spontaneous

Question 60

Vilket av ämnena etanol och bensen har störst förångningsentropi vid sin normala kokpunkt?

Answer 60

Take delta H vap divide it by kokpukntstemperature and you have the förångningsentropi

So ethanol has the higher delta S vap

Question 61

Vad gäller för jämviktskonstanten för en endoterm reaktion?
Den minskar med ökande temperatur
Den ökar med ökande temperatur Den är oberoende av temperaturen V

Answer 61

Ökar med ökad temperatur

endoterm kräver värme och då bildas mer produkt om mer värme finns att tillgå. jämviktskonstanten blir större om mer produkt bildas. K ökar med ökande temperatur.

Question 62

Hur skrivs första huvudsatsen och vad betyder termerna (värmet och arbetet) i den?

Answer 62

“∆U=q+w

I ett system kan energi varken skapas eller förstöras, endast omvandlas.

q - värmeenergi

w - arbete
“

Question 63

Hur beräknar man arbetet vid processer under konstant tryck?

Answer 63

dq = dH = Cp dT

Question 64

Hur beräknar man värmet vid processer under konstant volym?

Answer 64

dq = dU = Cv dT

Question 65

kunna förstå och tolka begreppet adiabatisk samt veta hur det utnyttjas vid beräkning av differentiella samband

Answer 65

“dU = dw för adiabatisk process,
dq=0, q=0
Adiabatisk process är en termodynamisk process där ingen värme
tillförs eller bortförs från en fluid. Ordet ““adiabatisk”” betyder i sig
avsaknad av värmeöverföring, och används även till exempel för
adiabatisk flamtemperatur, vilket är temperaturen en låga skulle
nå om den inte förlorade värme till omgivningen.”

Question 66

kunna förstå och tolka begreppet isochor samt veta hur det utnyttjas vid beräkning av differentiella samband

Answer 66

“dU = CV dT för isochor process

konstant volym

En isokor process är en termodynamisk process som sker under
konstant volym. För en isokor process är tryck-volymarbetet noll, då det definieras enligt:

∆W = P*∆V”

Question 67

kunna förstå och tolka begreppen isobar samt veta hur det utnyttjas vid beräkning av differentiella samband

Answer 67

“konstant tryck

I termodynamik är en isobar process en typ av termodynamisk process
där trycket i systemet förblir konstant: ΔP = 0. Värmen som överförs till
systemet fungerar, men ändrar också systemets inre energi.
Med hjälp av denna konvention, enligt termodynamikens första lag,
Q = \ Delta U + W \

"”isobaric Process (Constant Pressure)
An isobaric process occurs at constant pressure.
Since the pressure is constant, the force exerted is constant
and the work done is given as PΔV. … If a gas is to expand at
a constant pressure, heat should be transferred into the system at a certain rate.”””

Question 68

kunna förstå och tolka begreppet reversibel samt veta hur dessa utnyttjas vid beräkning av differentiella samband

Answer 68

“Reversibel process innebär enkelt uttryckt att processen kan drivas i motsatt riktning i
små steg utan dissipation av energi. Tre villkor måste vara uppfyllda för
att en process ska vara reversibel i termodynamisk bemärkelse:

Det måste vara en kvasistatisk process.
Ingen friktion får förekomma.
All värmeöverföring måste ske vid konstant temperatur.

Reversibla processer kan betraktas som en idealiserad form av vissa
termodynamiska processer, som används i termodynamiken för att
enkelt kunna analysera dem och räkna på dem. Naturligt förekommande
processer är i allmänhet irreversibla. Efter att en irreversibel process
har inträffat kan inte systemet återgå till utgångsläget om inte miljön
runt omkring förändras.

Exempel på tekniskt användbara processer som kan analyseras
som reversibla processer är värmemaskiner (ång-, bensin- och dieselmotorer)
och deras motsats, kylskåp.

En kvasistatisk process är inom termodynamiken en process som sker oändligt långsamt så att varje tillstånd på vägen är ett jämviktstillstånd. En sådan process är typiskt reversibel. Det finns även en process som är kallad kvasistatisk adiabatisk process. Här sker inget värmeutbyte med omgivningen, vilket leder till en optimal process. Detta är omöjligt att uppnå i praktiken.[1] Ett system som är icke-kvasistatisk kan innehålla temperatur- eller tryckskillnader. Detta leder till ett icke reversibelt system då arbete måste tillföras för att återskapa tryck- eller temperaturskillnader.”

Question 69

vad är jämvikt?

Answer 69

“Ett system sägs vara i jämvikt när de förändrande processer som finns
(krafter, kemiska reaktioner etc) förhåller sig till varandra på ett sådant sätt
att systemet förblir oförändrat med tiden.

"”Equilibrium defines where a system tends to go and stay,
the net force is zero. Extrempunkt i energi där nettokrafterna är noll.”””

Question 70

vad är ångtryck?

Answer 70

“Ångtryck definieras som det tryck vid vilket ett ämnes avdunstning är i jämvikt
mellan dess flytande och fasta tillstånd vid någon given temperatur. “

Question 71

vad är entropi och dess storhet?

Answer 71

“Oordning i naturen.
Entropi tecknas S, har enheten J/K.
Ju högre oordning, desto högre entropi.
Naturen strävar hela tiden efter högre entropi.”

Question 72

vad är entalpi och dess storhet?

Answer 72

“Entalpi är inom termodynamiken ett av flera
närbesläktade mått på termodynamisk potential,
och utgör även en tillståndsstorhet.
Entalpin betecknas H och ett systems entalpi utgörs
av summan av systemets inre energi och produkten
av systemets tryck och volym enligt

H = U + pV”

Question 73

vad är fri energi och dess storhet?

Answer 73

“Drivkraften för en reaktion beror på systemets fria energi, ΔG(Gibbs fria energi).
Om ΔG<0 så är det alltid en spontan reaktion.
Sambandet mellan entalpi, entropi och temperatur ges av
ΔG=ΔH−TΔS”

Question 74

vara säker på de grundläggande egenskaperna hos en ideal gas och vad dessa betyder termodynamiskt

Answer 74

“En modellgas som antas bestå av
ourskiljbara partiklar och där den enda växelverkan partiklar emellan,
eller med den behållare de eventuellt är instängda i,
är via elastiska kollisioner. I verkligheten uppvisar
inte gaser dessa egenskaper, men approximationen är ändå oftast mycket god.
“

Question 75

Vad är den ideala gaslagen och vad beskriver den?

Answer 75

“Ideala gaslagen eller allmänna gaslagen beskriver sambandet mellan tryck,
volym, temperatur och substansmängd hos klassiska ideala gaser.

pV = nRT

eller

pV = NkbT”

Question 76

Vad händer när en gas kondenserar, och vad ska vara uppfyllt för att det ska ske?

Answer 76

“Condensation happens when molecules in a gas cool down.
As the molecules lose heat, they lose energy and slow down.
They move closer to other gas molecules. Finally these molecules
collect together to form a liquid.

Condensation is the process in which molecules of a gas slow down,
come together, and form a liquid. When gas molecules transfer their
energy to something cooler, they slow down and their attractions
cause them to bond to become a liquid. Making water vapor colder
increases the rate of condensation.”

Question 77

“förstå begreppet partialtryck och dess koppling till molbråket för en gasblandning,
samt kunna göra enkla beräkningar på gasblandningar.”

Answer 77

“Partialtryck är det tryck som orsakas av en enskild gas.
Daltons lag säger att summan av de olika gasernas
partialtryck bildar det totala trycket. Begreppet partialtryck är
förekommande inom fysiologin där ofta halterna av löst syrgas,
koldioxid och andra fysiologiska gaser anges som partialtryck.”

Question 78

Hur skrivs första huvudsatsen och vad betyder termerna (värmet och arbetet) i den?

Answer 78

“∆U=q+w

I ett system kan energi varken skapas eller förstöras, endast omvandlas.

q - värmeenergi

w - arbete
“