2. Wiederholungsklausur zur Vorlesung MN-C-FA (Bachelor), 5. Semester „Funktion und Anwendung“ WS 2010/2011 10. Juni 2010, 1430 – 1630 Uhr

Name, Vorname:

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Geburtsdatum, -ort:

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Matrikelnummer:

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Bachelor (Chemie) Ich bin prüfungsfähig. __________________________________________________

Unterschrift

Hinweise -

Zugelassenes Hilfsmittel ist ausschließlich ein Taschenrechner ( ohne Graphik-Anzeige ). Keine mitgebrachten Blätter benutzen, ggf. weitere leere Blätter vom Assistenten verlangen. Bitte Namen auf jedes Blatt schreiben. Verlassen des Platzes/Saales nur nach Meldung beim Assistenten. Auch der Lösungsweg wird bewertet und muss daher festgehalten werden.

Aufgabe

Punkte erreicht

Punkte erreichbar

1.

5+4+3,5+4,5+3 = 20

2.

15+5 = 20

3.

= 20

4.

10+10+10+10+10 = 50

Summe: 50 Punkte reichen für das Bestehen aus.

110

Name:

Anorganische Nanomaterialien 1.1 (7 Punkte) a)

Sn(OtBu)4

kann

auf

verschiedene

Weisen

hergestellt

werden.

Typische

Syntheseverfahren sind die Metathesereaktion oder die Amidroute. Geben Sie beide Reaktionswege für die Darstellung von Sn(OtBu)4 stöchiometrisch korrekt an und listen Sie Vor- und Nachteile beider Wege auf. (5 Punkte)

b) Geben Sie den Zersetzungsmechanismus und die dazugehörige Reaktionsgleichung von Sn(OtBu)4 zu SnO2 an. Beschreiben Sie, wie sich bei der CVD Abscheidung von Sn(OtBu)4 Morphologie und Eigenschaften der erzeugten SnO2-Materialien durch die Temperatur (550-750 °C) beeinflussen lassen. (4 Punkte)

c) Beschreiben Sie den Ablauf eines ALD Prozesses? Welche Vorteile gegenüber CVD bietet dieses Verfahren? (3,5 Punkte)

d) Erläutern Sie in mindestens 4 Schritten mit Hilfe einer Skizze den VLS-Mechanismus und das hieraus resultierende Wachstum eindimensionaler Nanostrukturen. Worin unterscheiden sich sphärische SnO2 NP´s im Vergleich zu Nanodrähten? Welche Auswirkungen hat dies in Bezug auf ihre jeweilige Gassensitivität? (4,5 Punkte)

e) Erklären Sie kurz wie die Detektion von Kohlenstoffmonoxid durch einen SnO2-Sensor abläuft. Was wird gemessen? Welche Reaktion läuft ab? (3 Punkte)

2

Name:

Katalyse 2.1 (15 Punkte) Abgebildet ist die Umwandlung einer α-Ketosäure 1 zu einer α-Aminosäure 2 (in enantiomerenreiner Form), wie sie technisch z.B. für die Herstellung von tert.-Leucin (R = t-Bu) genutzt wird.

Geben Sie an (i) welche Enzyme für diesen Prozess eingesetzt werden, (ii) welcher Cofaktor an der Redoxreaktion beteiligt ist und (iii) wie die reduzierte Form dieses Cofaktors regeneriert wird.

3

Name:

2.2 (5 Punkte) Nennen Sie 5 Methoden der Leitstrukturfindung und erklären Sie, was man unter "Ligandeneffizienz" (engl. "ligand efficiency") versteht.

4

Name:

Komplexe Fluide 3.1 (20 Punkte) a) Die untenstehende Abbildung zeigt ein Gibbsches Phasendreieck. Zeichnen Sie in das Phasendreieck das ausgedehnte Zweiphasengebiet des Systems H2O – n-Dodekan – Butoxyethanol (C4E1) ein, dass bei einer Temperatur von T = 22,0 °C existiert. Die Lage der Phasengrenze zwischen 2- und 1-phasigen Gebiet ist in folgender Tabelle durch einige Zusammensetzungen (in Massenbrüchen w(i)) angegeben. Der kritische Punkt liegt bei w(A)=0,07, w(B)=0,43 und w(C)=0,50. #

w(A) w(B) w(C)

1

0,69

0,01

0,30

2

0,48

0,03

0,49

3

0,37

0,04

0,59

4

0,22

0,09

0,69

5

0,13

0,19

0,68

6

0,06

0,49

0,45

7

0,03

0,67

0,30

b) Tragen Sie beispielhaft die Konnode ein, die durch die Zusammensetzungen X (w(A)=0,54, w(B)=0,20, w(C)=0,26) und Y (w(A)=0,17, w(B)=0,70, w(C)=0,13) geht und geben Sie die Zusammensetzung der zwei Phasen an, die entlang dieser Konnode im Gleichgewicht stehen. c) Bestimmen Sie mit Hilfe des Hebelgesetzes den Anteil der beiden Phasen, die an den Zusammensetzungen X und Y koexistieren. d) Die optimale Mischung von Wasser und Öl erhält man durch eine bikontunierliche Strukturierung. Der Durchmesser d der Wasser- und Ölbereiche kann durch deGennes und Taupin aus der Einwaage berechnet werden. Vereinfacht man die Beziehung für Mischungen die annähernd gleiche Anteile Wasser und Öl enthalten, so erhält man 1,5nm d= . w (C ) Berechnen Sie mit dieser Beziehung die Größe d der Wasser- und Ölbereiche für die obige Zusammensetzung 5. Welche Strukturgröße erhalten Sie, wenn Sie das ineffiziente Tensid C4E1 durch das sehr effiziente Tensid C12E4 (w(C)=0,03)? e) Nutzen Sie die von Volmer abgeleitete Beziehung zur thermodamischen Stabilität von Mikroemulsionen aus, um die Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Öl für beide Systeme (C4E1 und C12E4) zu berechnen.

5

Name:

6

Name:

Optoelektronik 4.1 (10 Punkte) a) Wie können Sie mit Hilfe von Sonnenlicht und Wasser s-polarisiertes Licht erzeugen? Der Brechungsindex von Wasser und Luft ist n = 1,33 bzw. n = 1,0. Skizzieren Sie den Aufbau und berechnen Sie den Winkel der Reflexion. Welche Eigenschaften hat das transmittierte Licht und wie groß ist der Winkel den reflektierter und gebrochener Strahl einschließen?

b) Stellen Sie den Reflexionsgrad von s- und p-polarisiertem Licht als Funktion des Einfallswinkels grafisch dar. Betrachten Sie den Übergang Luft/Glas (n=1,5).

1 .0 0 .9 Reflexionsgrad

0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 .0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

E in fa lls w in k e l / °

7

Name:

4.2 (10 Punkte)

In der Abbildung ist der Brechungsindex n als Funktion der Wellenlänge eines πkonjugierten Polymers dargestellt. Kennzeichnen Sie den Bereich normaler Dispersion und geben Sie die Definition für normale Dispersion an. Welches Phänomen tritt im Bereich anomaler Dispersion auf? Zeichnen Sie eine Kurve ein, die dieses Phänomen beschreibt (rechte Achse). Erläutern Sie die mikroskopische (molekulare) Ursache für die drei Bereiche anomaler Dispersion!

8

Name:

4.3 (10 Punkte) Schätzen Sie aus der abgebildeten Kennlinie einer Si-Solarzelle (Fläche 0,1 cm2 ) folgende Größen ab: a) die maximale Leistung b) die Leistung am Punkt maximaler Leistung (MPP) c) den Füllfaktor d) die Effizienz der Si Zelle aus ii) und der Annahme, das die eingestrahlte Lichtleistung von 10 mW/cm2 vollständig absorbiert wird.

0.005 0.000 -0.005

Strom / A

-0.010 -0.015 -0.020 -0.025 -0.030 -0.035 -0.040 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Spannung / V

9

Name:

4.4 (10 Punkte) Die Abbildung zeigt das UV-Vis Absorptionsspektrum einer 2 · 10-5 molaren Lösung eines aromatischen Amins in einer 1 cm langen Küvette. (Absorption = Extinktion = optische Dichte) a) Berechnen Sie den molaren Extinktionskoeffizienten ε bei 4 eV. b) Wieviel Prozent des Lichtes durchdringt bei einer Photonenenergie von 4 eV die Küvette? c) Welche Absorption zeigt die Lösung in einer 0,1 cm langen Küvette? d) In einem konventionellen Spektrometer kann eine Absorption A ~ 2 brauchbar gemessen werden. Wie hoch kann die Konzentration der Lösung mit dem molaren Extinktionskoeffizienten ε aus a) in einer 10 cm langen Küvette sein, damit Sie noch brauchbare Messergebnisse erhalten? e) Welche Farbe hat die Lösung? (2 Zusatzpunkte)

Absorption

0,2

0,1

0,0 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 Photonenenergie [eV]

10

Name:

4.5 (10 Punkte) Kennzeichnen Sie in der folgenden Tabelle die im jeweiligen Aggregatzustand üblicher Weise vorhandenen Eigenschaften mit „ja“ und die nicht vorhandenen mit „nein“. Molekulare Molekulare Orientierungsfernordnung Positionsfernordnung

Anisotropie

Kristall Flüssigkristall Isotrope Flüssigkeit

Nennen Sie zwei Methoden zur Charakterisierung flüssigkristalliner Phasen und bezeichnen Sie deren Messgrößen.

11