AT-I - Chemie
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Übung 7, PC-BT für Biotechnologen, WS 09/10 1.) Verläuft die Reaktion von Pyruvat zu Lactat mit NADH gemäß: CH3COCOO- + NADH + H+ CH3CH(OH)COO- + NAD+ in wässeriger Lösung bei 25 oC unter biologischen Standardbedingungen freiwillig? Wie groß ist K der formulierten Reaktion und RGo´ ? (eo` aus Tabelle, 25500; - 25,14 kJ/mol) 2.) Berechnen Sie das biologische Standardpotential eo` aus dem chemischen Stp. eo = - 0,11 V in wässriger Lösung bei 25 oC gemäß NAD+ + H+ + 2 e- NADH. (- 0,32 V) 3.) Ihnen liegen die Redoxpaare Chinon/Hydrochinon und Fe3+/Fe2+ vor. Die Aktivitätsverhältnisse von Ch/H2Ch sind gleich 10 und von Fe3+/Fe2+ = 0,01. Welche reversible Zellspannungen E messen Sie stromlos jeweils bei pH 1 und pH 4 bei 298 K, und welche Redoxreaktionen würden freiwillig ablaufen? (18,5 mV, 158,5 mV; eo aus ausgeteilter Spannungsreihe, auch oben) 4.) a) Gegeben ist folgende Zelle: Pt(s) / Cystein(aq), Cystin(aq) // H +(aq) / O2 / Pt(s) mit den Aminosäuren Cystein (Cys) HSCH2CH(NH2)COOH und Cystin (S-S) HOOCCH(NH2)CH2S-SCH2CH(NH2)COOH, die S-S + 2H+ + 2e-. Formulieren Sie die freiwillig folgende wässrige Halbzellenreaktion zeigen: 2Cys ablaufende Redoxreaktion und berechnen Sie die chemischen Standardgrößen Eo und RGo der Zelle bei 25 oC mit eo(S-S/Cys) = - 0,34 V. (1,57 V; für z = 2: -303 kJ/mol b) Berechnen Sie jetzt die biologischen Standardpotentiale bei 25 und 37 oC sowie die biologische reversible Zellspannung Eo`. (0,75 bzw. - 0,77 und 0,82 bzw. 0,80 V; 1,57 V pH unabhängig, da beide Halbzellen pH abhängig) 5.) a) Ab welchem pH-Wert zeigt die Gleichgewichtskonstante einer Fe2+ Oxidation mit Sauerstoff (p(O2) = po) zu Fe3+ bei 25 oC in einer entsprechenden elektrochemischen Messzelle einen Wert > 1, verläuft also freiwillig, wenn das Aktivitätsverhältnis a(Fe3+)/a(Fe2+) = 1/10 beträgt? (eo - Werte aus Tabelle) b) Formulieren Sie die freiwillig verlaufende Redoxreaktion. (kleiner pH 8,8; Fe2+ + O2) 6.) a) Formulieren Sie die entsprechenden Säure-Basen-Gleichgewichte zur Berechnung von Ks(HAc) und Kb(Ac-) (Essigsäure = HAc und Acetat = Ac-) und zeigen Sie an Hand der tabellierten thermodynamischen Daten bei 298 K (unten), dass für ein korrespondierendes Säure-Base-Paar bei dieser Temperatur gilt: pKs + pKb = pKW (14) b) Berechnen Sie mit den tabellierten Daten die Gleichgewichtskonstante K nachfolgender Säure-BaseReaktion: HAc + NH3 Ac- + NH4+ (1). Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht, wie groß ist K der umgekehrten Reaktion und entsprechen (rechts; 3,163 x 10-5) diese Ergebnisse Ihren Erwartungen (Begründung). c) Zeigen Sie am Beispiel der Gleichung (1) aus 6b) mit den tabellierten Daten, dass für eine freiwillig verlaufende Säure-Base-Reaktion für ein rechts liegendes Gleichgewicht (K > 1) und pKs(S1) < pKs(S2) also Säure 1 stärker als Säure 2 gilt: pK = pKs(S1) - pKs(S2). d) Wie verändern sich jeweils alle Ihre berechneten Gleichgewichtskonstanten (insgesamt vier) mit Erhöhung der Temperatur? (kleiner, größer, kleiner,größer) Ac- (aq) H2O OH- (aq) NH3 (aq) NH4+ (aq) BHio kJ/mol - 488,44 - 488,86 - 285,85 - 229,95 - 80,83 - 132,80 Sio J/mol K - 390,60 + 70,00 - 10,54 + 110,00 + 112,84 Stoff i HAc (aq) - 298,10 Hb, 18.01.2010
