Jeden Monat haben Alumni des College of Science die Möglichkeit, ihre Fähigkeiten zu testen und eine aktuelle Prüfungsfrage für Studierende der Naturwissenschaften zu lösen. Diese Fragen werden im monatlichen Newsletter des College of Science, Discovery Monthly, gestellt. Die allererste Wissenschaftsfrage des Monats wurde im Alumni-Magazin Discovery 2022 vorgestellt.
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Die Dezember-Wissenschaftsfrage des Monats, die von stellvertretendem Dekan und Chemieprofessor Vince Catalano bereitgestellt wurde, wurde aus einer Prüfung in Chemie 181 gezogen.
Frage
Bei der „Méthode Champenoise“ wird Traubensaft in einer Weinflasche zu Champagner vergoren. Wie viel Gramm Glukose (C6H12Ö6) werden fermentiert, wenn 500 mL CO2(g) wird bei 0,862 atm und 310 K erzeugt?
Die Fermentationsreaktion ist:
C6H12Ö6 (aq) -> 2 CH3CH2OH(aq) + 2 CO2(g)
Lösungen
Um dieses Problem zu lösen, müssen wir die Gleichung des idealen Gasgesetzes verwenden, die lautet:
PV = nRT
Dabei ist P der Druck des Gases, V das Volumen des Gases, n die Molzahl des Gases, R die Gaskonstante und T die Temperatur.
Wir wissen, dass der Druck des CO2 Gas ist 0,862 atm und das Volumen des Gases ist 500 ml, und wir können annehmen, dass die Temperatur 310 K beträgt. Wir wollen die Molzahl von CO wissen2 Gas produziert, das wir dann verwenden können, um die Anzahl der Mol Glukose zu berechnen, die fermentiert wurden.
Zuerst müssen wir das Volumen des Gases von ml in L umwandeln, da das Volumen für die Gleichung des idealen Gasgesetzes in Liter angegeben werden muss. Wir können dies tun, indem wir das Volumen in ml durch 1000 teilen:
V = 500 ml / 1000 = 0,5 l
Als nächstes müssen wir den Wert der Gaskonstante R bestimmen. Der Wert der Gaskonstante hängt von den Einheiten ab, die wir für Druck, Volumen und Temperatur verwenden. Der korrekte Wert der Gaskonstante für dieses Problem ist 0,0821 L*atm/(mol*K). Dieser Wert ist geeignet, wenn der Druck in atm, das Volumen in Litern und die Temperatur in Kelvin angegeben ist.
Schließlich können wir die Werte, die wir haben, in die ideale Gasgesetzgleichung einsetzen und nach n auflösen, der Anzahl der CO-Mol2 produziertes Gas:
PV = nRT (0,862 atm)(0,5 L) = n(0,0821 L*atm/(mol*K))(310 K)
n = 0,0169 Mol
Nun, da wir die Anzahl der Mole von CO kennen2 Gas produziert, können wir die ausgeglichene chemische Gleichung für die Fermentationsreaktion verwenden, um die Anzahl der fermentierten Mol Glucose zu berechnen. Gemäß der ausgeglichenen chemischen Gleichung werden für jedes 1 Mol fermentierte Glucose 2 Mol CO2 produziert2 werden produziert. Somit ist die Anzahl der fermentierten Mol Glucose:
0,0169 Mol CO2 / (2 Mol CO2/mol Glucose) = 0,0085 mol Glucose
Schließlich können wir die Molzahl von Glucose in Gramm umrechnen, indem wir die Molmasse von Glucose verwenden, die 180,16 g/mol beträgt:
0,0085 mol Glucose * 180,16 g/mol = 1,53 g Glucose
Wenn also 500 ml CO2 Während des Fermentationsprozesses entsteht bei 0,862 atm und 310 K Gas, insgesamt werden 1,53 g Glucose vergoren.
Gewinner im Dezember
Gewinner im Dezember war Daniel Phillips, der als Erster eine richtige Antwort einreichte. Herzlichen Glückwunsch Daniel!
Phillips, Klasse von ’02 Ph.D. (Chemie) hat die Prüfungsfrage Chemie 181 richtig beantwortet.
Phillips wuchs in Orinda, Kalifornien, auf. 2014 zog er dorthin zurück. Phillips ist derzeit Chemieprofessor am St. Mary’s College of California, wo er hauptsächlich organische Chemie und allgemeine Chemie und gelegentlich Biochemie lehrt. Phillips hat zehn Forschungspublikationen auf dem Buckel, darunter drei seit seinem Abschluss an der Universität.
„Geh packen!“ er sagte.