Российские учителя и репетиторы оценили сложность заданий ЕГЭ по химии: Общество: Россия: Lenta.ru

Российские учителя, частные репетиторы и специалисты оценили, насколько сложными были задания Единого государственного экзамена (ЕГЭ) по химии, который выпускники сдали в минувший четверг, 16 июля. Об этом пишет «Коммерсантъ».

Как рассказала изданию выпускница из Владимира, у нее возникли сложности даже с первыми заданиями экзамена. Девушку охватил страх, а некоторые в классе заплакали. Учительница подтвердила, что ее ученики выходили с экзамена «в прострации и говорили, что труднейший тест».

Преподаватель химии Татьяна Рыбка считает, что проблема заданий экзамена — в формулировках, из-за которых они усложнились. Чтобы их решить, по ее оценке, необходимо «в три раза больше времени», отведенного на экзамен. Это заставило многих выпускников нервничать уже в начале тестирования.

Репетитор из Санкт-Петербурга Семен Васин увидел в заданиях «вызов и провокацию». Тем не менее, считает он, решить их на базе школьной программы можно, но его ученикам отведенного времени оказалось недостаточно.

Такого же мнения придерживается и преподаватель онлайн-курсов по химии, доктор наук Сергей Широкопояс. Однако он заметил, что среди заданий были «бестолково усложненные логическими нагромождениями». Специалист предположил, что их так сформулировали, чтобы «взять на испуг» выпускников, поскольку не запаниковавшим ребятам удалось их выполнить. При этом Широкопояс обратил внимание на несоответствие некоторых заданий с материалами для подготовки к экзамену, несмотря на то, что за пределы школьной программы они не выходили.

Россияне создали сразу несколько петиций с требованием признать недействительными результаты ЕГЭ по химии в связи с повышенной сложностью заданий. Однако Рособрнадзор опроверг эти жалобы, отметив, что задания не выходят за рамки школьной программы.

16 июля сообщалось об учительнице химии Ольге Юмашевой из Красноярска, которая ради эксперимента сдала ЕГЭ вместе с учениками. Она также ужаснулась сложности заданий и едва успела написать экзамен в отведенное время. «Есть задания, которые я вообще впервые видела. Я, по логике вещей, что-то написала, но не знаю, насколько это правильно! Первую часть написала неплохо, но вторая часть — очень подковыристая, много подводных камней», — рассказала Юмашева.

Только важное и интересное — у нас в Facebook

Учителя прокомментировали жалобы выпускников и их родителей на сложные задачи в ЕГЭ по химии

Задания ЕГЭ по химии, которые многие выпускники и родители сочли слишком сложными, в основном не выходят за рамки школьной программы, однако они были усложнены новыми формулировками, которых не было в вариантах, рекомендованных для подготовки к экзаменам. Об этом сообщает «Коммерсант» со ссылкой на преподавателей, частных репетиторов и химиков.

Несколько дней назад родители выпускников начали высказывать свое беспокойство тем, что задачи в прошедшем ЕГЭ по химии были слишком сложные и отличались от тех, что обычно решали их дети. В связи с этим родители вместе со школьниками создали петицию под названием «ЕГЭ по химии 2020 был очень сложным! Центр в истерике! Изменить критерии оценивания!».

change.org

«16 июля 2020 года на ЕГЭ по химии достались очень сложные варианты. Сегодняшние работы не соответствовали уровню заданий с ФИПИ, демоверсий и досрочных вариантов. <…> На сегодняшнем экзамене ученики рыдали, кого-то забрали медицинские работники! Столько сил, нервов, денег ушло на подготовку!» — говорится в тексте петиции.

Эту точку зрения поддержали многие пользователи социальных сетей, заявив о несправедливости.

Репетитор Семен Васин из Петербурга считает, что задания в целом получились «несбалансированными, с вызовами и провокацией».

«Но это не значит, что их невозможно было решить, опираясь на школьную программу. Обычно моим ученикам хватало два с половиной часа на решение задач и занесение ответов в бланки, а в этот раз трех с половиной часов для всех ребят оказалось недостаточно», — заявил Васин.

Преподаватель химии Татьяна Рыбка также считает, что задания не выходили за рамки школьной программы, однако формулировки в них оказались более сложными по сравнению с теми материалами, по которым готовились выпускники. По ее словам, чтобы решить задания с новыми формулировками, требуется «в три раза больше времени», из-за чего многие учащиеся начали переживать уже в начале экзамена.

Преподаватель онлайн-курсов для подготовки к ЕГЭ по химии кандидат химических наук Сергей Широкопояс заявил, что на ЕГЭ по химии практически не было вопросов, выходящих за рамки школьной программы, однако были задания, сформулированные таким образом, чтобы «взять на испуг» школьников.

При этом в Рособрнадзоре считают, что сложность заданий была адекватной и соответствовала школьной программе, а сами задания не должны были стать неожиданностью для участников.

«Все задания высокого уровня сложности строятся исключительно на материале школьного курса химии соответствующего уровня и рассчитаны на выпускников, изучавших предмет на профильном уровне», — отметили в ведомстве.

ЕГЭ по химии прошел 16 июля. В этом году его сдавали более 90 тыс. человек.

Еще больше свежих новостей читайте в нашем Телеграм-канале.

София Медведева ВКонтакте, Москва, Россия, id216283955

GONE.Fludd
spit it out instead to swallow

ОНЛАЙН-ШКОЛА «НОО» | Медицина
НОО | Медицина — это онлайн-школа для углубления знаний по медицинским предметам. В НЕЙ: 🧠 Сочетаются амбиции молодого поколения с опытом и знаниями старшего. 🧬 Проводятся бесплатные курсы, вебинары и видеоуроки. 🦠 Ежедневно публикуются познавательные посты, игры и задания.

ЕГЭ ПО ХИМИИ НА МАКСИМУМ
Годные материалы для сдачи ЕГЭ по химии

ЕГЭ. Мемы «Весёлая креветка»

Ежедневно выкладываем мемы, связанные с курсом, ЕГЭ и др. Приветствуются люди, которые помогут новыми идеями в разделе «предложить новость», либо уже с готовыми мемами.

Гороскоп от каждый день на каждый день
Мемный гороскоп на каждый день для каждого знака зодиака. Вся размещаемая информация никаким образом не дискриминирует кого-то по любому признаку, не призывает к каким либо действиям, несёт юмористический и развлекательный характер. Все посты и герои вымышлены. Любые совпадения с реальными личностями случайны. Если размещённая информация оскорбляет ваши взгляды, убеждения, религиозную принадлежность и тд — покиньте паблик.

Широкопояс. Химия ЕГЭ. Вебинары.
Приветствую всех в моем паблике. Меня зовут Сергей Иванович Широкопояс Я являюсь выпускником химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, а также имею ученую степень кандидата химических наук. В данной группе я выкладываю различные полезные материалы для подготовки к ЕГЭ практически исключительно своего авторства. Много полезной информации вы можете найти в списке ссылок моего паблика. Добро пожаловать!

Подслушано МГМУ им. Сеченова
Здесь вы можете поделиться любыми секретами, мемами и вопросами, имеющими то или иное отношение к Первому МГМУ им. И.М. Сеченова. Анонимность гарантируется ✔ Как добавить пост? Отправьте пост в «Предложить новость» сообщества. Запись опубликуется без вашего авторства, само собой. По вопросам сотрудничества обращаться к [id260225978|Бонифацию Дусевичу]!

Tyg-Smoke
Дружелюбный магазин электронных сигарет ! Tyg-Smoke,это: -лучшее качество 💯 -проверенные поставщики ✅ -только топовые вкусы💨 -доступная цена💵 Продажа (Puff Bar Plus и HQD) в Розницу и Оптом!

заходи, вдохновимся | study

Химия ЕГЭ 100БАЛЛОВ
Самоподготовка к ЕГЭ 2021 по ХИМИИ Добро пожаловать на публичную страницу онлайн-подготовки к ЕГЭ 2021 года от проекта ЕГЭ 100БАЛЛОВ! Ежедневно для мы размещаем полезную информацию и ведем бесплатные занятия по ХИМИИ. С нами ты сможешь отлично подготовиться к экзаменам и сдать их НА МАКСИМАЛЬНЫЕ БАЛЛЫ! Навигация: vk.com/page-40390886_55828874 Обсуждения: vk.com/board40390886 Если у вас есть интересный материал, выкладывайте в «Предложенные новости». Свои вопросы оставляйте в «Предложить новость» с хештегом #ask_chem@chemistry_100 или задавайте в обсуждении пилотной группы: https://vk.com/topic-40390886_38598106 Информация о платных курсах и репетиторских услугах публикуется только на правах рекламы. Условия размещения можно узнать здесь: vk.com/id38654010

Биологи-всеросники
Перед вами группа, посвященная Всероссийской олимпиаде школьников по биологии (или просто всеросу) и жизни около нее. Здесь вы найдете много полезной информации, актуальные новости и ценные советы. Если вы когда-либо участвовали в заключительном этапе Всероссийской олимпиады по биологии и украдкой в минуты кручины продолжаете вспоминать то самое время, ежели несете в сердце своем безумие лютого ботанья в предолимпиадные часы, ностальгически вспоминаете посиделки с друзьями-товарищами ночами после туров, все еще ощущаете ту скромную радость победы и отсутствие ожидаемого ликования или же вновь переживаете хандру поражений, то вам здесь будут рады! Если вы не участвовали в заключительном этапе, но хотите, и у вас возник вопрос к олимпиадникам-олдфагам, его можно задать здесь. Если ищете литературу для подготовки, тоже можем посоветовать. Данная группа предназначена именно для олимпиадной жизни, поэтому просьба не писать вопросов про ЕГЭ/ДВИ и прочие экзамены, а также искать помощи в решении школьных домашних заданий. Интересные задачи серьезного уровня «на подумать» — другое дело. Также не пишите вопросов со всяких онлайн олимпиад в надежде, что мы решим их за вас. Может быть и решим, но ответ вам не скажем)

Химия: 11 класс ★ Степенин и Дацук
Материалы по химии для 11 класса и подготовки к ЕГЭ. Дайджест постов из наших групп ВК.

History of the Universe | Космос

Русский язык ЕГЭ 100БАЛЛОВ
Страница для самоподготовки к ЕГЭ по русскому языку. Ежедневно для Вас мы размещаем здесь различные задания и полезные материалы для подготовки к ЕГЭ. Подробнее об этом читайте в закрепленной записи. Навигация: https://vk.com/page-10175642_43964056 Правила сообщества: https://vk.com/topic-40390849_35404683 Если у вас остались какие-то вопросы, то пишите их в сообщения.

Овсянка, сэр!
Самое свежее и актуальное тут #ВидеоСэр@ovsyanochan #МузыкаСэр@ovsyanochan #КлипСэр@ovsyanochan

Биология ЕГЭ 100БАЛЛОВ
Страница для самоподготовки к ЕГЭ по биологии в 2021 году. Ежедневно для Вас мы размещаем здесь различные задания и полезные материалы для подготовки к ЕГЭ. Подробнее об этом читайте в закрепленной записи. Навигация: https://vk.com/page-10175642_35905296 Правила сообщества: https://vk.com/topic-40390678_37100665 Если у вас остались какие-то вопросы, то пишите их в сообщения.

Решение заданий. Наука для тебя

4ch
Сообщество содержит аморальный контент «Юмор не воспринимай всерьез этот, все сарказм» паблик создавался не для того, чтобы тебя развлекать, а для того, чтобы я и мои друганы постили сюда понравившиеся пикчи и музычку если пикча крутая кидай ее в коменты и если она РЕАЛЬНО супер – пойдет в ленту а на лайки пофиг пацаны, у нас их вк выкручивает Находясь дома, на скучных уроках или работе Вы ставите лайки под нашими сомнительными постами, а на вас появляются дела в ФСБ

Кольцевые лампы Москва | BayzShop
Обычный человек, который открыл свой магазинчик 🙂 Занимаюсь продажей сам, каждый заказ обрабатывается мною вручную. Нахожусь в Москве, в пределах МКАД доставляю товар самостоятельно, не прибегая к помощи курьеров. В другие города оформляю доставку — почтой России\сдэк (по полной предоплате), отправка за счёт покупателя по тарифу транспортной компании. К каждому заказу прилагается сладкий бонус от продавца =) Не забывайте оставлять свои отзывы %)

✅ ИП ШИРОКОПОЯС ДАНИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ, 🏙 Салехард (OГРН 319890100025818, ИНН 890101168055) — 📄 реквизиты, 📞 контакты, ⭐ рейтинг

Последствия пандемии

В полной версии сервиса доступна вся информация по компаниям, которых коснулись последствия пандемии коронавируса: данные об ограничениях работы и о программе помощи от государства тем отраслям, которые испытывают падение спроса

Получить доступ

Краткая справка

ИП ШИРОКОПОЯС ДАНИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ было зарегистрировано 06 ноября 2019 (существует 1 год) под ИНН 890101168055 и ОГРНИП 319890100025818. Местонахождение Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард. Основной вид деятельности ИП ШИРОКОПОЯС ДАНИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ: 20.14 Производство прочих основных органических химических веществ. Телефон, адрес электронной почты, адрес официального сайта и другие контактные данные ИП ШИРОКОПОЯС ДАНИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ отсутствуют в ЕГРИП.

Информация на сайте предоставлена из официальных открытых государственных источников.

Контакты ИП ШИРОКОПОЯС ДАНИЛ АЛЕКСЕЕВИЧ

Местонахождение

Россия, Ямало-Ненецкий автономный округ, город Салехард

Зарегистрирован 06 ноября 2019

Перейти ко всем адресам


Телефоны

—

Электронная почта

—

Учитель из Петербурга, заявивший об утечках ЕГЭ, проиграл суд Рособрнадзору

Педагог из Петербурга, боровшийся за честность Единого Госэкзмена проиграл суд. Дмитрий Гущин минувшим летом на своей странице в соцсети сделал громкое заявление об утечках заданий — по химии и математике. И как результат экзамен в 2018 году на 100 баллов вдруг сдали ученики, от которых этого не ждали. Такое смелое заявление победителя Всероссийского конкурса «Учитель года» не понравилось чиновникам от образования. Подозрения в утечке, дескать, оскорбляют их репутацию. От Гущина теперь требуют публичных извинений.

Когда-то лучший учитель страны, теперь петербургский педагог, проиграл в суде собственному начальству. В Рособрнадзоре сочли, что его расследование порочит репутацию ведомства. И сумели доказать то, что учитель пишет в соцсетях — неправда.

Все началось с публикации нескольких примеров накануне ЕГЭ. Когда такие же задания оказались на экзамене, то стало ясно, что это утечка.

— Множество свидетельств учащихся, которые писали — у меня в таком-то регионе было это задание, а у меня вот это, — говорит педагог Дмитрий Гущин.

К сожалению, для себя некоторые педагоги признают — это вовсе не их заслуга в том, что выпускники 2018 года на экзаменах по математике и химии показали удивительные результаты.

— Количество стобальников в этом году по-моему в два раза выше. С чем это связано — можно догадаться, — говорит преподаватель химии Сергей Широкопояс.

После экзаменов в Рособрнадзоре отчитались — все прошло без сбоев. А утечек вообще с 2014 года ни разу не было. А если и были, то к чему волновать учеников.

— Даже если это на самом деле произошло — зачем будоражить. Но этого не могло произойти, потому что наши технологии исключают эту возможность. Даже разработчики не знают финальные варианты заданий, — отметили в ведомстве.

На строптивого учителя Гущина в суд подали. И доказали — задания, которые публиковались в интернете и те, которые были на экзаменах на самом деле отличаются друг от друга. А ведь никто и не спорит.

— Если присматриваться, можно обнаружить, что нижний индекс отличается. Все остальное совпадает, — говорит педагог Дмитрий Гущин.

Это полноценный прототип, модульное задание, утверждает учитель.

— Общая идея соответствует. Зная материалы из интернета можно было иметь серьезные преимущества на экзамене, — уверен Гущин.

На экзамене по химии совпадение, порой, и вовсе стопроцентным было. Коллеги петербургского учителя подтвердили — тесты были известны заранее. Сами же ученики и присылали.

— Ладно была бы тематика схожа — ну, электролиз и электролиз. Там совпадали все численные значения абсолютно с теми задачами, что на листочках эти было, — сказал преподаватель химии Сергей Широкопояс.

Но многие выпускники, правда, не поверили, что в сеть утекли модульные задания. А увидев их на экзамене, локти кусали.

Петербургский учитель вовсе не считает себя скандалистом. Говорит, не для того секретные файлы публиковал, чтобы сор из избы выносить.

— Экзаменационные материалы были известны школьникам и с этим надо бороться. Вот суть того, о чем выступаю я, — заявил Гущин.

Вопреки решению суда, он пока не спешит удалять ту самую публикацию с выдержками из заданий — сообщение, которое так оскорбило ответственных за ЕГЭ. Принципиальный педагог будет оспаривать решение. И добиваться, чтобы экзамен, от которого зависят судьбы абитуриентов, стал по-настоящему честным.

Задания 26 ЕГЭ 2021 по химии с ответами и решениями

]]>

]]>
17.02.2019

Сборник заданий «Как решать задачу №26» из ЕГЭ по химии в формате 2021 года (по демоверсии)

Каждое задание содержит правильный ответ (в конце документа) и подробный разбор, благодаря которому вы поймете как правильно решать задания такого типа.

Замечательный материал для самоподготовки — сохрани его к себе!

Примеры заданий №26

Колонна синтеза используется в процессах получения

  1. серной кислоты
  2. метанола
  3. аммиака
  4. железа из руды
  5. бензина из нефти

Наиболее токсичны для живого организма ионы:

  1. меди
  2. натрия
  3. ртути
  4. магния
  5. калия

Установите соответствие между веществом и промышленным способом его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

МЕТАЛЛ

  1. алюминий
  2. железо
  3. натрий
  4. литий

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

  1. восстановлением углем из оксида
  2. электролизом расплава соли
  3. вытеснением из расплава соли магнием
  4. восстановлением хромом из оксида
  5. электролизом расплава оксида в криолите

Видеоурок по заданию №26

Больше примеров №26 и ответы смотрите в PDF файле ниже.

Смотреть в PDF:

Или прямо сейчас: cкачать в pdf файле.

Сохранить ссылку:
Добавить комментарий

Комментарии без регистрации. Несодержательные сообщения удаляются.

Хочешь, я научу тебя составлять самые страшные задачи на атомистику? | Репетитор по химии и биологии

Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ЕГЭ, ДВИ, олимпиадам

Вчера мои ученики принесли мне одну из задач с элементами атомистики. В интернете все наперебой уверяют, что именно такие задачи будут в 34-х заданиях ЕГЭ. Пока давайте разбираться с задачей:

Задача (имя автора укажу чуть позже)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II). Когда соотношение числа катионов водорода и катионов меди в растворе стало равно 1:2, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. (Принять, что степень диссоциации сильных электролитов в растворе по всем ступеням равна 100%. Число Авогадро принять равным 6,02 • 1023 моль-1)

Нужно понимать, что задачу я решила мгновенно, в процессе объяснения своим ученикам.

Пока я решала задачу, меня терзали смутные сомнения о том, что я где-то уже слышала похожее условие и мои ручки уже прописывали аналогичный алгоритм (особенно, когда речь зашла о том, что «из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г»). И я вспомнила! ЕГЭ 2018, реальные задачи и «желтенький листочек» с задачами на электролиз, слитый в сеть сразу после экзамена.

Задача 34 (ЕГЭ 2018)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г 16%-ного раствора сульфата меди (II). После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Фото сделано осенью 2018 года, когда мы с учениками (еще очно, не онлайн, на моей доске в кабинете) разбирали задачи прошедшего ЕГЭ.

Затем я нашла и автора задачи, которую мне принесли ученики

Автор задачи С.Широкопояс

Автору — респект! Мне очень понравилась идея — брать уже готовые структуры задач и перекручивать их на другой алгоритм. Я считаю, что особенно интересно это будет для ребят. Когда познаешь «кухню» составления задач, учишься видеть систему алгоритма.

Я подхватила знамя автора-составителя и хочу на примере все этой же задачи построить несколько других вариантов ее звучания, включив элементы атомистики.

Как модифицировать любую задачу атомистикой?

Нужно взять за основу систему уже решенной задачи, затем любую точку условия или расчетов перестроить на атомистику.

Давайте попробуем составить такие задачи. Я предлагаю использовать «родную маму», представленную на ЕГЭ 2018, взяв для модификации, например, исходный раствор.

Задача 1 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 16%-ный раствор сульфата меди (II), содержащий 32 г меди. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 2 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 16%-ный раствор сульфата меди (II), содержащий число Авогадро ионов. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 3 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 16%-ный раствор сульфата меди (II), содержащий 0,5 моль анионов. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 4 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 16%-ный раствор сульфата меди (II), содержащий 46,67 г водорода. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 5 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 16%-ный раствор сульфата меди (II), содержащий 405,28 г кислорода. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 6 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г раствора сульфата меди (II), в котором на 3 катиона меди приходится 140 молекул воды. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 7 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г раствора сульфата меди (II), содержащий 23,33*N(A) молекул воды. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Задача 8 (автор кбн Богунова В.Г.)

Для проведения электролиза (на инертных электродах) взяли 500 г раствора сульфата меди (II), в котором на 76 атомов кислорода приходится 140 атомов водорода. После того как на аноде выделилось 1,12 л (н.у.) газа, процесс остановили. Из полученного раствора отобрали порцию массой 98,4 г. Вычислите массу 20%-ного раствора гидроксида натрия, который нужно добавить к отобранной порции раствора до полного осаждения ионов меди. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Как вы понимаете, во всех модифицированных задачах будет один ответ — 40 граммов 20%-ного раствора гидроксида натрия.

Если вам понравилась игра в составление страшных задач на атомистику, подключайтесь — вы быстро подготовитесь к ЕГЭ (без репетиторов) и станете авторами бестселлеров!

Понравилась статья? Скоро будет продолжение. Самое интересное, как всегда, впереди! Успехов и удачи! До встречи на Яндекс Дзен! Не забывайте подписаться на мой канал и поставить лайк!

Еще больше заданий и задач вы найдете на сайте репетитора Богуновой Валентины Георгиевны

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Широкополосная 2D ИК-спектроскопия выявляет доминирующие асимметричные структуры гидратации протонов H 5 O 2 + в кислых растворах.

  • 1.

    Агмон, Н. Механизм Гроттуса. Chem. Phys. Lett. 244 , 456–462 (1995).

    Артикул CAS Google ученый

  • 2.

    Маркс, Д. Перенос протона через 200 лет после фон Гроттуса: выводы из ab initio моделирования. ChemPhysChem 7 , 1848–1870 (2006).

    Артикул PubMed Google ученый

  • 3.

    Cukierman, S. Et tu, Grotthuss! И другие незаконченные рассказы. Биохим. Биофиз. Acta Bioenerg. 1757 , 876–885 (2006).

    Артикул CAS Google ученый

  • 4.

    Agmon, N. et al. Протоны и гидроксид-ионы в водных системах. Chem. Ред. 116 , 7642–7672 (2016).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 5.

    Zundel, G. & Metzger, H. Energiebänder der tunnelnden Überschuß-Protenon in flüssigen Säuren. Eine IR-spektroskopische Untersuchung der Natur der Gruppierungen H 5 O 2 + . Z. Phys. Chem. 58 , 225–245 (1968).

    Артикул CAS Google ученый

  • 6.

    Яночек, Р., Вайдеманн, Э. Г., Пфайфер, Х. и Зундель, Г. Чрезвычайно высокая поляризуемость водородных связей. J. Am. Chem. Soc. 94 , 2387–2396 (1972).

    Артикул CAS Google ученый

  • 7.

    Janosche., R., Weidemen, E.G. & Zundel, G. Расчетные частоты и интенсивности, связанные с взаимодействием движения протона с колебанием растяжения водородной связи на поверхности двойного минимума потенциала. J. Chem. Soc. Faraday Trans. II 69 , 505–520 (1973).

    Артикул Google ученый

  • 8.

    Wicke, E., Eigen, M. & Ackerman, T. Über den zustand des protons (hydroniumions) в wäßriger lösung. Z. Phys. Chem. 1 , 340–364 (1954).

  • 9.

    Эйген, М. и Мейер, Л. Д. Самодиссоциация и перенос протонного заряда в воде и льду. Proc. R. Soc.Лондон. 247 , 505–533 (1958).

    Артикул CAS Google ученый

  • 10.

    Thämer, M., De Marco, L., Ramasesha, K., Mandal, A. & Tokmakoff, A. Сверхбыстрая 2D ИК-спектроскопия избыточного протона в жидкой воде. Наука 350 , 78–82 (2015).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 11.

    Дамс, Ф.и другие. Гидратированный избыточный протон в катионе Цунделя H 5 O 2 + : роль сверхбыстрых флуктуаций растворителя. Angew. Chem. Int. Эд. 55 , 10600–10605 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 12.

    Дамс, Ф., Фингерхат, Б. П., Нибберинг, Э. Т. Дж., Пайнс, Э. и Эльзессер, Т. Движение с большой амплитудой переноса гидратированных избыточных протонов, отображаемое с помощью сверхбыстрой 2D ИК-спектроскопии. Наука 357 , 491–495 (2017).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 13.

    Дейли, К. А. и др. Разложение экспериментальных рамановских и инфракрасных спектров кислой воды на протонные, специальные парные и противоионные вклады. J. Phys. Chem. Lett. 8 , 5246–5252 (2017).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 14.

    Карпентер, В. Б., Фурнье, Дж. А., Льюис, Н. Х. К. и Токмакофф, А. Кинетика переноса пикосекундных протонов в воде, выявленная с помощью сверхбыстрой ИК-спектроскопии. J. Phys. Chem. В 122 , 2792–2802 (2018).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 15.

    Бисвас, Р., Карпентер, В., Фурнье, Дж. А., Вот, Г. А. и Токмакофф, А. ИК-спектральные отнесения для гидратированного избыточного протона в жидкой воде. J. Chem. Phys. 146 , 11 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 16.

    Беркельбах, Т. К., Ли, Х. С. и Такерман, М. Е. Согласованная динамика водородных связей в механизме переноса гидратированного протона: исследование молекулярной динамики из первых принципов. Phys. Rev. Lett. 103 , 238302 (2009).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 17.

    Маркс Д., Такерман М. Э., Хаттер Дж. И Парринелло М. Природа гидратированного избыточного протона в воде. Nature 397 , 601–604 (1999).

    Артикул CAS Google ученый

  • 18.

    Kulig, W. & Agmon, N. A. Метод «кластеры в жидкости» для расчета инфракрасных спектров определяет режим переноса протона в кислых водных растворах. Nat. Chem. 5 , 29–35 (2013).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 19.

    Гиберти Ф., Хассанали А. А., Чериотти М. и Парринелло М. Роль квантовых эффектов на структурные и электронные флуктуации в чистой и заряженной воде. J. Phys. Chem. В 118 , 13226–13235 (2014).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 20.

    Свенсон, Дж.М. Дж. И Саймонс Дж. Роль переноса заряда в структуре и динамике гидратированного протона. J. Phys. Chem. В 113 , 5149–5161 (2009).

    Артикул CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 21.

    Asmis, K. R. et al. Инфракрасный спектр газовой фазы протонированного димера воды. Наука 299 , 1375–1377 (2003).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 22.

    Headrick, J. M. et al. Спектральные характеристики колебаний гидратированных протонов в кластерах воды. Наука 308 , 1765–1769 (2005).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 23.

    Fournier, J. A. et al. Снимки аккомодации протонов на микроскопической поверхности воды: понимание колебательных спектральных характеристик дефекта заряда в криогенно охлажденных кластерах H + (H 2 O) n = 2-28 кластеров. J. Phys. Chem. А 119 , 9425–9440 (2015).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 24.

    Heine, N. et al. Изомер-селективное обнаружение колебаний водородной связи в протонированном гексамере воды. J. Am. Chem. Soc. 135 , 8266–8273 (2013).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 25.

    Ким, Дж., Шмитт, У. В., Грюцмахер, Дж. А., Вот, Г. А. и Шерер, Н. Е. Колебательный спектр гидратированного протона: сравнение эксперимента, моделирования и анализа нормальных мод. J. Chem. Phys. 116 , 737–746 (2002).

    Артикул CAS Google ученый

  • 26.

    Xu, J. Q., Zhang, Y. & Voth, G.A. Инфракрасный спектр гидратированного протона в воде. J. Phys. Chem. Lett. 2 , 81–86 (2011).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 27.

    Knight, C. & Voth, G.A. Любопытный случай гидратированного протона. В соотв. Chem. Res. 45 , 101–109 (2012).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 28.

    Vendrell, O., Gatti, F. & Meyer, H.-D. Полномерное (15-мерное) квантово-динамическое моделирование протонированного димера воды.II. Инфракрасный спектр и колебательная динамика. J. Chem. Phys. 127 , 184303 (2007).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 29.

    Wolke, C. T. et al. Спектроскопические снимки механизма переноса протона в воде. Наука 354 , 1131–1135 (2016).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 30.

    Гуаско, Т. Л., Джонсон, М. А. и Маккой, А. Б. Выявление ангармонических эффектов в колебательных спектрах предиссоциации H 5 O 2 + и его дейтерированных аналогов. J. Phys. Chem. А 115 , 5847–5858 (2011).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 31.

    Yu, Q. & Bowman, JM Сообщение: VSCF / VCI колебательная спектроскопия H 7 O 3 + и H 9 O 4 + с использованием высокоуровневых, многочастичные поверхности потенциальной энергии и поверхности дипольного момента. J. Chem. Phys. 146 , 121102 (2017).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 32.

    Бисвас, Р., Карпентер, В., Вот, Г. А. и Токмакофф, А. Молекулярное моделирование и определение ИК-спектров гидратированного избыточного протона в изотопно разбавленной воде. J. Chem. Phys. 145 , 12 (2016).

    Артикул CAS Google ученый

  • 33.

    Стоянов Е.С., Стоянова И.В., Рид К.А. Уникальная природа H + в воде. Chem. Sci. 2 , 462–472 (2011).

    Артикул CAS Google ученый

  • 34.

    Карпентер, В. Б., Фурнье, Дж. А., Бисвас, Р., Вот, Г. А. и Токмакофф, А. Делокализация и перемешивание изгиба-растяжения изгиба HOH в жидкой воде. J. Chem. Phys. 147 , 084503 (2017).

    Артикул CAS PubMed Google ученый

  • 35.

    Петерсен, П. Б., Токмаков, А. Источник сверхбыстрого непрерывного инфракрасного и терагерцового излучения. Опт. Lett. 35 , 1962–1964 (2010).

    Артикул PubMed Google ученый

    • (PDF) Химическое распознавание с помощью широкополосной терагерцовой спектроскопии

    спектры искусственных молекул РНК, [

    J. Phys. Д, нет. 36, pp. 1314–1322, 2003.

    [5] Д. Л. Вулард, Т. Р. Глобус,

    B.Л. Гельмонт, М. Быховская,

    AC Samuels, D. Cookmeyer, JL Hesler,

    TW Crowe, JO Jensen, JL Jensen,

    и WR Loerop, B Субмиллиметровая волна

    фононных мод в макромолекулах ДНК, [

    Phys. Ред. E, т. 65, нет. 5, 2002,

    арт. нет. 051 903.

    [6] A. Markelz, S. Whitmire, J. Hillebrecht и

    R. Birge, BTHz-спектроскопия во временной области

    биомолекулярных конформационных мод, [

    Phys.Med. Биол., Т. 47, pp. 3797–3805,

    2002.

    [7] SE Whitmire, D. Wolpert, AG Markelz,

    JR Hillebrecht, J. Galan, and RR Birge,

    B Гибкость белка и конформационное состояние

    : Сравнение коллективных

    мод колебаний дикого типа и

    D96N бактериородопсина, [Biophys. J.,

    т. 85, pp. 1269–1277, 2003.

    [8] Р. М. Вудворд, В. П. Уоллес,

    Д. Д. Арноне, Э. Х. Линфилд и

    М.Пеппер, Б. Терагерцовая импульсная визуализация

    рака кожи во временной и частотной области

    , [J. Biol. Phys., Т. 29, pp. 257–261,

    2003.

    [9] YC Shen, T. Lo, PF Taday, BE Cole,

    WR Tribe и MC Kemp, BDetection

    и идентификация взрывчатых веществ с использованием

    терагерц. спектроскопическая визуализация, [

    Appl. Phys. Lett., Vol. 86, 2005,

    арт. нет. 241 116.

    [10] С. Ван, Б. Фергюсон, Д.Abbott, и

    X.-C. Чжан, BT-лучевая визуализация и томография

    , [J. Biol. Phys., Т. 29,

    pp. 247–256, 2005.

    [11] Д. Миттлман, Терагерцовое зондирование

    Радиация. Берлин, Германия: Springer,

    2003.

    [12] M. Walther, P. Plochocka, B. Fischer,

    H. Helm, PU Jepsen, BCollective

    колебательные моды в биологических молекулах

    , исследованные терагерцами спектроскопия во временной области

    , [Биополимеры, т.67, нет. 4–5,

    pp. 310–313, 2002.

    [13] BM Fischer, M. Walther, and PU Jepsen,

    B Дальние инфракрасные колебательные моды ДНК

    компонентов, изученных с помощью терагерцовой временной области

    спектроскопия, [Phys. Med. Биол., Т. 47,

    pp. 3807–3814, 2002.

    [14] M. Takahashi, Y. Ishikawa, J. Nishizawa, и

    H. Ito, колебательные моды с низкой частотой

    рибофлавина и родственных соединений, [

    Chem. Phys. Lett., т. 401, pp. 475–482,

    2005.

    [15] M. Walther, B. Fischer, M. Schall, H. Helm,

    и PU Jepsen, BFar-инфракрасные колебательные спектры

    полностью транс , 9-цис и 13-цис

    сетчатки, измеренные с помощью ТГц спектроскопии во временной области

    , [Chem. Phys. Lett., Vol. 332,

    pp. 289–295, 2000.

    [16] М. Вальтер, Б. М. Фишер и П. У. Джепсен,

    B Нековалентные межмолекулярные силы в

    поликристаллических и аморфных сахаридах

    в дальней инфракрасной области [Chem.Phys., Т. 288. Spectrosc., Т. 35, pp. 139–143,

    2004.

    [18] PF Taday, IV Bradley,

    DD Arnone, M. Pepper, BUsing

    Терагерцовая импульсная спектроскопия для изучения

    кристаллической структуры лекарственного средства:

    Пример полиморфов

    гидрохлорида рантидина, [J.Pharm.

    Наука, т. 92, pp. 831–838, 2003.

    [19] CJ Strachnan, T. Rades, DA Newham,

    KC Gordon, M. Pepper, and PF Taday,

    B Терагерцовая импульсная спектроскопия

    для изучения кристалличности фармацевтические материалы

    , [Chem. Phys. Lett., Vol. 390,

    pp. 20–24, 2004.

    [20] B. Fischer, M. Hoffmann, H. Helm,

    G. Modjesch, PU Jepsen,

    B Химическое распознавание в терагерцах

    во временной области спектроскопия и визуализация, [

    Semicond.Sci. Technol., Т. 20, pp. 246–253,

    2005.

    [21] K. Kawase, Y. Ogawa и Y. Watanabe,

    B Неразрушающая терагерцовая визуализация

    запрещенных наркотиков с использованием спектральных отпечатков пальцев, [

    . Экспресс, т. 11, вып. 20, pp. 2549–2554,

    2003.

    [22] F. Huang, B. Schulkin, H. Altan,

    J. Federici, D. Gary, R. Barat, D. Zimdars,

    M Чен и Д. Б. Таннер, BTerahertz

    , исследование 1,3,5-тринитро-s-триазина (RDX)

    с помощью спектроскопии во временной области и FTIR, [

    Appl.Phys. Lett., Vol. 83, pp. 2477–2479,

    2003.

    [23] Y. Chen, H. Liu, Y. Deng, D. Schauki,

    MJ Fitch, R. Osiander, C. Dodson,

    JB Spicer , М. Шур и X.-C. Zhang,

    BTHz-спектроскопическое исследование 2,4-динитротолуола

    , [Chem. Phys. Lett.,

    т. 400, pp. 357–361, 2004.

    [24] Л. Страйер, Биохимия. Нью-Йорк: Freeman,

    1998.

    [25] М. Хинено и Х. Йошинага, BFar-инфракрасный

    Спектры моно-, ди- и трисахаридов

    в 50–16 см

    1

    при температуре жидкого гелия, [

    Spectrochim.Acta, т. 30, нет. A, pp. 411–416,

    1973.

    [26] JF Federici, B. Schulkin, F. Huang,

    D. Gary, R. Barat, F. Oliviera и

    D. Zimdars, BThz визуализация и зондирование

    для приложений безопасностиVExplosives,

    оружия и наркотиков, [Semicond. Sci.

    Технол., Т. 20, pp. 266–280, 2005.

    [27] П. Ю. Джепсен и Б. М. Фишер, BDynamic

    Диапазон

    в терагерцовом диапазоне пропускания во временной области

    и спектроскопия отражения, [Опт.Lett.,

    т. 30, нет. 1, pp. 29–31, 2005.

    [28] LF Gervasio, G. Cardini, PR Salvi и

    V. Schettino, BL Низкочастотные колебания

    полностью транс-ретиналя: Дальний инфракрасный и

    рамановских спектров и функционала плотности

    расчетов, [J. Phys. Chem., Т. 102,

    pp. 2131–2136, 1998.

    [29] Y. A. Grudzkov, Y. M. Gupta, BVibrational

    Свойства и структура тетранитрата пентаэритрита

    , [J.Phys. Chem., Т. 105A,

    pp. 6197–6202, 2001.

    [30] J. Clarkson, WE Smith, DN Batchelder,

    DA Smith и AM Coats, BA теоретический

    исследование структуры и колебаний

    2 , 4,6-тринитротолуол, [J. Mol. Struct.,

    т. 648, pp. 203–214, 2003.

    [31] К. Озеки, Н. Сакабе, Дж. Танака,

    B Кристаллическая структура тимина, [

    Acta Cryst. В, т. 25. С. 1038–1045,

    1969.

    [32] M. Dauchez, P. Derreumaux и

    G. Vergoten, B Колебательное молекулярное силовое поле

    модельных соединений, представляющих

    биологический интерес: II. Гармоническая динамика

    обоих аномеров глюкозы в кристаллическом состоянии

    , [J. Comp. Chem., Т. 14, pp. 263–277,

    1992.

    [33] M. Sekkal, P. Legrand, G. Vergoten и

    M. Dauchez, BA колебательно-молекулярное силовое поле

    модельных соединений с

    биологическими интерес: III.Гармоническая

    динамика -и -D-галактозы в

    кристаллическом состоянии, [Спектрохим. Acta A,

    т. 48, pp. 959–973, 1992.

    [34] Г. М. Браун и Х. А. Леви,

    Б. Альфа-дельта-глюкоза V Дальнейшее уточнение

    на основе данных дифракции нейтронов

    , [Acta Chryst. В, т. 35, pp. 656–659,

    1979.

    [35] E. Hough, S. Neidle, D. Rogers и

    PGH Troughton, B. Кристаллическая структура

    моногидрата -D-глюкозы, [Acta Cryst.В,

    об. 29, pp. 365–367, 1973.

    [36] М. Ямагути, Ф. Миямару, К. Ямамото,

    М. Тани, и М. Хангио, BTerahertz

    спектры поглощения L-, D-, и

    DL-аланин и их применение к

    определению энантиометрического состава

    , [Заявл. Phys. Lett., Vol. 86,

    2005, арт. нет. 053 903.

    [37] O. Wallach, BZur Kenntniss der Terpene

    und der a

    ¨

    therischen O

    ¨

    le, [Liebigs Ann.Chem.,

    ,

    , т. 286, pp. 90–143, 1895.

    [38] CP Brock, WB Schweizer и JD Duitz,

    B О справедливости правила Уоллаха V В отношении плотности и стабильности рацемических кристаллов

    по сравнению с их хиральными аналогами, [

    J. Amer. Chem. Soc., Т. 113, pp. 9811–9820,

    1991.

    [39] П. Э. Лунер, А. Д. Патель и Д. К. Свенсон,

    BðþÞ-винная кислота, [Acta Crystallographica C,

    vol. 58, стр.O333 – O335, 2002.

    [40] B. M. Fischer, M. Franz, and D. Abbott,

    BT-ray biosensing: универсальный инструмент для изучения

    низкочастотных межмолекулярных колебаний, [

    Proc. SPIE: Биомедицинское применение

    Micro- и Nanoengineering III, vol. 6416,

    2006, арт. нет. 64 160U.

    [41] Х. Дессейн, К. Клоу, Р. Кеулерс, Р. Мяо,

    В. В. Дорен и Н. Блатон, Б. Влияние давления и температуры

    на колебательные спектры

    различных водородов

    связанные системы, [Спектрохим.Acta A,

    т. 57, pp. 231–246, 2001.

    [42] Д. Х. Баркер, Д. Т. Ходжес и

    Т. С. Хартвик, Инфракрасные изображения BFar, [

    Proc. SPIE, т. 67, pp. 27–34, 1975.

    [43] Б. Б. Ху и М. К. Нусс, BImaging

    с терагерцовыми волнами, [Опт. Lett., Vol. 20,

    pp. 1716–1718, 1995.

    [44] PU Jepsen, M. Schall, V. Schyja,

    C. Winnewisser, H. Helm и

    SR Keiding, BDetection of high power

    Импульсы ТГц за счет задержки фазы в электрооптическом кристалле

    [в Ultrafast Processes

    в Spectroscopy, Svelto et al., Ред. Нью-Йорк:

    Пленум, 1996, стр. 645–648.

    [45] X.-C. Чжан, К. Ву, П. Кэмпбелл и

    Л. Либело, Б. Новые датчики поля для

    субпикосекундных электромагнитных

    импульсов, [в сверхбыстрых процессах в спектроскопии,

    Свелто и др., Под ред. Нью-Йорк: Пленум,

    1996, стр. 649–652.

    [46] Б. Фергюсон, С. Ван, Д. Грей, Д. Эбботт, и

    X.-C. Чжан, BИдентификация биологической ткани

    с использованием терагерцевого изображения с чирпированным зондом, [

    Microelectron.J., т. 33, pp. 1043–1051,

    2002.

    [47] Y. Watanabe, K. Kawase, T. Ikari, H. Ito,

    Y. Ishikawa, and H. Minanide, BComponent

    анализ пространственной структуры химических веществ с использованием спектроскопической визуализации

    терагерцового диапазона [Прил. Phys.

    Lett., Vol. 83, pp. 800–802, 2003.

    [48] BM Fischer, M. Hoffmann, H. Helm,

    R. Wilk, F. Rutz, T. Kleine-Ostmann,

    M. Koch, and PU Джепсен, Б.Терагерц

    спектроскопия во временной области и визуализация

    искусственной РНК, [Opt.Экспресс, т. 13,

    нет. 14, pp. 5205–5215, 2005.

    [49] J. Knab, J. Y. Chen и A. G. Markelz,

    BHydration зависимость подтверждающей

    дилектрической релаксации лизоцима, [

    Biophys. J., т. 90, нет. 7, pp. 2576–2581,

    2006.

    Фишер и др.: Химическое распознавание с помощью широкополосной ТГц спектроскопии

    Vol. 95, № 8, август 2007 г. | Труды IEEE 1603

    Широкополосная вращательная спектроскопия транс-3-пентеннитрила и 4-пентеннитрила †, Physical Chemistry Chemical Physics

    Широкополосная вращательная спектроскопия транс-3-пентеннитрила и 4-пентеннитрила †
    Физическая химия Химическая физика ( ЕСЛИ 3.430 ) Дата публикации: 2019-10-14 , DOI: 10.1039 / c9cp04328d Пиюш Мишра, Шон М. Фриц, Брайан М. Хейс, Дипали Н.Мехта-Хурт, Хадиджа М. Джавад, Тимоти С. Цвиер

    Титан, спутник Сатурна, имеет богатую азотом и метаном атмосферу, похожую на пребиотическую землю, и изобилует органическими нитрилами.Пентеннитрилы еще не обнаружены в атмосфере Титана или в молекулярных облаках, но они являются потенциальными предшественниками гетероароматических соединений, таких как пиридин. Мы провели широкополосные микроволновые исследования в диапазоне 8–18 ГГц на изомере trans 3-пентеннитрила (3-PN) и 4-пентеннитрила (4-PN) в условиях струйного охлаждения. Нарушение когерентности в сильном поле (SFCB) использовалось для селективной модуляции интенсивности микроволновых переходов специфическим для конформера образом для 3-PN, помогая при анализе.Идентифицированы два конформера 3-ПН и пять конформеров 4-ПН и приписаны вращательные переходы. Доказательства расщепления внутреннего вращения метила наблюдались для обоих конформеров 3-PN, и высота барьера обоих конформеров была определена экспериментально. Сравнение выполнено из конформационных предпочтений, стабильности и барьеров изомеризации с помощью полученных спектров вращения и расчетов поверхности потенциальной энергии (PES) структурных изомеров 3-PN и 4-PN.

    更新 日期 ： 2019-11-04

    Сверхчувствительное измерение пероксирадикалов методом химического усиления широкополосная спектроскопия с усилением резонатора

    Метод PERCA (PEroxy Radical Chemical Amplification), который основан на каталитическом превращении окружающих пероксирадикалов (HO 2 и RO 2 , где R означает любую органическую цепь) в большее количество диоксид азота (NO 2 ), усиленный цепными реакциями путем добавления высоких концентраций NO и CO в проточный реактор, широко используется для полного пероксирадикала RO 2 * (RO 2 * = HO 2 + ΣRO 2 ) измерения.Высокочувствительное и точное измерение концентрации NO 2 играет ключевую роль в точном измерении концентрации RO 2 *. В этой статье мы сообщаем о разработке двухканального прибора для химического усиления, который объединил метод PERCA с некогерентной широкополосной абсорбционной спектроскопией с усилением резонатора (IBBCEAS) для измерения пероксирадикалов. Метод IBBCEAS позволяет одновременно измерять несколько видов с высокой спектральной идентификацией и может напрямую измерять концентрации NO 2 с высокой чувствительностью и высокой точностью и без помех со стороны других поглотителей.Чувствительность детектирования разработанного прибора PERCA – IBBCEAS для радикалов HO 2 составила около 0,9 pptv (1 σ , 60 с) при относительной влажности (RH) 10%. С учетом источников ошибок обнаружения NO 2 , определения ХЛ и радикального разделения в пробе воздуха общая погрешность измерений RO 2 * составила около 16–20%.

    У вас есть доступ к этой статье

    Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

    Программное обеспечение глобальной оптимизации и широкополосного анализа для межзвездной химии (GOBASIC)

    A&A 585, A23 (2016)

    Программное обеспечение глобальной оптимизации и широкополосного анализа для межзвездной химии (GOBASIC)

    ⋆

    Мэри Л.Rad ⋆⋆ , Luyao Zou ⋆⋆ , Джеймс Л. Сандерс III и Сюзанна Л. Видикус Уивер

    Университет Эмори, Химический факультет, Атланта, Джорджия, 30322, США
    электронная почта: [email protected]

    Поступила: 2 сентября 2013 г.
    Принята: 12 октября 2015 г.

    Аннотация

    Контекст. Широкополосные приемники, работающие на миллиметровых и субмиллиметровых частотах, требуют разработки новых инструментов для спектрального анализа и интерпретации.Одновременный глобальный многомолекулярный многокомпонентный анализ необходим для точного определения физических и химических условий на основе богатых линиями спектров, возникающих от таких источников, как горячие ядра.

    Цели. Мы стремимся предоставить надежную и эффективную программу автоматического анализа для решения проблем, связанных с большими наборами спектральных данных, производимых радиотелескопами.

    Методы. Мы написали программу в среде численных вычислений MATLAB для одновременного глобального анализа обзоров широкополосных линий.Программа глобальной оптимизации и широкополосного анализа для межзвездной химии (GOBASIC) использует упрощающее предположение о локальном термодинамическом равновесии (ЛТР) для спектрального анализа для определения молекулярной плотности столбца, температуры и информации о скорости.

    Результаты. GOBASIC обеспечивает одновременную многомолекулярную, многокомпонентную подгонку для широкополосных спектров. Количество компонентов, которые могут быть проанализированы одновременно, ограничено только доступными вычислительными ресурсами.Анализ последующих наборов молекул или компонентов выполняется итеративно с учетом предыдущих подходов. Все особенности данной молекулы по всему окну подбираются сразу, что предпочтительнее подхода диаграммы вращения, поскольку глобальный анализ менее чувствителен к смешанным характеристикам и шумовым характеристикам в спектрах. Кроме того, метод подгонки, используемый в GOBASIC, нечувствителен к выбранным начальным условиям, подгонка автоматизирована, и подгонка может выполняться в параллельной вычислительной среде.Эти функции делают GOBASIC ценным улучшением по сравнению с ранее доступными методами анализа LTE.

    Ключевые слова: методы: анализ данных / астрохимия / линия: идентификация / молекулярные данные

    ⋆⋆

    Первые два автора внесли равный вклад в эту рукопись.

    © ESO, 2015

    1. Введение

    Обзоры широкополосных спектральных линий являются полезными инструментами в астрохимии, потому что их можно использовать для жесткого ограничения физических условий в астрономических источниках, исследуя диапазон энергий возбуждения для каждой наблюдаемой молекулы.Более 180 молекул было обнаружено в межзвездной и околозвездной среде –1, причем большое количество из них представляют собой сложные органические молекулы (СОМ), то есть содержащие шесть или более атомов (Herbst & van Dishoeck 2009). Многие сети астрохимического моделирования стремятся выяснить химию, которая приводит к образованию этих COM (примеры см. Гаррод и др., 2008; Лаас и др., 2011). Однако эти модели необходимо сравнивать с наборами данных наблюдений, чтобы определить уровень их точности.Для этой цели хорошо подходят обзоры спектральных линий.

    Исследования спектральных линий исторически были ограниченными по времени из-за ограниченной полосы пропускания гетеродинных приемников и связанных с ними спектрометров. Однако технический прогресс привел к разработке широкополосных инструментов, которые позволяют проводить регулярные линейные наблюдения. Обширные наборы спектральных данных теперь доступны благодаря внедрению этой технологии приемника и спектрометра на таких объектах наблюдений, как космическая обсерватория Herschel и Атакамская большая миллиметровая / субмиллиметровая матрица (ALMA).Благодаря этому новому поколению возможностей наблюдений, обзор спектральных линий становится стандартной частью почти каждого спектрального наблюдения. Теперь проблема заключается в том, как наиболее эффективно анализировать эти наборы данных, чтобы можно было извлечь физическую и химическую информацию в масштабе времени, который сопоставим с наблюдением за циклами предложений. Хотя метод диаграммы вращения обычно используется для этого типа анализа, этот подход имеет недостатки с точки зрения работы со смешанными линиями и несколькими физическими компонентами.Такие программы, как набор программ XCLASS / MAGIX (Möller et al. 2013), CASSIS 2 и WEEDS (Maret et al. 2011), также доступны, но часто требуют значительного количества времени и пользовательского ввода. Более глобальный подход к подбору, требующий небольшого участия пользователя, был бы идеальным для анализа информации обследования широкополосных линий.

    Для удовлетворения этих потребностей в среде научных вычислений MATLAB была создана программа спектрального анализа 3 , использующая методы глобальной оптимизации и предположения о локальном термодинамическом равновесии (LTE).Программа глобальной оптимизации и широкополосного анализа для межзвездной химии (GOBASIC) предлагает простую и единообразную платформу анализа данных, которую можно адаптировать к конкретным потребностям пользователя, при этом она применима для решения множества задач анализа данных наблюдений. Первое поколение этой программы, представленное здесь, было ограничено приближением LTE, потому что это простейшая модель для анализа формы линии. Хотя перенос излучения может быть наиболее физически точной моделью для межзвездных источников, частота столкновений недоступна для многих представляющих интерес COM (van der Tak et al.2007). Таким образом, приближение ЛТР является разумным первым приближением для использования при анализе линейных обзоров химически сложных источников. Обзор дизайна программы GOBASIC и результаты тестов производительности представлены здесь.

    2. Разработка программы

    Программный код GOBASIC, написанный в среде научных вычислений MATLAB, был депонирован в качестве дополнительной информации к этой рукописи. Здесь дается базовый обзор дизайна программы; подробности работы программы приведены в учебном документе, который был включен в программный код.MATLAB — это коммерчески доступная программа, поддерживаемая множеством вычислительных сред. Все тесты, описанные в этой статье, были запущены в MATLAB 2014a.

    Программа GOBASIC принимает набор данных наблюдений в виде файла ASCII с двумя столбцами, далее обозначаемого как xy, с форматированием частоты в МГц и интенсивности в температуре антенны, T a (K). Спектр откалиброван по температуре главного луча, T MB (K), с использованием преобразования (1), где η — эффективность телескопа, которая определяется в программе как параметр, задаваемый пользователем.

    Анализ данных наблюдений выполняется путем сравнения спектра с лабораторной спектральной информацией, которая импортируется в измененном формате файла каталога с разделителями табуляцией, на основе стандартного формата, реализованного в Каталоге спектральных линий JPL (Пикетт и др., 1998) и Кельне. База данных для молекулярной спектроскопии (CDMS; Müller et al. 2005). Файлы каталога усечены, чтобы соответствовать частотному диапазону набора данных наблюдений. Пользователи могут также указать пороговые значения для интенсивности линии, неопределенности частоты и более низкой энергии состояния при загрузке файлов каталога.Переходы, не соответствующие этим пороговым значениям, удаляются из моделирования, чтобы сократить время вычислений. Все переходы моделируются, если не указаны пороговые значения.

    GOBASIC использует статистическую сумму вращения вида (2), где Q ( T ) — статистическая сумма при температуре T , A , B и C — постоянные вращения молекулы, k — постоянная Больцмана, а h — постоянная Планка.Значение Q ( T ) получается путем интерполяции или экстраполяции информации о функции распределения, предоставленной каталогами JPL и CDMS (Пикетт и др. 1998; Мюллер и др. 2005). Колебательные статистические суммы не рассматриваются. Пользователи должны помнить об этом при загрузке каталогов, содержащих переходы из нескольких вибрационных состояний.

    Коэффициенты переходов Эйнштейна A определяются с использованием информации о статистической сумме, представленной при 300 K, и информации каталога (3), где g u — это вырождение верхнего состояния, I — сила линии ( I = 10 (LGINT) , где LGINT — сила линии логарифма по основанию 10, указанная в каталоге), ν c — частота перехода в МГц, Q (300) — значение функции распределения при 300 K и E l и E u — энергии нижнего и верхнего состояний, соответственно, в Джоулях.

    Производящая функция для спектра в GOBASIC была получена из уравнений, используемых для получения диаграммы населенности в условиях LTE (Goldsmith & Langer, 1999). Оптическая толщина, τ , адаптирована из уравнения 6 в Goldsmith & Langer (1999): (4) предполагая гауссов профиль линии, где x — спектральная частота, ν c — центральная частота переход, ν от — доплеровский сдвиг перехода, Δ ν — полуширина спектральной линии на полную ширину (FWHM), N u — плотность столбцов верхнего состояния, B ul — коэффициент перехода Эйнштейна B , а c — скорость света.

    Предполагая условия LTE и подставляя соотношения (5) и (6), где N T — общая плотность столбцов, получаем τ в форме (7) где g ( x ) — линия Гаусса. профиль (8) Оптическая толщина связана с температурой главного луча соотношением (9) где η B — коэффициент заполнения луча, предполагая гауссов профиль мощности для обоих источников θ s и луча θ б .Размер источника θ с может быть получен из интерферометрических наблюдательных исследований. Для размера луча θ b ширина луча по половинной мощности гауссовой освещенной тарелки с конусностью −10 дБ на краю зависит от частоты излучения и рассчитывается в GOBASIC с использованием соотношения (10), где λ — длина волны излучения, соответствующая частоте перехода ν c , а D — диаметр антенны телескопа 4 .Уравнение (10) подходит для большинства телескопов с одной тарелкой, но пользователь может также указать свою собственную оценку размера луча и напрямую адаптировать код GOBASIC для наблюдений с одной тарелкой или интерферометрических наблюдений. Если информация о размере источника недоступна, пользователь может установить θ s равным 0, что, в свою очередь, вынуждает η B равняться единице.

    Функция подгонки генерируется путем суммирования вектора температуры главного луча каждого компонента j : (11) где — вектор подгоночного параметра p p p = [ p 1 , р 2 , … , p 4 j ]. Векторная норма остатка (12) минимизируется, где — данные наблюдений, а — ранее подобранные спектры. Это эквивалентно оптимизации методом наименьших квадратов. Здесь компонент относится к любому уникальному спектральному моделированию, которое отличается от всех остальных по крайней мере одной характеристикой, то есть молекулярной идентичностью, температурой, скоростью, шириной линии или пространственным распределением. При расчете полного моделирования GOBASIC суммирует интенсивности компонентов, а не их оптическую толщину.Таким образом, каждый компонент может обрабатываться отдельно для упрощения подгонки, и могут применяться индивидуальные коэффициенты разбавления пучка.

    Подгоночными параметрами для каждого компонента являются десятичный логарифм плотности столбца N T в см -2 , спектральная линия с полувысотой Δ v в км с -1 , температура T в K, умноженное на 0,01, и сдвиг скорости v от в км с -1 .Изменение масштаба плотности колонки и температуры гарантирует, что все параметры подгонки имеют одинаковый порядок величины, обеспечивая надежные результаты подгонки. Ширина линии и сдвиг скорости преобразуются на лету в частоту с использованием соотношения Доплера (13), где v — это сдвиг или ширина линии в км / с -1 , а c — скорость света в км / с -1 .

    Можно установить несколько компонентов одновременно. Количество компонентов, устанавливаемых за один раз, полностью определяется вычислительными затратами, и это количество может быть увеличено, если программа будет реализована в параллельной вычислительной среде.Перед оптимизацией требуются начальные предположения для каждого из параметров и верхней и нижней границ.

    Используемый алгоритм представляет собой алгоритм поиска по образцу в наборе инструментов глобальной оптимизации MATLAB 5 . Этот алгоритм чрезвычайно полезен для этого типа набора данных, потому что это метод, свободный от производных, и поэтому он может решать негладкую многопараметрическую оптимизацию. В отличие от большинства обычных подпрограмм подбора производных, алгоритм, который использует GOBASIC, с меньшей вероятностью попадет в конкретный локальный минимум до того, как он пройдет все пространство параметров, и, как таковой, результат нечувствителен к первоначальному предположению матрицы параметров.Этот алгоритм также хорошо подходит для параллельной обработки, что позволяет программе использовать преимущества многоядерных процессоров и больших компьютерных кластеров.

    Анализ многих смешанных объектов — одна из основных проблем современных подходов к анализу линейной съемки. GOBASIC хорошо оборудован для решения этой задачи, поскольку он разработан для одновременного размещения произвольного числа молекулярных компонентов. Единственным ограничением этого подхода является доступная вычислительная мощность, так как пространство подобранных параметров расширяется на порядок p 4 j по мере увеличения числа компонентов j .GOBASIC также позволяет использовать подход итеративной подгонки, когда весь спектральный анализ можно разделить на несколько задач подгонки, каждая из которых соответствует нескольким компонентам. Следует проявлять осторожность, потому что негауссовские формы линий также содержат несколько гауссовых компонентов. Пользователи имеют возможность редактировать форму линии, используемую для подгонки, если они хотят адаптировать программу для других типов анализа. Пример итеративной процедуры подбора показан в таблице 1. Этот подход требует, чтобы в первую очередь были проанализированы молекулы с наиболее интенсивными спектральными характеристиками.Затем следует провести дополнительный анализ для молекул с более слабым спектром, работая в порядке спектральной интенсивности. Можно настроить оптимизацию для каждой новой молекулы, чтобы учесть результаты ранее проанализированных молекул.

    Таблица 1

    Пример итеративного процесса подгонки.

    Результаты подгонки параметров, а также связанные с ними неопределенности отображаются в терминале Matlab, а подогнанные спектры отображаются в сравнении с данными наблюдений в графическом интерфейсе пользователя Matlab.Результаты и спектры также можно экспортировать в читаемые таблицы и файлы с разделителями-запятыми. Более подробная информация об оценке неопределенностей параметров обсуждается в Приложении A.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Тест производительности: синтезированные спектры

    Производительность программы GOBASIC оценивалась путем анализа искусственных спектров, которые можно легко смоделировать в GOBASIC. Как спектр без шума, так и спектр с искусственным шумом моделировались из четырех молекулярных компонентов с известными физическими параметрами.Использовались четыре молекулы: метанол, метилцианид, диоксид серы и метилформиат, которые являются обычными молекулами в большом количестве, обнаруженными в горячих ядрах. Искусственный шум генерировался для зашумленного спектра генератором случайных чисел Matlab. Случайные числа имели гауссовское распределение со стандартным отклонением σ = 30 мК, добавленным к базовой линии, плюс стандартное отклонение σ = 20%, примененное к интенсивности спектральной линии. Входные параметры для спектрального синтеза были выбраны такими, чтобы оба оптически тонкие (т.е.g., метанол, диоксид серы и метилформиат) и оптически густые (например, метилцианид) условия.

    Подгонки как бесшумных, так и зашумленных спектров были открыты для большого пространства параметров, где плотность столбцов могла изменяться на 10 порядков, температура могла варьироваться от 0 до 1000 К, ширина и сдвиг линии могли варьироваться от -30 до +30 км с -1 , и начальные предположения для каждого параметра были установлены в средней точке пространства параметров. Подгонка зашумленного спектра показана на рис.1. Соответствующие результаты и сообщенные погрешности показаны в таблице 2. Оба набора результатов демонстрируют превосходное согласие с входными значениями даже в таком большом пространстве параметров и способны учитывать как оптически тонкие, так и оптически толстые особенности спектральных линий. Изменение начальных предполагаемых значений не повлияло на результаты в пределах неопределенности, что указывает на надежность алгоритма подбора GOBASIC для поиска глобального минимума.

    рисунок 1

    Подгонка синтезированного зашумленного спектра для четырех молекул. Верхняя панель показывает весь спектр, а нижняя панель показывает детали спектра. Синтезированный спектр выделен черным цветом, метанол — красным, метилцианид — зеленым, диоксид серы — синим, метилформиат — фиолетовым и полное соответствие — голубым.

    Открыть с помощью DEXTER
    Таблица 2

    Сравнение подгоночных параметров и заявленных неопределенностей (1 σ в скобках) как бесшумных, так и зашумленных смоделированных спектров.

    3.2. Сравнительные тесты: сравнение с методом ротационной диаграммы с использованием обзора Orion-KL

    Производительность GOBASIC сравнивалась с двумя методами анализа: методом диаграммы вращения, таким как использованный Blake et al. (1987) в своем обзоре Orion-KL, а также приложение MAGIX (Möller et al. 2013) к XCLASS 6 (Zernickel et al. 2012; Möller et al. 2013).

    Сравнение GOBASIC с методом диаграммы вращения, используемым Blake et al.(1987) был проведен с использованием обзора спектральных линий области звездообразования Орион-KL (неопубликованные данные Widicus Weaver, Sumner, & Lis), собранного в Субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института (CSO) 7 . В этом тесте был проведен анализ на метанол, диоксид серы, метилцианид, этилцианид, метилформиат, диметиловый эфир, тиоформальдегид, HCCCN, HNCO, CH 3 CCH, HDCO и HDO. Были выполнены две итерации подгонки. Первая итерация подгонки включала 13 CS, 34 SO, C 34 S, CS, формальдегид и OCS.Эти молекулы обладают интенсивными спектральными особенностями, но множественных переходов в спектральном диапазоне не происходит. Эта подгонка просто учитывает их вклад в спектр и не дает количественной информации о температуре или плотности столбца. Вторая итерация подгонки включала все 12 молекул, перечисленных выше, с учетом результатов первой итерации подгонки. Линии изотопологов CO были отмечены на протяжении всего процесса подбора. Подгонка была выполнена без отсечки интенсивности и была открыта для большого пространства параметров, используемого для синтезированных спектров, описанных выше.Поскольку результаты сравнивались с Blake et al. (1987), в анализе которых не учитывались факторы заполнения пучка, фактор заполнения пучка также не был включен в анализ GOBASIC, представленный здесь. Размер луча Blake et al. (1987) был идентичен размеру пучка, использовавшемуся для наблюдений CSO. Следовательно, результаты напрямую сопоставимы. Результаты подгонки показаны на рис. 2–6 и в таблице 3.

    Рис. 2

    Полное соответствие Ориону всех сообщенных молекул, перечисленных в Таблице 3.Наблюдательный спектр показан черным цветом, а полное соответствие — голубым.

    Открыть с помощью DEXTER
    Рис. 3

    Orion подходит для метанола, диоксида серы (SO 2 ), HDO, HNCO и диметилового эфира (DME). Наблюдательный спектр показан черным цветом, полное соответствие — голубым, а молекулярные компоненты проиллюстрированы цветами, указанными в легенде рисунка.

    Открыть с помощью DEXTER

    Как видно на рис.3–6, GOBASIC смоделировал основные особенности спектра наблюдений с небольшим количеством завышенных прогнозов, несмотря на то, что Orion-KL — чрезвычайно сложный источник с множеством компонентов температуры и скорости для нескольких молекул и в некоторых случаях сильным смещением линий. Температуры, ширины линий и сдвигов скорости большинства молекул сопоставимы с результатами, полученными в предыдущем исследовании Blake et al. (1987), даже когда параметрам позволялось значительно варьироваться во время оптимизации.Различная плотность столбцов связана с разной температурой и шириной линий, обнаруженных в двух исследованиях. Разница в температурах некоторых молекул между двумя анализами не удивительна, потому что есть склонность к завышению прогнозов в анализе диаграммы вращения из-за смешанных линий, где трудно определить количество потока, возникающего от одной молекулы. На диаграмме вращения любое завышенное предсказание интегральной интенсивности, полученное в результате смешения линий, может изменить наклон линии и, следовательно, прогнозируемую температуру.Также можно увидеть при совместном добавлении спектральных симуляций многих молекул, что переходы с низкой интенсивностью также вносят значительный поток, который нельзя учесть с помощью однолинейной гауссовой аппроксимации, используемой для построения диаграммы вращения. Глобальный анализ, такой как используемый в GOBASIC, может учитывать эти компоненты при определении физических условий для конкретной молекулы.

    Еще одним преимуществом GOBASIC является то, что его можно использовать для идентификации новых молекул при условии, что доступен молекулярный каталог.Диаграммы вращения могут быть ненадежными для идентификации новых молекул, потому что разумные диаграммы вращения могут быть получены из набора несвязанных слабых линий, особенно для сложных асимметричных роторов (Snyder et al. 2005). Однако в GOBASIC сдвиг скорости однороден для всех линий в данном молекулярном компоненте, что позволяет напрямую определять отсутствующие предсказанные переходы.

    Кроме того, результаты этого теста GOBASIC показывают, что соответствие было улучшено за счет одновременного подбора нескольких компонентов и включения предыдущих подгонок других молекул, особенно в тех случаях, когда молекулярные линии смешиваются.В этом тесте мы установили 15 молекулярных компонентов из 12 молекул одновременно на 24-ядерном параллельном вычислительном кластере за 60 часов машинного времени. Но может оказаться невозможным собрать все молекулы вместе из-за ограничений вычислительной мощности. В таких случаях молекулы также могут быть подобраны индивидуально, если переходы одной молекулы не перекрываются с другой, а затем включены в общую подгонку позже. Если одна молекула имеет различные компоненты температуры или скорости, или две молекулы имеют значительное перекрытие частот переходов (например,g., цианистый метил и CH 3 CCH) рекомендуется одновременная установка.

    Рис. 4

    Orion подходит для диоксида серы (SO 2 ) и тиоформальдегида (H 2 CS). Наблюдательный спектр показан черным цветом, общее соответствие — голубым, тиоформальдегид — зеленым, а три компонента диоксида серы — цветами, указанными в легенде рисунка.

    Открыть с помощью DEXTER
    Инжир.5

    Orion подходит для деталей CH 3 CCH и метилцианида (CH 3 CN). Наблюдательный спектр показан черным, полное соответствие — голубым, CH 3 CCH — красным, а метилцианид — синим.

    Открыть с помощью DEXTER
    Рис. 6

    Orion подходит для этилцианида (C 2 H 5 CN), метилформиата (HCOOCH 3 ), HCCCN и диоксида серы (SO 2 ).Наблюдательный спектр показан черным цветом, полное соответствие — голубым, этилцианид — красным, метилформиат — синим, HCCCN — зеленым, а полное соответствие диоксида серы — оранжевым.

    Открыть с помощью DEXTER
    Рис. 7

    Метилформиат подходит для W3 (H 2 O). Спектр наблюдений показан серым цветом, полное соответствие — голубым, однокомпонентное соответствие метилформиата — без поправки на заполнение луча — красным, и соответствие метилформиата, включая другие молекулы и поправку заполнения луча — синим.Верхняя панель показывает соответствие по всему спектру, а нижняя панель показывает спектральные детали.

    Открыть с помощью DEXTER

    3.3. Тесты производительности: сравнение с XCLASS / MAGIX с использованием W3 (H

    2 O) Survey

    Сравнение кодов GOBASIC и XCLASS / MAGIX было проведено путем анализа линейного обзора W3 (H 2 O) для метилформиата. Наблюдения W3 (H 2 O) были собраны в CSO; эти наблюдения и полный анализ обзора линии W3 (H 2 O) будут представлены в следующей публикации (Wehres et al., в разработке). На первом этапе сравнения GOBASIC и XCLASS / MAGIX было проверено, что программы GOBASIC и XCLASS / MAGIX производят одинаковые смоделированные спектры при использовании одинаковых входных параметров. Последующие тесты включали анализ идентичных наборов данных с использованием как GOBASIC, так и XCLASS / MAGIX. Все подгонки XCLASS / MAGIX выполнялись с использованием алгоритма Левенберга-Марквардта, без поправки на размер источника.

    При анализе W3 (H 2 O) 15 небольших молекул, таких как изотопологи CO и CS, были подогнаны заранее и включены в GOBASIC, как и предыдущие подборки, тогда как метилформиат был подогнан одновременно с пятью другими более крупными молекулами, включая метанол, метилцианид, CH 3 CCH, диметиловый эфир и диоксид серы.Посадки проводились как с учетом коэффициента заполнения пучка, так и без него. Размер используемого источника составлял 3,2 × 2,0 дюйма (Hernández-Hernández et al., 2014). Для сравнения также была проведена вторая подгонка, включающая только метилформиат, которая, как ожидается, даст нефизический результат. Результаты представлены в таблице 4, а посадки показаны на рис. 7.

    Таблица 4

    Сравнение параметров соответствия XCLASS / MAGIX и GOBASIC для метилформиата на W3 (H 2 O).

    Уровень шума набора данных около 0.05 К, и более половины линий метилформиата в частотном диапазоне смешаны или находятся в пределах смешения. Из-за смешанных свойств установка одного только метилформиата приведет к нефизическим результатам. Из рис. 7 можно видеть, что без включения других молекул, подбор одного только метилформиата имеет тенденцию к завышению предсказания ширины линии. При включении подобранных результатов для других молекул GOBASIC дал результат с разумным набором параметров для метилформиата. Кроме того, поправка на заполнение луча должна дать более точную оценку плотности столбца, в то время как ширина линии, температура и сдвиг скорости не будут существенно затронуты.Хотя информация о размере источника, полученная от Hernández-Hernández et al. (2014) — это только размер источника континуума 1,3 мм, который, как ожидается, будет отличаться от размера источника метилформиата, мы все еще можем видеть из таблицы 4, что плотность столбца масштабируется на основе коэффициента заполнения пучка, в то время как другие параметры согласуются с нескорректированные результаты в пределах неопределенности. Максимальная непрозрачность метилформиата, определенная в полном спектральном анализе, также увеличилась из-за поправочного коэффициента пучка, но все еще находится в оптически тонком приближении.

    Результаты также согласуются с результатами XCLASS / MAGIX. Различия в ширине линий возникают из-за того, что процесс подгонки в двух программах сильно отличается. Процесс автоматической подгонки GOBASIC требует гораздо меньше ручного ввода, чем XCLASS / MAGIX, который требовал начальной подгонки сильных линий метилформиата, чтобы ограничить первоначальные предположения, и ограниченного пространства параметров для подбора. GOBASIC, с другой стороны, смогла подобрать, не руководствуясь, из большого диапазона начальных предположений и продемонстрировала способность иметь дело с сильно смешанными характеристиками спектральных линий, когда в подгонку было включено достаточное количество молекул.

    4. Выводы

    Мы представили здесь программу спектрального анализа для одновременного глобального анализа обзоров широкополосных линий, программное обеспечение глобальной оптимизации и широкополосного анализа для межзвездной химии (GOBASIC). Программа GOBASIC выигрывает от использования метода оптимизации без производных, который подходит для этих типов нелинейных, негладких задач оптимизации. Простота генерирующей функции и алгоритма оптимизации делают эту программу подходящей для использования на большинстве настольных и портативных компьютеров.Эта программа также использует параллельную обработку для сокращения времени вычислений и может быть адаптирована для работы в среде вычислительного кластера.

    Программа GOBASIC сравнивалась как с синтезированными, так и с наборами данных наблюдений, и результаты оказались лучше, чем результаты, полученные с использованием других методов. GOBASIC можно использовать для всех молекул, для которых доступны вращательные спектральные каталоги. Использование приближения LTE позволяет быстро анализировать спектр, обеспечивая одновременную спектральную подгонку в больших спектральных диапазонах для нескольких молекул с несколькими физическими компонентами.Программа предлагает несколько преимуществ по сравнению с другими процедурами подбора, включая надежное определение глобального минимума, простой ввод данных пользователем, простую коррекцию заполнения луча, быстрое время анализа с параллельными вычислениями и подход одновременного широкополосного анализа.

    Приложение A: Оценка неопределенности подобранных параметров

    Обозначение журнала параметров оптимизации 10 ( N T ), Δ v, 0,01 T, v off всех компонентов, подходящих как вектор параметров p p p = [ p 1 , p 2 , … , p j ], функция аппроксимации в уравнении. (11) равно (A.1) для всех пар ( x i , y i ) в наборе данных xy .

    Мы используем уравнения, описанные в Burrell (1990), чтобы оценить погрешность параметров. Матрица кривизны определяется путем (A.2) суммирования всех точек данных наблюдений ( x i , y i ).Также предполагается, что все y i имеют одинаковое распределение ошибок, поэтому σ i = σ = | | y y y — f ( x ; p p p ) | | [ N −dim ( p p p )] -0,5 — среднеквадратичное значение невязки спектров; поэтому это значение может быть исключено из суммирования.

    Пусть матрица обратна, тогда (A.3) Частная производная функции подгонки чрезвычайно сложна. Однако GOBASIC использует числовые производные для аппроксимации результатов. Определим (A.4) (A.5) и (A.6) где δ — небольшое приращение. GOBASIC вычисляет ковариационную матрицу и неопределенность параметров на основе этих значений. В программе δ по умолчанию выбрано как 10 -3 . Испытания показали, что значение δ в диапазоне от 10 -6 до 10 -2 обычно дает разумные и последовательные результаты.Слишком маленькие значения δ могут вызвать сингулярность во время деления при вычислении числовых производных из-за конечной точности чисел с плавающей запятой в компьютере, в то время как слишком большие значения нарушают приближение числовой производной.

    Стандартная неопределенность для температуры антенны σ T a может быть определена либо на основе фактических данных наблюдений, либо на основе точности подбора. По данным наблюдений пользователь определяет шум набора данных и вручную вводит σ T a в GOBASIC.Исходя из качества подгонки, (A.7) где dim ( p p p ) — это размер, то есть количество подбираемых параметров.

    При преобразовании неопределенностей журнала 10 N T и 0,01 T в N T и T используются стандартные уравнения распространения неопределенности.

    7

    CSO управляется Калифорнийским технологическим институтом, ранее работавшим по контракту с Национальным научным фондом.

    Благодарности

    Авторы благодарят рецензента и Малкольма Уолмсли за очень полезные комментарии, улучшившие эту рукопись. Финансирование этой работы было предоставлено NASA Herschel OT1 Analysis Program RSA No. 1428755, грантом Emory Chemistry Early Career Research Grant, программами Emory SURE и SIRE (финансирование из гранта Медицинского института Говарда Хьюза № 52005873) и бакалавриатом Emory College. Грант на сопоставление исследований. Авторы благодарят Джеймса Г. Надя и Юаньцзюнь Дая за полезное обсуждение использования MATLAB.Авторы также выражают благодарность Мэтью Самнеру за его помощь в сборе набора данных Orion-KL, Дареку Лису за его помощь в спектральной деконволюции и его полезный вклад во время разработки программы анализа, Центру научных вычислений Emerson при Университете Эмори за выполнение большей части tests, и Джейкоба Лааса за его Perl-скрипт для преобразования файлов каталога в текстовые файлы с разделителями табуляции.

    Список литературы

    1. Блейк, Г., Саттон, Э., Masson, C., & Philips, T. 1987, ApJ, 315, 621 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    2. Баррелл, К.Х. 1990, Am J. Phys., 58, 160. [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    3. Гаррод, Р., Widiucs Weaver, S., & Herbst, E. 2008, ApJ, 682, 283 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    4. Голдсмит, П., & Лангер, W. 1999, ApJ, 517, 209 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    5. Хербст, Э., и ван Дишек, E. 2009, ARA & A, 47, 427 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    6. Эрнандес-Эрнандес, В., Сапата, Л., Курц, С., и Гарай, Г. 2014, ApJ, 786, 38 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    7. Лаас, Дж., Гаррод, Р., Хербст, Э., и Видикус Уивер, С. 2011, ApJ, 728, 71 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    8. Марет, С., Hily-Blant, P., Pety, J., Bardeau, S., & Reynier, E. 2011, A&A, 526, A47 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [EDP Sciences] [Google ученый]
    9. Мёллер, Т., Бернст И., Паноглу Д. и др. 2013, A&A, 549, A11 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [EDP Sciences] [Google ученый]
    10. Мюллер, Х., Schlöder, F., Stutzki, J., & Winnewisser, G. 2005, J. Mol. Стро., 742, 215 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    11. Пикетт, Х., Poynter, R., Cohen, E., et al. 1998, J. Quant. Спектр. Рад. Пер., 60, 883 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    12. Снайдер, Л., Lovas, F., Hollis, J., et al. 2005, ApJ., 619, 914 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [Google ученый]
    13. ван дер Так, Ф., Блэк, Дж., Шлёйер, Ф., Янсен, Д., и ван Дишек, Э. 2007, A&A., 468, 627 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [EDP Sciences] [Google ученый]
    14. Зерникель, А., Schilke, P., Schmiedeke, A., et al. 2012, A&A, 546, A87 [НАСА ОБЪЯВЛЕНИЕ] [CrossRef] [EDP Sciences] [Google ученый]

    Все таблицы

    Таблица 1

    Пример итеративного процесса подгонки.

    Таблица 2

    Сравнение подгоночных параметров и заявленных неопределенностей (1 σ в скобках) как бесшумных, так и зашумленных смоделированных спектров.

    Таблица 4

    Сравнение параметров соответствия XCLASS / MAGIX и GOBASIC для метилформиата на W3 (H 2 O).

    Все рисунки

    рисунок 1

    Подгонка синтезированного зашумленного спектра для четырех молекул. Верхняя панель показывает весь спектр, а нижняя панель показывает детали спектра. Синтезированный спектр выделен черным цветом, метанол — красным, метилцианид — зеленым, диоксид серы — синим, метилформиат — фиолетовым и полное соответствие — голубым.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Рис. 2

    Полное соответствие Ориону всех сообщенных молекул, перечисленных в Таблице 3.Наблюдательный спектр показан черным цветом, а полное соответствие — голубым.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Рис. 3

    Orion подходит для метанола, диоксида серы (SO 2 ), HDO, HNCO и диметилового эфира (DME). Наблюдательный спектр показан черным цветом, полное соответствие — голубым, а молекулярные компоненты проиллюстрированы цветами, указанными в легенде рисунка.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Рис. 4

    Orion подходит для диоксида серы (SO 2 ) и тиоформальдегида (H 2 CS). Наблюдательный спектр показан черным цветом, общее соответствие — голубым, тиоформальдегид — зеленым, а три компонента диоксида серы — цветами, указанными в легенде рисунка.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Инжир.5

    Orion подходит для деталей CH 3 CCH и метилцианида (CH 3 CN). Наблюдательный спектр показан черным, полное соответствие — голубым, CH 3 CCH — красным, а метилцианид — синим.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Рис. 6

    Orion подходит для этилцианида (C 2 H 5 CN), метилформиата (HCOOCH 3 ), HCCCN и диоксида серы (SO 2 ).Наблюдательный спектр показан черным цветом, полное соответствие — голубым, этилцианид — красным, метилформиат — синим, HCCCN — зеленым, а полное соответствие диоксида серы — оранжевым.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту
    Рис. 7

    Метилформиат подходит для W3 (H 2 O). Спектр наблюдений показан серым цветом, полное соответствие — голубым, однокомпонентное соответствие метилформиата — без поправки на заполнение луча — красным, и соответствие метилформиата, включая другие молекулы и поправку заполнения луча — синим.Верхняя панель показывает соответствие по всему спектру, а нижняя панель показывает спектральные детали.

    Открыть с помощью DEXTER
    По тексту

    Широкополосная метаповерхность кодирования типа передачи для формирования и сканирования электромагнитного луча

    ИЗОБРАЖЕНИЕ: Графические структурные иллюстрации широкополосных 1-битных кодирующих частиц и соответствующих амплитудных и фазовых характеристик передачи.посмотреть еще

    Кредит: © Science China Press

    Благодаря своим превосходным характеристикам в свободном и гибком манипулировании электромагнитными (ЭМ) волнами, метаповерхности широко исследуются с начала 21 века. Однако с быстрым развитием цифровых информационных технологий традиционные аналоговые метаповерхности с непрерывным управлением фазой становятся трудными для управления цифровой информацией. В 2014 году было предложено цифровое кодирование и программируемые метаповерхности, которые позволяют манипулировать электромагнитными волнами в цифровом аспекте, создавая мост между информатикой и физической метаповерхностью.Недавно некоторые исследователи предложили новую метаповерхность 1-битного цифрового кодирования широкополосного типа передачи и проанализировали ее манипуляции с функциями электромагнитного излучения в дальней зоне.

    Соответствующий документ, озаглавленный «Метаповерхность широкополосного 1-битного кодирования для формирования и сканирования луча» был опубликован в журнале SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy , в котором Руйюань Ву и профессор Тие Джун Цуй из Юго-Восточного университета являются первыми авторами. и соответствующий автор соответственно.

    Долгое время улучшение рабочей полосы пропускания всегда было большой проблемой для метаповерхностей. Как правило, широкополосную конструкцию метаповерхности отражающего типа проще реализовать, потому что следует учитывать только фазовую характеристику, а амплитуда отражения остается выше 95% из-за наличия металлического заземления. Напротив, при проектировании метаповерхности типа передачи не только фазовая характеристика должна удовлетворять требованиям схем цифрового кодирования, но также требуется высокая амплитуда передачи.Реализация обоих условий зависит от сильного резонанса цифровой частицы, который очень трудно поддерживать в широком диапазоне.

    Чтобы преодолеть эту трудность, авторы приняли многослойную структуру типа передачи, как показано на рисунке 1 (а), для реализации цифровых частиц. Структура состоит из четырех идентичных металлических квадратных участков (см. Рисунок 1 (b)), металлического крестообразного щелевого слоя (см. Рисунок 1 (c)) и диэлектрических подложек. Регулируя размеры квадратных пятен, соответственно изменяются фазовые характеристики передаваемых электромагнитных волн.После оптимизации между более высоким коэффициентом пропускания и достаточной разностью фаз 1-битного кодирования были разработаны две цифровые частицы с разной геометрией для представления цифровых состояний «0» и «1». Как показано на рисунках 1 (d) и 1 (e), разность фаз между двумя частицами поддерживалась около 180 °, чтобы обеспечить эффект 1-битного кодирования в широкополосном диапазоне 8,1-12,5 ГГц с высоким коэффициентом пропускания, что соответствует относительная пропускная способность более 40%.

    Основываясь на широкополосных характеристиках цифровых частиц, сначала была создана конструкция метаповерхности цифрового кодирования для формирования высоконаправленного луча в широкой полосе, в которой уровни боковых лепестков были ниже -10 дБ, как показано на рисунках 2 (а) и 2 (б).Кроме того, цифровые частицы на метаповерхности были закодированы как последовательность «010101 …» для излучения двух симметричных лучей, где углы отклонения могли непрерывно сканироваться в одномерном диапазоне с изменением рабочей частоты. Угол сканирования составляет более 20 °, как показано на рисунках 2 (c) и 2 (d). Предлагаемая конструкция нарушает текущий предел пропускной способности метаповерхностей кодирования типа передачи, указывая на широкие возможности применения в радиолокационных системах и системах беспроводной связи.

    ###

    Ссылка:

    R. Y. Wu, L. Bao, L. W. Wu и T. J. Cui, Метаповерхность 1-битного кодирования широкополосного типа передачи для формирования и сканирования электромагнитного луча, Sci. China-Phys. Мех. Астрон . 63, 284211 (2020), https: / / doi. org / 10. 1007/ s11433-019-1479-3

    http: // engine. scichina. com / publisher / scp / journal / SCPMA / 63/ 8/ 10. 1007/ s11433-019-1479-3? Slug = полнотекстовый

    Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

    Исследование молекулярной динамики водородных связей с помощью широкополосной двумерной инфракрасной спектроскопии

    Абстракция

    Не будет преувеличением сказать, что водородная связь является наиболее важным межмолекулярным взаимодействием.Ежедневно мы сталкиваемся со специфическими эффектами водородных связей в жидкой воде; однако хорошо известно, что водородные связи чрезвычайно важны во многих контекстах и, в частности, в биологических. Несмотря на это очевидное значение, общая молекулярная картина динамики систем с водородными связями отсутствует. За последние два десятилетия сверхбыстрая многомерная инфракрасная спектроскопия превратилась в мощный метод изучения молекулярной динамики в конденсированной фазе.Воспользовавшись сложной взаимосвязью между частотой молекулярного осциллятора и его структурой окружающей среды, мы можем понять молекулярную динамику с экспериментальной точки зрения. Однако изучение водородных связей представляет собой серьезную техническую проблему, поскольку взаимодействие вызывает широкие резонансы в среднем инфракрасном спектре поглощения. Традиционные методы генерации коротких импульсов среднего инфракрасного света принципиально ограничены в полосе пропускания, которую они могут производить.Часто ширина резонанса поглощения осциллятора с водородными связями превышает самую широкую полосу пропускания средне-инфракрасного лазерного импульса. В этой диссертации я описываю нашу разработку и использование нового источника коротких широкополосных световых импульсов среднего инфракрасного диапазона, которые охватывают всю область высокочастотных молекулярных колебаний. Мы используем этот источник в качестве зонда в экспериментах по двумерной инфракрасной спектроскопии для изучения широкого спектра систем водородных связей, включая димеры с водородными связями и белковые пленки, с особым упором на жидкую воду.В этих системах мы наблюдаем удивительные тенденции изменений в молекулярной динамике с увеличением сложности водородных связей. В частности, мы находим экспериментальные доказательства больших деформаций поверхности ядерной потенциальной энергии, приводящие к чрезвычайно ангармонической и коллективной динамике. Эффект наиболее драматичен в жидкой воде, где быстро колеблющаяся сеть водородных связей приводит к колебательным экситонам, в которых валентное движение O-H делокализовано по нескольким молекулам.В этом случае поверхность ядерной потенциальной энергии настолько сложна, что даже простые изменения массы осцилляторов приводят к качественно иной динамике.

    Описание
    Диссертация: Доктор философии по физической химии, Массачусетский технологический институт, химический факультет, 2016 г.