1  

 

                   

www.biosan.lv 

2011 1ST ROUND, PROBLEMS

  

Solve all or some of  the problems given on  the next pages and write your  full solutions  in MS Word, Excel documents or *.pdf  files.  It  is also acceptable  if you  scan your material and  insert as picture in mentioned file formats.  

If  there are  some explanations  required, write  them  in English. Please,  send  your answers  to: kimijas_olimpiades@inbox.lv  till  08.11.2010.  at  3:00  (Latvian  time;  +2).  Answers  sent  after  this deadline will not be graded.  

File  name  must  consist  from  your  name,  last  name  (in  English)  and  country,  for  example, John_Black_England.doc (or *.docx etc.). If you do not name the file as described you will receive 3 point penalty. For all the correctly solved problems you can get the maximum of 30 points. The exact amount of points for each task is given at the top of each problem.  

All the students who will be taking part  in at  least one round will participate  in the final round which will be held on  the web on February 27th. During  the  final  round you will have  to solve  the multiple‐choice test. More information can be found in BCC regulations.   Competition organizers and problem authors: 

   

Kaspars Veldre  Vladislav Ivaništšev  Egle Maksimaviciute  Filip Topić 

PhD student, University of Latvia, Department of Chemistry 

PhD student,  Tartu University, 

Institute of Chemistry 

2nd year BSc student, Vilnius University, Department of 

Chemistry 

Croatia 

     

Peter Holzhauser  Agris Bērziņš  Karina Kizjakina Alons Lends

Czech Republic  MS student, University of Latvia, Department 

of Chemistry  

PhD student, Virginia Polytechnic Institute 

and State University, Department of Chemistry 

BSc student, Riga Technical University 

Good luck with problem solving! ☺   

If you have any questions, you can address them to us in English by sending them to: kimijas_olimpiades@inbox.lv  Feel free to ask!  

 

Proble

Sulfur

A 5.00 L cloand O2 (30%container w

SO2 +0.5 O2

1. Whafte

1.00 L of waclosed. 

2. Wrisolu

3. Whadd

4. Wh(O2)

5. Is itlowSho

All requiredof informat

 

Proble

Bless y

If too many   Scheme 1 

em 1 (Li

contai

sed containe% of total volwas kept at 2

         SO3 rea

at will be theer the equilib

ater was add

ite the reactiution? hat would be dition of the ghat would be ) of the totalt possible chawer than in paow the calcul

 SO2 SO3 O2 

d constants cion.

em 2 (Es

you! (10

y drugs are p 

ithuani

ining ga

er was filled lume) gases,5°C.  

action occurs

e final volumbrium is reac

ded into the s

ion that occu

the pH of thgases??) wothe pH of thl volume (at ange concenart 2 by chanlations. 

can be found

stonia)

points)

rovided agai   

ia)

ases (8 p

with SO2 (70, the temper

s at 25°C. 

me of the O2 iched? 

same contai

urs upon the 

he solution if ould be at 200he solution if 25°C)? tration of hynging temper

ΔfHo/ (kJ 

‐296.83 ‐395.72 0 

 online or in

)

nst one illne 

2 

points)

0% of total voature inside 

in that conta

ner keeping 

addition of 

f the tempera0°C? After adf the initial pr

ydrogen ionsrature or init

mol‐1) 

 handbooks.

ess, then it m 

olume) the 

ainer 

it still 

water? Wha

ature inside tdding water roportion of 

s in solution ttial proportio

Smo/ (J

248.22256.76205.13

. References 

means that th

at is the pH of

the containethe solutiongases is 30 %

to be two timon of gases? 

 mol‐1 K‐1) 2 6 38 

should be g

his illness can  Ant

f the resultin

er (during the is cooled to % (SO2) and 7

mes higher or? If so then ho

iven to the s

nnot be healton Chekhov

ng 

e 25°C. 70 % 

r ow? 

source 

ed. v 

 

 

Write the st

Do you agreof its lone e

Scheme 2 

 

Write the st

Write downstereocente

 

Proble

Quantu

β‐Cred‐orange the most  ccontains a cThe π electconsidered atom contri

tructures for

ee that in caselectron pair 

tructures for

n the structuers. 

em 3 (La

um org

Carotene  is apigment, abcommon  forconjugated crons in this to be particlibutes to one

r compounds

se when nitrthat plays th

r compounds

res for all of 

atvia)

ganic ch

an organic cobundant  in prm  of  carotechain of 22 cconjugated cles in a one de π electron.

s A‐E. 

rogen atom che role of the

s A‐E, Х. 

the compou

hemistr

ompound thplants and frene.  It  is  a arbon atomschain are dedimensional . 

3 

carries threee forth subst

und B stereo

ry (4 po

at  is classifieruits. As a caprecursor  (s with an aveelocalized anbox of 3.17 

 different sutituent? Why

isomers and

oints)

ed as a terparotene withinactive  forerage internund, to a rougnm (that is 2

ubstituents ity? 

 assign confi

enoid.  It  is ah beta‐rings m)  of  vitamuclear separgh approxima22x14 pm)le

t is chiral, be

igurations at

a strongly‐coat both end

min  A.  β‐Carration of 144ation, they cngth. Each c

cause 

 

t their 

olored s,  it  is rotene 4 ppm. can be arbon 

p

 

1.

2.

Proble

Chemispoints)

Part 1 – Rad

Radioactive

two groups

Y X 4-A2Z

AZ → −

Y X A1Z

AZ → +

Y X A1Z

AZ −→

Complete fo

...... n10 →

.... Be84 →

N C 147

146 →

..... K 4019 →

Ga 683

6831 →

Part 2 – Me

For measurbequerel  cominute), Bqvolume  of radioactivityof radium‐2

1) Calculate

Later, half‐lbut measur

2) Calculate

Calculate th(HOMO) anCalculate thbetween th

em 4 (Es

stry of )

dioactive de

e decays are 

: α‐ and β‐de

He Y 42+  

e Y 01-+  

e Y 01++  

ollowing equ

e 01-+

He .. 42+

...... N +

e .. 01-+

...... Y 830 +

easuring radi

ring activity oorresponds q/kg or Bq/mradioactive y. One curie 226. 

e half‐life of 2

ife of radiumrement unit C

e mass or rad

he differenced the lowesthe wavelengese two stat

stonia)

f radioa

cay equatio

classified by

ecays: 

α‐decay, 

β‐‐decay, 

β+‐decay. 

uations and, 

T9943

11348

10953

14460

14862

ioactivity 

of radioactivto  one  dps

mL are derivematerial. Beis equal to 3

226Ra (in year

m‐226 was dCi was not ch

dium which h

e  in energy bt unoccupiedgth of radiatites. 

active p

ns 

y rules of Faj

 

 

if it is possib

...... Tc +→

...... Cd→

...... I +→

...... Nd→

N Sm 14460→

ve particles Ss  (decay  pered from Bq tesides  SI  uni3.70×1010 Bq

rs) using def

determined mhanged and 

has activity o

4 

between thed level (LUMOion that wou

particle

jans and Sod

ble, determin

...... +

e 01-+

e01-

He 42+

...... Nd +

SI measuremr  second).  Mthat way to its  non‐Si  unq and origina

finition of cur

more preciseit is still bein

of 1 Ci.  

e highest occO). uld be absor

es (8

ddy into 

ne the type o

Pb20482

Tl20681 →

Bi21083 →

Rn22286

Ra22688

ment units, bMeasuremenshow  the nnit,  curie  (Cially it was de

rium.  

ely and it appng used for a

cupied π elec

rbed  in prod

of radioactive

...... 42+→

.... ...... +→

.. Tl 20681 +→

Po 21884 +→

... ...... +→

ecquerels (Bnt  units  as number of dei),  is  also  usfined as acti

peared to bepproximate 

ctron energy

ducing a tran

e decay.  

He

..

....

...... +

....

Bq), are useddpm  (decayecays per msed  for descvity of 1.00 g

e T½ = 1620 calculations.

y  level 

nsition 

 

d. One ys  per ass or cribing grams 

years, .  

5  

Radium was  discovered  in  1902  by  Pierre  Curie  and Marie  Sklodowska‐Curie.  From  8000  tons  of uranium ore waste they obtained 100 mg of radium chloride.  

3) Calculate activity of obtained radium chloride in Bq per kilogram (Bq/kg). 

In 1907 Marie Curie gifted 1.00 g of radium to  Institute of Radium  in Paris (now  Institute of Curie), where it is still kept nowadays.  

4) Calculate amount of radium  (in moles) which was not decomposed  in the time period from 1907 to2010. 

5) Calculate mass of radium (in g) decomposed in this time period. 

6) Calculate in what year practically all radium will be decomposed (99.99%). 

 

Part 3 – Equipment for measuring radioactivity 

Radioactivity of particles is measured by special equipment. Not all measuring devices are up‐to‐date so  it  is  very  hard  to  determine  the  correct  value  of  radioactivity.  With  the  aim  to  improve radioactivity measurement, instruments are calibrated using specially prepared specimens.  

Such material is  S3516  (T½ = 87.9 days) with initial radioactivity 0.0100 μCi. In 200 days, radioactivity of 

this material, determined by Geiger counter, decreases to 2600 dcm. 

1) Calculate actual radioactivity that  S3516  will have in 200 days (in Bq). 

2) Calculate sensitivity of Geiger counter (in %).  

3)  Calculate  radioactivity  value  determined  by  this Geiger  counter  after  7  days  for  100 mg  51‐Cr sample (T½ = 27.8 days). 

4) Calculate mass fraction of 51‐Cr in obtained sample (after 7 days).  

 

Part 4 – Dangerousness of radioactive elements 

At the moment of Earth formation, radioactive elements were part of several chemical compounds. Some  scientists  associate high  temperatures  in  Earth  core with  the  radioactive heat.  Existence of radioactive elements with  long half‐lifes  (for example: uranium‐238 – 4.5.109 years;  thorium‐232 – 1.4.1010  years;  potassium‐40  –  1.28.109  years;  rubidium‐87  –  6.75.1010  etc.)  is  supporting  this statement. Other elements with shorter half‐lifes are formed at decay of uranium‐238, thorium‐232, and uranium‐235. Radium, polonium, and radon are among those newly formed elements.  

Due to effect of different waves from universe on the Earth atmosphere, radioactive carbon 14‐C (T½ = 5720 years) and tritium 3‐H (T½ = 12.4 years) are formed. Radioactive background exists at all times, and is formed from both natural and man‐made radionuclides. For example, contents of radioactive isotope of potassium 40‐K (T½ = 1.275 ∙10

6 years) in nature is equal to 0.0117%. All other isotopes of potassium are stable.  

1) Calculate radioactivity of metallic potassium (m = 20 g), found in school laboratory.  

2) State at least two reasons why potassium from school laboratory is considered to be safe.  

Especially  dangerous  isotope  is  strontium‐90,  which  replaces  calcium  in  live  organisms  and accumulates in bones.  

3) Explain why strontium‐90 is so dangerous, name two illnesses caused by radioactive strontium. 

As a fact, cigarette contains from 3 to 24 mBq of 210‐Po. After entering human organism, most part of 210‐Po accumulates in bones, teeth, and also in kidneys and liver.  

4) Calculate time that  is required  for complete  (99.99%) decomposition of 210‐Po  (T½ = 138.4 days) after smoking one cigarette.