Реферат по предмету "Разное"


«Применение пакета Mathematica 0 для расчета экстракционных равновесий в аналитической химии»

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТВыпускная работа по«Основам информационных технологий» Магистранткафедры аналитической химииКащей Сергей ЛеонидовичРуководители:д.х.н. Гулевич Александр Львовичассистент Шешко Сергей МихайловичМинск 2008 г.Оглавление Список обозначений 4Введение 61.Описание возможностей Mathematica 5.0 72.Применение Mathemathica 5.0 на практике 9^ ПРИМЕР 1 9ПРИМЕР 2 11ПРИМЕР 3 12Заключение 17Список литературы 18Предметный указатель 19 19Интернет - источники в предметной области 20Личный сайт22Граф научных интересов 23Список источников 24Приложение 26 ^ Список обозначений СКМ – система компьютерной математикиАК – аминокислотаpH – водородный показатель БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТРеферат«Применение пакета Mathematica 5.0 для расчета экстракционных равновесий в аналитической химии» Магистрант кафедры аналитической химииКащей Сергей ЛеонидовичРуководители:д.х.н. Гулевич Александр Львовичассистент Шешко Сергей МихайловичМинск 2008 г. Введение Экстракция, как процесс разделения веществ между двумя фазами, была описана еще в 19 веке. Однако, бурное развитие экстракции началось в 50-е годы двадцатого столетия. В это время при помощи экстракции были решены важные научно-технические задачи атомной энергетики: в частности, вопросы переработки ядерного топлива, очистки и выделения многих радиоактивных элементов. Эти достижения вызвали бурный рост исследований по теории экстракционных процессов, что в свою очередь, привело к появлению новых аспектов практического применения, в том числе и в аналитической химии. Основываясь на константах распределения, экстракции, ионного обмена, а также зная кислотно-основные характеристики разделяемых веществ можно оптимизировать экстракционные системы и проводить целенаправленную экстракцию одних веществ в присутствии других. В современной аналитической химии исследователю, занимающемуся экстракционным разделением веществ и разработкой условий оптимизации экстракции, приходится иметь дело со сложными системами математических уравнений. Решение такого рода задач вручную весьма затруднительно, особенно когда результаты расчетов должны быть получены несколько раз в процессе проведения опыта. Для решения этой проблемы применяются системы компьютерной математики. Применение данных систем позволяет решать в аналитическом и численном виде системы сложных алгебраических и дифференциальных уравнений,позволяет решать различные задачи в области графики и геометрии. Наиболее распространены следующие системы компьютерной математики – Mathematica, Maple, Mathcad, Matlab. Предметом моего детального рассмотрения явилось применение в расчетах экстракционных процессов и оптимизации экстракции СКМ Mathematica 5.0^ 1.Описание возможностей Mathematica 5.0 Mathematica 5.0 состоит из двух основных частей - ядра (kernel), производящего вычисления по заданным командам, и интерфейсного процессора (front end), задающего внешнее оформление и характер взаимодействия с пользователем и системой. Вся работа осуществляется в окне рабочего документа - блокнота (notebook), - внешний вид которого зависит от типа платформы и определяется интерфейсным процессором, своим для каждой платформы. Блокнот может содержать различные математические и специальные символы, графические объекты, однако внутреннее представление документа, с которым работает ядро программы, - всегда неформатированный текст. Это позволяет легко переносить документы с одной платформы на другую. Более того, возможен вариант работы, когда интерфейсный процессор запускается на одной машине, а вычисляющее ядро на более мощном компьютере. Применение программы Mathemathica 5.0 позволяет осуществлять следующие операции математического анализа Вычисление сумм Вычисление сумм в аналитическом виде Вычисление сумм в численном виде Вычисление произведений Вычисление произведений в аналитическом виде Вычисление произведений в численном виде Вычисление производных Вычисление интегралов Вычисление интегралов в символьном виде Вычисление определенных интегралов Вычисление кратных интегралов Особые случаи вычисления интегралов Численное интегрирование Вычисление пределов функций Уравнения и системы уравнений Решение уравнений Решение систем нелинейных уравнений в символьном виде Численное решение уравнений Поиск корней уравнений Графическая иллюстрация и выбор метода решения уравнений Получение неизвестных в явном виде Дифференциальные уравнения Решение дифференциальных уравнений в символьном виде Решение дифференциальных уравнений в численном виде Оптимизационные задачи Поиск максимального и минимального чисел в списке Поиск локального минимума аналитической функции Поиск глобального максимума и минимума аналитической функции Решение задач линейного программирования Таким образом, как видно из приведенного выше списка, применение Mathemathica 5.0 позволяет решать любые математические задачи, с которыми приходится иметь дело химику-аналитику при расчетах.^ 2.Применение Mathemathica 5.0 на практике Для более наглядной демонстрации возможностей использования программы я счел необходимым привести ряд аналитических задач, решенных с помощью Mathemathica 5.0 с соответствующими комментариями. ПРИМЕР 1 ^ Рассчитать численные значения мольных долей различных форм лейцина при заданном значении pH водной фазы.(pKa=9,74;, pKb=11,67).Теория. Аминокислоты (АК) в водных растворах присутствуют в виде цвиттер-ионов (АК), (1) которые обладают как кислотными, так и основными свойствами и характеризуются соответствующими константами кислотной (Ka) и основной (Kb) ионизации. Равновесие кислотной ионизации АК имеет вид (2) и характеризуется константой кислотной ионизации. (3) Равновесие ионизации АК по основному типу имеет вид (4) и описывается константой основной ионизации (5) Уравнение материального баланса по аминокислоте может быть представлено в виде C0,AK= [AK] + [AK] + [AK-]. (6)Используя (3), (5) и (6), можно найти аналитические выражения для мольных долей всех трех форм аминокислоты: (7) (8) (9)Программа 1. Clear[h,pH,alfa1,alfa2,alfa3];Ka=10^-9.74;Kb=10^-11.67;Kw=10^-14;pH=1;h=10^-pH;alfa1=1/(1+h/Ka+Kb*h^2/Kw/Ka)alfa2=1/(Ka/h+1+Kb*h/Kw)alfa3=1/(Ka*Kw/Kb/h^2+Kw/h/Kb+1)Вывод. После выполнения программы появляется результат вычислений в виде: 0.0446835 0.955316Комментарии. Строка 1: происходит обнуление переменных.Строки 2-4: задаются численные значения констант.Строка 5: задается конкретное численное значение рН, для которого необходимо рассчитать численные значения мольных долей лейцина.Строка 6: по заданному значению рН рассчитывается концентрация катионов гидроксония.Строки 7-9: рассчитываются значения мольных долей анионной (alfa1), цвиттер-ионной (alfa2) и анионной (alfa3) форм лейцина. Точка с запятой в конце строки предотвращает вывод результата вычисления этой строки на экран монитора.Вычисления запускают комбинацией клавиш: Shift+Enter. По умолчанию ответ выводится с шестью значащими цифрами. ПРИМЕР 2 Построить графические зависимости αi - рН в заданномдиапазоне рН для всех форм глицина.Программа 2.Clear[h,pH,alfa1,alfa2,alfa3];Ka=10^-9.74;Kb=10^-11.67;Kw=10^-14;h=10^-pH;alfa1=1/(1+h/Ka+Kb*h^2/Kw/Ka);alfa2=1/(Ka/h+1+Kb*h/Kw);alfa3=1/(Ka*Kw/Kb/h^2+Kw/h/Kb+1);Plot[{alfa1,alfa2,alfa3},{pH,0,14}]Вывод.После выполнения программы появляется график зависимости мольных долей анионной, катионной и цвиттер-ионной форм глицина от рН:Комментарии.Программа 2 аналогична программе 1, за исключением последней строки. Для вывода графиков используется машинная функция Plot. В первых фигурных скобках задается список функций, которые надо прорисовать, а во вторых фигурных скобках – наименование переменной по оси ОХ, а также минимальное и максимальное ее значение. Координаты любой точки на графике можно определить, нажав Ctrl и щелкнув левой клавишей мышки на интересующей точке графика. Координаты этой точки появляются в нижнем левом углу окна.Используя различные опции функции Plot, можно прорисовать кривые различными цветами, сместить начало координат в любую точку, подписать оси и еще многое другое. Для использования опций необходимо обратиться к пункту меню Help. ПРИМЕР 3 ^ Рассчитать оптимальную концентрацию Cl-ионов, обеспечивающую максимальное значение коэффициента распределениянейтрального комплекса InCl3. (lgK1=1,0; lgK1,2=1,5; lgK1,2,3=1,55; lgK1,2,3,4=1,35).Теория. Константа распределения нейтрального комплекса InCl3 и коэффициент распределения индия (3) связаны соотношением: . (10)Мольная доля нейтрального комплекса InCl3 , выраженная через полные константы устойчивости определяется выражением: (11)где полные константы устойчивости являются произведением ступенчатых констант устойчивости: K1,2=K1∙K2 и т.д.Для нахождения оптимальной концентрации хлорид-ионов необходимо продифференцировать (11) по концентрации хлорид-ионов, приравнять полученное выражение к нулю и решить его относительно [Cl-]. С целью упрощения дальнейшего дифференцирования необходимо (11) видоизменить, оставив 1 в числителе: (12)При такой форме представления проще продифференцировать обратную ей величину и приравнять ее к нулю: (13)Это уравнение 4-й степени, которое можно решить при помощи СКМ.Программа 3а.K1=10^1;K2=10^(1.5-1);K3=10^(1.55-1.5);K4=10^(1.35-1.55);NSolve[-3/K1/K2/K3/Cl^4-2/K2/K3/Cl^3-1/K3/Cl^2+K40,Cl]Вывод.После выполнения программы появляется результат вычислений в виде:{Cl1.44704},{Cl-0.607734+0.174846},{Cl-0.607734-0.174846},{Cl-0.231568}Комментарии.1. В программе 3 используется функция численного решения уравнения NSolve. Особенностью синтаксиса этой функции является двойное написание знака = = в уравнении. 2. При выводе результатов индицируются все корни уравнения, в том числе отрицательные и мнимые. Поэтому необходимо выбрать только положительное решение: 1,44704. Т.е., при концентрации хлорид-инов 1,45 моль/л доля нейтрального комплекса InCl3 будет максимальна. В ряде случаев при решении такого рода задач выражения, которые необходимо продифференцировать, настолько сложны, что сделать это вручную затруднительно. СКМ Mathematica 5.0 легко справляется с дифференцированием практически сколь угодно сложных функций. Продифференцируем знаменатель выражения (12), используя функцию дифференцирования D.Программа 3б.Clear [K1,K2,K3,K4]f=K1*K2*K3/(Cl)^3+K2*K3/(Cl)^2+K3/Cl+1+Cl/K4;D[f,Cl]Вывод.После выполнения программы появляется результат дифференцирования в виде:Комментарии.1. Как видно из результатов машинного дифференцирования, полученное выражение полностью идентично выражению (13), полученному вручную.2. Знаменатель (12) в программе обозначен через f. СКМ Mathematica 5.0 позволяет совместить и дифференцирование, и решение получающегося нелинейного уравнения. Это значительно упрощает решение такого рода задач по оптимизации концентрации лиганда при экстракции металлокомплексов. Программа 3в.Clear[K1,K2,K3,K4,alfa,Cl];K1=10^1;K2=10^(1.5-1);K3=10^(1.55-1.5);K4=10^(1.35-1.55);alfa=K1*K2*K3*Cl^3/(1+K1*Cl+K1*K2*Cl^2+K1*K2*K3*Cl^3+K1*K2*K3*K4*Cl^4);NSolve[D[alfa,Cl]0,Cl];Cases[%,{(__?Positive)...}];NumberForm[%,3]Вывод.После выполнения программы появляется результат вычислений в виде:Cl1.45Комментарии.1. В программе 3в совмещены операции дифференцирования и решения уравнения 4-й степени. 2. Для вывода только положительных корней использована функция Cases.3. Для ограничения количества значащих цифр в ответе использована функция NumberForm.4. Символ % означает обращение к результату вычислений, полученных в предыдущей строке программы. Заключение Таким образом, использование системы компьютерной математики Mathematica 5.0 при расчетах различных параметров экстракционного разделения и оптимизации процесса экстракции позволяет достаточно просто и быстро решить возникающие задачи в наиболее удобном для исследователя виде (в численном или графическом). В силу этих причин изучение систем компьютерной математики и в частности Mathematica 5.0 проводится в БГУ в рамках курса аналитической химии. Это позволяет выработать у студентов навыки системного мышления и позволяет им в дальнейшим самостоятельно разрабатывать алгоритмы решения любых, даже самых сложных ,аналитических задач ^ Список литературы Кулешов А.А., Земсков С.В., Позняк Ю.В. Система Mathematica 5.0. Опыт использования в математике и программировании// http://www.elbook.bsu.by/PRODUCTS/mathematica.html А.Л.Гулевич, С.М.Лещев, Е.М.Рахманько Экстракционные методы разделения и концентрирования веществ./ А.Л.Гулевич, С.М.Лещев, Е.М.Рахманько – Минск: изд.БГУ 2008г. стр.158-165 Болохонов, А.П. Microsoft Office 2003: Краткие инструкции для новичков / А.П. Болохонов. – Москва: Аквариум, 2004. – 128 с. Гультяев, А.К. MS Office XP 2003. Word, Excel, Access, Outlook, PowerPoint, FrontPage / А.К. Гультяев. – Москва: КОРОНА-Век, 2006. – 64 с. Я. К. Шмидский Mathematica 5./ Самоучитель. М.: Диалектика. 2004. Microsoft PowerPoint 2003: самоучитель / М.В.Спека. – Москва, Санкт-Петербург, Киев: Диалектика, 2004. – 363 с. Microsoft Word 2003 в теории и на практике / С.Бондаренко, Бондаренко. – Минск: Новое знание, 2004. – 336 с., ил.^ Предметный указатель M Mathemathica 7, 8, 9а анализ 19к константа констант 11, 13 концентрацию концентрация 12С СКМ 4, 7, 14, 15Э Экстракция 6 Экстракции 6 ^ Интернет - источники в предметной области http://www.sciencedirect.com; Сайт издательства Elsevier. Содержит резюме всех статей различных журналов данного издательства. http://www.elsevier.com Сайт издательства Elsevier. Отличается системой каталогизации и спецификой направленности. Доступ к полнотекстовым документам можно получить в библиотеке Академии наук. http://www.e-library.com; Множество полезных статей в основном на английском языке. Доступ предоставляется только зарегистрированным пользователям. Наиболее полный доступ можно получить в библиотеке Академии Наук. http://www.scopus.com/scopus/home.urlСамый мощный поисковик резюме. Кроме этого выдается ссылка на полнотекстовую версию файла или номер и название журнала, в котором приведена статья.http://www.scirus.com/sr/ Поисковик и научной информации. Охватывается широкий спектр иностранных журналов, однако не очень хорошо налажена систематизация. http://www.chem.ac.ru/Chemistry/Soft/ Незаменимый сайт для химиков. Приведены описания большого количества химических программ, а самое главное – ссылки сайтов, с которых их можно скачать. http://chemicsoft.chat.ru/ Сайт, на котором выложено множество программ, Полезных для химиков. Предоставляется возможность их прямого скачивания, что, безусловно, экономит время и деньги.http://www.abc.chemistry.bsu.by/current/ Сайт создан доцентом кафедры общей химии и методики преподавания химии Белорусского государственного университета А.А. Рагойшей. Тут размещается каталог бесплатных журналов по химии, биохимии и другим областям. Включает две части: постоянно доступные химические журналы и ознакомительные временно доступные химические журналы. В каталоге собрана информация об известных химических научных журналах, предоставляющих бесплатный доступ к полным текстам опубликованных статей.http://www.vak.org.by Сайт Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь. Тут можно найти информацию о подготовке научных кадров, присуждении ученых степеней и званий, кратких паспортам специальностей и програмах-минимум кандидатских экзаменов по специальности. В разделе «Каталог файлов» представлены доступные для скачивания файлы нормативных документов с приложениями и шаблоны регистрационных документов. http://www.google.com Самый главный поисковик для любого поиска. Позволяет производить простой поиск по ключевым словам, возможен вариант расширенного поиска по группам, особым признакам (определение, тип файла) и т.д.http://www.sigmaaldrich.com/ Портал одного из крупнейших в мире поставщиков химических реактивов и лабораторного оборудования. Огромное множество соединений, предлагаемых на продажу.http://www.anchem.ru/ Интернет-портал химиков-аналитиков. ^ Личный сайт http://kashchei.narod.ru Граф научных интересов магистранта химического факультета Кащея С.Л. Специальность: аналитическая химия Смежные специальности ^ 5.00.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия. Изучение химического состава и структуры веществ, полученных синтетически или выделенных из природного сырья, продуктов деструкции и родственных соединений. ^ 02.00.01 - неорганическая химия Установление характера взаимосвязи между составом, строением и свойствами неорганических соединений. ^ 02.00.03 - органическая химия Качественный и количественный анализ органических веществ и установление их строения. Основная специальность ^ 02.00.02 – аналитическая химия 1. Закономерности и количественные характеристики химических, физико-химических, физических, биохимических процессов, лежащих в основе обнаружения, идентификации и количественного определения веществ. 2.Разработка и усовершенствование методов и средств анализа конкретных объектов. Сопутствующие специальности ^ 02.00.04 – физическая химия Химическая кинетика; изучение фундаментальных факторов, определяющих скорость химических реакций; механизмы сложных химических процессов, физико-химическая гидродинамика, процессы растворения и кристаллизации. ^ 2.00.10 – биоорганическая химия Химический состав, строение и физико-химические свойства биологически активных соединений: выделение из природных объектов, анализ, исследование свойств (экстракция, кристаллизация, перегонка, осаждение солями и органическими растворителями, центрифугирование, ультрафильтрация, электрофорез, хроматография, физические методы). ^ Список источников Кулешов А.А., Земсков С.В., Позняк Ю.В. Система Mathematica 5.0. Опыт использования в математике и программировании// http://www.elbook.bsu.by/PRODUCTS/mathematica.html А.Л.Гулевич, С.М.Лещев, Е.М.Рахманько Экстракционные методы разделения и концентрирования веществ./ А.Л.Гулевич, С.М.Лещев, Е.М.Рахманько – Минск: изд.БГУ 2008г. стр.158-165 Болохонов, А.П. Microsoft Office 2003: Краткие инструкции для новичков / А.П. Болохонов. – Москва: Аквариум, 2004. – 128 с. Гультяев, А.К. MS Office XP 2003. Word, Excel, Access, Outlook, PowerPoint, FrontPage / А.К. Гультяев. – Москва: КОРОНА-Век, 2006. – 64 с. Я. К. Шмидский Mathematica 5./ Самоучитель. М.: Диалектика. 2004. Microsoft PowerPoint 2003: самоучитель / М.В.Спека. – Москва, Санкт-Петербург, Киев: Диалектика, 2004. – 363 с. Microsoft Word 2003 в теории и на практике / С.Бондаренко, М.Бондаренко. – Минск: Новое знание, 2004. – 336 с., ил. Володько В.В. Powerpoint для чайников/Володько В.В.- М.:Вагриус,2006, стр.94 Ольшук Д.И. Оптимизация экстракционных равновесий с участием жидких анионообменников/Киев,2003,стр. 56 Шпак А.В. Электрофоретические методы определения аминокислот / А.В. Шпак, А.В. Пирогов, О.А. Шпигун // Международный форум «Аналитика и аналитики»: Каталог рефератов и статей. Т. 1. Воронеж, 2–6 июля 2003 г. – Воронеж, 2003. – С. 192. Лисовская А.Г. Веб-дизайн — просто о сложном/Лисовская А.Г. Москва: Аквариум, 2004. – 56. ,ил. Приложение


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Affirmative Action And Discrimination Essay Research Paper
Реферат Организация и производственная деятельность лесхоза на примере Зелёнковского лесничества
Реферат Вплив стилю педагогічного спілкування вчителя на процес формування пізнавальної активності старшокласників на уроках загальної біології
Реферат Расчет основных экономических показателей деятельности предприятия отрасли
Реферат Кадровый потенциал в свете социально-экономического развития города и района
Реферат Проблемы финансирования геологоразведочных работ в России
Реферат IV. Склад І послідовність дій одержувача та адміністративного органу, опис етапів надання послуги
Реферат Противостояние Востока и Запада
Реферат Сущность предпринимательства и его роль в современной рыночной экономке
Реферат Литературно-журнальная деятельность А. Смирдина
Реферат Трава череды трехраздельной
Реферат Коллективный договор в РФ: понятие, стороны, порядок заключения и действие
Реферат Технико-экономическое обоснование деятельности лизинговой компании
Реферат Формирование страховых резервов и принципы инвестирования временно свободных средств страховщика
Реферат Рынок труда и безработица 5