定性与半定量.ppt

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1、4.3共价键结合能现在我们来看看，上述各种分子的结合能.原子层次中，能量的数量级是里德伯单位1Ry=13.6eV,长度的数量级是玻尔半径从氢分子的例子可以看出，在分子层次中能量略小，长度略大，数量级是一样的，故用同样的单位也是方便的.但为了四舍五入后数值简便好记，我们更多地用宏观上的kcal/mol作为结合能的单位，换算关系如下:1Ry=3.6eV,宏观上相当于313kcal/mol,100kcal/mol微观上相当于4.4eV=0.32Ry如前所述，在氢分子的基态中键长1.43结合能0.33Ry.宏观上约合103kca

2、l/mol,粗略地说，就是100kcal/mol的数量级.在甲烷等碳化合物中，每个C-H键的结合能约为98kcal/mol，水分子中每个H一O键的结合能为110kcal/mol，它们的数量级也都是100kcal/mol。表3一4内列出一些典型共价键的结合能数据。作为数量估计之用，我们不妨粗略地把它们分成两组:一组是较强的共价键，从H一O，H一H，H一C，H一N，直至C=OC-C,C-O等，其数值在每键100kcal/mol左右；另一组包含O=O,Cl-Cl,N=N,F-F等，它们较弱，数值约为前者的一半，即每键50kca

3、l/mol左右。现在我们用这些知识来分析几个燃烧的例子。什么是燃烧?空气中的氧分子分解为两个氧原子，同有机燃料中的碳和氢结合成二氧化碳和水一类稳定的化合物，从而氧分子从较弱的化学键进入较强的化学键，将多余的能量释放出来。所以，从燃烧中获得的能量应为强键与较弱键能量之差，即从空气中每取一个氧原子，约释放能量50kcal/mol.例题7.估计燃烧每千克汽油释放的能量是多少?解:原油和天然气主要是饱和碳氮化合物，不饱和的碳氢化合物是在加工过程中生成的.在饱和的(即烷烃属)化合物中，n=1~4在常温常压下是气体，n=5~15则成

4、液体(如汽油、轻油、重油等)，n=16~40成固体(石蜡).汽油分子中碳与氢原子数之比是1:2(1+),n≧5,故作为粗略估算，可把分子的碳氢键拆成节，每节写成，这相当子在上列比例式中忽略1后而的1/n项，对于每节碳氢链，有下列近似为化学反应式：即平均每节用掉空气中的三个氧原子，故获得能量3×50kcal/mol=150kcal/mol的分子量为14，每千克释放能量这大体是符合实际的。例题8.计算单位质量葡萄糖(一种典型的糖)的含热量.解:葡萄塘的分子式为摩尔质量为180g/mol,氧化的反应式为这里消耗12个氧原子，获

5、得能量约12×50kcal/g(实际值应为3.81kcal/g)恩里科·费米恩里科·费米（EnricoFermi，1901年9月29日—1954年11月28日），美籍意大利裔物理学家，1938年诺贝尔物理学奖获得者。他对理论物理学和实验物理学方面均有重大贡献，首创了β衰变的定量理论，负责设计建造了世界首座自持续链式裂变核反应堆，发展了量子理论。生平费米出生于意大利首都罗马，父亲阿尔贝托·费米是通讯部的职员。他在中学时代就展现了在数学和物理方面的才能。1918年获得比萨高等师范学校的奖学金。四年之后他在比萨大学获得了物理学

6、博士，导师是普契安提教授。1926年，费米发现了一种新的统计定律—费米-狄拉克统计。他发现这种统计适用于所有遵循泡利不兼容原理的粒子，这些粒子现在被称为费米子。费米-狄拉克统计和玻色子所遵循的玻色-爱因斯坦统计是量子世界的基本统计规律。1927年，费米当选为罗马大学的理论物理学教授。他在这个教席上一直任职到1938年。由于他的夫人劳拉是犹太裔，为逃避墨索里尼法西斯政府的迫害，他们在1938年接受诺贝尔奖之后移居到了美国。1938年到1942年期间，费米任纽约哥伦比亚大学教授。从1942年直至去世，他是芝加哥大学的物理学教

7、授。1923年到1924年期间，他通过意大利政府和洛克菲勒基金会的资助访问了德国哥廷根大学的马克思·玻恩教授和荷兰莱顿大学的艾伦法斯特教授。1924年，他回到意大利，在佛罗伦萨大学任职数学物理和力学科讲师。大家都知道，恩里科·费米是一位集实验大师和理论泰斗于一身的少有的伟大物理学家，他也是用简单方法作数量级估计的能手。在1945年7月的一个星期一的早上，当世界上第一枚原子弹在美国新墨西哥州沙漠里爆炸40S后，爆炸的冲击波传到基地营.这时，费米把预先从笔记本上撕下来的碎纸举到头顶上撒下，碎纸片飘落到他身后约2m处.经过一番

8、心算，费米宣称那枚原子弹的威力相当于一万吨TNT炸药。这估计为后来精密仪器的测景所证实，一时传为佳话。现在人们作粗略数量估算的智力测验问题，叫做费米测验题。下面我们举与上文话题有关的费米的另一估算例子.仅仅为了保持体温，一个人每天需要吃多少食物?费米是这样估算的：他从阅读侦探小说得知，死尸需要半天时间体温降到室温，他