Cтраница 3
![]() |
Некоторые расчеты доли неповрежденных водородных связей в воде Хв. 0 как функции температуры. [31] |
Простой расчет свидетельствует о том, что имеются модели, которые позволяют это сделать. На первом этапе этого расчета вычисляются колебательная теплоемкость и внутренняя колебательная энергия воды. Вычитанием внутренней колебательной энергии из экспериментальной тепловой энергии получаем конфигурационный вклад в энергию. [32]
Даже при комнатных температурах колебательное движение практически не возбуждается, почти все осцилляторы находятся в наинизшем энергетическом состоянии. Следствие этого - нулевая ( или очень малая) колебательная теплоемкость двухатомного газа в широкой области температур. Только при высоких температурах средняя энергия осцилляторов заметно увеличивается с ростом температуры и величина Скол становится значительной. [33]
![]() |
Зависимость колебательной от температуры ( гар. [34] |
Даже при комнатных температурах колебательное движение практически не ся, почти все осцилляторы находятся в наинизшем энергетическом состоянии. Следствие этого - нулевая ( или очень малая) колебательная теплоемкость двухатомного газа в широкой области температур. Только при высоких температурах средняя энергия осцилляторов заметно увеличивается с ростом температуры и величина СКОл становится значительной. [35]
Наблюдаемые на опыте ИК-по-лосы отвечают предельным, наиболее высокочастотным колебаниям акустической крутильно-колебательной ветви. Подавляющее число более низкочастотных колебаний этой ветви в силу правил отбора неактивно в ИК-спектре, а проявляется в колебательной теплоемкости полимера. [36]
Отметим, что понятия высокой температуры для колебаний и вращений отнюдь не совпадают. По отношению к вращательной теплоемкости кислорода температура должна быть выше 10 К, чтобы считаться высокой, а по отношению к колебательной теплоемкости высокой будет температура, большая 2000 К. [37]
Однако сравнение характеристических температур твердых веществ и газов ( см. табл. 22 и 24) показывает, что для газов значения 0, описывающие внутренние колебания в молекулах, как правило, значительно выше. В случае многих газов, даже при не очень низких температурах ( 200 - 300 К), отношение - велико и, как следует из формулы ( 105), колебательная теплоемкость ничтожна. [38]
Тогда при столкновениях молекула может утратить эту колебательную энергию. При дальнейшем понижении температуры kT станет еще меньше, так что вероятность обратного перехода молекулы на первый колебательный ( а тем более, на высшие уровни) станет малой, оставаясь все еще конечной величиной из-за максвелловского распределения молекул по скоростям. Таким образом, колебательная теплоемкость двухатомного газа при понижении температуры должна уменьшаться. [39]
Таким образом, для НС1 колебательная составляющая теплоемкости равна всего 0 0004 кал / град - моль. Для хлора эта составляющая уже существенна, у иода еще больше. Очень показательно, что колебательная теплоемкость для СС14 значительно больше, чем для СН4, так как колебания у СС14 возбуждаются легче. Это объясняется тем, что более тяжелым атомам хлора соответствуют меньшие частоты колебания и меньшие энергии. [40]
Таким образом, для НС1 колебательная составляющая теплоемкости равна всего 0 0004 кал / град-моль. Для хлора эта составляющая уже существенна, у иода еще больше. Очень показательно, что колебательная теплоемкость для СС14 значительно больше, чем для СН4, так как колебания у СС14 возбуждаются легче. Это объясняется тем, что более тяжелым атомам хлора соответствуют меньшие частоты колебания и меньшие энергии. [41]
На рис. 5.4 характеризуется теоретическая зависимость колебательной теплоемкости двухатомного газа от температуры. По оси абсцисс отложено отношение температуры к колебательной характеристической О. T / QV, а по оси ординат от - Я ношение колебательной теплоемкости к классическому значению этой величины, равному R. [42]
При этом допускается, что стандартная энтропия образования H3Ogas из Hgas и H2Ogas может быть использована в сочетании с величиной Рн2О обсуждавшейся выше. Это допущение, очевидно, следует рассматривать только как первое приближение, так как - Ян2о не равно в точности изменению теплосодержания при протонизации при комнатной температуре. Однако, так как 5н2О и SHSO почти одинаковы, члены с вращательной и колебательной теплоемкостью этих молекул будут близкими по величине, так что - Я, рассчитанное для 0 К, будет близко к ДЯ при 298 С. [43]
Однако во многих случаях ситуация существенно упрощается из-за быстрого внутримолекулярного колебательно-колебательного обмена энергией, поддерживающего непрерывное равновесное распределение колебательной энергии между активными основными частотами ( более подробно см. разд. Релаксация полной колебательной энергии молекулы зависит главным образом от одноквантовых колебательно-поступательных переходов низкочастотных осцилляторов, для которых вероятность перехода выше, чем для высокочастотных осцилляторов. Такой механизм характеризуется одним временем релаксации ( 3, связанным с временем релаксации низкочастотного осциллятора PI уравнением pi ( Ci / Cs) P, где Cs - полная колебательная теплоемкость, a Ci - теплоемкость низшей частоты. [44]
Цифры в скобках указывают кратность вырождения. Этим четырем частотам при Г481 2 К соответствуют, согласно таблицам Джонстона, значения 0 025, 0 881, 0 059 и 1 908 кал / моль градус. Легко видеть, что ббльшая часть колебательной теплоемкости обусловлена основными колебаниями с малыми частотами. [45]