分子自由度怎麼算?

General 更新 2023年10月15日

分子自由度的分子自由度

(1)單原子分子:如氦He、氖Ne、氬Ar等分子只有一個原子,可看成自由質點,所以有3個平動自由度 i = t = 3。(2)剛性雙原子分子如氫 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子,兩個原子間聯線距離保持不變。就像兩個質點之間由一根質量不計的剛性細杆相連著(如同啞鈴),確定其質心O’的空間位置,需3個獨立座標(x,y,z);確定質點聯線的空間方位,需兩個獨立座標(如α,β),而兩質點繞聯線的的轉動沒有意義。所以剛性雙原子分子既有3個平動自由度,又有2個轉動自由度,總共有5個自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。(3)剛性三原子或多原子分子: 如H2O 、氨 等,只要各原子不是直線排列的(故CO2的自由度為5,其為直線型),就可以看成自由剛體,共有6個自由度,i = t + r = 3 + 3 = 6。(4) 對於非剛性分子,由於在原子之間相互作用力的支配下,分子內部還有原子的振動,因此還應考慮振動自由度(以S 表示)。如非剛性雙原子分子,好像兩原子之間有一質量不計的細彈簧相連接,則振動自由度 S = 1。一般在常溫下,氣體分子都近似看成是剛性分子,振動自由度可以不考慮。

關於分子自由度的問題,暈死了!!!

每一種分子,不管是單原子分子,雙原子分子,多原子分子,一定都有3個平動自由度,打死都不會沒有的自由度。

對於剛性分子來說,一般分為線性分子與非線性分子(注意,不是極性與非極性分子),於是又有分子的轉動自由度的概念,如CO2,氧氣就是線性分子,其轉動自由度為2;如水分子,氨分子,甲烷分子就是非線性分子,其轉動自由度為3

最後一個要提的就是振動自由度,一般而言,固體,液體和常溫下的氣體分子屬於剛性分子。在高溫下,氣體分子原子間會發生振動,則應視為非剛性分子,此時則需增加振動自由度。對於線性分子,分子是有n個原子組成的,則振動自由度為3n-5;而對於非線性分子,則是3n-6,一般來說都很少把振動自由度用在分子自由度的計算上。

拿二氧化碳分子舉例吧,平動自由度是3,毫無疑問的,是線性分子,轉動自由度為2,常溫下,振動自由沒有,高溫下,振動自由度是3*3-6=3

頂 故其常溫下總自由度為5,高溫下為8,說常溫下其自由度為6的說法是錯誤的。

氧氣分子的自由度是多少?

剛性雙原子分子如氫 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子,兩個原子間聯線距離保持不變。就像兩個質點之間由一根質量不計的剛性細杆相連著(如同啞鈴),確定其質心O’的空間位置,需3個獨立座標(x,y,z);確定質點聯線的空間方位,需兩個獨立座標(如α,β),而兩質點繞聯線的的轉動沒有意義。所以剛性雙原子分子既有3個平動自由度,又有2個轉動自由度,總共有5個自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。

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