双原子气体

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简介

双原子气体在自然界中很常见。双原子分子指的是由两个原子组成的分子。在正常温度下，几乎所有的双原子分子都是气体。双原子分子存在于诸如一氧化碳和一氧化氮之类的物质中。

什么是双原子分子？

双原子分子或双原子元素是指化学键合在一起的两个原子。当两个原子相同，例如氧分子时，它们结合形成同核双原子分子；但是，当它们不同，例如一氧化碳时，它们结合形成异核双原子分子。

热容

多原子（如水）和双原子（如氧气）分子都存在额外的旋转运动，这些运动将热能储存在其旋转动能中。由于双原子分子可以绕两个轴旋转，因此每个额外的自由度都会使R与CV成正比地增加。

异核分子

其他所有双原子分子都是两种不同元素的混合物。异核双原子分子是在压力和温度结合时产生的。

例如，气体一氧化碳（CO）、氯化氢（HCl）和一氧化氮（NO）。

由于它们在室温下是聚合的，因此许多 1:1 二元化合物，例如气态 SiO、MgO 等，通常不被视为双原子化合物。但是，当这些化合物蒸发时，会形成双原子分子。

出现

科学家们在实验室和星际空间中发现了许多双原子化合物。氧气（21%）和氮气（78%）这两种双原子分子构成了大气中大约 99% 的分子。地球大气中自然存在的氢气仅占几百万分之一。然而，最常见的双原子分子是氢气。氢原子在星际介质中占主导地位。

分子几何形状

所有双原子分子都是线性的，唯一区分它们的是两个原子之间的距离。双原子氧原子具有双键，而双原子氢、氟、氯、碘和溴原子则分别具有单键。相比之下，双原子氮原子具有三键。

历史意义

在很大程度上归功于碳，原子、分子以及氧气、氮气和氢气等元素以双原子分子的形式存在等概念在 19 世纪得到了阐明。根据约翰·道尔顿最初的原子假说，所有元素都是单原子的，并且化合物中的原子通常彼此之间具有最简单的原子比率。考虑一下道尔顿假设水为 HO 会导致氧的原子量是氢的 8 倍，而不是现在认为的 16 倍。因此，在将近 50 年的时间里，原子量和分子式都存在歧义。

1805 年，洪堡和盖-吕萨克发现，水由一体积氧和两体积氢组成。1811 年，阿梅代奥·阿伏伽德罗利用被称为阿伏伽德罗定律的定律和对双原子分子的信念确定了水的精确组成。

尽管如此，这些观察结果直到 19 世纪 60 年代才被避免，部分原因是人们认为一种元素的原子不可能与另一种相同元素的原子具有化学亲和力，部分原因是直到后来才描述了阿伏伽德罗规则的明显偏差，例如分子的解离。

在 19 世纪 60 年代的卡尔斯鲁厄原子量大会上，卡尼扎罗恢复了阿伏伽德罗的理论，并将其应用于创建与当前概念一致的原子量连贯表。人们认为这些权重对于洛萨尔·迈耶尔和德米特里·门捷列夫发现周期律是必要的。

激发电子态

双原子分子通常在其基态存在，称为“X”态。当双原子分子气体被强大的电子激发时，一些分子会被激发到更高的电子态。例如，高空核爆炸和火箭搭载的电子枪实验。当气体占据光或电磁辐射时，也会发生激发。

激发态也比较不稳定，总是会回到基态。在激发后（通常在几分之一秒或更长的时间内，如果处于亚稳态激发态），从较高电子态向较低电子态以及随后向基态发生跃迁，并且对于所有跃迁，都会释放光子。这被称为荧光。

结论

连接两个原子的键长是所有双原子分子都是线性的的唯一特性。双原子氢、氟、碘、溴和氯原子具有单键，而双原子氮原子具有三键，双原子氧原子具有双键。

同核和异核双原子分子是双原子化合物的另外两种分类。当两种相同物质的原子结合在一起时，它们会形成同核双原子分子。

常见问题

1. 为什么所有气体都具有两个原子？

第一个元素氢位于元素周期表左上角，有时表现得像碱金属。在室温下，所有气体，包括氢气、氮气、氧气、氟气和氯气都存在。因此，它们被称为双原子气体或元素气体。

2. 空气是双原子气体吗？

众所周知，在环境温度和压力下，空气是两种双原子气体，氮气和氧气的混合物。

3. 多原子粒子与双原子粒子有什么区别？

仅由两个原子组成的分子称为双原子分子。多原子化学物质是指具有三个或更多原子的化学物质，无论这些原子来自相同元素还是不同元素。双原子化学物质是指具有两个原子的化学物质，无论是相同元素还是不同元素。

4. 双原子分子是如何形成的？

氢原子需要一个额外的电子来完成其外层并变得稳定。这是通过形成双原子分子来实现的，该分子通过非极性共价键与另一个氢原子共享一个电子。

5. 双原子物质具有哪些键？

当双原子分子靠近形成键时，电负性不会有任何差异，电子将在两个原子之间平均分配。因此，会产生纯共价键。因此，具有相同配对原子的双原子元素形成纯共价键。

6. 稀有气体为什么更惰性？

除了氦和氢之外，其他所有稀有气体都是稳定的，因为它们对进一步反应具有厌恶感，并且在其最外层具有 8 个电子。

7. 双原子分子在日常生活中有什么用途？

因此，我们无法将双原子分子发挥的所有作用都列在一起。但是，此类示例包括HCL 如何帮助人类消化以及氧气如何帮助光合作用和细胞呼吸等。