热力学及化学 内能( 二 )


热力学及化学 内能

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固有偶极和诱导偶极分子间力与分子间距的关係:一般而言 , 分子相距较远时分子间主要表现为引力 , 随着分子的相互接近引力增大 。进一步接近时 , 斥力的作用开始表现出来 , 表现为净的引力变小 , 并逐渐减小为零 。继续接近时 , 斥力急剧上升(引力同时也上升但上升的慢一些) , 分子间力表现为净的斥力 。当分子继续相互接近时 , 巨大的斥力将使二者的动能消耗殆尽 , 全部转为分子间的相互作用势能 , 失去动能的分子在强大的斥力作用下彼此远离(分子间势能又转为分子动能) , 这一过程就是平常说的分子相互碰撞过程 。分子间力与偶极矩的关係:极性分子具有固有偶极矩(即平均而言 , 分子的正负电荷中心不重合) , 固有偶极间的相互作用力称为定向力 , 故极性分子间的作用力包括定向力部分 。极性分子和非极性分子间没有固有偶极的相互作用 , 故二者间不存在定向力 。但非极性分子在极性分子的电场作用下 , 会发生所谓的诱导偶极 , 即原来分子的正负电荷中心平均而言是重合的 。固有偶极和诱导偶极间的相互作用力称为诱导力 。极性分子间也存在着这种诱导 , 并且是相互诱导 , 因此极性分子间除了定向力还存在诱导力 。那幺非极性分子之间有没有静电力呢?当然有 。虽然平均而言非极性分子的正负电荷中心重合 , 但在任一瞬间它们都是不完全重合的(完全重合的机率趋于零) , 因此非极性分子间存在着这种瞬间偶极的相互作用 , 这种作用力称为色散力 。很明显 , 色散力存在于任何分子之间 。这三种力的相对大小随分子结构而定 , 一般而言诱导力相对较小 。分子内部的能量 分子(包括一般所指的分子、原子和离子 , 见前文注)内部的能量主要取决于电子的能量和核内部的能量 。核内部的能量仅在核物理过程中发生变化 , 因此在其它一切情形时 , 都可以认为分子内部的能量主要就是电子的能量 。更準确地说包括了电子的动能 , 电子和核的引力势能 , 电子和电子间的斥力势能(单电子原子、离子或分子不存在该能) , 核与核间的斥力势能(不存在化学键的孤立原子不存在该能) 。一般来说电子和核的引力势能占主导地位 , 这样才能形成稳定的分子或原子 。变化途径(1)做功可以改变物体的内能 。(如钻木取火)当外力对物体做正功时 , 物体内能增大 , 反之亦反 。
热力学及化学 内能

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内能变化(2)热传递可以改变物体的内能 。(如放置冰块使物体降温)热传递的三种形式:热传导 , 热对流(一般见于气体和液体)以及热辐射 , 热传递的条件是物体间必须有温度差 。做功和热传递在改变内能的效果上是等效的 。做功使其他形式的能如机械能等转化为内能;热传递使物体间的内能发生转移 。分类分为狭义内能和广义内能 。狭义内能在一般的物理问题中(不涉及电子的激发电离 , 化学反应和核反应) , 内能中仅分子动能和势能两部分会发生改变 , 此时我们只关心这两部分 , 而将这两部分之和定义为内能 。这是一种简化的定义 , 即狭义内能 。在涉及电子的激发电离 , 化学反应和核反应时 , 为不引起误解狭义内能应严格称为热力学能(以前称为热能 , 热能这一概念在一些工程领域内仍广泛使用) 。广义内能在不涉及核反应的物理过程或化学过程中 , 原子核内部的能量不会改变 , 此时可以将内能定义为热力学能与电子能之和 。最广义的内能就是物体或系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和 。即热力学能、电子能与原子核内部能量之和 。理想气体理想气体从微观上看 , 是指分子间力和分子本身大小可忽略的气体 。巨观上看 , 是指压强趋于零的气体 。实际气体在压强不太大时可以近似为理想气体 , 近似的程度取决于气体的种类和压强 。例如常压下的氢气视为理想气体时 , 将有1%左右的误差(跟要计算的物理量有关) 。一定量理想气体的内能仅是温度的函式: