结构推理 为什么在常温下,分子的转动状态可以通过加热而改变,因而分子转动和气体比热有关?为什么振动状态却是“冻结”着而不能改变,因而对气体比热无贡献?电子能级也是“冻结”着吗?
【正确答案】分子的转动能级差在10-3~10-4eV范围。这能量大约相当于温度为10K的气体分子热运动平均能量。在高于10K的温度下,吸热而使气体温度升高时,它的分子所具有的能量在碰撞过程中很容易改变分子的转动能量而被分子吸收。气体能吸收热量改变转动状态而升高温度,说明分子的转动和气体的比热有关。
   分子中原子的振动能级差约在10-1~10-2eV范围,这约相当于几百K温度下气体分子的平均热运动能量。因此在常温下分子的热运动能量不能改变分子的振动能量,在热运动中分子发生碰撞时分子就不会吸收热运动能量而改变振动状态。振动状态不能改变,就是振动能量“冻结”了。因此在常温下,分子的振动与气体比热无关。一般到温度为103K或以上时,振动状态才会由于吸收热运动能量而改变,振动状态也才会对气体的比热有影响。
   电子能级比振动能级差更大,因此,在几百K以下,气体分子的电子能级更会被“冻结”而不会影响气体的比热。
【答案解析】