Question

氫是宇宙中含量最豐富的元素之一,可提取出無窮無盡的氫.氫運輸方便，用作燃料不會污染環境，重量又輕，優點很多.前蘇聯試用氫為某型號飛機的燃料已經初步得到成功，各國正積極試驗用氫作為汽車的燃料.氫無疑也是人類未來要優先利用的能源之一，試估算一下在標準狀況下，氫氣分子間的距離為多大？

Answer 1

解析：由1mol氫在標準狀況下所占的體積和分子數，可算出每個氫分子所占體積，把它看成一個立方體，其邊長就是氫分子的間距.

1mol氫在標準狀況下的體積V_mol=22.4×10^-3m³，它含有的氫分子數N_A=6.02×10²³個，所以每個氫分子所占據的空間為V=m³=3.72×10^-26m³.

把這個空間看成是一個立方體，它的邊長等于相鄰兩個立方體中心的距離，也就是相鄰兩個氫分子的距離，即d=m≈3.34×10^-9m.

由計算可知，通常情況下氣體分子的間距比分子直徑大一個數量級，所以常可不計分子本身體積.

點評：估算氣體分子間距時，必須把它看作立方體，估算固體或液體分子大小時才可以把它看作球體，絕對不能把氣體分子模型當成小球模型.

求解分子大小或間距的估算，關鍵是建立合適的分子模型：(1)球體模型：由于固體和液體分子間距離很小，因此可近似看作分子是緊密排列著的球體，若分子直徑為d，則其體積為：V₀=πR³=d³；(2)正方體模型：設想固體和液體分子(原子或離子)是緊密排列著的正立方體，那么分子間距離(即分子線度)就是正立方體的邊長L，因此一個分子的體積就是V₀=L³.對氣體來說，由于其在一般情況下分子不是緊密排列的，所以上述球體模型無法求分子的直徑，但能通過上述正立方體模型求一個分子所占的空間或分子間距.