怎么区分氩气氮气,如何快速区分氮气和氩气

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-14 22:31:57

氮气分子的三键连接

氧气分子由两个通过强(短)双键连接的氧原子(O)组成

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氧气分子的双键连接

由于氮气和氧气都是由强键连接,其结构稳定,那些穿过了大气层的光子能量通常不足以激发它们振动;当它们被光子激发时,分子仅在轴向上发生极轻微的线性振动,两个原子间像是连着一根硬弹簧,它们只是稍稍靠近又稍稍远离,因此氮气和氧气基本不对外辐射热能,也不被认为是温室气体。

拥有3个或更多原子的分子可以以更复杂的模式振动。单个分子可以以各种方式振动;这些不同运动中的每一个被称为一种振动“模式”。二氧化碳(CO₂)分子具有三种不同的振动模式,如下图所示:

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二氧化碳分子的三种振动模式

二氧化碳分子由中心的碳原子(C)与两个具有弱(长)双键的氧原子(O)连接组成,分子中的电荷非对称分布,与氮气和氧气相比,二氧化碳的原子键就像是一根细弹簧,松弛且柔软。具有更多(和更复杂的!)振动模式的分子更可能与通过的电磁辐射波相互作用,这就是二氧化碳吸收和发射红外(IR)辐射的原因,而氮和氧分子却没有。这种吸收红外波的能力使二氧化碳成为温室气体。

水蒸气(H₂O)分子也具有与二氧化碳相似的振动模式,使其与通过的IR波相互作用。不同的是水分子是一种极性分子,它比二氧化碳更复杂,因此水蒸气是一种比二氧化碳更强的温室气体。

甲烷(CH₄)是在地球大气层中少量存在的气体,又被称为天然气。甲烷分子是最简单的碳氢化合物,其中间是单个碳原子(C),被四个相等距离的氢原子(H)包围,通过弱(长)单键连接。

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甲烷的分子结构

甲烷是一种比二氧化碳更强大的温室气体,它的化学键有更多更复杂的振动模式,因此甲烷可以吸收更多的电磁波能量再将其辐射出去。

总结:

我们的地球从太阳获取绝大部分的能量,通过分子的振动将其转化为热能辐射出来。从宏观角度,地球吸收和对外辐射的能量是相等的。

由于地球大气层中有温室气体,有相当一部分能量被保留在地面附近进行热循环,这为地球生命的产生和繁衍创造了条件。

单原子和双原子气体不成为温室气体,这是由其受辐射后的振动模式决定的,双原子气体如氮气、氧气等的键合强大,它们不容易受激发产生振动。

二氧化碳、水蒸气、臭氧和甲烷等气体由三个以及三个以上原子构成,它们的化学键长且弱,并且电荷分布不均,在红外线的激发下,这些气体再容易发生共振现象,分子通过振动又向外辐射热能,使得这些气体可以更有效地保存和传递热量。

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