Двухатомная молекула это молекула, состоящая из двух атомов, которые могут быть одного и того же элемента или разных элементов.
Молекула состоящая из двух одинаковых атомов, таких как водород (H2) или азот (N2), она называется гомоядерной.
В случае, когда молекула состоит из двух атомов разных элементов, например, монооксид углерода (CO) или оксид азота (II) (NO), она называется гетероядерной. Атомы двухатомной молекулы связаны при помощи ковалентной связи.
Стабильные гомоядерные двухатомные молекулы образуются только газами при стандартных условиях, за исключением благородных газов, таких как гелий (He) или неон (Ne), которые при стандартных условиях являются одноатомными газами.
Что такое двухатомные молекулы
Двухатомная молекула или двухатомные элементы это та, которая содержит два химически связанных атома.
Если два атома похожи, например, в молекуле кислорода (O2), они образуют гомоядерную двухатомную молекулу, в то время как если атомы разные, например, в молекуле монооксида углерода, они образуют гетероядерную двухатомную молекулу (CO).
Теплоемкость
Двухатомные молекулы, такие как кислород, и многоатомные молекулы, такие как вода, совершают дополнительные вращательные движения, которые также накапливают тепловую энергию в своей кинетической энергии вращения.
Каждая дополнительная степень свободы вносит больший вклад R в cV, поскольку двухатомные молекулы могут вращаться вокруг двух осей.
Гетероядерные молекулы
Все остальные двухатомные молекулы являются химическими соединениями двух различных элементов.
Несколько элементов объединяются, образуя гетероядерные двухатомные молекулы в зависимости от давления и температуры.
Примеры гетероядерных молекул газов являются оксид азота (NO), хлористый водород (HCl) и монооксид углерода (CO).
Некоторые бинарные соединения в соотношении 1:1 обычно не считаются двухатомными по той причине, что при комнатной температуре они являются полимерными, но при испарении они образуют двухатомные молекулы — например, газообразные SiO, MgO и другие.
Возникновение
В окружающей среде Земли в межзвездном пространстве и в лабораторных условиях были идентифицированы сотни двухатомных молекул.
Около 99% атмосферы Земли состоит из двух видов двухатомных молекул: кислорода (21%) и азота (78%).
Естественное содержание водорода в атмосфере Земли составляет всего порядка частей на миллион.
Однако водород является наиболее распространенной двухатомной молекулой. В межзвездной среде могут преобладать атомы водорода.
Молекулярная геометрия
Все двухатомные молекулы линейны и характеризуются единственным параметром, которым является длина связи или расстояние между двумя атомами.
Двухатомный атом азота имеет тройную связь, двухатомный атом кислорода имеет двойную связь, в то время как двухатомные атомы водорода, фтора, хлора, йода и брома имеют одинарные связи.
Историческое значение
Поскольку ряд наиболее важных элементов, таких как углерод, являются двухатомными, они сыграли ключевую роль в объяснении принципов атома, молекулы 19 века и таких элементов, как кислород, азот и водород, которые состоят из двухатомных молекул.
Первоначальная атомная гипотеза Джона Дальтона предполагала, что все элементы являются одноатомными и что атомы, присутствующие в соединениях, обычно имеют простейшие атомные соотношения по отношению друг к другу.
Например, предположим, что формула Дальтона предполагает, что вода равна HO, что дает атомный вес кислорода, в восемь раз превышающий атомный вес водорода, вместо современного значения до 16.
В результате почти полвека существовала неопределенность в отношении молекулярных формул и атомных весов.
Еще в 1805 году фон Гумбольдт и Гей-Люссак показали, что вода образуется из одного объема кислорода и двух объемов водорода+.
А также к 1811 году Амедео Авогадро пришел к точной интерпретации состава воды, в зависимости от того, что в настоящее время известно как закон Авогадро и предположение о двухатомной элементарной молекуле.
До 1860-х годов эти наблюдения отвергались, отчасти из-за предположения, что атомы одного элемента не будут иметь химического сродства к атомам аналогичного элемента.
А отчасти из-за очевидных исключений из правила Авогадро, которые не были прояснены до более позднего времени с точки зрения диссоциирующих молекул.
Канниццаро возродил теории Авогадро и использовал их для построения согласованной таблицы атомных весов, которая в значительной степени согласуется с современными принципами, принятыми на конгрессе по атомным весам в Карлсруэ в 1860-х годах.
Эти веса считались необходимыми условиями для открытия периодического закона Лотаром Мейером и Дмитрием Менделеевым.
Возбужденные электронные состояния
Обычно двухатомные молекулы находятся в своем основном или низшем состоянии, которое обычно также называют состоянием «X».
Когда газ двухатомной молекулы может быть бомбардирован энергичными электронами, некоторые молекулы могут быть возбуждены до более высоких электронных состояний по мере их возникновения.
Предположим, что при естественном полярном сиянии ядерные взрывы на большой высоте и эксперименты с электронными пушками на ракетах.
Такой тип возбуждения также может иметь место, когда газ поглощает свет или другое электромагнитное излучение.
Кроме того, возбужденные состояния нестабильны и естественным образом возвращаются к основному состоянию.
В течение различных коротких временных интервалов после возбуждения, обычно доли секунд или иногда дольше секунды, если имеется метастабильное возбужденное состояние.
Происходят переходы из более высоких электронных состояний в более низкие и, наконец, в основное состояние, и в результате каждого перехода испускается фотон.
Это излучение называется флуоресценцией.
И, последовательно, высшие электронные состояния могут быть условно названы A, B, C и так далее.
Энергия возбуждения всегда должна быть либо больше, либо равна энергии электронного состояния, чтобы возбуждение имело место.
В квантовой теории электронное состояние двухатомной молекулы может быть представлено символом молекулярного термина:
2S + 1 Λ(v)
Где S задается как полное квантовое число электронного спина, Λ задается как полное квантовое число электронного момента импульса вдоль межъядерной оси, а v задается как колебательное квантовое число.
Λ принимает значения 0, 1, 2 и так далее, которые представлены символами электронных состояний, такими как Σ, π, Δ и так далее.
Быстрые ответы?
Примерами таких веществ могут служить водород H2, кислород O2, хлор Cl2 из двух разных элементов, оксид углерода CO, оксид азота NO и другие.
Двухатомная молекула частный случай линейной, обладает всего одним колебанием, при котором меняется расстояние между двумя атомами молекулы.