化學

利用Gnuplot軟體繪製似氫原子的徑向分佈函數(下)

利用Gnuplot軟體繪製似氫原子的徑向分佈函數(下)(Hydrogen-like radial distribution Plots Using Gnuplot (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:利用Gnuplot軟體繪製似氫原子的徑向分佈函數(上)

接下來,探究第一個疑問,一般會出現這樣的矛盾,主要是將機率密度和徑向分佈函數 (radial distribution function) 弄混,前者是空間某一特定點電子出現的機率密度,而密度要乘上體積才是距原子核某特定距離電子出現機率的大小。

利用Gnuplot軟體繪製似氫原子的徑向分佈函數(上)

利用Gnuplot軟體繪製似氫原子的徑向分佈函數(上)(Hydrogen-like radial distribution Plots Using Gnuplot (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

學習原子軌域時,經常產生一個疑惑,即電子出現密度最大的地方,卻不是最容易找到電子的區域?教科書中常以  $$4\pi r^2\times|\psi^2|$$ 對原子半徑 $$(r)$$ 作圖來做解釋,卻不是直接以波函數 $$(\phi)$$ 或電子出現機率密度 $$(\psi^2)$$ 對 $$r$$ 作圖,為何還要乘上 $$4\pi r^2$$ 呢? 究其不了解的原因,主要是數學式子太過抽象,教科書的圖形又無法親自繪製,很難從中領略其中的神髓。

利用 Gnuplot 軟體繪製似氫原子的軌域形狀(下)

利用 Gnuplot 軟體繪製似氫原子的軌域形狀(下)(Hydrogen-like orbital plots using gnuplot (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:利用 Gnuplot 軟體繪製似氫原子的軌域形狀(上)

圖三的文字檔以 fourier.txt 存檔後,可在 gnuplot 視窗的游標列上輸入:load “fourier.txt”,讓 gnuplot 讀取檔案後,一次執行一系列的指令以完成任務,當然讀取檔案的路徑必須正確,若不正確則無法順利執行。當內定路徑無法找到檔案時,可利用視窗中 ChDir 的下拉式選項改變讀取檔案的路徑。

利用 Gnuplot 軟體繪製似氫原子的軌域形狀(上)

利用 Gnuplot 軟體繪製似氫原子的軌域形狀(上)(Hydrogen-like orbital plots using gnuplot (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

高中或大學化學課程,每當遇到物理化學領域時,原子軌域、波函數 (wave function)、機率密度 (probability density) 等,對一般學子而言就一個抽象了得!連課本中軌域的形狀是怎樣畫出來的也是丈二金剛,摸不著頭腦,既使知道怎麼畫出來的,也找不到適當的軟體,親自體驗一下。專業軟體如 maple、 mathematic 不是太貴,就是太複雜,簡易軟體如 excel,又不符需求,因此這一單元的教材,由於缺乏具體的圖像及做中學的體驗,往往是學子學得較不理想的部分。

絕對壓力

絕對壓力 (Absolute Pressure)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

壓力的定義

在物理學上,壓力 (\(\mathrm{P}\), Pressure) 的定義為物體在單位面積上所受的正向力。用數學式表達即為 \(P=\frac{F}{A}\),其中 \(F\) 為作用之正向力,\(A\) 為表面積。

壓力有許多不同的單位表示方法,其中常用的有標準大氣壓 (\(\mathrm{atm}\))、帕斯卡 (\(\mathrm{Pa}\), pascal)、巴 (\(\mathrm{bar}\))、托 (\(\mathrm{torr}\))、公分水銀柱 (\(\mathrm{cm-Hg}\)),以及 \(\mathrm{PSI}\)(磅/平方英吋)。

反應焓的聯想(三)

反應焓的聯想(三)(Thoughts on reaction enthalpy (III))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:反應焓的聯想(二)

四、反應焓的求法

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圖三 彈卡計示意圖,可以量測易燃元素物質的定容反應熱。(圖片來源:參考資料3)

一般化學反應的反應焓或稱反應熱,可由卡計直接由實驗室中測量,例如圖三為常見的彈卡計 (bomb calorimeter),可以測量在定容下易燃元素的反應熱。定壓下的卡計需將壓力固定,所以會有不同的設計,例如國、高中的酸鹼中和放熱實驗,即為在常壓下藉由保麗龍杯、溫度計,以測量水溫的變化,再換算出反應熱。

反應焓的聯想(二)

反應焓的聯想(二)(Thoughts on reaction enthalpy (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:反應焓的聯想(一)

現以溫度為 298.15 K 時由氫氣及氧氣生成 $$1$$ 莫耳水蒸氣為例,說明如何求出其標準莫耳反應焓,並藉以釐清反應焓、生成焓及相對焓的異同。

$$\displaystyle\mathrm{H_{2(g)}}+\frac{1}{2}\mathrm{O_{2(g)}}\rightarrow \mathrm{H_2O_{(g)}}~~~~~~~~~(5)$$

一般定義一莫耳純物質若由其成分元素經反應化合而成,則其焓的變化量稱為該物質的莫耳生成焓。

反應焓的聯想(一)

反應焓的聯想(一)(Thoughts on reaction enthalpy (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

初學反應焓 (reaction enthalpy) 時經常會產生一些迷惑,首先既然已經有內能 (internal energy, U) 的狀態函數,為何還要增加一個焓 (H) 的狀態函數呢?接著反應熱和反應焓的關係為何?它們是同義詞,還是部分相等,差別在那裏?標準莫耳反應焓 ) 的定義為何?有何重要性?一個物質的莫耳相對焓和莫耳生成焓有何關聯性?最後反應焓除了使用卡計測量以外,有没有其他求法?本文擬以簡單的實例做說明,對上述疑惑做一深入淺出的說明,期盼初學熱力學的學子能有清晰的概念,及紮實的基礎。

標準莫耳生成焓與相對熵的求法(下)

標準莫耳生成焓與相對熵的求法(下)(How to calculate standard state molar formation enthalpy and conventional molar enthalpy (III))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:標準莫耳生成焓與相對熵的求法(中)

上列敘述看起來有一點抽象,現以恒溫、$$1~bar$$ 下進行下列反應為例:

$$\mathrm{H_{2(s)}}+\mathrm{\frac{1}{2}O_{2(s)}}\rightarrow\mathrm{H_2O_{(s)}}$$

其熵的變化可表示為:$$\Delta S=S^\circ_m(\mathrm{H_2O})-S^\circ_m(\mathrm{H_2})-\frac{1}{2}\times S^\circ_m(\mathrm{O_2})$$,當我們選擇此恒溫為極接近 $$0~K$$ 時,因為 $$(4)$$ 式為 $$0$$,故上式等號左邊的 $$\Delta S$$ 為 $$0$$,等號右邊「元素」的熵,$$S^\circ_m(\mathrm{H_2})$$、$$S^\circ_m(\mathrm{O_2})$$ 為 $$0$$,因此 $$S^\circ_m(\mathrm{H_2O})$$ 亦為零。

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