邮票上的物理学史——气体动理论和统计力学的建立

气体动理论是热学的一种微观理论 ,用分子的运动来解释物质的宏观性质 .它的基本概念有两个 :一是物质由大量分子和原子组成 ;二是热现象是这些分子无规运动的一种表现形式 .首先看气体的状态方程 .状态方程是描写气体状态的宏观参数 ｐ、Ｖ、Ｔ所满足的方程 ,它本身是一项宏观性质 .但是任何微观理论都应当能够导出状态方程 ,而且真实气体的状态方程即范德瓦尔斯方程的确是由气体动理论导出的 .英国化学家玻意耳于 1 662年 (他的邮票见本专栏“真空和大气压”一节 )由实验发现 ,对于一定量的气体 ,在恒定温度下 ,其体积与压力成反比 ,即 ｐ…     

分子运动论发展简述

分子运动论是热学的一种微观理论。它根据的基本概念是:物质是由大量分子和原子组成的,热现象是这些分子作无规则运动的一种表现形式。这种理论的基本精神是:各个分子和原子的运动服从力学规律,而通过统计平均的方法来解释宏观现象。物质结构的原子性,热是运动的表现这两个基本概念起源很早,但真正建立起系统的理论却在十九世纪中叶。开始是气体分子运动     

极性气体分子缔合平衡常数、缔合焓和缔合熵方程的研究

一、前言 根据我们提出的分子聚集理论,认为分子聚集现象是流体的一种普遍现象,这种分子聚集行为的存在,对物质的物理化学性质有很大影响。本文首先是对流体单体分子形成聚集体分子的机制进行分析研究,然后应用分子聚集理论推导出极性气体的缔合平衡常数、缔合焓和缔合熵方程。显然,这一研究成果不仅在物理化学、化学工     

分子聚集(缔合)的状态方程(聚集硬球分子模型)

本文提出分子聚集(缔合)理论,并且应甩该理论来改进某些状态方程.为了证明该理论的正确性和对状态方程改进的可行性,我们对三十种物质,其中包括强极性和带氢键的缔合物质,如氨、水、甲醇、乙醇、乙酸等的饱和汽相体积进行计算,并与实验数据进行比较,结果表明,经改进的状态方程与实验数据相当符合,这也说明了本文提出的分子聚集理论是正确的.     

加压条件下流体分子聚集体形成的探究

一、分子聚集理论简介 分子聚集理论认为任何物质中均存在分子聚集现象而分子的这种聚集行为是由分子间的范德华力(色散力、诱导力和定向力)及氢键力所致。任何体系均由数目不等,大小不同的聚集体组成;聚集体的数目按一定规律分布。物质的分子聚集度不仅与分子大小形状     

乙基麦芽酚分子的密度泛函理论计算及表面增强拉曼光谱分析

乙基麦芽酚是一种常见的食品添加剂.该分子可能以“平面”或“立体”两种分子构型存在.应用密度泛函理论,分别对两种可能存在的构型进行了分子模拟计算,其中“平面”构型分子的理论计算拉曼光谱与实验值高度吻合,而“立体”构型分子的理论计算拉曼光谱与实验值差异显著.表明乙基麦芽酚分子是以“平面”分子构型存在.分别通过“银胶法”和“...     

结构相似单糖和二糖分子的太赫兹时域光谱研究

应用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合密度泛函理论(DFT)对两种结构相似的典型单糖和二糖物质(D-葡萄糖和乳糖一水化合物)在0.3~1.7 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了实验与理论模拟研究。首先,利用THz-TDS技术分别测量了D-葡萄糖和乳糖一水化合物在0.3~1.7 THz频段的太赫兹特征吸收谱,获得了它们在此太赫兹频率范围内的指纹光谱数据,发现虽然乳糖的组成结构中含有葡萄糖,但THz-TDS技术对糖类分子的结构变化非常敏感,两种物质在所测太赫兹频段内分别表现出各自不同的太赫兹指纹吸收特性。然后,利用DFT方法分别对两种糖类物质单分子和多分子构型的低频集体振动模式进行了理论模拟计算,获得了D-葡萄糖晶胞构型和乳糖一水化合物单分子及晶胞构型的DFT模拟计算结果,并通过简正振动模式分解的PED分析方法,结合GaussView显示的分子振动形式,对两种糖类物质在太赫兹频段吸收峰的简正振动模式进行了指认,发现乳糖一水化合物的振动模式与羟基(-OH)、羟甲基(-CH₂OH)和糖苷键的振动模式密切相关,且D-葡萄糖在1.44 THz处及乳糖一水化合物在1.38 THz处出现的吸收峰主要是由分子间的相互作用(氢键和范德华力),尤其是相互作用较强的氢键引起。最后,利用约化密度梯度(RDG)分析,可视化地分析了D-葡萄糖和乳糖一水化合物分子间相互作用的位置、类型和强度,进一步证明了两种物质在太赫兹频段的特征吸收峰主要来源于分子间氢键网络支配的集体振动模式。研究结果表明,THz-TDS技术对糖类分子结构的细微变化有着敏锐的感知,虽然D-葡萄糖和乳糖一水化合物的分子结构相似,但太赫兹波对它们之间的结构差异十分敏感,两者在太赫兹波段的特征吸收谱表现出明显差异,这为THz-TDS技术结合DFT方法对糖类物质进行检测识别以及研究糖类分子间的相互作用提供了有价值的实验和理论参考。     

用分子运动论解释水的反常膨胀

纯水是一种无色、无味、无臭的透明体．在一大气压下,纯水的凝固点（冰点）是０℃,沸点是１００℃．水具有几种特殊物理性质：在所有固态和液态物质中,水的比热最大;和绝大多数物质的密度随着温度的降低而增大的情况不同,水的密度在４℃（严格讲３．９８℃）时最大;和绝大多数物质凝固时体积缩小,密度增大的情况不同,水结冰时,体积变大,密度减小,水的分子量虽然不大,但它的沸点和蒸发热却相当高．所有这些反常现象都同水的结构有着密切联系．现代分子理论告诉我们：物质是由分子构成的且在作永不停息的无规则运动,分子之间有相…     

做功与内能变化的关系

1 几种误解 物质是由分子组成的,分子在不停地运动,所以分子有动能.分子之间有分子力.所以,分子有势能.温度是物体内大量分子平均动能的标志.分子势能的变化,可由物体的体积及形状变化表现出来.物体的内能的绝对值无法测定,也没有意义.物体内能的变化则是可以量度的.     

光抽运技术──一种原子物理学的实验方法

利用物质和电磁波的相互作用是研究物质微观结构的一种主要手段.多年来光谱学的研究提供了大量有关原子和分子结构的数据,大大地推动了原子和分子物理学的进展.但是如果要了解原子、分子等微观拉子内部更加细微的结构和变化,光谱方法由于受到仪器分辨率和谱线线宽的限制,往往得     

生物分子介电常数的理论计算

介电常数可以反映物质的许多特性.例如存贮信息的物质,几乎都是高度量子简并系统,这类物质往往具有很高的介电常数. 目前已知生物大分子的介电常数几乎都是由实验测定的,还有不少生物分子(包括蛋白质在内)还无法直接测得它的介电常数. 我们运用一个具有中心偶极子电荷分布的空腔模型,把空腔模型以外的分子视为连续介质。其介电常数ε,用经典电动力学与统计理论推导得介电常数ε的表达式. 运用推导结果对DNA(脱氧核糖核酸)与蛋白质分子的介电常数进行了计算.对DNA计算表明,当形变介电常数取3.8时,它的介电常数已达104量级.Sadron等人曾发…     

应用分子聚集型维里方程推算工质热物理性质

1分子聚集理论简介任何物质在气态和液态时均存在分子聚集行为，分子的这种聚集行为是由分子间作用力，即范德华力（包括定向力、诱导力和色散力）与弱化学力（如氢键等）所致。任何物质体系都是由大小不同的分子聚集体所组成，物质体系的分子的聚集程度不仅与分子大小、形状结构特性有关，而且随物质体系所处的状态（温度、压力和组成等）以及外场（如电磁场、声波场等）而变化。分子聚集的一个明显结果是实际分子数（包括单体分子，双聚体分子和多聚体分子）减少，而表现分子量增加，现定义一聚集参数j：来描述分子聚集行为，其中N，NO…     

高压流体相平衡的分子热力学模型

本文应用物质分子聚集与解集理论阐述了高压流体相平衡机理并提出了分子聚集型状态方程.应用此方程能精确地描述流体高压下的PVT关系,且用于预测相平衡数据也获得了满意结果.     

水晶的生长基元

纯物质(不包括高分子和混合晶体的结晶)实际上完全由等同分子所组成,这些分子在结晶前处于亚稳态,结晶后各向尺度大体相等并相当于晶胞的整数倍数,通过简单平移可以充满三维空间,这种分子叫做生长基元或结晶基元. 物质结晶时其生长着的界面和进入晶体的分子的比表面能皆应最小,可以认为,这就要求使分子的悬键数与所会原子数之比为最小值. 天然水晶早就为人们所注意,晶面夹角守恒定律首先是从对水晶的观察中获得的.1932年居里发现的压电效应也是对水晶进行研究的结果.由于对压电水晶的大量需要,人工生长工艺已经比较成熟,人工水晶是一种在热…     

光致异构体开关特性的理论研究

利用弹性散射格林函数方法,对4,4-二羧基1,2-二苯乙烯分子的两种异构体与金电极构成的单分子结进行了研究. 研究表明,该类分子是通过末端羧基化学吸附于金表面的,两种分子结电导特性的差异主要是因为分子与电极的相互作用所致. 对每一种分子来说,都存在三种不同的稳定电导值,分别对应着分子末端与金表面的不同接触方式. 分子与金表面的相互作用导致分子结电子结构的变化是其电导差异的主要原因. 理论结果与实验测量结果符合得较好. 关键词： 光致异构体 伏安特性 电子输运 分子电子学     

物理学中的“场”和“理想模型”

一物理学中＂场＂的概念桌子、黑板、房、树木……都是由分子、原子组成的,而分子、原子又是由电子、质子、中子等基本粒子组成的.这些实物都是物质.物质是客观存在的,能作用于我们的感觉器官而引起感觉的东西.在我们周围的物质世界里,     

两种太根(Tri-EGDN和Tetra-EGDN)的几何结构和键裂解能的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP、B3PW91、B3P86方法研究了二缩三乙二醇二硝酸酯(Tri-EGDN)和三缩四乙二醇二硝酸酯(Tetra-EGDN)的平衡分子构型、前线轨道能(EHOMO、ELUMO)、能差(ΔE=ELUMO-EHOMO)和O-NO2键的裂解能(BDE),并分析了两种硝酸酯分子和对应自由基的热稳定性.Tri-EGDN和Tetra-EGDN中的O-NO2键的裂解能用B3P86方法计算最接近真实值.由O-NO2键的裂解能很好地符合文献中对应物质的表观活化能,推知两种物质的热分解反应只是单分子O-NO2键的均裂反应.     

当代的光物理学与原子分子物理学

 一、前言光物理和原子分子物理是两个既有区别又有密切联系的学科.原子分子是物质组成的一个基本层次.原子分子物理学是研究这一层次的结构、运动状态及与周围环境和外界条件相互作用的科学.光学是研究光的基本性质,光的产生、传输、接收、显示及其与物质相互作用的科学.随着光学的发展和应用领域的日益扩大,比较偏重应用和技术的部分已逐渐脱离物理学而成为独立的科学技术门类.     

在物理学与化学之间的尼尔斯·玻尔

1913年夏秋之际,尼尔斯·玻尔连续发表了三篇文章阐述他的具有划时代意义的理论,这一现今可以在高中和大学本科的教科书上看到的理论革新了物理学家关于物质的概念.玻尔理论通常被认为只适用于已获得惊人成功的单电子原子体系,从历史的观点看来,这是明显误解.事实上,玻尔最初就认为,他的这一智慧结晶应该对于无论是物理学家的原子还是化学家的分子在内的所有物质的构成都会产生全新的认识.在他的1913年三篇巨作中,虽然现今经常被忽略,实际上关于化学性质的考虑和结论占有相当重要的地位.同时,玻尔理论对化学的影响也是巨大的,特别是对元素周期排列规律的贡献.     

近代物理讲座第五讲 等离子体物理与受控热核反应简介

一、什么是等离子体1.等离子体是物质的第四态 随着温度的升高,一般物质可经历固态、液态和气态,统称物质三态.在很高温度下,中性的分子和原子将离解和离化,变成电子和离子,物质进入一种新的状态——等离子体态.因此,等离子体可称为物质的第四态. 如上所述,等离子体就是由电子和离子组成的混合物(在未完全电离的等离子体中,还可包括一部分中性的原子和分子).电子和离子分别带负、正电荷,但是它们的电荷总量是相等的,因此从总体来看,等离子体还是呈电中性的.需要指出,并非所有包含电子、离子的气体都能称为等离子体,这里有一个量的要求,称为…