Question

氢是宇宙中含量最丰富的元素之一,可提取出无穷无尽的氢.氢运输方便，用作燃料不会污染环境，重量又轻，优点很多.前苏联试用氢为某型号飞机的燃料已经初步得到成功，各国正积极试验用氢作为汽车的燃料.氢无疑也是人类未来要优先利用的能源之一，试估算一下在标准状况下，氢气分子间的距离为多大？

Answer 1

解析：由1mol氢在标准状况下所占的体积和分子数，可算出每个氢分子所占体积，把它看成一个立方体，其边长就是氢分子的间距.

1mol氢在标准状况下的体积V_mol=22.4×10^-3m³，它含有的氢分子数N_A=6.02×10²³个，所以每个氢分子所占据的空间为V=m³=3.72×10^-26m³.

把这个空间看成是一个立方体，它的边长等于相邻两个立方体中心的距离，也就是相邻两个氢分子的距离，即d=m≈3.34×10^-9m.

由计算可知，通常情况下气体分子的间距比分子直径大一个数量级，所以常可不计分子本身体积.

点评：估算气体分子间距时，必须把它看作立方体，估算固体或液体分子大小时才可以把它看作球体，绝对不能把气体分子模型当成小球模型.

求解分子大小或间距的估算，关键是建立合适的分子模型：(1)球体模型：由于固体和液体分子间距离很小，因此可近似看作分子是紧密排列着的球体，若分子直径为d，则其体积为：V₀=πR³=d³；(2)正方体模型：设想固体和液体分子(原子或离子)是紧密排列着的正立方体，那么分子间距离(即分子线度)就是正立方体的边长L，因此一个分子的体积就是V₀=L³.对气体来说，由于其在一般情况下分子不是紧密排列的，所以上述球体模型无法求分子的直径，但能通过上述正立方体模型求一个分子所占的空间或分子间距.