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  • 1 # 使用者3938873336046

    好吧其實你問了兩個問題,一個用物理化學解答,一個涉及氫氣氧化的反應機理。先回答第二個假設是100個標準大氣壓的密封容器有等量的氫氣和氧氣。(下文用bar代替atm表達對IUPAC的尊敬)氫氣的沸點是20.3K(1bar),根據克拉伯龍方程可以算出100bar下氫氣的沸點,因為沒有氫氣的汽化焓所以現在算不出來。可以自己查資料算一下。總的來說壓強越大,沸點越高。對是一條直線,斜率為 。壓強越高,沸點增的越慢。保守估計100bar時氫氣的沸點不高於50K。根據等溫方程和吉布斯-亥姆霍茲方程算出此時吉布斯自由能是小於0。就是說熱力學允許反應的發生。但是。動力學並不允許,或者說反應很慢很慢,三千年過去了,並沒有冰生成。至於如果有反應發生的話是先汽化還是什麼。

    氫氧的燃燒過程

    常規溫度下的氫氣和氧氣燃燒

    (1)氫分子、氧分子燃燒過程中的第一產物——氫氧分子

    前面我們看到了氫分子是非常穩定的分子,在大於分子尺度,對外顯示電中性,並且具有穩定的力學結構。因此在常溫下,氫氣和氧氣可以共存。但是在小於分子尺 度上,由於分子的力學結構都是由原子核和核外電子組成的,那麼在兩個分子接近到一定程度,原子間必然會發生強烈的作用。

    在氫分子和氧分子的碰撞過程中,一旦氫分子動量達到可以進入到氧分子的電子密集區,那麼氫分子的力學分佈狀態便會打破兩個氧原子的穩定力學結構,那麼氧原 子便會分離。由於氫分子是對稱的,並且在破壞氧分子力學結構的過程中其作用區域遠小於分子區域,那麼氫分子的原子核電子也會和氧分子中的電子、原子核發生 作用,那麼會形成對稱破裂。形成兩個分別由一個氫原子和1個氧原子組合的分子。我想可以叫做氫氧分子。該過程為力學的對稱破裂過程,不會形成除此之外的其 它的物質結構。

    氫分子動量達到進入氧分子的電子密集區的動量,反映在溫度上,就是我們通常所說的燃點。

    大家一定會有疑問,為什麼不把它叫做氫氧離子。因為該物質結構總體上電中性。該結構如下:

    由於氧原子為正立方體力學結構,1個質子和氧原子只有3個可以填充力學結構的作用點,4個才可以達到力學的穩定狀態,這決定兩個原子核之間的連結為不穩定 連結,該結構需要獲得1個電子達到4個電子的結構連線才可以達到穩定的力學分佈狀態。我們知道,氫氧離子就是這樣的狀態。但卻表現為電負性了,不是分子是離子了。因此,大量的該過程可以吸附電子,燃料電池可利用該過程獲得電源的正極。

    氫分子、氧分子碰撞過程產生氫氧分子是放熱過程。

    (2)氫氧分子和氧氣、氫氣的碰撞

    兩個氫氧分子分離後,原子勢能得以釋放,獲得較高的動量。相對來說氫氧分子在最初的混合氣體裡算是高能分子了。由於碰撞的隨機性,它和氣體中任一種分子都會發生碰撞。

    (1)兩個氫氧分子發生的碰撞:由於力學結構是相同的,那麼兩個氫氧分子碰撞後保持原結構,該碰撞過程為彈性碰撞。不吸熱也不放熱。

    (2)氫氧分子和氧分子碰撞:由於氫氧分子不是對稱的,在碰撞過程中打破氧分子的穩定力學分佈狀態,並吸收一個電子,該過程為放熱過程。並形成如下的物質 結構:帶有一個正電荷的氧離子、氧原子以及氫氧分子本身吸收一個電子而形成的帶一個單位負電的氫氧離子。根據原子勢能的大小,可以判定該次釋放熱能的量要 大於氫氧分子分離時所放出的熱能。或者說獲得更大的動量。

    (3)氫氧原子和氫分子的碰撞:氫氧原子和氫分子的碰撞最初形成H3O。主要原因是氫氧 分子中的氫已經透過3個電子和氧原子結合。那麼在和氫分子的碰撞後,由於氫分子是對稱的,該力學結構在和氫氧分子結合後,不會受到核外電子的排斥力,前面 已經說過了,氫原子是非常特殊的是最易和其它分子、原子發生作用的原子。在碰撞初始,沒有任何力學依據會導致分離出1個氫原子或者氫離子。該過程是吸熱過 程。

    但是氫氧分子和氫分子化合後,碰撞前的氫分子會由於兩個氫原子核之間的作用力。分別分佈到氧原子核外層的6個穩定作用面剩餘的5個面上的兩個面上。同時分 布過程中遵守所受到的最小作用力的位置上。該結構為不穩定的結構。在該分子振動過程或者和其它分子碰撞過程中,則會脫落1個氫原子,發生分解。該過程為吸 熱過程,形成水。

    化學方程式為H3O=H2O+H。該過程吸收的量很小,或者幾乎不吸收熱量。

    (4)氫原子和氫氧原子的碰撞

    氫氧原子和氫原子的碰撞過程為吸熱過程。該過程氫氧分子和氫分子化合所吸收的動量只有氫氧分子和氫分子本身總動量的1/17。

    (3)在氫氣和氧氣燃燒的過程中,放熱過程主要是氧分子中的氧原子由於受到氧原子核外電子斥力的作用相互分離的過程。在每形成一個水分子的過程中,O2至少釋放兩次熱能。這是氫氣燃燒值高的主要原因之一。

    2、高溫的氫氣和氧氣化合生成水的過程

    上面我們已經看了常溫狀態下的氫氣和氧氣的燃燒,那麼在能量的邏輯結構中提出的證明能量不守恆的第2個問題能量儲存的失效中提到,將氫氣和氧氣單獨加熱到很高的溫度,然後再將它們會合到一起,那麼該化學能將會失效。下面我們來看這個問題:

    氫分子是穩定的力學結構,它在非常高的溫度下才會變成氫原子。但氫分子並不是釋放熱能的關鍵。關鍵是氧分子。

    氧分子在很高的溫度下會變成氧原子。那麼再和氫原子(大部分仍為氫分子)匯合到一起。氧分子由於變成了氧原子,已經沒有釋放能量的條件。因此該化學能消失。過程則是:

    H+O=HO (吸熱)

    HO+O=H2O (吸熱)

    反應時恐怕已經超脫除了物態的範疇。

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