旋轉的能量單位數目

化學原理啟迪98

1.      氣體實驗發現，在封閉容器中的氣體，溫度升高的時候，如果體積保持不變，壓力就會上升；溫度升高的時候，如果壓力保持不變，體積就會變大。為什麼？

2.      分子動力理論認為，是因為溫度上升的時候，氣體粒子的動能上升，才造成體積或壓力的變化。

3.      氣體粒子的動能上升，可分二部分討論： 1.粒子的直線前進速度加快。2.粒子的旋轉速度加快。

4.      首先討論，熱能怎麼讓「粒子的旋轉速度」加快？

5.      「熱能」進入粒子，增加原子核的表面能量，造成原子核的旋轉增加。

6.      為什麼原子核表面增加熱能，會加快旋轉？

7.      所有的東西都會盡力維持自己原本的慣性，增加的能量打破原本的平衡狀態，所以，原子核必須靠增加運動(旋轉、擺動、直線前進)來消耗多餘的能量，這是勒沙特列原理。

8.      原子核的能量，來自於原子的質量；質量的定義：原子核。

9.      「原子核」是整顆原子運動的力量來源，「電子的運動」是反應「原子核的運動」狀態。

10.  所以，測量、計算出熱能對電子的旋轉的影響，也等於瞭解熱能對原子核旋轉的影響；瞭解熱能對原子核旋轉的影響，就能分析熱能推動整顆氣體粒子旋轉的能量單位到底是多少？

11.  電子自旋的速度變快(波長變短、頻率變高)，代表電子在圍繞原子核運動的軌道上的移動速率加快，代表原子核的旋轉加快。

12.  溫度上升，代表熱能增加；熱能，就是推動電子旋轉的力量來源。熱能就像無形的絲線(圓的半徑)，拉動電子圍繞著一個隱形的力量軸心旋轉；熱能愈多，電子旋轉的動能愈強、速度愈快。

13.  「熱能」與「電子旋轉力量」的關係，就是「半徑」與「圓周」的關係。熱能推動電子完整旋轉一圈─「一個周期、週波」的能量：「熱能」×2×π。

14.  電子旋轉中移動的運動，放到整個原子來看，就是「電子」圍繞「原子核」運動的駐波。電子每旋轉一次的能量，就是單一一個波的能量，也是電子圍繞原子核運動的最小能量單位，是一種「量子」。

15.  如果有儀器可以測量出，容器中每種速率的氣體粒子的總質量，那麼，把「特定速率的氣體的質量」÷「電子被熱能推動旋轉一圈的能量」，就可以計算出每種速率的氣體粒子，被熱能推動旋轉的能量單位數目（量子數）。

16.  把每種氣體速率的量子數，記錄在數線表上，連起來就是分布曲線。

徐弘毅2010.5.13