Двухатомный дейтерий

Пусть имеется смесь изотопов водорода-1, водорода-2 и водорода-3 (водорода, дейтерия и трития), существующих в виде двухатомных молекул. Начертите масс-спектр для случая, когда число атомов всех трех изотопов одинаково. [c.33]

Можно ожидать, что двухатомные молекулы, содержащие легкие изотопы, будут менее стабильны вследствие более высокого уровня нулевой энергии. Это находит отражение в том, что отношение распространенности молекулярных ионов к осколочным больше для молекул, содержащих тяжелые изотопы. Для трития это отношение почти вдвое больше, чем для дейтерия и почти в четыре раза больше, чем для водорода. [c.472]

Дейтерий (Вг) — изотоп водорода, имеющий массовое число 2 и одинаковый заряд содержится в природном водороде в количествах 1/6400. Дейтерий с водородом образует двухатомное соединение НД, называемое водородный дейтерид. [c.275]

Если на этом основании предположить, что и в сложных веществах замещение водорода дейтерием вызывает ослабление межмолекулярного отталкивания, а следовательно, уменьшение эффективного объема молекул, то учитывая, что (й/У/) 10 с 2, из соотношения (VI.20) ясно, что изотопный эффект в величине Ь вызывает уменьшение скорости звука. Однако, исходя из приведенных выше выкладок для двухатомных молекул и результата расчета для водорода и дейтерия, по-видимому, можно предполагать, что при замещении нескольких атомов водорода дейтерием в многоатомных молекулах изменение энергии отталкивания их сравнительно мало. [c.163]

На некоторые возможные причины несоответствия отношения вязкостей изотопных веществ отношению квадратных корней из масс их молекул указал Попл [767]. Он считает, что, так как движение многоатомной молекулы определяется линейным и угловым уравнениями движения, правило пропорциональности вязкости квадратному корню из массы может соблюдаться только в двух следующих случаях 1) при изотопном замещении массы всех атомов изменяются в одинаковом отношении и тем самым в том же отношении изменяются масса молекулы и моменты инерции. Этому соответствуют изотопные пары простых двухатомных веществ, например дейтерий и водород 2) межмолекулярный потенциал обусловлен центральной силой, которая является функцией только расстояния между центрами масс и, следовательно, угловое движение не принимает участия в механизме вязкого течения. Этому соответствуют одноатомные изотопные вещества и многоатомные симметричные молекулы, такие, как D4 и GH4. [c.219]

Атом водорода по сравнению со всеми другими атомами имеет простейшую структуру. Он состоит из ядра с зарядом и одного электрона. Известны три изотопа водорода Н, (дейтерий О), Н (тритий Т). Несмотря на то что изотопные эффекты для водорода наиболее значительны, что оправдывает использование разных названий для двух тяжелых изотопов, химические свойства Н, О и Т по существу идентичны, за исключением таких характеристик, как скорость и константы равновесия реакций. Эти эффекты будут рассмотрены позднее (разд. 6.10). Обычная форма существования элемента в свободном состоянии—двухатомная молекула, причем возможны разные комбинации—Н,, Вд, Та, НО, НТ, ТО. [c.7]

При умеренных температурах величина кС. >1кТ, равная ж, сравнительно велика у многих устойчивых двухатомных молекул, например у водорода, дейтерия, кислорода и азота. В этом случае е и 1 очень велики, а колебательная энергия как это следует из уравнения (60.4), очень мала. Это означает, что при умеренных температурах практически все молекулы находятся на самом низком колебательном уровне, т. е. на [c.472]

Атомы и одноатомные молекулы не имеют ни колебательной, ни вращательной энергии, и поэтому соответствующие суммы состояний равны просто единице. Однако для двухатомных и более сложных молекул, особенно при высоких температурах, число возможных энергетических уровней чрезвычайно велико, и суммирование, необходимое для вычисления суммы состояний, громоздко. Поэтому в настоящее время предложено много приближенных методов, которые в случае не слишком низких температур дают результаты, находящиеся в хорошем согласии с результатами, полученными более сложным путем. Только для водорода и дейтерия при температурах ниже 250 и 150° К соответственно приближенные методы приводят к значительным ошибкам. [c.172]

Этот результат является достаточно точным для всех двухатомных молекул, вплоть до очень низких температур, за исключением водорода и дейтерия. Моменты инерции молекул водорода и дейтерия сравнительно столь малы, что такое приближение не приводит к серьезным ошибкам только при температурах выше 273 и 200° К соответственно. Этот же вывод можно выразить в несколько иной форме. Уравнение (104) применимо к водороду и дейтерию только при условии, что для них имеет место нормальное отношение между количествами молекул в орто- и пара-формах, т. е. 3 1 для водорода и 1 2 для дейтерия. При равновесных отношениях орто- и пара-молекул водорода и дейтерия при низких температурах такое приближение уже незаконно, и для опре-, деления вращательной суммы состояний необходимо произвести полное суммирование согласно уравнениям (95) и (96), причем значения вращательной энергии следует заимствовать из спектроскопических данных. [c.180]

Простейшим типом реакции, которую мы обсудим с количественной стороны, является такая реакция, в которой атом реагирует с двухатомной молекулой с образованием другой двухатомной молекулы и другого атома. Например, атом дейтерия реагирует с молекулой водорода по уравнению [c.680]

НО, Оз. Термодинамические функции протодейтерия и двухатомного дейтерия, приведенные в табл. 19(11) и 20(11), вычислены по уравнениям (II.34) и (II.35) в интервале температур 293,15-6000° К. [c.192]

Простые вещества. Имея один электрон, водород образует лишь двухатомные молекулы с электронной конфигурацией невозбужденного состояния При этом возможны молекулы легкого водорода — протия И 2, тяжелого водорода — дейтерия Ог, трития Тг, протодейтерия HD, прототрития НТ, дейтеротрития DT. [c.273]

Так как энергия вращательного движения молекул всех газов, кроме водорода и дейтерия, достигает предельного значения уже при невысокой температуре, то Свращ рассчитывают, исходя из принципа равного распределения энергии по степеням свободы. Тогда для двухатомных и многоатомных газов с линейными молекулами Свращ = 2/2 Я, а для трех и более атомных газов Саращ = 3/2 Я. Колебательное слагаемое теплоемкости газа на одну степень свободы по уравнению квантовой теории теплоемкостей Планка — Эйнштейна равно [c.54]

Изотопный эффект. Колебательные изотопные сдвиги в электронных спектрах нелинейных т ногоатомных молекул предсказать не так легко, как у двухатомных молекул (см. [ПП, стр. 181). Однако наблюдение этих сдвигов часто имеет очень большое значение для однозначного определения носителя спектра. Наличие изотопного сдвига при замещении какого-либо атома на его изотоп в исходном соединении говорит о том, что данный атом входит в состав исследуемого радикала. Таким путем было точно установлено наличие одного (и только одного) атома углерода в носителях спектров, которые, как теперь известно, обусловлены радикалами СНг, N N, HN N и др. Если в радикале содержится несколько одинаковых атомов, то замещение половины всех атомов на изотопную модификацию приводит к появлению нескольких изотопных полос вместо одной полосы для обычного изотопа. Так, при использовании смеси изотопов и в отношении 50 50 в основной полосе радикала Сз (стр. 19) около 4050 А появляется вместо одного шесть кантов. Это однозначно свидетельствует о том, что в радикале — носителе спектра должно быть три атома углерода. Аналогично у полосы 2160 А радикала СНз наблюдаются четыре канта, если применяется смесь водорода с дейтерием в отношении 50 50 отсюда следует, что в соответствующей молекуле имеется три атома водорода. Подобным же образом было точно установлено наличие двух атомов водорода в спектрах, относимых в настоящее время к радикалам СНгиЫНг, или наличие двух атомов азота в спектре радикала N N. [c.162]

ДЕЙТЕРИЙ (тяжелый водород) В, стаб. и.зотоп водо юда, мае. ч. 2, ат. м. 2,014. Прир. водород содержит 0,012— 0,016% по массе В. Газ —254,5 °С, г ,, —249,5 °С Ср 29,2 Дж/(моль-К) (ирн 298 К), 5 144 Дж/(моль-К), Молекула двухатомна. Ядро атома Д. наз. дейтроном, Получ. ректификация водорода многоступенчатый электролиз воды. Примен. изотопный индикатор входит в состав ВВ в водородной бомбе перспективное термоядерное горючее. [c.149]

В настоящей главе рассматриваются одноатомные изотопы водорода (Н , О, Т), ионы Н и И и двухатомные соединения (Н2, НО, Ог, НТ, ОТ, Тг) . Термодинамические функции одноатомного протия и его ионов, а также двухатомного протия рассчитаны для температур от 293,15 до 20 000° К, термодинамические функции дейтерия, трития и их соединений — до 6000° К. Ионы О" и Т в Справочнике не рассматриваются, " поскольку до 6000° К ионизация водорода практически отсутствует. Энергии возбуждения электронных состояний атомов Н, О, Т и молекул На, НО, Оа, НТ, ОТ, Тг очень велики. Поэтому вклад этих состояний в значения термодинамических функций соответствующих газов пренебрежимо мал при температурах до 10 ООО—15 000° К и становится существенным только к 20 000° К- В связи с этим в разделе Молекулярные постоянные рассматриваются преимущественно результаты исследований основных электронных состояний молекулы На и ее изотопных модификаций. [c.181]

Характеристика элемента. Элемент I группы периодической системы. Атомный номер 1. Состоит из двух устойчивых изотопов легкого В. ( Н), или протия, и тяжелого В. ( Н), или дейтерия (D). В природных соединениях на один атом D приходится в среднем 6 800 атомов Н. Искусственно получен -pa-диоактивный изотоп — сверхтяжелый В. ( Н), или тритий (Т). В природе Т образуется из атмосферного азота под действием нейтронов космических лучей в атмосфере его ничтожно мало — 4 10- 5 % от общего числа атомов В. При обычных условиях В. существует в виде двухатомных молекул Нг. [c.15]

Изотопические эффекты в электронных состояниях изучались вначале в двухатомных полупроводниках при изотопическом замещении одного атома. В при 80 К щель Eg увеличилась на 2% при замещении водорода на дейтерий [210]. Авторы связывают эффект с изменением постоянной решётки. Изотопическое замещение кислорода в кристаллах Си20 приводит к смещению экситонных линий [211, 212]. Анализ данных для температур Т < 77 К, показал, что изотопический эффект обусловлен в основном взаимодействием электронов с оптическими фононами. Аналогичные результаты были получены для 2пО при замещении изотопов кислорода [213]. Изотопический эффект на уровнях экситона Ванье-Мотта в кристаллах иН(В) изучался в работе [214. [c.91]

Спектры. Изучение соединений дейтерия играет в спектроскопии уже значительную роль, которая в будущем, вероятно, еще увеличится. Получаемые результаты для двухатомных молекул, дающих наиболее простой спектр, согласуются с предположением, что силовые константы и равновесные расстояния ядер остаются теми же, что и для водорода, как уже указывалось в связи со спектром для молекул HD и Dj. Как и для этих веществ, изменение основной частоты колебаний и константы агармоничности таково, что делает нулевую энергию связи D — X меньше, чем для соответствующей связи Н — X. В некоторых случаях, однако, например для А1Н и AID, как для колебательных, так и для вращательных констант наблюдается определенное расхождение, которое нужно приписать каким-то не учитывавшимся до сих пор факторам, играющим роль при образовании спектра до сих пор этому явлению не предложено еще вполне удовлетворительного объяснения. [c.136]

За исключением водорода и дейтерия у всех газов при низких темп хурах (<[ 50° К) кинетическая энергия, приходащаяся на каждую вращательную. степень свободы, равна величине, вытекающей из принципа равномерного распределения энергии т. е. Вследствие этого для двухатомных и линейных молекул вращатель ная теплоемкость равна R кал моль г/>ад., а для многоатомных молекул, обладающих тремя вращательными степенями свободы — [c.125]

Исследование колебательных спектров изотопных разновидностей молекул может существенно облегчить отнесение полос, т. е. интерпретацию спектров, помогает в решении обратной колебательной задачи, т. е. нахождении силового поля молекулы. В адиабатическом приближении предполагается, что при изотопозамещении распределение электронной плотности, равновесные межъядерные расстояния, функция потенциальной энергии и силовые постоянные (матрица Р), через которые она выражается, остаются неизменными. Различия в массах ядер приводят лишь к изменению кинетической энергии, т. е. коэффициентов кинематического взаимодействия (матрица С), чем и обусловливаются различия колебательных частот изотопных разновидностей молекул. Эти различия, вообще говоря, должны быть те.м значительнее, чем больше отношение масс изотопов т /т (индексом обозначены величины, относящиеся к более тяжелому изотопу). Поэтому наибольший изотопный эффект дает, например, замещение атома водорода (протия) на тритий и дейтерий. Для двухатомных молекул X—Н (или, приближенно, для такой связи в многоатомной молекуле), исходя из выражения для гармонической частоты [c.227]

Простые вещества. Имея один электрон, водород образует лишь двухатомные молекулы. При этом в зависимости от изотопного состава возможны легкий водород — протий Нг, тяжелый водород — дейтерий Ва, тритий Та, протодейтерий НО, прототритий НТ, дейтеротритий ОТ. [c.261]

За исключением случая молекул водорода и дейтерия, который подробнее будет рассмотрен позже, величина для большинства, если не для всех двухатомных молекул с одинаковыми ядрами, очень мала при всех температурах, кроме самых низких. Б этих условиях, т. е. при р < 1, оказБХвается, что (если не учитывать ядерный спиновый фактор) результат суммирования, предусматриваемого выражением для суммы состояний и проведенного по всем четным значениям вращательного квантового числа, равен результату суммирования по нечетным его значениям. Таким образом, [c.466]

Открытие ряда малораспространенных изотопов было сделано по результатам исследования спектров двухатомных молекул. Именно таким образом были открыты изотопы кислорода 018 [93] и О Р ], было доказано существование Si o р], подтверждено открытие дейтерия р ] путем наблюдения вращательноколебательной полосы поглощения молекулы НС (так как р для молекулы НС1 и D F очень мало (0,51), то полосы поглощения этих молекул лежат в разных областях спектра 3,46 мк для центра полосы (1,0) НСР и 4,8 мк для той же полосы D F ). [c.592]

Так как в области средних температур для неассоциированных веществ Ут> Ун [200] (где К—мольный объем, а индексы В и Н обозначают О- и Н-соединения), то из формулы Слэтэра — Кирквуда [639] следует, что при замещении водорода дейтерием уменьшается энергия дисперсионного взаимодействия молекул Поскольку дипольные моменты изотопных веществ практически одинаковы [688, 346, 371], то при таком замещении уменьшается и суммарная ван-дер-ваальсова энергия. Это заключение обосновано автором теоретически [203] для двухатомных молекул и доказано экспериментально для большого ряда многоатомных веществ. Основными экспериментальными подтверждениями являются уменьшение поляризуемости [203], увеличение сжимаемости [201] и понижение критической температуры [205] всех изученных веществ, являющихся жидкими в области стандартной термодинамической температуры. Некоторые теоретические обоснования указанного заключения приведены также в работах [334, 647]. [c.51]

Равновесие, устанавливающееся между орто- и парадейтерием, совершенно аналогично [33]. Однако для дейтерия спин ядра равен единице (s=l). Следовательно, пользуясь приведенными в гл. VIII статистическими весами двухатомных молекул, имеющих одинаковые ядра, получим [c.361]

Тип статистики ядер может быть определен на основании чередующихся интенсивностей вращательных линий в спектрах двухатомных молекул с одинаковыми ядрами. В случае статистики Бозе более интенсивны линии, соответствующие четным вращательным состояниям, а в случае статистики Ферми — линии, соответствующие нечетным вращательным состояниям. Это положение может быть проиллюстрировано на примере молекул водорода и дейтерия. В обычном водороде Нг отношение заселенностей уровней с нечетными и четными вращательными квантовыми числами равно 3 1, что соответствует спину /= /2 и статистике Ферми. В случае дейтерия Вг это отношение равно 1 2, что отвечает спину, равному 1, и статистике Бозе. [c.46]

Исходя из равномерного распределения изотопов, казалось бы, следует сделать вывод, что К = однако, как показывает следующее рассуждение, такое заключение было бы неверным. Рассмотрим образец, содержащий N атомов водорода, из которых /н приходится на долю протия и /в — на долю дейтерия (/н + /б = 1)- Условие равномерного распределения изотопов предполагает, что вероятность любого данного атома в двухатомной молекуле водорода оказаться протием равна /н и дейтерием — /б, независимо от природы второго атома, образующего рассматриваемую молекулу. Это означает, что число молекул На и Вг равно /н N12) и fЬ N/2) соответственно. Число молекул НВ ВН равно 2/п/н(Л /2) множитель 2 обусловлен тем фактом, что каждую молекулу можно представить двумя способами НВ и ВН. Следует отметить, что общее число-молекул выражается соотношением [c.206]

В противоположность обычным химическим реакциям причиной теплового эффекта реакций обмена не является изменение поля потенциальной энергии, в котором существуют атомы и молекулы. Кривая потенциальной энергии, определяющая движение двух атомов протия в молекуле водорода, например, существенно не отличается от кривой для двух атомов дейтерия в соответствующей молекуле. Изменяются энергии поступательных, вращательных и колебательных квантованных состояний молекулы. Эти изменения обусловлены различием масс изотопных молекул. Исследование влияний этих изменений на константы равновесия [6] показало, что наиболее существенными оказываются изменения колебательных энергий при абсолютном нуле и разности энергий колебательных состояний. Напомним, что колебательные состояния двухатомной молекулы АВ выражаются соотношением [c.208]

В обычном водороде содержится приблизительно /е-шо часть дейтерия. Дейтерий с водородом образуют двухатомное соединение НО. Поэтому первой ступенью при получении дейтерия является концентрация НО. Технически это вполне возможно, так как при температуре кипения обычного водорода (20,38° К) давление насыщенных паров Нг равно 760 мм рт. ст., а давление насыщенных паров НО составляет всего 438 мм рт. ст. Существенным препятствием является низкая концентрация НО если бы для получения 1 НО потребовалось ожижать 3200 м водорода, схема оказалась бы крайне невыгодной. Однако ректификацию можно вести таким образом, чтобы охлаждение в кондесаторе в значительной степени осуществлялось за счет отвода тепла в испарителе, а охлаждение поступающего на разделение газа обеспечивалось главным образом уходящими потоками обогащенного и обедненного водорода. [c.104]