化學實驗如何確定關鍵參數

① 如何根據實驗數據選擇一種經驗公式作為其適用的吸附等溫式，又應如何確定其吸附參數

用於污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化活性炭吸附法在水處理中的應用活性炭吸 附廣泛應用於在城市污水處理、飲用水及工業廢水處理。顆粒活性炭常常應用於吸附分子，顆粒活性炭吸附性決定應用性，而吸附性和各種炭型的孔大小分布相關。以水蒸氣活化的泥煤基、 褐煤基和椰殼基粉狀活性炭為例：泥煤基活性炭具有微孔和中孔，顆粒活性炭可供多種應用；褐煤基炭具中孔較多，顆粒活性炭而且還有較大的中孔，提供優良的可入性；椰殼基顆粒活性炭中主要是微孔，僅適用於低分子的去除。利用化學品活化的顆粒活性炭是非常多孔的，多在微孔和中孔范圍，但是，比較水蒸氣活化的活性炭、化學品活化的活性炭的孔表面是較少疏水性和較多負電荷。以擠壓型和破碎型粒狀活性炭為例：泥煤基擠壓型活性炭能製成各種不同孔大小分布的品種。顆粒活性炭微孔為主的品種主要用於氣相應用的黃金回收。既有微孔又有中孔的品種大都用於液相應用，如水純化中吸附小分子和大分子的雜質。破碎型煤 基顆粒活性炭兼有微孔和中孔，可供多種目的的應用。褐煤基或椰殼基的粒狀活性炭與粉狀炭一樣具有相同的微孔和中孔結構。活性炭的技術指標非常重要：活性炭產品的性能指標可分為物理性能指標、活性炭化學性能指標、顆粒活性炭吸附性能指標。三種性能指標對活性炭的選擇和應用都起到非常重要的作用。活性炭主要物理性能指標有：形狀、外觀、比表面積、孔容積、比重、目數、粒度、耐磨強度、漂浮率等。顆粒活性炭主要化學性能指標有：PH值、灰分、水分、著火點、未炭化物、硫化物、氯化物、氰化物、硫酸鹽、酸溶物、醇溶物、鐵含量、鋅含量、鉛含量、砷含量、鈣鎂含量、重金屬含量、磷酸鹽等。活性炭主要吸附性能指標有：亞甲藍吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎寧吸附值、飽和硫容量、穿透硫容量、水容量、 氯乙烷蒸汽防護時間、ABS值等

② 在催化劑制備過程中，具體的工藝參數都是如何確定的

製造催化劑的每一種方法，實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便，人們把其中關鍵而具特色的操作單元的名稱定為製造方法的名稱。傳統的方法有機械混合法、沉澱法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法）、離子交換法等，現發展的新方法有化學鍵合法、纖維化法等。機械混合法，將兩種以上的物質加入混合設備內混合。此法簡單易行，例如轉化-吸收型脫硫劑的製造,是將活性組分（如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅）與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續加入一個可調節轉速和傾斜度的轉盤中,同時噴入計量的水、粉料滾動混合粘結,形成均勻直徑的球體，此球體再經乾燥、焙燒即為成品。沉澱法，此法用於製造要求分散度高並含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在製造多組分催化劑時，適宜的沉澱條件對於保證產物組成的均勻性和製造優質催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉澱劑（如碳酸鈉、氫氧化鈣），經沉澱、洗滌、過濾、乾燥、成型、焙燒(或活化),即得最終產品。

③ 化學領域的數據分析方法

1、標准偏差（SD 、Standard Deviation）

一種量度數據分布的分散程度的標准，用以衡量數據值偏離算術平均值的程度。標准偏差越小，這些值偏離平均值就越少，反之亦然。標准偏差的大小可通過標准偏差與平均值的倍率關系來衡量。

標准偏差公式：S = Sqr[∑(xn-x平均)^2 /(n-1)]

Sqr……開平方，^……平方

2、相對標准偏差（RSD、Relative Standard Deviation）

相對標准偏差就是指:標准偏差與測量結果算術平均值的比值,用公式表示如下
RSD=SD/X,其中S為標准偏差,X為測量平均值

3、加標回收率

加標回收實驗是化學分析中常用的實驗方法,也是重要的質控手段,回收率是判定分析結果准確度的量化指標。加標實驗及回收率的計算並不復雜,加標方式可根據不同項目、不同分析方法和不同的需要靈活掌握,回收率的計算也各不相同,因此文獻[1 ]只給出回收率(記作R) 計算的定義公式:
R = 加標試樣測定值 - 試樣測定值/加標量×100 %分析化學

呵呵，具體加標回收率的操作 由於文字太多 就不貼出來了，再說也不知道對你到底是否有用。

如果有用的話，可以去下面的網址查看具體操作

http://hi..com/yyx520/blog/item/5b2560f731afb827730eec6d.html

1 列表法
將實驗數據按一定規律用列表方式表達出來是記錄和處理實驗數據最常用的方法。表格的設計要求對應關系清楚、簡單明了、有利於發現相關量之間的物理關系；此外還要求在標題欄中註明物理量名稱、符號、數量級和單位等；根據需要還可以列出除原始數據以外的計算欄目和統計欄目等。最後還要求寫明表格名稱、主要測量儀器的型號、量程和准確度等級、有關環境條件參數如溫度、濕度等。

本課程中的許多實驗已列出數據表格可供參考，有一些實驗的數據表格需要自己設計，表1．7—1是一個數據表格的實例，供參考。

表1．7—1 數據表格實例

楊氏模量實驗增減砝碼時，相應的鏡尺讀數

2 作圖法
作圖法可以最醒目地表達物理量間的變化關系。從圖線上還可以簡便求出實驗需要的某些結果（如直線的斜率和截距值等），讀出沒有進行觀測的對應點（內插法），或在一定條件下從圖線的延伸部分讀到測量范圍以外的對應點（外推法）。此外，還可以把某些復雜的函數關系，通過一定的變換用直線圖表示出來。例如半導體熱敏電阻的電阻與溫度關系為，取對數後得到，若用半對數坐標紙，以lgR為縱軸，以1／T為橫軸畫圖，則為一條直線。

要特別注意的是，實驗作圖不是示意圖，而是用圖來表達實驗中得到的物理量間的關系，同
時還要反映出測量的准確程度，所以必須滿足一定的作圖要求。

1）作圖要求
（1）作圖必須用坐標紙。按需要可以選用毫米方格紙、半對數坐標紙、對數坐標紙或極坐標紙等。

（2）選坐標軸。以橫軸代表自變數，縱軸代表因變數，在軸的中部註明物理量的名稱符號及其單位，單位加括弧。

（3）確定坐標分度。坐標分度要保證圖上觀測點的坐標讀數的有效數字位數與實驗數據的有效數字位數相同。例如，對於直接測量的物理量，軸上最小格的標度可與測量儀器的最小刻度相同。兩軸的交點不一定從零開始，一般可取比數據最小值再小一些的整數開始標值，要盡量使圖線占據圖紙的大部分，不偏於一角或一邊。對每個坐標軸，在相隔一定距離下用整齊的數字註明分度（參閱圖1．7—1）。

（4）描點和連曲線。根據實驗數據用削尖的硬鉛筆在圖上描點，點子可用「＋」、「×」、「⊙」等符號表示，符號在圖上的大小應與該兩物理量的不確定度大小相當。點子要清晰，不能用圖線蓋過點子。連線時要縱觀所有數據點的變化趨勢，用曲線板連出光滑而細的曲線（如系直線可用直尺），連線不能通過的偏差較大的那些觀測點，應均勻地分布於圖線的兩側。
（5）寫圖名和圖注。在圖紙的上部空曠處寫出圖名和實驗條件等。此外，還有一種校正圖線，例如用准確度級別高的電表校準低級別的電表。這種圖要附在被校正的儀表上作為示值的修正。作校正圖除連線方法與上述作圖要求不同外，其餘均同。校正圖的相鄰數據點間用直線連接，全圖成為不光滑的折線（見圖1．7—1）。這是因為不知兩個校正點之間的變化關系而用線性插入法作的近似處理。

圖1．7—1 校準曲線圖示例

2）作圖舉例
表1．7—2所列數據是測量約利秤彈簧伸長與受力的關系。測量彈簧長度使用帶有0.1mm游標的米尺。加外力使用的是5個200mg的4級砝碼，其誤差限很小，對測量結果的不確定度的影響可以忽略。

表1．7—2 彈簧伸長與受力關系數據表

作圖示例見圖1．7—2。

圖1．7—2 作圖示例

如果所作圖線是一條直線，可以按以下方法求直線的斜率和截距。

直線方程為y＝ax＋b

其斜率（1．7—1）

在所作直線上選取相距較遠的兩點P1、P2，從坐標軸上讀取其坐標值P1（X1，Y1）和P2（X2，Y2）代入式（1．7—1），可求得斜率a。P1、P2兩點一般不取原來測量的數據點。為了便於計算，X1、X2兩數值可選取整數。在圖上標出選取的P1、P2點及其坐標。斜率的有效數字位數要按有效數字運算規則確定。

圖1．7—1例中勁度系數

截距b為x=0時的y值，可直接用圖線求出。但有的圖線x軸的原點不在圖上，用延長圖線的辦法，如果延得太長，稍有偏斜會導致b有很大誤差。這時，可採取從圖線上再找一點P3（X3，Y3），利用關系式

求得截距b。

用作圖法表述物理量間的函數關系直觀、簡便，這是它的最大優點。但是利用圖線確定函數關系中的參數（如直線的斜率和截距）僅僅是一種粗略的數據處理方法。這是由於：①作圖法受圖紙大小的限制，一般只能有3、4位有效數字；②圖紙本身的分格准確程度不高；③在圖紙上連線時有相當大的主觀任意性。因而用作圖法求取的參數，不可避免地會在測量不確定度基礎上增加數據處理過程引起的不確定度。一般情況下，用作圖法求取的參數，只用有效數字粗略地表達其准確度就可以了。如果需要確定參數測量結果的不確定度，最好採用直接由數據點去計算的方法（如最小二乘法等）求得。

3）曲線改直
按物理量的關系作出曲線雖然直觀，但是作圖和從圖線中獲得有關參數卻比較困難。許多函數形式可以經過適當變換成為線性關系，即把曲線改成直線，這樣既便於作圖，也便於求得有關參數。舉例如下。

（1）y＝axb，a、b為常數，則lgy＝lga＋blgx，則lgy～lgx直線的斜率為b，截距為lga。

（2）y＝ae-bx，a、b為常數，則lgy＝lga－bx/2.30，lgy～x直線的斜率為－b/2.30，截距為lga。

（3）y＝abx，a、b為常數，則lgy＝lga＋（lgb）x，lgy～x直線的斜率為lgb，截距為lga。

（4）y2＝2px，p為常數，改變後，y＝±√2px，則y為√x的線性函數。

（5）1/y＝a/x＋b，a、b為常數，則1/y～1/x直線的斜率為a，截距為b。

4）用對數坐標紙作圖
在某些情況下，變數變化范圍很大，或者兩物理量之間的關系為指數函數或冪函數時，利用對數坐標紙作圖往往更為方便。對數坐標紙的分度與所表示量的對數值成正比，其每一循環（1，2，3，…，9，1）對應於一個數量級，簡稱級。用對數坐標紙作圖時，可根據數據的覆蓋范圍選取不同的級。全對數坐標紙兩個坐標軸都以對數間距分度；半對數坐標紙僅一個坐標以對數間距分度，而另一坐標仍以毫米均勻分度。

曲線改直例（1）可用全對數坐標紙作圖。如用實驗研究彈簧振子周期T與振子質量m的關系。令T=Amα，A和α待定，測得振子質量m與振動周期T的數據後，就可以用全對數坐標紙作圖，還可從圖中確定A與α的值。

圖1．7—2是在半對數坐標紙上作的半導體熱敏電阻的R～1/T關系圖（半導體熱敏電阻電阻值隨溫度變化數據見表1．7—3）。因該元件的電阻溫度關系為，在普通坐標紙作圖將是一條指數曲線，而在半對數紙上作圖即為一條直線。

圖1．7—3 半對數坐標紙作圖示例

表1．7—3 半導體熱敏電阻電阻值隨溫度變化數據

3 最小二乘法
用作圖法處理實驗數據獲得直線的斜率和截距等重要參數雖然簡單明了，但是存在相當大的主觀成分，結果也往往因人而異。最小二乘法則是一種比較精確的直線擬合方法。它的依據是：對於等精度測量若存在一條最佳擬合直線，那麼各測量值與這條直線上的對應點值之差的平方和應為極小。

這里只考慮最簡單的直線擬合問題。假定每個數據點的測量都是等精度的，而且x的測量誤差很小，可忽略，只有y的測量存在測量誤差。

已知所觀測的一組數據點（xi,yi）（i＝1，2，…，n），變數x與y有y＝ax＋b ，並且xi的測量誤差遠小於yi的測量誤差。根據最小二乘原理估計a和b的值，應滿足測量值yi和直線上的對應點值（axi＋b）之差的平方和為最小，即

（1．7—3）

確定a，b使式（1．7—3）成立的必要條件是：對a和b的一階偏導數等於零，即

（1．7—4）

於是有

（1．7—5）

整理後寫成

（1．7—6）

式中：

聯合求解，得

（1．7—7）

要使式（1．7—3）取極小值還需滿足充分條件，即其二階導數大於零，這里不再證明。

衡量數據點在擬合直線兩側的離散程度，仍用標准偏差表示：

（1．7—8）

Sy表示以擬合直線y＝ax＋b求得的y值的標准不確定度的A類分量值。根據不確定度傳遞關系，可求得斜率a和截距b的標准不確定度A類分量：

（1．7—8）

必須指出，任何一組觀測值（xi,yi）都可以通過式（1．7—7）得到系數a、b，也就是說x和y之間存在線性函數關系是預先設定好的，因此這種關系是否可靠需要驗證。可以通過相關系數γ來描述兩個變數x、y的線性關系的明顯程度。

（1．7—9）

γ是絕對值≤1的數，｜γ｜越大，說明兩個變數的線性關系越明顯。若｜γ｜≈1，說明xi與yi間線性相關強烈；｜γ｜≈0，說明實驗數據點分散，xi與yi無線性關系；γ＞0（或γ＜0）表示y隨x增加而增加（或y隨x增加而減小）。

4 逐差法
對於自變數等間距變化的數據組，常採用逐差法處理一元線性擬合問題。逐差法與作圖法相比，它不像作圖法擬合直線具有較大的隨意性，比最小二乘法計算簡單而結果相近，在物理實驗中是常用的數據處理方法。設實驗數據組（xi,yi）具有線性關系

y＝ax＋b

xi按等間距變化，並且其測量誤差遠小於y的測量誤差。為了進行逐差法擬合直線，把數據分成兩組：

進行等間隔逐差（隔n項）：

再利用y＝ax＋b的關系求得一組斜率值：

a1＝（yn+1－y1）／（xn+1－x1）

a2＝（yn+2－y2）／（xn+2－x2）

…

ai＝（yn+i－yi）／（xn+i－xi）

…

an＝（y2n－yn）／（x2n－xn）

取平均值

（1．7—10）

因為自變數xi等間距變化，且其測量誤差可以忽略，則有

（1．7—11）

式中：x為自變數的變化間距；n為逐差間隔數，即為測量次數的1/2。

a的A類不確定度分量

（1．7—12）

由此可見，逐差法處理數據是利用等間隔的數據點連了n條直線，分別求出每條直線的斜率後，再取平均值，得到擬合直線的斜率。

④ 決定元素結合的基本參數

2.5.1.1 衡量原子得失電子的能力的參數

（1）電離能（I）：氣態原子（離子）丟掉一個電子所需要的能量。

（2）電負性（X）：X=I+E（E是電子親和能），電負性可用於度量中性原子得失電子的難易程度。

表2.3已列出了元素在各種價態的相對電負性值，即以X_Li=1.0的相對數值表示，X值愈大，吸引電子的能力愈大，非金屬性愈強。

2.5.1.2 原子間的結合方式——化學鍵類型

（1）離子鍵：不同元素的原子經得、失電子呈離子狀態，離子間的結合力主要為靜電引力，稱為離子鍵。由於離子的電子雲呈球型對稱，離子鍵無方向性和飽和性，配位數較大，晶體的穩定性與離子電荷和離子半徑有關。離子鍵化合物硬度大、熔點高，但在極性分子溶劑中易溶解。

（2）共價鍵：原子間的相互作用（結合力）為電子雲的相互重疊或穿透，稱為共價鍵。由於電子雲相互重疊要求孤對電子，共價鍵有飽和性和方向性（取決於不成對電子數及其空間取向），配位數較小。共價鍵化合物熔沸點高，難溶解。

（3）金屬鍵：金屬物質中的每一個原子都丟掉一些電子，這些電子在金屬物質中可以自由流動，所以金屬有良好的導電性和導熱性。金屬鍵無方向性和飽和性且離子半徑相等或相近，金屬晶體為高配位的最緊密堆積結構，配位數通常是8或12。

（4）分子鍵：分子內部是離子鍵或共價鍵，分子間依靠偶極間的作用力相互結合，稱為分子鍵。分子鍵最弱，分子鍵化合物熔沸點低，易揮發、易遷移。

上述為化學鍵的典型類型，自然界常存在多鍵型化合物，化學鍵也可以有過渡類型。

元素陰、陽離子間的親和性，受控於體系的能量最低原則，其根本機制是形成各自最穩定的化學鍵，因此元素基本的地球化學分類也可以看成是鍵型的劃分。

2.5.1.3 元素的成鍵規律——電負性控制

（1）元素的電負性。原子是由原子核和核外電子構成的復雜的微觀物理化學體系，當基態原子受到物理作用沖擊或參加化學反應時，原子與環境間不斷進行物質和能量的交換，並自發地調整其內部結構和電子的運動狀態，力求與所處的環境達到平衡。原子的這種性質可以理解為原子在化合反應中表現的自洽性（self-consistency）。原子適應外界條件變化的應變能力可以用多種物理化學參數度量，其中最便於應用的是元素的電負性。鮑林提出，用相互化合的兩原子的電負性之差可粗略地確定成鍵後的共價性比例（圖 2.8）。根據周期表中各族元素與氫的電負性差異，還可以判斷元素在化學反應中的酸鹼性特徵。即元素的電負性提供了其在自然反應中酸鹼度的標度，從而決定了元素的遷移性質和賦存形式。由表2.3 可見，周期表中相對電負性最高的元素是 F（X=4），最低的元素為Cs（X=0.7），也就是說F是酸性最強的元素，Cs是鹼性最強的元素。氟原子具最高的電離能和電子親和能，維護自身電子的能力最強，從其他原子奪取電子的能力也很強，為強電負性元素，是最強的氧化劑。相反，Cs的電離能很低，極易失去電子，為強電正性元素。同一周期的元素由左到右電負性遞增，這與同一周期元素從鹼到酸的變化是一致的。由表2.3還可以得到如下認識：鉑族元素的電離能很高，但仍屬於電正性元素，由於它們既不願失去電子、又不能奪取電子，表現為明顯的化學惰性；周期表的右半部從 H、B、Si、As、Te到 Po、At為一條 X=1.8～2.1的對角線，是金屬和非金屬的分界線，該界線也是元素酸鹼性的分界線。分界線及其附近的元素與氧化合時，與氧爭奪電子的能力和氫相同，化學上表現為兩性。X ＞2 的元素傾向與氧共用電子形成酸根配離子，顯酸性，X ＜2 的元素易給出電子，呈簡單鹼性陽離子形式。可以看出，元素的電負性既反映了原子的電子層結構特徵，也決定了元素在結合規律中的親和性和酸鹼性。

圖2.8 離子的電負性與化學鍵性的關系

（2）判斷化學鍵類型的法則。由於化學鍵類型主要取決於電子雲的偏離和重疊程度，因此可以用相互結合原子間的電負性差異來判斷化學鍵類型。鮑林（1960）提出了判斷化學鍵類型的電負性計算公式（式2.1）和經驗曲線（圖2.8）

地球化學

式中：P為化學鍵中離子鍵成分的百分數。黛安娜（1981）提出了判斷化學鍵類型的新准則（表2.7）。如已知相互結合原子間的電負性差值，從表2.7中就可查出化合物中離子鍵成分的百分數。通過對常見礦物離子鍵成分的判定（表2.8），可以看出用該方法判定鍵性的准確性還是比較高的。但以上判定只適用於離子鍵—共價鍵過渡性化合物，對具金屬鍵成分的化合物不適用。

表2.7 相互結合原子間的電負性差值和對應離子鍵成分的百分數

表2.8 一些常見礦物的電負性差值與離子鍵成分的百分數判斷

據電負性差值對元素間結合鍵性的定性估計，可預測元素的存在狀態及活動性。如：

（1）周期表右上角X＞2.1，為強—中電負性元素，以陰離子族為主。這一組元素傾向相互反應或同種原子間反應，形成共價鍵型化合物H₂O、CO₂、N₂、O₂等。這種分子內部已達到電性平衡，常溫下具揮發性，高溫下能與金屬元素結合形成揮發性化合物，成為礦質的搬運劑。這組元素若與1.7＜X＜2.1的元素結合，ΔX=1.0～1.7，形成共價鍵為主的酸性化合物或易溶於水的酸根，如等，易在水溶液中遷移。當與之化合的陽離子的X 值比較大時（如 Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂等），或陰離子的電負性較低時，則形成難溶的共價鍵化合物（如 MoS₂、PbS等）。此時只有存在高濃度及高電負性的配合劑時，才能形成復雜配離子遷移。強電負性離子與 X＜1.4 的電正性元素結合時，形成以離子鍵為主或具過渡型的鍵。強離子鍵型化合物（ΔX＞2）大多易溶於水；當ΔX=1.5～2時，因混有不同比例的共價鍵，則多形成難溶化合物。

（2）X=1.8～2.2，弱電負性，形成金屬鍵或金屬鍵—共價鍵化合物，難溶。這組元素在周期表中有兩個分區：周期表右部的（p 區）和左部的（d、s區）。該組元素在互相化合時（ΔX ＜1）形成金屬鍵化合物；它們與電負性稍低（X=1.4～1.8）的元素化合時形成金屬鍵—共價鍵過渡型的化合物或金屬互化物，如砷鈷礦-砷鎳礦（CoAs₂-NiAs₂）、銻銀礦（Ag₃Sb）、碲金礦（AuTe₂）等，都屬難熔化合物。

（3）X＜1.4，電正性元素，相互之間形成金屬鍵化合物，但在自然界不能獨立存在。電正性元素只能與陰離子或配陰離子結合生成鹽類化合物。其中鹼金屬化合物的離子鍵性最強，其硅酸鹽類熔點較低，鹼金屬的各種鹽類也多為易溶性鹽。因此，電正性元素中鹼族元素在地質作用中的遷移能力最強。

元素的電負性決定了元素的成鍵規律，由元素的成鍵規律可以將地殼中元素的存在狀態和遷移形式簡要歸納如下：①氣相，由強電負性元素及其金屬化合物組成，分子內部為共價鍵，外部為分子鍵；②易溶組分，離子鍵礦物和配合鹽類為主；③易熔組分，主要是富鹼富硅的硅酸鹽類；④難熔組分，非極性鍵（共價鍵、金屬鍵）為主的硅酸鹽、復雜氧化物和自然金屬元素。

硫化物的化學鍵主要屬共價鍵和金屬鍵或兩者的混合鍵，其原因是：硫離子的半徑（S^2-為0.184nm）比氧離子半徑（O^2-為0.140 nm）大，硫離子的極化力是氧離子的三倍（Birchenall，1974），這是造成硫化物結構和鍵型比較復雜的重要因素。金屬離子在硫化物中的擴散能力比在其他化合物（如氧化物、硅酸鹽等）中要大得多，相應地硫化物中金屬離子的活化能要小得多，有利於硫化物礦物在各種介質中的分解破壞。

各種化學鍵型的能量差異是很顯著的，它們的能量級次大致如下（蘇勉曾，1987）：①離子晶體的鍵能，800 kJ／mol；②共價鍵和金屬鍵，約為80 kJ／mol；③分子鍵，8 kJ／mol。硫化物中硫離子的活化能相對較高，如輝銀礦中硫離子的活化能約為100.4～110 kJ／mol，這可能與硫離子半徑較大、運移比較困難有關。

2.5.1.4 原子的大小和離子半徑

晶體是由大量微觀物質單位（原子、離子、分子等）按一定規則有序排列的結構，因此可以從結構單位的大小來研究排列規則和晶體形態。

早期曾形成原子是剛性球體以及離子半徑的概念。Bragg（1920）、鮑林（1927）、戈爾德施密特（1934）、阿倫斯（1952）、Белов（1954）、Бокий（博基，1971）、Whittaker（1966）和Shannon（香農，1969、1976）等十幾位晶體化學家和地球化學家都據此測算過元素的離子半徑。

離子有一定的大小、離子半徑具加和性的觀念曾比較成功地說明了以離子鍵結合為主的體系（離子晶體、熔漿、水溶液）中離子的行為和結構，如晶體中原子的最緊密堆積原理、配位多面體結構、離子間類質同象現象以及膠體對離子的吸附規律等。但地球化學家很快意識到，原子的大小並不是一成不變的，隨化學鍵性、原子的價態、配位模型，以及環境溫度、壓力等條件的變化，原子和離子半徑相應也有變化，因此分出了離子半徑、共價半徑、金屬半徑以至分子半徑等，構成了一個復雜的半徑體系。實際上元素的原子和離子半徑並不是一個固定值，它們是原子和離子在化合物中電子雲的作用范圍。

離子晶體中正負離子中心的間距等於正負離子半徑之和，正負離子中心的距離可以通過X光衍射法測得。現有離子半徑主要是通過理論計演算法和實測法獲得的。理論計算只考慮核電荷對外層電子的吸引力，不考慮其他原子的影響，稱為絕對半徑，只有理論意義；實測半徑通過核外電子吸引力結合球型離子緊密堆積模型計算獲得。

實測半徑的方法很多，其中最常用的有戈爾德施密特法和的鮑林離子半徑法。

戈爾德施密特法：由球形離子堆積的幾何觀點來計算半徑。其原理是將離子晶體視為球形負離子的最緊密堆積，其中的空隙為正離子所佔據；正、負離子之間相互緊密接觸。具體方法是根據測定出的離子間距或晶格常數來確定離子半徑。戈爾德施密特用X射線實測離子間的距離，並將 F^-離子半徑和 O^2-半徑分別定為0.133 nm和0.132 nm，據此來推算其他離子的半徑（表2.9）。戈爾德施密特（1934）提出的離子半徑至今在地球化學工作中還常被引用。

表2.9 元素離子半徑表（CN=6）（單位：0.1 nm）

續表

表2.9所列的是配位數為6的NaCl構型的半徑值，對於配位數不等於6的構型，離子半徑需用表2.10中的系數進行換算。例如 CsI構型配位數為8，由表2.9得知Cs⁺與I^-的離子半徑之和為0.385 nm，乘以系數1.03換算後為0.397 nm，這與實驗測得CsI晶體的離子間距離0.396 nm相當一致。

香農和普魯伊特（Shannon和Prewitt）1969年提出了「有效」離子半徑表，1976年又進行了補充和修訂。香農等指出：晶體中原子的間距和有效離子半徑受配位數、電荷、電子的自旋態（第一過渡族）、陰離子的配位數、共價鍵性等因素的影響。他們區別了離子的不同狀態，並計算出了目前最詳盡的半徑體系表。

表2.10 不同配位數相對於配位數為6的NaCl構型的半徑比

香農等確定離子半徑的基本原理仍與戈爾德施密特的實測半徑方法相同，但將分別定為0.14 nm和0.133 nm來作為參考標准。計算時使用了已測定的1000多個氧化物和氟化物原子間距數據。香農和普魯伊特認為該數據有統計代表性，更適用於氧化物和氟化物礦物。

盡管各家所給出的半徑表值不同，但在周期表中的元素半徑的總體變化規律是一致的，具體表現為：①同一周期元素，隨原子序數增大離子半徑減小；②同一族元素，從上向下隨原子的電子層增加，離子的半徑增大；③在周期表的左上方到右下方的對角線上，離子半徑相近或相等；④鑭系元素（稀土元素REE）的離子半徑從La³⁺的0.103 nm到Lu³⁺的0.086 nm逐步縮小，稱為「鑭系收縮」，「鑭系收縮」和新增加電子充填在外第三層十軌道上，導致稀土元素化學性質相似和離子半徑相近，因而緊密共生，這一規律還影響到鑭系之後的Ⅴ、Ⅵ兩周期的同族元素離子半徑相似或相等；⑤同一元素陽離子的離子半徑小於原子半徑，高正電荷離子的半徑較小，陰離子半徑大於原子半徑，負電荷增加離子半徑增大，因此同一元素陰離子的半徑比陽離子大得多，如0.029 nm，，又如0.061 nm，等，一般陰離子半徑在 0.13～0.20 nm，而陽離子的半徑在0.01～0.165 nm。

2.5.1.5 原子和離子的其他性質

（1）配位數：原子（金屬晶體）或離子（離子晶體）周圍緊鄰的原子或異號離子數稱為配位數。離子晶體的配位數取決於相互結合離子的半徑比率，在離子型晶體中只有陰陽離子完全緊密接觸時，晶體才是穩定的。配位數從幾何學上反映了化合物的穩定性，也決定了晶體的外部形態。如NaCl和PbS都是6次配位，為正方晶體；CsCl是12次配位，形態就與NaCl完全不同。配位數和配位多面體的形態受化學鍵極性、共價鍵的數目和方向性的影響。此外，配位數還受溫度、壓力和組分濃度等條件的影響。香農提出了陰離子配位數的計演算法。設化合物類型為：PA_pQB_qYX_y，式中A、B為陽離子，X為陰離子；P、Q、Y為各離子的配位數；p、q、y為系數。如鎂橄欖石分子式為Mg₂SiO₄，式中A、B為Mg、Si，X為O；p、q和y分別為2、1和4；P、Q分別為6和4。根據電中性原理，存在：

地球化學

將已知值代入上式，可得O^2-的配位數Y為：Y=1/4（12+4）=4。

（2）極化：在外電場作用下，原子或離子電子雲的大小、形狀發生變化的現象稱為極化。當原子或離子的極化性增強時，將引起離子鍵向共價鍵過渡、配位數減小、離子半徑減小和化合物溶解度降低，有些化合物的揮發性也會因此增大。如在AgCl晶體中Ag+Cl的理論半徑應為3.33，但實測為2.99，這就是極化導致離子半徑減小的例子。

（3）離子電位：離子電位是表徵離子電場強度的參數，離子電位（π）等於離子的電荷與半徑之比值，它決定了元素的存在形式和遷移能力。其定義公式：

地球化學

元素的酸鹼性也可以用離子電位近似衡量，離子電位對元素的存在形式和酸鹼性的控制將在第2.6節做進一步介紹。

（4）晶格能：相互遠離的離子結合生成離子晶體時釋放的能量稱為晶格能，它是度量晶格穩定性的參數。影響晶格能大小的因素有電荷、半徑和配位數等。電荷高、半徑小和配位數大的離子，其晶格能大。

2.5.1.6 離子的性質

離子是元素在自然界的一種存在狀態，離子不但存在於晶體中，還存在於溶液和熔體中。離子最基本的性質是帶有電荷，離子的行為受離子的性質和環境條件的控制。離子分為簡單離子和配位離子。

在離子體系中正、負電荷總數相等，體系保持電中性。離子體系的電中性原理是離子體系遵循的基本原理之一。在陽離子 M 與陰離子 X 結合形成的型離子化合物中，陰、陽離子的總電荷相等：

地球化學

上式稱為價鍵規則。式中a、b為陽、陰離子的電價；m、x為陽、陰離子數。價鍵規則在類質同象晶體結構中，表現為置換反應中的電價補償法則。電中性原理在水溶液（及熔體）體系中表現為體系的正、負離子的總摩爾數相等，它制約著水溶液體系化合物的電離、配位和溶解、沉澱等反應的進行。

⑤ 化學反應的反應級數是怎樣確定的

零級反應：反應速率與物質濃度無關者稱為零級反應。

一級反應：凡是反應速率只與物質濃度的一次方成正比者，稱為一級反應。

二級反應：反應速率和物質濃度的二次方成正比者，稱為二級反應。

三級反應：反應速率和物質濃度的三次方成正比者，稱為三級反應。

對於特定的化學反應，反應級數被定義為速率方程中各濃度項的冪次之和。反應級數由化學反應機理決定，反應機理描述了反應的各瞬間階段，這些瞬間反應會產生中間物，從而可以控制反應級數。反應級數在探討反應機理的研究中有重要意義。

(5)化學實驗如何確定關鍵參數擴展閱讀：

反應級數性質

一般而言，基元反應中反應物的級數與其計量系數一致；非基元反應則可能不同，其反應級數都是實驗測定的，而且可能因實驗條件改變而發生變化。

例如，蔗糖的水解是二級反應，但是當反應體系中水的量很大時，反應前後體系中水的量可認為未改變，則此反應變現為一級反應。

在不同級數的速率方程中，速率常數k的單位不一樣，一般為Ln-1·mol1-n·s-1，n為反應的反應級數。

基元反應和簡單反應的反應級數n可以是整數一、二、三級（只有少數反應為三級），而復雜反應的反應級數n也可以是分數、負數和零級（光化反應、表面催化反應一般是零級）。

負數級表示增加該物質的濃度反而使反應速率下降。但反應速率方程不具有簡單的濃度乘積形式者，反應級數的概念就失去了意義。

⑥ 化學實驗的問題，參數怎麼確定

反應都是遵循化學方程式反應的啊，根據化學方程式中化合物的分子量和摩爾數計算每個試劑的用量，和反應條件，一個試劑多放少放都會影響產物的收率

⑦ 化學設計實驗時必須明確哪些內容

1、明確實驗的原理（化學方程式）和發生反應所需要的溫度、是否需要催化劑、反應物和生成物等。
2、明確發生的化學反應是否會產生危險（如爆炸等）。
3、實驗所需要的步驟，必須要提前就查好資料弄清楚，並且要記在心上，而不是一邊做實驗一邊看實驗步驟，這樣可能會對實驗產生影響。
4、實驗的目的：弄清楚為什麼要做實驗。
5、實驗結果的記錄：如何記錄、記錄那些數據等。
6、實驗結果和步驟的反思：哪裡需要改良或者可能有更好的實驗原理等。

⑧ 高中化學實驗步驟

高中化學實驗的方法有哪些?做實驗的注意事項

我們從到了七年級就開始學習化學,但是學過的孩子們應該都知道,在初中只是先接觸一下,到了高中化學才開始真正的學習,但是學習化學就會做實驗,做實驗的方式都有什麼?

化學實驗儀器

在上面的文章當中我給你們說了很多關於高中化學實驗有哪些方法的類別,我相信大家應該也都知道了,每個實驗都有它適合的方法,你們一定要擇選適宜他的方式,還要注意一些事項.