金屬離子的能量計算方法

㈠ 如何計算金屬離子的能量

問題不清晰，計算金屬離子能量零點是什麼？（量子化學方法可以計算氣態金屬離子的能量，其能量零點為核與電子相距無窮遠處）

㈡ 能量的計算公式

能量的計算公式是Q=c×m×△t、Q吸=c×m×(t-t0)、Q放=c×m×(t0-t)，能量簡稱「能」，是物質的基本單元在空間中的運動周期范圍的測量。
現代物理學已明確了質量與能量之間的數量關系，即愛因斯坦的質能關系式：E=MC2。能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中是焦耳（J）。

㈢ 關於物質離子能與 能量

電離能越小的物質，也就是說吸收少量的能量就能電離 則本身已有的能量已經較高只要吸收一點就能電離所以電離能低的物質能量高

基態的氣態原子失去一個電子形成氣態一價正離子時所需能量稱為元素的第一電離能（I1）。元素氣態一價正離子失去一個電子形成氣態二價正離子時所需能量稱為元素的第二電離能（I2）。第三、四電離能依此類推，並且I1＜I2＜I3…。由於原子失去電子必須消耗能量克服核對外層電子的引力，所以電離能總為正值，SI單位為J• mol-1，常用kJ•mol-1。通常不特別說明，指的都是第一電離能.
電離能可以定量的比較氣態原子失去電子的難易，電離能越大，原子越難失去電子，其金屬性越弱；反之金屬性越強。所以它可以比較元素的金屬性強弱。影響電離能大小的因素是：有效核電荷、原子半徑、和原子的電子構型。
（1）同周期主族元素從左到右作用到最外層電子上的有效核電荷逐漸增大，電離能也逐漸增大，到稀有氣體由於具有穩定的電子層結構，其電離能最大。故同周期元素從強金屬性逐漸變到非金屬性，直至強非金屬性。
（2）同周期副族元素從左至右，由於有效核電荷增加不多，原子半徑減小緩慢，有電離能增加不如主族元素明顯。由於最外層只有兩個電子，過渡元素均表現金屬性。
（3）同一主族元素從上到下，原子半徑增加，有效核電荷增加不多，則原子半徑增大的影響起主要作用，電離能由大變小，元素的金屬性逐漸增強。
（4）同一副族電離能變化不規則。
這個可以從熱力學的角度來解釋
熱力學告訴我們，如果一個過程為恆溫恆壓，而且非體積功為0的話，判斷吉布斯自由能的增量的值是小於0還是等於0
小於0，則這個過程可以自動進行
等於0，則處於平衡狀態

由於自發過程的吉布斯自由能的增量的值是小於0的
也就是說，平衡態下系統的吉布斯自由能要小於發生自發過程前系統的吉布斯自由能
因此常常說能量越低越穩定

㈣ 活動金屬離子法

一、內容概述

活動金屬離子法（Mobile Metal Ions）簡稱MMI方法，是澳大利亞A.Mann等在20世紀90年代初發展起來的。這一方法的依據是金屬活動離子可從深部礦體穿過上覆的沉積岩石及外來的厚層運積物蓋層而達於地表。使用某種特殊試劑可以把這種金屬活動離子提取出來。這種金屬活動態離子異常經常較准確地位於礦體垂直上方，偶爾也在傾斜上方，透視深度最高紀錄達700m。至於活動態金屬離子如何從深部達於地表，學者的解釋是在風化過程中，發生元素的化學釋放和氣體的搬運。但他們正在進行「活動態金屬離子異常形成機制的研究」，這一項目是保密的，並得到11家礦業公司的經費支持。由於發明者成立了商業勘查公司，出於商業秘密考慮，至今沒有發表方法的細節。

活化金屬離子法（MMI）作為一種深穿透地球化學方法，測量的是由地下深部礦體釋放並遷移到地表土壤中的「活化金屬離子」。元素從深部向地表的遷移機理是無法觀測到的，這一直是勘查地球化學研究的焦點和爭論最大的問題。被測元素如何遷移到運積層表部是所有深穿透地球化學方法的前提和理論基礎。有研究認為元素可以通過以下7種途徑遷移至地表：①毛細管作用；②植物根吸附作用；③離子擴散作用；④電化學遷移；⑤蒸發作用；⑥地下水循環；⑦氣體擴散。隨著深穿透地球化學方法研究的不斷深入，擴展了深部元素遷移營力和機制的視野，提出了「還原柱」遷移模型、地氣流遷移模型、多營力遷移模型等。

Mann et al.（1995，1998）對土壤地球化學異常的形成提出了一個新的模型。這種模型認為在A層或B層土壤中未結合的金屬（弱吸附或活化金屬離子）和結合後的金屬（與土壤中有機物、黏土、碳酸鹽等組分結合的離子）之間存在著動態平衡。礦（化）體釋放的元素可以通過水溶液和（或）氣體搬運至近地表，隨著成土作用的進行，這些還未結合的金屬與土壤中的有機物、黏土、碳酸鹽、鐵氧化物等組分結合，並在重力、流體等作用下發生側向分散。

這種模型指出，礦（化）體釋放的未結合的金屬或活化離子（Mobile Ions）是垂向遷移至近地表土壤中，與土壤顆粒結合，在與土壤顆粒結合前，金屬離子作為活動態僅在有限時間內存在。隨著時間推移和遠離礦（化）體，活化金屬離子最終將以結合的金屬離子形式存在，而這種結合物的側向分散使得元素分布范圍擴大，也使得元素的背景值增高，異常范圍變寬。活化金屬離子不會在地表土壤中發生橫向移動而錯開礦體，這是因為活化金屬離子僅存在於有限時間內，隨之將與土壤顆粒結合。另外，在雨水等作用下，這些活化金屬離子也可能發生滲透作用而進入深部。MMI方法關注的便是這些未結合的活化金屬離子，通過偏提取技術，利用某種特殊提取劑和高靈敏度ICP-MS儀器，便可以將活化金屬離子測定出來，其反映的異常一般位於礦（化）體之上，從而准確定位礦（化）體。

二、應用范圍及應用實例

SGS實驗室聲稱MMI方法已經在多種氣候、地形條件、多個礦區取得了成功，找礦成功率達93%。在這些找礦成果中，位於西澳的Golden Web金礦床的發現最為突出。

從活化金屬離子法的原理和實例效果可以看出，其相對其他土壤測量方法存在明顯優勢。其一，MMI方法是作為一種深穿透地球化學方法，可以識別地表下700多米的深部礦（化）體；其二，MMI方法得到的異常較集中，且一般位於原始礦脈上方，可以直接為鑽探查證提供依據，與傳統地勘測量方法相比，可縮減靶區范圍30%～50%，從而降低勘探成本；同時，MMI方法具有低的元素檢出限，通過專用溶劑提取的元素濃度足以被現代高靈敏度的實驗室分析儀器ICP-MS檢測到，並且背景干擾較低，能充分反映礦致異常。同時，MMI方法作為一種新技術也需要不斷完善其理論基礎和技術方法。首先，元素從深部向地表遷移的機理仍然模糊不清；其次，偏提取技術在相當程度上受土壤物理化學性質、元素的地表地球化學行為影響，樣品加工分析過程中的思路、操作、控制技術都會左右測定和解釋的結果，這些都是技術方法研究必須面對的關鍵問題；再次，目前對異常的預測僅僅是二維平面定位，而無法實現深度定位，如何做到對探測對象的空間位置、大小和形態有直觀的了解也是MMI方法乃至所有深穿透地球化學方法研究的重要課題；最後，MMI方法並非完全適合所有礦區，所以在進行測量前，必須進行試驗測量，對方法的有效性、采樣深度、提取時間、提取溫度及工作區的地質-景觀環境進行詳細研究，以確定最佳技術條件。

三、資料來源

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㈤ 如何計算鋰電池消耗的能量

「鋰電池」，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出並研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出並開始研究鋰離子電池。由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，並且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優於鋰離子電池。由於其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。

㈥ 金屬的電離能是如何測定的

光電效應中電子被激發的環境與電離能測定時電子激發的條件是不一樣。電離能測定時，氣態原子失去電子成為帶正電的陽離子。這時的電子是從基態的原子軌道激發出來。
而光電效應中，金屬中由於原子之間的相互作用，軌道能級發生變化，不再是由一些分離的軌道組成，而是形成幾乎連續的能帶，其中一些價電子占據了能量較高的能帶，這些電子就是金屬中的自由電子，也是被光子激發出來的電子。由於這些電子本身處於較高的能帶，所以所需要的能量會小些，這就是為什麼逸出功會比電離能小。

我也只是量子力學的初學者，如有錯誤，希望提出指正。

光電效應
http://jwc.hubu.e.cn/jpkc/jpkc/wdxy/clx/index41.htm

能帶理論
http://www.17net.net/Article/elink/Article_1707.html

熱電子發射理論
http://www.gaoxiao100.cn/lenwen/detaile.asp?newsid=16849

其實我認為，問題的對象應該是元素，元素的電離能不只一個，從中性原子中激發出第一個電子所需要的能量就是第一電離能，從一價的陽離子中再激發出一個電子所需要的能量就是第二電離能，以此類推。所以應該說某個元素的第幾電離能是多少。在通常情況下電離能往往是指第一電離能，也就是從中性原子激發出一個電子所需要的能量。

我之前所說的方法，就是提供一種已知能量的能源E1，用它激發出電子(由於是用光激發出來的，所以叫光電子)，激發電子多餘的能量就轉化為光電子的動能，再用儀器測量出這一動能E2，則E1，E2之差就是激發出電子所需的能量，也就是電離能了。

有一種方法是用紫外線照射氣化後的金屬原子，電子受到紫外光子激發，脫離原子束縛，變成光電子。

用一個檢測器檢測這些光電子的動能，用最初紫外光子的能量減去光電子的動能就能得到被測物質的電離能。

㈦ 常用的測量金屬離子含量的方法有哪些

重金屬檢測方法及應用
一、重金屬的危害特性
（一）自然性：
長期生活在自然環境中的人類，對於自然物質有較強的適應能力。有人分析了人體中60多種常見元素的分布規律，發現其中絕大多數元素在人體血液中的百分含量與它們在地殼中的百分含量極為相似。但是，人類對人工合成的化學物質，其耐受力則要小得多。所以區別污染物的自然或人工屬性，有助於估計它們對人類的危害程度。鉛、鎘、汞、砷等重金屬，是由於工業活動的發展，引起在人類周圍環境中的富集，通過大氣、水、食品等進入人體，在人體某些器官內積累，造成慢性中毒，危害人體健康。
（二）毒性：
決定污染物毒性強弱的主要因素是其物質性質、含量和存在形態。例如鉻有二價、三價和六價三種形式，其中六價鉻的毒性很強，而三價鉻是人體新陳代謝的重要元素之一。在天然水體中一般重金屬產生毒性的范圍大約在1～10mg/L之間，而汞，鎘等產生毒性的范圍在0.01～0.001mg/L之間。
（三）時空分布性：
污染物進入環境後，隨著水和空氣的流動，被稀釋擴散，可能造成點源到面源更大范圍的污染，而且在不同空間的位置上，污染物的濃度和強度分布隨著時間的變化而不同。
（四）活性和持久性：
活性和持久性表明污染物在環境中的穩定程度。活性高的污染物質，在環境中或在處理過程中易發生化學反應，毒性降低，但也可能生成比原來毒性更強的污染物，構成二次污染。如汞可轉化成甲基汞，毒性更強。與活性相反，持久性則表示有些污染物質能長期地保持其危害性，如重金屬鉛、鎘等都具有毒性且在自然界難以降解，並可產生生物蓄積，長期威脅人類的健康和生存。
（五）生物可分解性：
有些污染物能被生物所吸收、利用並分解，最後生成無害的穩定物質。大多數有機物都有被生物分解的可能性，而大多數重金屬都不易被生物分解，因此重金屬污染一但發生，治理更難，危害更大。
（六）生物累積性：
生物累積性包括兩個方面：一是污染物在環境中通過食物鏈和化學物理作用而累積。二是污染物在人體某些器官組織中由於長期攝入的累積。如鎘可在人體的肝、腎等器官組織中蓄積，造成各器官組織的損傷。又如1953年至1961年，發生在日本的水俁病事件，無機汞在海水中轉化成甲基汞，被魚類、貝類攝入累積，經過食物鏈的生物放大作用，當地居民食用後中毒。
（七）對生物體作用的加和性：
多種污染物質同時存在，對生物體相互作用。污染物對生物體的作用加和性有兩類：一類是協同作用，混合污染物使其對環境的危害比污染物質的簡單相加更為嚴重；另一類是拮抗作用，污染物共存時使危害互相削弱。
二、重金屬的定量檢測技術
通常認可的重金屬分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子體法（ICP）、X熒光光譜（XRF）、電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）。除上述方法外，更引入光譜法來進行檢測，精密度更高，更為准確！
日本和歐盟國家有的採用電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）分析，但對國內用戶而言，儀器成本高。也有的採用X熒光光譜（XRF）分析，優點是無損檢測，可直接分析成品，但檢測精度和重復性不如光譜法。最新流行的檢測方法--陽極溶出法，檢測速度快，數值准確，可用於現場等環境應急檢測。
（一）原子吸收光譜法（AAS）
原子吸收光譜法是20世紀50年代創立的一種新型儀器分析方法，它與主要用於無機元素定性分析的原子發射光譜法相輔相成，已成為對無機化合物進行元素定量分析的主要手段。
原子吸收分析過程如下：1、將樣品製成溶液（同時做空白）；2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標樣）；3、依次測出空白及標樣的相應值；4、依據上述相應值繪出校正曲線；5、測出未知樣品的相應值；6、依據校正曲線及未知樣品的相應值得出樣品的濃度值。
現在由於計算機技術、化學計量學的發展和多種新型元器件的出現，使原子吸收光譜儀的精密度、准確度和自動化程度大大提高。用微處理機控制的原子吸收光譜儀，簡化了操作程序，節約了分析時間。現在已研製出氣相色譜—原子吸收光譜（GC-AAS）的聯用儀器，進一步拓展了原子吸收光譜法的應用領域。
（二）紫外可見分光光度法（UV）
其檢測原理是：重金屬與顯色劑—通常為有機化合物，可於重金屬發生絡合反應，生成有色分子團，溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長下，比色檢測。
分光光度分析有兩種，一種是利用物質本身對紫外及可見光的吸收進行測定；另一種是生成有色化合物，即「顯色」，然後測定。雖然不少無機離子在紫外和可見光區有吸收，但因一般強度較弱，所以直接用於定量分析的較少。加入顯色劑使待測物質轉化為在紫外和可見光區有吸收的化合物來進行光度測定，這是目前應用最廣泛的測試手段。顯色劑分為無機顯色劑和有機顯色劑，而以有機顯色劑使用較多。大多當數有機顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應生成的化合物一般是穩定的螯合物。顯色反應的選擇性和靈敏度都較高。有些有色螯合物易溶於有機溶劑，可進行萃取浸提後比色檢測。近年來形成多元配合物的顯色體系受到關注。多元配合物的指三個或三個以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測定的靈敏度，改善分析特性。顯色劑在前處理萃取和檢測比色方面的選擇和使用是近年來分光光度法的重要研究課題。
（三）原子熒光法（AFS）
原子熒光光譜法是通過測量待測元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激以下所產生的熒光發射強度，以此來測定待測元素含量的方法。
原子熒光光譜法雖是一種發射光譜法，但它和原子吸收光譜法密切相關，兼有原子發射和原子吸收兩種分析方法的優點，又克服了兩種方法的不足。原子熒光光譜具有發射譜線簡單，靈敏度高於原子吸收光譜法，線性范圍較寬干擾少的特點，能夠進行多元素同時測定。原子熒光光譜儀可用於分析汞、砷、銻、鉍、硒、碲、鉛、錫、鍺、鎘鋅等11種元素。現已廣泛用環境監測、醫葯、地質、農業、飲用水等領域。在國標中，食品中砷、汞等元素的測定標准中已將原子熒光光譜法定為第一法。
氣態自由原子吸收特徵波長輻射後，原子的外層電子從基態或低能態會躍遷到高能態，同時發射出與原激發波長相同或不同的能量輻射，即原子熒光。原子熒光的發射強度If與原子化器中單位體積中該元素的基態原子數N成正比。當原子化效率和熒光量子效率固定時，原子熒光強度與試樣濃度成正比。
現已研製出可對多元素同時測定的原子熒光光譜儀，它以多個高強度空心陰極燈為光源，以具有很高溫度的電感耦合等離子體（ICP）作為原子化器，可使多種元素同時實現原子化。多元素分析系統以ICP原子化器為中心，在周圍安裝多個檢測單元，與空心陰極燈一一成直角對應，產生的熒光用光電倍增管檢測。光電轉換後的電信號經放大後，由計算機處理就獲得各元素分析結果。
（四）電化學法—陽極溶出伏安法
電化學法是近年來發展較快的一種方法，它以經典極譜法為依託，在此基礎上又衍生出示波極譜、陽極溶出伏安法等方法。電化學法的檢測限較低，測試靈敏度較高，值得推廣應用。如國標中鉛的測定方法中的第五法和鉻的測定方法的第二法均為示波極譜法。
陽極溶出伏安法是將恆電位電解富集與伏安法測定相結合的一種電化學分析方法。這種方法一次可連續測定多種金屬離子，而且靈敏度很高，能測定10-7-10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡單，操作方便，是一種很好的痕量分析手段。我國已經頒布了適用於化學試劑中金屬雜質測定的陽極溶出伏安法國家標准。
陽極溶出伏安法測定分兩個步驟。第一步為「電析」，即在一個恆電位下，將被測離子電解沉積，富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊。對給定的金屬離子來說，如果攪拌速度恆定，預電解時間固定，則m=Kc，即電積的金屬量與被測金屬離了的濃度成正比。第二步為「溶出」，即在富集結束後，一般靜止30s或60s後，在工作電極上施加一個反向電壓，由負向正掃描，將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中，產生氧化電流，記錄電壓-電流曲線，即伏安曲線。曲線呈峰形，峰值電流與溶液中被測離了的濃度成正比，可作為定量分析的依據，峰值電位可作為定性分析的依據。
示波極譜法又稱「單掃描極譜分析法」。一種極譜分析新力一法。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長後期，在電解池的兩極上，迅速加入一鋸齒形脈沖電壓，在幾秒鍾內得出一次極譜圖，為了快速記錄極譜圖，通常用示波管的熒光屏作顯示工具，因此稱為示波極譜法。其優點：快速、靈敏。
（五）X射線熒光光譜法（XRF）
X射線熒光光譜法是利用樣品對x射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來定性或定量測定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡單、可分析元素范圍廣、譜線簡單，光譜干擾少，試樣形態多樣性及測定時的非破壞性等特點。它不僅用於常量元素的定性和定量分析，而且也可進行微量元素的測定，其檢出限多數可達10-6。與分離、富集等手段相結合，可達10-8。測量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀，在幾分鍾之內可同時測定20多種元素的含量。
x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對多層鍍膜的各層鍍膜分別進行成分和膜厚的分析。
當試樣受到x射線，高能粒子束，紫外光等照射時，由於高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內層電子逐出形成空穴，使原子處於激發態，這種激發態離子壽命很短，當外層電子向內層空穴躍遷時，多餘的能量即以x射線的形式放出，並在教外層產生新的空穴和產生新的x射線發射，這樣便產生一系列的特徵x射線。特徵x射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數有關。所以只要測出了特徵x射線的波長λ，就可以求出產生該波長的元素。即可做定性分析。在樣品組成均勻，表面光滑平整，元素間無相互激發的條件下，當用x射線（一次x射線）做激發原照射試樣，使試樣中元素產生特徵x射線（熒光x射線）時，若元素和實驗條件一樣，熒光x射線強度與分析元素含量之間存在線性關系。根據譜線的強度可以進行定量分析
（六）電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）
ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象，其溶液的檢出限大部份為ppt級，實際的檢出限不可能優於你實驗室的清潔條件。必須指出，ICP-MS的ppt級檢出限是針對溶液中溶解物質很少的單純溶液而言的，若涉及固體中濃度的檢出限，由於ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS檢出限的優點會變差多達50倍，一些普通的輕元素（如S、 Ca、Fe 、K、 Se）在ICP-MS中有嚴重的干擾，也將惡化其檢出限。
ICP-MS由作為離子源ICP焰炬，介面裝置和作為檢測器的質譜儀三部分組成。
ICP-MS所用電離源是感應耦合等離子體（ICP），其主體是一個由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負載線圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助氣和冷卻氣，負載線圈由高頻電源耦合供電，產生垂直於線圈平面的磁場。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場作用下又會與其它氬原子碰撞產生更多的離子和電子，形成渦流。強大的電流產生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達10000k的等離子焰炬。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中，然後進入由射頻能量激發的處於大氣壓下的氬等離子體中心區，等離子體的高溫使樣品去溶劑化，汽化解離和電離。部分等離子體經過不同的壓力區進入真空系統，在真空系統內，正離子被拉出並按照其質荷比分離。在負載線圈上面約10mm處,焰炬溫度大約為8000K,在這么高的溫度下,電離能低於7eV的元素完全電離，電離能低於10.5ev的元素電離度大於20%。由於大部分重要的元素電離能都低於10.5eV，因此都有很高的靈敏度，少數電離能較高的元素，如C，O，Cl，Br等也能檢測，只是靈敏度較低。