常見氣體的聚類分析

1、常見氣體的聚類分析摘要:本文根據(jù)常見氣體的熱力學(xué)性質(zhì)(包括標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵、摩爾定壓熱容),利用R軟件對(duì)氧氣、氮?dú)狻⒍趸嫉瘸Ｒ姷?0種氣體進(jìn)展了系統(tǒng)聚類分析和動(dòng)態(tài)聚類分析,其中系統(tǒng)聚類法使用了最長(zhǎng)間隔 法、類平均法、重心法和ard法。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明,相似的構(gòu)造是物質(zhì)被分為一類的主要原因。關(guān)鍵詞:熱力學(xué)性質(zhì);常見氣體;聚類分析中圖分類號(hào):659.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-8136(2022)33-0017-021背景知識(shí)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓是計(jì)算化學(xué)反響的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反響焓的根底熱數(shù)據(jù)。在壓力為100KPa,溫度為298.15K的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下,由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的某物質(zhì)的

2、焓變,稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。1標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓用fH?符號(hào)表示。熵是熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一,通常用符號(hào)S表示。熵是描繪物質(zhì)混亂度大小的物理量,可以把任何純潔的完好晶態(tài)物質(zhì)在0K時(shí)的熵值規(guī)定為零,把某單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的熵值稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵(S?)。1當(dāng)某一系統(tǒng)由于加給一個(gè)微小的熱量Q而溫度升高dT時(shí),Q/dT這個(gè)量就是熱容。2熱容的符號(hào)為。單位物質(zhì)在恒定壓力的條件下的熱容稱為定壓熱容,用p,表示。每一種物質(zhì)都有唯一的fH?、S?和p,與其對(duì)應(yīng)。本文將在這些數(shù)據(jù)的根底上,對(duì)一些常見氣體進(jìn)展分類,從中找出規(guī)律。2聚類分析聚類分析是一類將數(shù)據(jù)研究對(duì)象進(jìn)展分類的統(tǒng)計(jì)方法。這一類方

3、法的共同特點(diǎn)是:3事先不知道類別的個(gè)數(shù)與構(gòu)造;據(jù)以進(jìn)展分析的數(shù)據(jù)是對(duì)象之間的相似性或相異性的數(shù)據(jù)。將這些相似或相異的數(shù)據(jù)看成是對(duì)象之間的間隔 遠(yuǎn)近的一種度量,將間隔 近的對(duì)象歸為一類,不同類之間的對(duì)象間隔 較遠(yuǎn)。2.1系統(tǒng)聚類法系統(tǒng)聚類法根本思想是:3首先是n個(gè)樣本各自成一類,然后規(guī)定類與類之間的間隔 ,選擇間隔 最小的兩類合并成一個(gè)新類,計(jì)算新類與其它類的間隔 ,再將間隔 最小的兩類進(jìn)展合并,這樣每次減少一類,直到到達(dá)所需的分類數(shù)或所有的樣本都?xì)w為一類為止。系統(tǒng)聚類法是分類數(shù)據(jù)處理中用得最多的一種方法。有關(guān)該方法的研究?jī)?nèi)容相當(dāng)豐富,許多統(tǒng)計(jì)軟件(如SAS)中都有專門的程序。本文應(yīng)用R2.7.

4、2軟件,分別使用了包括最長(zhǎng)間隔 法、類平均法、重心法和ard法。用這些系統(tǒng)聚類法,本文研究了10種氣體的分類情況。選取氣體為:1氧氣;2氮?dú)?3一氧化碳;4二氧化碳;5氯化氫;6氨氣;7二氧化氮;8二氧化硫;9甲烷;10乙烯。系統(tǒng)聚類分析的R計(jì)算程序如下:library(luster)x=read.table(:/data.txt)dist(sale(x)d=dist(sale(x)lng=hlust(d,ethd=plete)pllust(lng,hang=-1)average=hlust(d,average)pllust(average,hang=-1)entrid=hlust(d,ent

5、rid)pllust(entrid,hang=-1)ard=hlust(d,ard)pllust(ard,hang=-1)最長(zhǎng)間隔 法的分類結(jié)果是:第一類:4二氧化碳;8二氧化硫。第二類:1氧氣;2氮?dú)?3一氧化碳;5氯化氫;6氨氣;9甲烷。第三類:7二氧化氮;10乙烯。類平均法的分類結(jié)果是:第一類:4二氧化碳;8二氧化硫。第二類:1氧氣;2氮?dú)?3一氧化碳;5氯化氫;6氨氣;9甲烷。第三類:7二氧化氮;10乙烯。重心法的分類結(jié)果是:第一類:4二氧化碳;8二氧化硫。第二類:1氧氣;2氮?dú)?3一氧化碳;5氯化氫;6氨氣;9甲烷。第三類:7二氧化氮;10乙烯。ard法的分類結(jié)果是:第一類:6氨氣;

6、9甲烷。第二類:1氧氣;2氮?dú)?3一氧化碳;5氯化氫。第三類:7二氧化氮;10乙烯。第四類:4二氧化碳;8二氧化硫。2.2動(dòng)態(tài)聚類法本文在系統(tǒng)聚類法的根底上進(jìn)展了動(dòng)態(tài)聚類法。動(dòng)態(tài)聚類法的根本思想是,開始粗略的分下類,然后按照某種最優(yōu)原那么修改不合理的分類,直至類分得比較合理為止,這就形成了一個(gè)最終的分類結(jié)果。這種方法具有計(jì)算量小,占用內(nèi)存小,方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。3利用動(dòng)態(tài)聚類法將10種氣體物質(zhì)分為4類。R軟件的運(yùn)算的程序?yàn)?k=keans(d,4,nstart=10);ksrt(k$luster)動(dòng)態(tài)聚類分析結(jié)果如下:第一類:4二氧化碳;8二氧化硫。第二類:7二氧化氮;10乙烯。第三類:1氧氣;2

7、氮?dú)?3一氧化碳;5氯化氫。第四類:6氨氣;9甲烷。3分析討論本文先后進(jìn)展了最長(zhǎng)間隔 法、類平均法、重心法、ard法、動(dòng)態(tài)聚類法的聚類分析。5種不同的方法對(duì)應(yīng)著5種不同的分類結(jié)果。然而,無(wú)論這5種結(jié)果有多么大的差異,其中還是有一些共同的規(guī)律。本文將這些規(guī)律總結(jié)如下:(1)1和2都是分在一類,即氧氣和氮?dú)庖活?。氮?dú)夂脱鯕舛际欠墙饘僭貥?gòu)成的單質(zhì)氣體,它們都是雙原子分子。它們的分子式如下:(2)4和8都是分在一類,即二氧化碳和二氧化硫一類。二氧化碳與二氧化硫都是非金屬元素的二氧化物,中心元素和S都是+4價(jià),和S與氧之間的共價(jià)鍵都是雙鍵。它們的分子式如下:=S=(3)6和9都是分在一類,即氨氣和甲烷

8、一類。氨氣和甲烷都是活潑非金屬元素與氫化合生成的共價(jià)化合物,也就是說(shuō)它們都是氫化物。它們的分子式如下:(4)7和10都是分在一類,即二氧化氮和乙烯一類。二氧化氮和乙烯的分子中都有活潑的雙鍵,都有活潑的電子。它們的分子式如下:物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)是由其分子的性質(zhì)決定的,分子的性質(zhì)又是由其構(gòu)造決定的。分子構(gòu)造相似的氣體決定著它們具有比較相近的熱力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)以上所述分子的化學(xué)式,可以看出每組分子具有明顯的構(gòu)造相似性。以上的討論中便充分說(shuō)明了構(gòu)造的相似性導(dǎo)致了熱力學(xué)性質(zhì)的相似性。進(jìn)而說(shuō)明,聚類分析是驗(yàn)證分子相似性的有效手段。中國(guó)論文聯(lián)盟.Ll.參考文獻(xiàn)1天津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)(第三版).北京:

9、高等教育出版社,20022天津大學(xué)物理化學(xué)教研室.物理化學(xué)上冊(cè)(第四版).北京:高等教育出版社,20223薛毅、陳立萍.統(tǒng)計(jì)建模與R軟件.北京:清華大學(xué)出版社,2022nGaslusterAnalysisLiuZhiyngAbstrat:Thisartileardingtthengasthetherdynaiprperty(inludingastandardlefenthalpyffratin,astandardlarentrpy,lefnstantpressureheatapaity),usingtheRsftaretthexygen,thenitrgen,thearbndixideandsnn10kindfgashasarriednthesystelusteranalysisandthedynailusteranalysis,thesystelusterlahasusedthestlngdistanela,akindfethdfaverage,thegravit