Hvordan er den specifikke varme af vand så høj?
Jeg læste artiklen om hyperfysik om den, men kunne ikke forstå det ordentligt.
Svar
Vand har hydrogenbinding i sig. Brintbinding er en slags intermolekylær kraft ( en tutorial og wikipedia-siden ), der er normalt set i molekyler, der har $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ eller $ \ ce {FH} $ et eller andet sted i deres struktur.
Hvordan sker det?
Brintatom er virkelig lille (atomradius: Cirka 37 pm) Når den binder sig til nogle meget elektronegative arter, som O-atom, (i tilfælde af vand) absorberes elektronen stærkt af det mere elektronegative. Det resulterer i en relativt høj koncentration af positiv ladning. Det andet O-atom i vand tiltrækkes af H, og dette er grundlaget for hydrogenbinding.
Så …?
Hydrogenbinding i vand er alt for svag til at kunne sammenlignes med intramolekylære bindinger som kovalente eller ioniske bindinger, men det er stærkt nok til at det kan brydes, det vil kræve masser af energi. Derfor koger vand ved $ 100 ° C $ .
Mange kender årsagen til, at vandets høje specifikke varme er hydrogenbinding. Delvis er det relateret til det: Ved at give varme til vand er noget varme " brugte " på at løsne brintbindingerne i stedet for at øge vandets kinetiske energi. Argumentet er gyldigt, og jeg har ikke set nogen bringe bevis for, at det er forkert, men en anden grund, som hyperfysik gav, er afhængig af vandets bevægelse.
Udvidelse af emnet er ikke nødvendigt, og det vil tilføje forvirring. Kort sagt, vandmolekylet er ikke-lineær. Det vil resultere i tre rotations
frihedsgrader , der gør det muligt for den at have frygtelig mange rotationsbevægelser! (Flere typer bevægelser er en årsag til en ekstra bonus til den specifikke varme)
Flydende ammoniak har en højere specifik varme, bare af samme grund.
Endnu en meget lettere grund til at forstå er vandets relativt lave molære masse: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Hvad skal det betyde? Flere mol vand pr. Kg.
Som en sammenfatning er årsagerne:
- Det opvarmede vand bidrager meget af varmen til at løsne, bøje eller bryde hydrogenbindingerne.
- Vand havde tre rotationsgrader for frihed. Ud over vibrationer sker rotationer meget for vandmolekyler. Dette vil resultere i en højere varmekapacitet.
- Specifik varmekapacitet defineres som den krævede varmemængde pr. enhed masse for at øge temperaturen med en grad celsius. Den relativt lave molære vandmasse tillader flere mol af det at være der i en masseenhed (enten kg eller g)
Som en sidebemærkning er den ekstraordinære høje specifikke varme ikke den eneste underlige egenskab ved vand. Se f.eks. her .
Svar
Højere specifik vandvarme skyldes tilstedeværelsen af intermolekylær hydrogenbinding i den. Den tilførte varms varme bruges oprindeligt til at bryde bindingen. På grund af dette har vand høj specifik varmekapacitet
Kommentarer
- Hej og velkommen til chemistry.stackexchange.com. Da du allerede har taget turen , er du velkommen til at se på eventuelle spørgsmål om, hvordan webstedet fungerer i hjælp center .
Svar
Generelt vil en stigning i absorberingen af varmeenergi resultere i en stigning i molekylernes kinetiske energi og faktisk de individuelle atomer. Det samme kan siges om vand. Men da vand konstant har dannet H-bindinger, vil en del af varmeenergien blive brugt til at bryde vandbindingerne. Jo flere bindinger der skal brydes og holdes adskilt (ikke let i vand), jo mere varme kan vandet absorbere. Når udetemperaturen køler ned, vil de bånd, der er brudt af varmen, reformere og frigive energi i omgivelserne.
Kommentarer
- Men flydende ammoniak ' s specifikke varme er højere end vand. Foreslår du, at det kun er fordi H-binding er stærkere i ammoniak?