Wie hoch ist die spezifische Wärme von Wasser?
Ich habe den Artikel über Hyperphysik gelesen, konnte ihn aber nicht richtig verstehen.
Antwort
Wasser enthält Wasserstoffbrücken. Wasserstoffbrückenbindung ist eine Art intermolekulare Kraft ( ein Tutorial und die Wikipedia-Seite ) normalerweise in Molekülen mit $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ oder $ \ ce {FH} $ irgendwo in ihrer Struktur.
Wie passiert das?
Wasserstoffatom ist wirklich klein (Atomradius: ca. 37 pm) Wenn es sich mit einigen sehr elektronegativen Spezies wie dem O-Atom (im Fall von Wasser) verbindet, wird das Elektron vom elektronegativeren stark absorbiert. Dies führt zu einer relativ hohen Konzentration an positiver Ladung. Das andere O-Atom in Wasser wird von H angezogen und dies ist die Grundlage für die Wasserstoffbindung.
Also …?
Die Wasserstoffbindung in Wasser ist viel zu schwach, um verglichen zu werden intramolekulare Bindungen wie kovalente oder ionische Bindungen, aber es ist stark genug, um gebrochen zu werden, es wird viel Energie benötigt. Deshalb kocht Wasser bei $ 100 ° C $ .
Viele kennen den Grund für die hohe spezifische Wärme von Wasser als Wasserstoffbrückenbindung. Teilweise hängt dies damit zusammen: Bei der Abgabe von Wärme an Wasser ist etwas Wärme hat " damit verbracht, die Wasserstoffbrücken zu lösen, anstatt die kinetische Energie des Wassers zu erhöhen. Das Argument ist gültig, und ich habe niemanden gesehen, der Beweise für seine Existenz erbracht hat falsch, aber ein anderer Grund, den die Hyperphysik angegeben hat, beruht auf der Bewegung des Wassers.
Eine Erweiterung des Themas ist nicht erforderlich und führt zu Verwirrung. Kurz gesagt, das Wassermolekül ist es nichtlinear. Dies führt zu drei Rotationen
Freiheitsgrade , die es ermöglichen, sehr viele Drehbewegungen auszuführen! (Mehr Arten von Bewegungen verursachen einen zusätzlichen Bonus auf die spezifische Wärme.)
Flüssiges Ammoniak hat aus demselben Grund eine höhere spezifische Wärme.
Ein noch einfacher zu verstehender Grund ist die relativ niedrige Molmasse des Wassers: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Was soll das bedeuten? Mehr Mol Wasser pro Kilogramm.
Zusammenfassend sind die Gründe:
- Das erhitzte Wasser trägt einen großen Teil der Wärme zum Lösen, Biegen oder Aufbrechen der Wasserstoffbrückenbindungen bei.
- Wasser hatte drei Rotationsfreiheitsgrade. Zusätzlich zu Vibrationen treten bei Wassermolekülen häufig Rotationen auf. Dies führt dazu bei einer höheren Wärmekapazität.
- Die spezifische Wärmekapazität ist definiert als die pro Einheit Masse um die Temperatur um ein Grad Celsius zu erhöhen. Die relativ niedrige Molmasse von Wasser ermöglicht es, mehr Mol davon zu sein dort in einer Masseneinheit (entweder kg oder g)
Als Randnotiz ist die außergewöhnlich hohe spezifische Wärme nicht die einzige seltsame Eigenschaft von Wasser. Siehe hier zum Beispiel.
Antwort
Eine höhere spezifische Wärme von Wasser ist auf das Vorhandensein intermolekularer Wasserstoffbrücken zurückzuführen. Die Menge der zugeführten Wärme wird anfänglich zum Aufbrechen der Bindung verwendet. Aus diesem Grund hat Wasser eine hohe spezifische Wärmekapazität.
Kommentare
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Antwort
Im Allgemeinen führt eine Erhöhung der Absorption von Wärmeenergie zu eine Erhöhung der kinetischen Energie der Moleküle und tatsächlich der einzelnen Atome. Gleiches gilt für Wasser. Da Wasser jedoch ständig H-Bindungen bildet, wird ein Teil der Wärmeenergie zum Aufbrechen der Wasserbindungen verwendet. Je mehr Bindungen aufgebrochen und auseinander gehalten werden müssen (im Wasser nicht einfach), desto mehr Wärme kann das Wasser aufnehmen. Wenn die Außentemperatur abkühlt, reformieren sich die durch die Hitze gebrochenen Bindungen und geben Energie an die Umgebung ab.
Kommentare
- Aber flüssiges Ammoniak ' Die spezifische Wärme ist höher als die von Wasser. Schlagen Sie vor, dass dies nur darauf zurückzuführen ist, dass die H-Bindung in Ammoniak stärker ist?