Comment la chaleur spécifique de leau est-elle si élevée?
Jétais en train de lire larticle sur lhyperphysique mais je ne pouvais pas le comprendre correctement.
Réponse
Leau contient des liaisons hydrogène. La liaison hydrogène est une sorte de force intermoléculaire ( un tutoriel et la page wikipedia ) qui est généralement vu dans les molécules qui ont $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ ou $ \ ce {FH} $ quelque part dans leur structure.
Comment cela se passe-t-il?
Latome dhydrogène est vraiment petit (rayon atomique: environ 37 pm) Lorsquil se lie avec certaines espèces très électronégatives, comme latome O, (dans le cas de leau), lélectron est fortement absorbé par le plus électronégatif. Cela se traduit par une concentration relativement élevée de charge positive. Lautre atome dO dans leau est attiré par H et cest la base de la liaison hydrogène.
Alors …?
La liaison hydrogène dans leau est beaucoup trop faible pour être comparée à les liaisons intramoléculaires comme les liaisons covalentes ou ioniques, mais elles sont suffisamment fortes pour être brisées, elles nécessiteront beaucoup d’énergie. C’est pourquoi l’eau bout à 100 ° C $ .
Beaucoup savent que la chaleur spécifique élevée de leau est liée à lhydrogène. En partie, cest lié à cela: en donnant de la chaleur à leau, une certaine chaleur est " a dépensé " pour desserrer les liaisons hydrogène plutôt que pour augmenter l’énergie cinétique de l’eau. L’argument est valable, et je n’ai vu personne apporter la preuve de son existence faux, mais une autre raison, qui était celle que lhyperphysique a donnée, repose sur le mouvement de leau.
Lélargissement du sujet nest pas nécessaire, et cela créera de la confusion. En bref, la molécule deau est non linéaire. Cela donnera trois
degrés de liberté qui lui permettent davoir un nombre effroyable de mouvements de rotation! (Plus de types de mouvements sont une cause dun bonus supplémentaire à la chaleur spécifique)
Lammoniac liquide a une chaleur spécifique plus élevée, juste pour la même raison.
Une raison encore plus simple à comprendre est la masse molaire relativement faible de leau: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Quest-ce que cela signifie? Plus de moles deau par kilogramme.
En résumé, les raisons sont:
- Leau chauffée contribuera en grande partie à relâcher, à plier ou à rompre les liaisons hydrogène.
- Leau avait trois degrés de liberté de rotation. En plus des vibrations, des rotations se produisent souvent sur les molécules deau. dans une capacité thermique plus élevée.
- La capacité thermique spécifique est définie comme la quantité de chaleur requise par unité mass daugmenter la température dun degré Celsius. La masse molaire relativement faible de leau permet à plus de moles dêtre là dans une unité de masse (kg ou g)
En remarque, la chaleur spécifique élevée exceptionnelle nest pas la seule propriété étrange de leau. Voir ici par exemple.
Réponse
Une chaleur spécifique plus élevée de leau est due à la présence dune liaison hydrogène intermoléculaire dans celle-ci La quantité de chaleur fournie est utilisée initialement pour rompre la liaison. Pour cette raison, leau a une capacité thermique spécifique élevée
Commentaires
- Bonjour et bienvenue sur chemistry.stackexchange.com. Puisque vous avez déjà participé à la visite , nhésitez pas à rechercher des questions sur le fonctionnement du site dans l aide centre .
Réponse
En général, une augmentation de labsorption dénergie thermique se traduira par une augmentation de lénergie cinétique des molécules et même des atomes individuels. On peut en dire autant de l’eau. Cependant, comme leau forme constamment des liaisons H, une partie de lénergie thermique sera utilisée pour rompre les liaisons hydriques. Plus il y a de liaisons à briser et à séparer (pas facile dans leau), plus leau peut absorber de chaleur. Lorsque la température extérieure se refroidit, les liaisons rompues par la chaleur se reformeront et libéreront de lénergie dans lenvironnement.
Commentaires
- Mais lammoniac liquide ' est supérieure à celle de leau. Est-ce que vous suggérez que cest simplement parce que la liaison H est plus forte dans lammoniac?