Comè il calore specifico dellacqua così alto?
Stavo leggendo larticolo sulliperfisica ma non riuscivo a capirlo correttamente.
Risposta
Lacqua contiene legami idrogeno. Il legame idrogeno è una sorta di forza intermolecolare ( un tutorial e la pagina di Wikipedia ) che è di solito visto in molecole che hanno $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ o $ \ ce {FH} $ da qualche parte nella loro struttura.
Come accade?
Latomo di idrogeno è davvero piccolo (raggio atomico: circa 37 pm) Quando si lega con alcune specie molto elettronegative, come latomo di O, (nel caso dellacqua), lelettrone è altamente assorbito dal più elettronegativo. Ciò si traduce in una concentrazione relativamente alta di carica positiva. Laltro atomo di O nellacqua è attratto da H e questa è la base del legame idrogeno.
Quindi …?
Il legame idrogeno nellacqua è troppo debole per essere confrontato con legami intramolecolari come i legami covalenti o ionici, ma è abbastanza forte da essere rotto, richiederà molta energia. Ecco perché lacqua bolle a $ 100 ° C $ .
Molti sanno che il motivo dellelevato calore specifico dellacqua è il legame idrogeno. In parte, è correlato a questo: nel dare calore allacqua, un po di calore è " ha speso " per sciogliere i legami idrogeno piuttosto che aumentare lenergia cinetica dellacqua. Largomento è valido e non ho visto nessuno fornire prove del suo essere sbagliato, ma un altro motivo, quello fornito dalliperfisica, si basa sul moto dellacqua.
Espandere largomento non è necessario e si aggiungerà alla confusione. In breve, la molecola dacqua è non lineare, che risulterà in tre
gradi di libertà che gli consentono di avere moltissimi movimenti rotatori! (Più tipi di movimento sono causa di un bonus aggiuntivo al calore specifico)
Lammoniaca liquida ha un calore specifico più alto, proprio per lo stesso motivo.
Anche un motivo molto più semplice per capire è la massa molare relativamente bassa dellacqua: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Cosa dovrebbe significare? Più moli dacqua per un chilogrammo.
In sintesi, i motivi sono:
- Lacqua riscaldata contribuirà con gran parte del calore ad allentare, piegare o rompere i legami idrogeno.
- Lacqua aveva tre gradi di libertà di rotazione. Oltre alla vibrazione, le rotazioni avvengono molto alle molecole dacqua. Ciò si tradurrà con una capacità termica maggiore.
- La capacità termica specifica è definita come la quantità di calore richiesta per unità mass per aumentare la temperatura di un grado centigrado. La massa molare relativamente bassa dellacqua consente a più moli di essere lì in ununità di massa (o kg o g)
Come nota a margine, leccezionale calore specifico elevato non è lunica proprietà strana dellacqua. Vedi qui per esempio.
Risposta
Il calore specifico dellacqua più elevato è dovuto alla presenza di legami idrogeno intermolecolari in essa La quantità di calore fornita viene utilizzata inizialmente per rompere il legame Per questo motivo lacqua ha unelevata capacità termica specifica
Commenti
- Ciao e benvenuto su chemistry.stackexchange.com. Dato che hai già fatto il tour , non esitare a cercare eventuali domande sul funzionamento del sito nella guida center .
Risposta
Generalmente, un aumento dellassorbimento di energia termica si tradurrà in un aumento dellenergia cinetica delle molecole e, appunto, dei singoli atomi. Lo stesso si può dire dellacqua. Tuttavia, poiché lacqua forma costantemente legami H, parte dellenergia termica verrà utilizzata per rompere i legami dellacqua. Più legami devono essere rotti e tenuti separati (cosa non facile in acqua), più calore può assorbire lacqua. Quando la temperatura esterna si raffredda, i legami rotti dal calore si riformeranno e rilasceranno energia nellambiente circostante.
Commenti
- Ma ammoniaca liquida ' il calore specifico è maggiore dellacqua. Stai suggerendo che sia semplicemente perché il legame H è più forte nellammoniaca?