Hvordan er den spesifikke varmen på vann så høy?
Jeg leste hyperfysikkartikkelen om den, men kunne ikke forstå den ordentlig.
Svar
Vann har hydrogenbinding i seg. Hydrogenbinding er en slags intermolekylær kraft ( en opplæring og wikipedia-siden ) som er vanligvis sett i molekyler som har $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ eller $ \ ce {FH} $ et eller annet sted i strukturen.
Hvordan skjer det?
Hydrogenatom er veldig lite (atomradius: Ca. 37 pm) Når den binder seg til noen veldig elektronegative arter, som O-atom, (i tilfelle vann), absorberes elektronet sterkt av det mer elektronegative. Det resulterer i en relativt høy konsentrasjon av positiv ladning. Det andre O-atomet i vann tiltrekkes av H, og dette er grunnlaget for hydrogenbinding.
Så …?
Hydrogenbinding i vann er altfor svak til å kunne sammenlignes med intramolekylære bindinger som kovalente eller ioniske bindinger, men det er sterkt nok til at det vil bli brutt, det vil kreve mye energi. Derfor koker vann ved $ 100 ° C $ .
Mange kjenner årsaken til at vann «er høy spesifikk varme som er hydrogenbinding. Delvis er det knyttet til det: Når det gir vann til vann, er noe varme " brukte " på å løsne hydrogenbindinger i stedet for å øke vannets kinetiske energi. Argumentet er gyldig, og jeg har ikke sett noen som bringer bevis for at det er feil, men en annen grunn, som hyperfysikken ga, er avhengig av bevegelse av vann.
Å utvide emnet er ikke nødvendig, og det vil føre til forvirring. Kort fortalt er vannmolekylet ikke-lineær. Dette vil resultere i tre roterende
frihetsgrader som gjør at den kan ha forferdelig mange rotasjonsbevegelser! (Flere typer bevegelser er en årsak til en ekstra bonus for den spesifikke varmen)
Flytende ammoniakk har en høyere spesifikk varme, bare av samme grunn.
Selv en veldig enklere grunn til å forstå er vanns relativt lave molare masse: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Hva skal det bety? Flere mol vann per kilo.
Som et sammendrag er årsakene:
- Det oppvarmede vannet vil bidra med mye av varmen til å løsne, bøye eller bryte hydrogenbindinger.
- Vann hadde tre rotasjonsgrader for frihet. I tillegg til vibrasjon skjer rotasjoner mye med vannmolekyler. Dette vil føre i en høyere varmekapasitet.
- Spesifikk varmekapasitet er definert som mengden varme som kreves per enhet masse for å øke temperaturen med grader Celsius. Den relativt lave molære massen av vann gjør at flere mol av det kan være der i en masseenhet (enten kg eller g)
Som en sidemerknad er ikke den eksepsjonelle høye spesifikke varmen den eneste rare egenskapen til vann. Se for eksempel her .
Svar
Høyere spesifikk vannvarme skyldes tilstedeværelse av intermolekylær hydrogenbinding i den. Den tilførte varmen brukes først til å bryte bindingen. På grunn av dette har vann høy spesifikk varmekapasitet. >
- Hei og velkommen til chemistry.stackexchange.com. Siden du allerede har tatt turen , kan du gjerne se etter spørsmål om hvordan nettstedet fungerer i hjelpen sentrum .
Svar
Generelt vil en økning i absorpsjonen av varmeenergi resultere i en økning i molekylenes kinetiske energi og faktisk de enkelte atomer. Det samme kan sies om vann. Men siden vann hele tiden har dannet H-bindinger, vil noe av varmeenergien brukes til å bryte vannbindinger. Jo flere bindinger som må brytes og holdes fra hverandre (ikke lett i vann), jo mer varme kan vannet absorbere. Når utetemperaturen avkjøles, vil båndene som brytes av varmen reformere og frigjøre energi til omgivelsene.
Kommentarer
- Men flytende ammoniakk ' s spesifikke varme er høyere enn vann. Foreslår du at det bare er fordi H-binding er sterkere i ammoniakk?