Hoe is de soortelijke warmte van water zo hoog?
Ik las het hyperfysica-artikel erover maar begreep het niet goed.
Answer
Water bevat waterstofbruggen. Waterstofbinding is een soort intermoleculaire kracht ( een tutorial en de wikipedia-pagina ) dat wil zeggen wordt meestal gezien in moleculen met $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ of $ \ ce {FH} $ ergens in hun structuur.
Hoe gebeurt het?
Waterstofatoom is erg klein (atoomstraal: ongeveer 37 pm) Wanneer het zich bindt met een aantal zeer elektronegatieve soorten, zoals het O-atoom (in het geval van water), wordt het elektron sterk geabsorbeerd door het meer elektronegatieve. Dat resulteert in een relatief hoge concentratie positieve lading. Het andere O-atoom in water wordt aangetrokken door H en dit is de basis van waterstofbinding.
Dus …?
Waterstofbinding in water is veel te zwak om te vergelijken met intramoleculaire bindingen zoals covalente of ionische bindingen, maar het is sterk genoeg om te worden verbroken, er is veel energie voor nodig. Daarom kookt water bij $ 100 ° C $ .
Velen kennen de reden van de hoge soortelijke warmte van water om waterstof te binden. Gedeeltelijk heeft het daarmee te maken: bij het geven van warmte aan water is enige warmte " heeft " besteed aan het losmaken van de waterstofbruggen in plaats van aan het vergroten van de kinetische energie van water. Het argument is geldig, en ik heb niemand gezien die bewijzen heeft geleverd dat het is verkeerd, maar een andere reden, die de hyperfysica gaf, is gebaseerd op de beweging van water.
Het onderwerp uitbreiden is niet nodig, en het zal tot verwarring leiden. Kortom, het watermolecuul is niet-lineair. Dat zal resulteren in drie rotatie
vrijheidsgraden waardoor het ontzettend veel rotatiebewegingen kan maken! (Meer soorten bewegingen zijn een oorzaak van een extra bonus voor de soortelijke warmte)
Vloeibare ammoniak heeft een hogere soortelijke warmte, alleen om dezelfde reden.
Nog een heel gemakkelijkere reden om te begrijpen is de relatief lage molaire massa van het water: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Wat zou dat moeten betekenen? Meer mol water per kilogram.
Samengevat zijn de redenen:
- Het verwarmde water draagt veel van de warmte bij aan het losmaken, buigen of verbreken van de waterstofbruggen.
- Water had drie rotatievrijheidsgraden. Naast trillingen gebeuren er veel rotaties bij watermoleculen. Dit zal resulteren in in een hogere warmtecapaciteit.
- Specifieke warmtecapaciteit wordt gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die nodig is per eenheid massa om de temperatuur met een graden celsius te verhogen. Door de relatief lage molecuulmassa van water kunnen er meer mol daar in een massa-eenheid (kg of g)
Als een kanttekening: de uitzonderlijk hoge soortelijke warmte is niet de enige vreemde eigenschap van water. Zie hier bijvoorbeeld.
Answer
Hogere soortelijke warmte van water is te wijten aan de aanwezigheid van intermoleculaire waterstofbinding erin. De hoeveelheid toegevoerde warmte wordt aanvankelijk gebruikt om de hechting te verbreken. Daarom heeft water een hoge soortelijke warmtecapaciteit
Opmerkingen
- Hallo en welkom bij chemistry.stackexchange.com. Aangezien je de rondleiding al hebt gevolgd, kun je eventuele vragen over hoe de site werkt opzoeken in de help center .
Answer
Over het algemeen zal een toename van de opname van warmte-energie resulteren in een toename van de kinetische energie van de moleculen en inderdaad van de individuele atomen. Hetzelfde kan gezegd worden over water. Omdat water echter constant H-bindingen vormt, zal een deel van de warmte-energie worden gebruikt om de waterbindingen te verbreken. Hoe meer bindingen er gebroken en uit elkaar gehouden moeten worden (niet gemakkelijk in water), hoe meer warmte het water kan opnemen. Wanneer de buitentemperatuur afkoelt, zullen de door de hitte verbroken verbindingen hervormen en energie aan de omgeving afgeven.
Opmerkingen
- Maar vloeibare ammoniak ' s soortelijke warmte is hoger dan water. Suggereert u dat dit alleen is omdat H-binding sterker is in ammoniak?