¿Cómo es el calor específico del agua tan alto?
Estaba leyendo el artículo sobre hiperfísica pero no pude entenderlo correctamente.
Respuesta
El agua tiene enlaces de hidrógeno. El enlace de hidrógeno es una especie de fuerza intermolecular ( un tutorial y la página de wikipedia ) que es generalmente se ve en moléculas que tienen $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ o $ \ ce {FH} $ en algún lugar de su estructura.
¿Cómo sucede?
El átomo de hidrógeno es realmente pequeño (radio atómico: alrededor de 37 pm) Cuando se une con algunas especies muy electronegativas, como el átomo de O (en el caso del agua), el electrón es altamente absorbido por el más electronegativo. Eso da como resultado una concentración relativamente alta de carga positiva. El otro átomo de O en el agua es atraído por H y esta es la base del enlace de hidrógeno.
Entonces …?
El enlace de hidrógeno en el agua es demasiado débil para ser comparado con enlaces intramoleculares como enlaces covalentes o iónicos, pero es lo suficientemente fuerte como para romperlo, requerirá mucha energía. Por eso el agua hierve a $ 100 ° C $ .
Muchos saben que la razón del alto calor específico del agua son los enlaces de hidrógeno. En parte, está relacionado con eso: al dar calor al agua, algo de calor es " gastó " en aflojar los enlaces de hidrógeno en lugar de aumentar la energía cinética del agua. El argumento es válido, y no he visto a nadie que presente pruebas de su existencia mal, pero otra razón, que fue la que dio la hiperfísica, se basa en el movimiento del agua.
No es necesario expandir el tema y generará confusión. En resumen, la molécula de agua es no lineal. Eso resultará en tres
grados de libertad que le permiten tener una gran cantidad de movimientos de rotación. (Más tipos de movimientos son una causa de una bonificación adicional al calor específico)
El amoníaco líquido tiene un calor específico más alto, solo por la misma razón.
Incluso una razón más fácil de entender es la masa molar relativamente baja del agua: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . ¿Qué significa eso? Más moles de agua por kilogramo.
Como resumen, las razones son:
- El agua calentada contribuirá con gran parte del calor a aflojar, doblar o romper los enlaces de hidrógeno.
- El agua tenía tres grados de libertad de rotación. Además de la vibración, las rotaciones ocurren mucho en las moléculas de agua. Esto dará como resultado en una mayor capacidad calorífica.
- La capacidad calorífica específica se define como la cantidad de calor requerida por unidad masa para aumentar la temperatura en grados centígrados. La masa molar relativamente baja de agua permite que se acumulen más moles allí en una unidad de masa (ya sea kg o g)
Como nota al margen, el calor específico alto excepcional no es la única propiedad extraña del agua. Consulte aquí , por ejemplo.
Respuesta
El calor específico más alto del agua se debe a la presencia de enlaces de hidrógeno intermoleculares en ella. La cantidad de calor suministrada se usa inicialmente para romper el enlace. Por esta razón, el agua tiene una alta capacidad calorífica específica
Comentarios
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Respuesta
Generalmente, un aumento en la absorción de energía térmica resultará en un aumento de la energía cinética de las moléculas y, de hecho, de los átomos individuales. Lo mismo puede decirse del agua. Sin embargo, dado que el agua forma enlaces H constantemente, parte de la energía térmica se utilizará para romper los enlaces del agua. Cuantos más enlaces necesiten romperse y mantenerse separados (no es fácil en el agua), más calor puede absorber el agua. Cuando la temperatura exterior se enfría, los enlaces rotos por el calor se reformarán y liberarán energía en los alrededores.
Comentarios
- Pero amoniaco líquido ' s el calor específico es más alto que el del agua. ¿Está sugiriendo que se debe simplemente a que la unión de H es más fuerte en el amoníaco?