Como o calor específico da água está tão alto?
Eu estava lendo o artigo sobre hiperfísica sobre ele, mas não conseguia entendê-lo corretamente.
Resposta
A água tem ligações de hidrogênio. A ligação de hidrogênio é algum tipo de força intermolecular ( um tutorial e a página da Wikipédia ) que é geralmente visto em moléculas que têm $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ ou $ \ ce {FH} $ em algum lugar de sua estrutura.
Como isso acontece?
O átomo de hidrogênio é realmente pequeno (raio atômico: cerca de 37 pm) Quando se liga a algumas espécies muito eletronegativas, como o átomo de O, (no caso da água), o elétron é altamente absorvido pelo mais eletronegativo. Isso resulta em uma concentração relativamente alta de carga positiva. O outro átomo O na água é atraído por H e esta é a base da ligação de hidrogênio.
Então …?
A ligação de hidrogênio na água é muito fraca para ser comparada com ligações intramoleculares, como ligações covalentes ou iônicas, mas é forte o suficiente para ser quebrado, exigindo muita energia. É por isso que a água ferve a $ 100 ° C $ .
Muitos sabem a razão do alto calor específico da água ser uma ligação de hidrogênio. Em parte, está relacionado a isso: ao dar calor à água, parte do calor é " gastou " no afrouxamento das ligações de hidrogênio, em vez de aumentar a energia cinética da água. O argumento é válido, e eu não vi ninguém apresentando evidências de sua existência errado, mas outro motivo, que foi o dado pela hiperfísica, depende do movimento da água.
Expandir o tópico não é necessário e pode causar confusão. Em suma, a molécula de água é não linear. Isso resultará em três rotacionais
graus de liberdade que lhe permite ter uma quantidade terrível de movimentos rotacionais! (Mais tipos de movimentos são a causa de um bônus adicional para o calor específico)
A amônia líquida tem um calor específico mais alto, apenas pela mesma razão.
Mesmo uma razão muito mais fácil de entender é a massa molar relativamente baixa da água: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . O que isso significa? Mais moles de água por um quilograma.
Para resumir, os motivos são:
- A água aquecida contribuirá com grande parte do calor para afrouxar, dobrar ou quebrar as ligações de hidrogênio.
- A água tinha três graus de liberdade rotacional. Além da vibração, as rotações acontecem muito nas moléculas de água. Isso resultará em uma capacidade de calor mais alta.
- A capacidade de calor específico é definida como a quantidade de calor necessária por unidade massa para aumentar a temperatura em um grau Celsius. A massa molar relativamente baixa da água permite que mais moles dela sejam lá em uma unidade de massa (kg ou g)
Como uma observação lateral, o calor específico alto excepcional não é a única propriedade estranha da água. Veja aqui por exemplo.
Resposta
Maior calor específico da água é devido à presença de ligações de hidrogênio intermoleculares nela. A quantidade de calor fornecida é usada inicialmente para quebrar a ligação. Devido a esta razão, a água tem alta capacidade de calor específico
Comentários
- Olá e bem-vindo a chemical.stackexchange.com. Como você já fez o tour , fique à vontade para consultar quaisquer perguntas sobre como o site funciona na ajuda center .
Resposta
Geralmente, um aumento na absorção de energia térmica resultará em um aumento na energia cinética das moléculas e, na verdade, dos átomos individuais. O mesmo pode ser dito sobre a água. No entanto, como a água está constantemente formando ligações H, parte da energia térmica será usada para quebrar as ligações de água. Quanto mais ligações precisam ser quebradas e separadas (o que não é fácil na água), mais calor a água pode absorver. Quando a temperatura externa esfriar, as ligações quebradas pelo calor irão se formar e liberar energia para o ambiente.
Comentários
- Mas amônia líquida ' s calor específico é maior do que a água. Você está sugerindo que isso ocorre apenas porque a ligação H é mais forte na amônia?