Hur är den specifika vattenvärmen så hög?
Jag läste hyperfysikartikeln om den men kunde inte förstå den ordentligt.
Svar
Vatten har vätebindning i sig. Vätebindning är någon form av intermolekylär kraft ( en tutorial och wikipedia-sidan ) som är ses vanligtvis i molekyler som har $ \ ce {OH} $ , $ \ ce {NH} $ eller $ \ ce {FH} $ någonstans i deras struktur.
Hur händer det?
Väteatomen är riktigt liten (atomradie: Cirka 37 pm) När den binder till några mycket elektronegativa arter, som O-atom, (när det gäller vatten) absorberas elektronen starkt av det mer elektronegativa. Det resulterar i en relativt hög koncentration av positiv laddning. Den andra O-atomen i vatten lockas till H och detta är grunden för vätebindning.
Så …?
Vätebindning i vatten är alldeles för svag för att kunna jämföras med intramolekylära bindningar som kovalenta eller joniska bindningar, men det är tillräckligt starkt för att det ska brytas, det kommer att kräva mycket energi. Därför kokar vatten vid $ 100 ° C $ .
Många känner till orsaken till att vatten ”har hög specifik värme som vätebindning. Delvis är det relaterat till det: När det ger värme till vatten är viss värme " spenderade " på att lossa vätgasbindningarna snarare än att öka vattnets kinetiska energi. Argumentet är giltigt och jag har inte sett någon komma med bevis för att det är fel, men en annan anledning, som hyperfysik gav, förlitar sig på vattenrörelsen.
Att utvidga ämnet är inte nödvändigt, och det kommer att ge upphov till förvirring. Kort sagt, vattenmolekylen är icke-linjär. Det resulterar i tre rotations
frihetsgrader som gör att den kan ha väldigt många rotationsrörelser! (Fler typer av rörelser är en orsak till en ytterligare bonus för den specifika värmen)
Flytande ammoniak har en högre specifik värme, bara av samma anledning.
Ännu en mycket lättare anledning att förstå är vattnets relativt låga molmassa: $ \ frac { 18 g} {mol} $ . Vad ska det betyda? Mer mol vatten per kilo.
Som en sammanfattning är orsakerna:
- Det uppvärmda vattnet kommer att bidra med mycket av värmen till att lossa, böja eller bryta vätgasbindningarna.
- Vatten hade tre rotationsfrihetsgrader. Förutom vibrationer sker rotationer mycket för vattenmolekyler. Detta kommer att resultera i högre värmekapacitet.
- Specifik värmekapacitet definieras som den värmemängd som krävs per enhet massa för att öka temperaturen med en grad Celsius Den relativt låga molära massan av vatten gör att fler mol av det kan vara där i en massenhet (antingen kg eller g)
Som en sidoteckning är den exceptionella höga specifika värmen inte den enda konstiga egenskapen hos vatten. Se till exempel här .
Svar
Högre specifik värme av vatten beror på närvaron av intermolekylär vätebindning i den. Den tillförda värmen används initialt för att bryta bindningen. På grund av detta har vatten hög specifik värmekapacitet.
Kommentarer
- Hej och välkommen till chemistry.stackexchange.com. Eftersom du redan har tagit turnén är du välkommen att leta upp eventuella frågor om hur webbplatsen fungerar i hjälp center .
Svar
I allmänhet kommer en ökning av absorptionen av värmeenergi att resultera i en ökning av molekylernas kinetiska energi och faktiskt de enskilda atomerna. Samma kan sägas om vatten. Men eftersom vatten ständigt bildar H-bindningar kommer en del av värmeenergin att användas för att bryta vattenbindningarna. Ju fler bindningar som måste brytas och hållas isär (inte lätt i vatten) desto mer värme kan vattnet absorbera. När utetemperaturen svalnar, kommer bindningarna som bryts av värmen att reformeras och frigöra energi till omgivningen.
Kommentarer
- Men flytande ammoniak ' s specifika värme är högre än vatten. Föreslår du att det bara beror på att H-bindningen är starkare i ammoniak?