X
تبلیغات
آموزش شیمی دبیرستان / استان خوزستان - سوال : ظرفیت گرمایی ویژه ی آب در سه حالت جامد مایع وگاز با هم تفاوت دارد آیا می توان نتیجه گرفت که ح
سوال : ظرفیت گرمایی ویژه ی آب در سه حالت جامد مایع وگاز با هم تفاوت دارد آیا می توان نتیجه گرفت که حالت فیزیکی هم بر مقدار ظرفیت گرمایی ویژه ی یک ماده اثر دارد؟این وابستگی را چگونه می توان توجیه کرد؟
پاسخ :
حالت های مختلف فیزیكی دارای ظرفیت های گرمایی متفاوت هستند. ظرفیت گرمایی، عبارت است از میزان گرمایی كه لازم است به یك جسم داده شود تا دمای آن به میزان یك درجه سانتیگراد افزایش یابد.
ببینیم افزایش دما به چه نحو صورت می‌گیرد؟ هنگامی كه جنبش ذرات ماده زیاد شود، این حركت و جنبش به صورت افزایش دما خود را نشان می‌دهد.حال هنگامی كه جاذبه و پیوند بین ذرات ماده ضعیف باشد، با دادن اندك گرمایی به جسم، ذرات آن از قیدوبند رها شده و شروع به جنبش و حركت می‌كنند، درنتیجه زود گرم می‌شود. چنین ماده‌ای دارای ظرفیت گرمایی اندكی است. اما هنگامی كه ذرات و اتمهای یك ماده با پیوندهای قوی به هم متصل شده باشند، با دادن اندك انرژی یا گرما به آن، ذرات از قید و بند رها نشده و شروع به حركت نمی‌كنند. در چنین جسمی برای رهاندن ذرات از قیدوبند جاذبه‌ی بین ذرات، نیاز به دادن گرمای بیشتری است و درنتیجه ظرفیت گرمایی این ماده بالا می‌رود.
بنابراین همواره انتظار می رود که ظرفیت گرمایی مربوط به حالت جامد هر ماده از حالت مایع آن بیشتر باشد چون جاذبه ی بین ذرات در حالت جامد بیشتر از حالت مایع است. و نیز ظرفیت گرمایی حالت مایع هر ماده از حالت گاز بیشتر باشد چون در حالت گاز تقریبا؛ جاذبه ی بین ذرات صفر است و با گرفتن اندک انرژی انرژی جنبشی و درنتیجه دمای آنها افزایش می یابد.
به عنوان مثال ظرفیت گرمایی ویژه کلروفورم CHCl3 در حالت گازی برابر 81/65 و در حالت مایع برابر 3/116 با واحد j/mol.K می باشد.
غیر از نوع و ذات اتمهای موجود در یك ماده ، حالت ماده نیز در تعیین ظرفیت گرمایی مهم است، زیرا در حالتهای مختلف از یك جسم، پیوندهای بین ذرات آن هم متفاوت می‌شود.
اما در آب یک حالت استثنا وجود دارد و آب نه در حالت جامد بلکه در حالت مایع بیشترین و محکم ترین پیوندها در بین مولکولهای ان قرار دارد و درنتیجه برای گسستن آنها انرژی زیادی لازم داریم و درنتیجه ظرفیت گرمایی آب در حالت مایع از همه بیشتر است.
ظرفیت گرمایی ویژه ی آب در حالت مایع برابر J/gC 184/4 و در حالت جامد برابر J/gC 06/2 می باشد.
این استثنا در آب را می توان به دو صورت توجیه نمود. یکی اینکه ظرفیت گرمایی ویژه ی آب در حالت مایع برابر j/g.0C 184/4 است که نسبت به ظرفیت گرمایی ویژه ی آب در حالت جامد که برابر j/g.0C 06/2 است، بیشتر می باشد. زیرا در شبکه ی بلوری یخ، اطراف هر مولکول H2O ، چهار پیوند هیدروژنی وجود دارد در حالی که در آب مایع، تعداد پیوندهای هیدروژنی اطراف هر مولکول H2O کمتر است. بنابراین در یخ، مولکولهای H2O که با جذب گرما به ارتعاش درآمده اند، این گرما را سریعاٌ به مولکولهای مجاور خود منتقل می کنند و درنتیجه دمای یخ راحت تر و زودتر بالا می رود.
و دیگری اینکه، یخ دارای ساختاری بلوری با شش گوشه هایی منظم که اندرون ان فضاهایی خالی است، می باشد. این ساختار بلوری با اندک گرمایی گسسته می شود، زیرا ساختار آن به نحوی است که گرما را به سرعت منتقل می کند. اما در آب، مولكولها به وسیله‌ی پیوندهای قوی هیدروژنی و بدون این محدودیت و بدون ساختاری منظم به یكدیگر متصل هستند. در چنین شرایطی برای سست كردن یا پاره كردن این پیوندها و به حركت درآوردن مولكولها و سرانجام افزایش دمای آب، نیاز به دادن انرژی و گرمای زیادی داریم و درنتیجه ظرفیت گرمایی آب در حالت مایع بیشتر می‌باشد.

همچنین ظرفیت گرمایی بخار آب نیز با تعمیم رابطه ی بالا نیز نسبت به آب اندك است، زیرا بین مولکولها در حالت بخار، هیچ جاذبه ای و قید و بندی وجود ندارد، درنتیجه به راحتی می توان جنبش آنها را كم یا زیاد نمود، بنابراین ظرفیت گرمایی بخار نیز اندك است.
با این توضیحات می توان نتیجه گرفت كه این موضوع(تغییر ظرفیت گرمایی با تغییر حالت ماده) در مورد تمام مواد صدق می كند.



تاريخ : شنبه هفتم اسفند 1389 | 21:52 | نویسنده : عبدلی |