مشخصات سوال

لیموناتا وی ام , minoov
26 آذر 87 - 08:28
چرا ظرفیت گرمایی اب در سه حالت فیزیکیش فرق میکنه؟


- این سوال بسته شده است.
بهترین پاسخ
وب سایت , vbokaeian
87/9/26 (14:43)
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.

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. به عنوان مثال در آب، مولكولها به وسیله‌ی پیوندهای قوی هیدروژنی 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 زیاد می‌باشد.

اما در یخ، آرایش مولكولها به نحو دیگری است، مولكولهای آب به صورت شش‌ضلعی‌هایی كنار هم قرار می‌گیرند طوریكه یك فضای خالی بین این شش‌ضلعیها به وجود می‌آید. حال انرژی اندكی برای تخریب این ساختمان مورد نیاز است، درنتیجه ظرفیت گرمایی یخ كمتر از ظرفیت گرمایی آب می‌باشد.

همچنین ظرفیت گرمایی بخار آب نیز با تعمیم رابطه ی بالا نیز نسبت به آب اندك است، زیرا بین مولولها 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.

چرا ظرفیت گرمایی ویژه آب از یخ بیشتر است ؟

دلیل اوّل : در یخ تنها جنبش های ارتعاشی وجود دارد و با افزایش انرژی بدون نیاز به شكستن پیوند شدت این ارتعاشات بالا می رود، در حالی كه آب جنبش‌های انتقالی و نیز تعداد كمی دورانی وجود دارد افزودن انرژی كه برای بیشتر كردن شدت این حركات به كار می‌رود ، ابتدا باید صرف شكستن پیوندهای هیدروژنی گردد تا این حركات شدیدتر شوند .

دلیل دوم : یخ در واقع دو فاز است. یكی فاز جامد و دیگری فاز گاز و ظرفیت گرمایی آن میانگین این دو فاز است و چون ظرفیت گرمایی ویژه حالت گاز به علت نبودن جاذبه های قابل توجه كم است ، پس ظرفیت گرمایی یخ هم كم می شود

  • .100%

دیگر پاسخ ها

1.    87/9/26 (12:08)
اولا ظرفیت گرمایی یک خاصیت ماده است و مانند سایر خواص مواد به شرایط ماده وابسته است.
مگر شما خاصیتی را سراغ دارید که با تغییر خواص یا تغییر فاز ماده تغییر نکند؟
ثانیا ظرفیت گرمایی یک ماده تابعی از انرژی درونی آن است و بنابراین تابع دما و فشار جسم نیز می باشد.
البته برای راحتی معمولا در یک بازه مشخص می توان انرا ثابت فرض نمود. ولی روابط آن با دما و فشار در کتب مرجع برای مواد مختلف آمده است.
لازم به یاد اوری است که در شرایطی فرض ثابت بودن ظرفیت گرمایی واقعا فرض درستی هست. مثلا در شرایطی که یک گاز رفتار گاز ایده آل را از خود نشان می دهد می توان ظرفیت گرمایی را مستقل از فشار فرض نمود.
ca

2.    87/9/26 (14:43)
همانطور که میدانید ظرفیت گرمایی برابر است با تغییرات انرژی نسبت به دما میباشد برای محاسبه انرژی باید مجموع تغییرات انرژ ی جنبشی و پتانسیل لحاظ شود. انرزی پتانسیل خود برابر است با مجموع انرژی های ارتعاشی, انتقالی و چرخشی.
در حالت جامد فقط انرژی ارتعاشی وجود دارد ولی در حالت مایع و یا گاز مولکولها آزادی عمل بیشتری دارند که با توجه به درجات آزادی میتوان انرژی را محاسبه کردو از آنجا ظرفیت گرمایی نیز به دست میآید.
برای توضیحات بیشتر میتوانید به کتاب شیمی فیزیک 1 مراجعه کنید.

3.    87/9/26 (15:07)
سلام
ظرفیت گرمایی مولی آب در دمای اتاق در حالت یخ ، مایع و بخار به ترتیب 40/37، 38/75 و 80/36 ژول بر مول بر درجه سلسیوس می باشد . مشاهده می شود که ظرفیت گرمایی مولی آب به حالت فیزیکی بستگی دارد .
بررسی علت این تفاوت :
مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت جامد و مایع : علت این تفاوت را می توان در درجات آزادی جستجو کرد زیرا در حالت جامد درجات آزادی کمتر بوده و ظرفیت گرمایی مولی کمتر است.
مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت بخار و مایع : ظرفیت گرمایی حالت مایع بیشتر است . علت آن را نمی توان به درجات آزادی نسبت داد زیرا در حالت بخار درجات آزادی بیشتر است ، پس علت آن در تشکیل پیوند هیدروژنی مولکول های آب در حالت مایع دانست.
مقایسه ظرفیت گرمایی مولی آب در حالت بخار وجامد: ظرفیت گرمایی مولی در حالت جامد بیشتر است . در این مورد نیز علت را در تشکیل پیوند هیدروژنی مولکول های آب در حالت جامد دانست.
نتیجه کلی :
عوامل زیر را در ظرفیت گرمایی مولی و ویژه موثر دانست :
1- درجات آزادی
2- حالت فیزیکی
3- جرم مولی
4- نیروهای بین مولکولی
5- شبکه کریستالی
6- شکل هندسی مولکول
7- دما
مجید

4.    87/9/28 (00:17)
به خاطر تفاوت در تعداد پیودند های هیدروژنی در هر حالت!
هر كه پیوندش بیش ظرفیتش بیشتر!

5.    87/9/28 (09:23)
سلام. به دلیل نوع پیوند بین مولکول های اب.به طور کلی هرچه ماده به حالت جامد نزدیک تر باشد مقدار گرمای لازم برای رسوندن ماده به دمای مورد نظر بیشتراست. نوع پیوند بین مولکول ها در حالت جامد قویتر از حالت مایع است . برای رساندن قطعه یخ یه دمای جوش اب ابتدا شما نیاز به مقداری گرما برای انتقال دمای یخ به دمای صفر درجه دارید وبرای تبدیل ان به اب نیز مقدار گرمایی دیگر سپس مقداری گرما برای رساندن اب به نقطه جوش.به دلیل زیاد بودن مراحل تبدیل نیاز به گرما نیز بیشتر ایجاد میشود. در حالت بخار پیوند های مولکولی ضعیف تر عمل میکنند و به همین دلیل مقدار گرما نسبت به حالت های مایع و جامد کمتر است

6.    87/9/28 (12:18)
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.

پیروز و سربلند باشید.


7.    87/9/29 (00:44)
درود
خب اگه یه نگاهی به طرز قرار گیری بین مولکولی این سه ماده نگاهی بیندازی جواب واضح هست میزان نیروها در هر سه حالت فرق داره و همین نیروها روی ظرفیت گرمایی آنها تغییر ایجاد می کنه.