دبیر شیمی دبیرستان های گناباد

ظرفيت گرمايي آب در سه حالت جامد و مايع وگاز

حالت هاي مختلف فيزيكي داراي ظرفيت هاي گرمايي متفاوت هستند. ظرفيت گرمايي، عبارت است از ميزان گرمايي كه لازم است به يك جسم داده شود تا دماي آن به ميزان يك درجه سانتيگراد افزايش يابد.

ببينيم افزايش دما به چه نحو صورت مي‌گيرد؟ هنگامي كه جنبش ذرات ماده زياد شود، اين حركت و جنبش به صورت افزايش دما خود را نشان مي‌دهد.حال هنگامي كه جاذبه و پيوند بين ذرات ماده ضعيف باشد، با دادن اندك گرمايي به جسم، ذرات آن از قيدوبند رها شده و شروع به جنبش و حركت مي‌كنند، درنتيجه زود گرم مي‌شود. چنين ماده‌اي داراي ظرفيت گرمايي اندكي است. اما هنگامي كه ذرات و اتمهاي يك ماده با پيوندهاي قوي به هم متصل شده باشند، با دادن اندك انرژي يا گرما به آن، ذرات از قيد و بند رها نشده و شروع به حركت نمي‌كنند. در چنين جسمي براي رهاندن ذرات از قيدوبند جاذبه‌ي بين ذرات، نياز به دادن گرماي بيشتري است و درنتيجه ظرفيت گرمايي اين ماده بالا مي‌رود.

غير از نوع و ذات اتمهاي موجود در يك ماده ، حالت ماده نيز در تعيين ظرفيت گرمايي مهم است، زيرا در حالتهاي مختلف از يك جسم، پيوندهاي بين ذرات آن هم متفاوت مي‌شود. به عنوان مثال در آب، مولكولها به وسيله‌ي پيوندهاي قوي هيدروژني به يكديگر متصل هستند. در چنين شرايطي براي سست كردن يا پاره كردن اين پيوندها و به حركت درآوردن مولكولها و سرانجام افزايش دماي آب، نياز به دادن انرژي و گرماي زيادي داريم و درنتيجه ظرفيت گرمايي آب زياد مي‌باشد.

اما در يخ، آرايش مولكولها به نحو ديگري است، مولكولهاي آب به صورت شش‌ضلعي‌هايي كنار هم قرار مي‌گيرند طوريكه يك فضاي خالي بين اين شش‌ضلعيها به وجود مي‌آيد. حال انرژي اندكي براي تخريب اين ساختمان مورد نياز است، درنتيجه ظرفيت گرمايي يخ كمتر از ظرفيت گرمايي آب مي‌باشد.

همچنين ظرفيت گرمايي بخار آب نيز با تعميم رابطه ي بالا نيز نسبت به آب اندك است، زيرا بين مولولها در حالت بخار، هيچ جاذبه اي و قيد و بندي وجود ندارد، درنتيجه به راحتي مي توان جنبش آنها را كم يا زياد نمود، بنابراين ظرفيت گرمايي بخار نيز اندك است.

با اين توضيحات مي توان نتيجه گرفت كه اين موضوع(تغيير ظرفيت گرمايي با تغيير حالت ماده) در مورد تمام مواد صدق مي كند.

چرا ظرفيت گرمايي ويژه آب از يخ بيشتر است ؟

        دليل اوّل : در يخ تنها جنبش هاي ارتعاشي وجود دارد و با افزايش انرژي بدون نياز به شكستن پيوند شدت اين ارتعاشات بالا مي رود، در حالي كه آب جنبش‌هاي انتقالي و نيز تعداد كمي دوراني وجود دارد افزودن انرژي كه براي بيشتر كردن شدت اين حركات به كار مي‌رود ، ابتدا بايد صرف شكستن پيوندهاي هيدروژني گردد تا اين حركات شديدتر شوند .

       دليل دوم : يخ در واقع دو فاز است. يكي فاز جامد و ديگري فاز گاز و ظرفيت گرمايي آن ميانگين اين دو فاز است و چون ظرفيت گرمايي ويژه حالت گاز به علت نبودن جاذبه هاي قابل توجه كم است ، پس ظرفيت گرمايي يخ هم كم مي شود