СПЕЦИФИЧНА ТОПЛОТА: ОД ЧЕГА СЕ САСТОЈИ, КАКО СЕ ИЗРАЧУНАВА И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Специфична топлота је количина енергије која се апсорбује један грам супстанце да повећа свој температуру од једног степена Целзијуса. То је интензивно физичко својство, јер не зависи од масе, јер је изражено само за један грам материје; међутим, то је повезано са бројем честица и њиховом моларном масом, као и међумолекуларним силама које их вежу.

Количина енергије коју апсорбује супстанца изражава се у јединицама јоуле (Ј), а ређе у калоријама (Цал). Генерално се претпоставља да се енергија апсорбује кроз топлоту; међутим, енергија може доћи из другог извора, као што је рад са супстанцом (на пример ригорозно мешање).

Кључала вода. Извор: Пикабаи

Слика изнад приказује чајник из кога се ослобађају водене паре настале загревањем. Да би загревала воду, она мора да апсорбује топлоту из пламена који се налази испод котлића. Дакле, како време пролази, и зависно од интензитета пожара, вода ће кључати када достигне тачку кључања.

Специфична топлота утврђује колико енергије воде за сваки степен ºЦ порасте њена температура. Ова вредност је константна ако се у истој котлићу греју различите количине воде, јер као што је речено на почетку, то је интензивно својство.

Оно што варира је укупна количина енергије коју апсорбује свака маса загрејане воде, позната и као топлотни капацитет. Што је већа маса воде за загревање (2, 4, 10, 20 литара), већи је њен топлотни капацитет; али његова специфична топлота остаје иста.

Ово својство зависи од притиска, температуре и запремине; међутим, ради једноставног разумевања, њихове одговарајуће варијације су изостављене.

Шта је специфична топлота?

Дефинисано је шта специфична топлота значи за одређену супстанцу. Међутим, његово право значење боље је изражено његовом формулом, која кроз своје јединице јасно показује која су зазоришта која укључује када се анализирају променљиве од којих зависи. Његова формула је:

Це = К / ΔТ м

Где је К апсорбована топлота, ΔТ промена температуре, а м маса материје; која према дефиницији одговара граму. Анализом његових јединица имамо:

Це = Ј / ºЦ · г

Који се такође могу изразити на следеће начине:

Це = кЈ / К г

Це = Ј / ºЦ · кг

Први од њих је најједноставнији, а са оним примерима ћемо приступити у наредним одељцима.

Формула изричито означава количину енергије апсорбоване (Ј) од једног грама материје у једном степену ºЦ. Ако бисмо желели да очистимо ову количину енергије, морали бисмо да једнаџбу Ј оставимо по страни:

Ј = Це · ° Ц · г

То би се изразило на погоднији начин и према варијаблама било би:

К = Це ΔТ м

Како се израчунава специфична топлота?

Вода као референца

У горњој формули, 'м' не представља грам супстанције, јер се оно већ имплицитно налази у Це. Ова формула је веома корисна за израчунавање специфичне топлоте различитих супстанци калориметријом.

Како? Користећи дефиницију калорија, која је количина енергије потребна за загревање грама воде од 14,5 до 15,5 ° Ц; то је 4,184 Ј.

Специфична топлота воде је ненормално велика, па се ово својство користи за мерење специфичне топлоте других супстанци познавајући вредност 4.184 Ј.

Шта значи да специфична топлота буде висока? Да пружа значајан отпор повећању своје температуре, па мора апсорбовати више енергије; то јест, воду је потребно загревати много дуже у поређењу с другим супстанцама, које се у близини извора топлоте загревају готово тренутно.

Из тог разлога, вода се користи у калориметријским мерењима, јер не доживљава нагле промене температуре при апсорпцији енергије ослобођене хемијским реакцијама; или, у овом случају, од контакта са другим топлијим материјалом.

Топлотна равнотежа

Пошто вода треба да апсорбује пуно топлоте да би повећала температуру, на пример, топлота може да долази од врућег метала. Узимајући у обзир масе воде и метала, измена топлоте ће се одвијати између њих све док се не постигне оно што се назива термичка равнотежа.

Када се то догоди, температура воде и метала се изједначавају. Топлота коју одводи врући метал једнака је топлоти коју апсорбује вода.

Математички развој

Знајући ово, и са последњом описаном последњом формулом за К, имамо:

К _Вода = -К _Метал

Негативни знак указује на то да се топлота из топлијег метала (метала) ослобађа у хладније тело (вода). Свака супстанца има своју специфичну топлоту Це и своју масу, тако да се овај израз мора развијати на следећи начин:

К _Вода = Це _Вода · ΔТ _Вода · м _Вода = - (Це _Метал · ΔТ _Метал · м _Метал )

Непознато је Це _Метал , јер је у топлотној равнотежи крајња температура и за воду и за метал једнака; поред тога, познате су почетне температуре воде и метала пре контакта, као и њихова маса. Због тога се Це _Метал мора очистити :

Це _Метал = (Це _вода · ΔТ _Вода · м _Вода ) / (-ΔТ _Метал · м _Метал )

Без заборављања да је Це _вода 4,184 Ј / ºЦ · г. Ако су развијени ΔТ _вода и ΔТ _метал , имаћемо (Т _ф - Т _вода ) и (Т _ф - Т _метал ). Вода се загрева, док се метал хлади, и зато негативни знак умножава ΔТ _метал, одлазећи (Т _Метал - Т _ф ). У супротном, ΔТ _Метал би имао негативну вредност јер је Т _ф мањи (хладнији) од Т _метала .

Једнаџба се затим коначно изражава на овај начин:

Це _Метал = Це _Вода · (Т _ф - Т _Вода ) · м _Вода / (Т _Метал - Т _ф ) · м _Метал

И са њим се израчунавају специфичне грејне вредности.

Пример израчуна

Постоји сфера чудног метала која тежи 130 г и има температуру од 90 ° Ц. То је уроњено у посуду са водом од 100 г на 25 ° Ц, унутар калориметра. Након постизања топлотне равнотеже, температура посуде постаје 40 ° Ц. Израчунајте Це метала.

Крајња температура, Т _ф , је 40 ° Ц. Познавајући остале податке, Це се тада може директно одредити:

Це _Метал = (4,184 Ј / ºЦ · г · (40 - 25) ºЦ · 100 г) / (90 - 40) ºЦ · 130 г

Це _Метал = 0,965 Ј / ºЦ · г

Имајте на уму да је специфична топлота воде око четири пута већа од метала (4.184 / 0.965).

Када је Це врло мали, већа је његова склоност загревању; што је повезано са његовом топлотном проводљивошћу и дифузијом. Метал са вишим Це ће обично отпустити или изгубити више топлоте када дође у контакт са другим материјалом, у поређењу са другим металом са нижим Це.

Примери

Специфична топлота за различите материје приказана је доле.

Вода

Специфична топлота воде, како је наведено, износи 4.184 Ј / ° Ц · г.

Захваљујући овој вредности, може добити пуно сунца у океану и вода тешко да ће испарити у значајној мери. То резултира топлотном разликом која не утиче на морски живот. На пример, када одете на плажу да пливате, чак и ако је вани веома сунчано, вода осећа нижу, хладнију температуру.

Топла вода такође мора да ослободи пуно енергије да се сама охлади. У том процесу загријава циркулирајуће зрачне масе, подижући (умјерене) температуре помало у обалним регијама током зиме.

Још један занимљив пример је да, ако се не бисмо састојали од воде, дан на сунцу могао би бити смртоносан, јер би се наше телесне температуре брзо повећавале.

Ова јединствена вредност Це настаје због интермолекуларних водоничних веза. Они апсорбују топлоту да би се разградили па складиште енергију. Док се не разбију, молекули воде неће моћи да вибрирају повећавајући просечну кинетичку енергију, што се огледа у повећању температуре.

Лед

Специфична топлота леда је 2.090 Ј / ºЦ · г. Као и вода, она има необично високу вредност. То значи да би ледени бријег, на примјер, требао да апсорбује огромну количину топлоте да би повећао своју температуру. Међутим, неке су ледене бријег данас чак и апсорбирале топлину потребну за топљење (латентна топлина фузије).

Алуминијум

Специфична топлота алуминијума је 0,900 Ј / ºЦ · г. Нешто је нижи од метала у сфери (0,965 Ј / ºЦ · г). Овде се топлота апсорбује да вибрира металне атоме алуминијума у ​​њиховим кристалним структурама, а не појединачне молекуле које међусобно држе интермолекуларне силе.

Гвожђе

Специфична топлота гвожђа износи 0,444 Ј / ºЦ · г. То што је мање од алуминијума, значи да пружа нижи отпор када се загрева; то јест, пре пожара, комад гвожђа ће се упалити много раније него комад алуминијума.

Алуминијум је отпорнији на загревање и дуже чува храну када се позната алуминијумска фолија користи за заматање грицкалица.

Ваздух

Специфична топлота ваздуха је отприлике 1.003 Ј / ºЦ · г. Ова вредност је подложна притисцима и температурама, јер се састоји од гасовите смеше. Овде се топлота апсорбује да вибрира молекуле азота, кисеоника, угљен-диоксида, аргона, итд.

Сребро

Коначно, специфична топлота за сребро је 0,234 Ј / ºЦ · г. Од свих наведених супстанци има најнижу вредност Це.То значи да би се, кад се суочи са гвожђем и алуминијумом, комад сребра истовремено загревао много више него остала два метала. У ствари, хармонизује је са високом топлотном проводљивошћу.

Референце

1. Серваи & Јеветт. (2008). Физика: за науку и инжењерство. (Седмо издање), свезак 1, Ценгаге Леарнинг.
2. Вхиттен, Давис, Пецк, Станлеи. (2008). Хемија. (Осмо издање). Ценгаге Леарнинг.
3. Хелменстине, др Анне Марие (5. новембра 2018.). Специфични топлотни капацитет у хемији. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Ериц В. Веисстеин. (2007). Специфична топлота. Опоравак од: сциенцеворлд.волфрам.цом
5. Р Схип. (2016). Специфична топлота. Универзитет Џорџија. Опоравак од: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
6. Википедиа. (2019). Специфична топлота. Опоравак од: ес.википедиа.орг