پرسش

با سلام
1- چرا ظرفیت گرمایی آب در حالت مایع و جامد با هم تفاوت دارد؟
2- آنتالپی چیست ؟ آیا آنتالپی مستقیما قابل اندازه گیری است؟
3- آیا فشار و غلظت جز’ خواص شدتی است؟چرا؟

پاسخ

ظرفیت گرمائی آب بیشتر از یخ است. این مطلب را می‌توان از دو دیدگاه بررسی كرد. یك توجیه ساده آن است كه می‌دانید ظرفیت گرمایی مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای جسم به اندازه‌ی یك درجه سانتیگراد است . به عنوان مثال وقتی شما یك كتری پر از آب را روی حرارت قرار می‌دهید، بدنه‌ی كتری زودداغ می‌شود و دست را می‌سوزاند، در حالیكه هنوز آب گرم نشده است. در اینجا می‌گوئیم ظرفیت گرمایی كتری كم و ظرفیت گرمایی آب زیاد است. به این معنی كه مقدار دمایی كه لازم است تا دمای آب را یك درجه افزایش دهد ، خیلی بیشتر از مقدار گرمایی است كه لازم است تا دمای كتری را یك درجه افزایش دهد و این هم به دلیل ساختار فلز بدنه كتری است كه گرما را زود انتقال می‌دهد. حال در مورد آب و یخ، در بلر یخ مولكولها طوری به هم متصل شده‌اند و شبكه‌ی منظمی به وجود آورده‌اند و با هم ارتباط دارند كه گرما را خیلی زود به هم انتقال می‌دهند در حالیكه در آب مولكولها آزادی عمل بیشتری دارند و شبكه‌ی منظمی ندارند و گرما را زود انتقال نمی‌دهند و درنتیجه ظرفیت گرمائی آن بالا می‌رود . اما از دیدگاه كمی تخصصی‌تر، ظرفیت گرمائی، گرما و انرژی اضافه شده به سیستم، در اثر تغییر دما است كه در شیمی فیزیك این مسئله را به صورت زیر نمایش می‌دهند:
تغییر دما / تغییر انرژی درونی یا تغییر گرمای جسم = ظرفیت گرمایی
و اما انرژی درونی یك ماده چیست؟ انرژی درونی ماده مجموعه‌ای از چند ترم است: 1- انرژی در اثر حركت انتقالی، یعنی انرژی در اثر حركت از یك نقطه به نقطه‌ی دیگر برای مولكولها، 2- انرژی درونیدر اثر حركت دورانی مولكولها 3- انرژی در اثر حركات نوسانی مولكولها ، 4- انرژی الكترونی 5- انرژی در اثر برهم‌كنشهای بین مولكولی
+ انرژی نوسانی + انرژی دورانی + انرژی انتقالی = انرژی درونی ماده
انرژی بر‌هم‌كنش بین‌مولكولی + انرژی الكترونی
هر چه انرژی درونی بیشتر باشد، صورت كسر معادله‌ی مربوط به ظرفیت گرمائی بزرگتر بوده و در نتیجه مقدار آن بیشتر می‌شود. حال انواع بر‌هم‌كنشها و انرژی‌ها در مولكولهای یك مایع بیشتر است، چون مولكولهای مایع آزادی عمل بیشتری دارند، درنتیجه مجموع كل انرژی درونی آنها و بنابراین ظرفیت گرمائی در آنها افزایش می‌یابد.
انتالپی یا محتوای گرمائی، مقدار انرژی جمع شده در یك ماده یا در یك سیستم را گویند. این انرژی به شكل گرما ظاهر می‌شود. تغییرات فیزیكی و شیمیایی با تغییر در محتوای گرمایی همراه هستند. خود انتالپی به طور مستقیم قابل اندازه‌گیری نیست، اما در واكنشهای شیمیایی، اغلب تغییر انتالپی برای ما مهم است. برای تحولاتی كه در فشار ثابت انجام می‌گیرند، اندازه‌گیریهای گرماسنجی كه مقدار انرژی منبع گرمائی را به دست می‌دهد، مستقیما مقدار تغییرات انتالپی را نشان می‌دهد.
خاصیت مقداری، خاصیتی است كه مقدار آن برابر مجموع مقادیر مربوط به قسمتهای مختلف سیستم باشد. به عنوان مثال جرم یك خاصیت مقداری است، زیرا اگر سیستمی به دو قسمت تقسیم شود، جرم سیستم مجموع جرمهای آن دو قسمت است. حجم نیز همینطور است. اما خاصیت شدتی ، خاصیتی است كه به مقدار ماده در سیستم وابسته نباشد. چگالی و فشار نمونه‌هایی از خواص شدتی هستند. غلظت هم خاصیت شدتی است. به عنوان مثال شما در یك ظرف اسی سه مولار دارید، یك قطره از آن اسید هم بردارید، سه مولار است. پس فشار و غلظت هر دو جزء خواص شدتی هستند.