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为什么水的比热容会这么大?

日期:2023-4-80 次浏览

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首先,比热容与物质的种类,状态,分子间作用力,分子取向、诱导、色散,极性和氢键有关。比热容是一种微观性质的宏观体现。我们假设温度的升高所带来的能量,没有用于热胀冷缩中克服分子或离子间作用力。

所以,某种物质的比热容就是组成这种物质分子或离子提高一个单位活跃度(直观能看到的就是温度变化)所需的能量。即提升相同的温度,所需要吸收能量的大小。而吸收能量的大小对水来说有以下几个影响因素。

1、随着温度的升高,水中会有部分氢键断裂,吸收大量的能量。而每单位氢键所吸收的能量,比其他几种力(分子间作用力等)都要高出一个数量级。所以,升高相同的温度,水所需吸收的热量比其他物质更多。

2、其次水分子极性很强,一般情况下极性越强分子间作用力越强。分子间作用力越强,断键所需的能量越多。姑也造成了水想升高一定温度比其他物质所需热量多的原因。

3、温度升高,提高分子运动速度所需要的能量越高。这是因为分子偶极相互作用,对于非极性分子,一般没有氢键和偶极相互作用。而水为极性分子,存在氢键和偶极相互作用。

4、对其他物质来说,诱导取向和色散力造成的相互作用较小。所以升高相同温度所需要的能量就小。也就是比热容小。

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水的比热容比固体的大主要有以下几个原因:

1.水分子间普遍存在氢键,当温度升高时,氢键被破坏或强度降低需要一定的能量,因此提供给温度升高的能量就变少了;

2.由于温度是分子平动动能大小的度量(转动和振动的动能不计入对温度的贡献),相比于一般固体,水分子的自由度更高,即使考虑到液态水中存在很多聚成一团的超分子,其平均自由度也比固体更高,且外界提供能量后这些大的超分子会逐渐解离成更小的超分子,自由度变大,平动自由度相对占比降低,吸收同样的能量,对于水来说转化为温度的部分更少,就表现为比热容更大;

3.水分子的质量较小,单位质量所含的水分子摩尔数更多,单位质量的水升温所需的能量也就更高。所以,才使得水的比热容比一般固体大。

如果有去过沿海城市游玩的同学一定会发现,夏天的时候大陆增温要比海洋快,而且冬天大陆降温也比海洋快。这其中的缘由是什么呢?其实这是因为大陆表面主要是岩石与土壤,岩石土壤的比热容比水要低,即吸收同样的热量上升的温度要高一些,或释放同样的热量降温要多一些。所以,在夏天吸收同样的热量,比热容比较低的大陆表面增温会比海洋快;而在冬天热量辐射减少,就使得大陆降温比海洋快。