TUKOY NA INIT: KUNG ANO ANG BINUBUO NITO, KUNG PAANO ITO KINAKALKULA AT MGA HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang tiyak na init ay ang dami ng enerhiya na mahihigop ng isang gramo ng isang sangkap upang madagdagan ang temperatura ng isang degree na Celsius. Ito ay isang masinsinang pisikal na pag-aari, dahil hindi ito nakasalalay sa masa na ito ay ipinahayag lamang para sa isang gramo ng sangkap; gayunpaman, nauugnay ito sa bilang ng mga particle at kanilang molar mass, pati na rin ang mga intermolecular na puwersa na nagbubuklod sa kanila.

Ang dami ng enerhiya na hinihigop ng sangkap ay ipinahayag sa mga yunit ng joule (J), at hindi gaanong karaniwan, sa mga calorie (Cal). Kadalasan, ipinapalagay na ang enerhiya ay nasisipsip sa pamamagitan ng init; gayunpaman, ang enerhiya ay maaaring magmula sa ibang mapagkukunan, tulad ng gawaing ginagawa sa sangkap (mahigpit na pagpapakilos, halimbawa).

Tubig na kumukulo. Pinagmulan: Pixabay

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng isang takure mula sa kung saan ang mga vapors ng tubig na nalilikha ng pag-init nito ay pinakawalan. Upang mapainit ang tubig, dapat itong sumipsip ng init mula sa siga na matatagpuan sa ilalim ng takure. Kaya, habang lumilipas ang oras, at depende sa kasidhian ng apoy, ang tubig ay pakuluan kapag umabot sa puntong kumukulo.

Ang tiyak na init ay nagtatatag kung magkano ang pagkonsumo ng tubig ng enerhiya para sa bawat degree ºC na tataas ang temperatura nito. Ang halagang ito ay pare-pareho kung ang iba't ibang mga dami ng tubig ay pinainit sa parehong takure, dahil tulad ng sinabi sa simula, ito ay isang masinsinang pag-aari.

Ang nag-iiba ay ang kabuuang dami ng enerhiya na hinihigop ng bawat masa ng pinainit na tubig, na kilala rin bilang kapasidad ng init. Mas malaki ang masa ng tubig na pinainit (2, 4, 10, 20 litro), mas malaki ang kapasidad ng init nito; ngunit ang tiyak na init nito ay nananatiling pareho.

Ang pag-aari na ito ay nakasalalay sa presyon, temperatura at dami; gayunpaman, para sa simpleng pag-unawa, ang kanilang kaukulang mga pagkakaiba-iba ay tinanggal.

Ano ang tiyak na init?

Ano ang tiyak na init na ibig sabihin para sa isang naibigay na sangkap ay tinukoy. Gayunpaman, ang tunay na kahulugan nito ay mas mahusay na ipinahayag sa formula nito, na ginagawang malinaw sa pamamagitan ng mga yunit nito na kung saan ang mga clearance na kinasasangkutan nito kapag ang mga variable na kung saan ay nakasalalay ay nasuri. Ang pormula nito ay:

Ce = Q / ΔT m

Kung saan ang Q ang sumisipsip ng init, ΔT ang pagbabago sa temperatura, at ang m ay ang masa ng sangkap; na ayon sa kahulugan ay tumutugma sa isang gramo. Ang paggawa ng isang pagsusuri ng mga yunit na mayroon kami:

Ce = J / ºC · g

Alin ang maipapahayag sa mga sumusunod na paraan:

Ce = kJ / K g

Ce = J / ºC · Kg

Ang una sa kanila ay ang pinakasimpleng, at ito ay kung saan ang mga halimbawa ay lalapit sa mga sumusunod na seksyon.

Malinaw na ipinapahiwatig ng pormula ang dami ng enerhiya na nasisipsip (J) ng isang gramo ng sangkap sa isang degree ºC. Kung nais naming i-clear ang dami ng enerhiya, kailangan nating iwanan ang equation J:

J = Ce · ºC · g

Iyon ay ipinahayag sa isang mas naaangkop na paraan at ayon sa mga variable ay:

Q = Ce ΔT m

Paano kinakalkula ang tiyak na init?

Ang tubig bilang isang sanggunian

Sa pormula sa itaas, ang 'm' ay hindi kumakatawan sa isang gramo ng sangkap, dahil ito ay ganap na natagpuan sa Ce. Ang pormula na ito ay lubos na kapaki-pakinabang upang makalkula ang tiyak na mga heats ng iba't ibang mga sangkap sa pamamagitan ng calorimetry.

Paano? Gamit ang kahulugan ng mga kaloriya, na kung saan ay ang dami ng enerhiya na kinakailangan upang magpainit ng isang gramo ng tubig mula 14.5 hanggang 15.5ºC; ito ay pantay sa 4,184 J.

Ang tiyak na init ng tubig ay napakataas, at ang ari-arian na ito ay ginagamit upang masukat ang mga tiyak na pag-init ng iba pang mga sangkap na nalalaman ang halaga ng 4.184 J.

Ano ang kahulugan ng isang tukoy na init na maging mataas? Na nag-aalok ito ng malaking pagtutol upang madagdagan ang temperatura nito, kaya dapat itong sumipsip ng mas maraming enerhiya; iyon ay, ang tubig ay kailangang pinainit nang mas mahaba kumpara sa iba pang mga sangkap, na sa paligid ng isang mapagkukunan ng init na init agad.

Para sa kadahilanang ito, ang tubig ay ginagamit sa mga pagsukat ng calorimetric, dahil hindi ito nakakaranas ng biglaang mga pagbabago sa temperatura kapag sumisipsip ng enerhiya na inilabas mula sa mga reaksiyong kemikal; o, para sa kasong ito, mula sa pakikipag-ugnay sa isa pang mas mainit na materyal.

Ang balanse ng thermal

Dahil ang tubig ay kailangang sumipsip ng maraming init upang madagdagan ang temperatura nito, ang init ay maaaring magmula sa isang mainit na metal, halimbawa. Isinasaalang-alang ang masa ng tubig at metal, ang isang palitan ng init ay magaganap sa pagitan ng mga ito hanggang sa maabot ang tinatawag na thermal equilibrium.

Kapag nangyari ito, ang temperatura ng tubig at metal ay magkakapantay. Ang init na ibinibigay ng mainit na metal ay katumbas ng nasisipsip ng tubig.

Pag-unlad ng matematika

Alam ito, at sa huling formula para sa Q na inilarawan lamang, mayroon kami:

Q _Water = -Q _Metal

Ang negatibong tanda ay nagpapahiwatig na ang init ay pinakawalan mula sa pampainit na katawan (metal) hanggang sa palamig na katawan (tubig). Ang bawat sangkap ay may sariling tiyak na init Ce, at ang masa nito, kaya ang expression na ito ay dapat na binuo tulad ng sumusunod:

Q _Water = Ce _Water · ΔT _Water · m _Water = - (Ce _Metal · ΔT _Metal · m _Metal )

Ang hindi alam ay Ce _Metal , dahil sa thermal equilibrium ang panghuling temperatura para sa parehong tubig at metal ay pareho; Bukod dito, ang paunang temperatura ng tubig at metal bago ang pakikipag-ugnay ay kilala, pati na rin ang kanilang masa. Samakatuwid, dapat ma-clear ang Ce _Metal :

Ce _Metal = (Ce _Water · ΔT _Water · m _Water ) / (-ΔT _Metal · m _Metal )

Nang hindi nakakalimutan na ang Ce _Water ay 4.184 J / ºC · g. Kung ang ΔT _Water at ΔT _Metal ay binuo , magkakaroon tayo (T _f - T _Water ) at (T _f - T _Metal ), ayon sa pagkakabanggit. Ang tubig ay nagpapainit, habang ang metal ay lumalamig, at iyon ang dahilan kung bakit ang negatibong pag-sign ay nagpaparami ng MetalT _Metal, naiwan (T _Metal - T _f ). Kung hindi man, ang MetalT _{Metal ay} magkakaroon ng negatibong halaga dahil mas maliit ang T _f (mas malamig) kaysa sa T _Metal .

Ang equation ay pagkatapos ay ipinahayag sa ganitong paraan:

Ce _Metal = Ce _Water · (T _f - T _Water ) · m _Water / (T _Metal - T _f ) · m _Metal

At kasama nito ang mga tukoy na heats ay kinakalkula.

Halimbawa ng pagkalkula

Mayroong isang globo ng isang kakaibang metal na may timbang na 130g, at may temperatura na 90ºC. Ito ay nalubog sa isang 100g lalagyan ng tubig sa 25ºC, sa loob ng isang calorimeter. Sa pag-abot ng thermal equilibrium, ang temperatura ng lalagyan ay nagiging 40 ° C. Kalkulahin ang Ce ng metal.

Ang pangwakas na temperatura, T _f , ay 40 ° C. Alam ang iba pang data, maaaring matukoy nang diretso si Ce:

Ce _Metal = (4,184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

Ce _Metal = 0.965 J / ºC · g

Tandaan na ang tiyak na init ng tubig ay halos apat na beses na sa metal (4.184 / 0.965).

Kapag si Ce ay napakaliit, mas malaki ang tendensya nito na magpainit; na nauugnay sa thermal conductivity at pagsasabog nito. Ang isang metal na may mas mataas na Ce ay may posibilidad na palayain o mawala ang mas maraming init, pagdating sa pakikipag-ugnay sa isa pang materyal, kumpara sa isa pang metal na may mas mababang Ce.

Mga halimbawa

Ang mga tiyak na pag-init para sa iba't ibang mga sangkap ay ipinapakita sa ibaba.

Tubig

Ang tiyak na init ng tubig, tulad ng nakasaad, ay 4.184 J / ° C · g.

Salamat sa halagang ito, makakakuha ito ng maraming araw sa karagatan at ang tubig ay bahagya na lumalamig sa isang kapansin-pansin na antas. Nagreresulta ito sa isang thermal pagkakaiba na hindi nakakaapekto sa buhay ng dagat. Halimbawa, kapag pumunta ka sa beach upang lumangoy, kahit na napaka-maaraw sa labas, ang tubig ay nakakaramdam ng isang mas mababa, mas malamig na temperatura.

Kailangan ding magpalabas ng maraming enerhiya upang mai-cool ang sarili. Sa proseso, pinapainit nito ang nagpapalipat-lipat na mga masa ng hangin, pinalaki (mapagtimpi) ang temperatura medyo sa mga rehiyon ng baybayin sa panahon ng taglamig.

Ang isa pang kagiliw-giliw na halimbawa ay kung hindi tayo ginawa ng tubig, ang isang araw sa araw ay maaaring mamamatay, dahil ang temperatura ng ating katawan ay mabilis na babangon.

Ang natatanging halaga ng Ce ay dahil sa mga intermolecular hydrogen bond. Ang mga ito ay sumisipsip ng init upang masira, kaya nag-iimbak sila ng enerhiya. Hanggang sa sila ay nasira, ang mga molekula ng tubig ay hindi magagawang mag-vibrate na madaragdagan ang average na enerhiya ng kinetic, na makikita sa pagtaas ng temperatura.

Ice

Ang tiyak na init ng yelo ay 2,090 J / ºC · g. Tulad ng tubig, mayroon itong isang hindi pangkaraniwang mataas na halaga. Nangangahulugan ito na ang isang iceberg, halimbawa, ay kailangang sumipsip ng isang napakalaking dami ng init upang madagdagan ang temperatura nito. Gayunpaman, ang ilang mga iceberg ngayon ay hinihigop pa rin ang init na kinakailangan upang matunaw (likas na init ng pagsasanib).

Aluminyo

Ang tiyak na init ng aluminyo ay 0.900 J / ºC · g. Ito ay bahagyang mas mababa kaysa sa metal sa globo (0.965 J / ºC · g). Narito ang init ay nasisipsip upang mag-vibrate ang mga metal na atom ng aluminyo sa kanilang mga istraktura ng mala-kristal, at hindi mga indibidwal na molekula na gaganapin ng mga intermolecular na puwersa.

Bakal

Ang tiyak na init ng bakal ay 0.444 J / ºC · g. Ang pagiging mas mababa sa aluminyo, nangangahulugan ito na nag-aalok ng mas kaunting pagtutol kapag pinainit; iyon ay, bago ang isang sunog isang piraso ng bakal ay magiging pula nang mas mainit kaysa sa isang piraso ng aluminyo.

Ang aluminyo ay mas lumalaban sa pagpainit, pinapanatili ang mainit na pagkain kapag ang sikat na aluminyo foil ay ginagamit upang balutin ang mga meryenda.

Air

Ang tiyak na init ng hangin ay humigit-kumulang sa 1.003 J / ºC · g. Ang halagang ito ay lubos na napapailalim sa mga panggigipit at temperatura dahil binubuo ito ng isang halo ng gas. Narito ang init ay nasisipsip upang mag-vibrate ang mga molekula ng nitrogen, oxygen, carbon dioxide, argon, atbp.

Pilak

Sa wakas, ang tiyak na init para sa pilak ay 0.234 J / ºC · g. Sa lahat ng mga sangkap na nabanggit, ito ay may pinakamababang halaga ng Ce.Ito ay nangangahulugan na kapag nahaharap sa bakal at aluminyo, ang isang piraso ng pilak ay magpapainit ng higit pa sa parehong oras tulad ng iba pang dalawang metal. Sa katunayan, umaayon ito sa mataas na thermal conductivity nito.

Mga Sanggunian

1. Serway & Jewett. (2008). Pisika: para sa agham at engineering. (Ikapitong Edisyon), Tomo 1, Pag-aaral ng Cengage.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-walong edisyon). Pag-aaral ng Cengage.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Nobyembre 5, 2018). Tiyak na Kakayahang Init sa Chemistry. Nabawi mula sa: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Tiyak na Init. Nabawi mula sa: scienceworld.wolfram.com
5. R Ship. (2016). Tiyak na Init. Georgia State University. Nabawi mula sa: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Tiyak na init. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org