La capacità termica molare è la quantità di calore che deve essere aggiunta per aumentare 1 mole (mol) di una sostanza per aumentare la sua temperatura di un grado (Celsius o Kelvin). La capacità termica molare può essere trovata utilizzando la formula della capacità termica molare che richiede di prendere il calore specifico e moltiplicarlo per la massa molare.
La formula della capacità termica molare è mostrata di seguito:
Qual è il calore specifico? Il calore specifico di un liquido è la quantità di calore che deve essere aggiunta a 1 grammo di un liquido per aumentare la sua temperatura di un grado (Celsius o Kelvin). Maggiore è la capacità termica, maggiore è la richiesta di calore per aumentare la temperatura.
Il capacità termica è più generale di uno dei termini di cui sopra. Rappresenta la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di una data quantità di sostanza.
Qual è il calore specifico dell'acqua?
Il calore specifico dell'acqua è 4,18 J/g-K. È importante notare le unità: i Joule sono per l'energia o il calore. Il Kelvin è per il grado di aumento del calore. Infine, g è per la quantità dichiarata della sostanza.
Qual è la capacità termica molare dell'acqua?
Ricorda, la capacità termica molare di una sostanza è la capacità termica di 1 mole di una sostanza. Ciò significa che nelle unità dovresti includere mol invece di grammi.
Invece di grammi, devi convertire in moli. Ciò richiede l'uso della formula della capacità termica molare. Ciò significa che è necessario il calore specifico dell'acqua e la massa molare dell'acqua. La massa molare dell'acqua è 18,0 g/mol.
Moltiplicandolo insieme ottieni:
Calcolo della capacità termica molare
In generale, per trovare la capacità termica molare di un composto o di un elemento, è sufficiente moltiplicare il calore specifico per la massa molare.
Ad esempio, il calore specifico del metano (CH4) è 2,20 J/g-K. Per convertire in capacità termica molare è possibile utilizzare la formula della capacità termica molare: moltiplicare il calore specifico per la massa molare del metano. La massa molare del metano è 16,04 J/g-K.
Moltiplicando quanto sopra si ottiene:
Quanto calore è necessario per aumentare la temperatura di una sostanza?
Per calcolare quanto calore è necessario per aumentare la temperatura di una data quantità di una sostanza di un dato numero di gradi si può usare la seguente equazione:
Qui, q è il calore, n è il numero di moli, C è la capacità termica molare e ΔT è la variazione di temperatura.
Per esempio: Quanto calore è necessario per aumentare di 10 K la temperatura di 5 mol di mercurio (Hg)? Il calore specifico del mercurio è 27,8 J/mol-K.
Così,
n = 5 moli
C = 27,8 J/mol-K
ΔT = 10 K
q = ?
Inserendo questo nell'equazione si ottiene:
Quindi la quantità di calore necessaria per riscaldare 5 mol di Hg di 10 K è:
Puoi anche usare questa equazione per trovare il numero di moli di una sostanza se sai quanto calore è stato assorbito.
Per esempio: Sai che un campione di carbonato di calcio (CaCO3) è stata aumentata di 5 K, l'energia assorbita è stata di 550 J e la capacità termica molare è di 82 J/mol-K.
n = ?
C = 82 J/mol-K
ΔT = 5 K
q = 550 J
Ciò significa che puoi riorganizzare l'equazione originale in modo che invece di risolvere per q, che già conosci, puoi risolvere per n.
Ora, collegando i valori noti:
Infine, ciò significa che il campione aveva:
Questa equazione ti permette di determinare una qualsiasi delle quattro quantità, dato che hai le altre tre!