R: Domande sul calore specifico

From: Antonio De Marco <ant.demarco_at_libero.it>
Date: 2000/02/28

Stefano Arletti <s.arletti_at_gfe.it> wrote in message
naxs4.1056$IY.9208_at_news.infostrada.it...
>
> So bene cos'� il calore specifico, ma mi sono sempre chiesto alcune cose:
>
> - Che legame ha con gli elementi di una sostanza ed il modo in cui sono
> legati (ad esempio posso, dal c.s. di H e O, calcolare quello dell'acqua?)
> - Perch� l'acqua ha uno dei calori specifici pi� elevati? Quali sostanze
la
> superano (escluso l'idrogeno liquido che � poco pratico)?
> - Qual'� il materiale/sostanza con il pi� alto c.s.? E quello pi� basso?
> - Esistono dei limiti teorici al c.s. di una sostanza oppure possiamo
> immaginare di trovarne un giorno una con c.s = 10, 100 o 1000?
>
> Attendo di essere illuminato :-)
>
> Stefano
>
>
Risposta: Trattare quest'argomento � molto complesso, per cui � preferibile
riferirsi soltanto ad uno solo dei tre stati della materia ed in particolare
agli elementi allo stato solido.
 Quando si parla di stato solido ci si riferisce ad una struttura
cristallina e le particelle che la compongono vi assumono posizioni di
equilibrio con minima energia potenziale.
In queste condizioni le forze di attrazione e repulsione si compensano
esattamente fra di loro. Questa considerazione si pu� affermare che vale per
qualsiasi tipo di legame.
 Gli atomi o gli ioni non sono a riposo, ma oscillano intorno alle loro
posizioni di equilibrio, persino allo zero assoluto, ed al crescere della
temperatura l'ampiezza dell'oscillazione aumenta, quindi lo stesso deve
avvenire per l'energia potenziale media e per quella cinetica.
Il calore specifico dei solidi dipende proprio di quest'incremento di
energia in funzione della temperatura.
Invece di calore specifico (Cs) di un solido per�, � pi� conveniente parlare
di calore atomico (Ca). Il calore atomico si definisce come < la quantit� di
calore che � necessario somministrare ad 1 grammoatomo di un elemento solido
per innalzarne la temperatura di 1 grado>.
Esiste la legge di Dulong e Petit che afferma che il prodotto del calore
specifico di un elemento solido per il proprio peso atomico � costante. Si
pu� anche affermare che tutti i solidi hanno lo stesso calore specifico per
grammoatomo oppure che gli atomi di tutti gli elementi solidi hanno lo
stesso calore specifico. Questo valore costante � di circa 6,2 cal/grado.
 E' chiaro che da questa definizione deriva: (Cs) = (Ca) x Pa. Per cui (Ca)
= 6,2/ Pa. Con Pa si indica il peso atomico.
Poich� 1 grammo atomo di qualsiasi elemento contiene lo stesso numero di
atomi se ne deduce che il calore atomico non dipende dalla grandezza
dell'atomo.
 Da questa formula si capisce anche perch� il calore specifico degli
elementi diminuisce al crescere del loro peso atomico. Questa � una formula
sperimentale che vale per molti elementi allo stato solido a temperatura
ambiente ed � stata spesso utilizzata per calcolare il peso atomico per
molti di loro. Dulong e Petit eseguirono le loro misure a temperatura
ambiente.
Si � visto successivamente che non tutti gli elementi danno il valore di
circa 6,2 quando le misure venivano eseguite a temperatura ambiente. Si �
visto anche che il calore atomico non � indipendente dalla temperatura. Esso
tende al valore di zero man mano che ci si avvicina alla zero assoluto. Si �
visto anche che per quegli elementi, che a temperatura ambiente hanno un
valore del calore atomico inferiore a 6 calorie, che se le misure venivano
eseguite a temperature pi� elevate, il valore tendeva a raggiungere quello
di 6,2.
A tutto ci� si � anche fornita una base teorica tenendo conto dei moti
oscillatori che gli atomi possiedono intorno alle loro posizioni di
equilibrio. Successivamente l'argomento venne studiato e perfezionato da
Einstein il quale utilizz� la teoria dei quanta per superare alcune
difficolt� che s'incontravano utilizzando le formule a disposizione. Cos�
abbiamo l'equazione di Einstein che successivamente venne ancora modificata
ad opera di P. Debye.
Tutto ci� lo puoi trovare descritto sui testi di chimica generale e di
chimica fisica. Le formule sono complesse ma non sono la fine del mondo. E''
stato anche verificato che Il calore molecolare si pu� ottenere facendo la
somma del calore atomico degli atomi che formano la molecola, sempre con le
dovute eccezioni. In conclusione:< i calori atomici a volume costante delle
sostanze elementari allo stato solido sono praticamente nulli allo zero
assoluto e, con l'aumentare della temperatura, tendono a raggiungere un
valore costante presso a poco uguale per tutti, di circa 6,2 calorie>. Ti
saluto De Marco Antonio.
Received on Mon Feb 28 2000 - 00:00:00 CET