Hjälp med labb om värmekapacitet
Hej!
Jag håller på med detta projekt https://www.pluggakuten.se/trad/varmekapacitet-labb/ (som är ett mini-gymnasiearbete). Problemet jag har är att jag inte vet vad jag ska läsa på om. Jag vet ju att det hela handlar om värmekapacitet och vad som påverkar, men mer detaljerat än så vet jag inte. Jag har läst https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity, där står dock inget om vad som påverkar värmekapaciteten för enatomiga joner lösta i vatten. En sak som kan hjälpa mig är att det står att antalet frihetsgrader hos en partikel är det enda (är det verkligen det ända?) som påverkar värmekapaciteten, för mig blir det 3 frihetsgrader (det är ju enatomiga joner).
Det där handlar ju om värmekapaciteten av jonerna, men sen har jag ingen aning om hur det faktum att jonerna är lösta i vatten påverkar värmekapaciteten, dvs, hur den interagerar med vattenmolekylerna. Jag tänkte att detta skulle leda mig in på hur koncentrationen påverkar värmekapaciteten också.
Tack på förhand!
En enatomig jon kan translatera i x-, y- och z-riktningarna, så antalet frihetsgrader är mycket riktigt tre. Vattenmolekyler kan dessutom vibrera och rotera runt bindningarna och kommer därför ha fler frihetsgrader. Ett rent salt med enatomiga joner bör rimligtvis ha lägre specifik värmekapacitet än vatten av den anledningen.
Nästa fråga blir hur vattenmolekylernas rörelser påverkas av att man tillsätter joner. Det kommer ju att uppstå jon-dipolbindningar som gör det svårare för vattenmolekylerna närmast jonerna att rotera lika fritt som i rent vatten. Om man minskar möjligheten för vattenmolekylerna att rotera kommer tillförd energi att till större del gå till translationsrörelser, vilket ger en snabbare temperaturökning. Därför borde den specifika värmekapaciteten hos lösningen sjunka med ökande salthalt.
Teraeagle skrev :En enatomig jon kan translatera i x-, y- och z-riktningarna, så antalet frihetsgrader är mycket riktigt tre. Vattenmolekyler kan dessutom vibrera och rotera runt bindningarna och kommer därför ha fler frihetsgrader. Ett rent salt med enatomiga joner bör rimligtvis ha lägre specifik värmekapacitet än vatten av den anledningen.
Nästa fråga blir hur vattenmolekylernas rörelser påverkas av att man tillsätter joner. Det kommer ju att uppstå jon-dipolbindningar som gör det svårare för vattenmolekylerna närmast jonerna att rotera lika fritt som i rent vatten. Om man minskar möjligheten för vattenmolekylerna att rotera kommer tillförd energi att till större del gå till translationsrörelser, vilket ger en snabbare temperaturökning. Därför borde den specifika värmekapaciteten hos lösningen sjunka med ökande salthalt.
Men är det inte så att enatomiga joner har sex frihetsgrader? Tre stycken rotationsfrihetsgrader längs x, y och z axlarna, och tre translationsfrihetsgrader runt x, y och z axlarna?
Jag tänker såhär för att om enatomiga joner verkligen bara har tre frihetsgrader och alla är transitiva (och translationsrörelser är det som bidrar till temperaturen?) så ska den inte ha någon förmåga alls att lagra energi som inte bidrar till temperatur, vilket låter konstigt.
Om man kunde zooma in och titta på jonen skulle man se att den rör sig i sidled åt tre olika riktningar, men man skulle inte kunna urskilja några rotationer. Det kan vara farligt att likna atomer och joner vid små klot, för ett klot kan rotera och ha rotationsenergi. Det är mer korrekt att likna jonen vid en oändligt liten punkt. En punkt kan inte rotera, men däremot kan två punkter sammanbundna med varandra (en diatomär molekyl eller jon som eller ) göra det.
Teraeagle skrev :Om man kunde zooma in och titta på jonen skulle man se att den rör sig i sidled åt tre olika riktningar, men man skulle inte kunna urskilja några rotationer. Det kan vara farligt att likna atomer och joner vid små klot, för ett klot kan rotera och ha rotationsenergi. Det är mer korrekt att likna jonen vid en oändligt liten punkt. En punkt kan inte rotera, men däremot kan två punkter sammanbundna med varandra (en diatomär molekyl eller jon som eller ) göra det.
Jahaaa. Då ska jag sluta tänka på klot, det var det jag gjorde.
Okej, men en syremolekyl skulle då ha tre frihetsgrader pga translation (alla molekyler har 3 frihetsgrader, minst?) längs x, y och z plus två (och inte tre!) stycken frihetsgrader pga rotation.
Hur funkar det med de andra? Jag har läst om "vibrational freedom" också (men det tänker jag är samma sak som translation!), vad är det? Och det du pratade om, att rotera runt bindningar? Om jag tolkar det rätt är det inte samma sak som att hela molekylen roterar utan istället att två atomer roterar runt deras bindning som axel (som inte kan hända om det är en dubbel eller trippelbindning).
https://www.youtube.com/watch?v=sTvqIijqvTg har 1:14-2:05 något med min labb att göra?
Ja, filmklippet visar den tredje typen av frihetsgrad som har att göra med vibrationer :)
En tvåatomig molekyl kan som sagt röra sig i sidled/translatera på tre olika sätt. Den kan även rotera runt två olika plan (tänk dig att du snurrar en skivstång eller liknande) samtidigt som bindningen mellan atomerna kan tänjas fram och tillbaka likt ett gummiband. Om man har fler atomer i molekylen kan de vibrera på ännu fler sätt. Det är också en av anledningarna till att vatten har så pass hög värmekapacitet - molekylerna vibrerar på många olika sätt.
Lite OT, men: Det krävs en viss energi för att en molekyl ska börja vibrera på sätten i filmklippet. Därför kan de bara absorbera ljus med vissa våglängder som motsvarar just den energin. Det är också anledningen till att föremål uppvisar olika färger då vissa våglängder släpps igenom medan andra absorberas.
Jag har stött på ännu ett frågetecken.
Jag har nu i min labbrapport förklarat varför lösningar med salt har lägre specifik värmekapacitet än rent vatten. Värdena jag har fått av min labb visar på att saltlösningarna ökade mer i temperatur än det rena vattnet, så jag skrev att detta följde teorin jag la fram, men gör det det?
Resultaten från mina tester kan väl bara säga oss hur värmekapaciteterna av lösningarna skiljer sig eftersom jag la till lika mycket värmeenergi i alla lösningar? Du sa att den specifika v.k mättes i temp/(mol*energi), så om molen var samma för alla lösningar så skulle det vara samma sak att jämföra tempförändring som att jämföra den specifika värmekapaciteten.
Nu är mitt problem att jag inte vet vad "molen för lösningarna" betyder, och jag vet inte om de är samma.
Dessutom börjar jag ifrågasätta vad målet med hela min labb faktiskt är, är den att jämföra v.k av de olika lösningarna eller den specifika v.k för de olika lösningarna? Från början var planen att jämföra v.k, men om jag jämför v.k, vad för relevans har den här tråden? Det här med frihetsgrader påverkar ju den specifika v.k, inte v.k! Om vi säger att jag ändrar planen jag hade från början till att undersöka den specifika v.k och hur den förändras med salt och dess koncentration så har ju teorin som du har förklarat här nu en direkt koppling till det jag undersöker. Men detta går ju inte heller eftersom det enda som jag höll konstant var energin som jag gav lösningarna.
Ja, du måste ju börja med att skriva ner syftet och sen arbeta utifrån det.
Nu har jag bestämt mig för att det är den specifika värmekapaciteten som jag vill jämföra. Problemet som nu är kvar fortfarande är att jag inte förstår varför jag kan jämföra de specifika v.k. Såhär vill jag skriva i min labbrapport: "att jämföra temperaturändringen hos de olika lösningarna är samma sak som att jämföra deras specifika v.k eftersom att värmeenergin jag tillförde alla lösningar var samma, dessutom var antalet mol samma". Mol av vad? Angående den frågan är jag helt vilse.
Det du värmer är ju till typ 99 % vatten, så det är väl antalet mol vatten sm skall vara lika.
