Frage von DepravedGirl, 53

Gibt es eine flüssige chemische Substanz die eine noch höhere spezifische Wärmekapazität als Wasser hat?

Alle Beispiel auf dieser Webseite haben eine niedrigere spezifische Wärmekapazität als Wasser -->

https://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie/_spezifische_W%C3%A4rmekap...

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von TomRichter, Community-Experte für Chemie & Physik, 30

Nicht bei Normalbedingungen.

Möglicherweise bei tiefer Temperatur flüssiges H2 oder He. Schau mal, ob Du dazu Daten findest.

Kommentar von DepravedGirl ,

Recht herzlichen Dank für deine Antwort !

Kommentar von Franz1957 ,

Habe zwei ausführliche Dokumente über thermische Eigenschaften des Waserstoffs gefunden. Hier das eine...

http://www.boulder.nist.gov/div838/Hydrogen/PDFs/McCarty.Hord.Weber.1981.monogra...

Kommentar von Franz1957 ,

...und hier das andere:

http://www.boulder.nist.gov/div838/Hydrogen/PDFs/McCarty.NASASP-3089.Hydrogen%20...

Zumindest in dem zweiten Papier (für die NASA) sind auch Diagramme und riesige Tabellen der spezif. Wärmekapazität des Wasserstoffs. Eine Übersicht der Diagramme ist auf S. 198. Eine Übersicht der Tabellen ist auf S. 255. (Dokumenten-eigene Numerierung) Vielleicht findet jemand die Zeit, sich zu vertiefen. :-)

Kommentar von TomRichter ,

Danke - zwei beeindruckend umfangreiche Dokumente. Nach einem Blick auf die Diagramme blicke ich zwar noch nicht so ganz durch, aber ich kann jetzt gut nachvollziehen, wie man eine Raumsonde killen kann, weil man metrische und US-übliche Einheiten durcheinanderwirft:

http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/mars-climate-orbiter-absturz-wegen-lei...

Nach Tabelle C2 (Seite 274) im zweiten Dokument hat Wasserstoff zwischen Schmelz- und Siedepunkt eine spezifische Wärme von um die 8 J/(g * K), also deutlich mehr als Wasser bei Normalbedingungen.

Bezogen auf einen Liter Flüssigkeit sieht es schon anders aus, da ein Liter Flüssigwasserstoff nur 75 g hat.

Für flüssiges He fand ich nur eine einzige Angabe, die besagt 1 J/(g * K)

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 20

Wasser ist ein ganz besonderer Stoff, dessen spezielle Eigenschaften beileibe noch nicht alle erforscht sind. Fast alle merkwürdigen Eigenschaften haben mit der Wasserstoffbrückenbindung (WBB) zu tun, so auch die spez. Wärmekapazität.

Normalerweise dient die zugeführte Wärme dazu, die Eigenbewegung der Moleküle zu beschleunigen, was als Temperatur messbar ist.

Das ist auch beim Wasser so, aber zusätzlich müssen durch die Wärmezufuhr auch die ganzen WBBs aufgebrochen werden, was sehr viel Energie kostet. Daher benötigt man viel mehr Energie für eine bestimmte Temperaturerhöhung als bei anderen Stoffen, was sich in der extrem hohen spez. Wärmekapazität ausdrückt.

Kommentar von ThomasJNewton ,

M.W. ist der Grund ein anderer.

Wasser besteht nämlich nicht einfach aus Molekülen, sondern aus Molekülclustern. Und die Wärmebewegung wirbelt/schupst nicht nur die Cluster hin und her, sondern erzeugt auch Rotationen/Schwingungen (und/oder Umlagerungen) innerhalb der Cluster, und natürlich Rotationen/Schwingungen der Moleküle.

Lägen Moleküle vor, läge die Wärmekapazität von Wasser bei ~ 6, entspechend je 3 Translations- und Rotationsfreiheitsgraden. Die Schwingungen sind noch nicht/kaum wirksam bei < 100°C.

In Echt liegt sie aber bei 18. Was also in Wasser ein "Teilchen" ausmacht, hat im Schnitt 18 Freiheitsgrade.

Kommentar von Hamburger02 ,

Genau genommen ist es der selbe Grund. Die Cluster entstehen durch die WBB und je kälter es ist, umso größer sind diese Cluster. Bei 4°C können mehr als 30 Wassermoleküle ein Cluster bilden, während es kurz vorm Siedepunkt nur noch Cluster aus 2 Molekülen gibt. Und da liegt der Grund für die hohe Wärmekapazität, dass die WBBs immer mehr aufgebrochen werden müssen, um die Clustergrößen zu verkleinern.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Dass die Cluster mit steigender Temperatur kleiner werden, war mir schon klar.

Dass dieses Aufbrechen und die nötige Energie auch zur Wärmekapazität beitragen, hatte ich bisher nicht bedacht.
Wobei die Betonung auch auf dem "auch" liegt.

Also gut, dass wir darüber gesprochen haben.

Kommentar von Hamburger02 ,

Der Einfluss ist sogar sehr groß.

Die spez. Wärmekapazität von Wasser c(W) = 75,15 J / (K * mol)
Um ein mol von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen, werden 7515 J = 7,5 kJ benötigt.
Um ein mol zu verdampfen, werden 40,8 kJ benötigt.

Um Wasser von 0 °C zu verdampfen werden also insgesamt 48,3 kJ benötigt.
Die Bindungsenergie der WBBs beträgt zwischen 15 - 40 kJ/mol, macht also einen erheblichen Anteil der aufzuwendenden Energie aus.

...dafür hab ich jetzt was zu denken, wie stark denn wohl die Eigenbewegung der Cluster eine Rolle spielt. Die habe ich nämlich bislang nicht auf dem Schirm. ;-)

Kommentar von DepravedGirl ,

Recht herzlichen Dank für deine Antwort !

Kommentar von Hamburger02 ,

Gerne. Nebenbei: von allen anorganischen Flüssigkeiten kommt Ammoniak noch am dichtesten an Wasser ran.

Kommentar von DepravedGirl ,

Das Ammoniak am dichtesten an Wasser herankommt ist leider nicht korrekt.

http://www.schweizer-fn.de/stoff/wkapazitaet/wkapazitaet_fluessigkeit.php

Kommentar von Hamburger02 ,

Deswegen habe ich ja anorganische Flüssigkeit (vergleichbar mit Wasser) geschrieben. ;-)

Viele organische Flüssigkeiten erreichen tatsächlich etwa die Hälfte von Wasser.

Kommentar von ralphdieter ,

Stimmt diese Tabelle?

Am besten wär's wohl, selbst nachzumessen...

Kommentar von Hamburger02 ,

Ja, die stimmt. Nach der ersten Tabelle ist flüssiges Ammoniak sogar noch besser als Wasser. Und flüssiges Lithium hatte ich auch nicht auf dem Schirm. Das liegt auch in dem Bereich.

Ammoniakwasser ist ja zunächst Wasser. Da überrascht mich die Nähe nicht.

Antwort
von Rockuser, 43

Quecksilber, wenn ich mich nicht Irre.

Kommentar von DepravedGirl ,

Leider nicht, aber ich danke dir trotzdem für deine Antwort !

http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/10/waerme/kapazitaet/start_kapazitaet.htm

Kommentar von Rockuser ,

Sorry, das stimmt.

 Ich habe das gerade mit Wärmeleitfähigkeit verwechselt. Da sieht das so aus.

http://www.chemie.de/lexikon/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit.html

Kommentar von DepravedGirl ,

Ok

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