Molare Wärmekapazität

Molare Wärmekapazität von monoatomaren gasenEdit

Die Temperatur einer Probe einer Substanz spiegelt die durchschnittliche kinetische Energie ihrer Teilchen (Atome oder Moleküle) relativ zu ihrem Massenschwerpunkt wider. Die Quantenmechanik sagt voraus, dass ein isoliertes Atom in einem Gas bei Raumtemperatur und gewöhnlichen Drücken keine signifikante Energiemenge speichern kann, außer in Form von kinetischer Energie., Wenn daher eine bestimmte Anzahl N von Atomen eines monoatomaren Gases in einem Behälter mit festem Volumen einen Eingang ΔQ Wärmeenergie erhält, erhöht sich die kinetische Energie jedes Atoms unabhängig von der Masse des Atoms um ΔQ/N. Diese Annahme ist die Grundlage der Theorie der idealen Gase.

Mit anderen Worten, diese Theorie sagt voraus,dass die molare Wärmekapazität bei konstantem Volumen cV, m aller monoatomaren Gase gleich sein wird; insbesondere

cV,m = 3/2R

wobei R die ideale Gaskonstante ist, etwa 8.31446 J⋅K−1⋅mol−1 (was das Produkt von Boltzmanns konstanter kB und Avogadros Zahl ist)., Und tatsächlich sind die experimentellen Werte von cV,m für die Edelgase Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon (bei 1 atm und 25 °C) alle 12,5 J⋅K−1 mol mol−1, was 3/2R ist; obwohl ihre Atomgewichte von 4 bis 131 reichen.

Dieselbe Theorie sagt voraus, dass die molare Wärmekapazität eines einatomigen Gases bei konstantem Druck

cP, m = cV, m + R = 5/2R

Daher ist die spezifische Wärme (pro Masseneinheit, nicht pro Mol) eines einatomigen Gases umgekehrt proportional zu seinem (adimensionalen) Atomgewicht A., Das heißt, ungefähr

cV = (12470 J⋅K−1⋅kg−1)/A cP = (20786 J⋅K−1⋅kg−1)/A

Molare Wärmekapazität von mehratomigen gasenEdit

Freiheitsgrade

Ein polyatomares Molekül (bestehend aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Atomen) kann neben seiner kinetischen Energie auch Wärmeenergie in anderen Formen speichern., Diese Formen umfassen die Rotation des Moleküls und die Vibration der Atome relativ zu ihrem Massenschwerpunkt.

Diese zusätzlichen Freiheitsgrade tragen zur molaren Wärmekapazität der Substanz bei. Wenn nämlich Wärmeenergie in ein Gas mit polyatomaren Molekülen injiziert wird, wird nur ein Teil davon ihre kinetische Energie und damit die Temperatur erhöhen; Der Rest wird in diese anderen Freiheitsgrade gehen. Um den gleichen Temperaturanstieg zu erreichen, muss daher einem Mol dieser Substanz mehr Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden als einem Mol eines einatomigen Gases., Substanzen mit hoher Atomzahl pro Molekül, wie Oktan, können daher eine sehr große Wärmekapazität pro Mol und dennoch eine relativ geringe spezifische Wärme (pro Masseneinheit) aufweisen.

Wenn das Molekül vollständig unter Verwendung der klassischen Mechanik beschrieben werden könnte, könnte der Satz der Energieausrichtung verwendet werden, um vorherzusagen, dass jeder Freiheitsgrad eine durchschnittliche Energie in Höhe von 1/2kT haben würde, wobei k Boltzmanns Konstante und T die Temperatur ist. Wenn die Anzahl der Freiheitsgrade des f ist, würde jedes Molekül im Durchschnitt eine Gesamtenergie von 1/2fkT enthalten., Dann wäre die molare Wärmekapazität (bei konstantem Volumen)

cV,m = 1/2fR

wobei R die ideale Gaskonstante ist. Gemäß der Beziehung von Mayer wäre die molare Wärmekapazität bei konstantem Druck

cP, m = cV, m + R = 1/2fR + R = 1/2(f + 2)R

Somit trägt jeder zusätzliche Freiheitsgrad 1/2R zur molaren Wärmekapazität des Gases bei (sowohl cV,m als auch cP,m).

Rotationsmodi eines zweiatomigen Molekülsnit

Beispielsweise beträgt die molare Wärmekapazität von Stickstoff N
2 bei konstantem Volumen 20,6 J⋅K-1 mol mol-1( bei 15 °C, 1 atm), was 2,49 R., Aus der theoretischen Gleichung cV, m = 1 / 2fR, kommt man zu dem Schluss, dass jedes Molekül f = 5 Freiheitsgrade hat. Diese stellen sich als drei Grad des Geschwindigkeitsvektors des Moleküls heraus, plus zwei Grad von seiner Drehung um eine Achse durch den Massenschwerpunkt und senkrecht zur Linie der beiden Atome. Die Freiheitsgrade aufgrund von Translationen und Rotationen werden als starre Freiheitsgrade bezeichnet, da sie keine Verformung des Moleküls beinhalten.

Aufgrund dieser zwei zusätzlichen Freiheitsgrade beträgt die molare Wärmekapazität cV, m von N
2 (20.,6 J⋅K-1⋅mol-1) ist um den Faktor 5/3 größer als der eines hypothetischen monoatomaren Gases (12,5 J⋅K−1 mol mol−1).

Gefrorene und aktive Freiheitsgrade

Nach klassischer Mechanik sollte ein zweiatomiges Molekül wie Stickstoff mehr innere Freiheitsgrade haben, was der Vibration der beiden Atome entspricht, die die Bindung zwischen ihnen dehnen und komprimieren.,

Für thermodynamische Zwecke führt jede Richtung, in der ein Atom unabhängig vom Rest des Moleküls vibrieren kann, zwei Freiheitsgrade ein: einen, der mit der potentiellen Energie verbunden ist, die Bindungen zu verzerren, und einen für die kinetische Energie der Bewegung des Atoms. In einem zweiatomigen Molekül wie N
2 gibt es nur eine Richtung für die Schwingung, und die Bewegungen der beiden Atome müssen entgegengesetzt, aber gleich sein. Das würde f bis zu 7 und cV, m bis 3,5 R bringen.,

Der Grund, warum diese Schwingungen ihren erwarteten Anteil an Wärmeenergieeintrag nicht absorbieren, liegt in der Quantenmechanik. Nach dieser Theorie muss die in jedem Freiheitsgrad gespeicherte Energie nur in bestimmten Mengen zunehmen oder abnehmen (Quanten). Wenn daher die Temperatur T des Systems nicht hoch genug ist, kann die durchschnittliche Energie, die für einige der theoretischen Freiheitsgrade (kT/f) verfügbar wäre, geringer sein als das entsprechende Mindestquant. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, kann dies bei praktisch allen Molekülen der Fall sein., Man sagt dann, dass diese Freiheitsgrade „eingefroren“ sind. Die molare Wärmekapazität des Gases wird dann nur durch die „aktiven“ Freiheitsgrade bestimmt — die für die meisten Moleküle genug Energie aufnehmen können, um diese Quantenschwelle zu überwinden.

Für jeden Freiheitsgrad gibt es eine ungefähre kritische Temperatur, bei der es „auftaut“ („nicht friert“) und aktiv wird, wodurch Wärmeenergie gespeichert werden kann. Für die drei translationalen Freiheitsgrade von Molekülen in einem Gas ist diese kritische Temperatur extrem klein, so dass davon ausgegangen werden kann, dass sie immer aktiv sind., Für die Rotationsfreiheitsgrade beträgt die Auftautemperatur normalerweise einige zehn Kelvin (obwohl bei einem sehr leichten Molekül wie Wasserstoff die Rotationsenergieniveaus so weit voneinander entfernt sind, dass die Rotationswärmekapazität möglicherweise nicht vollständig „auftaut“, bis erheblich höhere Temperaturen erreicht sind). Vibrationsmodi von zweiatomigen Molekülen beginnen im Allgemeinen nur weit über Raumtemperatur zu aktivieren.

Bei Stickstoff sind die Rotationsfreiheitsgrade bereits bei -173 °C (100 K, knapp 23 K über dem Siedepunkt) voll aktiv., Andererseits beginnen die Vibrationsmodi erst um 350 K (77 °C) aktiv zu werden, dementsprechend ist die molare Wärmekapazität cP,m bei 29,1 J⋅K−1⋅mol−1 von 100 K auf etwa 300 °C nahezu konstant. Es ist 35.5 J⋅K−1⋅mol−1 bei 1500 °C, 36.9 bei 2500 °C und 37,5 bei 3500 °C. Der Letzte Wert entspricht fast genau dem vorhergesagten Wert für f = 7.

Das Folgende ist eine Tabelle einiger molarer Wärmekapazitäten mit konstantem Druck cP,m verschiedener zweiatomiger Gase bei Standardtemperatur (25 °C = 298 K), bei 500 °C und bei 5000 °C und der scheinbaren Anzahl von Freiheitsgraden f* geschätzt durch die Formel f* = 2cP, m/R-2:

(*) Bei 59 C (Siedepunkt)

Die Annäherung des quantenhonmonischen Oszillators impliziert, dass der Abstand der Energieniveaus von Schwingungsmoden sind umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der reduzierten Masse der Atome,aus denen das zweiatomige Molekül besteht., Diese Tatsache erklärt, warum die Schwingungsmodi schwererer Moleküle wie Br
2 bei niedrigeren Temperaturen aktiv sind. Die molare Wärmekapazität von Br
2 bei Raumtemperatur stimmt mit f = 7 Freiheitsgraden überein, dem Maximum für ein zweiatomiges Molekül. Bei ausreichend hohen Temperaturen nähern sich alle zweiatomigen Gase diesem Wert.,

Rotationsmodi einzelner Atomenedit

Die Quantenmechanik erklärt auch, warum die spezifische Wärme monoatomarer Gase durch die ideale Gastheorie gut vorhergesagt wird, wobei angenommen wird, dass jedes Molekül eine Punktmasse ist, die nur die translationalen Freiheitsgrade f = 3 aufweist.

Nach der klassischen Mechanik sollten Atome, da sie eine Größe ungleich Null haben, auch drei Rotationsfreiheitsgrade oder insgesamt f = 6 haben. Ebenso sollte das zweiatomige Stickstoffmolekül einen zusätzlichen Rotationsmodus haben, nämlich über die Linie der beiden Atome; und haben somit auch f = 6., In der klassischen Ansicht sollte jeder dieser Modi einen gleichen Anteil der Wärmeenergie speichern.

Nach der Quantenmechanik ist die Energiedifferenz zwischen den erlaubten (quantisierten) Rotationszuständen jedoch umgekehrt proportional zum Trägheitsmoment um die entsprechende Rotationsachse. Da das Trägheitsmoment eines einzelnen Atoms überaus klein ist, ist die Aktivierungstemperatur für seine Rotationsmodi extrem hoch., Gleiches gilt für das Trägheitsmoment eines zweiatomigen Moleküls (oder eines linearen mehratomigen Moleküls) um die internukleare Achse, weshalb diese Rotationsmethode im Allgemeinen nicht aktiv ist.

Andererseits können Elektronen und Kerne in angeregten Zuständen existieren und in wenigen Ausnahmefällen sogar bei Raumtemperatur oder sogar bei kryogenen Temperaturen aktiv sein.,

Polyatomare gasenEdit

Die Menge aller möglichen Möglichkeiten, die n-Atome eines polyatomaren Gasmoleküls unendlich zu verdrängen, ist ein linearer Raum der Dimension 3n, da jedes Atom unabhängig in jede von drei orthogonalen Achsenrichtungen verschoben werden kann. Einige drei dieser Dimensionen sind jedoch nur eine Translation des Moleküls durch einen infinitesimalen Verschiebungsvektor, und andere sind nur starre Drehungen um einen infinitesimalen Winkel um eine Achse. Wieder andere können der relativen Rotation zweier Teile des Moleküls um eine einzelne Bindung entsprechen, die sie verbindet.,

Die unabhängigen Deformationsmodi-linear unabhängige Möglichkeiten, das Molekül tatsächlich zu verformen, die seine Bindungen belasten—sind nur die verbleibenden Dimensionen dieses Raums. Wie im Fall von zweiatomigen Molekülen zählt jeder dieser Verformungsmodi als zwei Schwingungsfreiheitsgrade für Energiespeicherzwecke: einer für die potentielle Energie, die in den angespannten Bindungen gespeichert ist, und einer für die zusätzliche kinetische Energie der Atome, wenn sie über die Restkonfiguration des Moleküls vibrieren.,

Insbesondere wenn das Molekül linear ist (mit allen Atomen auf einer geraden Linie), hat es nur zwei nicht-triviale Rotationsmodi, da die Rotation um seine eigene Achse kein Atom verdrängt. Daher hat es 3n-5 tatsächliche Verformungsmodi. Die Anzahl der Energie-Speicherung Freiheitsgrade ist dann f = 3 + 2 + 2(3n − 5) = 6n − 5.

Beispielsweise weist das lineare Lachgasmolekül N≡N=O (mit n = 3) 3n − 5 = 4 unabhängige infintesimale Verformungsmodi auf. Zwei von ihnen können als Dehnung einer der Bindungen beschrieben werden, während die andere ihre normale Länge beibehält., Die anderen beiden können identifiziert werden, die das Molekül am zentralen Atom biegt, in den beiden Richtungen, die orthogonal zu seiner Achse sind. In jedem Modus sollte man davon ausgehen, dass die Atome verschoben werden, so dass der Schwerpunkt stationär bleibt und keine Rotation stattfindet. Das Molekül hat dann f = 6n − 5 = 13 Gesamt-Energie-Speicherung Freiheitsgrade (3 translatorische, 2 Rotations -, Schwingungs-8). Bei ausreichend hoher Temperatur sollte seine molare Wärmekapazität dann cP sein, m = 7,5 R = 62,63 J⋅K-1⋅mol-1. Für Cyanogen N≡C-C≡N und Acetylen H-C≡C-H (n = 4) ergibt dieselbe Analyse f = 19 und prognostiziert cP,m = 10.,5 R = 87.3 J⋅K−1⋅mol−1.

Ein Molekül mit n Atomen, das starr und nicht linear ist, hat 3 Translationsmodi und 3 nicht-triviale Rotationsmodi, daher nur 3n-6 Deformationsmodi. Es hat daher f = 3 + 3 + 2 (3n − 6) = 6n − 6 energieabsorbierende Freiheitsgrade (eins weniger als ein lineares Molekül mit der gleichen Atomzahl). Wasser H
2O (n = 3) ist in seinem nicht angespannten Zustand gebogen, daher wird vorausgesagt, dass es f = 12 Freiheitsgrade hat. Methan CH
4 (n = 5) ist dreidimensional und die Formel sagt f = 24 voraus.,

Ethan H
3C-CH
3 (n = 8) hat 4 Drehfreiheitsgrade: zwei ungefähre Achsen, die senkrecht zur zentralen Bindung stehen, und zwei weitere, weil sich jede Methylgruppe unabhängig um diese Bindung drehen kann, mit vernachlässigbarem Widerstand. Daher ist die Anzahl der unabhängigen Verformungsmodi 3n-7, was f = ergibt 3 + 4 + 2(3n-7) = 6n − 7 = 41.,hows die experimentellen molaren Wärmekapazitäten bei konstantem Druck cP,m der oben genannten polyatomaren Gase bei Standardtemperatur (25 °C = 298 K), bei 500 °C und bei 5000 °C, und die scheinbare Anzahl von Freiheitsgraden f* geschätzt durch die Formel f* = 2cP, m/R − 2:

(*) Bei 3000C

Spezifische Wärme von Feststoffenedit

In den meisten Festkörpern (aber nicht allen) haben die Moleküle eine feste mittlere Position und Orientierung, und daher sind die einzigen Freiheitsgrade die Schwingungen der Atome., Somit ist die spezifische Wärme proportional zur Anzahl der Atome (nicht Moleküle) pro Masseneinheit, was das Dulong–Petit-Gesetz ist. Andere Beiträge können von magnetischen Freiheitsgraden in Festkörpern stammen, aber diese leisten selten wesentliche Beiträge. und Elektronikin jedem Atom des Feststoffs trägt ein unabhängiger Schwingungsmodus, die Anzahl der Freiheitsgrade in n Atomen ist 6n. Daher wird erwartet, dass die Wärmekapazität einer Probe einer festen Substanz 3RNa oder (24,94 J/K)Na, wobei Na die Anzahl der Mol von Atomen in der Probe ist, nicht Moleküle., Auf andere Weise wird erwartet, dass die atom-molare Wärmekapazität einer festen Substanz 3R = 24.94 J⋅K−1⋅mol−1 ist, wobei „Amol“ eine Menge des Feststoffs bezeichnet, die die Avogadro-Anzahl von Atomen enthält.

Daraus folgt, dass in molekularen Feststoffen die Wärmekapazität pro Mol Moleküle normalerweise nahe 3nR liegt, wobei n die Anzahl der Atome pro Molekül ist.

Somit sollten n Atome eines Festkörpers prinzipiell doppelt so viel Energie speichern wie n Atome eines monoatomaren Gases., Eine Möglichkeit, dieses Ergebnis zu betrachten, besteht darin, zu beobachten, dass das monoatomare Gas nur Energie als kinetische Energie der Atome speichern kann, während der Feststoff sie auch als potentielle Energie der durch die Schwingungen angespannten Bindungen speichern kann. Die atom-molare Wärmekapazität eines polyatomaren Gases nähert sich der eines Festkörpers, wenn die Anzahl n der Atome pro Molekül zunimmt.

Wie bei Gasen werden einige der Schwingungsmodi bei niedrigen Temperaturen „eingefroren“, insbesondere bei Festkörpern mit leichten und fest gebundenen Atomen, wodurch die atommolare Wärmekapazität unter dieser theoretischen Grenze liegt., Tatsächlich neigt die atom-molare (oder spezifische) Wärmekapazität einer festen Substanz zu Null, wenn sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert.

Dulong-Petit lawEdit

Wie durch die obige Analyse vorhergesagt, ist die Wärmekapazität pro Mol von Atomen und nicht pro Mol von Molekülen für alle festen Substanzen bei hohen Temperaturen bemerkenswert konstant. Diese Beziehung wurde 1819 empirisch festgestellt und wird nach ihren beiden Entdeckern Dulong–Petit-Gesetz genannt. Diese Entdeckung war ein wichtiges Argument zur Unterstützung der Atomtheorie der Materie.,

Tatsächlich reichen für feste metallische chemische Elemente bei Raumtemperatur die atommolaren Wärmekapazitäten von etwa 2,8 R bis 3,4 R. Große Ausnahmen am unteren Ende betreffen Feststoffe, die aus relativ massenarmen, fest gebundenen Atomen bestehen, wie Beryllium (2,0 R, nur von 66% des theoretischen Wertes) und Diamant (0,735 R, nur 24%). Diese Bedingungen implizieren einen größeren Quantenschwingungsenergieabstand, daher werden viele Schwingungsmodi bei Raumtemperatur“ eingefroren“. Auch Wassereis in der Nähe des Schmelzpunkts hat eine ungewöhnlich geringe Wärmekapazität pro Atom (1,5 R, nur 50% des theoretischen Wertes).,

Am höheren Ende der möglichen Wärmekapazitäten kann die Wärmekapazität R aufgrund von Beiträgen von anharmonischen Schwingungen in Festkörpern und manchmal eines bescheidenen Beitrags von Leitungselektronen in Metallen um bescheidene Mengen übersteigen. Dies sind keine Freiheitsgrade, die in den Einstein-oder Debye-Theorien behandelt werden.

Spezifische Wärme fester Elementedit

Da die Schüttdichte eines festen chemischen Elements stark mit seiner Molmasse zusammenhängt, besteht eine merkliche umgekehrte Korrelation zwischen der Dichte eines Festkörpers und seiner spezifischen Wärmekapazität pro Masse., Dies ist auf eine sehr ungefähre Tendenz der Atome der meisten Elemente zurückzuführen, trotz viel größerer Unterschiede in Dichte und Atomgewicht etwa gleich groß zu sein. Diese beiden Faktoren (Konstanz des Atomvolumens und Konstanz der molspezifischen Wärmekapazität) führen zu einer guten Korrelation zwischen dem Volumen eines bestimmten festen chemischen Elements und seiner gesamten Wärmekapazität.

Eine andere Art, dies zu sagen, ist, dass die volumenspezifische Wärmekapazität (volumetrische Wärmekapazität) fester Elemente in etwa konstant ist., Das Molvolumen fester Elemente ist sehr grob konstant, und (noch zuverlässiger) ist auch die molare Wärmekapazität für die meisten festen Substanzen. Diese beiden Faktoren bestimmen die volumetrische Wärmekapazität, die als Schüttgut in der Konsistenz auffallen kann. Zum Beispiel ist das Element Uran ein Metall, das eine Dichte hat, die fast 36-mal so groß ist wie das Metall Lithium, aber die spezifische Wärmekapazität von Uran auf volumetrischer Basis (dh pro gegebenes Metallvolumen) ist nur 18% größer als die von Lithium.,

Das durchschnittliche Atomvolumen in festen Elementen ist jedoch nicht ganz konstant, daher gibt es Abweichungen von diesem Prinzip. Zum Beispiel hat Arsen, das nur 14,5% weniger dicht als Antimon ist, fast 59% spezifischere Wärmekapazität auf Massenbasis. Mit anderen Worten; Obwohl ein Arsenblock nur etwa 17% größer ist als ein Antimon derselben Masse, absorbiert er bei einem gegebenen Temperaturanstieg etwa 59% mehr Wärme., Die Wärmekapazitätsverhältnisse der beiden Substanzen folgen eng den Verhältnissen ihrer molaren Volumina (die Verhältnisse der Anzahl der Atome im gleichen Volumen jeder Substanz); Die Abweichung von der Korrelation zu einfachen Volumina ist in diesem Fall darauf zurückzuführen, dass leichtere Arsenatome signifikant enger gepackt sind als Antimonatome anstelle ähnlicher Größe. Mit anderen Worten, ähnlich große Atome würden dazu führen, dass ein Mol Arsen 63% größer als ein Mol Antimon ist, mit einer entsprechend geringeren Dichte, so dass sein Volumen sein Wärmekapazitätsverhalten genauer widerspiegeln kann.,

Wirkung von Verunreinigungen

Manchmal können kleine Verunreinigungskonzentrationen die spezifische Wärme stark beeinflussen, beispielsweise in halbleitenden ferromagnetischen Legierungen.

Spezifische Wärme von Flüssigkeitenedit

Eine allgemeine Theorie der Wärmekapazität von Flüssigkeiten wurde noch nicht erreicht und ist immer noch ein aktives Forschungsgebiet. Es wurde lange angenommen, dass die Phononentheorie die Wärmekapazität von Flüssigkeiten nicht erklären kann, da Flüssigkeiten nur longitudinale, aber nicht transversale Phononen aufrechterhalten, die in Festkörpern für 2/3 der Wärmekapazität verantwortlich sind., Brillouin-Streuexperimente mit Neutronen und mit Röntgenstrahlen, die eine Intuition von Yakov Frenkel bestätigen, haben jedoch gezeigt, dass transversale Phononen in Flüssigkeiten existieren, wenn auch auf Frequenzen oberhalb einer Schwelle beschränkt, die als Frenkel-Frequenz bezeichnet wird. Da die meiste Energie in diesen Hochfrequenzmodi enthalten ist, reicht eine einfache Modifikation des Debye-Modells aus, um eine gute Annäherung an experimentelle Wärmekapazitäten einfacher Flüssigkeiten zu erzielen.,

Aufgrund hoher Kristallbindungsenergien werden die Auswirkungen des Einfrierens des Schwingungsmodus häufiger in Festkörpern als in Flüssigkeiten beobachtet: Beispielsweise ist die Wärmekapazität von flüssigem Wasser bei nahezu gleicher Temperatur doppelt so hoch wie die von Eis und liegt wieder nahe an der 3R pro Mol Atome des Dulong–Petit theoretischen Maximums.

Amorphe Materialien können als eine Art Flüssigkeit bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur betrachtet werden. Unterhalb der Glasübergangstemperatur befinden sich amorphe Materialien im festen (glasigen) Zustand., Die spezifische Wärme weist bei der Glasübergangstemperatur charakteristische Diskontinuitäten auf, die durch das Fehlen im glasigen Zustand von perkolierenden Clustern aus gebrochenen Bindungen (Elektronen) verursacht werden, die nur in der flüssigen Phase vorhanden sind. Oberhalb der Glasübergangstemperatur ermöglichen perkolierende Cluster, die durch gebrochene Bindungen gebildet werden, eine stabilere Struktur und damit einen größeren Freiheitsgrad für Atombewegungen, was zu einer höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten führt., Unterhalb der Glasübergangstemperatur gibt es keine ausgedehnten Cluster von gebrochenen Bindungen und die Wärmekapazität ist kleiner, da die Festkörperstruktur (glasig) aus amorphem Material steifer ist.Die Diskontinuitäten in der Wärmekapazität werden typischerweise verwendet, um die Glasübergangstemperatur zu erfassen, bei der sich eine unterkühlte Flüssigkeit in ein Glas umwandelt.

Wirkung von Wasserstoffbindungenedit

Wasserstoffhaltige polare Moleküle wie Ethanol, Ammoniak und Wasser weisen in ihrer flüssigen Phase starke, intermolekulare Wasserstoffbindungen auf., Diese Bindungen bieten einen anderen Ort, an dem Wärme als potentielle Schwingungsenergie gespeichert werden kann, selbst bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Wasserstoffbindungen erklären die Tatsache, dass flüssiges Wasser selbst bei relativ niedrigen Temperaturen (d. H. In der Nähe des Gefrierpunkts von Wasser) fast die theoretische Grenze von 3R pro Mol Atomen speichert.