Se você já caminhou pela praia em um dia ensolarado e mergulhou os dedos dos pés na água para se refrescar depois da areia quente, você aproveitou o calor específico da água.

Apesar de parecer, o calor específico não se refere à temperatura exata de algo. É um conceito científico mais amplo que tem a ver com a energia necessária para aquecer uma substância. Como você deve ter notado no exemplo, nem todas as substâncias aquecem na mesma proporção — daí as diferentes temperaturas da areia e da água.

O calor específico da água é uma das suas características mais interessantes. Neste artigo, abordaremos o que é o calor específico, qual equação você usa para determinar o calor específico e por que o calor específico da água é tão alto.

O fogão, a panela, a água e o vapor têm diferentes calores específicos.

O que é calor específico?

O calor específico é uma medida da capacidade térmica, ou quanto calor um material pode armazenar ao mudar de temperatura. Uma alta capacidade de calor significa que uma substância pode absorver muito calor antes de registrar uma mudança de temperatura - pense em quanto tempo leva para uma panela esquentar ao toque no fogão versus quanto tempo a água de dentro leva para esquentar . Isso significa que a água tem uma capacidade térmica maior – ela pode armazenar mais calor antes de mudar de temperatura.

notas de rodapé de marcação

Calor específico refere-se à quantidade exata de calor necessária para tornar uma unidade de massa de uma substância um grau mais quente. Voltando ao nosso exemplo, o calor específico identificaria exatamente quanto calor é necessário para tornar uma unidade de água, como uma chávena, um grau mais quente.

Como o calor é realmente uma medida de transferência de energia, é mais correto dizer que calor específico é na verdade uma declaração de quanto energia uma substância pode ser absorvida antes de uma mudança de um grau na temperatura.

O calor específico é normalmente medido em Joules e quilojoules por grama de massa, com Celsius como medida de temperatura. Quilogramas e Fahrenheit podem ser usados, mas é mais raro.

O calor específico de uma substância pode ser afetado pela temperatura e pressão, portanto o calor específico é normalmente determinado a temperatura e pressão constantes, normalmente 25 graus Celsius.

Qual é a equação para calor específico?

A equação para calcular o calor específico é:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ representa a quantidade de calor, $s$ o calor específico (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m a massa da substância em gramas e $ΔT$ a mudança observada em temperatura.

Diferentes tipos de água, como a água do mar, podem ter diferentes calores específicos.

Qual é o calor específico da água?

Algumas substâncias aquecem rapidamente, enquanto outras aquecem lentamente. A água é uma destas últimas – tem uma elevada capacidade de calor específico porque requer mais energia para aumentar a temperatura.

A água tem capacidade térmica específica de 4.182 J/kg°C. Como a água é uma substância tão importante e comum, temos até uma forma especial de identificar a quantidade de energia necessária para aumentar um grama de água em um grau Celsius – uma Caloria. Isso é diferente do tipo de caloria de que falamos nos alimentos. Esse tipo de caloria equivale a 1.000 calorias, razão pela qual as calorias relacionadas aos alimentos também são chamadas de quilocalorias ou kcal.

O calor específico da água é um pouco maior do que muitas outras substâncias comuns. Por exemplo, o calor específico do ferro é 449 J/kg°C, da areia é 830 J/kg°C e da madeira de carvalho é 2.400 J/kg°C.

Isso porque a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, é eletronegativa. É mais provável que um átomo eletronegativo atraia elétrons para si, porque um lado do átomo terá uma carga parcialmente positiva e o outro terá uma carga parcialmente negativa. Os lados com carga oposta são naturalmente atraídos um para o outro, formando uma ligação de hidrogênio mais fraca. É por isso que a água é capaz de fluir por si mesma, mas também de se unir – está constantemente formando e quebrando essas ligações.

pilha em java

Essas ligações também são a razão pela qual a água líquida tem um calor específico alto. Qualquer energia investida no aquecimento da água é dividida entre a quebra das ligações e o aquecimento da água. Devido a esta, é necessária mais energia para aquecer a água do que outras substâncias.

Por exemplo, se você estiver na praia em um dia ensolarado, notará que a areia costuma estar bastante quente para caminhar, mas a água sempre parece fria, mesmo em águas rasas. Isso ocorre porque a areia tem uma capacidade de calor específico mais baixa – é necessária menos energia para aumentar a temperatura em um grau. Como a água tem uma alta capacidade térmica, é necessária mais energia para aumentar a temperatura em um grau. O sol emite uma taxa de energia mais ou menos constante, que aquece a areia mais rapidamente e a água mais lentamente.

A areia tem um calor específico muito menor que a água – é por isso que ela esquenta tão rápido!

Tabela de Calor Específico

Se você ainda não está familiarizado com Joules e Calorias, esses números podem parecer um pouco abstratos. Dê uma olhada nesta tabela para se familiarizar com alguns calores específicos comuns de acordo com Joules e Calorias, e compare-os com o que você sabe sobre como essas substâncias aquecem!

Qual é o próximo?

Pronto para mais conhecimento científico relacionado à água?Saiba tudo sobre compostos absorventes de água (apropriadamente chamados de hidratos) e a densidade da água .

Se o calor específico da água deixa você entusiasmado com a química, a química AP pode ser para você! Veja isso Programa de química AP para saber mais sobre quais tópicos serão abordados.

Ou talvez você já esteja cursando química avançada e esteja procurando algumas dicas e truques para se sair bem no exame. Veja isso guia para o exame de química AP para tudo que você precisa saber!

Se você ainda não está pronto para o exame, mas precisa de um impulso extra em seu curso avançado de química, este guia de estudo de Química AP pode ser exatamente o que você está procurando.