Definición de calor atómico

1. Cantidad de calor, medida en Calorías, que se requiere para elevar un grado centígrado la temperatura de un átomo gramo de un elemento químico (v. Peso atómico y molecular, Atomo gramo). Es numéricamente igual al producto del peso atómico del elemento por su Calor específico, en calorías por gramo y por grado. En 1819, P. L. Dulong y A. T. Petit establecieron la ley empírica que lleva sus nombres según la cual el calor atómico de un elemento a la temperatura ordinaria es de unas 6 calorías por átomo gramo y por grado centígrado. En la tabla adjunta se indican algunos ejemplos y también una excepción, la del carbono, cuyo calor atómico es inferior a 3.
   
   Otros elementos ligeros, como el berilio y el boro, presentan también calores atómicos inferiores a 6. Aun en los casos en que mejor se cumple, metales y elementos sólidos de peso atómico superior a 30, la ley no es exacta. Investigaciones posteriores han puesto de manifiesto que los calores atómicos de todos los elementos descienden por debajo de 6 al disminuir la temperatura y tienden hacia 0 conforme ésta se aproxima al Cero absoluto. A temperaturas muy elevadas, los calores atómicos del carbono y de otros elementos ligeros se acercan a 6.
   
   La Teoría cinética clásica permite explicar el que los elementos sólidos presenten calores atómicos próximos al valor 6: los átomos de un sólido, aunque relativamente fijos en la red cristalina, pueden vibrar sobre sus posiciones de equilibrio. Como toda vibración puede definirse matemáticamente como compuesta por vibraciones paralelas a tres ejes coordenados, se dice que los átomos de un sólido tienen tres «grados de libertad». Ahora bien, como el átomo posee en cada uno de ellos y por término medio cantidades iguales de energía cinética y potencial, dispone de seis maneras para absorberla. Una conclusión importante de esta teoría es que la energía absorbida se distribuye por igual entre estas seis posibilidades. Así, para un átomo gramo de un elemento, la cantidad de calor que corresponde a cada una de ellas, por grado de elevación de la temperatura, es de 0,993 cal que, multiplicada por 6, da un número muy cercano a seis, de acuerdo con la ley de Dulong y Petit.
   
   La teoría cinética clásica es, sin embargo, incapaz de explicar por qué los calores atómicos de los sólidos varían con la temperatura. Albert Einstein logró algunos progresos en este sentido empleando la Teoría cuántica y estableciendo ciertas hipótesis sobre la naturaleza de la vibración atómica en los sólidos. Ampliando estas ideas P. J. W. Debye obtuvo una complicada ecuación que describe más satisfactoriamente la relación existente entre la capacidad calorífica de un elemento y su temperatura.

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