Номер 3, страница 205, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Задания для проектно-исследовательской деятельности. Глава V. Молекулярная физика - номер 3, страница 205.

Условие.

3. Очистка воды замораживанием

Цель: исследовать возможность очистки воды замораживанием.

В пол-литровую банку воды капните несколько капель чёрной туши и хорошо перемешайте воду.

Налейте часть загрязнённой воды в пластиковый стакан. Оставшаяся в банке вода понадобится в конце опыта.

Вырежьте в поролоновой губке углубление под стакан на половину её высоты. Стакан должен входить в углубление без зазора.

Стакан с загрязнённой водой на сделанной вами подставке поместите в морозильную камеру холодильника. Через каждый час смотрите, какая часть воды замёрзла. Когда замёрзнет примерно одна треть раствора (лёд будет вверху), выньте стакан из морозильной камеры.

Аккуратно выньте лёд и положите его на тарелку (рис. 1).

Рис. 1

Сравните на глаз прозрачность льда и воды, оставшейся в стакане. Сделайте вывод и запишите его. Найдите в Интернете объяснение обнаруженному вами явлению, а также информацию о применении очистки воды замораживанием.

Решение 2.

Сравните на глаз прозрачность льда и воды, оставшейся в стакане.

При визуальном осмотре видно, что лёд, образовавшийся в верхней части стакана, почти полностью прозрачен. Вода же, которая осталась в жидком состоянии под слоем льда, стала значительно темнее и мутнее, чем первоначальный раствор. Это говорит о том, что концентрация туши в незамёрзшей воде увеличилась.

Ответ: Лёд оказался прозрачным, в то время как оставшаяся вода стала более тёмной и концентрированной.

Сделайте вывод и запишите его.

В ходе эксперимента было установлено, что при замерзании раствора примесей в воде (в данном случае туши) в первую очередь кристаллизуется чистая вода. Примеси вытесняются из формирующейся кристаллической решётки льда и остаются в жидкой части раствора. Следовательно, метод частичного замораживания можно использовать для очистки воды от некоторых видов примесей.

Ответ: Воду можно очистить от растворённых примесей путём частичного замораживания с последующим удалением незамёрзшего, более концентрированного раствора.

Найдите в Интернете объяснение обнаруженному вами явлению, а также информацию о применении очистки воды замораживанием.

Объяснение явления:

Это явление основано на законах кристаллизации. Когда вода начинает замерзать, её молекулы ($H_2O$) выстраиваются в упорядоченную гексагональную кристаллическую решётку. Молекулы и частицы примесей (соли, органические красители и т.д.) имеют другую структуру, размер и заряд, поэтому они не могут встроиться в эту решётку. Растущие кристаллы льда "выталкивают" инородные частицы в оставшуюся жидкую фазу. В результате образуется лёд, состоящий преимущественно из чистой воды, а концентрация примесей в незамёрзшей воде повышается. Этот процесс также является причиной того, что солёная вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная.

Применение очистки воды замораживанием:

Метод очистки воды вымораживанием (фракционная кристаллизация) используется в различных сферах:

1. Опреснение морской воды. Это один из естественных и промышленных способов получения пресной воды. Морской лёд содержит значительно меньше соли, чем вода, из которой он образовался.

2. Очистка промышленных стоков. Метод позволяет отделить чистую воду от концентрированного раствора загрязняющих веществ, что упрощает их дальнейшую переработку или утилизацию.

3. Пищевая промышленность. Технология применяется для повышения концентрации соков, вина, пива (например, сорт пива "айсбок") и других жидких продуктов путём удаления из них части воды в виде льда.

4. Бытовое применение. В домашних условиях можно получить талую воду, которая по своей чистоте близка к дистиллированной. Такую воду используют для питья, полива растений или для бытовых приборов, чувствительных к накипи (утюги, увлажнители воздуха).

Ответ: Явление объясняется тем, что при кристаллизации молекулы воды образуют упорядоченную решётку, вытесняя из неё молекулы примесей. Этот метод применяется для опреснения воды, очистки стоков, в пищевой промышленности и в быту для получения чистой воды.