Номер 2, страница 319 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 12. Твёрдое тело. Параграф 67. Кристаллизация и плавление твёрдых тел. Вопросы - номер 2, страница 319.

Условие.

2. Почему при кристаллизации жидкости происходит резкий переход от неупорядоченного расположения частиц к упорядоченному?

Решение.

2. Резкий переход от неупорядоченного расположения частиц к упорядоченному при кристаллизации жидкости является фазовым переходом первого рода и объясняется несколькими ключевыми факторами.

Энергетическая выгодность. В жидком состоянии частицы (атомы, молекулы) обладают высокой кинетической энергией и движутся хаотично. Силы межмолекулярного притяжения не могут удержать их в строгом порядке. При охлаждении кинетическая энергия частиц уменьшается. Упорядоченное расположение частиц в кристаллической решетке соответствует состоянию с минимальной потенциальной энергией. Система всегда стремится к состоянию с наименьшей энергией, поэтому при достижении определенной температуры (точки кристаллизации) переход в твердое, упорядоченное состояние становится энергетически выгодным.

Механизм кристаллизации. Переход не происходит одновременно во всем объеме. Он начинается с образования микроскопических зародышей новой, твердой фазы — центров кристаллизации. Эти зародыши служат "основой", на которой начинают расти кристаллы. Как только условия становятся благоприятными, эти центры появляются и начинают быстро расти.

Кооперативный характер перехода. Самое главное, что объясняет "резкость" — это кооперативный (коллективный) характер процесса. Как только образовался стабильный зародыш кристалла, он действует как матрица. Частицам жидкости гораздо легче и энергетически выгоднее присоединиться к уже существующей упорядоченной структуре, чем формировать новую. Присоединение одной частицы облегчает присоединение следующей, и процесс распространяется лавинообразно. Это не постепенное "застывание" каждой частицы по отдельности, а коллективный, быстрый "щелчок", при котором большая группа частиц практически одновременно переходит в упорядоченное состояние. Этот скачкообразный переход и воспринимается как резкий.

Ответ: Резкий переход при кристаллизации обусловлен тем, что это кооперативный фазовый переход, при котором система скачкообразно переходит в состояние с минимальной потенциальной энергией. При достижении температуры кристаллизации образуются центры упорядоченной структуры (кристаллические зародыши), к которым затем лавинообразно присоединяются окружающие частицы жидкости, так как это энергетически наиболее выгодное состояние. Процесс происходит не постепенно по всему объему, а через быстрый коллективный рост кристаллов, что и определяет его резкость.