Номер 2, страница 221 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.5. Кипение - номер 2, страница 221.

Условие.

2. Чем объясняется различие температур кипения жидкостей?

Решение.

Различие температур кипения различных жидкостей объясняется несколькими основными факторами, главным из которых является сила взаимодействия между молекулами вещества.

1. Межмолекулярные взаимодействия

Это основной фактор, определяющий температуру кипения при одинаковом внешнем давлении. Кипение — это процесс, при котором молекулы жидкости получают достаточно энергии, чтобы преодолеть силы притяжения, удерживающие их вместе, и перейти в газообразное состояние (пар). Чем сильнее эти силы, тем больше энергии (а значит, и более высокая температура) требуется для их преодоления.

• Водородные связи: Самый сильный тип межмолекулярного взаимодействия. Вещества, молекулы которых способны образовывать водородные связи (например, вода H₂O, спирты, аммиак NH₃), имеют аномально высокие температуры кипения. Например, у воды температура кипения 100 °C.
• Диполь-дипольные взаимодействия: Возникают между полярными молекулами (молекулами, у которых есть постоянный дипольный момент). Эти силы слабее водородных связей. Пример: ацетон (56 °C).
• Лондоновские дисперсионные силы: Самый слабый тип взаимодействия, существующий между всеми молекулами, но являющийся основным для неполярных молекул. Их сила зависит от размера и формы молекулы (чем больше молекула, тем сильнее эти силы). Пример: метан CH₄ кипит при -161,5 °C, а более крупный бутан C₄H₁₀ — при -0,5 °C.

2. Внешнее давление

Температура кипения — это температура, при которой давление насыщенного пара жидкости становится равным внешнему давлению. Математически это условие выглядит так: $P_{нас.пара} = P_{внешн}$.

• При понижении внешнего давления (например, высоко в горах) жидкость закипает при более низкой температуре, так как для достижения равенства давлений требуется меньшее давление пара.
• При повышении внешнего давления (например, в скороварке) температура кипения, наоборот, увеличивается.

Стандартная температура кипения измеряется при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа или 1 атмосфера).

3. Наличие растворенных веществ

Растворение в жидкости нелетучих веществ (например, соли или сахара в воде) приводит к повышению ее температуры кипения. Это происходит потому, что молекулы растворенного вещества занимают часть объема у поверхности жидкости, мешая молекулам растворителя испаряться, что снижает давление насыщенного пара при данной температуре. Чтобы достичь давления, равного внешнему, требуется более высокая температура.

Ответ: Различие температур кипения жидкостей в первую очередь объясняется разной силой межмолекулярных взаимодействий (водородные связи, диполь-дипольные и дисперсионные силы): чем сильнее притяжение между молекулами, тем выше температура кипения. Также температура кипения зависит от внешнего давления (с его ростом она увеличивается) и от наличия в жидкости растворенных нелетучих веществ (которые ее повышают).