Номер 343, страница 51, часть 1 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Парфентьева

Часть 1. 10 класс. Молекулярная физика. Тепловые явления. Основы молекулярно-кинетической теории. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Молекулы - номер 343, страница 51.

Условие.

343. [277] Для получения смеси воды и спирта объёмом $100 \text{ см}^3$ при $15 \text{ °C}$ необходим спирт объёмом $10 \text{ см}^3$ и вода объёмом $90,7 \text{ см}^3$. Почему объём смеси меньше объёма составляющих её компонент?

Решение.

Дано:

Объем смеси: $V_{смеси} = 100 \text{ см}^3$

Объем спирта: $V_{спирта} = 10 \text{ см}^3$

Объем воды: $V_{воды} = 90,7 \text{ см}^3$

Температура: $t = 15^\circ\text{C}$

Перевод в систему СИ:

$V_{смеси} = 100 \times 10^{-6} \text{ м}^3 = 10^{-4} \text{ м}^3$

$V_{спирта} = 10 \times 10^{-6} \text{ м}^3 = 10^{-5} \text{ м}^3$

$V_{воды} = 90,7 \times 10^{-6} \text{ м}^3 \approx 9,1 \times 10^{-5} \text{ м}^3$

Найти:

Объяснить, почему объем смеси меньше суммы объемов ее компонентов.

Решение:

Это явление связано со строением вещества на молекулярном уровне. Найдем сумму объемов исходных компонентов:

$V_{сумма} = V_{спирта} + V_{воды} = 10 \text{ см}^3 + 90,7 \text{ см}^3 = 100,7 \text{ см}^3$

Полученный объем смеси $V_{смеси} = 100 \text{ см}^3$, что меньше суммы объемов ее составляющих ($100 \text{ см}^3 < 100,7 \text{ см}^3$). Это явление называется контракцией (сжатием) объема.

Объяснение этому заключается в следующем:

1. Все вещества состоят из молекул, между которыми существуют промежутки (межмолекулярное пространство). Молекулы воды ($H_2O$) и спирта (например, этанола $C_2H_5OH$) имеют разные размеры. При смешивании более мелкие молекулы воды проникают в промежутки между более крупными молекулами спирта. В результате такого "взаимопроникновения" молекулы упаковываются плотнее, и общий объем системы уменьшается.

2. Между молекулами воды и спирта действуют силы взаимного притяжения (водородные связи). При смешивании образуются новые связи между молекулами воды и спирта. Эти силы притяжения заставляют молекулы располагаться ближе друг к другу, чем в исходных жидкостях, что также ведет к уменьшению общего объема.

Таким образом, объем смеси не является простой суммой объемов ее компонентов из-за особенностей взаимодействия и расположения молекул.

Ответ:

Объем смеси меньше суммы объемов составляющих ее компонент из-за того, что молекулы разных веществ (воды и спирта) имеют разный размер и могут проникать в промежутки друг между другом. Кроме того, силы межмолекулярного притяжения между молекулами воды и спирта заставляют их располагаться плотнее, что приводит к уменьшению общего объема смеси.