Номер 4, страница 176 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

4. В каких случаях свойства материалов претерпевают качественные изменения?

Свойства материалов претерпевают качественные изменения в случаях, когда происходит изменение их химического состава, фазового состояния или внутренней структуры. Эти изменения могут быть обратимыми или необратимыми, но они всегда приводят к появлению у материала новых, отличных от первоначальных, характеристик. Ниже рассмотрены основные случаи.

1. Химические реакции. Это процессы, в ходе которых одни вещества (реагенты) превращаются в другие вещества (продукты) с иным составом молекул и, следовательно, с совершенно новыми химическими и физическими свойствами. В ходе реакций разрываются старые химические связи и образуются новые.
Примеры:
- Коррозия металлов: железо (Fe), относительно прочный металл, при взаимодействии с кислородом и водой превращается в ржавчину (гидроксид железа(III), $Fe(OH)_3$), хрупкое порошкообразное вещество.
- Горение: древесина (состоящая в основном из целлюлозы) при сгорании превращается в золу, углекислый газ и воду, полностью теряя свои первоначальные механические свойства.
- Приготовление пищи: при жарке или варке белки в яйце денатурируют, меняя свою структуру, цвет и консистенцию. Это тоже пример качественного химического превращения.

2. Фазовые переходы. Это переходы вещества из одного агрегатного состояния (твердое, жидкое, газообразное, плазма) в другое. Фазовые переходы сопровождаются скачкообразным изменением физических свойств, таких как плотность, теплоемкость, вязкость и внутренняя структура, при определенных значениях температуры и давления.
Примеры:
- Плавление и кристаллизация: лед (твердая вода) при 0°C превращается в жидкую воду. При этом кардинально меняются такие свойства, как текучесть и структура (от упорядоченной кристаллической к неупорядоченной).
- Испарение и конденсация: вода при кипении превращается в пар. Пар имеет значительно меньшую плотность и большую сжимаемость по сравнению с жидкостью.
- Сублимация: твердый диоксид углерода («сухой лед») при атмосферном давлении переходит непосредственно в газообразное состояние, минуя жидкую фазу.

3. Изменения внутренней структуры в твердом состоянии. Даже оставаясь в твердом состоянии, материал может качественно изменить свои свойства из-за перестройки его внутренней, чаще всего кристаллической, структуры.
Примеры:
- Полиморфные (аллотропные) превращения: Углерод существует в виде нескольких аллотропных модификаций, таких как графит (мягкий, электропроводный) и алмаз (сверхтвердый, диэлектрик). Переход из одной формы в другую (например, графита в алмаз при высоких давлениях и температурах) является качественным изменением свойств. Аналогично, железо при нагревании выше 912°C меняет свою кристаллическую решетку, что критически важно в металлургии.
- Термическая обработка сплавов: Закалка стали (быстрое охлаждение с высокой температуры) приводит к образованию очень твердой, но хрупкой структуры (мартенсита). Последующий отпуск (нагрев до более низкой температуры) делает сталь менее твердой, но более вязкой и прочной. Свойства меняются качественно, хотя химический состав остается прежним.
- Радиационное воздействие: Интенсивное облучение (например, нейтронами в ядерном реакторе) может вызывать многочисленные дефекты в кристаллической решетке материала, что приводит к его охрупчиванию, изменению размеров и других физических свойств.

Ответ:
Качественные изменения свойств материалов происходят в трех основных случаях:
1. При химических реакциях, которые изменяют химический состав вещества (например, горение, коррозия).
2. При фазовых переходах, которые изменяют агрегатное состояние вещества (например, плавление, кипение).
3. При изменении внутренней структуры вещества без смены агрегатного состояния (например, полиморфные превращения, термическая обработка, радиационное облучение).