Номер 1, страница 23 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 7. Электрический ток в электролитах. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 1, страница 23.

В О П Р О С Ы

1. Почему при растворении в воде кристаллический диэлектрик с ионной решёткой превращается в проводник?

Кристаллический диэлектрик с ионной решёткой, например, поваренная соль (NaCl), в твёрдом состоянии является изолятором. Это связано с тем, что составляющие его ионы (положительные Na⁺ и отрицательные Cl⁻) прочно зафиксированы в узлах кристаллической решётки и не могут свободно перемещаться. Проводимость вещества определяется наличием свободных носителей заряда, которых в ионном кристалле нет.

При растворении в воде происходит процесс, превращающий это вещество в проводник (электролит). Это обусловлено двумя ключевыми свойствами воды:

Во-первых, молекулы воды (H₂O) полярны. Они представляют собой диполи, где на атоме кислорода сосредоточен частичный отрицательный заряд (δ-), а на атомах водорода — частичные положительные заряды (δ+). Благодаря этому, при контакте с ионным кристаллом молекулы воды притягиваются к его ионам: отрицательными полюсами к катионам (положительным ионам) и положительными полюсами к анионам (отрицательным ионам). Ионы окружаются "шубой" из молекул воды — происходит процесс гидратации.

Во-вторых, вода обладает очень высокой диэлектрической проницаемостью (относительная диэлектрическая проницаемость $ \varepsilon \approx 81 $). Сила электростатического взаимодействия (кулоновская сила) между ионами в среде ослабляется в $ \varepsilon $ раз по сравнению с вакуумом. Таким образом, в воде сила притяжения между ионами Na⁺ и Cl⁻ становится примерно в 81 раз слабее, чем в кристалле.

Совместное действие гидратации и значительного ослабления электростатических сил приводит к разрушению кристаллической решётки. Ионы отрываются от неё и переходят в раствор, где могут свободно и хаотично двигаться. Этот процесс распада кристалла на свободные гидратированные ионы называется электролитической диссоциацией.

В результате в растворе появляются свободные носители заряда — подвижные ионы. Если в такой раствор поместить электроды и создать электрическое поле, ионы начнут двигаться упорядоченно: положительные катионы — к отрицательному электроду (катоду), а отрицательные анионы — к положительному электроду (аноду). Такое направленное движение заряженных частиц и есть электрический ток. Следовательно, раствор ионного кристалла в воде является проводником.

Ответ: При растворении в воде кристаллический диэлектрик с ионной решёткой превращается в проводник, потому что происходит процесс электролитической диссоциации. Полярные молекулы воды взаимодействуют с ионами кристалла, а высокая диэлектрическая проницаемость воды сильно ослабляет силы притяжения между ними. Это приводит к разрушению кристаллической решётки и появлению в растворе свободных подвижных ионов, которые являются носителями электрического заряда.