Номер 2, страница 118 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 24. Соединения кремния. Глава 1. Неметаллы - номер 2, страница 118.

Условие.

2. Почему кварцевая посуда, раскаленная в пламени, не трескается, даже если её опустить в холодную воду?

Решение.

Решение 2.

2. Причина, по которой раскаленная кварцевая посуда не трескается при резком охлаждении, кроется в ее уникальном физическом свойстве — чрезвычайно низком коэффициенте теплового расширения.

Когда любое тело нагревают, его размеры увеличиваются, а при охлаждении — уменьшаются. Это явление называется тепловым расширением. Изменение линейного размера тела (${\Delta L}$) можно описать формулой:
${\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T}$
где ${L_0}$ — первоначальная длина, ${\Delta T}$ — изменение температуры, а ${\alpha}$ — коэффициент линейного теплового расширения, который является характеристикой материала.

Когда раскаленную посуду опускают в холодную воду, ее наружные слои начинают быстро охлаждаться и сжиматься. Внутренние же слои остаются горячими и сохраняют свои размеры. Из-за этой разницы в деформации в материале возникают огромные внутренние механические напряжения.

У обычного стекла (например, натриево-кальциево-силикатного) коэффициент теплового расширения довольно высок (около ${9 \times 10^{-6} \, K^{-1}}$). Поэтому при резком охлаждении возникающие напряжения превышают предел прочности материала, и стекло трескается.

Кварцевое стекло (плавленый кварц) имеет аномально низкий коэффициент теплового расширения (около ${0.55 \times 10^{-6} \, K^{-1}}$), который примерно в 15-20 раз меньше, чем у обычного стекла. Из-за этого даже при очень большом перепаде температур (${\Delta T}$), изменение размеров кварцевой посуды (${\Delta L}$) оказывается незначительным. Следовательно, внутренние напряжения, возникающие при резком охлаждении, слишком малы, чтобы разрушить материал. Посуда остается целой.

Ответ: Кварцевая посуда не трескается из-за своего очень низкого коэффициента теплового расширения. При резком охлаждении она сжимается настолько незначительно, что в ней не возникают критические внутренние напряжения, способные привести к разрушению.