Страница 10 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

3.5 [н] При комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении среднее расстояние между молекулами воздуха примерно равно $3,3 \cdot 10^{-7}$ см, а средний диаметр молекул воздуха — $0,3 \cdot 10^{-7}$ см. Мысленно увеличив молекулу до размеров рублёвой монеты, определите, на каком расстоянии в этом случае должна быть расположена ближайшая монета-молекула. Диаметр монеты можно посмотреть в таблице 3.

3.5 [н]

Дано

Среднее расстояние между молекулами воздуха, $l_1 = 3,3 \cdot 10^{-7}$ см
Средний диаметр молекулы воздуха, $d_1 = 0,3 \cdot 10^{-7}$ см
Диаметр рублевой монеты (новый диаметр «молекулы»), $d_2 = 20,5$ мм (стандартное значение для монеты Банка России номиналом 1 рубль)

Переведем все величины в единую систему измерения, например, в сантиметры (СИ в данном случае не обязательна, так как мы будем использовать соотношение величин):
$l_1 = 3,3 \cdot 10^{-7}$ см
$d_1 = 0,3 \cdot 10^{-7}$ см
$d_2 = 20,5 \text{ мм} = 2,05$ см

Найти:

Расстояние между монетами-молекулами, $l_2$.

Решение

Задача решается с помощью пропорции. При увеличении масштаба системы отношение размеров ее элементов остается неизменным. В данном случае отношение среднего расстояния между молекулами к их диаметру должно остаться таким же, как и отношение расстояния между монетами-молекулами к их диаметру.

Запишем это в виде математической пропорции:
$ \frac{l_2}{d_2} = \frac{l_1}{d_1} $

Из этой формулы можно выразить искомое расстояние $l_2$:
$ l_2 = d_2 \cdot \frac{l_1}{d_1} $

Сначала вычислим, во сколько раз среднее расстояние между молекулами воздуха больше их среднего диаметра:
$ \frac{l_1}{d_1} = \frac{3,3 \cdot 10^{-7} \text{ см}}{0,3 \cdot 10^{-7} \text{ см}} = \frac{3,3}{0,3} = 11 $

Таким образом, расстояние между молекулами в 11 раз превышает их диаметр. Следовательно, в увеличенной модели расстояние между монетами-молекулами также должно быть в 11 раз больше диаметра одной монеты.

Теперь мы можем рассчитать новое расстояние $l_2$:
$ l_2 = d_2 \cdot 11 = 2,05 \text{ см} \cdot 11 = 22,55 \text{ см} $

Полученный результат можно округлить или представить в метрах: $22,55 \text{ см} \approx 22,6 \text{ см} \approx 0,23 \text{ м}$.

Ответ: ближайшая монета-молекула должна быть расположена на расстоянии 22,55 см.

3.6 [44] Можно ли сказать, что объём газа в сосуде равен сумме объёмов его молекул?

3.6 [44]

Нет, так сказать нельзя. Утверждение, что объём газа в сосуде равен сумме объёмов его молекул, является неверным.

Разберёмся почему:

1. По определению, объём газа — это объём пространства, которое он занимает. Молекулы газа находятся в постоянном хаотическом движении и не связаны или очень слабо связаны друг с другом силами межмолекулярного взаимодействия. Вследствие этого газ расширяется до тех пор, пока не заполнит весь предоставленный ему объём. Таким образом, объём газа равен объёму сосуда, в котором он находится.
2. Основное положение молекулярно-кинетической теории для газов гласит, что расстояния между молекулами газа во много раз превышают размеры самих молекул. Это означает, что подавляющая часть объёма, занятого газом, представляет собой пустое пространство. Собственный же объём, занимаемый непосредственно частицами (молекулами), составляет лишь ничтожно малую долю от общего объёма сосуда.
3. Для наглядности можно привести пример. При нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) суммарный собственный объём молекул в газе составляет примерно 0,1% от объёма, который этот газ занимает. Если обозначить объём газа как $V_{газа}$, а сумму собственных объёмов его молекул как $\sum V_{мол}$, то для газов всегда выполняется условие: $V_{газа} \gg \sum V_{мол}$

В отличие от газов, в жидкостях и твёрдых телах молекулы расположены плотно друг к другу, и их собственный объём уже сопоставим с общим объёмом вещества. Именно поэтому пренебрежение собственным объёмом молекул является одним из ключевых допущений в модели идеального газа.

Ответ: Нет, нельзя. Объём газа — это объём сосуда, который он полностью занимает благодаря хаотическому движению молекул. Сумма же собственных объёмов молекул газа ничтожно мала по сравнению с объёмом сосуда, так как основную часть этого объёма составляет пустое пространство между молекулами.

3.7 [50] Одинаковы ли объёмы и состав молекул у различных веществ?

Объёмы молекул

Нет, объёмы молекул у различных веществ не одинаковы. Молекулы состоят из атомов, которые различаются по размеру в зависимости от химического элемента. Кроме того, молекулы разных веществ содержат разное количество атомов. Объём молекулы зависит как от размеров составляющих её атомов, так и от их количества и пространственного расположения (структуры). Например, молекула воды ($H_2O$) состоит из трех атомов и значительно меньше по объёму, чем, например, молекула глюкозы ($C_6H_{12}O_6$), которая состоит из 24 атомов. Таким образом, поскольку разные вещества состоят из разных по размеру и количеству атомов, объёмы их молекул также различны.

Состав молекул

Нет, состав молекул у различных веществ также не одинаков. Именно состав молекул, то есть тип и количество атомов, входящих в неё, является основной характеристикой, которая отличает одно вещество от другого и определяет его уникальные физические и химические свойства. Например, вода состоит из молекул с составом $H_2O$, а перекись водорода — из молекул $H_2O_2$. Хотя оба вещества состоят из одних и тех же элементов (водорода и кислорода), разное количество атомов кислорода в молекуле делает их совершенно разными веществами с разными свойствами. Следовательно, каждое уникальное вещество имеет свой уникальный состав молекул.

Ответ:

Нет, ни объёмы, ни состав молекул у различных веществ не являются одинаковыми. Различия в составе и, как следствие, в размере и строении молекул являются фундаментальной причиной, по которой вещества обладают разными свойствами.

3.8* [47*] Под действием груза поршень в цилиндре опустился в положение 2 (рис. I-15). Когда же груз удалили, то поршень занял прежнее положение 1. Как при этом изменилось отношение объёма воздуха, находящегося под поршнем, к сумме объёмов его молекул?

Решение

Обозначим объём воздуха под поршнем в положении 1 (когда груз удален) как $V_1$, а в положении 2 (когда груз находится на поршне) — как $V_2$. Согласно условию задачи, под действием груза поршень опускается в положение 2, что означает сжатие воздуха под ним. Когда груз удаляют, поршень возвращается в положение 1, и воздух расширяется. Следовательно, объём воздуха в положении 1 больше, чем в положении 2: $V_1 > V_2$.

Теперь рассмотрим сумму объёмов молекул воздуха. Обозначим эту величину как $V_{мол}$. Она равна произведению числа молекул воздуха под поршнем $N$ на собственный объём одной молекулы $v_0$:

$V_{мол} = N \cdot v_0$

Поскольку поршень герметично закрывает цилиндр, количество воздуха под ним не меняется, то есть число молекул $N$ остаётся постоянным в обоих положениях. Собственный объём одной молекулы $v_0$ также является физической константой для данного вещества (воздуха) и не зависит от внешних условий, таких как давление или объём, занимаемый газом. Следовательно, сумма объёмов всех молекул $V_{мол}$ является постоянной величиной.

Нам нужно определить, как изменилось отношение объёма воздуха к сумме объёмов его молекул, то есть величина $K = \frac{V_{воздуха}}{V_{мол}}$, при переходе из положения 2 в положение 1.

В положении 2 это отношение равно:

$K_2 = \frac{V_2}{V_{мол}}$

В положении 1 это отношение равно:

$K_1 = \frac{V_1}{V_{мол}}$

Так как $V_1 > V_2$ и знаменатель $V_{мол}$ — положительная постоянная величина, то мы можем сравнить дроби $K_1$ и $K_2$. Из неравенства $V_1 > V_2$ следует, что:

$\frac{V_1}{V_{мол}} > \frac{V_2}{V_{мол}}$

Таким образом, $K_1 > K_2$. Это означает, что при снятии груза (переходе из положения 2 в положение 1) отношение объёма воздуха к сумме объёмов его молекул увеличилось.

Ответ: отношение объёма воздуха, находящегося под поршнем, к сумме объёмов его молекул увеличилось.

3.9 [40] В герметичном стальном цилиндре с помощью поршня сжимают масло. При большом давлении капельки масла выступают на внешних стенках цилиндра. Чем это можно объяснить?

Это явление объясняется тем, что любое твердое вещество, включая сталь, не является абсолютно монолитным на микроскопическом уровне. В его кристаллической структуре всегда присутствуют микроскопические дефекты: поры, пустоты, границы между кристаллическими зернами. Жидкости, в свою очередь, состоят из молекул, которые могут перемещаться.

Когда поршень создает в цилиндре очень высокое давление, это давление, в соответствии с законом Паскаля, передается без изменений во все точки масла и на внутренние стенки цилиндра. Под действием этого огромного давления молекулы масла, имеющие очень малые размеры, начинают проникать в микропоры на внутренней поверхности стальной стенки. Постепенно они «продавливаются» через всю толщу металла, перемещаясь по этим микроскопическим каналам и дефектам. Этот процесс называется фильтрацией или просачиванием.

Достигнув внешней поверхности цилиндра, молекулы масла выходят наружу и, сливаясь вместе, образуют видимые капельки. Таким образом, кажущаяся герметичность и прочность стали нарушается при достаточно высоком давлении, которое заставляет жидкость просачиваться сквозь материал.

Ответ: При очень высоком давлении масло просачивается сквозь микроскопические поры и дефекты в кристаллической структуре стали, из которой сделан цилиндр, и выступает на его внешней поверхности.

3.10 [48] Приведите пример опыта, подтверждающего, что вещество состоит из молекул, разделенных промежутками.

3.10 [48]

Одним из наиболее наглядных опытов, подтверждающих, что вещество состоит из молекул, между которыми есть промежутки, является опыт по смешиванию двух различных жидкостей, например, воды и этилового спирта.

Ход опыта:
1. Возьмём два мерных сосуда (мензурки). В один нальём точно отмеренный объём воды, например, $V_{воды} = 50$ мл. В другой нальём такой же объём спирта, $V_{спирта} = 50$ мл.
2. Теоретически, суммарный объём двух жидкостей должен быть равен сумме их объёмов: $V_{теор} = V_{воды} + V_{спирта} = 50 \text{ мл} + 50 \text{ мл} = 100 \text{ мл}$.
3. Затем аккуратно сольём обе жидкости в один более крупный мерный сосуд и перемешаем их.

Наблюдение и результат:
После смешивания и прекращения всех движений жидкости мы увидим, что итоговый объём смеси $V_{практ}$ стал меньше, чем ожидаемые $100$ мл. Он составит приблизительно $96-97$ мл. Таким образом, происходит уменьшение объёма: $V_{практ} < V_{теор}$.

Объяснение:
Этот эффект объясняется основными положениями молекулярно-кинетической теории. Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (в данном случае молекул воды $H_2O$ и спирта $C_2H_5OH$). Между этими молекулами существуют промежутки. Молекулы разных веществ имеют разные размеры и форму. При смешивании молекулы одного вещества (например, спирта) проникают в промежутки между молекулами другого вещества (воды). В результате частицы "упаковываются" плотнее, чем в исходных жидкостях, что и приводит к уменьшению общего объёма смеси. Этот процесс можно сравнить со смешиванием стакана крупных шариков (например, гороха) и стакана мелких крупинок (например, песка). Общий объём смеси будет меньше, чем сумма объёмов гороха и песка по отдельности, так как песок заполнит пустоты между горошинами.

Другим ярким примером, доказывающим наличие межмолекулярных промежутков, является явление диффузии — самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого. Если в стакан с водой опустить кристаллик перманганата калия (марганцовки), то через некоторое время вся вода окрасится в фиолетовый цвет даже без перемешивания. Это происходит потому, что молекулы марганцовки, находясь в непрерывном хаотическом движении, проникают в пространство между молекулами воды.

Ответ: Примером опыта, подтверждающего наличие промежутков между молекулами, является смешивание $50$ мл воды и $50$ мл спирта. Итоговый объём смеси оказывается меньше $100$ мл (около $96-97$ мл), так как молекулы одного вещества проникают в промежутки между молекулами другого, что приводит к более плотной "упаковке" частиц.

3.1.1 [64] Если рассматривать в микроскоп каплю сильно разбавленного молока, то можно увидеть, что плавающие в жидкости мелкие капли масла непрерывно движутся. Объясните это явление.

3.1.1 [64]

Наблюдаемое явление называется броуновским движением. Суть его заключается в следующем.

Молоко является эмульсией — взвесью мельчайших капель жира (масла) в жидкости, которой в основном является вода. Согласно основным положениям молекулярно-кинетической теории, молекулы жидкости (воды) находятся в непрерывном, хаотическом и высокоскоростном тепловом движении.

Каждая капля масла, видимая в микроскоп, постоянно со всех сторон подвергается ударам со стороны невидимых молекул воды. Поскольку капля масла очень мала, а движение молекул воды хаотично, удары, которые она получает с разных сторон в каждый конкретный момент времени, не являются скомпенсированными. То есть число и сила ударов с одной стороны не равны в точности числу и силе ударов с другой стороны.

В результате этого на каплю масла действует некоторая неуравновешенная, результирующая сила, которая сдвигает ее в случайном направлении. В следующий момент времени конфигурация ударов меняется, и результирующая сила уже направлена в другую сторону, что заставляет каплю изменить направление своего движения. Этот процесс происходит непрерывно, что и приводит к наблюдаемой беспорядочной, зигзагообразной траектории движения капли.

Таким образом, броуновское движение является наглядным экспериментальным подтверждением существования молекул и их непрерывного хаотического теплового движения.

Ответ: Непрерывное и хаотичное движение мелких капель масла в разбавленном молоке — это броуновское движение. Оно вызвано неуравновешенными ударами молекул окружающей жидкости (воды), которые находятся в постоянном тепловом движении. Это явление служит прямым доказательством положений молекулярно-кинетической теории о движении молекул.

3.12 [56] Чем объясняется распространение в воздухе запахов бензина, дыма, нафталина, духов и других пахучих веществ?

Решение

Распространение в воздухе запахов бензина, дыма, нафталина, духов и других пахучих веществ объясняется физическим явлением, которое называется диффузией.

В основе этого явления лежат ключевые положения молекулярно-кинетической теории:

1. Все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (или атомов), которые разделены промежутками.
2. Эти частицы находятся в непрерывном и хаотическом (беспорядочном) тепловом движении. Скорость движения частиц зависит от температуры вещества.

Пахучие вещества, такие как бензин и духи (жидкости) или нафталин (твердое тело), способны испаряться или сублимировать. Это означает, что их молекулы отрываются от основной массы вещества и переходят в газообразное состояние, смешиваясь с молекулами воздуха. Дым представляет собой взвесь мельчайших твердых частиц в воздухе.

Оказавшись в воздухе, молекулы пахучих веществ (или частицы дыма) продолжают свое хаотическое движение. Они сталкиваются с молекулами газов, из которых состоит воздух (преимущественно азота и кислорода), и друг с другом. В результате этих многочисленных столкновений и непрерывного движения частицы пахучего вещества постепенно распространяются от места их высокой концентрации (около источника запаха) по всему доступному объему, проникая в промежутки между молекулами воздуха.

Именно этот процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества, обусловленный их тепловым движением, и есть диффузия. Благодаря диффузии мы можем почувствовать запах на значительном расстоянии от его источника.

Ответ: Распространение запахов в воздухе объясняется явлением диффузии, то есть процессом самопроизвольного перемешивания веществ, который происходит из-за непрерывного и хаотического движения их молекул.

3.13 [57] Молекулы газа движутся со скоростями порядка нескольких сотен метров в секунду. Почему же в воздухе запах пролитого около нас эфира или бензина мы не чувствуем мгновенно?

Решение

Хотя отдельные молекулы газа действительно движутся с огромными скоростями (порядка 500 м/с для молекул воздуха при комнатной температуре), они не перемещаются на большие расстояния по прямой линии. Причина в том, что воздух представляет собой плотную среду, и молекулы пахучего вещества (эфира или бензина) на своем пути постоянно сталкиваются с молекулами газов, из которых состоит воздух (в основном азот и кислород).

Расстояние, которое молекула пролетает между двумя последовательными столкновениями, называется длиной свободного пробега. При атмосферном давлении эта длина очень мала. В результате каждого столкновения молекула меняет направление своего движения. Её траектория становится не прямой, а сложной ломаной линией, которую описывают как случайное блуждание.

Процесс медленного проникновения молекул одного вещества в другое за счет их хаотичного теплового движения называется диффузией. Именно скорость диффузии определяет, как быстро распространяется запах в неподвижном воздухе. Эта скорость значительно меньше, чем скорость движения отдельных молекул. Поэтому требуется некоторое время, чтобы концентрация молекул пахучего вещества вблизи нашего носа стала достаточной для того, чтобы мы почувствовали запах.

Если в помещении есть движение воздуха (сквозняк, работа вентилятора), то запах распространяется значительно быстрее за счет конвекции, то есть переноса вещества потоками воздуха. Но в спокойной атмосфере именно медленный процесс диффузии является причиной задержки.

Ответ: Запах распространяется не мгновенно из-за того, что молекулы пахучего вещества движутся не по прямой, а по сложной ломаной траектории, постоянно сталкиваясь с молекулами воздуха. Этот медленный процесс распространения вещества называется диффузией, и его скорость намного меньше скорости движения отдельных молекул.

3.1.4 [58] Открытый сосуд с углекислым газом уравновесили на весах. Почему со временем равновесие весов нарушилось?

Решение

Равновесие весов, на одной из чаш которых находится открытый сосуд с углекислым газом, со временем нарушается из-за разницы в плотностях углекислого газа и воздуха, а также из-за процесса диффузии.

1. Сравнение плотностей. Плотность газа при одинаковых условиях (температуре и давлении) прямо пропорциональна его молярной массе. Молярная масса углекислого газа ($CO_2$) составляет $M_{CO_2} \approx 12,01 + 2 \cdot 15,99 \approx 44$ г/моль. Воздух — это смесь газов, преимущественно азота ($N_2$) и кислорода ($O_2$), и его средняя молярная масса составляет около $M_{воздуха} \approx 29$ г/моль. Так как молярная масса углекислого газа больше средней молярной массы воздуха ($M_{CO_2} > M_{воздуха}$), то и его плотность также больше плотности воздуха ($\rho_{CO_2} > \rho_{воздуха}$).

2. Процесс диффузии. Поскольку сосуд открыт, происходит непрерывный обмен молекулами между газом внутри сосуда и окружающим воздухом. Этот процесс называется диффузией. Из-за хаотического теплового движения молекул более тяжелые молекулы углекислого газа будут постепенно покидать сосуд, а на их место будут поступать более легкие молекулы газов, составляющих воздух (в основном азот и кислород).

3. Изменение массы. Со временем углекислый газ в сосуде полностью заменится воздухом. Поскольку объем сосуда $V$ остается неизменным, а плотность газа внутри уменьшается (от $\rho_{CO_2}$ до $\rho_{воздуха}$), общая масса газа в сосуде также уменьшается. Начальная масса газа была $m_1 = \rho_{CO_2} \cdot V$, а конечная стала $m_2 = \rho_{воздуха} \cdot V$. Так как $\rho_{CO_2} > \rho_{воздуха}$, то $m_1 > m_2$.

Уменьшение общей массы на чаше весов (масса сосуда + масса газа) приводит к нарушению равновесия. Чаша с сосудом поднимется.

Ответ:

Равновесие весов нарушилось, потому что углекислый газ тяжелее воздуха. Из-за диффузии он постепенно замещается в открытом сосуде более легким воздухом из окружающей среды, в результате чего общая масса сосуда с газом уменьшается.

3.15 [59] Детский резиновый шар, наполненный водородом, через несколько часов становится слабо надутым. Почему?

Это явление объясняется физическим процессом, который называется диффузией. Стенки резинового шарика не являются абсолютно непроницаемыми для газов. На молекулярном уровне резина представляет собой сетку из длинных полимерных молекул, между которыми существуют микроскопические промежутки (поры).

Газ внутри шара — водород — состоит из очень маленьких и легких двухатомных молекул ($H_2$). Молекулы газов, из которых состоит окружающий воздух, в основном азот ($N_2$) и кислород ($O_2$), значительно крупнее и массивнее молекул водорода.

Из-за своих малых размеров молекулы водорода могут проникать сквозь поры в резиновой оболочке и выходить наружу. Поскольку концентрация водорода внутри шара очень высока, а снаружи практически равна нулю, возникает интенсивный поток молекул водорода из шара в окружающую атмосферу. В то же время, более крупные молекулы азота и кислорода диффундируют внутрь шара гораздо медленнее.

В результате скорость утечки водорода из шара значительно превышает скорость проникновения воздуха внутрь. Это приводит к уменьшению общего количества газа в шаре, падению внутреннего давления, и, как следствие, шар постепенно сдувается.

Ответ: Шар становится слабо надутым из-за процесса диффузии. Маленькие и лёгкие молекулы водорода ($H_2$) просачиваются сквозь микроскопические поры в резине наружу значительно быстрее, чем более крупные молекулы газов воздуха (азота $N_2$ и кислорода $O_2$) проникают внутрь.

3.16 [60] Почему дым от костра по мере его подъёма перестаёт быть видимым даже в безветренную погоду?

3.16 [60]

Явление, при котором дым от костра становится невидимым по мере подъёма даже в безветренную погоду, объясняется совокупностью нескольких физических процессов.

Во-первых, важно понимать, что представляет собой дым. Это аэрозоль — система, состоящая из мельчайших твёрдых частиц (сажа, зола) и капель несгоревших смол, взвешенных в горячих газообразных продуктах горения. Мы видим дым благодаря тому, что эти частицы эффективно рассеивают и поглощают падающий на них свет.

Дым поднимается вверх, потому что он горячий. Горячие газы имеют меньшую плотность, чем окружающий их холодный воздух. В соответствии с законом Архимеда, на столб горячего, менее плотного дыма действует выталкивающая сила со стороны более плотного холодного воздуха, которая и заставляет его подниматься.

По мере подъёма дым взаимодействует с окружающей атмосферой. Происходит его интенсивное перемешивание с воздухом, что приводит к двум главным последствиям:

1. Охлаждение. Дым отдает тепло холодному воздуху, его температура падает, а плотность растет. Когда плотность дыма сравнивается с плотностью воздуха на данной высоте, выталкивающая сила исчезает, и активный подъём прекращается.

2. Рассеивание (диффузия). Это ключевой процесс для ответа на вопрос. Частицы дыма распределяются во всё большем и большем объёме воздуха. В результате их концентрация (количество частиц в единице объёма) стремительно уменьшается. Когда концентрация становится ниже определённого порога, количество света, рассеиваемого этими частицами, становится настолько малым, что человеческий глаз уже не в состоянии отличить эту область пространства от чистого воздуха. Дым становится невидимым, фактически "растворяясь" в атмосфере.

Ответ: Дым перестаёт быть видимым, так как по мере подъёма он охлаждается и смешивается с огромным объёмом окружающего воздуха. Из-за этого процесса (диффузии) концентрация составляющих его видимых частиц (сажи, золы) падает настолько, что они перестают заметно рассеивать свет.

3.17 [61] Почему в газах и жидкостях диффузия протекает значительно быстрее, чем в твёрдых телах?

Решение

Диффузия — это процесс взаимного проникновения частиц одного вещества в другое, обусловленный их хаотическим тепловым движением. Скорость этого процесса напрямую зависит от подвижности частиц (атомов, ионов или молекул) и среднего расстояния между ними. Различия в строении газов, жидкостей и твёрдых тел приводят к кардинальным различиям в скорости диффузии.

В газах частицы находятся на больших расстояниях друг от друга и движутся с высокими скоростями почти свободно, так как силы межмолекулярного взаимодействия очень слабы. Благодаря этому они легко и быстро перемешиваются. Это обеспечивает самую высокую скорость диффузии.

В жидкостях частицы расположены значительно плотнее, почти вплотную. Однако они не закреплены жёстко и могут перемещаться относительно друг друга, совершая так называемые "перескоки" из одного положения в другое. Эта подвижность позволяет осуществляться диффузии, но из-за высокой плотности и частых столкновений она протекает значительно медленнее, чем в газах.

В твёрдых телах, особенно кристаллических, частицы (атомы, ионы) жёстко зафиксированы в узлах кристаллической решётки. Их движение ограничено малыми колебаниями около положения равновесия. Перемещение частицы в другое место — это очень редкое событие, которое требует большой энергии для преодоления сил связи с соседними частицами. Поэтому диффузия в твёрдых телах является чрезвычайно медленным процессом.

Ответ:

Диффузия в газах и жидкостях протекает значительно быстрее, чем в твёрдых телах, из-за фундаментальных различий в подвижности их частиц. В газах и жидкостях частицы обладают свободой перемещения: в газах они движутся почти хаотично и на большие расстояния, в жидкостях — могут "перескакивать" с места на место. В твёрдых телах частицы лишены этой свободы, они лишь колеблются около своих фиксированных положений, что делает процесс взаимного проникновения веществ крайне медленным.