Номер 188, страница 29 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Плотность вещества - номер 188, страница 29.

Условие.

188. а) Гелий (как и любой газ) в зависимости от условий может находиться в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. В каком из состояний плотность гелия наибольшая; наименьшая? Почему?

б) Чем можно объяснить различие плотностей водяного пара, воды и льда?

Решение.

а)

Плотность вещества определяется как отношение массы к объему, который эта масса занимает ($ \rho = m/V $). Для одного и того же количества вещества (постоянная масса) плотность тем больше, чем меньше занимаемый им объем.

Наибольшая плотность у гелия, как и у большинства веществ, будет в твёрдом состоянии. В этом состоянии атомы упакованы наиболее плотно, образуя кристаллическую решетку. Расстояния между атомами минимальны, следовательно, данный объем содержит максимальное количество вещества, и плотность является наибольшей.

Наименьшая плотность у гелия будет в газообразном состоянии. В этом состоянии атомы гелия находятся на больших расстояниях друг от друга и хаотично движутся, занимая весь предоставленный объем. Из-за больших межатомных расстояний та же масса вещества занимает значительно больший объем, что приводит к очень низкой плотности.

Почему? Различие в плотности объясняется разным расстоянием между частицами (в данном случае атомами) и их взаимным расположением в разных агрегатных состояниях. В твердом теле атомы упакованы плотно и упорядоченно, в жидкости они расположены близко друг к другу, но неупорядоченно, а в газе — на очень больших расстояниях друг от друга по сравнению с размерами самих атомов.

Ответ: Наибольшая плотность гелия — в твёрдом состоянии, наименьшая — в газообразном. Это связано с тем, что в твердом состоянии атомы упакованы наиболее плотно, а в газообразном — расстояние между ними максимальное.

б)

Различие плотностей водяного пара, воды и льда объясняется разным взаимным расположением и средним расстоянием между молекулами воды ($ H_2O $) в этих трех агрегатных состояниях.

Плотность водяного пара (газообразное состояние) является наименьшей. Как и в любом газе, молекулы воды в паре находятся на больших расстояниях друг от друга и свободно движутся, занимая весь доступный объем.

Плотность жидкой воды значительно выше плотности пара, так как молекулы в жидкости расположены близко друг к другу.

В отличие от большинства веществ, плотность льда (твёрдое состояние) меньше плотности жидкой воды. Это аномальное свойство воды связано с особенностями строения её молекул и водородными связями между ними. При замерзании молекулы воды образуют упорядоченную ажурную кристаллическую решетку. В этой структуре из-за фиксированной геометрии водородных связей между молекулами образуются пустоты, и среднее расстояние между ними оказывается больше, чем в жидкой воде (особенно при температуре около 4°C, где плотность воды максимальна). В результате тот же самый вес воды в виде льда занимает больший объем, и его плотность оказывается меньше.

Ответ: Различие плотностей объясняется разным расстоянием между молекулами и их упаковкой в разных агрегатных состояниях. Плотность пара наименьшая из-за больших расстояний между молекулами. Плотность льда меньше плотности воды из-за особой кристаллической структуры льда с пустотами, которая образуется благодаря водородным связям.