Номер 1, страница 13 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Описание опыта и наблюдения

При выполнении данного лабораторного опыта, направленного на знакомство с явлением диффузии в жидкостях, мы будем наблюдать за взаимодействием двух жидкостей: чистой воды и водного раствора медного купороса ($CuSO_4$). Раствор медного купороса имеет характерный синий цвет и большую плотность по сравнению с водой, поэтому при аккуратном его добавлении на дно стакана с водой он образует отдельный нижний слой.

1. В начальный момент времени, сразу после того, как раствор медного купороса будет помещен на дно стакана, мы увидим четкую, хорошо различимую границу раздела между бесцветной водой в верхнем слое и синим раствором в нижнем.

2. По мере наблюдения (в течение урока, как предложено в задании), эта резкая граница начнет постепенно размываться.

3. Синяя окраска раствора медного купороса будет медленно распространяться вверх, в слой воды. Одновременно с этим молекулы воды будут проникать в нижний, окрашенный слой. Граница раздела будет становиться всё менее и менее отчетливой.

4. По прошествии достаточного количества времени (диффузия в жидкостях — процесс небыстрый) мы увидим, что вся жидкость в стакане стала однородной и приобрела равномерный бледно-голубой оттенок. Это свидетельствует о том, что произошло самопроизвольное перемешивание двух жидкостей.

Объяснение явления

Наблюдаемый процесс называется диффузией. Диффузия — это явление взаимного проникновения частиц одного вещества в другое, обусловленное непрерывным и хаотическим тепловым движением этих частиц (атомов, молекул, ионов). Этот процесс всегда направлен в сторону выравнивания концентраций и происходит самопроизвольно.

В данном опыте происходит следующее:

- Все частицы в стакане — молекулы воды ($H_2O$) и ионы, на которые диссоциирует медный купорос в воде ($Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$), — находятся в постоянном, беспорядочном движении.

- Изначально в нижней части стакана концентрация ионов $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$ очень высокая, а в верхней части она равна нулю. Напротив, концентрация молекул воды максимальна в верхнем слое.

- Из-за своего хаотичного движения частицы пересекают границу раздела. Статистически больше ионов медного купороса будет переходить из области их высокой концентрации (снизу) в область низкой концентрации (вверх), чем в обратном направлении. Аналогично, больше молекул воды будет перемещаться сверху вниз.

- Этот процесс взаимного проникновения будет продолжаться до тех пор, пока концентрация всех частиц не станет одинаковой во всём объёме стакана. В результате образуется гомогенный (однородный) раствор. Визуальным проявлением этого является равномерное окрашивание всей жидкости.

Скорость диффузии зависит от температуры жидкости: чем выше температура, тем быстрее движутся частицы, и тем быстрее происходит перемешивание.

Ответ: В ходе опыта наблюдается явление диффузии, которое заключается в самопроизвольном перемешивании воды и раствора медного купороса. Изначально четкая граница между жидкостями со временем размывается, и в итоге образуется однородный по цвету раствор. Это явление объясняется непрерывным и хаотическим тепловым движением молекул воды и ионов медного купороса, в результате которого происходит их взаимное проникновение и выравнивание концентрации по всему занимаемому объему.