Номер 3, страница 43 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Проекты и исследования. Итоги главы 1. Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества - номер 3, страница 43.

3. «Свойства воды в твёрдом и жидком состоянии» (возможная форма: презентация, демонстрация опытов).

Вода ($H_2O$) — уникальное вещество, свойства которого в жидком и твёрдом состояниях имеют фундаментальное значение для жизни на Земле. Рассмотрим эти свойства подробнее.

Свойства воды в жидком состоянии

Жидкая вода существует в диапазоне температур от 0 °C до 100 °C при нормальном атмосферном давлении. Её свойства обусловлены полярностью молекул и их способностью образовывать между собой водородные связи.

1. Текучесть.
Жидкая вода не имеет собственной формы и принимает форму сосуда, в который её наливают. Это свойство обусловлено тем, что молекулы воды подвижны и могут легко перемещаться относительно друг друга, хотя и связаны водородными связями. При этом вода сохраняет свой объём.
Демонстрация опыта: Перелить воду из стакана в тарелку. Вода изменит свою форму, но её количество (объём) останется прежним.

2. Высокое поверхностное натяжение.
На границе с воздухом молекулы воды притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам воздуха. Это создаёт на поверхности воды подобие упругой плёнки. Благодаря этому явлению некоторые насекомые могут бегать по воде, а капли имеют сферическую форму.
Демонстрация опыта: Аккуратно положить на поверхность воды в стакане металлическую скрепку или иголку. Она будет держаться на поверхности. Если добавить каплю моющего средства, поверхностное натяжение уменьшится, и скрепка утонет.

3. Аномальная зависимость плотности от температуры.
В отличие от большинства других веществ, которые при охлаждении сжимаются, вода имеет максимальную плотность при температуре около +4 °C. При дальнейшем охлаждении от +4 °C до 0 °C вода начинает расширяться, и её плотность уменьшается. Это свойство играет ключевую роль в природе: более холодная вода (и лёд) оказывается на поверхности водоёмов, что предотвращает их полное промерзание и сохраняет жизнь водных обитателей зимой.

4. Высокая теплоёмкость.
Вода обладает очень высокой удельной теплоёмкостью (около $4200 \text{ Дж/(кг·°C)}$). Это означает, что для нагревания воды на 1 градус требуется большое количество энергии. Благодаря этому свойству вода медленно нагревается и медленно остывает, что смягчает климат в прибрежных районах и помогает живым организмам поддерживать стабильную температуру тела.

5. Универсальный растворитель.
Вода является полярным растворителем и способна растворять множество других полярных и ионных веществ, таких как соли, сахара, кислоты. Это свойство делает её важнейшей средой для протекания биохимических реакций в живых организмах.
Демонстрация опыта: Растворить в стакане воды ложку поваренной соли или сахара. Затем попробовать добавить растительное масло — оно не растворится, а будет плавать на поверхности, так как является неполярным веществом.

6. Капиллярность.
Способность воды подниматься по узким трубкам (капиллярам) вопреки силе тяжести. Это явление объясняется силами сцепления молекул воды со стенками капилляра (смачивание). Капиллярность обеспечивает подъём воды в почве и по стеблям растений.
Демонстрация опыта: Опустить край бумажной салфетки или кусочек сахара в подкрашенную воду. Можно наблюдать, как вода поднимается вверх по волокнам.

Ответ: В жидком состоянии вода характеризуется текучестью, высоким поверхностным натяжением, аномальной зависимостью плотности от температуры (максимум при +4 °C), высокой теплоёмкостью и способностью растворять многие вещества.

Свойства воды в твёрдом состоянии (лёд)

При температуре 0 °C и ниже вода переходит в твёрдое состояние — лёд. Процесс называется кристаллизацией или замерзанием.

1. Кристаллическая структура и плотность.
В отличие от жидкой воды, где молекулы расположены относительно хаотично, в кристалле льда они образуют упорядоченную шестиугольную (гексагональную) структуру. Водородные связи фиксируют молекулы на большем расстоянии друг от друга, чем в жидкой воде. Из-за этой "рыхлой" структуры плотность льда (около $917 \text{ кг/м³}$) оказывается примерно на 9% меньше плотности жидкой воды. Это главное аномальное свойство воды.
Демонстрация опыта: Поместить кубик льда в стакан с водой. Лёд будет плавать на поверхности. Можно также наполнить пластиковую бутылку водой доверху, плотно закрыть и положить в морозилку. При замерзании вода расширится и может разорвать бутылку.

2. Фиксированная форма и объём.
Как и любое твёрдое тело, лёд имеет собственную форму и сохраняет постоянный объём.

3. Хрупкость.
Лёд является хрупким материалом. При резком механическом воздействии он не деформируется, а раскалывается.

4. Низкая теплопроводность.
Лёд плохо проводит тепло, являясь теплоизолятором. Снежный и ледяной покров защищает почву и водоёмы от глубокого промерзания, сохраняя тепло.

5. Плавление.
Переход льда в жидкое состояние происходит при температуре 0 °C (при нормальном давлении). Важно, что в процессе плавления температура смеси льда и воды не меняется, пока весь лёд не растает. Для разрушения кристаллической решётки требуется значительное количество энергии, называемое удельной теплотой плавления ($334 \text{ кДж/кг}$).

6. Прозрачность.
Чистый лёд прозрачен для видимого света, хотя наличие пузырьков воздуха или примесей может делать его матовым или белым.

Ответ: В твёрдом состоянии (лёд) вода имеет фиксированную кристаллическую структуру, меньшую плотность по сравнению с жидкой водой (поэтому лёд плавает), является хрупкой, обладает низкой теплопроводностью и плавится при постоянной температуре 0 °C.