Номер 2, страница 72, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 17. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 72.

Условие.

• Агрегатные состояния веществ на других планетах.

Решение.

Агрегатные состояния веществ на других планетах

Агрегатные состояния веществ, привычные нам на Земле (твердое, жидкое, газообразное, плазма), принимают разнообразные и порой экзотические формы в условиях других планет, где температура и давление могут достигать экстремальных значений.

Планеты земной группы:

• На Меркурии, из-за отсутствия плотной атмосферы, поверхность представляет собой твердые силикатные породы. В полярных кратерах, куда никогда не заглядывает Солнце, существует водяной лед (твердое состояние).

• Венера окутана плотной атмосферой из $CO_2$, создающей колоссальное давление (в 92 раза выше земного) и температуру (около 460°C). В таких условиях углекислый газ у поверхности находится в состоянии сверхкритической жидкости — это особое агрегатное состояние, в котором вещество обладает свойствами и газа, и жидкости одновременно. Поверхность планеты твердая. На вершинах самых высоких гор предполагается наличие "металлического снега" из сульфидов свинца и висмута (твердое состояние).

• Марс — холодная планета с разреженной атмосферой. Его поверхность — твердая каменистая пустыня. Полярные шапки состоят из твердого водяного льда ($H_2O$) и замерзшего углекислого газа ("сухого льда", $CO_2$). Есть убедительные доказательства существования в прошлом жидкой воды и, возможно, наличия соленых жидких потоков (рассолов) в настоящее время.

Газовые и ледяные гиганты:

• Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия. У них нет твердой поверхности. Внешние слои — это газ. С увеличением глубины давление и температура растут, и водород сначала переходит в жидкое состояние, а затем, при давлении в миллионы атмосфер, — в экзотическое состояние жидкого металлического водорода. В этом состоянии электроны отделяются от протонов и могут свободно перемещаться, как в металле, создавая мощнейшие магнитные поля этих планет. Предполагается, что в атмосферах этих планет могут идти "алмазные дожди", где углерод под огромным давлением превращается в твердые алмазы.

• Уран и Нептун (ледяные гиганты) содержат больше "льдов": воды, аммиака ($NH_3$) и метана ($CH_4$). Под газовой атмосферой у них находится горячая, плотная мантия, состоящая из этих веществ. При огромных температурах и давлениях эта мантия представляет собой суперионную воду — еще одно экзотическое состояние, где молекулы воды распадаются, ионы кислорода образуют кристаллическую решетку, а ионы водорода (протоны) свободно перемещаются сквозь нее, как жидкость. Ядра этих планет, предположительно, твердые, каменно-металлические.

Ответ: На других планетах вещества существуют в разнообразных агрегатных состояниях: твердом (скалы, водяной и углекислый лед), газообразном (атмосферы), жидком (рассолы на Марсе, углеводородные моря на Титане). Кроме того, в экстремальных условиях газовых гигантов возникают экзотические состояния, такие как сверхкритическая жидкость, жидкий металлический водород и суперионная вода.

Удивительные кристаллы

Мир кристаллов выходит далеко за рамки привычных нам соли и кварца. Существуют структуры с поразительными свойствами и строением, бросающие вызов классическим представлениям кристаллографии.

• Квазикристаллы. Эти структуры, открытые Дэном Шехтманом в 1982 году, обладают упорядоченным, но непериодическим строением. В отличие от обычных кристаллов, где узор из атомов строго повторяется (как плитка на полу), в квазикристаллах узор никогда в точности не повторяется, но при этом подчиняется строгим математическим правилам (подобно узорам Пенроуза). Они могут обладать "запрещенной" для классических кристаллов симметрией, например, симметрией пятого порядка (как у пятиконечной звезды). Квазикристаллы очень твердые, хрупкие и обладают низкой тепло- и электропроводностью.

• Временные кристаллы. Это гипотетическое, но уже экспериментально подтвержденное состояние материи. Если обычные кристаллы имеют повторяющуюся структуру в пространстве, то временные кристаллы имеют структуру, которая повторяется во времени, даже находясь в основном (самом низком) энергетическом состоянии. Их можно представить как систему, которая колеблется с определенным внутренним ритмом без затрат энергии извне. Они не нарушают закон сохранения энергии и не являются вечными двигателями, но представляют собой фундаментально новую фазу материи, ломающую симметрию не в пространстве, а во времени.

• Жидкие кристаллы. Это промежуточное состояние вещества между твердым кристаллом и жидкостью. Молекулы в жидких кристаллах сохраняют ориентационный порядок (выстроены в определенном направлении, как в кристалле), но могут свободно перемещаться, как в жидкости. Именно это свойство используется в жидкокристаллических дисплеях (LCD): под действием электрического поля молекулы меняют свою ориентацию, изменяя поляризацию проходящего через них света и тем самым создавая изображение.

• Кристаллы висмута. При медленном остывании расплавленный висмут образует кристаллы потрясающей красоты. Они имеют сложную, ступенчатую (скелетную) форму и переливаются всеми цветами радуги. Радужная окраска вызвана тонкой оксидной пленкой на поверхности, которая создает эффект интерференции света, а ступенчатая форма (хоппер-кристалл) возникает из-за того, что ребра кристалла растут быстрее его граней.

Ответ: К удивительным кристаллам относятся квазикристаллы с упорядоченной, но непериодической структурой; временные кристаллы, структура которых повторяется во времени; жидкие кристаллы, сочетающие свойства жидкости и твердого тела и используемые в дисплеях; а также визуально впечатляющие кристаллы висмута с их радужной окраской и ступенчатой формой.