Номер 9.15, страница 50 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 9. Домашние экспериментальные задания - номер 9.15, страница 50.

Условие.

9.15. Как изменится температура воды, если в ней растворить поваренную соль? Проведите эксперимент и объясните данное явление.

Решение.

Эксперимент

Для проведения простого эксперимента, демонстрирующего изменение температуры, понадобятся:

1. Стакан с водой комнатной температуры.

2. Обычная поваренная соль ($NaCl$).

3. Термометр (подойдет бытовой или лабораторный).

4. Ложка для перемешивания.

Ход эксперимента:

1. Налейте воду в стакан и дайте ей постоять, чтобы ее температура сравнялась с комнатной.

2. Погрузите термометр в воду и зафиксируйте начальную температуру, например, $T_1$.

3. Насыпьте в стакан 2-3 чайные ложки поваренной соли.

4. Активно перемешивайте раствор ложкой до тех пор, пока соль не растворится.

5. Снова опустите термометр в стакан и измерьте конечную температуру раствора, $T_2$.

Результат: Вы обнаружите, что конечная температура $T_2$ будет ниже начальной температуры $T_1$. То есть, вода охладится на несколько градусов.

Объяснение явления

Растворение поваренной соли (хлорида натрия, $NaCl$) в воде — это физико-химический процесс, который включает в себя два основных этапа с противоположными тепловыми эффектами:

1. Разрушение кристаллической решетки. В твердом состоянии поваренная соль представляет собой кристаллическую решетку, состоящую из прочно связанных ионов натрия ($Na^+$) и хлора ($Cl^−$). Для того чтобы разрушить эти связи, требуется затратить энергию. Эта энергия поглощается из окружающей среды, в данном случае — из воды. Процессы, идущие с поглощением тепла, называются эндотермическими.

2. Гидратация ионов. После того как ионы "высвободились" из решетки, они вступают во взаимодействие с полярными молекулами воды ($H_2O$). Молекулы воды окружают ионы, образуя так называемые гидратные оболочки. Этот процесс, называемый гидратацией, сопровождается выделением энергии (тепла). Процессы, идущие с выделением тепла, называются экзотермическими.

Итоговый тепловой эффект растворения зависит от баланса между энергией, затраченной на разрушение кристаллической решетки, и энергией, выделившейся при гидратации. В случае с поваренной солью, энергия, необходимая для разрушения ее кристаллической решетки, оказывается немного больше, чем энергия, выделяющаяся при гидратации ионов. Следовательно, суммарный процесс растворения $NaCl$ в воде является эндотермическим — он протекает с поглощением тепла извне.

Так как единственным источником тепла в изолированной системе (стакан с водой) является сама вода, то энергия забирается у нее. Это приводит к уменьшению средней кинетической энергии движения молекул воды, что мы и наблюдаем как понижение температуры раствора.

Ответ: При растворении поваренной соли в воде температура воды понизится. Это объясняется тем, что процесс растворения соли является эндотермическим, то есть протекает с поглощением тепла. Энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки соли, превышает энергию, выделяющуюся при взаимодействии ионов с молекулами воды. Эта недостающая энергия забирается у самой воды, что и приводит к ее охлаждению.