Опыт 1, страница 7 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Опыт 1. В высокий стеклянный стакан нальем воды. Бросим туда крупинки перманганата калия (марганцовки) и будем наблюдать. Что мы увидим? Вода вокруг крупинок постепенно будет окрашиваться в фиолетовый цвет. Протекание этого процесса с течением времени показано на рисунке 1.3, а, б, в. Если оставить стакан на достаточно долгое время, вода полностью станет розовато-фиолетовой. Проделайте этот опыт дома и понаблюдайте, как происходит окрашивание воды и за какое время она окрасится полностью.

Рис. 1.3. Диффузия в жидкости: а) в начале опыта; б) через 5 минут; в) через 2 часа

Опыт 1.

Описанный в опыте процесс является наглядной демонстрацией физического явления, называемого диффузией. Диффузия — это самопроизвольный процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества. Этот процесс обусловлен непрерывным и хаотическим тепловым движением частиц вещества (атомов, молекул или ионов).

Рассмотрим, что происходит в стакане на молекулярном уровне. Вода состоит из молекул $H_2O$, а перманганат калия (марганцовка) — это кристаллическое вещество, состоящее из ионов калия $K^+$ и перманганат-ионов $MnO_4^-$. Все частицы в стакане — и молекулы воды, и ионы перманганата калия — находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Чем выше температура, тем больше скорость этого движения.

Когда кристаллики перманганата калия опускаются на дно стакана с водой, происходит следующее:

1. Молекулы воды, находясь в постоянном движении, сталкиваются с поверхностью кристаллов марганцовки. В результате этих столкновений отдельные ионы $K^+$ и $MnO_4^-$ отрываются от кристаллической решетки и переходят в воду, то есть растворяются.

2. Именно перманганат-ионы $MnO_4^-$ придают раствору интенсивный фиолетовый цвет. Вначале их концентрация максимальна вблизи поверхности кристаллов.

3. Попав в воду, ионы $MnO_4^-$ продолжают свое хаотическое движение. Они сталкиваются с молекулами воды и другими ионами, постоянно меняя направление. В результате этого броуновского движения они постепенно перемещаются из области с высокой концентрацией (у дна стакана) в области с низкой концентрацией (в остальной объем воды).

Процесс во времени иллюстрируется на рисунках:

а) В начале опыта: Сразу после добавления марганцовки мы видим яркие фиолетовые "языки" и "шлейфы" вокруг кристаллов. Это области с очень высокой концентрацией ионов $MnO_4^-$.

б) Через 5 минут: Процесс диффузии уже заметен. Ионы $MnO_4^-$ распространились на значительную часть объема воды, но распределение еще очень неравномерно. Цвет наиболее интенсивен в нижней части стакана.

в) Через 2 часа: За длительное время диффузия приводит к тому, что ионы марганцовки распределяются по всему объему стакана практически равномерно. В результате мы наблюдаем однородно окрашенный в розовато-фиолетовый цвет раствор. Концентрация ионов во всех точках жидкости становится одинаковой, и система приходит в состояние равновесия.

Важно отметить, что скорость диффузии зависит от температуры. Если бы для опыта использовали горячую воду, молекулы двигались бы значительно быстрее, и полное окрашивание раствора произошло бы за гораздо меньшее время.

Ответ: Мы увидим явление диффузии, в ходе которого частицы перманганата калия (марганцовки) самопроизвольно распределяются по всему объему воды из-за непрерывного и хаотического движения молекул. Вначале вода окрасится в фиолетовый цвет только вокруг кристаллов, но со временем (через 5 минут, а затем через 2 часа) окраска постепенно распространится на весь объем, и в итоге вся вода в стакане станет однородно окрашенной в розовато-фиолетовый цвет.