Страница 19 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Дайте сравнительную характеристику различных агрегатных состояний вещества по следующему плану:

а) расстояние между частицами;

б) способность к текучести и сжимаемости;

в) способность сохранять форму и объём.

Решение

а) расстояние между частицами

Твердое состояние: В твердых телах частицы (атомы, молекулы или ионы) расположены очень близко друг к другу в определенном, упорядоченном порядке (в кристаллах) или без него (в аморфных телах). Расстояние между частицами соизмеримо с размерами самих частиц. Частицы не могут свободно перемещаться, а лишь совершают колебания около своих фиксированных положений.

Жидкое состояние: В жидкостях частицы также расположены близко друг к другу, но не имеют строгого порядка в расположении. Расстояния между частицами незначительно больше, чем в твердых телах, но все еще сравнимы с их размерами. Частицы могут свободно перемещаться друг относительно друга, совершая "перескоки" из одного устойчивого положения в другое.

Газообразное состояние: В газах частицы находятся на больших расстояниях друг от друга, которые многократно превышают их собственные размеры. Частицы движутся хаотично и с большими скоростями, практически не взаимодействуя друг с другом.

Ответ: В твердых телах расстояние между частицами минимально, в жидкостях оно немного больше, а в газах расстояние между частицами значительно превышает их размеры.

б) способность к текучести и сжимаемости

Твердое состояние: Твердые тела не обладают текучестью, так как их частицы прочно связаны между собой и не могут свободно перемещаться. Они практически несжимаемы, потому что частицы уже упакованы очень плотно.

Жидкое состояние: Жидкости обладают текучестью, то есть могут течь и принимать форму сосуда, в котором находятся. Это обусловлено подвижностью их частиц. При этом жидкости очень плохо сжимаемы, так как частицы в них, как и в твердых телах, расположены почти вплотную.

Газообразное состояние: Газы обладают высокой текучестью и полностью заполняют любой предоставленный им объем. Они легко сжимаемы, поскольку между частицами существуют большие промежутки, и их можно легко сблизить под действием внешнего давления.

Ответ: Твердые тела не текучи и практически несжимаемы. Жидкости текучи, но практически несжимаемы. Газы текучи и легко сжимаемы.

в) способность сохранять форму и объём

Твердое состояние: Твердые тела сохраняют свою форму и свой объём. Это происходит благодаря сильному взаимному притяжению частиц и их фиксированному расположению в пространстве.

Жидкое состояние: Жидкости сохраняют свой объём, но не сохраняют форму. Они принимают форму той части сосуда, которую занимают. Силы притяжения между частицами достаточно сильны, чтобы удержать их вместе и сохранить постоянный объём, но недостаточны для сохранения постоянной формы.

Газообразное состояние: Газы не сохраняют ни форму, ни объём. Они расширяются, стремясь занять весь предоставленный им объём, и принимают форму сосуда. Это связано с тем, что силы притяжения между частицами газа очень слабы, а их кинетическая энергия велика.

Ответ: Твердые тела сохраняют форму и объём. Жидкости сохраняют объём, но не форму. Газы не сохраняют ни форму, ни объём.

2. Разделите предложенные явления на две группы (физические и химические явления):

а) выпаривание соли из раствора;

б) выращивание кристаллов из раствора соли;

в) разложение воды электрическим током;

г) фотосинтез;

д) растворение сахара в воде;

е) изменение цвета чая при добавлении лимона.

Для того чтобы правильно разделить предложенные явления на физические и химические, необходимо понимать их основное различие. Физические явления — это процессы, в результате которых не происходит образования новых веществ; изменяются лишь агрегатное состояние, форма, размер или другие физические свойства тел или веществ. Химические явления (или химические реакции) — это процессы, при которых одни вещества превращаются в другие, новые вещества с иными свойствами.

а) выпаривание соли из раствора

При выпаривании из соленого раствора вода переходит из жидкого состояния в газообразное (пар), а соль остается в виде твердых кристаллов. Химический состав воды ($H_2O$) и соли (например, поваренной соли $NaCl$) при этом не меняется. Происходит только физический процесс изменения агрегатного состояния растворителя и разделения компонентов смеси.

Ответ: физическое явление.

б) выращивание кристаллов из раствора соли

Этот процесс представляет собой переход вещества (соли) из растворенного состояния в твердое с образованием упорядоченной кристаллической структуры. Химическая природа соли при этом не изменяется. Меняется только физическое состояние и форма вещества.

Ответ: физическое явление.

в) разложение воды электрическим током

Данный процесс, называемый электролизом воды, приводит к химическому превращению. Молекулы воды ($H_2O$) под действием электрического тока разлагаются на два совершенно новых вещества: газообразный водород ($H_2$) и газообразный кислород ($O_2$). Уравнение реакции: $2H_2O \xrightarrow{электрический \ ток} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$. Образование новых веществ является главным признаком химической реакции.

Ответ: химическое явление.

г) фотосинтез

Фотосинтез — это совокупность сложных химических реакций, протекающих в клетках растений и некоторых других организмов. В ходе этого процесса из неорганических веществ — углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$) — с использованием энергии света синтезируются органические вещества (например, глюкоза $C_6H_{12}O_6$) и выделяется кислород ($O_2$). Так как исходные вещества превращаются в новые, это, безусловно, химическое явление.

Ответ: химическое явление.

д) растворение сахара в воде

Растворение — это физический процесс диффузии, при котором частицы растворяемого вещества (молекулы сахара) равномерно распределяются между частицами растворителя (молекулами воды). При этом не образуется нового химического вещества. Если выпарить воду из раствора, мы снова получим сахар. Следовательно, это физическое явление.

Ответ: физическое явление.

е) изменение цвета чая при добавлении лимона

Цвет чая обусловлен наличием в нем пигментов (например, теафлавинов), которые являются природными кислотно-основными индикаторами. Лимонный сок содержит лимонную кислоту, которая увеличивает кислотность чая (понижает pH). В кислой среде молекулы пигментов вступают в химическую реакцию, изменяя свою структуру и, как следствие, цвет. Изменение цвета в данном случае — это внешний признак протекания химической реакции.

Ответ: химическое явление.

Таким образом, явления делятся на следующие две группы:

• Физические явления: а) выпаривание соли из раствора; б) выращивание кристаллов из раствора соли; д) растворение сахара в воде.
• Химические явления: в) разложение воды электрическим током; г) фотосинтез; е) изменение цвета чая при добавлении лимона.

3. Вам известны взаимные переходы воды из одного агрегатного состояния в другое: твёрдое (лёд) — жидкое (вода) — газообразное (пар). Возможен ли переход из твёрдого состояния в газообразное?

Да, переход вещества из твёрдого агрегатного состояния непосредственно в газообразное, минуя жидкую фазу, возможен. Этот физический процесс носит название сублимация или возгонка.

Этот процесс происходит потому, что молекулы на поверхности твёрдого тела (в данном случае, льда) постоянно находятся в тепловом движении. Некоторые из них могут набрать достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения в кристаллической решётке и улететь с поверхности, превратившись в молекулы пара. Сублимация происходит при определённых условиях — температурах и давлениях ниже так называемой тройной точки вещества. Для воды тройная точка соответствует температуре $0,01$ °C и давлению $611,657$ Па. В обычных атмосферных условиях лёд сублимирует при любой температуре ниже $0$ °C.

Явление сублимации можно наблюдать в повседневной жизни. Например, высыхание мокрого белья на морозе: вода в ткани сначала превращается в лёд, а затем этот лёд испаряется, не переходя в жидкое состояние. Другой пример — постепенное исчезновение снега и льда в сухую морозную погоду, даже если температура воздуха не поднимается выше нуля. Обратный процесс, переход вещества из газообразного состояния сразу в твёрдое, называется десублимацией. Примером десублимации является образование инея на ветках деревьев и других холодных поверхностях.

Таким образом, полная схема фазовых переходов воды выглядит так: твёрдое состояние (лёд) ↔ жидкое состояние (вода) ↔ газообразное состояние (пар), а также существует прямой переход твёрдое состояние ↔ газообразное состояние.

Ответ: да, переход из твёрдого состояния в газообразное возможен, и этот процесс называется сублимацией (или возгонкой).

4. Какое из перечисленных явлений является лишним в следующем перечне:

а) плавление льда;

б) кипение воды;

в) образование капель воды;

г) конденсация водяного пара;

д) кристаллизация воды?

Поясните свой выбор.

Для того чтобы определить лишнее явление в предложенном списке, необходимо проанализировать каждое из них с точки зрения физики.

а) плавление льда — это научный термин, который обозначает процесс фазового перехода вещества (в данном случае воды) из твёрдого агрегатного состояния в жидкое.

б) кипение воды — это научный термин для интенсивного процесса парообразования (перехода из жидкого состояния в газообразное), который происходит по всему объёму жидкости при достижении определённой температуры кипения.

в) образование капель воды — это описательное выражение, а не научный термин для конкретного процесса фазового перехода. Оно описывает результат, который чаще всего является следствием конденсации. Однако само по себе это словосочетание не является названием физического процесса, в отличие от остальных пунктов списка.

г) конденсация водяного пара — это научный термин для процесса фазового перехода вещества из газообразного состояния в жидкое.

д) кристаллизация воды — это научный термин для процесса фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое, также известный как замерзание.

Таким образом, пункты а), б), г) и д) представляют собой названия конкретных физических процессов — фазовых переходов (изменения агрегатного состояния). Пункт в) выбивается из этого ряда, так как является описанием внешнего проявления явления, а не его строгим научным названием.

Ответ: лишним в перечне является явление в) образование капель воды.

5. Предложенную схему взаимных переходов агрегатных состояний веществ проиллюстрируйте конкретными примерами и покажите значение таких взаимных переходов.

Взаимные переходы агрегатных состояний веществ происходят повсеместно в природе и широко используются человеком в технике и быту. Ниже приведены примеры и значение основных фазовых переходов.

Плавление (переход из твердого состояния в жидкое)

Примеры: таяние льда при нагревании выше 0°C, в результате чего он превращается в воду; плавление металла (например, стали или алюминия) в доменной печи для последующего литья.

Значение: в природе таяние снегов и ледников весной пополняет запасы пресной воды в реках и озерах. В промышленности и технике плавление является основой металлургии (получение металлов и сплавов), литейного производства (создание деталей сложной формы), производства стекла. В быту мы сталкиваемся с плавлением при приготовлении пищи (например, плавление сливочного масла или шоколада).

Ответ: Плавление — это переход вещества из твердого состояния в жидкое (например, таяние льда). Процесс имеет ключевое значение в природе (таяние снегов) и в промышленности (металлургия, литейное производство).

Кристаллизация или отвердевание (переход из жидкого состояния в твердое)

Примеры: замерзание воды и превращение ее в лед при охлаждении; застывание расплавленного металла в литейной форме; образование кристаллов сахара из насыщенного сиропа.

Значение: в природе этот процесс приводит к образованию ледяного покрова на водоемах, формированию магматических горных пород из лавы и магмы. В промышленности кристаллизация используется для получения изделий методом литья, для очистки веществ (производство сахара-рафинада, соли), а также в пищевой промышленности для заморозки продуктов с целью длительного хранения.

Ответ: Кристаллизация — это переход из жидкого состояния в твердое (например, замерзание воды). Процесс важен для природных явлений (образование льда, горных пород) и для промышленных технологий (литье металлов, очистка веществ).

Парообразование (переход из жидкого состояния в газообразное)

Примеры: испарение воды с поверхности водоемов или высыхание луж после дождя; кипение воды в чайнике с образованием водяного пара.

Значение: парообразование является важнейшей частью круговорота воды в природе. У живых организмов испарение пота с поверхности кожи обеспечивает охлаждение тела (терморегуляцию). В технике парообразование используется в паровых турбинах на тепловых и атомных электростанциях для выработки электроэнергии, в работе холодильных установок, а также в процессах дистилляции для разделения жидкостей и получения чистых веществ (например, в нефтепереработке).

Ответ: Парообразование — это переход из жидкого состояния в газообразное (например, кипение воды). Этот процесс является основой круговорота воды в природе, терморегуляции у живых организмов и работы тепловых двигателей и электростанций.

Конденсация (переход из газообразного состояния в жидкое)

Примеры: образование росы на траве холодным утром; появление капель воды (конденсата) на холодной поверхности, например, на запотевшем окне или на стенках бутылки с холодной водой.

Значение: в природе конденсация водяного пара в атмосфере приводит к образованию облаков, тумана и выпадению осадков (дождя). Этот процесс замыкает глобальный круговорот воды. В технике конденсация является неотъемлемой частью работы паровых турбин, холодильников и кондиционеров, а также используется для сжижения газов.

Ответ: Конденсация — это переход из газообразного состояния в жидкое (например, образование росы). Процесс играет центральную роль в круговороте воды (образование облаков и осадков) и используется в холодильной технике.

Сублимация или возгонка (переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое)

Примеры: "испарение" сухого льда (твердого диоксида углерода) при обычной температуре; высыхание замороженного белья на морозе; постепенное исчезновение нафталиновых шариков, используемых для защиты от моли.

Значение: сублимация лежит в основе технологии сублимационной сушки (лиофилизации), которая используется для длительного хранения пищевых продуктов (растворимый кофе, сублимированные фрукты), биологических образцов и фармацевтических препаратов, поскольку позволяет максимально сохранить их структуру и полезные свойства. Также применяется в сублимационных принтерах для печати фотографий.

Ответ: Сублимация — это переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое (например, испарение "сухого льда"). Технология применяется для сублимационной сушки продуктов и лекарств, сохраняя их свойства.

Десублимация (переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое)

Примеры: образование инея на холодных поверхностях (земле, ветках деревьев) в морозную погоду из водяного пара, содержащегося в воздухе; формирование узоров на замерзших окнах; образование снежинок в верхних слоях атмосферы.

Значение: в природе десублимация приводит к образованию таких атмосферных явлений, как иней и снег. В промышленности этот процесс используется для получения веществ высокой степени чистоты (например, очистка йода или серы) и в технологиях нанесения тонких покрытий и пленок на различные поверхности (например, при производстве микросхем и зеркал).

Ответ: Десублимация — это переход из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое (например, образование инея). В природе так образуется снег и иней, а в технологии процесс используется для получения сверхчистых веществ и нанесения тонких пленок.

6. Почему во время соревнований фигуристов и хоккейных матчей делают перерывы на заливку льда?

б. Почему во время соревнований фигуристов и хоккейных матчей делают перерывы на заливку льда?

Решение

Перерывы на заливку льда во время соревнований по фигурному катанию и хоккею необходимы для восстановления качества ледовой поверхности, которое значительно ухудшается в процессе катания. Это связано с несколькими физическими процессами.

Во-первых, лезвия коньков оказывают на лед очень высокое давление из-за своей малой площади соприкосновения. Под действием такого давления температура плавления льда понижается, и под лезвием образуется тонкая пленка воды. Эта вода действует как смазка, уменьшая трение и обеспечивая легкое скольжение. Однако после проезда спортсмена эта вода снова замерзает, но уже не так ровно, как первоначальный лед. Кроме того, сами лезвия, особенно при выполнении сложных элементов в фигурном катании (прыжки, вращения) или при резких торможениях и поворотах в хоккее, оставляют на льду глубокие царапины, борозды и выбоины.

Во-вторых, в процессе катания от льда откалываются мелкие частицы, образуя ледяную крошку. Эта крошка, смешиваясь с пылью и конденсатом, загрязняет поверхность и создает дополнительное трение, которое замедляет движение как самих спортсменов, так и шайбы в хоккее.

В результате этих процессов поверхность льда становится неровной, изрытой и шероховатой. Это приводит к ряду негативных последствий: увеличивается сила трения, что мешает спортсменам развивать высокую скорость и выполнять элементы чисто; движение шайбы в хоккее становится хаотичным и непредсказуемым; повышается риск падений и травм из-за неровностей; снижается и эстетическая составляющая в фигурном катании, так как на изрытом льду не видны четкие узоры от скольжения, являющиеся частью хореографии.

Процесс обновления льда с помощью ледозаливочной машины (комбайна) решает эти проблемы. Машина сначала срезает тонкий верхний поврежденный слой льда специальным ножом. Затем она смывает ледяную крошку, грязь и заливает поверхность тонким слоем горячей воды. Горячая вода растапливает оставшиеся мелкие неровности и, равномерно замерзая, образует идеально гладкую и ровную поверхность. Это восстанавливает оптимальные условия для скольжения, обеспечивая безопасность спортсменов и высокое качество соревнований.

Ответ: Перерывы на заливку льда делают для того, чтобы восстановить гладкость и ровность ледовой поверхности, которая повреждается лезвиями коньков во время катания. Поврежденный лед (с царапинами, выбоинами и ледяной крошкой) увеличивает трение, замедляет спортсменов, делает движение шайбы непредсказуемым и повышает риск травм. Заливка льда устраняет эти дефекты, создавая идеальные и безопасные условия для соревнований.

7. Почему после купания в реке или море человек даже в жаркую погоду ощущает прохладу? Спрогнозируйте тепловые эффекты всех переходов из одного агрегатного состояния в другое.

Почему после купания в реке или море человек даже в жаркую погоду ощущает прохладу?

Это ощущение прохлады связано с физическим процессом испарения воды. Когда человек выходит из воды, его кожа покрыта тонким слоем влаги. Эта вода начинает испаряться, то есть переходить из жидкого состояния в газообразное (водяной пар).

Процесс парообразования (испарение является его разновидностью) требует затрат энергии. Эту энергию, называемую удельной теплотой парообразования, вода забирает из ближайшего источника тепла. В данном случае источником тепла является поверхность тела человека. Количество теплоты, которое забирает вода для своего испарения, рассчитывается по формуле: $Q = L \cdot m$, где $L$ — удельная теплота парообразования воды, а $m$ — масса испарившейся воды.

В результате отвода тепла от кожи ее температура понижается, и рецепторы на коже посылают в мозг сигнал, который мы воспринимаем как ощущение прохлады или даже холода. Этот эффект усиливается при наличии ветра, так как ветер уносит насыщенный водяным паром воздух от поверхности кожи, ускоряя процесс испарения и, следовательно, охлаждения.

Ответ: Человек ощущает прохладу из-за процесса испарения воды с поверхности кожи. Испарение — это эндотермический процесс, который требует поглощения энергии (теплоты) из окружающей среды, в данном случае с кожи человека, что приводит к ее охлаждению.

Спрогнозируйте тепловые эффекты всех переходов из одного агрегатного состояния в другое.

Все переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое (фазовые переходы) сопровождаются либо поглощением, либо выделением энергии в виде теплоты. Эти эффекты можно спрогнозировать, рассмотрев, что происходит с частицами вещества (атомами, молекулами).

• Процессы, идущие с поглощением теплоты (эндотермические):
  Эти процессы связаны с увеличением внутренней энергии системы за счет ослабления или разрыва связей между частицами. Теплота забирается из окружающей среды, вызывая ее охлаждение.
  • Плавление (переход из твердого в жидкое состояние): Требуется энергия для разрушения кристаллической решетки и предоставления частицам большей свободы движения. Теплота плавления: $Q = \lambda \cdot m$.
  • Парообразование (испарение и кипение; переход из жидкого в газообразное состояние): Требуется энергия для преодоления сил межмолекулярного притяжения и отрыва молекул от поверхности жидкости. Теплота парообразования: $Q = L \cdot m$.
  • Сублимация (возгонка; переход из твердого сразу в газообразное состояние): Требуется энергия для разрыва связей в твердом теле и превращения вещества в газ.
• Процессы, идущие с выделением теплоты (экзотермические):
  Эти процессы связаны с уменьшением внутренней энергии системы за счет образования новых, более прочных связей между частицами. Теплота выделяется в окружающую среду, вызывая ее нагревание.
  • Кристаллизация (отвердевание; переход из жидкого в твердое состояние): При образовании упорядоченной кристаллической структуры из хаотично движущихся частиц жидкости выделяется энергия. Выделяемая теплота: $Q = \lambda \cdot m$.
  • Конденсация (переход из газообразного в жидкое состояние): При сближении молекул газа и образовании между ними связей, характерных для жидкости, выделяется энергия. Выделяемая теплота: $Q = L \cdot m$.
  • Десублимация (переход из газообразного сразу в твердое состояние): Процесс, обратный сублимации, при котором также выделяется энергия.

Ответ: Фазовые переходы, связанные с увеличением расстояния между частицами и ослаблением связей (плавление, парообразование, сублимация), являются эндотермическими (идут с поглощением тепла). Фазовые переходы, связанные с уменьшением расстояния между частицами и образованием/усилением связей (кристаллизация, конденсация, десублимация), являются экзотермическими (идут с выделением тепла).

8. Подготовьте сообщение о сухом льде.

Что такое сухой лед?

Сухой лед — это твердая фаза диоксида углерода (углекислого газа), химическая формула которого $CO_2$. Свое название он получил благодаря уникальному свойству: при нормальном атмосферном давлении он не плавится, то есть не переходит в жидкое состояние, а сублимирует (или возгоняется) — сразу превращается в газ. Внешне сухой лед представляет собой белое, плотное, снегоподобное вещество без запаха и вкуса. Его производство и использование требуют соблюдения особых мер предосторожности из-за его чрезвычайно низкой температуры и выделения больших объемов углекислого газа.

Ответ: Сухой лед – это твердый диоксид углерода ($CO_2$), который при атмосферном давлении переходит из твердого состояния сразу в газообразное, минуя жидкую фазу, в процессе, называемом сублимацией.

Основные свойства

Ключевым свойством сухого льда является его температура сублимации, которая при нормальном атмосферном давлении составляет $-78.5^\circ C$ ($194.65 K$). Это делает его гораздо более эффективным хладагентом по сравнению с обычным водяным льдом, температура плавления которого $0^\circ C$. Плотность сухого льда составляет около $1.56 \text{ г/см}^3$, что выше плотности водяного льда. При сублимации один килограмм сухого льда образует более 500 литров углекислого газа. Процесс сублимации можно описать уравнением: $CO_{2(тв)} \rightarrow CO_{2(г)}$. Сухой лед нетоксичен и негорюч. Белый "дым", который часто ассоциируется с сухим льдом, на самом деле является не углекислым газом (он невидим), а туманом из сконденсированных в холодном газе паров воды из окружающего воздуха.

Ответ: Основные свойства сухого льда — это очень низкая температура ($-78.5^\circ C$), способность к сублимации, высокая плотность ($1.56 \text{ г/см}^3$) и выделение большого объема газообразного $CO_2$ при переходе из твердого состояния.

Получение

Сухой лед получают из жидкого диоксида углерода, который хранится под высоким давлением. Процесс производства включает следующие этапы:
1. Жидкий $CO_2$ под давлением подается в специальную емкость — экспандер или пресс.
2. Давление резко снижают до атмосферного. Из-за быстрого расширения (эффект Джоуля-Томсона) диоксид углерода мгновенно охлаждается до температуры замерзания.
3. Часть $CO_2$ испаряется, отбирая тепло у оставшейся части, что приводит к ее замерзанию и превращению в рыхлую снегообразную массу.
4. Полученный "снег" затем спрессовывают в блоки, гранулы или пеллеты различного размера и формы для удобства хранения и транспортировки.

Ответ: Сухой лед получают путем быстрого снижения давления жидкого диоксида углерода, что вызывает его мгновенное охлаждение и затвердевание в "снег", который затем прессуется в блоки или гранулы.

Применение

Благодаря своим уникальным свойствам сухой лед находит широкое применение в различных областях:
• Транспортировка и хранение: Используется для охлаждения продуктов питания, мороженого, а также в медицине для перевозки вакцин, органов и биологических образцов, требующих низких температур. В отличие от обычного льда, он не оставляет влаги.
• Спецэффекты: В индустрии развлечений (театры, концерты, клубы) для создания густого белого тумана, стелющегося по полу. Эффект достигается при помещении сухого льда в теплую воду.
• Промышленная очистка: Метод "криогенного бластинга", при котором гранулы сухого льда под высоким давлением направляются на очищаемую поверхность. При ударе гранулы сублимируют, "взрывая" загрязнения с поверхности без ее повреждения и без образования вторичных отходов.
• Пищевая промышленность: Для быстрой ("шоковой") заморозки продуктов, замедления роста дрожжей в тестовых заготовках и для газирования напитков.
• Научные исследования: В лабораториях в качестве хладагента для охлаждения реакционных смесей и сохранения образцов.

Ответ: Сухой лед применяется для низкотемпературного хранения и транспортировки, создания сценических спецэффектов, промышленной очистки (криогенный бластинг) и в пищевой промышленности для заморозки и газирования.

Меры предосторожности

Работа с сухим льдом требует строгого соблюдения правил безопасности:
1. Защита от обморожения: Из-за экстремально низкой температуры ($ -78.5^\circ C$) прямой контакт с кожей вызывает мгновенное и тяжелое обморожение. Работать с сухим льдом необходимо только в специальных криогенных или толстых теплоизолирующих перчатках.
2. Опасность удушья: При сублимации сухой лед выделяет большие объемы углекислого газа, который тяжелее воздуха и может скапливаться в низких и непроветриваемых местах, вытесняя кислород. Хранить и использовать сухой лед можно только в хорошо вентилируемых помещениях.
3. Опасность взрыва: Категорически запрещено хранить сухой лед в герметичных контейнерах (например, в стеклянных банках с крышкой или пластиковых бутылках). Сублимация создает огромное давление газа, которое может разорвать контейнер. Для хранения используют специальные изотермические контейнеры с клапаном для сброса давления.
4. Прочее: Нельзя пробовать сухой лед на вкус или глотать. Необходимо хранить его в недоступном для детей и животных месте.

Ответ: При работе с сухим льдом необходимо использовать защитные перчатки для предотвращения обморожения, обеспечивать хорошую вентиляцию для избежания удушья и никогда не хранить его в герметичной таре из-за риска взрыва.

9. Уточните возможное число агрегатных состояний веществ. Аргументируйте свой ответ сведениями, полученными из различных источников информации. Укажите эти источники.

Решение

Вопрос о возможном числе агрегатных состояний вещества не имеет однозначного и простого ответа, так как современная наука, в частности физика, значительно расширила классическое представление о трёх состояниях (твёрдое, жидкое, газообразное). Число состояний зависит от критериев классификации и экстремальности условий (температуры, давления), в которых находится вещество.

1. Классические агрегатные состояния

Это три состояния, наиболее часто встречающиеся в земных условиях. Они определяются характером теплового движения частиц вещества и соотношением между кинетической энергией частиц и энергией их взаимодействия.

• Твёрдое тело: Частицы (атомы, молекулы, ионы) плотно упакованы и совершают колебания около определённых положений равновесия (узлов кристаллической решётки). Вещество в твёрдом состоянии сохраняет и форму, и объём.
• Жидкость: Частицы расположены близко друг к другу, но могут перемещаться по всему объёму, перескакивая из одного положения равновесия в другое. Жидкости сохраняют объём, но не сохраняют форму, принимая форму сосуда.
• Газ: Расстояния между частицами много больше их размеров, силы взаимодействия пренебрежимо малы. Частицы движутся хаотично и свободно, заполняя весь предоставленный объём. Газы не сохраняют ни форму, ни объём.

Источник: Данная классификация является фундаментальной и приводится в любом школьном или вузовском учебнике по физике (например, "Курс общей физики" И.В. Савельева) и химии.

2. Плазма — четвёртое агрегатное состояние

При очень высоких температурах (от нескольких тысяч до миллионов градусов Цельсия) или сильном ионизирующем излучении газ переходит в состояние плазмы. Это частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов, положительно и отрицательно заряженных ионов и свободных электронов. Плазма является самым распространённым состоянием вещества во Вселенной (более 99% видимого вещества), так как из неё состоят звёзды, туманности и межзвёздная среда.

Источник: Информация о плазме широко представлена в научной и энциклопедической литературе, например, в "Физической энциклопедии" или на образовательных ресурсах научных организаций, таких как NASA, которые изучают космическую плазму.

3. Экзотические агрегатные состояния

В XX и XXI веках были открыты и изучены состояния вещества, возникающие в экстремальных условиях сверхнизких температур, сверхвысоких давлений или плотностей энергии. Их называют "квантовыми" или "экзотическими".

• Конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ): Состояние, в которое переходят атомы-бозоны при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю ($T \to 0$ K). В этом состоянии все атомы переходят в одно и то же квантовое состояние и ведут себя как единый макроскопический квантовый объект, или "суператом". Теоретически предсказано А. Эйнштейном и Ш. Бозе в 1924-1925 гг., экспериментально получено в 1995 г. (Нобелевская премия по физике 2001 г.).
  Источник: Официальный сайт Нобелевского комитета (nobelprize.org), научные статьи в журналах Physical Review Letters.
• Фермионный конденсат: Аналогичное КБЭ состояние, но для частиц-фермионов. Поскольку фермионы подчиняются принципу запрета Паули, они не могут занимать одно и то же состояние. Однако при сверхнизких температурах они могут образовывать пары (подобно куперовским парам в сверхпроводниках), которые ведут себя как бозоны и формируют конденсат.
• Кварк-глюонная плазма: Состояние, которое существовало в первые мгновения после Большого Взрыва при сверхвысоких температурах и плотностях. В этом состоянии протоны и нейтроны "расплавляются", и вещество представляет собой "суп" из их фундаментальных составляющих — кварков и глюонов. Такое состояние воссоздаётся на несколько мгновений в экспериментах на ускорителях частиц, например, на Большом адронном коллайдере.
  Источник: Публикации и пресс-релизы Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN).
• Другие состояния: Существует также множество других состояний, таких как сверхтекучая жидкость (течёт без вязкости), сверхтвёрдое тело (обладает свойствами и твёрдого тела, и сверхтекучей жидкости), жидкие кристаллы (промежуточное состояние между жидкостью и кристаллом), вырожденный газ (в недрах белых карликов и нейтронных звёзд) и другие.

Ответ:

Возможное число агрегатных состояний вещества не является строго определённой величиной. Помимо трёх классических состояний (твёрдое, жидкое, газообразное), наукой общепризнано четвёртое — плазма, являющееся самым распространённым во Вселенной. Кроме них, современная физика описывает десятки других, так называемых "экзотических" состояний, наблюдаемых в экстремальных условиях, таких как конденсат Бозе-Эйнштейна, фермионный конденсат, кварк-глюонная плазма, сверхтекучая жидкость и многие другие. Таким образом, ответ на вопрос о числе состояний зависит от уровня детализации: от 3-4 в базовом рассмотрении до нескольких десятков в рамках современной физической науки. Этот список постоянно пополняется новыми открытиями.

Аргументация основана на сведениях из различных источников, включая:

1. Фундаментальные учебники по физике и химии (для классических состояний).
2. Научные энциклопедии (для расширенного описания, включая плазму).
3. Официальные сайты ведущих научных центров мира, таких как NASA и CERN (для информации о плазме и кварк-глюонной плазме).
4. Публикации в рецензируемых научных журналах (например, Nature, Science, Physical Review Letters) и материалы Нобелевского комитета (для информации об экзотических состояниях, таких как КБЭ).

10. К важнейшим свойствам веществ относятся их физические константы, в том числе температуры кипения и плавления. Найти данные величины можно в справочной литературе или Интернете. Определите и запишите температуры кипения и плавления аммиака, этилового спирта, гидроксида натрия. С какой точностью приведены эти значения в справочнике? В каких единицах они измеряются?

Температуры кипения и плавления аммиака, этилового спирта, гидроксида натрия

Данные о температурах фазовых переходов для указанных веществ при нормальном атмосферном давлении (1 атм или 101.325 кПа) взяты из справочной литературы.

• Аммиак ($NH_3$)
  • Температура плавления: $-77.73 \text{ °C}$ (что соответствует $195.42 \text{ К}$)
  • Температура кипения: $-33.34 \text{ °C}$ (что соответствует $239.81 \text{ К}$)
• Этиловый спирт (этанол, $C_2H_5OH$)
  • Температура плавления: $-114.1 \text{ °C}$ (что соответствует $159.05 \text{ К}$)
  • Температура кипения: $78.37 \text{ °C}$ (что соответствует $351.52 \text{ К}$)
• Гидроксид натрия ($NaOH$)
  • Температура плавления: $318 \text{ °C}$ (что соответствует $591.15 \text{ К}$)
  • Температура кипения: $1388 \text{ °C}$ (что соответствует $1661.15 \text{ К}$)

Ответ: Температуры плавления и кипения соответственно: для аммиака $-77.73 \text{ °C}$ и $-33.34 \text{ °C}$; для этилового спирта $-114.1 \text{ °C}$ и $78.37 \text{ °C}$; для гидроксида натрия $318 \text{ °C}$ и $1388 \text{ °C}$.

С какой точностью приведены эти значения в справочнике?

Точность, с которой приводятся значения температур плавления и кипения в справочниках, зависит от источника. В школьных учебниках и общих справочниках значения часто округлены до целых чисел или до десятых долей градуса (например, температура кипения этанола может быть указана как $78 \text{ °C}$). В специализированных научных справочниках (например, химических или физических энциклопедиях) значения приводятся с большей точностью, как правило, до сотых долей градуса (например, $-77.73 \text{ °C}$ для температуры плавления аммиака). Высокая точность достигается за счет использования прецизионных методов измерения и строгого контроля внешних условий, в первую очередь давления, при котором проводится измерение.

Ответ: Точность справочных данных варьируется от целых чисел до сотых долей градуса, в зависимости от назначения справочника.

В каких единицах они измеряются?

Температуры плавления и кипения чаще всего указываются в градусах Цельсия ($ \text{°C}$). Эта шкала широко используется в повседневной жизни и в большинстве научных публикаций. В то же время, в Международной системе единиц (СИ) основной единицей термодинамической температуры является Кельвин ($ \text{К}$). Связь между шкалами Цельсия ($t$) и Кельвина ($T$) выражается формулой: $T(\text{К}) = t(\text{°C}) + 273.15$. В некоторых странах, например в США, также может использоваться шкала Фаренгейта ($ \text{°F}$).

Ответ: Чаще всего температуры измеряются в градусах Цельсия ($ \text{°C}$) или в Кельвинах ($ \text{К}$).