Номер 3, страница 188 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис

Глава 7. Периодический закон и строение атома. Параграф 53. Распределение электронов по энергетическим уровням. Подумай, ответь, выполни... - номер 3, страница 188.

Условие.

3. В 1869 г. на Солнце открыли новый химический элемент, который назвали гелием (от греч. «хелиос» — солнце). Только через 27 лет его открыли и на Земле. Гелий получают из воздуха путём охлаждения. Поясните, каким образом, если известно, что у гелия из всех газов самая низкая температура кипения ($-268,9 ^\circ\text{C}$).

Решение.

Решение 2.

Дано:

Температура кипения гелия $t_{кип. He} = -268,9$ °C.

Перевод в систему СИ:

Абсолютная температура в системе СИ измеряется в кельвинах (К). Связь между шкалой Цельсия (°C) и шкалой Кельвина (К) выражается формулой $T(\text{К}) = t(\text{°C}) + 273,15$.

$T_{кип. He} = -268,9 + 273,15 = 4,25$ К.

Найти:

Пояснить, каким образом гелий получают из воздуха путём охлаждения.

Решение:

Метод получения гелия из воздуха основан на принципе фракционной перегонки (также известной как низкотемпературная ректификация) сжиженного воздуха. Этот процесс позволяет разделять компоненты смеси на основе различий в их температурах кипения.

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, главными из которых являются азот (температура кипения $T_{кип. N_2} \approx 77$ К или $-196$ °C) и кислород (температура кипения $T_{кип. O_2} \approx 90$ К или $-183$ °C). У гелия, как указано в условии, самая низкая температура кипения из всех известных веществ: $T_{кип. He} = 4,25$ К ($-268,9$ °C).

Процесс разделения выглядит следующим образом: воздух сначала сжимают, а затем сильно охлаждают до температуры, при которой большинство его компонентов переходит в жидкое состояние. Например, при охлаждении до температуры ниже $\text{77}$ К ($-196$ °C), азот, кислород, аргон и другие газы с относительно высокими температурами кипения конденсируются, образуя жидкий воздух.

Поскольку температура кипения гелия ($4,25$ К) экстремально низка и находится значительно ниже точки сжижения остальных компонентов воздуха, гелий при этих условиях остаётся в газообразной фазе. Этот газообразный гелий (в смеси с небольшим количеством неона, у которого также очень низкая температура кипения) скапливается над поверхностью жидкого воздуха. Затем эту газовую фракцию отделяют и подвергают дальнейшей очистке для получения чистого гелия.

Таким образом, ключевую роль играет уникальное свойство гелия — его чрезвычайно низкая температура кипения, которая не позволяет ему сжижаться вместе с остальными газами воздуха.

Ответ: При глубоком охлаждении воздуха его основные компоненты (азот, кислород и др.) конденсируются и переходят в жидкое состояние, так как их температуры кипения (около $77-90$ К) намного выше, чем у гелия. Гелий, обладающий самой низкой температурой кипения ($4,25$ К или $-268,9$ °C), при этих условиях остаётся газом, что позволяет его отделить от сжиженной части воздуха.