Номер 4, страница 34 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. Углекислый газ при нормальном давлении переходит в твёрдое состояние при температуре около –70°C, а речной песок (кремнезём) плавится при температуре около 1700°C. Какие выводы о строении этих веществ в твёрдом состоянии можно сделать?

Решение

Температура фазового перехода (плавления или сублимации) вещества напрямую зависит от энергии, необходимой для разрушения связей между частицами (атомами, молекулами или ионами) в его кристаллической структуре. Чем прочнее эти связи, тем выше температура, при которой вещество меняет свое агрегатное состояние.

1. Углекислый газ ($CO_2$). Температура перехода в твердое состояние составляет около $-70^\circ C$. Такая низкая температура сублимации (перехода из твердого состояния сразу в газообразное) говорит о том, что в твердом состоянии частицы углекислого газа связаны между собой очень слабыми силами. Твердый $CO_2$ (сухой лед) имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах этой решетки находятся отдельные молекулы $CO_2$, которые притягиваются друг к другу слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). Для того чтобы вещество перешло в газообразное состояние, достаточно преодолеть эти слабые силы, что требует небольшого количества энергии.

2. Речной песок (кремнезём, $SiO_2$). Температура плавления около $1700^\circ C$. Такая чрезвычайно высокая температура указывает на наличие очень прочных связей в кристалле. Кремнезём, в отличие от углекислого газа, имеет атомную кристаллическую решетку. В ее узлах находятся не молекулы, а атомы (кремния и кислорода), соединенные друг с другом прочными ковалентными связями. Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода — с двумя атомами кремния, образуя единую гигантскую пространственную структуру. Чтобы расплавить такое вещество, необходимо разорвать эти многочисленные и очень прочные ковалентные связи, что требует огромного количества энергии и, как следствие, очень высокой температуры.

Ответ: Огромная разница в температурах фазовых переходов указывает на принципиальное различие в строении кристаллических решеток этих веществ. Твердый углекислый газ имеет молекулярную кристаллическую решетку, где молекулы $CO_2$ связаны слабыми межмолекулярными силами, что обуславливает низкую температуру сублимации. Речной песок (кремнезём) имеет атомную кристаллическую решетку, в которой атомы $Si$ и $O$ соединены прочными ковалентными связями, что является причиной его очень высокой температуры плавления.