Номер 5, страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

5. В каком случае энергия поглощается, в каком – выделяется?

Энергия поглощается

Энергия поглощается в процессах, которые называются эндотермическими (если поглощается тепло) или, в более общем смысле, эндергоническими. В этих процессах система получает энергию из окружающей среды, в результате чего её внутренняя энергия или потенциальная энергия её компонентов увеличивается. Для протекания таких процессов требуется постоянный приток энергии извне.

Основные случаи, когда энергия поглощается:

1. Фазовые переходы с увеличением внутренней энергии. Это переходы вещества в состояние с менее упорядоченной структурой и большей энергией движения частиц. К ним относятся:

• Плавление: переход вещества из твёрдого состояния в жидкое. Энергия, называемая теплотой плавления, затрачивается на разрушение кристаллической решётки. Пример: таяние льда.
• Парообразование (кипение и испарение): переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Энергия (теплота парообразования) необходима молекулам для преодоления сил межмолекулярного притяжения и выхода из жидкости. Пример: кипение воды.
• Сублимация (возгонка): переход вещества из твёрдого состояния непосредственно в газообразное, минуя жидкую фазу. Пример: испарение «сухого льда» (твёрдого диоксида углерода $CO_2$).

2. Эндотермические химические реакции. Это реакции, в ходе которых поглощается больше энергии на разрыв старых химических связей, чем выделяется при образовании новых. Такие реакции часто требуют нагревания. Примеры:

• Разложение многих веществ, например, карбоната кальция (известняка) на оксид кальция и углекислый газ: $CaCO_3(тв) \rightarrow CaO(тв) + CO_2(г)$.
• Процесс фотосинтеза в растениях, где энергия солнечного света поглощается для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды: $6CO_2 + 6H_2O + \text{энергия света} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

3. Процессы на атомном и субатомном уровне.

• Возбуждение атома: электрон в атоме поглощает фотон с определённой энергией и переходит на более высокий энергетический уровень.
• Ионизация: атому сообщается энергия, достаточная для отрыва от него одного или нескольких электронов, превращая его в ион.
• Фотоядерные реакции: атомное ядро поглощает гамма-квант высокой энергии, что может привести к его возбуждению или распаду.

Ответ: Энергия поглощается при фазовых переходах типа плавления, кипения и сублимации; в ходе эндотермических химических реакций (например, фотосинтез, реакции разложения); при нагревании тел; при возбуждении и ионизации атомов.

Энергия выделяется

Энергия выделяется в процессах, которые называются экзотермическими (если выделяется тепло) или, в более общем смысле, экзергоническими. В этих процессах система отдаёт энергию в окружающую среду, в результате чего её внутренняя энергия уменьшается. Это выделение может происходить в виде тепла, света или других форм энергии.

Основные случаи, когда энергия выделяется:

1. Фазовые переходы с уменьшением внутренней энергии. Это переходы вещества в состояние с более упорядоченной структурой и меньшей энергией движения частиц. К ним относятся:

• Кристаллизация (затвердевание): переход вещества из жидкого состояния в твёрдое. При образовании кристаллической решётки выделяется энергия (теплота кристаллизации). Пример: замерзание воды.
• Конденсация: переход вещества из газообразного состояния в жидкое. При сближении молекул и образовании межмолекулярных связей выделяется энергия. Пример: образование росы.
• Десублимация: переход вещества из газообразного состояния непосредственно в твёрдое. Пример: образование инея на холодных поверхностях.

2. Экзотермические химические реакции. Это реакции, в ходе которых при образовании новых, более прочных химических связей выделяется больше энергии, чем было затрачено на разрыв старых. Примеры:

• Горение: быстрое окисление, сопровождающееся выделением большого количества тепла и света. Пример: горение природного газа: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
• Реакции нейтрализации: взаимодействие кислоты и основания, сопровождающееся выделением тепла. Пример: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$.
• Клеточное дыхание: окисление глюкозы в живых организмах для получения энергии: $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$.

3. Ядерные реакции. В ходе этих реакций происходят изменения в атомных ядрах, что сопровождается выделением огромного количества энергии из-за превращения части массы в энергию ($E=mc^2$).

• Ядерный распад (деление): тяжёлое атомное ядро (например, урана-235) делится на более лёгкие фрагменты. Этот процесс используется в атомных электростанциях.
• Термоядерный синтез: лёгкие атомные ядра (например, дейтерия и трития) сливаются в более тяжёлые ядра (гелия). Это источник энергии звёзд, в том числе Солнца.

4. Процессы на атомном уровне.

• Излучение фотона атомом: электрон в возбуждённом атоме самопроизвольно переходит на более низкий энергетический уровень, излучая при этом квант света — фотон.

Ответ: Энергия выделяется при фазовых переходах типа кристаллизации, конденсации и десублимации; в ходе экзотермических химических реакций (например, горение, дыхание); в ядерных реакциях деления и синтеза; при излучении света атомами.