Номер 9, страница 33, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

9. Почему воздух в Антарктиде не сжижается сам по себе, хотя температура там бывает до $-80^\circ C$? Ответьте на вопрос, опираясь на знания о кристаллической решетке.

Воздух не сжижается в Антарктиде, несмотря на очень низкие температуры, потому что для сжижения газа (перехода в жидкое состояние) необходимо не только значительное охлаждение, но и выполнение определенных условий по давлению. Этот процесс напрямую связан со свойствами межмолекулярного взаимодействия, которые также определяют и структуру кристаллической решетки вещества в твердом состоянии.

1. Состав воздуха и силы межмолекулярного взаимодействия. Воздух — это смесь газов, состоящая в основном из азота ($N_2$, около 78%) и кислорода ($O_2$, около 21%). Молекулы азота и кислорода являются двухатомными и неполярными. Силы притяжения между такими молекулами (силы Ван-дер-Ваальса) очень слабые.

2. Переход в жидкое и твердое состояние. Чтобы газ сконденсировался в жидкость, а затем замерз, образовав твердое тело с кристаллической решеткой, необходимо, чтобы кинетическая энергия теплового движения молекул стала меньше потенциальной энергии их взаимного притяжения. Поскольку силы притяжения между молекулами $N_2$ и $O_2$ очень слабы, для их сближения и удержания вместе требуется чрезвычайно низкая температура, чтобы максимально снизить их кинетическую энергию.

3. Температуры сжижения. При нормальном атмосферном давлении (1 атмосфера) температура сжижения (температура кипения) основных компонентов воздуха составляет:

• Для кислорода ($O_2$): около $-183^{\circ}C$
• Для азота ($N_2$): около $-196^{\circ}C$

4. Сравнение с температурой в Антарктиде. Самая низкая зарегистрированная температура на Земле (станция "Восток" в Антарктиде) составляет около $-89,2^{\circ}C$. Температура $-80^{\circ}C$, упомянутая в вопросе, также является экстремально низкой, но она все равно значительно выше, чем температуры, необходимые для сжижения кислорода и азота при атмосферном давлении. При $-80^{\circ}C$ молекулы воздуха все еще обладают слишком большой кинетической энергией, чтобы слабые межмолекулярные силы смогли их связать в жидкость, и тем более в упорядоченную кристаллическую решетку твердого тела.

Таким образом, для сжижения воздуха в естественных условиях Антарктиды просто "недостаточно холодно". Сжижение воздуха в промышленных масштабах достигается путем его сильного сжатия и последующего охлаждения до криогенных температур.

Ответ: Воздух в Антарктиде не сжижается, потому что температура там, даже достигающая $-80^{\circ}C$, значительно выше температур сжижения его основных компонентов — азота ($-196^{\circ}C$) и кислорода ($-183^{\circ}C$) при атмосферном давлении. Межмолекулярные силы притяжения в азоте и кислороде очень слабы, и для их преодоления кинетической энергии молекул (то есть для их сближения и образования сначала жидкости, а затем твердой кристаллической решетки) требуется гораздо более глубокое охлаждение, чем то, которое наблюдается в природе на поверхности Земли.