Домашний эксперимент, страница 150, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Исследование нефтяных продуктов

На полоски фильтровальной бумаги (или на часовые стекла) нанесите капли очищенного бензина, керосина, машинного масла. Отметьте, что после бензина бумажка быстро становится сухой, т. е. бензин обладает наибольшей летучестью, затем испаряется керосин (испарение его может быть ускорено осторожным подогреванием); улетучивания машинного масла практически наблюдать не удается.

Решение

Описанный в тексте эксперимент демонстрирует различия в летучести (способности испаряться) различных фракций нефти: бензина, керосина и машинного масла. Это различие напрямую связано с их химическим составом и, как следствие, с физическими свойствами.

Нефтепродукты представляют собой смеси углеводородов — органических соединений, состоящих из атомов углерода и водорода. Разные фракции, получаемые при перегонке нефти, отличаются длиной углеродных цепей в молекулах, входящих в их состав.

Бензин состоит из наиболее лёгких углеводородов, содержащих в своих молекулах от 5 до 12 атомов углерода (условно $C_5H_{12}$ – $C_{12}H_{26}$). Эти молекулы имеют относительно небольшую массу и слабые межмолекулярные силы притяжения (силы Ван-дер-Ваальса). Чтобы преодолеть эти силы и перейти из жидкого состояния в газообразное, молекулам требуется немного энергии. Поэтому бензин очень летуч и быстро испаряется при комнатной температуре, что и наблюдается в опыте, когда бумажка быстро становится сухой.

Керосин является более тяжёлой фракцией. В его состав входят углеводороды с длиной цепи от 12 до 15 атомов углерода ($C_{12}H_{26}$ – $C_{15}H_{32}$). Молекулы керосина крупнее и тяжелее молекул бензина. Вследствие этого межмолекулярные силы в керосине сильнее. Для их преодоления требуется больше энергии, поэтому керосин испаряется значительно медленнее бензина. Осторожный подогрев, упомянутый в тексте, как раз и сообщает молекулам дополнительную кинетическую энергию, ускоряя процесс испарения.

Машинное масло — это ещё более тяжёлая фракция нефти, состоящая из длинноцепочечных углеводородов (от 16-20 атомов углерода и выше, например, $C_{20}H_{42}$ и более сложные). Эти молекулы очень крупные и тяжёлые, а силы межмолекулярного взаимодействия между ними очень велики. Для испарения таких веществ требуется очень высокая температура (у масел высокие температуры кипения). При комнатной температуре их летучесть настолько низка, что испарение практически незаметно, поэтому пятно от масла на бумаге не высыхает.

Таким образом, эксперимент наглядно иллюстрирует закономерность: чем длиннее углеводородная цепь в молекулах, составляющих нефтепродукт (то есть чем больше молярная масса молекул), тем сильнее межмолекулярное взаимодействие, выше температура кипения и, соответственно, ниже летучесть вещества.

Ответ: Различие в скорости испарения бензина, керосина и машинного масла объясняется разным размером и массой молекул углеводородов, входящих в их состав. Бензин состоит из лёгких молекул с короткими углеродными цепями, которые слабо притягиваются друг к другу и легко испаряются (высокая летучесть). Керосин состоит из более тяжёлых молекул, испаряющихся медленнее. Машинное масло состоит из очень крупных и тяжёлых молекул с сильным межмолекулярным притяжением, поэтому оно практически не летуче при комнатной температуре.