Решебник по химии 8 класс Габриелян §3

Данные утверждения верны, но только при нормальных условиях (температуре 0 °C и давлении 101,325 кПа). Вода действительно находится в жидком состоянии при обычных условиях, но при понижении температуры до 0 °C она замерзает и превращается в лед, а при повышении до 100 °C кипит и превращается в пар. Кислород при нормальных условиях является газом, однако при температуре -183 °C он становится жидкостью, а при -219 °C затвердевает. Таким образом, агрегатное состояние веществ зависит от условий окружающей среды.

При проведении опыта можно наблюдать, что при нагревании стенок колбы или пробирки тёплой ладонью из газоотводной трубки начинают выходить пузырьки воздуха в воду. Это происходит потому, что при нагревании воздух внутри колбы расширяется, увеличивая свой объём и выходя через трубку в виде пузырьков.

Данный опыт демонстрирует тепловое расширение газов: при повышении температуры молекулы газа начинают двигаться быстрее, увеличивая среднее расстояние между собой, что приводит к увеличению объёма газа.

Кроме того, опыт показывает сжимаемость газов: если охладить колбу, воздух внутри неё уменьшится в объёме, и вода начнёт подниматься по трубке внутрь сосуда из-за разницы давлений.

Таким образом, эксперимент подтверждает основные свойства газов — их способность изменять объём в зависимости от температуры и давления.

В газообразном состоянии частицы расположены далеко друг от друга, и между ними практически нет сил притяжения, поэтому газы легко сжимаются. Они не имеют собственной формы и принимают форму сосуда, в котором находятся. В жидком состоянии частицы расположены ближе друг к другу, но всё ещё могут перемещаться, что делает жидкости несжимаемыми, но текучими. Жидкости принимают форму сосуда, но сохраняют свой объём. В твёрдом состоянии частицы находятся в определённых местах и могут только колебаться. Это делает твёрдые тела несжимаемыми, сохраняющими и форму, и объём. Таким образом, главное отличие между агрегатными состояниями заключается в расположении частиц и их подвижности.

Физическими явлениями являются процессы, при которых вещество не изменяет своего состава. Выпаривание соли из раствора — это физический процесс, так как соль остаётся тем же веществом после испарения воды. Возгонка йода также является физическим явлением, так как он просто переходит из твёрдого состояния в газообразное, а при охлаждении снова кристаллизуется. Разложение воды электрическим током — это химическое явление, так как молекулы воды разрушаются и образуются новые вещества: водород и кислород. Горение сахара — это химический процесс, потому что в результате реакции образуются углекислый газ и вода, а сам сахар полностью изменяет свой состав.

Переход вещества из твёрдого состояния в газообразное без промежуточной жидкой фазы называется сублимацией или возгонкой. Одним из примеров такого перехода является сублимация йода. Йод при нагревании сразу превращается в фиолетовый газ без перехода в жидкое состояние. Ещё один пример — сухой лёд (твёрдый углекислый газ), который при комнатной температуре сразу испаряется, образуя углекислый газ. Кроме того, можно вспомнить возгонку нафталина, который также не плавится, а сразу испаряется. Этот процесс используется в промышленности для очистки некоторых веществ от примесей.

Конденсацией называется процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Из предложенных вариантов это явление обозначено в пункте «в» — конденсация водяного пара. В этом процессе водяной пар, содержащийся в воздухе, охлаждается и превращается в воду, например, в виде капель на стекле. Плавление льда является процессом перехода твёрдого состояния в жидкое, а значит, это не конденсация. Кипение воды — это процесс испарения жидкости, при котором вода превращается в пар, что является противоположным конденсации явлением. Кристаллизация воды — это превращение жидкой воды в лёд, то есть это процесс замерзания, а не конденсации.

Взаимные переходы между агрегатными состояниями веществ играют важную роль в природе и технологических процессах. Рассмотрим каждый из них на конкретных примерах:

1. Плавление (твёрдое → жидкость)

   • Пример: лёд при температуре выше 0°C превращается в воду.

   • Значение: позволяет снегу и льду таять весной, обеспечивая круговорот воды в природе.

2. Замерзание (жидкость → твёрдое)

   • Пример: вода при температуре ниже 0°C превращается в лёд.

   • Значение: используется при создании искусственного льда, например, в катках, а также при заморозке продуктов.

3. Испарение (жидкость → газ)

   • Пример: вода в кастрюле при кипении превращается в пар.

   • Значение: важный процесс для образования осадков, охлаждения поверхности воды и создания тумана.

4. Конденсация (газ → жидкость)

   • Пример: образование капель воды на холодном стекле в помещении.

   • Значение: позволяет собирать пресную воду из воздуха, используется в системах кондиционирования.

5. Сублимация (твёрдое → газ)

   • Пример: сухой лёд (твёрдый углекислый газ) при комнатной температуре превращается в газ.

   • Значение: применяется в охлаждении продуктов и спецэффектах.

6. Десублимация (газ → твёрдое)

   • Пример: иней на стекле образуется при замерзании водяного пара.

   • Значение: играет роль в образовании снежинок и льда в атмосфере.

Эти переходы регулируют природные процессы (круговорот воды, образование снега и дождя) и находят широкое применение в науке и технике (замораживание, выпаривание, кондиционирование воздуха).

Во время соревнований по фигурному катанию и хоккею лёд подвергается значительным механическим нагрузкам. Коньки спортсменов оставляют на поверхности льда царапины, борозды и выбоины, что ухудшает его качество и может повлиять на безопасность спортсменов.

Кроме того, интенсивное катание приводит к локальному нагреву льда из-за трения лезвий коньков о его поверхность. В результате он может становиться менее прочным и образовывать неровности, которые затрудняют передвижение спортсменов.

Перерывы на заливку льда позволяют восстановить его гладкость и прочность. Во время заливки на поверхность распыляют тонкий слой воды, который заполняет все неровности и затем замерзает, образуя ровную и прочную ледяную поверхность.

Этот процесс улучшает условия для катания, снижает риск травм и обеспечивает равные условия для всех участников соревнований. Именно поэтому заливку льда проводят регулярно в ходе матчей и выступлений.

После купания в реке или море человек даже в жаркую погоду ощущает прохладу, потому что вода, оставшаяся на коже, начинает испаряться. Испарение — это процесс перехода жидкости в газообразное состояние, который сопровождается поглощением тепла из окружающей среды. В данном случае вода забирает тепло с поверхности тела, охлаждая его.

Этот эффект связан с тепловыми свойствами фазовых переходов:

1. Испарение (жидкость → газ) – требует поглощения тепла, охлаждая поверхность, с которой происходит испарение. Именно поэтому человек после купания чувствует прохладу, пока его кожа не высохнет.

2. Конденсация (газ → жидкость) – выделяет тепло в окружающую среду. Например, при конденсации водяного пара на холодных поверхностях (окна, стекло) выделяется тепло.

3. Плавление (твёрдое → жидкость) – требует поглощения тепла, например, лёд тает, поглощая тепло из окружающей среды.

4. Замерзание (жидкость → твёрдое) – сопровождается выделением тепла. Например, вода, превращаясь в лёд, выделяет тепло в окружающую среду.

5. Сублимация (твёрдое → газ) – требует большого количества энергии и приводит к охлаждению поверхности. Например, сухой лёд (твёрдый CO₂) при комнатной температуре испаряется, сильно охлаждая окружающее пространство.

6. Десублимация (газ → твёрдое) – выделяет тепло, например, когда водяной пар превращается в иней на стекле зимой.

Таким образом, чувство прохлады после купания объясняется испарением воды с кожи, в процессе которого поглощается тепло и тело охлаждается.

Сухой лёд – это твёрдая форма углекислого газа (CO₂), отличающаяся рядом уникальных свойств. В отличие от обычного льда, который представляет собой замёрзшую воду, сухой лёд при нормальных условиях не тает, а сразу переходит из твёрдого состояния в газообразное. Этот процесс называется сублимацией, или возгонкой. Температура сублимации сухого льда составляет около −78,5°C, что делает его значительно холоднее, чем обычный водяной лёд.

1. Отсутствие жидкой фазы

При переходе из твёрдого состояния в газообразное сухой лёд не оставляет воды, что делает его удобным в применении для охлаждения.

2. Очень низкая температура

Из-за температуры −78,5°C сухой лёд используется для быстрого замораживания продуктов, перевозки медикаментов и создания спецэффектов.

3. Образование густого тумана

При взаимодействии с водой сухой лёд образует густой белый туман. Это происходит из-за быстрого охлаждения воздуха и конденсации водяного пара.

4. Отсутствие токсичности

Углекислый газ не является токсичным, но при накоплении в замкнутых помещениях может вытеснять кислород, что представляет опасность для дыхания.

5. Отсутствие запаха и вкуса

Сухой лёд не имеет вкуса и запаха, что делает его удобным для использования в пищевой промышленности.

1. В промышленности

   • Перевозка и хранение замороженных продуктов.

   • Очистка поверхностей с помощью криогенной обработки.

2. В медицине

   • Транспортировка вакцин и лекарств.

   • Обезболивание при ушибах и травмах.

3. В развлекательной сфере

   • Создание театральных и кинематографических эффектов (имитация дыма, тумана).

   • Использование в аттракционах и фокусах.

4. В научных экспериментах

   • Демонстрация принципа сублимации.

   • Изучение свойств газов при низких температурах.

• Нельзя прикасаться к сухому льду голыми руками, так как это может вызвать обморожение.

• При работе с сухим льдом необходимо использовать перчатки и защитные очки.

• Хранить его следует в вентилируемых помещениях, так как углекислый газ может накапливаться и вытеснять кислород, создавая риск удушья.

Сухой лёд – это уникальное вещество, которое находит широкое применение в различных сферах жизни. Его способность мгновенно переходить из твёрдого состояния в газ без образования жидкости делает его незаменимым для охлаждения, хранения продуктов, медицины и даже индустрии развлечений. Однако при его использовании необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать обморожений и проблем с дыханием.

Вещество может существовать в различных агрегатных состояниях, каждое из которых характеризуется определёнными физическими свойствами и структурой. Классически выделяют три основных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Однако при определённых условиях вещества могут переходить в другие, более экзотические состояния. Рассмотрим основные и некоторые дополнительные агрегатные состояния вещества. ​

• Твёрдое состояние: В этом состоянии частицы вещества (атомы, молекулы или ионы) расположены в строгом порядке, образуя кристаллическую решётку. Твёрдые тела сохраняют форму и объём, обладают определённой жёсткостью и упругостью. Примеры: лёд, металлы, минералы. ​

• Жидкое состояние: В жидкостях частицы расположены ближе друг к другу, чем в газах, но не так упорядоченно, как в твёрдых телах. Жидкости текучи, принимают форму сосуда, в котором находятся, но сохраняют постоянный объём. Примеры: вода, масло, спирт. ​

• Газообразное состояние: В газах частицы находятся на значительном расстоянии друг от друга и движутся хаотично. Газы не имеют ни определённой формы, ни объёма, заполняя весь доступный им объём. Примеры: кислород, азот, углекислый газ. ​

Плазма — это ионизированный газ, содержащий свободные электроны и ионы. Она обладает высокой электропроводностью и чувствительна к магнитным полям. Плазма считается четвёртым агрегатным состоянием вещества и широко распространена во Вселенной, например, в звёздах и молниях. ​

При экстремальных условиях вещества могут переходить в особые состояния: ​

• Сверхтекучесть: Некоторые жидкости при очень низких температурах приобретают способность течь без трения. Например, жидкий гелий при температуре ниже 2,17 К становится сверхтекучим. ​

• Сверхпроводимость: Некоторые материалы при охлаждении до критически низких температур теряют электрическое сопротивление, позволяя току течь без потерь энергии. ​

• Конденсат Бозе-Эйнштейна: При температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые бозоны могут конденсироваться в одно квантовое состояние, образуя конденсат Бозе-Эйнштейна. ​

• Фермионный конденсат: Аналогичное состояние для фермионов, при котором частицы образуют пары и переходят в состояние с минимальной энергией. ​

• Жидкие кристаллы: Состояние вещества, при котором оно обладает свойствами как жидкостей, так и кристаллов. Используется в технологиях дисплеев. ​

• Аморфные состояния: Вещества, не имеющие дальнего порядка в расположении частиц, например, стёкла и гели. ​

Таким образом, количество агрегатных состояний вещества не ограничивается только твёрдым, жидким и газообразным. Существуют и другие состояния, такие как плазма, сверхтекучесть, сверхпроводимость и конденсат Бозе-Эйнштейна, которые проявляются при специфических условиях. Это разнообразие обусловлено сложностью взаимодействий между частицами и влиянием внешних факторов, таких как температура и давление.

​Температуры плавления и кипения являются важными физическими константами веществ, характеризующими переходы между агрегатными состояниями. Ниже представлены температуры плавления и кипения для аммиака, этилового спирта и гидроксида натрия: ​

Примечание: Температура кипения гидроксида натрия может варьироваться в зависимости от условий и источников.

В справочной литературе и научных источниках температуры плавления и кипения обычно указываются с точностью до сотых долей градуса Цельсия (°C). Это обусловлено высокой точностью современных методов измерения температуры и необходимостью точного представления физических свойств веществ для научных и практических целей. Основной единицей измерения температуры в Международной системе единиц (СИ) является кельвин (K); однако в химической и физической литературе широко используется градус Цельсия (°C), где 0 °C соответствует 273,15 K.

В химической лаборатории используются различные реактивы, нагревательные приборы и стеклянная посуда, что требует осторожности и строгого соблюдения техники безопасности. Несоблюдение правил может привести к ожогам, отравлениям, пожарам или повреждению оборудования. Следование инструкциям позволяет предотвратить несчастные случаи и создать безопасные условия для работы.

1. Следование указаниям учителя и инструкциям по технике безопасности. Перед началом работы необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией и соблюдать порядок выполнения экспериментов.

2. Запрещено пробовать химические вещества на вкус. Вдыхать пары можно только аккуратно, направляя их к носу лёгким движением руки.

3. Запрещено проводить эксперименты, не предусмотренные учителем. Самовольные опыты могут привести к нежелательным химическим реакциям и несчастным случаям.

4. Необходимо немедленно сообщать об аварийных ситуациях. Если вещество пролитое, разбито стекло или произошла другая неприятность, следует сразу предупредить учителя.

5. Нельзя оставлять без присмотра включённые приборы. Особое внимание уделяется нагревательным приборам, спиртовкам, газовым горелкам.

6. Работа с химическими веществами требует осторожности. Запрещается брать реактивы руками, смешивать вещества без указания учителя, лить жидкости близко к лицу.

7. Использование специального оборудования. При работе с летучими веществами используется вытяжной шкаф, при нагревании жидкостей – держатель для пробирок, защитные очки.

8. Фильтрование и взвешивание веществ проводится по определённым методикам. Важно соблюдать порядок работы с фильтрами и весами, правильно распределять жидкости и твёрдые вещества.

9. Рабочее место должно оставаться чистым. После завершения работы необходимо убрать оборудование, вымыть руки и привести лабораторию в порядок.

Соблюдение этих правил помогает избежать опасных ситуаций, сохранить здоровье учащихся и обеспечить успешное проведение лабораторных исследований.

При выполнении данной практической работы, связанной с горением свечи, можно изучать следующие физические и химические явления:

1. Плавление – при нагревании парафин плавится, превращаясь из твёрдого состояния в жидкое.

2. Испарение и конденсация – жидкий парафин частично испаряется, а затем может конденсироваться на холодной поверхности.

3. Сублимация – возможно образование частиц твёрдого парафина при охлаждении.

4. Горение – процесс химического взаимодействия парафина с кислородом воздуха, сопровождающийся выделением тепла и света.

5. Конвекция – движение горячего воздуха и газов вверх из-за разницы в плотности.

6. Образование сажи – при недостатке кислорода в пламени свечи наблюдается выделение частиц углерода, что приводит к образованию копоти.

7. Капиллярный эффект – перемещение расплавленного парафина вверх по фитилю за счёт капиллярных сил.

Эти явления позволяют глубже понять принципы тепловых и химических процессов, происходящих в окружающем мире.

При проведении опыта можно заметить, что разные части пламени имеют различные свойства:

1. Внутренняя (темная) зона – находится в самом центре пламени. Здесь происходит испарение воска (парафина) без горения, так как недостаточно кислорода. Температура в этой зоне самая низкая.

2. Средняя зона (ярко-желтая область) – основная часть пламени, где происходит активное горение паров воска. Температура выше, чем во внутренней зоне. В этой части горение неполное, поэтому здесь образуются частицы сажи, которые при высокой температуре начинают светиться, придавая пламени желтый цвет.

3. Внешняя зона (голубоватая, едва заметная) – самая горячая область, в которой горение полное, так как здесь максимальный доступ кислорода. Температура достигает наивысших значений.

Если быстро провести спичку через пламя, то её головка почернеет в средней зоне, но в самой горячей внешней зоне сажа полностью сгорает.

1. Пробирку или предмет, который нагревается, нужно держать под углом 30–45° к поверхности стола, чтобы избежать выстреливания жидкости.

2. При нагревании жидкостей следует начинать с самой нижней части пламени, постепенно перемещая вверх.

3. Не следует перегревать стеклянную посуду, чтобы избежать её разрушения.

4. Никогда не направлять отверстие пробирки в сторону себя или других людей.

5. Использовать держатели или щипцы при работе с горячими предметами.

Эти знания помогают безопасно проводить эксперименты и объяснять поведение пламени при различных условиях.

1. Вынос стекла или фарфорового осколка в зону пламени

   • При помещении стекла или осколка фарфора в светящуюся зону пламени свечи на их поверхности появляются темные частички.

   • Это частицы сажи, образующиеся при неполном сгорании углеводородов, содержащихся в парафине. Они представляют собой мельчайшие углеродные частицы, которые при нагревании начинают светиться, придавая пламени свечи желтый цвет.

2. Поднесение стеклянного стакана к пламени

   • На внутренней поверхности стакана появляются капельки воды.

   • Это результат конденсации водяного пара, который образуется в процессе горения парафина.

3. Накрытие свечи стеклянным стаканом

   • Свеча гаснет через несколько секунд.

   • Это связано с тем, что горение требует кислорода, который содержится в воздухе. Когда кислород внутри стакана заканчивается, процесс окисления прекращается, и пламя гаснет.

• Метод с известковой водой: Если пропустить образовавшийся газ через известковую воду, она помутнеет. Это происходит из-за реакции углекислого газа с гидроксидом кальция, в результате которой образуется нерастворимый карбонат кальция (мел).

• Метод с зажиганием: Углекислый газ не поддерживает горение. Если поместить в него тлеющую спичку, она погаснет.

Горение парафина приводит к образованию сажи (при недостатке кислорода), водяного пара и углекислого газа. Доступ кислорода играет ключевую роль в поддержании процесса горения, и его отсутствие приводит к угасанию пламени.

Свечи — это один из древнейших источников света, сопровождающий человечество на протяжении тысячелетий. Их история уходит корнями в глубокую древность, когда люди искали способы освещения своих жилищ в темное время суток. Первые прототипы свечей использовались в Древнем Египте и Риме, где фитили из тростника или папируса обмакивали в животный жир. Позже стали применять пчелиный воск, который обеспечивал более чистое и устойчивое горение. В Средние века широко использовались сальные свечи, доступные большинству населения, в то время как восковые свечи были привилегией богатых и духовенства. С развитием науки и промышленности в XIX веке стали применять спермацет, стеарин и парафин, что позволило сделать производство свечей более массовым и доступным.

Свечи различаются по материалу изготовления, форме, назначению и способу применения. В зависимости от состава они могут быть парафиновыми, стеариновыми, восковыми или гелевыми. Парафиновые свечи являются наиболее распространенными благодаря дешевизне и удобству в производстве. Стеариновые обладают более высокой температурой плавления и устойчивостью к деформации. Восковые свечи изготавливаются из натурального пчелиного воска и традиционно используются в религиозных обрядах. Гелевые свечи представляют собой прозрачную массу с добавлением декоративных элементов и применяются в интерьере. По форме свечи могут быть классическими цилиндрическими, конусообразными, фигурными и плавающими. Кроме того, существуют ароматические свечи, используемые для создания особой атмосферы, и свечи с изменением цвета пламени, содержащие специальные соли металлов.

Свечи играют важную роль в жизни человека, выполняя множество функций. В первую очередь, они использовались и продолжают использоваться в качестве источника света при отключении электроэнергии или в местах, где электричество недоступно. Они создают уютную атмосферу, используются в декоре помещений и праздничных мероприятиях. В религии свечи являются неотъемлемым элементом богослужений, символизируя духовную чистоту и связь с высшими силами. В христианстве их зажигают во время молитв, в иудаизме свечи горят в ханукальном светильнике, а в буддизме они символизируют просветление. В медицине свечи применялись в древности для лечения некоторых заболеваний, а в современной ароматерапии их используют с добавлением эфирных масел для расслабления и снятия стресса. В химических и физических экспериментах свечи помогают изучать процессы горения, конвекции и взаимодействия газов. В быту они применяются для подогрева пищи, например, в подставках для заварников, а также в романтических ужинах. В экстремальных условиях свечи могут служить источником тепла и защиты от холода, что делает их незаменимыми в туристическом и военном снаряжении.

Таким образом, свечи продолжают оставаться неотъемлемой частью человеческой жизни, сочетая в себе практическое применение, символизм и эстетическое удовольствие. Они прошли долгий путь развития, но и в современном мире не утратили своей значимости, продолжая освещать не только пространство, но и души людей.