Решебник по химии 8 класс Габриелян | Страница 19

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:

7. 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.

8. 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.

9. Испарение (жидкость → газ)

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

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

10. Конденсация (газ → жидкость)

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

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

11. Сублимация (твёрдое → газ)

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

    • Значение: применяется в охлаждении продуктов и спецэффектах.

12. 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:

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

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

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

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

11. 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.

12. 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.

6. Отсутствие жидкой фазы

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

7. Очень низкая температура

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

8. Образование густого тумана

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

9. Отсутствие токсичности

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

10. Отсутствие запаха и вкуса

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

5. В промышленности

   • Перевозка и хранение замороженных продуктов.

   • Очистка поверхностей с помощью криогенной обработки.

6. В медицине

   • Транспортировка вакцин и лекарств.

   • Обезболивание при ушибах и травмах.

7. В развлекательной сфере

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

   • Использование в аттракционах и фокусах.

8. 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.