Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №22/2003

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21/2003

§ 5.3. Вещество
в кристаллическом состоянии

(продолжение)

Задачи и вопросы

1. Как изменится состояние вещества, если его подвергнуть воздействию очень высокого давления и повышенной температуры?

2. Задача на проверку вашей догадливости. Из шести спичек, скрепляя их пластилином, соберите фигуру, представляющую собой четыре равносторонних треугольника, длина сторон которых равна длине спички. Как называется полученная фигура? Какое отношение имеет это задание к изучаемой теме?

3. Алмаз – самое твердое вещество. Как делают надписи на бриллиантах?

4. Графит удалось перевести в алмаз благодаря использованию очень высоких давлений и температур. Несмотря на достижения современной экспериментальной техники, энтальпия этого перехода непосредственно еще не измерена, тем не менее она известна уже почти полтора века. Как она была определена?

5. Сосуд из железа, снабженный манометром, погружен в кислоту. Железо реагирует с кислотой, и на наружной поверхности сосуда выделяется водород. При этом одновременно давление в сосуде возрастает. Как объяснить это явление?

6. В природе встречается минерал жадеит. Название его происходит от испанского слова, в переводе – «набедренный камень». Цвет кристаллов – зеленоватый или желтоватый, они бывают просвечивающими и непрозрачными. В эпоху неолита люди делали из жадеита примитивные инструменты. Из этого минерала с древнейших времен вырезали также ювелирные и художественные изделия. В Древнем Китае жадеит ценился дороже золота: считалось, что он приносит удачу, заряжает человека энергией, помогает при болях в сердце, снимает бессонницу.
Жадеит относится к силикатам с цепочечной структурой, его формула NaAl[Si2O6]. Такую же формулу, но иное строение имеет минерал анальцим Na[AlSi2O6], не относящийся к драгоценным камням. Что означают квадратные скобки в этих формулах?
Термодинамические характеристики (298 К) обоих веществ, а также некоторые их свойства приведены ниже:

Твердость определяли по шкале твердости Мооса.

Твердость определяли по шкале твердости Мооса.

Может ли жадеит, из которого сделано украшение или художественное изделие, самопроизвольно превратиться в анальцим? Как внешне будет выглядеть этот переход, если он возможен? Как влияет температура на возможность этого превращения?
На жадеит очень похож минерал нефрит Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2. Он очень прочен, и в древности его использовали для изготовления инструментов, а позднее из нефрита стали вырезать украшения. Нефрит значительно более распространен по сравнению с жадеитом, бывает различной окраски, просвечивающий и полупрозрачный.

7. Рассчитайте изменение энтальпии DН при превращении графита в алмаз:

С (графит) = С (алмаз),

на основании следующих данных:

С (графит) + О2 (г.) = СО2 (г.),
DН = –393,3 кДж/моль;
С (алмаз) + О2 (г.) = СО2 (г.),
DН = –395,5 кДж/моль.

Как влияет температура на превращение графита в алмаз (принцип Ле Шателье)?
Сформулируйте правило расчета энтальпии фазового перехода по значениям энтальпий сгорания вещества в начальном и конечном состояниях.

8. Когда кристалл растет в насыщенном растворе, то вблизи с ним новые зародыши и мелкие кристаллы не образуются. Почему?
Этот вопрос очень сложен, и пока окончательного ответа на него не существует. Возможно, это одно из общих проявлений нашего мироздания. Вдруг вы сможете предложить необычный ответ.
Как вы считаете, жизнь на Земле зародилась в одном месте или в нескольких удаленных друг от друга местах?

9. Что произойдет при внесении в пересыщенный раствор маленького кристалла, если: а) в растворе нет кристалла большего размера, б) в растворе находится другой растущий кристалл?

10. Если кристалл с отбитым кусочком поместить в пересыщенный раствор того же вещества, то сначала восстанавливается поврежденная часть кристалла, и только после этого начинается дальнейший рост кристалла в целом. Как «узнают» отдельные части кристалла, что им можно начинать расти только после «излечения раны»?

11. Луч света падает на поверхность кристалла. Почему угол падения равен углу отражения? Как атомы отражающей поверхности «могут знать», что они обязаны отражать свет в точности под тем же углом, под которым на них падают кванты света? Ведь даже почти идеально зеркальная и гладкая поверхность шероховата!

12. Какое вещество образуется при следующем мысленном эксперименте: в молекуле метана СН4 все четыре атома водорода замещаются на группы СН3, так что получается молекула С(СН3)4. Далее в этой молекуле все атомы водорода снова замещаются на группы СН3. Эта операция повторяется до тех пор, пока молекула не будет содержать число атомов углерода, равное числу Авогадро (атомы водорода на поверхности этой огромной молекулы не принимайте во внимание). Какова структура этой молекулы? Можно называть это соединение молекулой? Каков угол между связями?

13. Переведите на русский язык.

Most solids are crystalline in structure. This can easily be verified by breaking a piece of substance and examining its fracture. Usually (for example in sugar, sulphur, metals) tiny crystalline faces at various angles to each other can easily be detected on the fracture, sparkling due to various reflection of light. If the crystals are very small the crystalline structure of the substance can be established by means of a microscope. There are solid substances whose fracture gives no indications of crystals. For example, if we break a piece of ordinary glass, its fracture will be found to be smooth and bounded, unlike the fractures of crystalline substances, by curved instead of plane surfaces. A similar picture is observed if pieces of pitch, glue and certain other substances are broken. All such substances are called amorphous (i.e., formless).
The difference between crystalline and amorphous substances is especially pronounced in their attitude towards heating. While each crystalline substance melts at a strictly definite temperature and passes back from the liquid to the solid state at the same temperature, amorphous substances have no constant melting point. When an amorphous substance is heated it gradually softens, then begins to flow and finally becomes quite liquid. Upon cooling it hardens just as gradually. It is impossible to establish the moment of transition of an amorphous substance from one state into the other.
Each crystalline substance usually gives crystals of quite a definite form. For instance, common salt crystallizes in the form of cubes, alum as octahedrons, saltpetre as prisms, etc. Crystalline form is one of the characteristic properties of substances.

 

О.С.ЗАЙЦЕВ