Номер 1, страница 132 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

1. Приведите примеры твёрдых, жидких и газообразных растворов. Укажите области применения твёрдых растворов.

Растворы представляют собой гомогенные (однородные) системы, состоящие из двух или более компонентов, где частицы одного вещества равномерно распределены между частицами другого. В зависимости от агрегатного состояния растворителя, растворы могут быть твёрдыми, жидкими и газообразными.

Примеры твёрдых, жидких и газообразных растворов

Твёрдые растворы — это растворы, в которых растворитель находится в твёрдом агрегатном состоянии. В них атомы, ионы или молекулы одного вещества (растворённого) располагаются в кристаллической решётке другого (растворителя).

Сплавы металлов: Наиболее распространённый пример.

Сталь — раствор углерода в железе.

Латунь — раствор цинка в меди.

Бронза — раствор олова (или других металлов) в меди.

Нихром — раствор хрома в никеле.

Окрашенные стёкла: Растворы оксидов металлов (например, оксида кобальта для синего цвета, оксида меди для красного) в аморфном диоксиде кремния.

Растворы газов в металлах: Например, водород, растворенный в палладии или платине.

Природные минералы: Например, минерал оливин является твердым раствором форстерита ($Mg_2SiO_4$) и фаялита ($Fe_2SiO_4$).

Жидкие растворы — это растворы, где растворителем является жидкость. Это самый привычный для нас тип растворов.

Растворы твёрдых веществ в жидкостях: Раствор поваренной соли ($NaCl$) или сахара (сахарозы) в воде.

Растворы жидкостей в жидкостях: Раствор этилового спирта в воде (алкогольные напитки) или раствор уксусной кислоты в воде (столовый уксус).

Растворы газов в жидкостях: Газированная вода (раствор углекислого газа в воде), кислород, растворенный в природных водоемах, необходимый для дыхания рыб.

Газообразные растворы — это гомогенные смеси газов. Любая смесь газов является раствором, так как газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Воздух: Смесь газов, где азот (около 78%) выступает в роли растворителя, а кислород (около 21%), аргон, углекислый газ и другие газы — в роли растворенных веществ.

Природный газ: В основном состоит из метана ($CH_4$) с примесями других углеводородов (этана, пропана).

Дыхательные смеси для дайвинга: Например, найтрокс (смесь азота и кислорода с повышенным содержанием последнего) или гелиокс (смесь гелия и кислорода).

Ответ: Приведены примеры твёрдых (сплавы металлов как сталь и бронза, окрашенные стёкла), жидких (раствор соли в воде, уксус, газированная вода) и газообразных (воздух, природный газ) растворов.

Области применения твёрдых растворов

Твёрдые растворы, в первую очередь сплавы, имеют огромное практическое значение благодаря уникальным свойствам, которые часто превосходят свойства чистых компонентов.

Металлургия и машиностроение: Создание материалов с заданными характеристиками. Легированные стали (твёрдые растворы на основе железа с добавками хрома, никеля, марганца) обладают высокой прочностью, твёрдостью, устойчивостью к коррозии и жаропрочностью. Их применяют в строительстве мостов и зданий, производстве автомобилей, самолётов, режущих инструментов и оружия. Сплавы на основе меди, такие как бронза и латунь, используются для изготовления подшипников скольжения, сантехнической арматуры, музыкальных инструментов.

Электротехника и электроника:

Сплав нихром (раствор хрома в никеле) используется в качестве нагревательных элементов в бытовых приборах (электроплиты, тостеры, фены) из-за высокого электрического сопротивления и стойкости к окислению при высоких температурах.

Основой современной микроэлектроники являются легированные полупроводники. Введение в кристалл чистого кремния или германия небольшого количества примесей (например, фосфора или бора) создаёт твёрдый раствор с изменёнными электрическими свойствами (проводимостью n- или p-типа), что позволяет производить транзисторы, диоды и интегральные схемы.

Ювелирное дело: Чистые благородные металлы (золото, серебро, платина) слишком мягкие для повседневного использования. Для придания им прочности и износостойкости создают твёрдые растворы с другими металлами (медью, никелем, палладием). Например, ювелирное золото 585-й пробы — это сплав, содержащий 58,5% золота.

Медицина: Титановые сплавы, являющиеся твёрдыми растворами, широко применяются для изготовления хирургических имплантатов (например, эндопротезов суставов, зубных имплантатов) благодаря их высокой прочности, биосовместимости и коррозионной стойкости в агрессивной среде человеческого организма.

Химическая промышленность: Многие гетерогенные катализаторы представляют собой твёрдые растворы. Например, сплав платины и родия используется в автомобильных каталитических нейтрализаторах для ускорения реакций окисления угарного газа ($CO$) и восстановления оксидов азота ($NO_x$).

Ответ: Твёрдые растворы применяются в металлургии (легированные стали, сплавы), электронике (полупроводники, нагревательные элементы), ювелирном деле (сплавы золота), медицине (имплантаты) и химической промышленности (катализаторы).