Каково среднее межмолекулярное расстояние в замерзшей воде, учитывая плотность льда p=0.9 г/см3?

Olga

26

Для решения этой задачи нам потребуется использовать формулу для определения межмолекулярного расстояния вещества. Однако перед этим давайте разберемся в основных понятиях.

Среднее межмолекулярное расстояние (d) в замерзшей воде - это расстояние между соседними молекулами воды в ледяной структуре. Очевидно, что при замерзании вода претерпевает изменения в своей структуре, а межмолекулярные расстояния становятся меньше.

Итак, давайте перейдем к решению задачи.

Шаг 1: Найдем массу одной молекулы воды.
Молярная масса воды (H2O) составляет около 18 г/моль, что является средней массой одной молекулы.

Шаг 2: Определим объем одной молекулы воды.
Объем одной молекулы воды можно рассчитать, используя массу одной молекулы и плотность льда.

Объем одной молекулы воды (V) можно рассчитать по формуле:
\[ V = \frac{{\text{{Масса одной молекулы воды}}}}{{\text{{Плотность льда}}}} \]

Подставляя значения в формулу, получаем:
\[ V = \frac{{18 \, \text{{г/моль}}}}{{0.9 \, \text{{г/см}}^3}} \]

Шаг 3: Рассчитаем линейные размеры кристаллической решетки.
Для льда известно, что каждая молекула воды окружена другими четырьмя молекулами воды в форме тетраэдра.

Таким образом, каждая молекула воды имеет по три соседние молекулы в плоскости и еще одну, находящуюся над этой плоскостью на расстоянии d.

Шаг 4: Найдем линейный размер.
Линейный размер (l) можно найти, разделив объем одной молекулы воды на длину ребра тетраэдра, образующего кристаллическую структуру льда.

Следует отметить, что линейный размер является средним межмолекулярным расстоянием в замерзшей воде, которое мы и хотим найти.

Таким образом, \(d = l\).

Шаг 5: Подставим значения и рассчитаем.
Подставим значения в формулу для линейного размера:
\[ l = \frac{V}{4} \]

Теперь подставим значение объема из шага 2:
\[ l = \frac{{18 \, \text{{г/моль}}}}{{0.9 \, \text{{г/см}}^3 \cdot 4}} \]

\[ l = \frac{{18}}{{0.9 \cdot 4}} \, \text{{см}} \]

После выполнения вычислений получаем:
\[ l = 5 \, \text{{см}} \]

Таким образом, среднее межмолекулярное расстояние в замерзшей воде составляет 5 см.

Обратите внимание, что данный ответ является приближенным и основан на предположении о регулярной кристаллической структуре льда. В реальности, из-за различных факторов, таких как наличие дефектов в кристаллической решетке, среднее межмолекулярное расстояние может незначительно отличаться от полученного значения.