а) Гелий (как и любой из газов) в зависимости от условий может находиться в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. В каком из состояний плотность гелия наибольшая; наименьшая? Почему?
б) Чем можно объяснить различие плотностей водяного пара, воды и льда?

Для решения этих задач необходимо разобраться с состояниями вещества, их свойствами и особенностями плотности в каждом из этих состояний. Давайте разберем теоретическую часть.

1. Состояния вещества (агрегатные состояния) Вещества могут существовать в трех основных агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Эти состояния определяются движением частиц, их взаимным расположением и силами взаимодействия между ними.

• Газообразное состояние:
  Частицы (молекулы, атомы) находятся на значительных расстояниях друг от друга и движутся хаотично. Силы взаимодействия между частицами практически отсутствуют. Газ занимает весь предоставленный ему объём. Плотность газа обычно очень низкая, так как частицы сильно разрежены.

• Жидкое состояние:
  Частицы находятся ближе друг к другу, чем в газе, хотя их расположение не является строго упорядоченным. Жидкость сохраняет объём, но не имеет определённой формы. Силы взаимодействия между частицами заметно больше, чем в газе, а плотность выше.

• Твёрдое состояние:
  Частицы располагаются в строго упорядоченной кристаллической решётке (в большинстве случаев). Силы взаимодействия между частицами самые сильные. Твёрдое вещество имеет постоянную форму и объём. Плотность в твёрдом состоянии, как правило, является наибольшей среди трёх агрегатных состояний.

1. Плотность Плотность вещества определяется формулой: $$ \rho = \frac{m}{V}, $$ где $ \rho $ — плотность, $ m $ — масса, $ V $ — объём.

Плотность показывает, какая масса вещества содержится в единице объёма. Она зависит от расстояния между частицами: чем плотнее они упакованы, тем больше плотность.

1. Переходы между состояниями Переход вещества из одного состояния в другое (например, из газа в жидкость или из жидкости в твёрдое состояние) сопровождается изменением расстояния между частицами.

• При охлаждении газ может стать жидкостью (конденсация), а затем — твёрдым веществом (кристаллизация). При переходе газа в жидкость расстояние между частицами уменьшается, что приводит к увеличению плотности. При переходе жидкости в твёрдое состояние частицы располагаются ещё ближе друг к другу, увеличивая плотность.

• Однако бывают исключения. Например, у воды плотность льда меньше плотности воды, поэтому лёд плавает на поверхности воды. Это связано с особенностями кристаллической структуры льда, образующей «пустоты», из−за которых плотность уменьшается.

1. Гелий (пункт а) Гелий, как и любое другое вещество, может находиться в газообразном, жидком или твёрдом состоянии.
   • В газообразном состоянии частицы находятся на больших расстояниях друг от друга, поэтому плотность гелия в газообразном состоянии будет минимальной.
   • В жидком состоянии частицы находятся ближе друг к другу, чем в газе, поэтому плотность увеличивается.
   • В твёрдом состоянии частицы расположены очень близко друг к другу и образуют кристаллическую решётку, что приводит к наибольшей плотности.

Таким образом, плотность гелия наибольшая в твёрдом состоянии, а наименьшая — в газообразном состоянии.

1. Вода, водяной пар и лёд (пункт б) Различие плотностей водяного пара, воды и льда объясняется особенностями их агрегатных состояний и расположением молекул.

• Водяной пар:
  Это газ, в котором молекулы воды находятся на значительных расстояниях друг от друга и движутся хаотично. Силы взаимодействия между молекулами практически отсутствуют. Плотность водяного пара очень низкая, так как объём, занимаемый данным количеством молекул, велик.

• Вода:
  Это жидкость, в которой молекулы находятся ближе друг к другу. Хотя их расположение не строго упорядочено, взаимодействие между молекулами заметно сильнее, чем в паре. Расстояние между молекулами меньше, чем в газе, поэтому плотность воды выше, чем плотность водяного пара.

• Лёд:
  Лёд — это твёрдое состояние воды, в котором молекулы образуют кристаллическую решётку. Однако в случае льда его структура имеет «пустоты», из−за которых молекулы расположены на большем расстоянии друг от друга, чем в жидкой воде. Это приводит к тому, что плотность льда меньше плотности жидкой воды, несмотря на то, что лёд — твёрдое вещество.

Таким образом, плотность водяного пара наименьшая, плотность воды наибольшая, а плотность льда — промежуточная (хотя она меньше, чем плотность воды).

В этих задачах ключевыми факторами являются расстояния между частицами, силы взаимодействия и агрегатное состояние вещества.