Czy fizyk i chemik myślą o tym samym, gdy mówią o substancji?
Słowo substancja zapewne nie jest Ci obce. Na co dzień używasz pojęcia substancja bardziej lub mniej intuicyjnie, ale czy wiesz jak się je definiuje?
Cukier, piasek, woda, woda morska, kwarc, żelazo, czy też ropa naftowa to w sensie fizycznym substancje. Fizyk mówiąc o substancji ma na myśli materię, która składa się z pewnych indywiduów (drobin), które posiadają masę. Chemicy natomiast często posługują się pojęciem substancja chemiczna. Rozumieją przez to te substancje, które dodatkowo mają stały, ściśle określony skład chemiczny.
Tak więc, substancją chemiczną jest czysta woda, natomiast już woda morska substancją chemiczną nie jest. Każda substancja chemiczna jest więc substancją w sensie fizycznym, ale już nie każda substancja w sensie fizycznym jest substancją chemiczną.
Aby lepiej poznać pojęcie substancja, jak i inne związane z tym pojęciem wykonaj poniższe polecenia i ćwiczenia
Substancje chemiczne
Polecenie 1
Poniżej wymieniono substancje - część z nich są to substancje jedynie w sensie fizycznym, a niektóre są też substancjami z punktu widzenia chemii. Przyporządkuj podane substancje do właściwej kategorii:
RBCYg18C05zhM
Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz Tlenek węgla(IV) Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz
Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz Tlenek węgla(IV) Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz
Polecenie 2
Woda, cukier, sól kamienna, soda oczyszczona, kwasek cytrynowy, złoto, srebro, miedź, glin, tlen, azot to substancje, z którymi spotykamy się w codziennym. Podane poniżej substancje przyporządkuj do właściwej kategorii:
R7c9a8BqaQZIT
Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz Tlenek węgla(IV) Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz
Tlen Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz Tlenek węgla(IV) Możliwe odpowiedzi: 1. Nie podtrzymujący spalania, 2. Gaz, 3. Bezbarwny, 4. Bezwonny, 5. Bezbarwny, 6. Podtrzymujący spalanie, 7. Bezwonny, 8. Gaz
Polecenie 3
Jak myślisz, co zdecydowało, że akurat taki podział jest właściwy? Przeanalizuj poniższą grafikę, a następnie podaj po pięć przykładów innych substancji prostych i złożonych.
R67nyIoyvshI8
Ilustracja prezentuje podział na substancji na proste i złożone w postaci infografiki. Pierwszym blokiem infografiki jest zielone pole z napisem Podział substancji, po którym następuje podział na dwa pola w kolorze turkusowym: proste i złożone. Następne strzałki prowadzą do dwóch czerwonych bloków z wypisanymi definicjami. Po lewej stronie substancje proste, to substancje, których nie można rozłożyć za pomocą prostych metod na substancje o budowie prostszej. Są to pierwiastki. Następnie poniżej, w niebieskim prostokącie, zapisano przykład tych substancji. Są nimi siarka i złoto. Dalej zapisano, że substancje proste mogą również występować jako cząsteczki homoatomowe, np. , , czy . Poniżej zaprezentowano dwa zdjęcia ukazujące, po lewej stronie ułożone w stos sztabki złota, a po prawej siarkę w postaci żółtych kryształów. Po prawej stronie, w czerwonym polu zapisano, że substancje złożone, to takie, które można rozłożyć na substancje o budowie prostszej, są nimi związki chemiczne. Dalej w niebieskim polu zapisano przykłady: woda, chlorek sodu (sól kamienna). Poniżej dwa zdjęcia. Zdjęcie po lewej stronie przedstawia kroplę cieczy wpadającą do zbiornika, naruszającą taflę cieczy w tym zbiorniku, po prawej przezroczyste kryształy chlorku sodu.
Podział substancji
Źródło: Dariusz Adryan, Agnico-Eagle , Ben Mills, André Karwath aka Aka, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-NC 3.0.
RzQDsA5wmzJQU
(Uzupełnij).
RpkEr8X6kfnf2
(Uzupełnij).
Na poniższej ilustracji przedstawiono przykłady substancji prostych:
R1jFfICHL96AF
Schemat przedstawiający fotografie różnych postaci pierwiastków: rtęć w postaci cieczy, wodór, tlen, azot, chlor w postaci gazu, żelazo, węgiel, siarka, wapń - ciała stałe.
Wygląd i stan skupienia niektórych substancji prostych.
Źródło: Materialscientist (http://commons.wikimedia.org), Pbsouthwood (http://commons.wikimedia.org), Thegreenj (http://commons.wikimedia.org), i-Res Images of Chemical Elements (http://commons.wikimedia.org), Markus Brunner (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 4
Obejrzyj poniższy film i zastanów się, co świadczy o fakcie, że cukier spożywczy jest substancją złożoną? Zapisz swoje spostrzeżenia.
RiQkxXepe0CAv
Film na temat budowy substancji złożonej.
Film na temat budowy substancji złożonej.
Budowa substancji złożonej
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Film na temat budowy substancji złożonej.
R1MejrhRx37Wm
(Uzupełnij).
Zwróć uwagę jakie zmiany zachodzą podczas ogrzewania.
O tym, że cukier spożywczy jest substancją złożoną świadczy fakt, że ulega on rozkładowi pod wpływem ogrzewania na inne substancje, takie jak węgiel i woda.
Substancje chemiczne dzielą się na proste oraz złożone. Substancje proste to pierwiastki chemiczne, natomiast złożone to związki chemiczne. Więcej na temat budowy pierwiastków i związków chemicznych poznasz w dalszej części nauki chemii.
W jakich stanach skupienia występują substancje?
1
Polecenie 5
Obejrzyj poniżse filmy i odpowiedz na pytanie - jakie trzy podstawowe stany skupienia rozróżniamy i jakie cechy posiadają te stany. Odpowiedź zapisz w polu pod filmami.
R1WaTrZ5gbi9Z
Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii.
Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii.
Kształty oraz stany skupienia materii
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Nagranie badające gaz, ciecz i ciało stałe.
R15ikaEKMRUBV
(Uzupełnij).
Obejrzyj ponownie filmy i przyjrzyj się uważnie jak zachowują się substancje przedstawione na filmie oraz posłchaj uważnie lektora.
Wyróżniamy trzy podstawowe stany skupienia stały, ciekły i gazowy. Każdy stan skupienia ma swoje charakterystyczne cechy. W stanie stałym substancja zachowuje swój własny kształt. Trudno zmienić jej objętość, dlatego mówimy, że jest mało ściśliwa. W stanie ciekłym substancja przybiera kształt pojemnika, w którym się znajduje, ale nadal trudno zmienić jej objętość. W stanie gazowym substancja zawsze wypełnia cały pojemnik, w którym się znajduje, i jest ściśliwa. Oznacza to, że nie ma określonego kształtu i objętości.
PlazmaplazmaPlazma to gaz, będący najczęściej mieszaniną jonów. We Wszechświecie jest ona najczęściej występującym stanem materii. Są z niej zbudowane gwiazdy (np. Słońce) oraz cała przestrzeń międzygwiezdna. Na Ziemi występuje rzadko, ale można ją zaobserwować przy wyładowaniach atmosferycznych (np. podczas burzy), w zorzy polarnej, płomieniu świecy czy promieniu lasera. Techniczne zastosowanie plazmy jest szerokie, a najbardziej znane produkty, w których się ją wykorzystuje, to telewizory z ekranem plazmowym (PDP – od ang. plasma display panel), świetlówki oraz neonówki.
RYOJYtrtyAyEX
Grafika przedstawia zdjęcie wykonane w trakcie zimy. Na zdjęciu widoczne są trzy oblodzone brązowe gałązki drzewa. Lód na gałęziach jest przezroczysty, tłem jest błękitne niebo.
Stały stan skupienia
Źródło: by J. Carmichael, Own work,, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, domena publiczna.
R11s4YluEx8Xg
Grafika przedstawia zdjęcie fragmentu rzeki otoczonej drzewami, przeciętej przez szeroki i stosunkowo niski wodospad lub duży próg. Ilustracja stanu skupienia ciekłego.
Ciekły stan skupienia
Źródło: Daniel Åhs Karlsson, dostępny w internecie: http://commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
R16vY5YuAgNt1
Grafika przedstawia zdjęcie fumaroli, czyli wyziewu wulkanicznego (szczeliny w skorupie ziemskiej, która jest objawem aktywności wulkanicznej), z którego wydobywa się biały gaz. Znajduję się on u podnóża brązowej góry. Na pierwszym planie widoczny jest brązowy piasek i szary krater w ziemi, z którego wydobywa się gaz.
Gazowy stan skupienia
Źródło: by Chmee2/Valtameri, Own work, dostępny w internecie: commons.wikimedia.org, licencja: CC BY 3.0.
R1akDmDg7lFEi
Grafika przedstawia zdjęcie zorzy polarną w trakcie zimy. Na pierwszym planie są zielone i różowe refleksy zorzy polarnej na ciemnoniebieskim niebie. Ziemia pokryta jest śniegiem, a po lewej stronie znajduje się ciemny las.
Plazma
Źródło: NASA Goddard Photo and Video, dostępny w internecie: http://www.flickr.com, licencja: CC BY-SA 2.0.
Powyżej wymieniono podstawowe stany skupienia materii, jednak dotąd poznano ich więcej. W fizyce XXI wieku można wyróżnić kilka kolejnych stanów skupienia materii, jak np. stan nadciekły (kondensat Bosego Einsteina), czyli moment, w którym materia nie wykazuje żadnej lepkości.
1
Polecenie 6
Obejrzyj poniżse filmy i zwróć uwagę na przemiany jakie zachodza pomiędzy stanami skupienia, a następnie odpowiedz na pytania pod filmami
R149560FTCIcX
Film obrazujący zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury.
Film obrazujący zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury.
Zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Animacja prezentująca parowanie i wrzenie.
RRHYd9eXKDqMx
(Uzupełnij).
Obejrzyj ponownie filmy i przyjrzyj się uważnie jak zachowują się substancje przedstawione na filmie oraz posłchaj uważnie lektora.
W filmach wymieniono następujące przemiany: parowanie, skraplanie, krzepnięcie, topnienie.
Polecenie 7
RqQLRDEOcbDd5
Zapoznaj się z poniższym tekstem. Zaznacz na zielono nazwy dwóch przemian, o których mowa poniżej. Na żółto podświetl nazwę substancji, która pojawiła się w tym fragmencie tekstu
Zapoznaj się z poniższym tekstem. Zaznacz na zielono nazwy dwóch przemian, o których mowa poniżej. Na żółto podświetl nazwę substancji, która pojawiła się w tym fragmencie tekstu
R16V2q33WDhG7
Ilustracja przedstawia kamforę w naczyńku wagowym oraz wysypaną na szalce Petriego. Na szalce widoczne są białe igiełki
Kasia, Asia i Marek rozmawiają o tym skąd bierze się rosa na trawie i dlaczego powstaje ona nad ranem. Zapoznaj się z opinią każdej z osób, a następnie oceń ich prawdziwość. Zaznacz opinię zgodną z prawdą. Możliwe odpowiedzi: 1. Kasia: Rosa powstaje wskutek skroplenia pary wodnej podczas jej oziębienia nad ranem, gdy temperatura przy gruncie obniża się., 2. Asia: Rosa powstaje wskutek skroplenia pary wodnej na trawie, ponieważ skraplanie łatwiej zachodzi na małych powierzchniach, jak np. liście trawy., 3. Marek: Rosa powstaje na skutek odparowania wody z gruntu, na którym rośnie trawa.
Kasia, Asia i Marek rozmawiają o tym skąd bierze się rosa na trawie i dlaczego powstaje ona nad ranem. Zapoznaj się z opinią każdej z osób i wskaż poprawną odpowiedź.
Kasia: Rosa powstaje wskutek skroplenia pary wodnej podczas jej oziębienia nad ranem, gdy temperatura przy gruncie obniża się.
Asia: Rosa powstaje wskutek skroplenia pary wodnej na trawie, ponieważ skraplanie łatwiej zachodzi na małych powierzchniach, jak np. liście trawy.
Marek: Rosa powstaje na skutek odparowania wody z gruntu, na którym rośnie trawa.
Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 9
Podczas gorącej kąpieli na łazienkowym lustrze pojawiają się małe kropelki wody. Wyjaśnij, jak nazywa się to zjawisko i dlaczego ono zachodzi.
Rt69gE6LqBISG
(Uzupełnij).
Zastanów się, który z poznanych procesów jest odpowiedzialny za to, że woda może pojawić się na lustrze. Następnie zastanów się, dlaczego proces ten zachodzi w trakcie gorącej kąpieli.
Pojawianie się małych kropel wody na lustrze jest wynikiem skraplania się pary wodnej. Wysoka temperatura wody ułatwia parowanie, zwiększa to zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna skrapla się na chłodniejszych powierzchniach, przy czym na lustrze jest to najłatwiej dostrzegalne.
Zmiany stanu skupienia nie zachodzą dowolnie, ale w określonej temperaturze. Temperatura wrzenia jest temperaturą, w której ciecz ze stanu ciekłego przechodzi w stan gazowy gwałtownie i w całej swojej objętości. Temperatura topnienia to temperatura, w której substancja w stanie stałym przechodzi w stan ciekły – topi się.
RU9u1cNbIoDqV
Aplikacja interaktywna do wykonania zadania. Lewą połowę okna zajmuje schemat przebiegu zmian stanów skupienia materii. Składa się on z trzech kół wypełnionych zielonymi kulkami połączonych parami strzałek o przeciwnych zwrotach. Koła i strzałki tworzą trójkąt równoboczny. Koło w lewym dolnym rogu wypełnione jest dużą liczbą kulek i opatrzone etykietką ciało stałe. Koło w prawym dolnym rogu ma mniejszą liczbę kulek, a koło u góry ma ich tylko kilka. Koła te nie mają etykietek. Przy każdej z sześciu strzałek ułożonych w trzy pary znajdują się pomarańczowe kwadraty będące miejscami na etykietki. Po prawej stronie okna aplikacji znajdują się etykietki do umieszczenia na schemacie. Wymieniając od góry są to: sublimacja, ciecz, gaz, parowanie, skraplanie, krzepnięcie, topnienie, resublimacja. Zadanie polega na przeciąganiu etykietek w przeznaczone dla nich miejsca. Wynik operacji można zweryfikować, klikając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu.
Aplikacja interaktywna do wykonania zadania. Lewą połowę okna zajmuje schemat przebiegu zmian stanów skupienia materii. Składa się on z trzech kół wypełnionych zielonymi kulkami połączonych parami strzałek o przeciwnych zwrotach. Koła i strzałki tworzą trójkąt równoboczny. Koło w lewym dolnym rogu wypełnione jest dużą liczbą kulek i opatrzone etykietką ciało stałe. Koło w prawym dolnym rogu ma mniejszą liczbę kulek, a koło u góry ma ich tylko kilka. Koła te nie mają etykietek. Przy każdej z sześciu strzałek ułożonych w trzy pary znajdują się pomarańczowe kwadraty będące miejscami na etykietki. Po prawej stronie okna aplikacji znajdują się etykietki do umieszczenia na schemacie. Wymieniając od góry są to: sublimacja, ciecz, gaz, parowanie, skraplanie, krzepnięcie, topnienie, resublimacja. Zadanie polega na przeciąganiu etykietek w przeznaczone dla nich miejsca. Wynik operacji można zweryfikować, klikając przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu.
Źródło: Tomorrow sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Podsumujmy najważniejsze informacje
Substancja chemiczna zbudowana jest z określonych drobin i ma sciśle określony skład chemiczny.
Substancja chemiczne dzielimy na proste (pierwiastki chemiczne) i złożone (związki chemiczne).
Substancje obecne w przyrodzie mogą występować w trzech podstawowych stanach skupienia.
Procesy prowadzące do zmiany tych stanów to topnienie, krzepnięcie, parowanie, skraplanie, sublimacja i resublimacja.
Proces topnienia polega na zmianie stanu skupienia ze stałego w ciekły.
Proces krzepnięcia polega zmianie stanu skupienia z ciekłego w stały.
Podczas procesu topnienia ciało pobiera ciepło z otoczenia.
Podczas procesu krzepnięcia ciało oddaje ciepło do otoczenia.
Woda krzepnie, a lód topnieje w temperaturze 0°C.
Słownik
krzepnięcie
krzepnięcie
zjawisko zmiany stanu skupienia ciała z ciekłego na stały. Jest to przemiana odwrotna do zjawiska topnienia.
parowanie
parowanie
zmiana stanu skupienia polegająca na przejściu ciała ze stanu ciekłego w parę (stan gazowy). Zjawisko to zachodzi na powierzchni cieczy.
plazma
plazma
czwarty stan skupienia materii, w którym nośniki dodatnich i ujemnych ładunków tworzą rodzaj gazu (gaz zjonizowany).
skraplanie
skraplanie
zjawisko polegające na przejściu pary lub gazu w stan ciekły.
sublimacja
sublimacja
zjawisko bezpośredniego przejścia ciała ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego.
resublimacja
resublimacja
zjawisko bezpośredniego przejścia ciała ze stanu gazowego w stan stały, z pominięciem stanu ciekłego.
topnienie
topnienie
zjawisko polegające na zmianie stanu skupienia ciała ze stałego w ciekły. Zachodzi w stałej temperaturze, nazywanej temperaturą topnienia. Jest ona charakterystyczna dla danej substancji.
wrzenie
wrzenie
przemiana cieczy w gaz, przypominająca zjawisko parowania. Zjawisko zachodzi jednak nie tylko na powierzchni cieczy, lecz w całej jej objętości.
