Budowa i właściwości ciał stałych. Budowa krystaliczna
Gdy zanurzysz metalową łyżeczkę w gorącej herbacie, po pewnym czasie łyżeczka rozgrzewa się tak bardzo, że nie możesz już jej dotknąć. Zupełnie inaczej zachowuje się łyżeczka wykonana z plastiku. Dlaczego jedna substancja nagrzewa się szybciej, a inna – wolniej? Ciekawe, jak zachowują się inne ciała stałe? Co jeszcze je różni?
stwierdzić, że ciała mają budowę cząsteczkową;
stwierdzić, że następstwem oddziaływań międzycząsteczkowych są trzy stany skupienia: gazowy, ciekły i stały;
podzielić ciała ze względu na właściwości mechaniczne na: sprężyste, plastyczne i kruche;
wyrazić gęstość jako stosunek masy do objętości ciała;
odczytać gęstość ciał z tablic fizycznych.
dzielić ciała stałe ze względu na ich właściwości fizyczne;
podawać przykłady ciał sprężystych, plastycznych i kruchych;
opisywać budowę krystaliczną ciała stałego na przykładzie kryształu soli kuchennej;
wyjaśniać właściwości elektryczne i cieplne ciał stałych;
hodować kryształy.
1. Co to jest ciało stałe
Właściwości fizyczne ciał stałych, gazów i cieczy wynikają głównie z różnic w ich budowie cząsteczkowej. Gdy próbujesz ścisnąć lub rozciągnąć monetę, okazuje się, że nie jesteś w stanie tego zrobić (przynajmniej w żaden zauważalny sposób).
Cząsteczki (atomy) tworzące ciała stałe znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i silnie na siebie oddziałują. Przy ściskaniu dominuje oddziaływanie odpychające, a przy rozciąganiu – przyciągające. Ostatecznie cząsteczki (atomy) ciał stałych drgają wokół ustalonych położeń równowagi.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Na filmie przedstawiono dwa takie same koła na jasnoszarym tle. Koła niebieskie. Położone obok siebie. Na kołach narysowano strzałki. Dwie strzałki na każdym kole. Ułożone równolegle do podłoża. Jedna zwrócona w lewą stronę, druga w prawą. Końce strzałek na środku kół. Groty strzałek stykają się z krawędzią koła. Strzałki mają dwa kolory: zielony i różowy. Na lewym kole strzałka zielona zwrócona jest w lewą stronę, strzałka różowa w prawą. Na prawym kole strzałka zielona zwrócona jest w prawą stronę, strzałka różowa w lewą. Pod spodem na ciemnoszarym tle znajduje się opis strzałek. Opisy w jednej kolumnie, jeden pod drugim. Strzałki zielone – oznaczają siły odpychania. Strzałki różowe – oznaczają siły przyciągania. Strzałki pomarańczowe – oznaczają siły wypadkowe. W pierwszej scenie strzałki różowe i zielone na kołach mają te same długości. Na dole pojawia się napis: „próbka swobodna, brak sił zewnętrznych, siły wypadkowe zerowe”. W drugiej scenie koła sią od siebie odsuwają. Strzałki zielone nie zmieniają długości, strzałki różowe stają się dłuższe, groty sięgają poza koła. Pojawiają się strzałki pomarańczowe. Początek w środku koła. Długość około połowy średnicy koła. Pomarańczowe strzałki zwrócone są ku sobie. Na lewym kole w prawą stronę, na prawym kole w lewą stronę. Na dole pojawia się napis: „rozciągamy próbkę, siły wypadkowe przyciągające”. W kolejnej scenie koła jeszcze bardziej oddalają się od siebie. Zielone strzałki bez zmian. Różowe i pomarańczowe wydłużają się. Groty pomarańczowych prawie stykają się z krawędzią koła. Pojawia się napis: „jeszcze mocniej rozciągamy próbkę, siły wypadkowe przyciągające”. W następnej scenie koła zbliżają się do siebie. Strzałki różowe i pomarańczowe staję się krótsze. Pojawia się napis: „pozwalamy próbce kurczyć się, siły wypadkowe przyciągające”. W następnej scenie położenie kulek wraca do położenia początkowego. Strzałki różowe i zielone mają te same długości. Znikają strzałki pomarańczowe. Pojawia się napis: „brak sił zewnętrznych, siły wypadkowe zerowe”. W kolejnej scenie koła zbliżają się do siebie. Długość strzałek różowych nie zmienia się. Strzałki zielone wydłużają się, groty sięgają za krawędzie kół. Pojawiają się strzałki pomarańczowe. Początek w środku koła. Długość około połowy średnicy koła. Pomarańczowe strzałki zwrócone są na zewnątrz. Na lewym kole w lewą stronę, na prawym kole w prawą stronę. Pojawia się napis: „ściskamy próbkę, siły wypadkowe odpychające”. W kolejnej scenie koła jeszcze bardziej zbliżają się do siebie. Koła prawie stykają się ze sobą. Zielone strzałki bez zmian. Różowe i pomarańczowe wydłużają się. Pojawia się napis: „jeszcze mocniej ściskamy próbkę, siły wypadkowe odpychające”. W następnej scenie koła powoli się od siebie odsuwają. Strzałki pomarańczowe i zielone stają się krótsze. Pojawia się napis: „pozwalamy próbce rozprężać się, siły wypadkowe odpychające”. Po chwili koła wracają do położenia początkowego.. Strzałki różowe i zielone mają te same długości. Znikają strzałki pomarańczowe. Pojawia się napis: „brak sił zewnętrznych, siły wypadkowe zerowe”. W kolejnej scenie znikają wszystkie strzałki. Zamiast nich, pomiędzy koła pojawia się sprężyna. Sprężyna łączy koła. Na dole widnieje napis: „łatwo zapamiętać kierunek się wyobrażając sobie, że cząsteczki/atomy połączone są sprężyną”. Po chwili koła się oddalają. Wewnątrz kół pojawiają się pomarańczowe strzałki. Po jednej na każdym z kół. Strzałki zwrócone są ku sobie. Napis na dole mówi: „rozciągamy próbkę, siły wypadkowe przyciągające”. Gdy koła bardziej się oddalają, strzałki się wydłużają. Napis na dole: „jeszcze mocniej rozciągamy próbkę, siły wypadkowe przyciągające”. W następnej scenie koła się do siebie zbliżają. W punkcie początkowym pomarańczowe strzałki znikają. Napis na dole: „brak sił zewnętrznych, siły wypadkowe zerowe”. Gdy koła się do siebie zbliżają, pojawiają się pomarańczowe strzałki, zwrócone do zewnątrz, przeciwnie do siebie. Napis na dole mówi: „ściskamy próbkę, siły wypadkowe odpychające”. Gdy koła jeszcze bardziej zbliżają się do siebie, pomarańczowe strzałki się wydłużają. Napis na dole: „jeszcze mocniej ściskamy próbkę, siły wypadkowe odpychające”. Na koniec koła odsuwają się od siebie, pomarańczowe strzałki stają się krótsze. Napis na dole: „pozwalamy próbce rozprężać się, siły wypadkowe odpychające”. Po chwili koła wracają do punktu wyjścia. Pomarańczowe strzałki znikają. Napis na dole: „brak sił zewnętrznych, siły wypadkowe zerowe”.
Ciała stałe zachowują określoną objętość.
Istnieją jednak materiały takie jak plastelina lub guma, których kształt można z łatwością zmienić.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Aktor, stół, menzurka z wodą i pisak. Aktor trzyma w ręce laskę plasteliny. Aktor wkłada laskę plasteliny do cylindra miarowego, tak aby cała zanurzyła się w wodzie. Zaznacza na cylindrze poziom wody. Aktor wyciąga plastelinę z cylindra i robi z niej kulkę. Aktor wkłada kulkę do cylindra miarowego z wodą. Poziom wody podnosi się do zaznaczonego wcześniej. Aktor dzieli plastelinę na kilka kawałków i wrzuca je do cylindra miarowego. Przygląda się poziomowi wody.
Zmiana kształtu ciała stałego nie wpływa na jego objętość.
Zaznacz wszystkie poprawne odpowiedzi.
- Nie możemy zmienić objętości ciała poprzez zmianę jego kształtu.
- Możemy zmienić objętość ciała stałego poprzez jego rozciągnięcie.
- Jeżeli podzielimy ciało na dwie części, to suma ich objętości jest równa objętości ciała przed podziałem.
2. Ciała sprężyste, plastyczne i kruche
Przyłożenie siły zewnętrznej do danego ciała powoduje jegoodkształcenieodkształcenie. Gdy przyczyna wywołująca naprężenie ustanie, ciało może powrócić do swojego stanu początkowego lub ulec trwałej zmianie. Pod wpływem siły zewnętrznej ciało może również pęknąć lub zostać złamane.
Głównym elementem konstrukcyjnym zabawki widocznej na zdjęciu (drążka pogo) jest sprężyna. Po usunięciu przyłożonej siły wraca ona do swojego dawnego kształtu – jej odkształcenie nie jest więc trwałe. Taką właściwość fizyczną ciał nazywamy sprężystościąsprężystością.
– właściwość fizyczna ciał oznaczająca, że ciało powraca do swojego pierwotnego kształtu i wymiaru po ustaniu działania zewnętrznej siły odkształcającej, najczęściej niezbyt dużej, która to odkształcenie wywołała.
Niektóre substancje (takie jak modelina) pod wpływem sił zewnętrznych ulegają trwałemu odkształceniu. Usunięcie zewnetrznej siły nie powoduje powrotu ciała do pierwotnego kształtu.
Plastyczność ciałPlastyczność ciałczęsto wykorzystujemy w praktyce, np. plastyczność gliny pozwala na wytwarzanie dzbanków i zastaw stołowych o niezwykłych kształtach.
Podobnie jest ze sprężyną – jeżeli za bardzo się ją rozciągnie, to nie powróci ona już do swojego pierwotnego kształtu, ponieważ została przekroczona granica sprężystości i sprężyna odkształciła się się w sposób trwały.
– właściwość fizyczna ciał oznaczająca, że ciało stałe pod wpływem zewnętrznej siły odkształcającej ulega trwałemu odkształceniu.
Pod wpływem nawet słabych odkształceń niektóre ciała pękają lub się krusząsię kruszą. Dzieje się tak np. ze szkłem, ceramiką lub kredą.
– właściwość fizyczna ciała, która polega na tym, że pod wpływem zewnętrznej siły odkształcającej materiał pęka lub się kruszy (ulega trwałemu odkształceniu).
Nie ma wyraźnego podziału na ciała sprężystesprężyste, plastyczneplastyczne i kruchekruche. Ma on charakter umowny i zależy od wielkości siły, która odkształca dane ciało.
W fizyce do określenia twardości substancji używa się skali Mohsa. Skala ta ma charakter porównawczy, tzn. porównujemy twardość badanego ciała z twardością minerału będącego odnośnikiem na skali twardości. Każdym minerałem o określonej twardości odczytanej ze skali można porysować minerał poprzedzający go na tej skali.
Nazwa minerału | |||
1 | talk | minerał daje się z łatwością zarysować paznokciem | |
2 | gips | minerał daje się zarysować paznokciem | |
3 | kalcyt | minerał daje się z łatwością zarysować miedzianym drutem | |
4 | fluoryt | minerał daje się z łatwością zarysować ostrzem noża | |
5 | apatyt | minerał daje się z trudem zarysować ostrzem noża | |
6 | ortoklaz | minerał daje się zarysować stalą narzędziową (np. pilnikiem) | |
Minerał nie daje się zarysować nożem ani stalą narzędziową | |||
7 | kwarc | minerałem można zarysować szkło | |
8 | topaz | minerałem można z łatwością zarysować szkło | |
9 | korund | minerałem można ciąć szkło, minerał daje się zarysować diamentem | |
10 | diament | minerałem można zarysować korund, minerał daje się zarysować tylko innym diamentem | |
Wybierz odpowiednie zajęcia, gdzie wykorzystuje się właściwości plastyczne, sprężyste lub kruche ciał stałych.
wyrób złotej biżuterii, gra w tenisa, pisanie kredą po tablicy, rzeźbienie w materiale skalnym, strzelanie z katapulty, drążenie pokładów węgla, lepienie z gliny, strzelanie z łuku, kucie żelaza
| plastyczne | |
|---|---|
| sprężyste | |
| kruche |
3. Przewodnictwo elektryczne
Niektóre materiały świetnie nadają się jako przewody elektryczne, a inne zabezpieczają nas przed skutkami porażenia prądem elektrycznym.
Przewód elektryczny składa się z wewnętrznej żyły, wykonanej najczęściej z miedzi lub aluminium, oraz zewnętrznej osłony nazywanej izolacją. Żyła przewodzi prąd elektryczny, a izolacja, wykonana z tworzywa sztucznego (np. PVCPVC), pełni funkcję ochronną.
Co sprawia, że miedź jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, a tworzywo sztuczne PVC wcale go nie przewodzi?
Niektóre ciała stałe bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny, w ich wnętrzu znajduje się dużo elektronów swobodnych. Ciała takie nazywamyprzewodnikami prądu elektrycznegoprzewodnikami prądu elektrycznego. Inne ciała, które nie posiadają elektronów swobodnych i nie przewodzą prądu elektrycznego, nazywamyizolatoramiizolatorami.
– ciało, które dobrze przewodzi prąd elektryczny, np. miedź, aluminium, srebro.
– ciało, które nie przewodzi prądu elektrycznego, np. tworzywo sztuczne, guma, porcelana.
Wykazać, że ciała stałe mogą być dobrymi przewodnikami lub izolatorami prądu elektrycznego.
ogniwo 1,5 V lub bateria 4,5 V;
trzy przewody z zaciskami;
żarówka 1,5 V lub 4,5 V w oprawce (dopasowana woltażem do używanej baterii lub ogniwa);
przedmioty poddawane testom na przewodnictwo elektryczne (plastikowa łyżeczka, nóż metalowy, kartka papieru, moneta itp.).
Połącz wszystkie elementy zgodnie z poniższym rysunkiem.
R1cqz5DBLJM1s1 
Zaobserwuj, co się będzie działo, gdy w miejsce noża umieścisz kolejno pozostałe przedmioty..
Obserwowane ciała stałe możemy podzielić na dwie grupy. Do pierwszej zaliczymy przedmioty, które przewodziły prąd elektryczny (żaróweczka w obwodzie się świeciła), do drugiej – te, które go nie przewodziły (żarówka się nie zaświeciła). W ten sposób dokonaliśmy podziału badanych ciał na przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.
Ze względu na właściwości elektryczne ciała stałe możemy podzielić na dwie grupy: przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.
Uzupełnij puste miejsca.
Ciało, które przewodzi prąd elektryczny nazywamy .......................... elektrycznym. Ciało, które nie przewodzi prądu elektrycznego nazywamy .....................
4. Przewodnictwo cieplne ciał stałych
Ciała stałe mogą być nie tylko przewodnikami lub izolatorami prądu elektrycznego, lecz także dobrymi lub złymi przewodnikami ciepła. Przewodniki cieplne to materiały, które mogą transportować duże ilości ciepła. Do tej grupy należą przede wszystkim metale i diament. Materiały, które słabo przewodzą ciepło, nazywamy izolatorami cieplnymi. Dobrymi izolatorami cieplnymi są drewno i większość tworzyw sztucznych.
Który z materiałów jest izolatorem, a który dobrym przewodnikiem ciepła?
kubek lub menzurka;
łyżka drewniana;
łyżka metalowa;
łyżka plastikowa;
trzy koraliki;
masło.
Użyj odrobiny masła i na końcu uchwytu każdej łyżeczki przylep po jednym koraliku.
Sprawdź, czy na każdej łyżeczce znajduje się mniej więcej taka sama ilość masła. Ustaw badane przedmioty pionowo w kubku, tak by opierały się one o krawędź naczynia (łyżeczki muszą być skierowane uchwytami do góry).
Nalej do kubka gorącej wody, tak aby badane przedmioty zostały zanurzone na głębokość około ośmiu centymetrów.
Praktyczne uwagi:
masło nie może być zamarznięte;
doświadczenie nie wyjdzie w upalny dzień, gdy masło będzie zbyt miękkie.
Odpadł jedynie koralik przytwierdzony do metalowej łyżeczki. Stało się tak, ponieważ metal jest dobrym przewodnikiem ciepła. Drewno i plastik są izolatorami cieplnymi, dlatego masło mocujące koraliki do łyżeczek się nie roztopiło – koraliki pozostały na swoich miejscach.
Materiałów dobrze przewodzących ciepło używamy wszędzie tam, gdzie zależy nam na szybkim przepływie energii cieplnej ze źródła. Dlatego na procesory komputerów naklejamy specjalną pastę przewodzącą i duże metalowe radiatory.
Cylindry i głowice silników spalinowych wykonane są z aluminium lub żeliwa (żelaza z niewielkimi domieszkami innych pierwiastków). Dzięki temu temperatura tych urządzeń lub ich elementów nie rośnie nadmiernie, bo ciepło jest szybko odprowadzane na zewnątrz. Z kolei metalowe dna patelni i garnków pozwalają szybko doprowadzić ciepło do przyrządzanych potraw.
Często jednak ten przepływ ciepła chcemy powstrzymać. Używamy wtedy materiałów źle przewodzących ciepło (izolatorów). Ściany budynków oklejamy styropianem lub płytami wykonanymi z wełny mineralnej, by zmniejszyć koszty ogrzewania pomieszczeń. Uchwyty patelni i garnków wykonujemy z drewna lub tworzyw źle przewodzących ciepło, co chroni nas przed oparzeniem. W chłodne dni zakładamy kilka warstw odzieży, na wakacjach zaś pod namiotami śpimy na karimacie, a nie na gołej ziemi.
Uważny obserwator dostrzeże, że dobre przewodniki ciepła wykorzystywane są w kuchni (materiały, z których wytwarza się garnki), w żelazkach lub częściach chłodnic samochodowych.
Zwykle dobre przewodniki ciepła są również dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego (np. metale).
W przypadku niektórych stopów metali możemy zauważyć zjawisko tzw. pamięci kształtu. Gdy zmienimy kształt ciała w niskiej temperaturze, to po jego ogrzaniu do temperatury pokojowej wraca ono do formy, jaką miało przed odkształceniem.
5. Budowa krystaliczna ciał stałych
Ciała zbudowane są z atomów, jonów lub cząsteczek. W niektórych ciałach są one rozmieszczone bardzo regularnie. Jeśli znamy położenie kilku atomów lub cząsteczek w takim ciele, jesteśmy w stanie przewidzieć położenie kolejnych. Gdy połaczymy je ze sobą za pomocą linii, uzyskamy pewną strukturę geometryczną, nazywanąsiecią krystalicznąsiecią krystaliczną. Jeżeli regularna sieć zajmuje całą przestrzeń ciała, to ma ono budowę monokrystaliczną, jeśli zaś ciało składa się z dużej liczby małych kryształków – polikrystaliczną.
Sól kamienna jest kryształem jonowym.
Sól kamienna, składnik większości potraw, ma jony tworzące regularną sieć krystaliczną. Każdy jon sodu (NaIndeks górny ++) otoczony jest przez sześć atomów chloru (ClIndeks górny --) i odwrotnie: każdy jon chloru otoczony jest przez sześć jonów sodu. Ze względu na ich ścisłą strukturę trudno jest zmienić odległości między nimi, a tym samym wpłynąć na zmianę objętości lub kształtu kryształu. Temperatura topnienia soli jest wysoka – wynosi 801°C.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Kuchenka gazowa/elektryczna z garnkiem i gotującą się wodą. Widać jak demonstrator dosypuje soli kuchennej i miesza roztwór. Kamera „zagląda” do garnka. Widać na dnie nierozpuszczoną sól. D. przelewa nasycony roztwór soli do zlewki (słoika) ale wypełnia go nie po brzegi. Najazd kamery na słoik z roztworem. D. wkłada do roztworu nitkę, której drugi koniec jest owinięty (przywiązany) wokół przetyczki (patyczek, długopis, ołówek czy kawałek grubszego drutu). Opiera przetyczkę o brzeg słoika. Najazd kamery na słoik z nitką. Poklatkowy film ze zdjęć próbki robionych np. co 12/24 godzin przez co najmniej tydzień. Widać dłoń demonstratora wyjmującą ze słoja nitkę z narosłymi kryształami D. pokazuje większe kryształy wyhodowane z zachowaniem większej staranności i przestrzeganiem reżimów.
Zastosuj się do wskazówek zawartych w filmie i spróbuj wyhodować własny kryształ.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Rysunek ukazujący ułożenie atomów w krysztale jonowym chlorku sodu i obok monokryształ soli kuchennej. Pojawia się zdjęcie przedstawiające „giant causeway” (Grobli Olbrzyma) z Irlandii Północnej, na którym widać wyraźnie sześcienne formy bazaltowe. Widać dłoń demonstratora przesypującą miałki, suchy piasek. Pojawia się zdjęcie kryształu kwarcu. Widoczne pole pokryte śniegiem potem coraz większe przybliżenie i widoczne powiększone płatki śniegu. Widoczne okazy różnych kryształów: minerałów ale także np. monokryształy metali oraz krzemu. Podobizna Jana Czochralskiego pod spodem rok narodzin i śmierci (1885-1953). Zdjęcie monokryształu krzemu, potem plaster chipów gotowy do pocięcia. Zdjęcia gotowych chipów – układów scalonych, które masowo „wchodzą” do obrazów przedstawiających urządzenia elektroniczne powszechnego użytku: laptopy, smart fony, telewizory itp.
Obejrzyj uważnie film. Postaraj się wskazać w swoim najbliższym otoczeniu przykłady ciał stałych o budowie krystalicznej.
Budową krystaliczną charakteryzuje się wiele ciał, m.in. metale, sole, diament, grafit i cukier.
Ciała krystaliczneCiała krystaliczne mogą być zbudowane z atomów tego samego pierwiastka, lecz charakteryzować się odmiennymi właściwościami, np. diament i grafit zbudowane są z atomów węgla. Tworzą one jednak różne struktury, co powoduje, że grafit jest bardzo kruchy i przewodzi prąd elektryczny, natomiast diament to najtwardszy minerał na świecie, który nie przewodzi prądu elektrycznego.
6. Ciała bezpostaciowe
Nie wszystkie substancje tworzące ciała stałe mają strukturę krystaliczną. Część z nich charakteryzuje się nieuporządkowaną strukturą cząsteczkową. Ciała takie nazywamy bezpostaciowymibezpostaciowymi lub amorficznymi.
Przykładami ciał amorficznych są: szkło, guma, tworzywa sztuczne i niektóre minerały.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Film przedstawia budowę i przykłady ciał bezpostaciowych. Demonstratorem jest młody mężczyzna w okularach. Wiek koło 30 lat. Włosy ciemne. Widoczny zarost. Ubrany w biały fartuch. W rękach trzyma gumę. Guma jest ciemnoszara, prawie czarna. Długość około jednego metra, szerokość kilka centymetrów. Demonstrator rozciąga ją kilkukrotnie. W pewnym momencie, demonstrator rozciąga gumę, wypuszczając ją z rąk. Guma gwałtownie wystrzeliwuje. Nie jest już widoczna na ekranie. Demonstrator robi zdziwioną minę. Oczy szeroko otwarte. Rozkłada ręce. W kolejnej scenie demonstrator siedzi przy białym stole. Tło jasnoszare. Na stole znajdują się dwa przedmioty. Pierwszy to półtoralitrowa, plastikowa butelka. Butelka wypełniona czerwoną, klarowną cieczą. Drugi to plastikowy pojemnik na żywność z czerwoną pokrywą. Z środka pojemnika demonstrator wyjmuje kanapkę, którą następnie zjada. W następnej scenie, demonstrator bierze butelkę do rąk i pije płyn, który znajduje się butelce. Po chwili odkłada butelkę. W kolejnej scenie ukazuje się zdjęcie bursztynu. Tło białe. Bursztyn ma kształt nieregularny. Kolor od żółtego do brązowego. Ściany gładkie, błyszczące. Na drugim zdjęciu widać srebrną biżuterię z bursztynami: dwa łańcuszki z wisiorkami. Jeden w kształcie serca, drugi o owalnym kształcie.
Okazuje się, że struktura krystaliczna lub amorficzna nie jest jednoznacznie przypisana do danego materiału. Jeśli ciecz, która po zamarznięciu tworzy strukturę polikrystaliczną, zestalimy bardzo szybko przez gwałtowne ochłodzenie, to struktura krystaliczna nie zdąży się utworzyć i ciało stałe będzie miało strukturę bezpostaciową.
Podsumowanie
Właściwości fizyczne ciał stałych, gazów i cieczy wynikają głównie z różnic w ich budowie cząsteczkowej. Cząsteczki (atomy) tworzące ciała stałe znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i są ze sobą silnie związane.
Ciała stałe zachowują swój kształt i swoją objętość.
Zmiana kształtu ciała stałego nie wpływa na jego objętość.
Sprężystość jest właściwością fizyczną ciał polegającą na tym, że ciało powraca do swojego pierwotnego kształtu i wymiaru po ustaniu działania zewnętrznej siły odkształcającej.
Plastyczność to właściwość fizyczna ciał polegająca na tym, że ciało stałe pod wpływem siły zewnętrznej ulega trwałemu odkształceniu.
Kruchość to właściwość fizyczna ciała polegająca na tym, że pod wpływem siły zewnętrznej materiał pęka lub się kruszy.
Nie ma wyraźnego podziału na ciała sprężyste, plastyczne i kruche. Podział ten ma charakter umowny i zależy od wielkości siły działającej na dane ciało.
Ze względu na właściwości elektryczne ciała stałe możemy podzielić na dwie grupy: przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.
Ciała stałe mogą być dobrymi lub złymi przewodnikami ciepła.
Zwykle dobre przewodniki elektryczności sa dobrymi przewodnikami ciepła (np. metale).
Niektóre ciała stałe zbudowane są z atomów, jonów lub cząsteczek wykazujących regularne rozmieszczenie w przestrzenni. Jeśli znamy położenie jednego atomu lub cząsteczki, jesteśmy w stanie przewidzieć położenie kolejnych. Gdy połączymy je wszystkie ze sobą za pomocą linii, uzyskamy pewną strukturę geometryczną nazywaną siecią krystaliczną.
Sól kamienna to przykład ciała o budowie krystalicznej.
Nie wszystkie substancje tworzące ciała stałe mają strukturę krystaliczną. Część z nich charakteryzuje się nieuporządkowaną strukturą cząsteczkową. Ciała takie nazywamy bezpostaciowymi lub amorficznymi.
Szkło to przykład ciała amorficznego.
Opisz różnice w budowie wewnętrznej między kryształem a ciałem bezpostaciowym i podaj po dwa przykłady każdego z rodzajów tych ciał.
Czy dobre przewodniki prądu elektrycznego są równocześnie dobrymi przewodnikami ciepła?
Opisz pojęcie sieci krystalicznej. Spróbuj wymyślić własną sieć krystaliczną.
Czym różnią się ciała sprężyste, plastyczne i kruche?
Który materiał wykorzystałbyś do zabezpieczenia uchwytu patelni: izolator czy dobry przewodnik ciepła? Uzasadnij swoją odpowiedź.
Zajrzyj do zagadnień pokrewnych:
Rodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływańRodzaje oddziaływań i ich skutki. Wzajemność oddziaływań
Natężenie prądu elektrycznego
Słowniczek
– ciała stałe, w których atomy lub cząsteczki ułożone są w chaotyczny sposób i nie tworzą sieci krystalicznej.
– ciała, które pod wpływem przyłożonej siły kruszą się w wyniku rozerwania wiązań między ich cząsteczkami lub atomami.
– ciała stałe, w których atomy lub cząsteczki są ułożone w regularny sposób i tworzą sieć krystaliczną.
– ciała, które pod wpływem przyłożonej siły zmieniają swój kształt, a po ustaniu jej działania nie wracają do stanu początkowego.
– ciała, które pod wpływem przyłożonej siły zmieniają swój kształt, a po ustaniu jej działania wracają do stanu początkowego.
– ciało zbudowane z cząsteczek lub atomów ułożonych bardzo blisko siebie; ma określony kształt i stałą objętość.
– graniczna wartość siły, po przekroczeniu której ciało nie powróci już do swojego pierwotnego kształtu, mimo że siła, która spowodowała odkształcenie, przestała już działać (odkształcenie jest trwałe).
– kryształ posiadający uporządkowaną strukturę w całej objętości.
– zmiana kształtu ciała, a często również jego objętości pod wpływem siły zewnętrznej lub temperatury. Odkształcenie może być sprężyste, gdy po ustaniu naprężenia ciało powraca do stanu początkowego, lub plastyczne – gdy jest trwałe.
– kryształ składający się z małych monokryształów o zupełnie przypadkowej orientacji. Większość substancji krystalicznych to polikryształy.
– rodzaj tworzywa sztucznego, polichlorek winylu.
– struktura utworzona z regularnie ułożonych cząsteczek lub atomów w ciałach stałych.
Zadania
Kasia, Marek i Iza rozmawiają o właściwościach mechanicznych ciał stałych. Wskaż poprawne wypowiedzi.
- Marek - Dane ciało stałe może wykazywać właściwości sprężyste, plastyczne i kruche, w zależności od wartości przykładanej siły zewnętrznej.
- Iza - Właściwości sprężyste, plastyczne i kruche ciał zależą od wartości sił występujących między cząsteczkami tworzącymi dane ciało.
- Kasia - Ciała stałe mogą być tylko ciałami sprężystymi lub kruchymi.
Które informacje są prawdziwe, a które fałszywe?
| Prawda | Fałsz | |
| Objętość ciała stałego można znacząco zmienić po przyłożeniu sił ściskających lub rozciągających. | □ | □ |
| Objętość ciała stałego trudno zmienić ze względu na silne oddziaływania międzycząsteczkowe. | □ | □ |
| Ciała stałe posiadają określoną objętość. | □ | □ |
Dopasuj daną substancję do grupy przewodników lub izolatorów cieplnych.
srebro, korek, aluminium, szkło, miedź, drewno, styropian, stal nierdzewna
| Przewodniki cieplne | |
|---|---|
| Izolatory cieplne |