Gazy, ciecze i ciała stałe
Zimą, kiedy temperatura spadnie poniżej zera, kałuże zamarzają, a na rzekach i jeziorach pojawia się lód. Śnieg natomiast zamienia się w wodę, gdy tylko wejdziemy do ciepłego pomieszczenia. Czy wszystkie substancje ulegają takim przemianom?
że materia zbudowana jest z różnego rodzaju drobin.
wymieniać rodzaje stanów skupienia;
opisywać, jak ułożone są drobiny w każdym ze stanów skupienia;
nazywać i wyjaśniać procesy zmiany stanów skupienia substancji;
wyjaśniać, jak zmiana temperatury wpływa na stan skupienia substancji.
1. Jakie znamy stany skupienia?
Uczeni dowiedli, że lód, woda i para wodna to jedna i ta sama substancja, ale w różnych postaciach określanych jako stany skupieniastany skupienia. Znajdujące się w powietrzu tlen i azot to gazy, z kolei olej, woda czy benzyna to ciecze, a sól, cukier lub węgiel kamienny to ciała stałe. Opisując właściwości substancji, zawsze zwracamy uwagę na to, w jakiej postaci ona występuje – stałej, płynnej czy może gazowej. W ten sposób określamy stan skupienia substancji.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii. Młody człowiek siedzi nad brzegiem jeziora, sięga do wody. Widać dłoń sięgającą po kamień i utrzymującą go między dwoma palcami. Ta sama dłoń odkłada kamień i próbuje chwycić wodę. Człowiek wyjmuje dłoń z wody, widać, że pozostało na niej nieco wody. Ta sama dłoń próbuje chwycić powietrze.
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.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Widoczna ręka trzymająca kostki do gry. Kostki są upuszczane na stół. Aktor wlewa sok do jednej ze szklanek, potem do drugiej. Aktor nabiera do strzykawki soku, zatyka otwór palcem i próbuje wycisnąć sok; widać, że mu się nie udaje. Aktor wkłada do wypełnionego wodą szklanego pojemnika szklankę odwróconą otworem w dół, by powietrze się nie wydostało. Potem odwraca szklankę – powietrze ulatuje na zewnątrz. Aktor nabiera powietrza do strzykawki, po czym zatyka otwór palcem i próbuje zmienić objętość – widać, że mu się to udaje.
Stwierdzenie, jakie właściwości mają: ciało stałe, ciecz i gaz.
3 balony,
gruba nitka,
drobne kamyki,
woda.
Do pierwszego balonu wrzuć kilkanaście kamyków.
Drugi balon napełnij do połowy wodą.
Trzeci nadmuchaj (ale nie do pełna) i mocno zawiąż.
Obracaj balony w dloniach i obserwuj, jak substancje znajdujące się w balonach wpływają na ich kształt.
Kamyki są przykładem ciała stałego i można zauważyć, że deformują one powłokę balonu, gdyż nie zmieniają kształtu. Woda to ciecz i dostosowuje swój kształt do kształtu balonu. Nie wypełnia jednak balonu w całości, lecz zalega na jego dnie. Powietrze to gaz i wypełnia balon równomiernie.
Wyjaśnij, dlaczego po nadmuchaniu balon musi zostać szczelnie zamknięty.
2. Kiedy substancja zmienia stan skupienia?
Wiemy już, że każda z substancji zbudowana jest z drobin. Znajdują się one w ciągłym ruchu. Nawet w ciałach stałych drobiny nieznacznie drgają. Stan skupienia substancji związany jest właśnie z ruchem drobin. Najszybciej drobiny poruszają się w gazach, natomiast w ciałach stałych niemal nie zmieniają położenia.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Animacja obrazuje ułożenie drobin w różnych stanach skupienia. W ciele stałym cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie i nie przesuwają się, a ich ruch polega tylko na drganiu. W cieczy drobiny mogą się przemieszczać, a w gazach drobiny znajdują się daleko od siebie i zupełnie sowbodnie przemieszczają się.
3. Zmiany stanów skupienia
O prędkości poruszania się drobin decyduje temperatura – im wyższa, tym większa szybkość drobin i tym łatwiej mogą one oderwać się od innych. Oznacza to, że zmiana temperatury wpływa na stan skupienia substancji. Proces zmiany ciała stałego w ciecz to topnienietopnienie, a cieczy w gaz – parowanie i wrzeniewrzenie. Proces zamiany gazu w ciecz to skraplanieskraplanie, a cieczy w ciało stałe – krzepnięciekrzepnięcie.
Substancja | Temperatura topnienia | Temperatura wrzenia | Stan skupienia w temperaturze pokojowej |
Aluminium | 660,32°C | 2519°C | ciało stałe w temperaturze pokojowej |
Woda | 0°C | 100°C | ciecz w temperaturze pokojowej |
Tlen | −218,79°C | −182,97°C | gaz w temperaturze pokojowej |
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Film rozpoczyna się od sceny w kuchni. Na palniku z gazem stoi czajnik z wodą. Po chwili gwizdek czajnika zaczyna wydawać dźwięk i wypuszcza parę wodną. W kolejnym ujęciu dziewczyna chucha na lustro. Ciepła para z ust w zetknięciu z zimnym lustrem oddaje energię w postaci ciepła. Skroplone cząsteczki pary osadzają się na lustrze w postaci cienkiej warstwy cieczy. W kolejnym ujęciu człowiek wypełnia wodą pojemnik do robienia kostek lodu, a następnie wkłada go do zamrażarki. Po jakimś czasie lód został wyjęty z zamrażarki. Uległ procesowi krzepnięcia, dzięki czemu trafił do szklanki, już jako ciało stałe, w postaci kostek lodu. Lód w szklance z czasem zaczyna się topić i zamienia się w wodę.
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.
Temperatury wrzenia i topnienia są charakterystycznymi właściwościami każdej substancji.
Czasami możemy usłyszeć, że coś paruje. Parowanie to – podobnie jak wrzenie – proces zamiany cieczy w gaz. Jednak w odróżnieniu od wrzenia parowanie zachodzi w każdej temperaturze wyższej niż temperatura topnienia i nie powoduje zmiany stanu skupienia całej substancji, a jedynie jej powierzchni. Wrzenie zachodzi w całej objętości cieczy i jedynie w określonej temperaturze.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Animacja prezentująca parowanie i wrzenie. Wyjaśnia, na czym polega parowanie i wrzenie cieczy. Omawia także warunki, w jakich zachodzą te zjawiska.
Istnieje powiedzenie „zniknąć jak kamfora”. Kamfora to substancja używana do produkcji leczniczych maści, a także sztucznych ogni. Z ciała stałego przechodzi od razu w gaz z pominięciem stanu ciekłego. Taki proces nazywamy sublimacją. Proces odwrotny to resublimacja, czyli przejście ze stanu gazowego w stały.
Temperatury topnienia i wrzenia mogą zmieniać się w zależności od różnych czynników. Na przykład na dużej wysokości woda wrze w temperaturze nawet 80°C.
Podsumowanie
Otaczające nas substancje mogą występować w trzech stanach skupienia – jako ciała stałe, ciecze i gazy.
Ciało stałe ma niezmienny kształt i objętość.
Ciecz charakteryzuje się stałą objętością, ale ma zmienny kształt.
Gaz nie ma określonego kształtu i łatwo zmienia objętość.
Stan skupienia, w jakim występuje substancja, zależy od temperatury. Zmiany stanu skupienia konkretnej substancji odbywają się w ściśle określonych temperaturach.
Wykonaj swoje własne modele trzech stanów skupienia. W tym celu przygotuj 3 pudełka po zapałkach i wybrane ziarna, które będą naśladowały drobiny (np. ziarna grochu, szklane lub plastikowe kulki). Do jednego pudełka włóż kilka ziarenek, do drugiego więcej, ale tyle, aby mogły się jeszcze w nim poruszać, grzechotać. W trzecim pudełku bardzo ciasno upakuj ziarenka. Wskaż, które pudełko jest modelem ciała stałego, cieczy i gazu, a następnie wyjaśnij dlaczego.
Słowniczek
stan skupienia, w którym substancja zachowuje objętość i kształt
stan skupienia, w którym substancja zachowuje objętość, natomiast przybiera kształt naczynia, w którym się znajduje
stan skupienia, w którym substancja przyjmuje objętość i kształt naczynia, zajmuje całą dostępną przestrzeń
zmiana stanu skupienia z cieczy na ciało stałe
zmiana stanu skupienia z cieczy w gaz; zachodzi jedynie na powierzchni cieczy i w różnych temperaturach
zmiana stanu skupienia gazu w stan ciekły
forma, w jakiej występuje substancja
zmiana stanu skupienia z ciała stałego w ciecz
zmiana stanu skupienia z cieczy w gaz; zachodzi w całej objętości cieczy i w określonej temperaturze
Zadania
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1Cy4qgUe
Zdecyduj, czy przedstawione stwierdzenia opisujące cechy charakterystyczne ciał stałych, cieczy i gazów są prawdziwe, czy fałszywe.
| Prawda | Fałsz | |
| Ciecz zawsze przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. | □ | □ |
| Substancja występująca w stanie gazowym ma określony kształt. | □ | □ |
| Ciało stałe łatwo jest ścisnąć i dopasować do dowolnego kształtu. | □ | □ |
| Gaz wypełnia całą objętość naczynia, w którym go zamkniemy. | □ | □ |
Wyobraź sobie dwie sytuacje: 1) w miejscu, gdzie była kałuża, po nadejściu mrozu pojawia się lodowa tafla, 2) bałwanek w czasie odwilży, który robi się coraz mniejszy. Jakim procesom została poddana woda w opisanych sytuacjach?
-
sytuacja 1 – krzepnięcie
sytuacja 2 – topnienie -
sytuacja 1 – skraplanie
sytuacja 2 – krzepnięcie -
sytuacja 1 – krzepnięcie
sytuacja 2 – wrzenie -
sytuacja 1 – skraplanie
sytuacja 2 – topnienie -
sytuacja 1 – topnienie
sytuacja 2 – krzepnięcie
W jakich stanach skupienia występują wymienione substancje spotykane w naszym otoczeniu?
proszek do prania, płyn do kąpieli, tlen, benzyna, patyk, papier, para wodna, dwutlenek węgla, kamień, sok, olej
| ciało stałe | |
|---|---|
| ciecz | |
| gaz |
Połącz w pary nazwy zmian stanów skupienia i ich definicje.
przemiana gazu w ciecz, przemiana cieczy w gaz, przemiana ciała stałego w ciecz, przemiana cieczy w ciało stałe
| wrzenie | |
| topnienie | |
| skraplanie | |
| krzepnięcie |