Dlaczego opony wykonane są z gumy, garnek z metalu, a wkład ołówka z grafitu? Otaczające nas przedmioty służą do bardzo różnych celów. Opona nie może się pokruszyć, metal, z którego wykonany jest garnek, musi być odporny na wysoką temperaturę, a ołówek powinien zostawiać ślad na papierze.

RtS1FLP9TTmaR1

Fotografia przedstawia dużą sprężynę. — Właściwością niektórych ciał stałych jest sprężystość

Już wiesz

że otaczające nas substancje mają swoje charakterystyczne właściwości.

Nauczysz się

określać substancję jako kruchą, plastyczną lub sprężystą;
podawać przykłady substancji kruchych, sprężystych i plastycznych oraz wymieniać ich zastosowania;
wskazywać wśród otaczających przedmiotów metale i niemetale oraz wybrane przedmioty z nich wykonane.

iTuq5xd6jk_d5e180

1. Czy można zmienić kształt ciał stałych?

Wiemy już, że każda substancja ma charakterystyczne cechy i właściwości. Ciała stałe dodatkowo możemy podzielić ze względu na to, jak zachowują się przy próbie zmiany ich kształtu. Mogą one złamać się przy zgięciu (substancja kruchaKruchośćkrucha), zmienić trwale kształt (plastycznaPlastycznośćplastyczna), czy też wrócić do poprzedniego (sprężystaSprężystośćsprężysta).

Otaczające nas przedmioty wykonane są z różnych substancji w zależności od tego, do czego mają służyć

R1Tyoddin8ByF1

Fotografia przedstawia trzy różne naczynia: szklankę i dwa plastikowe kubki jednorazowe. — Przedmioty mające podobne zastosowanie mogą być wykonane z różnych substancji. Możemy napić się herbaty z różnego rodzaju kubków. Jednak do plastikowego kubka zazwyczaj nie możemy wlać gorącej wody, gdyż może się on odkształcić. Porcelanowe kubki są bardziej wytrzymałe, ale znacznie cięższe

RogIdQNHOlQz11

Cztery zdjęcia. Na pierwszym kubek plastikowy z uchem, szklanka, kubek jednorazowy. Na drugim na biwaku w metalowym naczyniu. Na trzecim ludzie jedzący z użyciem jednorazowych naczyń. Na czwartym plastikowa butelka, kubek i woreczki foliowe — W metalowym kociołku można ugotować zupę, jedną z potraw, którą jadamy na gorąco. Na metalowym ruszcie można usmażyć mięso. Metal dobrze przewodzi ciepło, więc potrawa się nagrzeje

RiBNm18TgZKtt1

Fotografia przedstawia dwójkę młodych ludzi spożywających posiłek, podany na jednorazowych naczyniach. — W barach szybkiej obsługi dla oszczędności czasu używa się plastikowych sztućców i kubków oraz papierowych talerzyków. Są lekkie, a po użyciu zostają wyrzucone

R1PREljpRo7AZ1

Fotografia przedstawia plastikową butelkę, plastikowy kubek i woreczki foliowe. — Tworzywa sztuczne zwane plastikami nie występują w przyrodzie. Zostały stworzone przez człowieka. Plastik nie jest odporny na bardzo wysokie temperatury, ale jest lekki i łatwo zmienia kształt

Właściwości substancji kruchych, plastycznych i sprężystych

R6SJuOVOA3HRs1

Na fotografii przedstawiono dłonie człowieka, który trzyma dwa kawałki kredy nad talerzykiem. Kreda to przykład substancji kruchej, która łatwo się łamie. — Kreda to przykład substancji kruchej. Łatwo pęka, kruszy się i łamie przy próbie zmiany kształtu. Kruche są też na przykład szkło, porcelana, cegła

RouMkMKLtpNkR1

Na fotografii uchwycono zbliżenie na dłonie człowieka, który formuje naczynie z gliny. Glina jest przykładem substancji plastycznej. — Glina, z której robi się naczynia, jest plastyczna: łatwo uformować ją do pożądanego kształtu. Substancje plastyczne to na przykład tworzywa sztuczne, plastelina, masa solna, guma do żucia

RNRkS0Jy7QxNG1

Na fotografii zaprezentowano zbliżenie ręki człowieka ściskającej gąbkę kąpielową. Gąbka pod naciskiem palców zmienia swój kształt i jest przykładem substancji sprężystej. — Gąbka kąpielowa jest sprężysta. Pod naciskiem palców zmienia swój kształt, zgina się, ale szybko wraca do swojego pierwotnego wyglądu. Substancje o takiej właściwości nazywamy sprężystymi. Należy do nich na przykład guma

R1aoO2DRQ8cFy1

Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Substancje możemy podzielić na kruche, sprężyste i plastyczne – zależnie od tego, jak reagują na próby zmiany kształtu. Każda z tych cech sprawia, że poszczególne substancje wykorzystuje się do różnych celów. Na przykład ubrania mogłyby się z ciebie zsunąć, gdyby nie sprężysta guma w ściągaczach. Materiały sprężyste stosowane są w wielu przyrządach sportowych. Dzięki plastyczności różnych materiałów można na przykład zwijać druty. Substancje kruche też znajdują liczne zastosowania. Wbrew nazwie nie zawsze są delikatne. Na przykład betonowa płyta jest krucha, ale na pewno nie udałoby ci się jej złamać. Substancje kruche wykorzystywane są między innymi w budownictwie.

Wyobraź sobie dom zbudowany z materiału plastycznego lub sprężystego. Czy dałoby się w nim wygodnie mieszkać? Uzasadnij swoje stanowisko.

iTuq5xd6jk_d5e235

2. Metale i niemetale

Na pewno spotykasz się na co dzień z określeniem „metal”. MetalamiMetaleMetalami są na przykład żelazo, aluminium, miedź czy złoto. Czyste chemicznie metale są substancjami prostymi – pierwiastkami. Oprócz metali znane są też inne substancje proste (pierwiastki) o odmiennych właściwościach, nazywane niemetalaminiemetaleniemetalami. Należą do nich na przykład gazy wchodzące w skład powietrza: tlen i azot. Niemetalami są również węgiel i siarka.

Jak rozpoznać, czy substancja jest metalem bądź niemetalem? Z pewnością zdarzyło ci się zauważyć, że przedmioty wykonane z różnych substancji rozgrzewają się w odmiennym czasie. Żelazo i aluminium szybko się nagrzewają i dobrze przewodzą ciepło – mówimy, że są dobrymi przewodnikami ciepła.

Metale są ciałami stałymi (z wyjątkiem ciekłej rtęci używanej na przykład w niektórych termometrach); mają barwę srebrzystą lub srebrzystoszarą. Jedynie miedź ma barwę rudą, a złoto – żółtą o charakterystycznym odcieniu. Metale dobrze przewodzą też elektryczność. Ważne cechy metali to również ciągliwośćCiągliwośćciągliwość, czyli możliwość rozciągania, oraz kowalnośćKowalnośćkowalność – podatność na zmianę kształtu podczas kucia.

Charakterystyczne cechy metali. Metale posiadają charakterystyczne cechy, jak połysk i podatność na odkształcenia.

RJvnowwNNf4mw1

Fotografia przedstawia metalowe sztućce: łyżkę, nóż i widelec. — Przedmioty wykonane z metali mają charakterystyczny połysk

R1AYCYAEVcoFR1

Fotografia przedstawia metalowy garnek na kuchence. — Metale są dobrymi przewodnikami, co oznacza, że ciepło i prąd mogą przepływać przez wykonane z nich przedmioty

RWbaUEjBJTz0V1

Fotografia przedstawia plastikową piłę i kulę metalową tej samej wielkości. — Metale charakteryzują się dużym ciężarem (przedmioty metalowe są zazwyczaj cięższe niż inne tej samej wielkości, ale wykonane z niemetalu)

R1YUcwxYNmhgL1

Galeria przedstawiająca: 1. fot. sztućce metalowe, 2. metalowy garnek na kuchence, 3. fot. kula metalowa i np. piłka do gry, 4. kowal wykuwa podkowę — Metale są kowalne (można z nich wykuwać różne kształty). Wykonanie wybranego kształtu z kawałka metalu nie jest tak łatwe, jak na przykład z plasteliny, ale jest możliwe po podgrzaniu metalu do wysokiej temperatury

Oprócz metali znane są też inne substancje o odmiennych właściwościach, zwane niemetalaminiemetaleniemetalami. Należą do nich na przykład tlen, wodór, węgiel i siarka. Zazwyczaj są one złymi przewodnikami ciepła i prądu elektrycznego.

Rl4NONmKTGFXD1

Charakterystyczne właściwości metali

R1Ar5mx2z6kgY1

Fotografia prezentuje scenę w kuźni: wykuwanie z metalu. — Metale charakteryzują się podatnością na odkształcenie podczas kucia. Mówimy, że są kowalne

Rjvt7NBOLvaPA1

Fotografia przedstawia produkcję drutów miedzianych. — Można też po rozgrzaniu wyciągać z nich długie przewody. Mówimy, że są ciągliwe

Polecenie 1

Przyjrzyj się, jak wyglądają: stalowy gwóźdź, złoty pierścionek, srebrna łyżeczka czy aluminiowy garnek. Zastanów się i określ, czym odróżniają się metale od substancji niemetalicznych.

Ciekawostka

Do kuchenek mikrofalowych nie należy wkładać naczyń metalowych. Potrawy w takich naczyniach (a także zawinięte w folię aluminiową) nie nagrzewają się, gdyż metale odbijają mikrofale. Dzięki tej właściwości metalowa siatka na przedniej szybie mikrofalówki zabezpiecza otoczenie przed wpływem mikrofal.

Narażone na działanie czynników zewnętrznych przedmioty wykonane z metali ulegają niszczeniu – mówimy, że korodują. KorozjęKorozjaKorozję przedmiotów wykonanych z żelaza i stali nazywa się rdzewieniem. Żelazo rdzewieje, ponieważ w wyniku reakcji z wodą i tlenem zawartym w powietrzu powstają różne nowe substancje, które nazywamy rdzą. Aby przedłużyć trwałość metalowych przedmiotów, należy je w odpowiedni sposób zabezpieczyć przed korozją.

Rcm1W8VL9p9rO1

Pięciopunktowa lista czynności, które należy wykonać, aby uchronić metal przed korozją: 1. Przechowywać w szczelnym opakowaniu. 2. Powierzchnię metalu pokryć smarem albo olejem, aby utrudnić dostęp powietrza. 3. Polerować jego powierzchnię, gdyż gładka powierzchnia trudniej wchodzi w reakcje chemiczne. 4. Powierzchnię metalu pokryć warstwą innego metalu, np. cynku, chromu. 5. Powierzchnię metalu pokryć warstwą farby, żywicy syntetycznej albo sztucznego tworzywa. Poniżej wymieniono warunki, które sprzyjają rozwojowi korozji: wysoka temperatura, wysoka wilgotność powietrza, zanieczyszczone środowisko, wysokie stężenie substancji wchodzącej w reakcję z korodującym materiałem. — Jak zabezpieczyć metal przed korozją?

Ciekawostka

Wieża Eiffla, będąca od 1889 roku symbolem Paryża, jest w całości wykonana z żelaza. Co siedem lat, aby zapobiec korozji, wieża jest malowana, a do tego celu zużywa się 50–60 ton farby.

R1DuZINY8e1Tx1

Na fotografii znajduje się wieża Eiffla, która znajduje się w Paryżu. Jest ona wykonana z żelaza. — Źródło: Benh LIEU SONG (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.

Właściwości metali i niemetali
Właściwość	Metale	Niemetale
Stan skupienia	stały (z wyjątkiem rtęci)	stały, ciekły lub gazowy
Połysk	metaliczny połysk	różny: brak połysku metalicznego, matowe lub błyszczące
Barwa	srebrzysta lub srebrzystoszara (z wyjątkiem złota i miedzi)	różne barwy
Kowalność (łatwość kształtowania)	dobra	słaba
Ciągliwość (łatwość wyciągania w drut)	dobra	słaba
Przewodnictwo cieplne i elektryczne	dobre	słabe

iTuq5xd6jk_d5e313

3. Stopy

Metalowe przedmioty, z którymi stykamy się na co dzień, rzadko wykonane są z czystych metali. Najczęściej są to stopyStopstopy – mieszaniny różnych metali, niekiedy nawet z dodatkiem niemetalu. Stopy mają inne cechy niż wchodzące w ich skład metale: są twardsze, bardziej sprężyste i odporniejsze na działanie powietrza, wody i chemikaliów.

Zastosowanie stopów metali.

RF0FdsVb7lVN71

Seria zdjęć i kolaży przedstwiająca przykłady zastosowania stopów metali. Ilustracja pierwsza przedstawia przykłady przedmiotów ze stali: puszki, wiertła, karoseria samochodu. Ilustracja druga przedstawia dwa samoloty. Trzecia ilustracja pokazuje posąg z brązu, dzwon i monetę z brązu. Na czwartej ilustracji widoczne są kolczyki wykonane ze złota. — Stal jest stopem żelaza i węgla. Jest mocniejsza od czystego żelaza. Poprzez dodawanie do stali innych metali, np. manganu, niklu, chromu, możemy poprawiać jej właściwości. Ze stali wykonuje się sztućce, puszki do konserw, zlewozmywaki, karoserie samochodowe, statki, karabiny, wiertła, zęby do łyżek koparek

RfwWXNooEQ7381

R18Vs5Yo3tXZn1

RXUvXbUsaTyat1

iTuq5xd6jk_d5e350

Podsumowanie

Substancje można podzielić ze względu na ich podatność na odkształcenia na: kruche, sprężyste i plastyczne.
Substancje kruche to takie, które poddane naciskowi pękają.
Substancje plastyczne zmieniają kształt pod wpływem nacisku i nie powracają do dawnej formy.
Substancje sprężyste zmieniają kształt pod wpływem nacisku i powracają do dawnej formy.
Znajomość właściwości substancji wykorzystuje się przy wytwarzaniu przedmiotów używanych w codziennym życiu.
Wśród substancji można wyróżnić metale, które charakteryzują się takimi właściwościami, jak: dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, ciągliwość i kowalność oraz metaliczny połysk.

Praca domowa

Polecenie 2.1

Wybierz jakiś przedmiot z twojego najbliższego otoczenia, opisz do czego służy i uzasadnij wybór materiałów, z których został wykonany.

iTuq5xd6jk_d5e409

Słowniczek

ciągliwość

właściwość metalu pozwalająca na wyciąganie go w cienki drut

korozja

proces zachodzący na powierzchni metali pod wpływem powietrza i wilgoci

kowalność

właściwość metalu polegająca na możliwości nadawania mu różnych kształtów

kruchość

właściwość polegająca na łatwości kruszenia się, łamania substancji (materiału)

metale

grupa substancji (pierwiastków) charakteryzująca się połyskiem oraz dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym

niemetale

grupa pierwiastków będących złymi przewodnikami ciepła i elektryczności

plastyczność

podatność substancji na formowanie, nadawanie dowolnych kształtów

sprężystość

właściwość polegająca na zdolności odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po usunięciu oddziaływania wywołującego zniekształcenie

stop

mieszanina pierwiastków, z których co najmniej jeden jest metalem; stop powstaje przez zmieszanie stopionych składników

iTuq5xd6jk_d5e575

Zadania

Ćwiczenie 1

R1AlNDwavk76P1

Na stoliku leżały trzy białe identycznie wyglądające pałeczki o grubości około 1 cm i długości 4–5 cm. (Mogą to być albo kreda, albo plastelina, albo pomalowany na biało patyk z plastiku.) Kasia postanowiła je rozpoznać. W tym celu oznaczyła pałeczki numerami 1, 2, 3. Następnie wygięła delikatnie każdą z próbek. Próbka pierwsza pękła, druga się wygięła i wróciła do poprzedniego kształtu, a trzecia wygięła się i pozostała w takim kształcie, gdy nacisk ustał. Na podstawie opisu przyporządkuj numer próbki do nazwy przedmiotu.

patyk z plastiku, kreda, plastelina

1
2
3

Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 2

RmKcqZkZz7RJy1

Wskaż, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.

	Prawda	Fałsz
Metale są substancjami stałymi (z wyjątkiem rtęci, która jest cieczą).	□	□
Istnieją metale, które są gazami.	□	□
Metale bardzo dobrze przewodzą prąd, ale nie przewodzą ciepła.	□	□
Metale charakteryzuje kowalność (łatwość kształtowania).	□	□
Metale są ciągliwe (łatwo wyciągać je w drut).	□	□
Metale są bardzo złymi przewodnikami prądu.	□	□
Proces niszczenia metali pod wpływem powietrza i wilgoci nazywany jest korozją.	□	□

Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3

RWbbkYTxOYN1e1

Który z surowców, z jakich wytwarzane są metalowe przedmioty, jest pierwiastkiem, a który stopem? Skorzystaj z układu okresowego. Jeżeli substancja jest pierwiastkiem, można ją odnaleźć w układzie okresowym.

brąz, złoto, żelazo, glin, srebro, stal, mosiądz, miedź, cyna

metale
stopy

Źródło: Anna Florek, licencja: CC BY 3.0.

Gazy, ciecze i ciała stałe

Rozszerzalność temperaturowa substancji

Kruche, plastyczne, sprężyste...

1. Czy można zmienić kształt ciał stałych?

2. Metale i niemetale

3. Stopy

Podsumowanie

Słowniczek

Zadania