- Ciecze łączą ze sobą cechy gazów i ciał stałych. Z jednej strony cząsteczki cieczy pozostają w odległościach zbliżonych do charakterystycznych dla ciał stałych (nieco większych od średnicy ich cząsteczek), z drugiej – swobodnie przemieszczają się względem siebie (charakteryzują się wysoką ruchliwością).
- Powierzchnię samorzutnie wytworzoną przez ciecz na styku z innym ośrodkiem (powietrzem, inną cieczą) nazywamy powierzchnią swobodną cieczy.
- Ciecze bardzo trudno zmieniają objętość pod wpływem oddziaływania zewnętrznego. Odpowiadają za to silne oddziaływania międzycząsteczkowe, które podczas ściskania cieczy prowadzą do odpychania się cząsteczek, a podczas rozprężania – do ich przyciągania.
- Większość cieczy to złe przewodniki ciepła.
- Niektóre ciecze przewodzą prąd elektryczny. Są to najczęściej elektrolity, tzn. wodne roztwory niektórych zasad, kwasów lub soli. Mogą to być także roztopione metale, takie jak rtęć, lub cyna.

Dzięki napięciu powierzchniowemu małe owady mogą biegać po powierzchni wody nie zanurzając się, małe przedmioty o gęstości większej od gęstości wody (szpilka, żyletka) mogą pływać po jej powierzchni, a pająk topik może zbierać pod wodą powietrze w utkanym przez siebie naczyniu zrobionym z pajęczyny. Napięcie powierzchniowe powoduje, że ciecze przyjmują kształt kropli, a także, że poziom cieczy w wąskiej rurce szklanej albo w wąskiej szczelinie między szybkami podnosi się powyżej poziomu wody w naczyniu, do którego zanurzamy rurkę lub szybki.

Budowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia powierzchniowego

Drugi

III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

IV. Zjawiska cieplne. Uczeń:

7) opisuje zjawisko przewodnictwa cieplnego; rozróżnia materiały o różnym przewodnictwie; opisuje rolę izolacji cieplnej.

V. Właściwości materii. Uczeń:

8) opisuje zjawisko napięcia powierzchniowego; ilustruje istnienie sił spójności i w tym kontekście tłumaczy formowanie się kropli.

VI. Elektryczność. Uczeń: 

3) rozróżnia przewodniki od izolatorów oraz wskazuje ich przykłady; 

16) doświadczalnie: 
c) rozróżnia przewodniki od izolatorów oraz wskazuje ich przykłady.

45 minut

Rozpoznawanie właściwości fizycznych cieczy.

1. Rozpoznawanie rodzajów powierzchni swobodnych.

2. Określanie wielkości przewodnictwa elektrycznego i cieplnego cieczy.

Uczeń:

- rozpoznaje właściwości fizyczne cieczy,

- określa zdolności cieczy do przewodnictwa prądu i ciepła.

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Uczenie się przez rozwiązywanie problemów empirycznych.

1. Praca indywidualna.

2. Praca w grupach – rozwiązywanie problemów badawczych.

Polecenie 1

Odpowiedz na pytania:

a) Wskaż charakterystyczne cechy cieczy.
b) Jak ułożone są cząsteczki w cieczach?
c) Czy cząsteczki w cieczach posiadają możliwość przemieszczania się wzglądem siebie?
d) Czy metal może być cieczą?

Odpowiedź:

a) Ciecze posiadają stałą objętość i przyjmują kształt naczynia w którym się znajdują.
b) Cząsteczki w cieczy ułożone są przypadkowo. Średnia odległość miedzy cząsteczkami cieczy jest znacznie mniejsza niż w przypadku gazów i jest zbliżona do średniej odległości cząsteczek w ciele stałym.
c) Cząsteczki w cieczy nieustannie przemieszczają się względem siebie.
d) Po osiągnięciu wysokiej temperatury, przekraczającej temperaturę topnienia metalu, metal może stać się cieczą.

Doświadczenie pokazowe

Problem badawczy:

Prezentacja nieściśliwości cieczy.

Hipoteza badawcza:

Pod wpływem sił zewnętrznych ciecze nie zmieniają swojej objętości.

Instrukcja:

1. Nauczyciel napełnia strzykawkę wodą do pewnej objętości.
2. Nauczyciel zatyka koniec strzykawki palcem i próbuje zmienić objętość wody wciskając tłok i ciągnąc go z powrotem.
3. Nauczyciel powtarza to samo dla oleju.

Obserwacja:

a) Objętość wody oraz objętość oleju nie daje się zmniejszyć.
b) Pomimo ściskania i rozprężania objętość cieczy pozostaje stała.

Wniosek:

a) Ciecze nie zmieniają swojej objętości, pod wpływem przyłożonych sił zewnętrznych, są praktycznie nieściśliwe.
b) Ponieważ podczas ściskania ciecze zachowują swoją objętość to ich cząsteczki podczas ściskania odpychają się.
c) Podczas rozprężania cieczy zachowują swoją objętość ponieważ ich cząsteczki przyciągają się.

Polecenie 2

Określ prawdziwość poniższych zdań:

a) Ciecze są nieściśliwe, ponieważ cząsteczki w cieczach są blisko siebie.
b) Ciecze są nieściśliwe, ponieważ ich cząsteczki poruszają się wzajemnie względem siebie.
c) Ciecze są nieściśliwe, ponieważ ich cząsteczki podczas ściskania bardziej odpychają się, a podczas rozprężania bardziej się przyciągają.
d) Ciecze są nieściśliwe bo podczas ściskania znacząco zmniejsza się ich temperatura.

Odpowiedź:

a) Prawda. b) Fałsz. c) Prawda. d) Fałsz.

Definicja:

Powierzchnia swobodna cieczy – powierzchnia samorzutnie utworzona przez ciecz na styku z innym ośrodkiem (powietrzem, inną cieczą).

Powierzchnią swobodną jest np. górna powierzchnia cieczy w naczyniu, powierzchnia kropli i strumień cieczy w powietrzu.

Polecenie 3

Zapoznaj się ze zdjeciem „Powierzchnia swobodna wody w warunkach oddziaływania grawitacyjnego Ziemi” na którym pokazano tą samą ilość wody rozlaną do różnych naczyń.

[Ilustracja 1]

Odpowiedz na pytania:

a) Jaki kształt ma górna część cieczy kontaktująca się z gazem?
b) Czy powierzchnia górnej część cieczy granicząca z powietrzem jest powierzchnią swobodną tej cieczy?
c) Czy powierzchnia cieczy w warunkach oddziaływania grawitacyjnego Ziemi jest równoległa do powierzchni Ziemi i czy jest zależna od kształtu naczynia?

Odpowiedź:

a) Górna część cieczy granicząca z powietrzem jest płaska i pozioma.
b) Powierzchnia cieczy granicząca z powietrzem jest jej powierzchnią swobodną.
c) Powierzchnia cieczy w warunkach oddziaływania grawitacyjnego Ziemi jest równoległa do powierzchni Ziemi i jest niezależna od kształtu naczynia.

Polecenie  4

Zapoznaj się ze zdjęciem „Powierzchnia swobodna cieczy w stanie nieważkości przyjmuje kształt kuli”.

[Ilustracja 2]

Odpowiedz na pytanie:

Czy w warunkach nieważkości, to jest braku działania siły ciężkości, lub w trakcie swobodnego spadku powierzchnia swobodna cieczy jest płaska?

Odpowiedź:

Nie, przybiera kształt kuli, tak jak np. krople w stacji kosmicznej na orbicie Ziemi.

Napięcie powierzchniowe jest zjawiskiem, które powoduje, że powierzchnia cieczy zachowuje się jak napięta błonka.

[Slideshow]

Dzięki napięciu powierzchniowemu małe owady mogą biegać po powierzchni wody nie zanurzając się, małe przedmioty o gęstości większej od gęstości wody (szpilka, żyletka) mogą pływać po jej powierzchni, a pająk topik może zbierać pod wodą powietrze w utkanym przez siebie naczyniu zrobionym z pajęczyny. Napięcie powierzchniowe powoduje, że ciecze przyjmują kształt kropli, a także, że poziom cieczy w wąskiej rurce szklanej albo w wąskiej szczelinie między szybkami podnosi się powyżej poziomu wody w naczyniu, do którego zanurzamy rurkę lub szybki.

Wyjaśnienie zjawiska napięcia powierzchniowego:

[Ilustracja 3]

1. W cieczy na cząsteczki znajdujące się daleko pod powierzchnią nie działa praktycznie żadna siła wypadkowa. A dokładniej rzecz biorąc; oddziaływanie na wybraną cząsteczkę cieczy z każdej strony jest jednakowe, ponieważ z każdej strony znajduje się praktycznie taka sama ilość innych cząsteczek.
2. Zbliżając się do powierzchni cieczy obserwujemy pewną asymetrię oddziaływań. Więcej cząsteczek ciągnie wybraną cząsteczkę do środka cieczy niż w stronę powierzchni. Pojawia się więc wypadkowa siła działająca na cząsteczkę skierowana do środka cieczy.
3. Na cząsteczkę znajdującą się na powierzchni działa duża siła skierowana do środka cieczy.
4. Siły działające na cząsteczki znajdujące się na powierzchni zmuszają więc ciecz do minimalizacji powierzchni swobodnej cieczy.
5. Powstaje napinająca błona powierzchniowa, a to zjawisko nazywamy zjawiskiem napięcia powierzchniowego.

Zastanów się jakie doświadczenie możesz wykonać aby pokazać napięcie powierzchniowe cieczy i jej budowę cząsteczkową. Przedyskutujcie pomysły w klasie.

- Ciecze łączą ze sobą cechy gazów i ciał stałych. Z jednej strony cząsteczki cieczy pozostają w odległościach zbliżonych do charakterystycznych dla ciał stałych (nieco większych od średnicy ich cząsteczek), z drugiej – swobodnie przemieszczają się względem siebie (charakteryzują się wysoką ruchliwością).
- Powierzchnię samorzutnie wytworzoną przez ciecz na styku z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, inną cieczą) nazywamy powierzchnią swobodną cieczy.
- Ciecze bardzo trudno zmieniają objętość pod wpływem oddziaływania zewnętrznego. Odpowiadają za to silne oddziaływania międzycząsteczkowe, które podczas ściskania cieczy prowadzą do odpychania się cząsteczek, a podczas rozprężania – do ich przyciągania.
- Większość cieczy to złe przewodniki ciepła, w porównaniu np. do metalu.
- Niektóre ciecze przewodzą prąd elektryczny. Są to najczęściej elektrolity, tzn. wodne roztwory niektórych zasad, kwasów lub soli. Mogą to być także metale w stanie ciekłym, takie jak rtęć, lub cyna.