Temat

Budowa cząsteczkowa i właściwości fizyczne gazów

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Przedstawienie budowy cząsteczkowej gazów.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Przedstawienie oddziaływań międzycząsteczkowych w gazach.

2. Określanie wielkości oddziaływań międzycząsteczkowych w gazach.

3. Określenie zależności między budową cząsteczkową a właściwościami gazów.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje budowę cząsteczkową gazów,

- określa zależności między budową cząsteczkową gazów a ich właściwościami fizycznymi.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Wykład problemowy.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą, burza mózgów.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

Odpowiedz na pytania:

a) Podaj cechy charakterystyczne dla gazów.
b) Czy w gazach występują oddziaływania międzycząsteczkowe?
c) Od czego będzie zależeć wielkość tych oddziaływań?
d) Jaka jest wielkość oddziaływań międzycząsteczkowych w gazach w stosunku do oddziaływań międzycząsteczkowych w cieczach lub w ciałach stałych?

Odpowiedź:

a) Gazy przyjmują kształt naczynia w którym się znajdują i wypełniają całą jego objętość.
b) Oddziaływania cząsteczkowe w gazach są bardzo słabe.
c) Wielkość oddziaływań cząsteczkowych w gazie zależy od rodzaju gazu, tj. od budowy chemicznej jego cząsteczek i od ciśnienia gazu.
d) Oddziaływania w gazach są dużo słabsze niż w cieczach i ciałach stałych.

Realizacja lekcji

Polecenie 2

Masz do dyspozycji:

a) balonik,
b) tabletkę musującą,
c) wąską probówkę wypełnioną wodą.

Korzystając tylko z podanych pomocy zaproponuj kolejność wykonania czynność które trzeba wykonać, aby wykazać, że gazy przybierają objętość naczynia w którym się znajdują.

Odpowiedź:

1. Probówkę wypełniam do połowy wodą.
2. Do wody w probówce wrzucam tabletkę musującą.
3.  Szybko nakładam otwór balonika na otwór probówki.
4. Prowadzę obserwację wypełniania balonika gazem uwalnianym z tabletki musującej.
5. Wyniki obserwacji zapisuję w formie notatki.

Polecenie 3

Odpowiedz na pytania:

a) Czy w napompowanym baloniku, gazy zajmują tylko określoną część objętości balonika?
b) Jakie znasz przykłady świadczące o tym, że gaz wypełnia całą dostępną im objętość?

Odpowiedź:

a) W napompowanym baloniku zawsze obserwuje się wypełnienie gazem całej jego objętości.
b) Podczas pompowania opony roweru powietrze wypełnia całą objętość opony. W całym domu na parterze, w piwnicy i na piętrze zawsze jest powietrze atmosferyczne, którego własności są wszędzie takie same.

Polecenie 4

Obejrzyj pokazy slajdów „Rozszerzalność gazu - opona” oraz „Rozszerzalność gazu - balonik” gdzie pokazano doświadczenia dotyczące rozprężania gazu.

Zwróć uwagę, że zwiększanie objętości zajmowanej przez gaz nie jest związane ze zwiększeniem całkowitej ilości cząsteczek gazu w zbiorniku.

[Slideshow 1]

[Slideshow 2]

Wnioski:

a)  Gazy mogą się rozprężać, widoczne to było w doświadczeniu z rozprężaniem się powietrza z napompowanej opony do cylindra pompki lub do opony roweru.
b) Przyczyną tego, że napompowany balonik umieszczony w powietrzu zachowuje swój kształt jest zrównoważenie oddziaływania cząsteczek wewnątrz balonika oddziaływaniem cząsteczek powietrza na ścianki balonika.
c) Zmniejszanie ilości cząsteczek powietrza w wyniku odpompowania pompą próżniową powoduje, że ciśnienie wywierane przez cząsteczki powietrza na zewnętrzną powierzchnię balonika zmniejsza się. Dzięki temu balonik rozszerza się.

Wniosek:

Ciśnienie powietrza zależy od koncentracji cząsteczek powietrza.

Doświadczenie 1

Rozprężanie gazu.

Problem badawczy:

Jakie zjawisko towarzyszy gwałtownemu rozprężaniu się gazu.

Hipoteza badawcza:

Rozprężanie gazu powoduje zmniejszenie koncentracji cząsteczek, co w efekcie może doprowadzić do zmniejszenia nie tylko ciśnienia, ale i temperatury gazu.

Co będzie potrzebne:

a) małe lusterko szklane,
b) dezodorant w pojemniku ciśnieniowym.

Instrukcja postępowania:

1. Zbliż wylot dezodorantu do lusterka i przez kilka sekund opróżniaj dezodorant w kierunku lusterka.
2. Obserwuj skraplanie się wody na lusterku.

Obserwacja:

W wyniku ochłodzenia strumieniem rozprężającego się gazu wychodzącego z zaworu dezodorantu lusterko pokrywa się mgiełką skraplającej się pary wodnej z powietrza.

Wniosek:

Rozprężaniu gazu często towarzyszy obniżenie jego temperatury, co jest najwyraźniej widoczne, gdy ten proces zachodzi gwałtownie.

Polecenie 5

Określ prawdziwość poniższych zdań:

a) Cząsteczki gazów wykazują duże oddziaływania przyciągające i słabe oddziaływania odpychające.
b) Gazy zwiększają swoją objętość, gdyż oddziaływania między cząsteczkami są bardzo słabe.
c) Gazy łatwo zmniejszają swoją objętość, ponieważ ich cząsteczki znajdują się daleko od siebie.
d) Zmniejszanie objętości zbiornika gazu w wyniku działania siły sprężającej gaz powoduje zwiększenie ciśnienia gazu w zbiorniku.

Odpowiedź:

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

[Ilustracja 1]

Polecenie 6

Uzupełnij w tabeli dane dotyczące  składu chemicznego suchego powietrza atmosferycznego.

[Tabela 1]

Podsumowanie lekcji

- Cząsteczki w gazach słabo na siebie oddziałują, ich ruch jest chaotyczny i odbywa się w całej dostępnej przestrzeni.
- Cząsteczki gazu wypełniają całkowicie objętość naczynia, bez względu na jego kształt. Podczas ruchu dochodzi do ich wzajemnych zderzeń i „bombardowania” ścianek pojemnika.
- Najbardziej rozpowszechnionym gazem w przyrodzie jest powietrze. Suche powietrze jest mieszaniną azotu (78%) i tlenu (21%). Pozostały 1% składu stanowią dwutlenek węgla i gazy szlachetne.
- Gazy nie mają kształtu – przybierają kształt naczynia, w którym się znajdują.
- Gazy nie mają określonej objętości – przybierają objętość naczynia, w którym się znajdują.
- Gazy są ściśliwe (w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy).
- Rozprężanie gazu polega na zwiększaniu jego objętości i spadku ciśnienia.
- Rozprężaniu gazu często towarzyszy obniżenie jego temperatury, co jest najwyraźniej widoczne, gdy ten proces zachodzi gwałtownie.
- Prędkość większości cząsteczek gazu w temperaturze pokojowej nie przekracza 1000  $\frac{m}{s}.$