Temat

Topnienie i krzepnięcie

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

Rozpoznawanie podstawowych procesów fizycznych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Określa warunki zachodzenia przemian fazowych.

2. Określa różnice między poszczególnymi przemianami fazowymi.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje podstawowe procesy fizyczne,

- określa zmiany w budowie cząsteczkowej ciał podczas zachodzącego procesu fizycznego.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

Przyjrzyj się ilustracji.

[Ilustracja 1]

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. W ilu stanach skupienia występuje woda na Ziemi?
2. Kiedy następuje przejście wody z jednego stanu skupienia w inny?
3. Podaj znane ci nazwy procesów fizycznych przedstawionych na ilustracji.

Odpowiedź

1. Woda na Ziemi występuje w stanie ciekłym, stałym (jako lód) i gazowym (jako para wodna).
2. W temperaturze 0°C woda przechodzi w lód, a para wodna w chmurach zamienia się w śnieg. Powyżej 0°C woda paruje i skrapla się w drobne krople tworzące chmury. Z chmur może padać deszcz.
3. Parowanie, skraplanie, topnienie, sublimacja, resublimacja.

Realizacja lekcji

Pokaz slajdów - topnienie stopu Wooda.

Uwaga: Stop Wooda – niskotopliwy stop metali (topnieje już w temperaturze 66,5°C), srebrzystoszary, drobnoziarnisty, składający się z bizmutu, kadmu, ołowiu i cyny. Został otrzymany przez amerykańskiego dentystę Barnabasa Wooda i miał zastosowanie w stomatologii. Stop ten zazwyczaj jest stosowany: w jubilerstwie do lutowania.

[Slideshow]

Polecenie

Odpowiedz na pytania

1. Co trzeba zrobić, aby ciało stałe uległo stopieniu?
2. Czy ciało stałe topnieje w dowolnej temperaturze?
3. Jak zachowują się cząsteczki ciała stałego podczas ogrzewania tego ciała?

Odpowiedź

1. Ciała stale wymaga do stopnienia dostarczania energii.
2. Ciało stałe topnieje się w ściśle określonej temperaturze.
3. Cząsteczki w ciele stałym drgają tylko wokół położeń równowagi, natomiast w cieczy przesuwają się względem siebie. Zatem podczas topnienia cząsteczki ciała uzyskują większą swobodę ruchu.

Topnienie

Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.

Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego.

Krzepnięcie

Krzepnięcie - przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe. Rozpoczęcie krzepnięcia jest uzależnione od obecności w cieczy zarodków krystalizacji, na których rozpoczyna się proces tworzenia kryształów.

Parowanie

Parowanie - przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami. Szybkość procesu parowania zależy od temperatury oraz ciśnienia pary nad cieczą.

Skraplanie

Skraplanie (Kondensacja) - przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi.

Sublimacja

Sublimacja - bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

Przykładem ciała sublimującego w warunkach normalnych jest suchy lód czyli zestalony dwutlenek węgla.

Blok zamrożonego dwutlenku węgla wystawiony do pomieszczenia, w którym panuje typowe ciśnienie atmosferyczne i temperatura ok 20°C będzie sublimował a nie topił się.

Resublimacja

Resublimacja - bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały z pominięciem stanu ciekłego. Resublimacja jest procesem odwrotnym do sublimacji. W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja, w połączeniu z sublimacją lub parowaniem, jest wykorzystywana do oczyszczania lub rozdzielania substancji i otrzymywania jej w postaci drobnych kryształów (jest to m.in. metoda oczyszczania jodu).

Polecenie

Uzupełnij schemat przemian fazowych podając przy strzałkach nazwy przemian fazowych (wykorzystaj następujące nazwy przemian fazowych: topnienie, krzepnięcie, sublimacja, resublimacja, parowanie, skraplanie).

[Ilustracja 2]

Odpowiedź

[Ilustracja 3]

Podsumowanie lekcji

- Zjawisko topnienia polega na zmianie stanu skupienia ciała ze stanu stałego w stan ciekły. Zachodzi w stałej temperaturze, nazywanej temperaturą topnienia.

- Krzepnięcie to zmiana stanu skupienia ciała z ciekłego na stały. Proces ten może przebiegać w odwrotną stronę (topnienie).

- Niektóre ciała przechodzą ze stanu stałego do stanu ciekłego bez ustalonej temperatury przemiany. W pewnym przedziale temperatur ciało stopniowo mięknie i przechodzi w ciecz. Taki proces nazywamy mięknięciem.

- Parowanie zmiana stanu skupienia polegająca na przejściu ciała ze stanu ciekłego w parę (stan gazowy). Zachodzi na powierzchni cieczy.

- Skraplanie to zjawisko polegające na przejściu pary lub gazu w stan ciekły.

- Sublimacja to zjawisko bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego.

- Resublimacja to zjawisko bezpośredniego przejścia ze stanu gazowego w stan stały, z pominięciem stanu ciekłego.