Temat

Oddziaływania międzycząsteczkowe między cieczami a ciałami stałymi

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 oddziaływań międzycząsteczkowych i ich skutków.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Przedstawienie oddziaływań międzycząsteczkowych w cieczach.

2. Określanie wielkości oddziaływań międzycząsteczkowych w cieczach.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje oddziaływania międzycząsteczkowe w cieczach,

- określa od czego zależy wielkość sił przylegania i spójności.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Formułowanie problemów i pomysłów ich rozwiązywania.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą, burza mózgów.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

Odpowiedz na pytania:

a) Jakie zjawiska fizyczne świadczą o cząsteczkowej budowie cieczy?
b) Co jest miarą wszystkich oddziaływań?
c) Do jakiego typu oddziaływań bliskiego czy dalekiego zasięgu zaliczamy oddziaływania międzycząsteczkowe?
d) W którym stanie skupienia ciał oddziaływania międzycząsteczkowe będą największe, a w którym najmniejsze?

Odpowiedź:

a) Ruchy Browna dowodzą budowy cząsteczkowej cieczy.

Istnienie powierzchni swobodnej cieczy, świadczy o istnieniu wewnętrznych sił przyciągających cząsteczki cieczy do siebie.

Nieściśliwość cieczy świadczy o odpychaniu się cząsteczek cieczy podczas ściskania cieczy oraz o pojawieniu się sił przyciągania podczas prób rozprężania cieczy.

b) Miarą wszystkich oddziaływań jest siła.
c) Oddziaływania międzycząsteczkowe zaliczamy do sił bliskiego zasięgu.
d) Oddziaływania międzycząsteczkowe będą największe w ciele stałym, a najmniejsze w gazie.

Realizacja lekcji

Definicja:

Siły spójności (kohezji) – siły wzajemnego przyciągania się cząsteczek tej samej substancji, np. wody lub pleksiglasu.

[Slideshow]

Polecenie 2

Odpowiedz na pytanie:

a) Co spowodowały siły spójności po zatkaniu palcem otworków ?
b) Gdzie występują siły spójności?

Odpowiedź:

a) Siły spójności spowodowały połączenie czterech strumieni wody w jeden, ponieważ powierzchnia boczna jednego wypadkowego strumienia wody jest mniejsza niż powierzchnie boczne czterech osobnych strumieni wody.
b) Siły spójności zwane siłami kohezji występują pomiędzy cząsteczkami tej samej substancji.

Polecenie 3

Obejrzyj poniższe zdjęcia i zastanów się nad przyczyną przedstawionych zjawisk.

[Ilustracja 1]

Wniosek:

Występuje tu zjawisko fizyczne określane jako napięcie powierzchniowe.

Zjawisko to ma miejsce na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazem lub inną cieczą.

Polecenie 4

Obejrzyj ilustrację „Schemat oddziaływań na powierzchni cieczy”. Zaproponuj wyjaśnienie obserwowanego zjawiska.

[Ilustracja 2]

Wniosek:

Wpływ, jaki na cząsteczkę wywierają sąsiednie cząsteczki wewnątrz objętości cieczy, jest niewielki, ponieważ siły spójności pochodzące z jej otoczenia niemal zupełnie się równoważą. Zupełnie inaczej jest, gdy cząsteczka znajduje się na powierzchni cieczy. Wtedy na cząsteczkę działają siły spójności pochodzące od cząsteczek znajdujących się we wnętrzu cieczy. Siły przyciągające ze strony cząsteczek cieczy sprawiają zatem, że siła wypadkowa działająca na tę cząsteczkę jest zwrócona do wnętrza cieczy, prostopadle do jej powierzchni. Cienką warstwę cieczy o tej właściwości nazywamy błoną powierzchniową.

Doświadczenie pokazowe:

Obserwacja sił oddziaływań międzycząsteczkowych.

Hipoteza:

Między cząsteczkami, z których wykonane są płyty CD a cząsteczkami wody występują oddziaływania międzycząsteczkowe.

Przebieg:

1. Uczeń łączy z sobą dwie płyty CD i rozdziela je.
2. Uczeń łączy te same płyty zwilżone wodą i próbuje je rozdzielić.

Obserwacja:

a) Rozdzielenie płyt suchych nie wymaga dodatkowego wysiłku ucznia.
b) Rozdzielenie płyt zwilżonych wodą jest trudne i wymaga dodatkowej siły.

Wniosek:

Występują tu siły oddziaływania międzycząsteczkowego pomiędzy cząsteczkami cieczy i ciała stałego.

Definicja:
Siły przylegania (adhezji) - siły działające między cząsteczkami cieczy i ciała stałego.
Sił adhezji nie należy mylić z siłami spójności (kohezji), które są siłami oddziaływania między cząsteczkami tej samej cieczy.

Polecenie 5

Zapoznaj się z rysunkiem „różne rodzaje menisku”.

[Ilustracja 3]

[Grafika interaktywna]

Polecenie 6

Określ prawdziwość zdań:

a) Gdy siły spójności cząsteczek cieczy są większe od sił przylegania między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami naczynia, powstaje menisk wypukły.
b) Gdy siły spójności cząsteczek cieczy są większe niż siły przylegania między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami naczynia, nie powstaje menisk.
c) Gdy siły spójności cząsteczek cieczy są większe niż siły przylegania między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami naczynia, nie powstaje menisk wklęsły.

Odpowiedź:

a) Prawda. b) Fałsz. c) Prawda.

Podsumowanie lekcji

- Oddziaływania występujące między cząsteczkami tej samej substancji to siły spójności (kohezji).
- Oddziaływania międzycząsteczkowe występujące między cząsteczkami różnych substancji to siły przylegania (adhezji).
- Wzajemne relacje między siłami przylegania i spójności prowadzą do powstawania menisku. Gdy siły spójności między cząsteczkami cieczy przeważają nad siłami przylegania, powstaje menisk wypukły. Gdy siły przylegania są większe od sił spójności, powstaje menisk wklęsły.
- Powierzchnia cieczy dąży do zajmowania jak najmniejszego pola. Objawia się to w sytuacji, kiedy to pole się powiększy (np. nastąpi ugięcie powierzchni). Występują wówczas siły napięcia powierzchniowego, dążące do zmniejszenia pola tej powierzchni (np. przez przywrócenie jej płaskiego kształtu).