Spis treści

Gazy, ciecze i ciała stałe

Zimą, kiedy temperatura spada, kałuże zamarzają, a na rzekach i jeziorach pojawia się lód. Śnieg natomiast topi się w temperaturze powyżej 0 °C. Czy wszystkie substancje ulegają takim przemianom?

W ciałach stałych cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie

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

Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:

- jak definiujemy atom,

- budowę materii,

- cechy, jakie możesz wyróżnić w przypadku danej substancji, np. kształt, zapach, barwa, masa.

Twoje cele

- Wymienisz rodzaje stanów skupienia.

- Opiszesz, w jaki sposób ułożone są cząsteczki w każdym ze stanów skupienia.

- Nazwiesz i wyjaśnisz procesy zmian stanów skupienia substancji.

- Wyjaśnisz, jak zmiana temperatury wpływa na stan skupienia substancji.

1. Jakie znamy stany skupienia?

Uczeni dowiedli, że lód, woda i para wodna to jedna i ta sama substancja, ale w różnych postaciach określanych jako stany skupienia. Znajdujące się w powietrzu tlen i azot to gazy, z kolei olej, woda czy benzyna to ciecze, a sól, cukier lub węgiel kamienny to ciała stałe. Opisując właściwości substancji, zawsze zwracamy uwagę na to, w jakiej postaci ona występuje – stałej, ciekłej, czy może gazowej. W ten sposób określamy stan skupienia substancji.

Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1WaTrZ5gbi9ZOtwiera się w nowym oknie

Kształty oraz stany skupienia materii

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

Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii.

Ilustracja interaktywna. Na pierwszym obrazku widoczne są pierwiastki szare, kuliste wodoru i czerwone, kuliste tlenu, tworzące sześcian, z każdej cząsteczki tlenu, wychodzą dwie cząsteczki wodoru. Pod numerem 1, znajduje się napis: Stan stały. Drobiny ułożone są gęsto i nie przemieszczają się., Na drugim obrazku widoczne są pierwiastki wodoru i tlenu, nieregularnie rozmieszczone, z każdej cząsteczki tlenu, wychodzą dwie cząsteczki wodoru. Pod numerem 2, znajduje się napis: Stan ciekły. Drobiny znajdują się dalej od siebie niż w ciele stałym, poruszają się i zderzają ze sobą bardzo często., Na trzecim obrazku widoczne są pierwiastki szare, kuliste wodoru i czerwone, kuliste tlenu, wiązki są mocno oddalone od siebie, z każdej cząsteczki tlenu, wychodzą dwie cząsteczki wodoru. Pod numerem 3, widnieje napis: Stan gazowy. Drobiny są od siebie oddalone i poruszają się swobodnie, zderzając rzadziej, niż w stanie ciekłym.

Zasób oparty o element wizualny.

1

2

3

1

Stan stały

Drobiny ułożone są gęsto i nie przemieszczają się.

2

Stan ciekły

Drobiny znajdują się dalej od siebie niż w ciele stałym, poruszają się i zderzają ze sobą bardzo często.

3

Stan gazowy

Drobiny są od siebie oddalone i poruszają się swobodnie, zderzając rzadziej niż w stanie ciekłym.

Oddziaływania między cząsteczkami wody w różnych stanach skupienia

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Każdy stan skupienia ma swoje charakterystyczne cechy. W stanie stałym substancja zachowuje swój własny kształt. Trudno zmienić jej objętość, dlatego mówimy, że jest mało ściśliwa. W stanie ciekłym substancja przybiera kształt pojemnika, w którym się znajduje, ale nadal trudno zmienić jej objętość. W stanie gazowym substancja zawsze wypełnia cały pojemnik, w którym się znajduje, i jest ściśliwa. Oznacza to, że nie ma określonego kształtu i objętości.

Nagranie badające gaz, ciecz i ciało stałe.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R9SvI0jpeA4YwOtwiera się w nowym oknie

Gazy, ciecze i ciała stałe

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

Nagranie badające gaz, ciecz i ciało stałe.

Obserwacja 1

Stwierdzenie, jakie właściwości mają: ciało stałe, ciecz i gaz.

Co będzie potrzebne

- 3 balony,

- gruba nitka,

- drobne kamyki,

- woda.

Instrukcja

1. Do pierwszego balonu wrzuć kilkanaście kamyków.

2. Drugi balon napełnij do połowy wodą.

3. Trzeci balon nadmuchaj (ale nie do pełna) i mocno zawiąż.

4. Obracaj balony w dłoniach i obserwuj, jak substancje znajdujące się w balonach wpływają na ich kształt.

Podsumowanie

Kamyki są przykładem ciała stałego i można zauważyć, że deformują one powłokę balonu, gdyż nie zmieniają swojego kształtu. Woda to ciecz i dostosowuje swój kształt do kształtu balonu. Nie wypełnia jednak balonu w całości, lecz zalega na jego dnie. Powietrze to gaz i wypełnia balon równomiernie.

Ćwiczenie 1

Wyjaśnij, dlaczego po nadmuchaniu balon musi zostać szczelnie zamknięty.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

2. Kiedy substancja zmienia stan skupienia?

Wiemy już, że każda z substancji zbudowana jest z cząsteczek. Znajdują się one w ciągłym ruchu. Nawet w ciałach stałych cząsteczki nieznacznie drgają. Stan skupienia substancji związany jest właśnie z ruchem cząsteczek. Najszybciej cząsteczki poruszają się w gazach, natomiast w ciałach stałych niemal nie zmieniają położenia.

Animacja obrazuje ułożenie drobin w różnych stanach skupienia.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RMuHQEV3tA6UBOtwiera się w nowym oknie

Model cząsteczkowy stanów skupienia substancji

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

Animacja obrazuje ułożenie drobin w różnych stanach skupienia.

3. Zmiany stanów skupienia

O prędkości poruszania się cząsteczek decyduje temperatura – im wyższa, tym większa szybkość cząsteczek i tym łatwiej mogą one oderwać się od innych. Oznacza to, że zmiana temperatury wpływa na stan skupienia substancji. Proces zmiany ciała stałego w ciecz to topnienie, a cieczy w gaz – parowanie i wrzenie. Proces zamiany gazu w ciecz to skraplanie, a cieczy w ciało stałe – krzepnięcie.

Temperatury topnienia i wrzenia kilku wybranych substancji: wody, aluminium, tlenu

Substancja

Temperatura topnienia

Temperatura wrzenia

Stan skupienia w temperaturze pokojowej

Aluminium

660,32 °C

2519 °C

ciało stałe w temperaturze pokojowej

Woda

0 °C

100 °C

ciecz w temperaturze pokojowej

Tlen

−218,79 °C

−182,97 °C

gaz w temperaturze pokojowej

Ze zmianą temperatury substancji związane są zmiany stanów skupienia: topnienie, parowanie i wrzenie, skraplanie i krzepnięcie

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

Film obrazujący zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R149560FTCIcXOtwiera się w nowym oknie

Zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury

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

Film obrazujący zmiany stanu skupienia związane są ze zmianą temperatury.

Zmiany stanu skupienia nie zachodzą dowolnie, ale w określonej temperaturze. Temperatura wrzenia jest temperaturą, w której ciecz ze stanu ciekłego przechodzi w stan gazowy gwałtownie i w całej swojej objętości. Temperatura topnienia to temperatura, w której substancja w stanie stałym przechodzi w stan ciekły – topi się.

Ważne!

Temperatury wrzenia i topnienia są charakterystycznymi właściwościami każdej substancji.

Uwaga!

Czasami możemy usłyszeć, że coś paruje. Parowanie to – podobnie jak wrzenie – proces zamiany cieczy w gaz. Jednak w odróżnieniu od wrzenia, parowanie zachodzi w każdej temperaturze wyższej niż temperatura topnienia i nie powoduje zmiany stanu skupienia całej substancji, a jedynie jej powierzchni. Wrzenie zachodzi w całej objętości cieczy i jedynie w określonej temperaturze.

Animacja prezentująca parowanie i wrzenie.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1bnBW9n0uBKgOtwiera się w nowym oknie

Parowanie i wrzenie

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

Animacja prezentująca parowanie i wrzenie.

Ciekawostka

Istnieje powiedzenie „zniknąć jak kamfora”. Kamfora to substancja używana do produkcji maści leczniczych, a także sztucznych ogni. Z ciała stałego przechodzi od razu w gaz, z pominięciem stanu ciekłego. Taki proces nazywamy sublimacją. Proces odwrotny to resublimacja, czyli przejście ze stanu gazowego w stały.

Ciekawostka

Temperatury topnienia i wrzenia mogą zmieniać się w zależności od różnych czynników. Na przykład na dużej wysokości woda wrze w temperaturze nawet

80 °C.

Podsumowanie

- Otaczające nas substancje mogą występować w trzech stanach skupienia – jako ciała stałe, ciecze i gazy.

- Ciało stałe ma niezmienny kształt i objętość.

- Ciecz charakteryzuje się stałą objętością, ale ma zmienny kształt.

- Gaz nie ma określonego kształtu i łatwo zmienia objętość.

- Stan skupienia, w jakim występuje substancja, zależy od temperatury. Zmiany stanu skupienia konkretnej substancji odbywają się w ściśle określonych temperaturach.

Praca domowa

Ćwiczenie 1

Wykonaj swoje własne modele trzech stanów skupienia. W tym celu przygotuj trzy przezroczyste pudełka i wybrane ziarna, które będą naśladowały cząsteczki (np. ziarna grochu, szklane lub plastikowe kulki). Do jednego pudełka włóż kilka ziarenek, do drugiego więcej, ale tyle, aby mogły się jeszcze w nim poruszać, grzechotać. W trzecim pudełku bardzo ciasno upakuj ziarenka. Porównaj siły oddziaływania międzycząsteczkowego w ciałach stałych, cieczach i gazach, a następnie wskaż, które pudełko jest modelem danego stanu skupienia. Uzasadnij odpowiedź.

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

ciało stałe

stan skupienia, w którym substancja zachowuje objętość i kształt

ciecz

stan skupienia, w którym substancja zachowuje objętość, natomiast przybiera kształt naczynia, w którym się znajduje

gaz

stan skupienia, w którym substancja przyjmuje objętość i kształt naczynia, zajmuje całą dostępną przestrzeń

krzepnięcie

zmiana stanu skupienia z cieczy na ciało stałe

parowanie

zmiana stanu skupienia z cieczy w gaz; zachodzi jedynie na powierzchni cieczy i w różnych temperaturach

skraplanie

zmiana stanu skupienia gazu w stan ciekły

stan skupienia

forma, w jakiej występuje substancja

topnienie

zmiana stanu skupienia z ciała stałego w ciecz

wrzenie

zmiana stanu skupienia z cieczy w gaz; zachodzi w całej objętości cieczy i w określonej temperaturze

Zadania

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Dopasuj do kolumn odpowiednie określenia charakteryzujące substancje występujące w różnych stanach skupienia.

Gazy

Ciecze

Ciała stałe

Przenieś element.zajmują ściśle określoną objętość

Przenieś element.przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują

Przenieś element.mają określoną objętość; zajmują całą objętość naczynia, w którym się znajdują

Przenieś element.zajmują ściśle określoną objętość

Przenieś element.zachowują określony kształt

Przenieś element.dają się mocno ścisnąć

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 2

Zdecyduj, czy przedstawione stwierdzenia opisujące cechy charakterystyczne ciał stałych, cieczy i gazów są prawdziwe, czy fałszywe.

Stwierdzenie

Prawda

Fałsz

Ciecz zawsze przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje.

Substancja występująca w stanie gazowym ma określony kształt.

Ciało stałe łatwo jest ścisnąć i dopasować do dowolnego kształtu.

Gaz wypełnia całą objętość naczynia, w którym go zamkniemy.

Źródło: Anna Florek <Anna.florek@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3

Wyobraź sobie dwie sytuacje: 1) w miejscu, w którym była kałuża, po nadejściu mrozu pojawia się lodowa tafla; 2) bałwanek w czasie odwilży, który robi się coraz mniejszy. Zaznacz, jakim procesom została poddana woda w opisanych sytuacjach.

Zaznacz prawidłową odpowiedź.

- sytuacja 1 – topnienie

sytuacja 2 – krzepnięcie

- sytuacja 1 – krzepnięcie

sytuacja 2 – topnienie

- sytuacja 1 – skraplanie

sytuacja 2 – topnienie

- sytuacja 1 – skraplanie

sytuacja 2 – krzepnięcie

- sytuacja 1 – krzepnięcie

sytuacja 2 – wrzenie

Źródło: Anna Florek <anna.florek@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 4

W jakich stanach skupienia występują wymienione substancje spotykane w naszym otoczeniu? Przyporządkuj wyrażenia do odpowiednich pól.

Ciało stałe

Ciecz

Gaz

Przenieś element.patyk

Przenieś element.dwutlenek węgla

Przenieś element.płyn do kąpieli

Przenieś element.olej

Przenieś element.kamień

Przenieś element.benzyna

Przenieś element.para wodna

Przenieś element.tlen

Przenieś element.proszek do prania

Przenieś element.papier

Przenieś element.sok

Źródło: Anna Florek <Anna.florek@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 5

Połącz w pary nazwy zmian stanów skupienia i ich definicje.

wrzenie

przemiana ciała stałego w cieczPołączony z: wrzenie

krzepnięcie

przemiana gazu w cieczPołączony z: krzepnięcie

topnienie

przemiana cieczy w gazPołączony z: topnienie

skraplanie

przemiana cieczy w ciało stałePołączony z: skraplanie

Źródło: Anna Florek <anna.florek@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 6

Uzupełnij tekst, wybierając słowa z listy znajdującej się pod tekstem.

Parowanie to proces    , który zachodzi    . Proces ten można zaobserwować na przykładzie    . Natomiast wrzenie zachodzi    . W przeciwieństwie do parowania zachodzi    .

w całej objętości cieczy     w temperaturze topnienia     przemiany cieczy w ciało stałe     gotującej się wody w czajniku     tylko na powierzchni cieczy     przemiany cieczy w gaz     jedynie w ściśle określonej temperaturze     tylko na spodzie cieczy     w temperaturze krzepnięcia     suszącego się prania     przemiany ciała stałego w ciecz     w dowolnej temperaturze     tylko na spodzie naczynia     przemiany gazu w ciecz

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Notatnik

Uzupełnij

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.