Zimą, kiedy temperatura spadnie poniżej zera, kałuże zamarzają, a na rzekach i jeziorach pojawia się lód. Śnieg natomiast zamienia się w wodę, gdy tylko wejdziemy do ciepłego pomieszczenia. Czy wszystkie substancje ulegają takim przemianom?

W ciałach stałych drobiny znajdują się blisko siebie
Już wiesz
  • że materia zbudowana jest z różnego rodzaju drobin.

Nauczysz się
  • wymieniać rodzaje stanów skupienia;

  • opisywać, jak ułożone są drobiny w każdym ze stanów skupienia;

  • nazywać i wyjaśniać procesy zmiany stanów skupienia substancji;

  • wyjaśniać, 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, płynnej czy może gazowej. W ten sposób określamy stan skupienia substancji.

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.

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 nadmuchaj (ale nie do pełna) i mocno zawiąż.

  4. Obracaj balony w dloniach 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 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.

Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego po nadmuchaniu balon musi zostać szczelnie zamknięty.

2. Kiedy substancja zmienia stan skupienia?

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

3. Zmiany stanów skupienia

O prędkości poruszania się drobin decyduje temperatura – im wyższa, tym większa szybkość drobin 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

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.

Ciekawostka

Istnieje powiedzenie „zniknąć jak kamfora”. Kamfora to substancja używana do produkcji leczniczych maści, 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
Polecenie 2.1

Wykonaj swoje własne modele trzech stanów skupienia. W tym celu przygotuj 3 pudełka po zapałkach i wybrane ziarna, które będą naśladowały drobiny (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. Wskaż, które pudełko jest modelem ciała stałego, cieczy i gazu, a następnie wyjaśnij dlaczego.

Słowniczek

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

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4
Ćwiczenie 5
Ćwiczenie 6