Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

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?

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

Animacja prezentuje zagadnienie różnych stanów skupienia materii. Młody człowiek siedzi nad brzegiem jeziora, sięga do wody. Widać dłoń sięgającą po kamień i utrzymującą go między dwoma palcami. Ta sama dłoń odkłada kamień i próbuje chwycić wodę. Człowiek wyjmuje dłoń z wody, widać, że pozostało na niej nieco wody. Ta sama dłoń próbuje chwycić powietrze.

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.

Widoczna ręka trzymająca kostki do gry. Kostki są upuszczane na stół. Aktor wlewa sok do jednej ze szklanek, potem do drugiej. Aktor nabiera do strzykawki soku, zatyka otwór palcem i próbuje wycisnąć sok; widać, że mu się nie udaje. Aktor wkłada do wypełnionego wodą szklanego pojemnika szklankę odwróconą otworem w dół, by powietrze się nie wydostało. Potem odwraca szklankę – powietrze ulatuje na zewnątrz. Aktor nabiera powietrza do strzykawki, po czym zatyka otwór palcem i próbuje zmienić objętość – widać, że mu się to udaje.
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.

Animacja obrazuje ułożenie drobin w różnych stanach skupienia. W ciele stałym cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie i nie przesuwają się, a ich ruch polega tylko na drganiu. W cieczy drobiny mogą się przemieszczać, a w gazach drobiny znajdują się daleko od siebie i zupełnie sowbodnie przemieszczają się.

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

Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0. Ze zmianą temperatury substancji związane są zmiany stanów skupienia: topnienie, parowanie i wrzenie, skraplanie i krzepnięcie
Film rozpoczyna się od sceny w kuchni. Na palniku z gazem stoi czajnik z wodą. Po chwili gwizdek czajnika zaczyna wydawać dźwięk i wypuszcza parę wodną. W kolejnym ujęciu dziewczyna chucha na lustro. Ciepła para z ust w zetknięciu z zimnym lustrem oddaje energię w postaci ciepła. Skroplone cząsteczki pary osadzają się na lustrze w postaci cienkiej warstwy cieczy. W kolejnym ujęciu człowiek wypełnia wodą pojemnik do robienia kostek lodu, a następnie wkłada go do zamrażarki. Po jakimś czasie lód został wyjęty z zamrażarki. Uległ procesowi krzepnięcia, dzięki czemu trafił do szklanki, już jako ciało stałe, w postaci kostek lodu. Lód w szklance z czasem zaczyna się topić i zamienia się w wodę.

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. Wyjaśnia, na czym polega parowanie i wrzenie cieczy. Omawia także warunki, w jakich zachodzą te zjawiska.
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