ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK – ČÁST 01 A) Výklad:
• Změny skupenství látky ➢ Látka se může vyskytovat ve třech různých skupenstvích – PEVNÉM, KAPALNÉM nebo PLYNNÉM. ▪ Např. voda (H2O)- může se vyskytovat jako krystalický led či sníh, kapalná voda nebo plynná pára. •
Přitom stále se jedná o vodu, protože ve všech třech skupenstvích zůstává složení molekul stejné – 2 atomy vodíku (H2) a 1 atom kyslíku (O).
Obr. :Uspořádání molekul vody v různých skupenstvích a změny skupenství ➢ Ve všech třech skupenstvích jsou molekuly v neustálém neuspořádaném pohybu. Jednotlivá skupenství se liší vzdálenostmi molekul a jejich vzájemným silovým působením. ➢ Za určitých podmínek dochází ke změně skupenství 1
látky – změny skupenství se označují vlastními názvy – např. led TAJE, voda MRZNE, voda se VYPAŘUJE, vodní pára KAPALNÍ.
• Tání a tuhnutí: ➢ A) TÁNÍ – je změna fyzikálního stavu látky při které se přeměňuje pevná látka na kapalinu po dodání dostatečného množství tepla pevné látce. ▪ K tání pevné krystalické látky dochází při dosažení tzv. teploty tání, která se pro různé materiály liší. ▪ Vlivem dodaného tepla se molekuly konající kmitavý pohyb v krystalické mřížce rozkmitají natolik, že překonají svým pohybem vazebné přitažlivé síly na ně působící a postupně dojde k jejich uvolnění z mřížky. Následkem toho se krystalická mřížka úplně rozpadne. Volné molekuly se poté mohou pohybovat neuspořádaně jako v kapalině. ▪ Během tání se teplota tající pevné látky nemění, veškeré přijímané teplo se tak spotřebovává pouze na změnu skupenství. ➢ Pokus 01:(jak se mění teplota při tání kostky ledu) ▪ kostky ledu vyrobené v mrzáku dáme do kádinky a změříme jejich teplotu. ▪ Dále začneme kádinku zahřívat na plotýnce a stále sledujeme teplotu ledové drtě. ▪ Co pozorujeme?: •
nejprve se bude teplota drtě zvyšovat až k 0°C,
•
při 0°C začne led tát (proto se tato teplota nazývá teplotou tání),
•
i když necháme plotýnku zapnutou (tj. dodáváme teplo) – zůstává teplota směsi ledu a táním vzniklé vody na 0°C, 2
•
Teprve když všechen led roztaje, začne teplota vzniklé vody při dalším zahříváním (tj. dodávání tepla) stoupat.
▪ Výsledek pokusu: •
K roztátí ledu zahřátého na teplotu tání je nutné dodávat teplo – tzv. SKUPENSKÉ TEPLO TÁNÍ = teplo potřebné na změnu skupenství.
➢ Pokus 02 (jak se mění teplota při tání krystalického thiosíranu sodného): ▪ Krystalický thiosíran sodný rozdrtíme a nasypeme do malé kádinky, ▪ do prášku zasuneme teploměr který upevníme na stojan (abychom mohli dobře číst teplotu) ▪ kádinku zahříváme v horké vodní lázni (dodáváme teplo) ▪ teplota se postupně zvyšuje až dosáhne přibližně 48°C – tj. teplota tání, ▪ Při teplotě 48°C tato látka taje a i když přijímá teplo z vodní lázně – teplota se nezvyšuje dokud všechna látka neroztaje. ▪ Výsledek pokusu: •
Ověřili jsme, že thiosíran sodný taje při teplotě 48°C. Má tedy jinou teplotu tání než např. led.
Měřením se potvrdilo, že různé krystalické látky mají různé teploty tání!
3
Obr.: Změny teploty thiosíranu sodného při zahřívání •
Na čem závisí teplota tání krystalické látky?: ◦ Na druhu krystalické látky a také na tlaku, při kterém tání probíhá. ▪ Závislost teploty tání na tlaku poznáme např. při bruslení – led pod bruslí, kde je větší tlak, taje i při nižší teplotě než je 0°C. 4
Grafické porovnání teplot tání různých látek při normálním tlaku (pn = 101 325 Pa = 101,325 kPa)
5
• Měrné skupenské teplo tání (definice) ◦ Teplo, které přijme 1 kg pevné látky při teplotě tání, aby se změnil na kapalinu téže teploty. ◦ Značka: lt ◦ jednotka: kJ/kg
Grafické porovnání měrných skupenských tepel různých látek.
Proč se při oblevě zdá být chladněji, i když teplota vzduchu stoupne např. -5°C na 0°C?
Protože sníh a led při tání odebírají ze svého okolí právě skupenské teplo tání.
6
➢ B) TUHNUTÍ - je změna fyzikálního stavu kapalného stavu ve stav pevný. ▪ Děje se tak po odevzdání dostatečného množství tepla kapalinou. ▪ K tuhnutí dochází za stejné teploty jako při tání pevné látky (např. při chladnutí thiosíranu sodného – zjistíme, že začne tuhnout při stejné teplotě jako je jeho teplota tání – tj. 48°C) ▪ Při poklesu teploty kapaliny na teplotu tuhnutí se pohyblivost jejích jednotlivých částic snižuje natolik, že se z nich postupně začne tvořit téměř nepohyblivá struktura – krystalická mřížka. Částice vázané v krystalické mřížce se již volně nepohybují, konají pouze nepatrný kmitavý pohyb kolem jisté rovnovážné polohy. ▪ Teplota tuhnutí se během tvorby krystalické mřížky nemění a pro každou látku dosahuje jiné hodnoty.
•
NĚKTERÉ ZAJÍMAVÉ JEVY PŘI TÁNÍ A TUHNUTÍ: ➢ Tání amorfní látky (tj. pevná látka, která nemá pravidelné uspořádání částic – např. sklo, parafín, asfalt) probíhá v určitém teplotním rozmezí. ▪ Při zahřívání látka postupně měkne, až se změní v kapalinu. Amorfní látka nemá určitou teplotu tání!! ➢ Při tání a tuhnutí se zachovává hmotnost tělesa, může se ale měnit objem. ▪ Např. roztavený parafín se při ztuhnutí smrští a zmenší svůj objem. Naopak voda při zmrznutí zvětší svůj objem. ➢ Anomálie vody (neobvyklá vlastnost vody): ▪ voda má největší hustotu při teplotě 4°C, nikoli při teplotě tání, jak bychom očekávali. ▪ Zvětšení objemu vody při tuhnutí je důležité v přírodě – díky anomálii vody mohou ryby a jiní živočichové přežít mrazivou zimu u dna jezer nebo rybníků, kde je teplota 4°C.
•
7
