ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK ČÁST 01

Transkript

1 ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK ČÁST 01 A) Výklad: Změny skupenství látky Látka se může vyskytovat ve třech různých skupenstvích PEVNÉM, KAPALNÉM nebo PLYNNÉM. Např. voda (H 2 O)- 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 (H 2 ) 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

2 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

3 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

4 Na čem závisí teplota tání krystalické látky?: Obr.: Změny teploty thiosíranu sodného při zahřívání 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

5 Grafické porovnání teplot tání různých látek při normálním tlaku (p n = Pa = 101,325 kpa) 5

6 Měrné skupenské teplo tání (definice) Teplo, které přijme 1 kg pevné látky při teplotě tání, aby se změnil na kapalinu téže teploty. Značka: l t 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

7 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