DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Z.S. Chwaliszew, im. Jana Twardowskiego, Gim. Stęszew • ID grupy: • 98/39_mf_g2, 98/12_mf_g2 • Kompetencja: • Matematyczno-fizyczna • Temat projektowy: • Zmiany stanów skupienia • Semestr/rok szkolny: semestr letni/ 2010/2011

3. Stany skupienia wody

4. Stan skupienia danej substancji zależy od jej temperatury • . Temperatura przejścia cieczy do stanu stałego nazywana jest temperaturą krzepnięcia (jest równa temperaturze topnienia). Substancja powyżej swojej temperatury topnienia jest cieczą, natomiast poniżej tej temperatury jest ciałem stałym. W temperaturze pokojowej, wszystkie ciecze mają temperaturę topnienia niższą od temperatury pokojowej, natomiast ciała stałe mają temperaturę topnienia wyższą od temperatury pokojowej. Znając temperatury topnienia różnych substancji można określić ich stan skupienia w dowolnej temperaturze.

6. Stan stały- lód lub śnieg Lód lub śnieg występują poniżej 0 °C tzw. temp. topnienia. W przyrodzie występują w zimie lub cały czas na obu biegunach. Mają właściwości jak każde ciało stałe tzn. mają określony kształt, trudno zmienić ich objętość. Lód pow.- staje ze schłodzonej wody czyli przez krzepnięcie lub przez resublimację. Lód tak samo jak woda i para wodna nie ma koloru, w dotyku jest zimny i jest ciałem kruchym np. kiedy uderzymy kawałek lodu młotkiem rozkruszy się na wiele drobnych kawałków. Zjawisko zmiany obj. podczas przechodzenia z fazy ciekłej do fazy stałej wody (lód) pełni bardzo istotną rolę w przyrodzie. W szczególności dotlenienie gleby poprzez rozsadzanie zmarzniętych brył ziemi oraz zjawisko pękania skał. Śnieg podobnie jak lód powstaje ze schłodzonej wody lub pary wodnej. Ma kolor biały co można zauważyć podczas zimy. Na śniegu można wykonywać wiele sportów jak narciarstwo lub snowboard.

7. Stan cieczy- woda Woda występuje pomiędzy temp.0 °C i 100 °C pod normalnym ciśnieniem. Jest ona najważniejszym składnikiem kuli ziemskiej. Bez niej nie mogły by rosnąć rośliny, żyć zwierzęta oraz ludzie. Woda jest wykorzystywana przez człowieka w wielu gałęziach przemysłu. Ma ona takie same właściwości jak inne ciecze. Nie ma określonego kształtu nie jest ściśliwa. Powstaje ona przez schłodzenie pary wodnej czyli skraplanie lub ogrzewanie lodu czyli topnienie. Woda występuje w postaciach jezior, rzek, oceanów itp. Woda jest rozpuszczalnikiem dla wielu ciał stałych np. dla cukru, soli, wapnia. Woda zajmuje więcej powierzchni na kuli ziemskiej niż kontynenty. Ludzie niestety nie potrafią docenić tej wspaniałej cieczy i wrzucają do wody chemikalia, odpady radioaktywne itp. Woda była przedmiotem wielu badań, które osiągnęły światową sławę.

8. Stan gazowy- para wodna Para występuje w każdej temperaturze. Im większa powierzchnia swobodna tym woda szybciej paruje. Para wodna tworzy się przez parowanie i powyżej 100o C czyli temp. wrzenia oraz przez sublimację czyli zamianę lodu w parę. Często para wodna mylona jest z mgłą, mgła to drobne kropelki wody, para wodna natomiast jest niewidoczna i tworzy się wszędzie. W krajach cieplejszych występuje więcej pary wodnej niż w krajach chłodniejszych dlatego Europejczykowi trudno jest się zaaklimatyzować w Afryce lub w Azji. Parę wodną wykorzystuje się w silnikach parowych, używana jest też saunach do gorących kąpieli parowych. Zjawisko parowania jest jednym z podstawowych czynników istnienia przyrody. Woda parując tworzy obłoki pary w formie chmur, które z chłodzone opadają na ziemię pod postacią deszczu.

9. Temperatura topnienia Temperatura, w której kryształ zamienia się w ciecz. Jest to też najwyższa możliwa temperatura, w której może rozpocząć się krystalizacja tej substancji. Krystalizacja zachodzi jednak często przy niższej temperaturze niż temperatura topnienia, co zależy od wielu czynników, np. obecności zarodków krystalizacji, tempa schładzania czy ciśnienia.

10. Ciepło topnienia • Ciepło topnienia jest to ilość energii cieplnej potrzebnej, aby stopić 1 kg danej substancji.

11. Temperatura wrzenia Temperatura przy której ciśnienie powstającej pary (ciśnienie pary nasyconej) jest równe ciśnieniu otoczenia, skutkiem czego parowanie następuje w całej objętości cieczy (dana substancja wrze). Temperatura wrzenia danej substancji jest niższa od temperatury punktu krytycznego danej substancji, a wyższa od temperatury punktu potrójnego.

12. Ciepło parowania w temperaturze wrzenia • Ciepło parowania w temperaturze wrzenia jest to ilość energii cieplnej potrzebnej, a wyparować 1 kg danej substancji w temperaturze wrzenia.

13. Krzepnięcie  Proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan stały. Krzepnięcie wielu substancji zachodzi w określonej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia (dla wody 0 °C). W miejscu styku substancji w stanie stałym i stanie ciekłym w cieczy i w ciele stałym podczas krzepnięcia i topnienia jest taka sama temperatura zwana temperaturą topnienia. Temperatura topnienia jest podawana jako wielkość charakterystyczna dla wielu substancji. Temperatura topnienia (krzepnięcia) zależy nieznacznie od ciśnienia. Krzepnięciu towarzyszy wydzielanie ciepła co jest równoważne temu, że krzepnięcie przy stałym ciśnieniu wymaga odprowadzenia ciepła z krzepnącej substancji

14. Ciepło topnienia jest równe ciepłu krzepnięcia.

15. Ciepło parowania jest równe ciepłu skraplania.

16. Resublimacja Przejście fazowe, polegające na bezpośrednim przechodzeniu substancji z fazy gazowej (pary) w fazę stałą z pominięciem stanu ciekłego. Resublimacja jest procesem odwrotnym do sublimacji. W wyniku resublimacji wody(pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja, w połączeniu z sublimacją lub parowaniem, jest wykorzystywana do oczyszczania lub rozdzielania substancji i otrzymywania jej w postaci drobnych kryształów (jest to m.in. metoda oczyszczania jodu).

17. Sublimacja  Przemiana fazowa bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego. Zjawisko odwrotne do sublimacji to resublimacja. Po raz pierwszy najdokładniej proces ten opisał nieznany alchemik średniowieczny zwany pseudo - Geberem (XII w.). W następnych wiekach sublimacja stała się procesem powszechnie stosowanym w laboratoriach chemicznych. Sublimację wyzyskuje się w laboratoriach i w przemyśle do oczyszczania względnie wydzielania z mieszanin substancji takich jak jod, kamfora, salmiak, naftalen, antracen i in.

18. W procesach topnienia , parowania i sublimacji ciepło jest pobierane z otoczenia.

19. W procesach krzepnięcia, skraplania i resublimacji ciepło jest oddawane do otoczenia.

20. Obieg wody w przyrodzie z 15

21. Ciała bezpostaciowe Ciała bezpostaciowe (np. szkło, stopiona i ochłodzona krzemionka) to substancje, których atomy, cząsteczki lub jony nie są rozmieszczone w prawidłowej sieci przestrzennej. Substancje te, określone często jako ciecze przechłodzone o dużej lepkości, wykazują niektóre cechy charakterystyczne dla ciał stałych, jak twardość i zdolność zachowania nie zmienionego kształtu. najłatwiej dostrzegalną właściwością fizyczną odróżniającą ciała bezpostaciowe od krystalicznego jest brak określonej temperatury topnienie. Ciała bezpostaciowe ogrzewane stopniowo miękną i rozpływają się.

22. KINETYCZNA TEORIA MATERII; WIĄZANIA, CIEPŁO PRZEMIANY, ENERGIA • Kinetyczna teoria materii zakłada, że wszystkie substancje zbudowane są z wielu identycznych cząstek (atomów lub cząsteczek), będących w stanie ciągłego ruchu. Oddziaływania międzycząsteczkowe zależą od odległości między cząstkami. W cieczach i ciałach stałych przeważają siły przyciągania, które utrzymują substancję w całości. W stanie gazowym cząsteczki poruszają się chaotycznie, z dużo większą prędkością niż w cieczach i zazwyczaj średnie odległości między cząsteczkami są większe niż w cieczach.

23. Zmiany stanów skupienia ciał (na przykładzie wody, pod normalnym ciśnieniem)

24. Właściwości fizyczne ciał w zależności od stanu skupienia • stały - trudno zmienić objętość i kształt, • ciekły - trudno zmienić objętość, a kształt łatwo, • lotny - łatwo zmienić objętość i kształt, ciało zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Występowanie większości substancji w danym stanie skupienia zależy od panujących w niej warunków termodynamicznych, czyli ciśnienia i temperatury.

25. Mikroskopowy schemat ułożenia cząsteczek w różnych stanach skupienia

26. Właściwości wody w różnych stanach skupienia

27. Co to są przemiany fazowe • Przemiana fazowa (przejście fazowe) to taka zmiana układu fizycznego, której towarzyszy skokowa zmiana parametrów układu, np. ciepła właściwego układu lub własności fizycznych.

28. Przemiany fazowe • – sublimacja -przejście od fazy krystalicznej do gazowej • R – resublimacja – przejście od fazy gazowej do krystalicznej • T – topnienie – przejście z fazy krystalicznej (lub amorficznej) do fazy ciekłej • K – krzepnięcie – przejście od fazy ciekłej do fazy krystalicznej lub amorficznej • P – parowanie, wrzenie – przejście od fazy ciekłej do gazowej • Sk – skraplanie – przejście od fazy gazowej do ciekłej

29. Przeprowadzone doświadczenie Podgrzewając palnikiem zlewkę z lodem obserwowaliśmy jak wraz z dostarczaną energią nastąpiło topnienie lodu. Temperatura lodu początkowo podnosiła się od -3 C do 0C potem mimo dalszego dostarczania energii temperatura mieszaniny lód/woda nie zwiększała się aż do całkowitego stopienia lodu.

30. Co jest przyczyną zmiany stanów skupienia wody? Woda - przyjaciel czy wróg?

31. Pomiar temperatury • Przemianom fazowym towarzyszy przepływ energii (jej miernikiem jest zmiana temperatury ciała); zamarzająca woda oddaje ciepło, zaś zamiana wody w parę wodną wymaga dostarczenia energii. Kinetyczna teoria materii ułatwia zrozumienie tych zjawisk. A pomiar temperatury jest jednym z łatwych do zmierzenia czynników.

32. Jak powstała skala Celsjusza? • Anders Celsjusz (1701–1744), szwedzki fizyk i astronom, w 1742 r. zaproponował skalę pomiaru temperatury opartą na obserwacji zmiany stanów skupienia chemicznie czystej wody przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Temperaturę, w której woda zamarza oznaczył jako 0°, natomiast temperaturę, w której woda wrze oznaczył jako 100°. Odległość pomiędzy tymi dwoma miejscami podzielił na 100 równych odcinków, z których każdy oznacza 1°C .

33. Skala Fahrenheita czym różni się od skali Celsjusza? • Fahrenheit jako punkt zerowy skali przyjął najniższą temperaturę, jaką zaobserwowano w Gdańsku w 1709 roku. • TFahrenheit = 32 + (9/5).Tcelsjusz • czyli np: 0°C to 32°F.

34. Skala Kelwina • Skala Kelvina (skala bezwzględna) jest skalą absolutną, tzn. zero w tej skali oznacza najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. Jest to temperatura w której (wg fizyki klasycznej) ustały wszelkie drgania cząsteczek. Temperatura ta nie została nigdy osiągnięta, gdyż praktycznie nie da się jej osiągnąć,

35. Głębsze spojrzenie na stany skupienia Wiele substancji - zwłaszcza tych, które są mieszaninami różnych związków chemicznych, może występować na raz w dwóch lub więcej fazach. Zjawisko to występuje np. w szkle oraz w stopach metali W fizyce przyjmuje się istnienie następujących faz:a) fazy płynne - czyli takie które płyną, b) fazy stałe - czyli takie, które nie płyną.

36. Źródła: • http://www.wikipedia.org/ • http://www.google.pl/ • http://www.fizykagimnazjum.cba.pl • http://atomowy.com • http://fizyka.biz/270_termodynamika.html