Materia może istnieć w trzech stanach skupienia. Stan danej substancji zależy od rodzaju tej substancji, jej temperatury i wywieranego na nią ciśnienia. Przemiany pomiędzy stanami są spowodowane przez zmiany temperatury lub ciśnienia. Zmiana stanu skupienia jest przejściem z jednego stanu skupienia do innego.

Podstawowe pojęcia dotyczące materii:

ATOM - najmniejsza część substancji, która może istnieć i zachowywać własności substancji. Atomy mają promienie ok. 10^-10 m i masy 10^-25 kg oraz mogą tworzyć jony czyli cząsteczki naładowane elektrycznie (atom traci lub zyskuje elektron).

Atomy tlenu

CZĄSTECZKA (molekuła) - najmniejsza naturalnie występująca cząsteczka substancji, może zawierać pewną liczbę atomów, od jednego (neon) do wielu tysięcy (białka). Cząsteczki danej substancji zawierają takie same atomy, które są utrzymywane siłami elektromagnetycznymi.

Cząsteczka tlenu

WRZENIE - zmiana stanu skupienia z ciekłego na gazowy zachodząca w temperaturze wrzenia cieczy.

KRZEPNIĘCIE - zmiana stanu, z ciekłego w stan stały w temperaturze krzepnięcia.

TOPNIENIE - zmiana stanu ze stałego w ciekły w temperaturze topnienia.

SKRAPLANIE - zmiana stanu z gazowego (lub stanu pary) w ciekły.

PAROWANIE - przemiana cieczy w parę. Zachodzi w każdej temperaturze, prędkość parowania rośnie wraz ze wzrostem temperatury, powierzchni cieczy oraz obniżaniem ciśnienia.

SUBLIMACJA - przemiana substancji ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego.

RESUBLIMACJA - zjawisko odwrotne do sublimacji.

Mikroskopowe modele ciał makroskopowych:

Właściwości ciał stałych, cieczy i gazów można zrozumieć i wyjaśnić dzięki poznaniu ich wewnętrznej budowy. Wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek, znajdujących się w ciągłym ruchu. W 1827 roku Robert Brown (angielski botanik zaobserwował ruch zawiesiny pyłku kwiatowego w wodzie (ruchy Browna), zjawisko to wyjaśnili dopiero w 1905 roku, niezależnie od siebie Marian Smoluchowski i Albert Einstein. Wykazali, że ruch pyłku kwiatowego wywołany jest bezładnym ruchem cząsteczek. Cząsteczki oddziałują na siebie siłami międzycząsteczkowymi (siłami przyciągającymi lub odpychającymi gdy odległość między cząsteczkami jest bardzo mała (stykające się cząsteczki).

GAZY

Gazy nie posiadają własnego kształtu oraz objętości, wypełniają naczynie w którym się znajdują. Odległości między cząsteczkami są większe od rozmiarów cząsteczek, czyli niewielka siła może spowodować zmianę objętości (ściśliwość gazów).

Gaz doskonały jest to gaz dla którego pomijamy oddziaływania między cząsteczkami (pojecie gazu doskonałego nie występuje dla gazów w niskich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem. Cząsteczki gazu poruszają się chaotycznie zderzając się ze sobą (ruch Browna). Szybkość ruchu cząsteczek w powietrzu wynosi w przybliżeniu około 500 m/s (wartość ta zależy od rodzaju czasteczki.

Dyfuzja jest to mieszanie się dwu substancji w stanie gazowym (lub ciekłym) spowodowane chaotycznymi ruchami cząsteczek. Lekkie cząsteczki dyfundują szybciej niż cząsteczki ciężkie.

Ruchy Browna

Ciężki gaz Lekki gaz Dyfuzja gazu lekkiego z ciężkim

CIECZE

Między cząsteczkami cieczy działają siły międzycząsteczkowe przyciągania. Ciecze posiadają własną objętość ale nie posiadają własnego kształtu, w polu grawitacyjnym Ziemi przyjmują kształt naczynia w którym się znajdują (w stanie nieważkości ciecze przybierają kształt kuli). Ciecze są mało ściśliwe.

Najważniejsze pojęcia dotyczące cieczy:

Siły napięcia powierzchniowego - siły działające między cząsteczkami, które tworzą warstwę powierzchniową.

Siły spójności - siły międzycząsteczkowe działające między cząsteczkami cieczy.

Siły przylegania - siły międzycząsteczkowe działające między cząsteczkami cieczy i cząsteczkami ścianek naczynia.

Menisk wypukły - powierzchnia cieczy w pobliżu ścianki naczynia zakrzywiona jest w dół z powodu małej wartości siły przylegania. Nie dochodzi do zwilżenia ścianek naczynia.

Menisk wklęsły - powierzchnia cieczy w pobliżu ścianki naczynia zakrzywiona jest w górę (wartość siły przylegania jest większa od wartości siły spójności). Ciecz zwilża ścianki naczynia.

Lepkość - zjawisko występujące przy przesuwaniu się cieczy względem siebie lub względem ścianek naczynia, spowodowane występowaniem sił przyciągania między cząsteczkami.

CIAŁA STAŁE

Ciała stałe posiadają własny kształt (stałe położenie cząsteczek) oraz własną objętości (cząsteczki wzajemnie się przyciągają). Siły międzycząsteczkowe powodują, że cząsteczki ciała stałego zajmują względem siebie stałe położenia (położenia równowagi) oraz drgają wokół tych położeń. Ciała stałe dzielimy na:

• ciała krystaliczne - cząsteczki tworzą regularne, uporządkowane szeregi nazywane siecią krystaliczną (przykłady ciał krystalicznych: lód, diament, większość metali oraz niektóre izolatory;

• ciała amorficzne - cząsteczki nie tworzą sieci krystalicznej, ich wewnętrzna struktura przypomina budowę cieczy (przykłady: szkła, sadze oraz woski);

• polimery - cząsteczki tworzą łańcuchy, polimery dzielimy na naturalne (kauczuk, wełna) oraz sztuczne (tworzywa sztuczne).

ĆWICZENIA

1. Praca z komputerem - program 10 - Ruchy Browna

http://www.zamkor.pl/programy fizyka liceum/ruchybrowna/ruchy_browna.html

2. Podręcznik str. 91, zadanie 1 i 2 (wnioski z doświadczeń zostaną omówione na

najbliższym chacie).

---