Spis treści

Temat	Str.
1. Zjawisko dyfuzji	3
2. Trzy stany skupienia wody	5
3. Budowa cząsteczkowa	7
4. Temperatury oraz ich skale	9

1. Zjawisko dyfuzji

Dyfuzja jest to samorzutne przenikanie cząsteczek jednej fazy układu w głąb fazy drugiej, spowodowane bezładnym ruchem cieplnym, a także większych cząstek zawieszonych w płynach. Dyfuzja zachodzi w każdej temperaturze. Obserwujemy ją pomiędzy gazami, cieczami i ciałami stałymi. Szybkość dyfuzji wzrasta przy podwyższaniu temperatury. Jest ona przeciętnie o kilka rzędów wielkości większa w przypadku gazów, a z koleji o kilka rzędów wielkości mniejsza w przypadku ciał stałych w porównaniu z szybkością dyfuzji w cieczach.

Przenikanie cząsteczek lub cząstek może być:
jednokierunkowe (dyfuzja jednokierunkowa),
dwukierunkowe (dyfuzja dwukierunkowa).
Zjawisko to uwarunkowane jest stężeniem na granicy zetknięcia dwóch faz i prowadzi do wyrównania stężeń w układzie oraz do utworzenia - jeśli jest to możliwe - jednorodnych mieszanin (roztworów) stałych, ciekłych i gazowych.

Dyfuzja jednokierunkowa zachodzi w procesach obróbki cieplnej jak nawęglanie i azotowania stali, przy tworzeniu się roztworów stałych metali, przy przenikaniu gazów przez metale, przy pochłanianiu gazu w cieczy oraz zjawiskach osmozy. Osmoza jest to jednokierunkowa dyfuzja cząsteczek rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną (np. komórki roślinnej lub zwierzęcej) z roztworu o mniejszym stężeniu (lub z czystego rozpuszczalnika) do rostworu bardziej stężonego.

Przykładami dyfuzji dwukierunkowej są:
nieograniczone mieszanie się gazów, tworzenie się roztworów ciekłych w granicach rozpuszczalności lub wzajemnej mieszalności składników.

Dyfuzję można zaobserwować na różnych przykładach np. jeśli położymy na sobie płytkę złota i srebra to po upływie kilkunastu miesięcy można zauważyć w złocie cząsteczki srebra i na odwrót. Dyfuzję wykorzystuje się często np. gdy chcemy zabarwić ubranie na ulubiony kolor lub jeśli chcemy, aby nasz ulubiony zapach rozniósł się po całej przestrzeni. Dyfuzję wykorzystuje się również w technice przy produkcji półprzewodnikowych elementów elektronicznych. Stosowane swą też dyfuzyjne pompy próżniowe służące do wypompowy-wania powietrza lub gazów ze zbiorników, w pompie tej wykorzystane jest zjawisko dyfuzji cząsteczek gazu do strumienia przepływającej pary substancji o małej lotności (np. rtęć).

2. Trzy stany skupienia wody

Woda występuje najczęściej w postaci cieczy, jednak może być ona również ciałem stałym (lód lub śnieg), a także gazem (para wodna).Prawie wszystkie substancje mogą przechodzić z jednego stanu skupienia w inny. Rozróżnia się następujące przejścia fazowe wody :

ze stanu stałego w ciekły - topnienie
ze stanu ciekłego w stały - krzepnięcie
ze stanu ciekłego w gazowy - parowanie
ze stanu gazowego w ciekły - skraplanie
ze stanu stałego w gazowy - sublimacja
ze stanu gazowego w stały - resublimacja

Stan stały - lód lub śnieg.
Lód lub śnieg występują poniżej 0^o 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 powstaje 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.

Stan cieczy - woda.
Woda występuje pomiędzy temp.0^o C i 100^o C. 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.

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 100^o 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 zchłodzone opadają na ziemię pod postacią deszczu.

3. Budowa cząsteczkowa

1. Każde ciało stałe, gazowe, ciekłe składa się z mikroskopijnych drobin zwanych cząsteczkami .

2. Cząsteczki zbudowane są z:

atomu; atom dzielimy na trzy części proton, elktron, neutron, wokół atomu krąży elektron .

3. Rozmiary cząsteczek wyrównują jednostce miary długości zwanej nanometrem czyli 0.000000001 części metra.

4. Cząsteczki różnych substancji są różnych romiarów.

I. Budowa kryształu.

- kryształy mają gładkie i błyszczące ściany

- są zbudowane z cząsteczek

- cząsteczki ustawione są regularnie

- cząsteczki mocno oddziaływują na siebie

II. Budowa ciał stałych

- cząsteczki są blisko siebie

- nie ma między nimi przerwy

- nie poruszają się , jedynie drgają

- trudno zmienić ich objętość

- bardzo mocno odziałowywują na siebie

III. Budowa gazów

- cząsteczki są bardzo oddalone od siebie

- cały czas poruszają się chaotycznym ruchem

- bardzo słabo na siebie oddziaływują

- łatwo zmienić ich objętość i kształt

- prędkość ich ruchu zależy od temperatury ; czym wyższa tym szybciej się poruszają

IV. Budowa cieczy

- cząsteczki przyciągają się słabiej niż w ciałach stałych , a zarazem mocnej niż w gazach .

- trudno zmienić ich objętość

- łatwo zmienić kształt

- im większa temperatura tym szybciej się poruszają

4. Temperatury oraz ich skale

I.- Co to jest temperatura?

Temperatura jest to skalarna wielkość fizyczna, charakteryzująca stan równowagi termodynamicznej układu makroskopowego. Zgodnie z zerową zasadą termodynamiki, każdemu stanowi równowagi układu fizycznego można przyporządkować pewną wielkość o takiej własności, że dwa ciała znajdują się w stanie równowagi termicznej wtedy i tylko wtedy, gdy ich temperatury są sobie równe.

Temperatura - skalarna wielkość fizyczna, jeden z parametrów określających stan układu termodynamicznego; jest miarą średniej energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek (atomów) danego układu (ciała); jednostki temperatury w układzie SI jest Kelvin (1°K)

II.- Skale temperaturowe

Skale temperatur są to zbiory wartości temperatur uporządkowanych w taki sposób, że każdej temperaturze (pojętej jako określony stan cieplny) przyporządkowana jest określona wartość wyrażona iloczynem wartości liczbowej i jednostki temperatury przyjętej w danej skali. Zdefiniowanie skali temperatur wymaga:

1) Przyjęcia co najmniej jednej temperatury jako punktu podstawo-wego skali i przyporządkowanie tej temperaturze określonej wartości;

2) Określenia przyjętej jednostki temperaturowej;
Za punkty podstawowe skali temperatur przyjmuje się najczęściej temperatury równowagi międzyfazowej układów jednoskładnikowych (np. temperatury wrzenia, krzepnięcia, topnienia lub punktów potrójnych substancji czystych). Najczęściej wybiera się punkty i substancje odznaczające się dużą odtwarzalnością i niezmiennością. Na przykład temperatura punktu potrójnego wody (273,16 °K = 0 °C) czy temperatura wrzenia wody (100 °C) pod ciśnieniem 1013,25 N/m3 (1 atmosfery fiz.)

Ponieważ temperatura należy do wartości, które mierzymy metodą pośrednią - mierząc inne wielkości zależne od temperatury, określenie jednostki temperaturowej wynika z przyjętej zależności pomiędzy wybraną własnością określonego ciała i temperaturą. Ciało takie nazywamy ciałem termometrycznym, a własność - własnością termometryczną. Tą ostatnią może być na przykład objętość określonej masy rtęci, ciśnienie określonej masy rzeczywistego gazu przy stałej objętości, opór elektryczny czujnika platynowego itd. W najprostszym ujęciu zależność pomiędzy temperatur a wartością termometryczną przedstawia się liniowo. Teoretycznie możliwe jest istnienie nieskończonej ilości skal temperatur ze względu na dowolność w wyborze substancji termometrycznych i przyjmowanych punktów podstawowych skali. Do najważniejszych skal temperatur stosowanych obecnie należą: skala Kelvina, Celsjusza, Fahrenheita oraz mniej znane lub nie stosowane już skale: Rankine'a, Réaumura oraz Międzynarodowa Praktyczna Skala Temperatur.

1) Skala Kelvina - jest podstawową jednostką temperatury układu SI, powstała przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości równej 273,16 K. Za wartość zerowš tej skali przyjęto temperaturę zera absolutnego. Jednostka temperatury w tej skali jest kelwin (1K).

2) Skala Celsjusza - jest oparta na dwóch punktach stałych: 0°C - temperaturze topnienia lodu przy ciśnieniu normalnym i 100°C - temperaturze wrzenia wody przy ciśnieniu j.w. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Celsjusza (1°C). Początkowo skala Celsjusza była określana na podstawie cieplnych zmian objętości rtęci, następnie po wielu udoskonaleniach przekształcono ją w Międzynarodowa Praktyczną Skalę Temperatur.

3) Skala Fahrenheita - była początkowo oparta na dwóch punktach stałych: 0°F - temperatura topnienia mieszaniny śniegu i salmiaku) i 100°F, będącej naturalna temperaturą ciała ludzkiego. Obecnie skalę Fahrenheita definiuje się przez przyporządkowanie 0°C wartości 32°F oraz 100°C - 212°F. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Fahrenheita.

4) Skala Réaumura - powstała przez przyporządkowanie temperaturze 0°C wartości 0°R,
a temperaturze 100°C wartości 80°R. Jednostką w tej skali jest jeden stopień Reumera. Skala ta nie jest obecnie stosowana.



5) Skala Rankine'a - powstała przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości 491,688°Rank. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Rankine'a.

6) Międzynarodowa Praktyczna Skala Temperatur - zamiennie skala Kelvina i Celsjusza.

2

---