Гіпермаркет Знань>>Природознавство>>Природознавство 5 клас. Повні уроки>>Природознавство: Твердий, рідкий та газоподібний стан речовин
Мета уроку – вивчити фізичні особливості різних агрегатних станів речовин. Розглянути перехід речовини з одного стану в інший.
Хід уроку.
Агрегатний стан - стан речовини, що характеризується певними якісними властивостями - здатністю або нездатністю зберігати об'єм та форму, наявністю або відсутністю далекого і ближнього порядку та іншими. Зміна агрегатного стану супроводжується стрибкоподібним зміною вільної енергії, ентропії, густини і інших основних фізичних властивостей.
Твердий і рідкий стан речовини відносяться до конденсованих станів - атоми або молекули речовини в них знаходяться настільки близько один до одного, що нездатні вільно рухатися.
Залежно від умов одне і те ж речовина може перебувати в різних агрегатних станах.

Відео агрегатних станів води

Молекули речовини, що знаходиться в твердому, рідкому або газоподібному стані, не відрізняються один від одного.
Агрегатний стан речовини визначається розташуванням, характером руху і взаємодії молекул.

Рис. 1
Газ розширюється, поки не заповнить весь відведений йому об'єм. Якщо розглянути газ на молекулярному рівні, ми побачимо безладно метання і зіштовхуються між собою і зі стінками посудини молекули, які, однак, практично не вступають у взаємодію один з одним.

Рис. 2 молекула газу

Якщо збільшити або зменшити об'єм посудини, молекули рівномірно перерозподіляться в новому обсязі. Молекулярно-кінетична теорія пов'язує молекулярні властивості газу з його макроскопічними властивостями, такими як температура і тиск.
При підвищенні температури речовини можливо перевести його спочатку з твердого стану в рідкий і при подальшому нагріванні - в газоподібний (пар).
Процеси перетворення твердої речовини в рідкий і рідкого в газоподібний супроводжуються поглинанням теплоти, тому що для розриву зв'язків між частинками потрібна додаткова енергія. У тому агрегатному стані, де зв'язки між частками слабкіше, енергія їх взаємодії більше. Таким чином, поглинута теплота йде на збільшення внутрішньої енергії речовини.
У одної й тої ж речовини:
у твердому стані запас внутрішньої енергії менше, ніж у рідкому стані;
і запас внутрішньої енергії в рідкому стані менше, ніж у газоподібному
(При незмінній масі).
При зниженні температури речовини в газоподібному стані можна перевести його спочатку в рідкий, а потім у твердий стан.

Рис. 3 газ


Рис. 4 рідина


Рис. 5 тверде тіло

За цих перетвореннях речовини теплота виділяється.
Виділення теплоти супроводжується зменшенням внутрішньої енергії речовини.

Рис. 6. Зміна агрегатних станів і кругообіг води в природі

Сонячне тепло випаровує вологу з земної поверхні, конвективні потоки і дифузія дозволяють парам досягти високих атмосферних шарів. У міру руху вгору температура падає, пари конденсуються і утворюються хмари. Усередині хмар відбувається формування крапель або сніжинок і градин. Атмосферні опади випадають на землю у вигляді дощу або снігу. У залежності від пори року вода на землі може перетворитися на лід, або навпаки, відбувається танення снігу. На цьому цикл замикається.
На відміну від газу рідина при заданій температурі займає фіксований обсяг, проте і вона приймає форму заповнюваного судини - але тільки нижче рівня її поверхні. На молекулярному рівні рідина найпростіше представити у вигляді молекул-кульок, які хоча і знаходяться в тісному контакті один з одним, однак мають свободу перекочуватися один щодо одного, подібно круглим намистинами в банку.

Рис. 7 молекули води

 Налийте рідину в пляшку - і молекули швидко розтечуться і заповнять нижню частину обсягу посудини, в результаті рідина прийме його форму, але не пошириться в повному обсязі судини.
Тверде тіло має власну форму, не розтікається по обсязі контейнера і не приймає його форму. На мікроскопічному рівні атоми прикріплюються один до одного хімічними зв'язками, і їх положення один відносно одного фіксоване. При цьому вони можуть утворювати як тверді впорядковані структури - кристалічні решітки, - так і безладне нагромадження - аморфні тіла (саме така структура полімерів, які схожі на переплутані і злиплі макарони в мисці).

Відео типи кристалічних граток

Вище були описані три класичних агрегатних стани речовини. Є, однак, і четвертий стан, які фізики схильні відносити до числа агрегатних. Це плазмове стан. Плазма характеризується частковим або повним зривом електронів з їхніх атомних орбіт, при цьому самі вільні електрони залишаються всередині речовини. Таким чином, плазма, будучи іонізованої, в цілому залишається електрично нейтральною, оскільки число позитивних і негативних зарядів у ній залишається рівним. Ми можемо спостерігати як холодну і в незначній мірі іонізовану плазму (наприклад, в люмінесцентних лампах), так і повністю іонізовану гарячу плазму (усередині Сонця, наприклад).

Рис. 8 гаряча плазма

При наднизьких температурах швидкості молекул знижуються настільки, що ми не можемо точно визначити їх місце розташування. Це відбувається в силу принципу невизначеності Гейзенберга. Коли температура знижується настільки, що ступінь невизначеності положення атомів виявляється порівнянної з розмірами групи атомів, до якої вони належать, вся група починає вести себе, як єдине ціле. Такий стан речовини називається конденсатом Бозе-Ейнштейна, і його можна вважати п'ятим агрегатним станом речовини.

Відео випробування конденсата Бозе-Ейнштейна

Контролюючий блок
1.    Які процеси зміни агрегатних станів речовин ви знаєте?
2.    Кімнатну рослину добре полити і закрити поліетиленовим мішком і виставити на світло. Що ви спостерігали в результаті даного досвіду?
3.    Нанесіть піпеткою на аркуш паперу по краплі води і спирту. Яка речовина випаровується швидше?
4.    Нанесіть піпеткою по краплі спирту на два предметних скла, одне скло відкладіть, а інше обмахуйте віялом. На якому скельці крапля випарувалася швидше?

Список використаних джерел
1.    Пожарский А.Ф. // Соросовский образовательный журнал. 2007. № 9. С. 40. 30.
2.    Справочник по химии 8-11 кл.
3.    Основы общей химии Г.И. Новиков - Москва, 2000г. Высшая школа
4.    Большой энциклопедический словар
5.    Семь чудес и другие, В.З. Черняк - Москва, 2000г

Відредаговано та викладено Лісняк А.

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.