42

Změny skupenství

Látka se může vyskytovat ve třech skupenstvích – pevném, kapalném a plynném.

Jednotlivá skupenství látky se liší vzájemným silovým působením mezi molekulami.

Za určitých podmínek – vhodné teplotě a tlaku – dochází ke změně skupenství látky.

Pevná látka

Plynná látka Kapalná látka

Tání a tuhnutí krystalických látek

Tání a tuhnutí jsou děje, při kterých se mění pevné skupenství látky na kapalné a naopak.

Podle uspořádání molekul dělíme pevné látky na:

a) krystalické (sůl, led, železo…) - mají molekuly pravidelně uspořádané

v krystalické mřížce

b) amorfní (vosk, sklo, asfalt…)

Tání a tuhnutí krystalické látky probíhá při tzv. teplotě tání tt.

V krystalické látce kmitají molekuly kolem rovnovážných poloh.

Při zahřívání se zvětšuje jejich pohybová energie.

Při zahřátí na teplotu tání se molekuly začínají postupně uvolňovat z rovnovážných poloh

a pohybovat se neuspořádaným pohybem jako v kapalině.

VYPAŘOVÁNÍ

KONDENZACE

43

Lt ~ m

~ lt

Q1 = m . c . (tt – tp) Lt = m . lt Q2 = m . c . (tk – tt)

Přijímá-li krystalická látka (zahřátá na teplotu tání) dále teplo, molekuly se uvolňují ze

silového působení ostatních molekul. Pohybová energie molekul a tedy ani teplota látky

se však nezvětšuje. Všechno teplo se spotřebuje na uvolnění molekul z vazeb.

Teprve, když všechna látka roztaje a přijímá-li dále teplo, zvětšuje se pohybová energie

molekul a tedy i teplota již vzniklé kapaliny.

Graf tání krystalické látky:

t [°C]

TÁNÍ teplota tání tt

pevná látka

pevná látka a kapalina plynná látka

Q [J]

Q1 Lt Q2

Teplo které musíme látce dodat, aby změnila své skupenství, se nazývá skupenské teplo.

Značka: L

Hlavní jednotka: J - joule

Skupenské teplo tání Lt – je teplo které musíme dodat pevné látce (zahřáté na teplotu

tání), aby zcela roztála.

Skupenské teplo tání Lt je přímo úměrné hmotnosti tělesa m a měrnému skupenskému

teplu tání lt.

44

Lt = m . lt [ J ]

Měrné skupenské teplo tání je fyzikální veličina, které určuje závislost mezi množstvím

tepla potřebného pro změnu skupenství tělesa a druhem látky, z níž je těleso vyrobeno.

Definice: Měrné skupenské teplo tání je teplo, které přijme 1 kg pevné látky

zahřáté na teplotu tání, aby se změnil v kapalinu téže teploty.

Značka měrného skupenského tepla tání: lt

Hlavní jednotka: J/kg – joule na kilogram

Měrné skupenské teplo tání některých látek najdeme v tabulkách.

Skupenské teplo tání vypočítáme podle vzorce:

POZOR!!!

Amorfní látka taje odlišným způsobem, než látka krystalická.

Molekuly amorfních látek nejsou pravidelně uspořádány a proto tento druh pevné látky

NEMÁ teplotu tání!

Při zahřívání začíná okamžitě měknout a postupně se mění v kapalinu (vosk, asfalt ap.)

Otázky a úkoly

1. Za jakých podmínek může látka změnit své skupenství?

……………………………………………………………………………………………………………

2. Čím se od sebe liší jednotlivá skupenství látky?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

3. Jak se nazývá čtvrté skupenství látky? ……………………

4. Jaký je rozdíl v uspořádání molekul mezi krystalickými a amorfními látkami?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

45

5. Napiš, jak se nazývají skupenství, které naznačují šipky A, B, C, D, E a F

A) …………………………

B) …………………………

C) ………………………… A F

D) ………………………… D C

E) …………………………

F) ………………………… E B

6. Při kterých skupenských přeměnách se uvolňuje teplo?

……………………………………………………………………………………………………………

7. Co je to plazma? ………………………………………………………………………………………

8. Vyjmenuj alespoň pět příkladů krystalických a pět příkladů amorfních látek!

Krystalické ……………………………………………………………………………………………

Amorfní ……………………………………………………………………………………………

9. Jakým způsobem taje amorfní látka?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

10. Co je to teplota tání? ……………………………………………………………………………………………………………

11. Z tabulek urči, v jakém skupenství se nachází látka při dané teplotě?

železo (1800 °C) ………………… helium (-250°C) …………………

platina (500 °C) ………………… olovo (2000 °C) …………………

etanol (-120 °C) ………………… vzduch (-200°C) …………………

toluen (20 °C) ………………… kobalt (1500 °C) …………………

měď (1085 °C) ………………… chlor (-150 °C) …………………

kyslík (-280 °C) ………………… wolfram (4000 °C) …………………

CO2 (-70 °C) ………………… NaCl (1500 °C) …………………

46

12. Proč se při tání krystalické látky nemění její teplota?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 13. Co je to skupenské teplo?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 14. Napiš definici, značku a hlavní jednotku měrného skupenského tepla tání.

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

Značka: …………… Hlavní jednotka: ……………

15. Najdi v tabulkách měrná skupenská tepla tání uvedených látek, vyjádři ji v hlavní jednotce a opačně.

křemík ………………………… 58 200 J/kg …………………………

zinek ………………………… 260 000 J/kg …………………………

cín ………………………… 334 000 J/kg …………………………

methanol ………………………… 58 200 J/kg …………………………

nikl ………………………… 38 000 J/kg …………………………

16. Proč není možné určit teplotu tání vosku nebo skla?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 17. Zůstane olověný drát v pevném skupenství, vložíme-li jej do roztaveného zinku? Zdůvodni!

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 18. Kolik tepla musí přijmout 5 kg stříbra zahřátého na teplotu tání, aby zcela roztálo?

19. Kolik tepla musí odevzdat 3 500 g zinkové taveniny o teplotě tuhnutí, aby zcela ztuhla?

47

20. Hliníkové těleso zahřáté na teplotu tání přijalo pro své úplné roztátí 75kJ tepla? Výpočtem urči

hmotnost tělesa!

21. Kolik tepla musí přijmout 2 700 g zinku o teplotě 200°C, aby veškeré množství zcela roztálo?

22. Jaké teplo musí odevzdat 20 litrů vody o teplotě 45 °C, aby zcela ztuhla?

23. Vypočítej, kolik tepla musí přijmout 5 kg ledu o teplotě -5 °C, aby roztál ve vodu o teplotě 5 °C.

48

24. Kolik tepla musí přijmout 500 g železa o teplotě 500 °C, aby se zahřálo na teplotu 1700 °C?

25. Jaké množství tepla odevzdá 5 kg glycerolu o teplotě 50 °C, při ochlazení o 40 °C?

26. Jaké množství ledu o teplotě -2 °C může roztát ve 4 l vody teplé 60 °C?

49

27. V 1,5 l vody, má roztát 250 g ledu o teplotě tání. Jaká může být nejnižší možná teplota vody, aby

všechen led roztál?

28. Je možné zmrazit vodu roztaveným kovem?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

29. Jak se změní hmotnost látky, změní-li svoje skupenství? Zdůvodni!

……………………………………………………………………………………………………………

30. Proč se při jarním tání citelně ochlazuje?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

31. Proč sníh taje mnohem rychleji vlivem deště než vlivem vzduchu?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

32. Lze změnit teplotu tání krystalické látky? Zdůvodni!

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

33. Proč závodníci na bobech, saních a skeletonu nesmí před jízdou nahřívat kovové nože?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

34. Z jakého důvodu se v zimě lepí sníh na podpatky bot?

……………………………………………………………………………………………………………

50

…………………………………………………………………………………………………………… 35. Zdůvodni, proč se mezi nožem brusle a ledem tvoří při jízdě tenká vrstvička vody, která opět rychle

zamrzne? Proč tato voda usnadňuje bruslaři jízdu?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

36. Proč sníh pod koly automobilů rychle zledovatí?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

37. V zimě za mrazivého počasí někdy prší a kapky vody po dopadu na zem ihned mrznou. Vysvětli tento jev! Jak takovéto vodě říkáme? K řešení použij internet příp. odbornou literaturu.

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

PRO KOUMESY

38. Do vody o objemu 3,5 l a teplotě 40 °C, byl vložen led o hmotnosti 2 kg a teplotě 0 °C. Výpočtem urči, zdali roztaje všechen led a v případě že nikoliv, vypočítej hmotnost ledu, který roztaje.

39. Do džbánu s 2,5 l vody o teplotě 23 °C, nasypal číšník v restauraci 200 g ledu o teplotě -10 °C. Jaká

bude výsledná teplota vody ve džbánu, jestliže všechen led roztaje? Tepelné ztráty do okolí zanedbej.

51

40. Jaké množství vody o teplotě 50 °C budeme potřebovat nalít na 2 kg ledu o teplotě -2 °C, aby veškerý led roztál a výsledná teplota vzniklé směsi byla 10 °C. Ztráty tepla do okolí zanedbáme!

Anomálie vody

anomálie (z řečtiny an = ne, homalos = stejný, rovný)

Většina kapalin při ochlazování zmenšuje svůj objem a roste její hustota.

Z toho plyne, že největší hustotu mají kapaliny při teplotě tuhnutí.

Voda je mezi kapalinami z hlediska závislosti objemu a hustoty na teplotě výjimkou.

Ochlazovaná voda má nejmenší objem (a největší hustotu) při 4°C (přesněji 3,98 °C).

Při dalším ochlazování se objem vody zvětšuje a hustota zmenšuje.

Tato vlastnost se nazývá anomálie vody!

Anomálie vody má vliv na to, že vrstva ledu se utváří na hladině vodních ploch (led má

menší hustotu než voda). Protože led je špatným vodičem tepla, zabraňuje promrzání vody

pod ním a voda je kapalná až ke dnu. Teplota se ustálí tak, že u dna je teplota 4°C, a pod

ledovou vrstvou 0°C.

Díky anomálii vody mohou ryby a jiní živočichové přežít mrazivou zimu u dna rybníků.

Anomálie vody má také negativní důsledky. Například zmrzlá voda v potrubí, zdivu,

silnicích, skalách apod. způsobuje jejich popraskání.

52

Otázky a úkoly

1. Vysvětli význam slova anomálie!

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 2. Popiš princip mrazivé eroze!

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 3. Při jaké teplotě má voda největší hustotu? ……………

4. V tabulkách najdi hustotu ledu a vody a vzájemně je porovnej!

ρledu …………… ρvody …………

5. Zdůvodni, proč se led tvoří na hladině vodních ploch!

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 6. Proč mohou ryby žít v dostatečně hlubokých rybnících i za mrazu?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 7. Jak mráz škodí rostlinám?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 8. Proč je např. jahoda po rozmrznutí scvrklá?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 9. Proč je pro údržbu silnic vhodnější zima se stálými mrazy, než zima s průběžně se měnící teplotu?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

10. Proč se do chladícího okruhu spalovacího motoru automobilu nalévá před zimou FRIDEX?

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

53

11. Lahev s nealkoholickým nápojem se v mrazničce roztrhne a lahev s tvrdým alkoholem nikoliv. Zdůvodni!

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

12. Při jaké teplotě má většina kapalin největší hustotu?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 13. Zjisti, jakým způsobem ovlivňuje sůl teplotu tuhnutí vody!

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 14. Proč se silnice v zimě ošetřují roztokem SOLANKY?

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 15. Zhodnoť ekologické důsledky ošetřování silnic solením!

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 16. Proudí v solárních kolektorech Umístěných na střechách domů voda? Zdůvodni! Popiš, jak kolektor

užitkovou vodu.

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………… 17. V současné době známe různé anomálie vody. Najdi je a popiš některé z nich!

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………