Учебное пособие: Пояснення різних станів речовини з погляду атомно-молекулярного вчення

Властивості твердих тіл:

Зберігають надану їм форму, об’єм.

Характер молекулярного руху – коливання атомів та молекул відносно положення рівноваги.

Мал.1

Розглянемо процеси, пов’язані із переходом речовини із одного агрегатного стану в інший:

1. Випаровування – процес перетворення рідини на пару. Воно відбувається за будь-якої температури.

(Запитання до учнів)

Поміркуйте: Відомо, що влітку, рідина надворі випаровується. Чи відбувається процес випаровування рідини взимку?

(Якщо учні не дійшли до правильного висновку, то вчителем наводяться приклади)

Наприклад, взимку білизна, хоч і довго, але поступово висихає; замерзлі калюжі поступово зникають. Отже, відбувається процес випаровування, інтенсивність якого залежить від температури: чим вища температура, тим швидше випаровується рідина.

2. Плавлення – процес перетворення твердого кристалічного тіла на рідину.

3. Кристалізація - процес перетворення рідини на тверде кристалічне тіло.

Численні приклади переходу речовини із одного агрегатного стану в інший, переконують нас у тому, що тверді тіла, рідини і гази – це не особливі речовини, яким властиві цілком певні ознаки, а стани, в яких може перебувати кожна речовина за певних фізичних умов.

Мотивація. Тоді постає запитання: „Чим пояснити можливість перебування речовини у трьох агрегатних станах?”

(Учні за допомогою програми проводять інтерактивний дослід агрегатної структури станів води. Див мал.2, мал.3, мал.4)

Мал. 2 Мал.3

Мал.4

(Розповідь учителя з елементами бесіди)

Очевидно, що в твердому стані речовина пе­ребуває тоді, коли атоми і молекули взаємодіють настільки сильно, що знаходяться у чітко фіксо­ваних положеннях. Вони практично не переміщуються, а лише хаотично коливаються віднос­но своїх стабільних положень. Треба докласти певних зусиль, щоб тіло змінило надану йому форму. Наприклад, можна розплющити залізний цвях ударами молотка; виліпити фігуру з пластиліну. Проте якщо ми спробуємо зігнути скло, воно розкришиться. Разом з тим відомо, що майстри-склодуви виробляють чудові худож­ні вироби, попередньо нагрівши скло до певної температури. Ковалі розжарюють у горнах металеві заготівки, щоб вони були податливіші під час кування. Тобто властивості твердого тіла за­лежать також від його температури.

Якщо підвищувати температуру, то настане момент, коли тверде тіло почне плавитися і перетвориться на рідину. Підвищення темпе­ратури твердого тіла веде до послаблення зв'яз­ків між атомами і молекулами. Тобто атоми і молекули твердого тіла внаслідок нагрівання набувають такої рухливості, що вже можуть, як у рідинах, стрибкоподібно пересуватися. У кристалічних тілах (наприклад, металах) це від­бувається за певної температури, яку назива­ють температурою плавлення. Так, температура плавлення алюмінію дорівнює 660 °С, залі­за — 1535 °С, вольфраму — 3387 °С.

Якщо рідину охолоджувати, молекули по­ступово втрачають рухливість, оскільки зв'язки між ними посилюються. Вони починають зай­мати певні положення, продовжуючи колива­тися відносно них. За певної температури від­бувається кристалізація, або тверднення, — про­цес, зворотний до плавлення.

Що ж відбувається з рідиною зі зміною її температури?

Як відомо, молекули рідини взаємодіють та­ким чином, що утримуються одна біля одної, але не втрачають при цьому своєї рухливості. Вони коливаються і час від часу стрибкопо­дібно переміщуються, ніби просочуючись по­між сусідніми молекулами. Тому рідинам вла­стива текучість і вони набувають форми посу­дини, в якій містяться.

Рідини випаровуються з вільної поверхні, яку вони утворюють на межі з газом. Це від­бувається тоді, коли окремі молекули втрача­ють зв'язок з найближчими сусідами і почи­нають вільно рухатися над поверхнею рідини.

Очевидно, що чим вища температура, тим більше молекул виривається з вільної поверхні рідини. Це підтверджує і наш життєвий досвід. Адже відомо, що в теплу погоду білизна виси­хає швидше, ніж у холодну.

Отже, перехід рідини у газоподібний стан від­бувається внаслідок розриву зв'язків між її мо­лекулами. Вони починають вільно рухатися в усьому наданому їм просторі, взаємодіючи лише під час короткочасних зіткнень. Ї х можна по­рівняти із співударом кульок, які розлітаються тим дужче, чим з більшою швидкістю набли­жаються одна до одної.

Якщо температура газу знижується, то швид­кість хаотичного руху молекул зменшується. За цих умов може статися, що окремі молекули, наближаючись одна до одної, починають взає­модіяти і «злипаються» в маленькі крапельки. Відбувається конденсація — зворотний до випа­ровування процес, тобто перехід речовини із газоподібного в рідкий стан. Іноді цей процес називають скрапленням газу.

До опорного конспекту учнів:

Тверді тіла зберігають надану їм форму, оскільки атоми по­в'язані між собою надто сильно.

Окремі властивості твердих тіл залежать від температури.