ZMĚNY SKUPENSTVÍ Podmínky používání prezentace Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 250,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách www.eucitel.cz. Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora (info@eucitel.cz) pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013

ZMĚNY SKUPENSTVÍ © RNDr. Jiří Kocourek 2013

Skupenství – stejná látka se může (v závislosti na okolních podmínkách) vyskytovat jako pevná látka, kapalina nebo plyn.

Skupenství – stejná látka se může (v závislosti na okolních podmínkách) vyskytovat jako pevná látka, kapalina nebo plyn. Změny skupenství – Procesy, při nichž látka přechází z jednoho skupenství do jiného. tání : pevné → kapalné tuhnutí : kapalné → pevné vypařování : kapalné → plynné kondenzace : plynné → kapalné sublimace : pevné → plynné desublimace : plynné → pevné

Tání krystalická látka (např. led) T Q Zahříváním přijímá látka teplo, její teplota se zvyšuje.

Tání krystalická látka (např. led) T Tt Q Po dosažení jisté teploty (teplota tání) se začne měnit pevné skupenství na kapalné.

Tání krystalická látka (např. led) T Tt Lt Q Látka se dále neohřívá; veškeré dodané teplo se spotřebuje na změnu skupenství – skupenské teplo tání (Lt).

Tání krystalická látka (např. led) T Tt Q Teprve až se přemění veškerá látka na kapalinu, začne se teplota opět zvyšovat.

Tání Příklady teplot tání některých látek (za normálního tlaku): T vodík .... – 259,2°C líh .... – 115°C rtuť .... – 38,4°C led (voda) .... 0°C cín .... 232°C železo .... 1 535°C uhlík .... 3 550°C Tt Q

Tání Skupenské teplo tání (Lt) závisí i na hmotnosti dané látky. Proto zavádíme: T Měrné skupenské teplo tání: (jednotka J·kg-1) Lt Q

Tání Skupenské teplo tání (Lt) závisí i na hmotnosti dané látky. Proto zavádíme: T Měrné skupenské teplo tání: (jednotka J·kg-1) Příklady měrných skupenských tepel tání některých látek (za normálního tlaku): Lt líh .... 108 kJ·kg-1 rtuť .... 11,8 kJ·kg-1 led (voda) .... 334 kJ·kg-1 železo .... 289 kJ·kg-1 Q

Tání amorfní látka (např. vosk) T Q

Tání amorfní látka (např. vosk) T Q Látka postupně měkne – nemá přesnou teplotu tání.

Tání amorfní látka (např. vosk) T Q Látka postupně měkne – nemá přesnou teplotu tání.

Tuhnutí Opačný proces – ochlazováním kapaliny snižujeme její teplotu.

Tuhnutí Při dosažení teploty tuhnutí (u krystalických látek se za stejných podmínek rovná teplotě tání) se uvnitř kapaliny začnou tvořit zárodky krystalů – krystalizační jádra.

Tuhnutí K jádrům se postupně připojují další částice, jejich velikost se zvětšuje.

Tuhnutí Nakonec se jádra dotknou, vyplní celý objem látky a vytvoří krystalová zrna – vznikne polykrystalická látka.

Tuhnutí Nakonec se jádra dotknou, vyplní celý objem látky a vytvoří krystalová zrna – vznikne polykrystalická látka. Při tuhnutí předá látka svému okolí skupenské teplo tuhnutí, které je stejné jako skupenské teplo tání (za stejných podmínek).

Tuhnutí Při velmi specifických podmínkách tuhnutí (zejména velmi pomalém chladnutí látky) může vzniknout pouze jeden zárodek a vytvoří se monokrystal.

Změna objemu při tání a tuhnutí Většina látek při tání zvětšuje svůj objem a při tuhnutí zmenšuje. U některých látek je to naopak. Příklady: olovo při tání zvětší objem o 3,4% led při tání zmenší objem o 9% Praktický význam: pokud voda zamrzne v nádobě, potrubí, skalní dutině atd., může způsobit její roztržení

Změna objemu při tání a tuhnutí Většina látek při tání zvětšuje svůj objem a při tuhnutí zmenšuje. U některých látek je to naopak. Příklady: olovo při tání zvětší objem o 3,4% led při tání zmenší objem o 9% Praktický význam: led má menší hustotu než voda, proto plave – 9% je vynořeno nad hladinou, 91% je pod hladinou.

Vypařování a kondenzace Na volném povrchu kapaliny dochází neustále ke změně skupenství kapalného na plynné – vypařování. Na rozdíl od tání probíhá vypařování za každé teploty, při níž existuje kapalina.

Vypařování a kondenzace Na volném povrchu kapaliny dochází neustále ke změně skupenství kapalného na plynné – vypařování. Na rozdíl od tání probíhá vypařování za každé teploty, při níž existuje kapalina. Vysvětlení: částice kapaliny, které mají díky tepelnému pohybu dostatečnou rychlost, se uvolňují z povrchu kapaliny.

Vypařování a kondenzace Na volném povrchu kapaliny dochází neustále ke změně skupenství kapalného na plynné – vypařování. Na rozdíl od tání probíhá vypařování za každé teploty, při níž existuje kapalina. Vysvětlení: částice kapaliny, které mají díky tepelnému pohybu dostatečnou rychlost, se uvolňují z povrchu kapaliny. Chceme-li přeměnit určitou hmotnost kapaliny v páru (plyn) o stejné teplotě, musíme jí dodat skupenské teplo vypařování ... LV Podobně jako u tání zavádíme měrné skupenské teplo vypařování: Jednotka J·kg-1

Vypařování a kondenzace Zároveň dochází i k opačnému procesu, kdy jsou částice plynu v těsném sousedství volného povrchu zachycovány kapalinou – kondenzace.

Vypařování a kondenzace Zároveň dochází i k opačnému procesu, kdy jsou částice plynu v těsném sousedství volného povrchu zachycovány kapalinou – kondenzace. Při přeměně určité hmotnosti plynu v kapalinu o stejné teplotě, musí látka odevzdat skupenské teplo kondenzační. Měrné skupenské teplo kondenzační je pro danou látku stejné jako měrné skupenské teplo vypařování při stejné teplotě.

Vypařování a kondenzace V uzavřené nádobě: Z kapaliny se uvolňují částice, tlak plynu nad kapalinou se zvyšuje. Zároveň se zvyšuje počet částic, které se vracejí zpět do kapaliny.

Vypařování a kondenzace V uzavřené nádobě: Po určité době se ustálí rovnovážný stav, při němž z kapaliny vystupuje stejný počet částic, jako do ní vstupuje. Sytá pára Plyn, který je v rovnovážném stavu se svou kapalinou.

Vypařování a kondenzace V uzavřené nádobě: Po určité době se ustálí rovnovážný stav, při němž z kapaliny vystupuje stejný počet částic, jako do ní vstupuje. Sytá pára Plyn, který je v rovnovážném stavu se svou kapalinou. Tlak syté páry nezávisí na objemu páry; závisí pouze na teplotě – při zvyšující se teplotě se zvyšuje.

Vypařování a kondenzace Zahříváme-li kapalinu v otevřené nádobě, začnou se při jisté teplotě tvořit bublinky syté páry v celém objemu kapaliny.

Vypařování a kondenzace Zahříváme-li kapalinu v otevřené nádobě, začnou se při jisté teplotě tvořit bublinky syté páry v celém objemu kapaliny. Pokud je tlak syté páry při dané teplotě rovná vnějšímu atmosférickému tlaku, vypařuje se kapalina nejen na povrchu, ale i uvnitř – var kapaliny. Teplota varu – závisí na druhu kapaliny a vnějším atmosférickém tlaku.

Vypařování a kondenzace Zahříváme-li kapalinu v otevřené nádobě, začnou se při jisté teplotě tvořit bublinky syté páry v celém objemu kapaliny. Pokud je tlak syté páry při dané teplotě rovná vnějšímu atmosférickému tlaku, vypařuje se kapalina nejen na povrchu, ale i uvnitř – var kapaliny. Teplota varu – závisí na druhu kapaliny a vnějším atmosférickém tlaku. Příklady teplot varu za normálního tlaku: voda ... 100°C líh .... 78,3°C rtuť .... 357°C železo ... 2 750°C

Vypařování a kondenzace Zahříváme-li kapalinu v otevřené nádobě, začnou se při jisté teplotě tvořit bublinky syté páry v celém objemu kapaliny. Pokud je tlak syté páry při dané teplotě rovná vnějšímu atmosférickému tlaku, vypařuje se kapalina nejen na povrchu, ale i uvnitř – var kapaliny. Teplota varu – závisí na druhu kapaliny a vnějším atmosférickém tlaku. Za nižšího atmosférického tlaku (např. vysoko v horách) je teplota varu nižší. Zvýšením tlaku nad kapalinou naopak dosáhneme zvýšení teploty varu – Papinův hrnec.

Vypařování a kondenzace Zahříváme-li kapalinu v otevřené nádobě, začnou se při jisté teplotě tvořit bublinky syté páry v celém objemu kapaliny. Pokud je tlak syté páry při dané teplotě rovná vnějšímu atmosférickému tlaku, vypařuje se kapalina nejen na povrchu, ale i uvnitř – var kapaliny. Teplota varu – závisí na druhu kapaliny a vnějším atmosférickém tlaku. Po dosažení teploty varu se kapalina již dále nezahřívá, dokud se celý objem nevypaří.

Sublimace a desublimace Na volném povrchu pevné látky dochází rovněž k uvolňování částic. Pevná látka se mění přímo na plyn – sublimuje. K sublimaci dochází (podobně jako k vypařování) za různých teplot.

Sublimace a desublimace Na volném povrchu pevné látky dochází rovněž k uvolňování částic. Pevná látka se mění přímo na plyn – sublimuje. K sublimaci dochází (podobně jako k vypařování) za různých teplot. Příklady: Prádlo uschne i za teplot nižších než 0°C – voda nejprve zmrzne, led potom vysublimuje; množství sněhu se snižuje i když je teplota pod bodem mrazu. U pevného C02 ((suchý led) je sublimace dobře viditelná. Sublimují i všechny pevné látky, které voní nebo páchnou.

Sublimace a desublimace Na volném povrchu pevné látky dochází rovněž k uvolňování částic. Pevná látka se mění přímo na plyn – sublimuje. K sublimaci dochází (podobně jako k vypařování) za různých teplot. Chceme-li přeměnit určitou hmotnost pevné látky v páru (plyn) o stejné teplotě, musíme jí dodat skupenské teplo sublimace ... Ls Podobně jako u tání nebo vypařování zavádíme měrné skupenské teplo sublimace: Jednotka J·kg-1

Sublimace a desublimace Může docházet i k opačnému procesu – desublimaci, při níž se plynné skupenství mění přímo na pevné. Příklad: Z vodní páry v atmosféře se za teplot nižších než 0°C tvoří jinovatka.

Sublimace a desublimace Může docházet i k opačnému procesu – desublimaci, při níž se plynné skupenství mění přímo na pevné. Příklad: Z vodní páry v atmosféře se za teplot nižších než 0°C tvoří jinovatka. Při desublimaci látka skupenské teplo LS odevzdává.

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Např. voda a její sytá pára mohou být v rovnováze za normálního tlaku přibližně při 100°C, voda a led při 0°, atd.

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Pro danou látku lze všechny možné rovnovážné stavy zakreslit do grafu (p-T diagram); dvojicím různých skupenství v rovnovážném stavu pak v tomto grafu odpovídají jisté křivky. p T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Pro danou látku lze všechny možné rovnovážné stavy zakreslit do grafu (p-T diagram); dvojicím různých skupenství v rovnovážném stavu pak v tomto grafu odpovídají jisté křivky. p křivka tání T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Pro danou látku lze všechny možné rovnovážné stavy zakreslit do grafu (p-T diagram); dvojicím různých skupenství v rovnovážném stavu pak v tomto grafu odpovídají jisté křivky. p křivka tání křivka syté páry T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Pro danou látku lze všechny možné rovnovážné stavy zakreslit do grafu (p-T diagram); dvojicím různých skupenství v rovnovážném stavu pak v tomto grafu odpovídají jisté křivky. p křivka tání křivka syté páry sublimační křivka T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Ostatním místům ve fázovém diagramu odpovídají stavy, v nichž může existovat vždy jen jedno skupenství: p pevná látka kapalina plyn T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Všechna tři skupenství mohou být v rovnovážném stavu pouze při jediném možném tlaku a teplotě; ve fázovém diagramu tomuto stavu odpovídá bod T – trojný bod. p pevná látka kapalina T plyn T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Všechna tři skupenství mohou být v rovnovážném stavu pouze při jediném možném tlaku a teplotě; ve fázovém diagramu tomuto stavu odpovídá bod T – trojný bod. Příklad: Teplota trojného bodu vody je 0,01°C, tlak je 0,61 kPa. p pevná látka kapalina T plyn T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Všechna tři skupenství mohou být v rovnovážném stavu pouze při jediném možném tlaku a teplotě; ve fázovém diagramu tomuto stavu odpovídá bod T – trojný bod. p Poznámka: Pokud je okolní tlak nižší než tlak odpovídající trojnému bodu, nemůže látka při žádné teplotě existovat jako kapalina. Proto např. na Měsíci (který prakticky nemá atmosféru) nemůže být voda v kapalném skupenství. pevná látka kapalina T plyn T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Na konci křivky syté páry je stav, při němž se hustota kapaliny rovná hustotě její syté páry – kritický stav (bod K). Při T>TK už látka nemůže existovat v kapalném skupenství. p pevná látka K kapalina plyn TK T

Fázový diagram Různá skupenství téže látky mohou být v rovnovážném stavu jen za jistých podmínek – tlaku a teploty. Na konci křivky syté páry je stav, při němž se hustota kapaliny rovná hustotě její syté páry – kritický stav (bod K). Při T>TK už látka nemůže existovat v kapalném skupenství. p pevná látka K Příklady kritických teplot některých látek: voda .... 374,15°C CO2 ..... 31°C kyslík ... – 118,4°C helium .. – 267,9°C kapalina plyn TK T

Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.