Stany skupienia materii i dyfuzja

Materia może występować w różnych postaciach, które nazywamy stanami skupienia. W klasie 7 poznajesz trzy podstawowe: stan stały, stan ciekły i stan gazowy. Ten sam związek chemiczny może występować w różnych stanach skupienia, zależnie od warunków, głównie temperatury.

W ciele stałym cząsteczki są ułożone blisko siebie i mają małą swobodę ruchu. Dlatego ciało stałe ma własny kształt i własną objętość.

W cieczy cząsteczki także są dość blisko siebie, ale mogą się przesuwać. Dlatego ciecz ma własną objętość, ale nie ma własnego kształtu i przyjmuje kształt naczynia.

W gazie cząsteczki są od siebie daleko i poruszają się bardzo swobodnie. Gaz nie ma ani własnego kształtu, ani własnej objętości. Rozchodzi się po całej dostępnej przestrzeni.

Cząsteczki substancji są w ciągłym ruchu. To właśnie ich ruch sprawia, że zachodzi dyfuzja, czyli samorzutne mieszanie się cząsteczek różnych substancji.

Dyfuzja zachodzi we wszystkich stanach skupienia, ale z różną szybkością. Najszybciej przebiega w gazach, wolniej w cieczach, a bardzo wolno w ciałach stałych. Wynika to z tego, jak swobodnie poruszają się cząsteczki.

Przykłady dyfuzji z życia codziennego:

• zapach perfum rozchodzi się po pokoju,
• barwnik dodany do wody stopniowo zabarwia całą ciecz,
• po dłuższym czasie dwie stykające się substancje stałe mogą bardzo powoli przenikać jedna w drugą.

Przy zmianie temperatury substancja może przejść z jednego stanu skupienia w inny. Takie przemiany to zmiany stanu skupienia. Są to zjawiska fizyczne, bo nie powstaje nowa substancja.

Najważniejsze zmiany stanu skupienia to:

• topnienie – przejście ze stanu stałego w ciekły,
• krzepnięcie – przejście ze stanu ciekłego w stały,
• parowanie – przejście z cieczy w gaz,
• skraplanie – przejście z gazu w ciecz,
• sublimacja – przejście ze stanu stałego bezpośrednio w gazowy,
• resublimacja – przejście z gazowego bezpośrednio w stały.

Przykłady:

• lód zamieniający się w wodę to topnienie,
• woda zamarzająca w kostki lodu to krzepnięcie,
• para wodna tworząca kropelki na szybie to skraplanie,
• szron pojawiający się na zimnej powierzchni to resublimacja.

Parowanie i wrzenie często są mylone, ale nie oznaczają tego samego. Oba zjawiska prowadzą do przejścia cieczy w gaz, jednak przebiegają inaczej.

Parowanie zachodzi tylko z powierzchni cieczy i może odbywać się w różnych temperaturach. Dlatego mokre ubrania schną nawet wtedy, gdy nie ma upału.

Wrzenie to szybkie parowanie zachodzące w całej objętości cieczy. Wtedy pojawiają się pęcherzyki pary. Dla każdej substancji wrzenie zachodzi w określonej temperaturze przy danym ciśnieniu.

Dobrym przykładem do nauki jest woda. Ta sama substancja może występować jako lód, woda ciekła i para wodna.

Gdy ogrzewasz lód, najpierw zachodzi topnienie i powstaje woda. Gdy dalej ogrzewasz wodę, zachodzi parowanie, a przy odpowiedniej temperaturze także wrzenie. Gdy para wodna trafi na zimną powierzchnię, następuje skraplanie i pojawiają się kropelki.

Zimą można też obserwować inne zmiany:

• woda może zamarzać, czyli zachodzi krzepnięcie,
• para wodna może tworzyć szron, czyli zachodzi resublimacja.

Na przykładzie wody łatwo zauważyć, że stan skupienia zależy od warunków otoczenia, a szczególnie od temperatury.

Zmiany stanu skupienia i dyfuzja to zjawiska fizyczne. Oznacza to, że substancja nadal pozostaje tą samą substancją, tylko zmienia swoją postać albo rozmieszczenie cząsteczek.

Jeśli lód stopnieje, nadal jest to woda. Jeśli woda wyparuje, także nadal jest to woda, tylko w stanie gazowym. Nie powstaje nowa substancja.

Inaczej jest w przypadku reakcji chemicznej, gdy tworzą się nowe substancje. Przykładem reakcji chemicznej jest spalanie drewna albo rdzewienie żelaza.