IV.3. Transformări de stare de agregare.

• IV.3.1. Stările de agregare.
• IV.3.2. Transformări de stare de agregare.
• IV.3.3. Topirea și solidificarea.
• IV.3.4. Vaporizarea și condensarea.
• IV.3.5. Sublimarea și desublimarea.
• IV.3.6. Circuitul apei în natură.

IV.3.1. Stările de agregare.

👀 Experimentul 2: Ce este un solid?

Materiale necesare:
Vase de diferite forme, corp solid.

Descrierea experimentului:

• Pune corpul în vasele de forme diferite și observă ce se întâmplă cu forma și cu volumul acestuia.

  Corpul solid își păstrează forma și volumul, indiferent de vasul în care l-am introdus.

Concluzia experimentului:
Corpurile solide au formă proprie (bine determinată) și volum propriu. Nu curg.

👀 Experimentul 8: Ce este un lichid?

Materiale necesare:
Vase de diferite forme și gradate, apă colorată.

Descrierea experimentului:

• Pune un anumit volum de apă într-un vas gradat și măsoară-i volumul.
• Răstoarnă apa într-un alt vas gradat cu o formă diferită și observă ce se întâmplă cu forma și volumul apei în noul vas.

  Apa își păstrează volumul, indiferent de vasul în care am introdus-o, dar își schimbă forma.Cum ar fi să pun 1 L de lapte într-o oală de 10 L și oala să se umple cu lapte? Poate numai în lumea poveștilor!

Concluzia experimentului:
Lichidele au volum propriu (bine determinat), dar nu au formă proprie (iau forma vasului în care sunt puse). Curg (sunt fluide).

🔥 Experiment9. Ce este un gaz?

Atenție!

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!

👀 Experimentul 9: Ce este un gaz?

Materiale necesare:
Două pahare identice, lumânare tip candelă, chibrit, sită de azbest.

Descrierea experimentului:

• Se introduce candela într-un pahar și se aprinde cu chibritul.
• Imediat se acoperă paharul cu sita de azbest pentru a menține fumul rezultat în pahar.
• Se vine cu al doilea pahar, cu gura în jos peste sită și se trage sita, astfel încât fumul să intre și în paharul de deasupra. Observă ce se întâmplă cu forma și volumul fumului în noul vas.

  Fumul (care este gaz) ocupă tot spațiul pus la dispoziție și ia forma noului vas.

Concluzia experimentului:
Gazele nu au nici formă proprie (iau forma vasului în care sunt puse) și nici volum propriu (ocupă tot volumul pus la dispoziție). Curg (sunt fluide).

👀 Experimentul 10: Compresibile sau incompresibile?

Materiale necesare:
Un corp solid, apă, seringi.

Descrierea experimentului:

• Introdu corpul solid în seringă, astupă cu un deget capătul seringii și apasă pistonul seringii pentru a micșora volumul solidului. Ai reușit ?

  Nu putem mișca deloc pistonul seringii.

• Umple seringa cu apă, astupă cu un deget capătul seringii și apasă pistonul seringii pentru a micșora volumul apei. Ai reușit ?

  Nu putem mișca deloc pistonul seringii.

• Trage aer în seringă, astupă cu un deget capătul seringii și apasă pistonul seringii pentru a micșora volumul aerului. Ai reușit ?

  Putem mișca mult pistonul seringi, iar dacă îi dăm drumul, revine la poziția inițială. Aerul are și proprietăți elastice având drept aplicații obiectele pneumatice (saltele, colaci) și folosirea pneurilor la roți care amortizează șocurile.

Concluzia experimentului:
Numai gazele sunt compresibile (își pot micșora volumul la o presiune exterioară) , solidele și lichidele sunt incompresibile.

🔦 Observație

Cum explicăm proprietățile diferite ale corpurilor în cele trei stări de agregare?

Aceste proprietăți sunt explicate pe baza structurii interioare a corpurilor și anume forțele intermoleculare (de atracție), respectiv distanțele intermoleculare.

La solide distanțele dintre particule sunt foarte mici și forțele de atracție dintre particule sunt foarte mari. Particulele solidului execută numai mișcări de oscilație în jurul unor poziții fixe.

Solidele au formă proprie, au volum propriu, sunt incompresibile și nu curg.

La lichide distanțele dintre particule sunt puțin mai mari ca la solide și forțele de atracție dintre particule sunt mai mici ca la solide. Moleculele se mișcă unele față de altele și se atrag puțin.

Lichidele nu au formă proprie (iau forma vasului), au volum propriu, sunt incompresibile și curg.

La gaze distanțele dintre particule sunt foarte mari și forțele de atracție dintre particule sunt foarte mici. Moleculele se mișcă mult unele față de altele (au loc suficient) și nu se atrag.

Gazele nu au formă proprie (iau forma vasului), nu au volum propriu (ocupă tot spațiul pus la dispoziție), sunt compresibile și curg.

IV.3.2. Transformări de stare de agregare.

În următoarea schemă sunt definite toate cele șase fenomene care au loc cu schimbarea stării de agregare:

Fenomenele care au loc cu schimbarea stării de agregare se studiază pe perechi, fiecare pereche având două fenomene opuse.

IV.3.3. Topirea și solidificarea.

Topirea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare solidă în stare lichidă, prin încălzire .

Solidificarea este fenomenul invers topirii și constă în trecerea unei substanțe din stare lichidă în stare solidă, prin răcire.

👀 Experimentul 11: Cum se topește gheața?

Materiale necesare:
Gheață, pahar transparent și un termometru (poate fi și de cameră).

Descrierea experimentului:

• Pune în pahar gheață de la congelator.
• Introdu termometrul în gheață .
• Agită continuu cu termometru gheața.
• Urmărește indicațiile termometrului în timp, de la apariția primei picături până la topirea completă a gheții.
• Ce observi ?

  Gheața începe să se topească la 0°C. Pe parcursul topirii (de la apariția primei picături până la topirea ultimului cristal), temperatura a rămas la 0°C.

Legile topirii / solificării:

I. Fiecare substanță începe să se topească (să se solidifice) la o anumită temperatură, numită temperatură de topire (notată cu T_t ), care este o constantă de material (o luăm din tabel).

Temperatura de topire a unei substanțe coincide cu temperatura de solidificare (T_s).

T_t = T_s = constantă de material

II. Pe parcursul topirii unei substanțe (de la apariția primei picături până la topirea ultimului cristal), temperatura de topire rămâne constantă, dacă presiunea ramâne constantă.

🔥 Experiment12. Anomalia apei!

Atenție! Nu pune dopul la sticla cu apă când o introduci în congelator întrucât apa prin dilatare își mărește volumul și poate sparge sticla producând cioburi ce te pot accidenta!

👀 Experimentul 12: Anomalia apei!

Materiale necesare:
O sticlă, apă de la robinet, congelator.

Descrierea experimentului:

• Umple o sticlă cu apă.
• Introdu sticla în congelator, până îngheață toată apa.
• Ce observi ?

  Apa înghețată a dat pe dinafară.

Concluzia experimentului:
Apa, la înghețare (solidificare), și-a mărit volumul (anomalia apei).

🔐 Curiozități

Apa are un comportament diferit între 0 °C și 4 °C. În acest interval, încălzind apa de la 0 °C la 4 °C, volumul ei scade, densitatea creşte (la 4 °C având densitatea maximă). Deci, pe fundul lacurilor înghețate există apă la 4 °Celsius, ce face posibilă viaţa subacvatică.

IV.3.4. Vaporizarea și condensarea.

Vaporizarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare lichidă în stare gazoasă (vapori), prin încălzire.

Condensarea este fenomenul de trecere a unei substanțe din stare gazoasă în stare lichidă, prin răcire. Este fenomenul invers al vaporizării.

Vaporizarea poate avea loc în două moduri:

• Evaporarea este vaporizarea care are loc doar la suprafața lichidului.
• Fierberea este vaporizarea care are loc în toată masa lichidului și începe odată cu apariția primului clocot.

🔥 Experiment13. Cum fierbe apa?

Atenție! Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi!

👀 Experimentul 13: Cum fierbe apa?

Materiale necesare:
Pahar Erlenmeyer cu apă distilată, spirtieră, trepied, sită de azbest, dop cu termometru, cronometru.

Descrierea experimentului:

• Pune paharul cu apă pe sită și trepied.
• Măsoară temperatura inițială a apei.
• Aprinde spirtiera și pornește cronometrul la începerea încălzirii apei.
• Măsoară timpul la fiecare creștere a temperaturii apei cu 10 °C și trece datele în următorul tabel:

• Ce observi ?

  Apa începe să fiarbă la 100 °C. Pe parcursul fierberii, temperatura apei rămâne la 100 °C, chiar dacă continuăm încălzirea.

• Reprezintă graficul dependenței temperaturii în funcție de timp.

• Fenomenele corespunzătoare fiecărui segment sunt :

  • AB, BC, CD reprezintă evaporarea apei
  • DE reprezintă fierberea apei

Legile fierberii:

I. Fiecare lichid începe să fiarbă la o anumită temperatură numită temperatură de fierbere, T_f care este o constantă de material (tabel).

II. Pe parcursul fierberii unui lichid (de la primul clocot până la vaporizarea completă) temperatura de fierbere este constantă, la aceeași presiune.

Tabel cu constante fizice (de material).

👀 Experimentul 14: Condensarea apei

Materiale necesare:
Pahar, congelator.

Descrierea experimentului:

• Ia un pahar curat și uscat și pune-l la congelator, timp de 10-15 minute.
• Scoate paharul din congelator.
• Ce observi pe pereții săi după câteva minute?

  Pe pereții paharului sunt picături de apă.

Concluzia experimentului:
Apa apărută de nicăieri s-a format prin condensarea vaporilor de apă din cameră, care venind în contact cu pereții reci ai paharului, se răcesc și se transformă în picături mici de apă.

IV.3.5. Sublimarea și desublimarea.

Sublimarea este fenomenul de transformare a unei substanțe din stare solidă direct în stare gazoasă, prin încălzire.

Desublimarea este fenomenul invers al sublimării, de transformare a unei substanțe din stare gazoasă (de vapori) direct în stare solidă, prin răcire.

🔦 Observație

Substanțe ca naftalina, camforul, gheața, acidul benzoic, iodul și altele au proprietatea de a trece din stare solidă direct în stare de vapori. Și tungstenul din filamentul becului sublimează lent ducând la subțierea filamentului și în final la arderea lui.

🔥 Experiment15. Sublimarea naftalinei.

Atenție! Experiment efectuat demonstrativ numai de către profesor!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi! Atenție când lucrezi cu apă caldă să nu te arzi! Atenție, naftalina este inflamabilă și trebuie încălzită pe baie de apă fiartă! Naftalina este toxică, deci nu o atinge, nu o gusta și nu inspira vaporii săi!

👀 Experimentul 15: Sublimarea naftalinei

Materiale necesare:
Naftalină (de la magazinul de chimicale), apă fiartă, un borcan de 800g, pahar Erlenmeyer cu dop prevăzut cu un tub și termometru, vas cu apă fiartă.

Descrierea experimentului:

• Pune naftalina în pahar, într-un strat de un deget și închide-o cu dopul.
• Pune apa într-o cratiță, astfel încât nivelul ei să depășească puțin nivelul naftalinei din pahar (strat de două degete) și fierbe apa.
• Introdu sticla cu naftalină în baia de apă fiartă și urmărește pereții paharului.
• Ce observi ?

  În scurt timp apar cristale de naftalină sub formă de ace, pe pereții sticlei.

Concluzia experimentului:
Naftalina, prin încălzire, a sublimat și s-a transformat în vapori de naftalină. Vaporii de naftalină , dând de pereții mai reci ai sticlei, a desublimat și s-a transformat în stare solidă, sub formă de cristale aciculare.

IV.3.6. Circuitul apei în natură.

Pe scoarța globului pământesc există mari suprafețe de apă, sub formă de râuri, lacuri, mări şi oceane,

Sub acţiunea radiaţiei Soarelui, aceste ape se evaporă în aerul atmosferic.

Când condensarea vaporilor de apă din aer are loc la suprafața pământului se formează ceaţa.

Când condensarea vaporilor de apă din atmosferă are loc la înălţimi mai mari în atmosferă se formează norii.

Când picăturile mici de apă din care sunt formaţi norii se unesc, fiind mai mari și mai grele nu mai pot pluti în atmosferă şi cad pe pământ sub formă de ploaie.

Iarna, când temperatura aerului scade sub 0°C, picăturile de apă din nori îngheaţă (se solidifică) sub forma unor ace, care prin unire formează cristale mai mari, numite fulgi de zăpadă.

În dimineţile care urmează după nopţile senine de vară apare roua prin condensarea vaporilor de apă din aer la contactul cu suprafaţa Pământului (iarbă, flori etc).

Primăvara şi toamna, când vaporii de apă din aer vin în contact cu obiecte de pe Pământ cu temperatura sub 0 °C se formează bruma prin desublimarea vaporilor de apă din aer.

Grindina se formează când picăturile de apă din nori traversează straturi de aer cu temperaturi sub 0 °C. Ea este însoțită de furtuni, în timpul verii.