Čo sú zmeny skupenstva?
Látky sa môžu vyskytovať v troch hlavných skupenstvách: pevnom, kvapalnom a plynnom. Keď látke dodávame alebo odberáme tepelnú energiu, jej častice sa pohybujú rýchlejšie alebo pomalšie — a pri určitej teplote môže látka zmeniť skupenstvo.
Všetky zmeny skupenstva sú fyzikálne zmeny — chemické zloženie látky sa nemení, mení sa len usporiadanie a pohyb jej častíc.
Prehľad zmien skupenstva
| Zmena | Z → Na | Energia |
|---|---|---|
| Topenie | pevné → kvapalné | prijíma |
| Tuhnutie | kvapalné → pevné | odovzdáva |
| Vyparovanie / Varenie | kvapalné → plynné | prijíma |
| Kondenzácia | plynné → kvapalné | odovzdáva |
| Sublimácia | pevné → plynné | prijíma |
| Desublimácia | plynné → pevné | odovzdáva |
Suchý ľad (tuhý oxid uhličitý) sublimuje — priamo prechádza z pevného skupenstva na plynné, bez toho, aby sa najskôr roztopil na kvapalinu. Preto po ňom zostáva charakteristická biela hmla (skondenzovaná vodná para z okolitého vzduchu).
Topenie a tuhnutie
Keď zohrejeme pevnú látku, jej častice kmitajú čoraz rýchlejšie. Keď dosiahnu bod topenia, väzby medzi nimi sa narušia a látka sa zmení na kvapalinu — hovoríme, že sa roztopila.
Keď kvapalinu ochladzujeme, jej častice sa spomalujú. Pri bode tuhnutia sa ustália do pevných polôh a kvapalina sa mení na pevnú látku — hovoríme, že tuhne.
Bod topenia a bod tuhnutia sú pre tú istú látku rovnaké. Napríklad voda tuhne aj topí sa pri 0 °C.
Vyparovanie a kondenzácia
Keď kvapalinu zahrievame, niektoré povrchové molekuly získajú dostatok energie na únik do plynného skupenstva — hovoríme o vyparovaní. Pri bode varu vznikajú bublinky plynnej fázy v celom objeme kvapaliny.
Keď sa para ochladzuje, jej molekuly sa zbližujú a vrátia sa do kvapalného skupenstva — to je kondenzácia. Vodné kvapky na okennom skle ráno sú príkladom kondenzácie.
Pot na koži sa vyparuje a odnáša so sebou teplo z tvojho tela. Preto sa pri vyparovaní potu chladzíš. Práve tento jav využíva tvoje telo na reguláciu telesnej teploty.
Energia pri zmenách skupenstva
Pri každej zmene skupenstva musí látka buď energiu prijať (keď sa uvoľňuje zo silnejšej štruktúry — topenie, varenie) alebo ju odovzdať (keď sa vytvára pevnejšia štruktúra — tuhnutie, kondenzácia). Samotná teplota počas zmeny skupenstva zostáva konštantná — celá energia ide na zmenu skupenstva, nie na zmenu teploty.
Prax: Varenie — zmeny skupenstva vody
Keď zahreješ kanvicu, voda (kvapalina) sa pri 100 °C zmení na paru (plyn) — vyparovanie. Keď para narazí na studené okno, skondenzuje späť na kvapky vody. V mrazničke voda pri 0 °C zamrzne na ľad. Tieto každodenné príklady ukazujú všetky tri hlavné zmeny skupenstva.
Prax: Počasie — kolobeh vody
Kolobeh vody je riadený zmenami skupenstva. Kvapalná voda z oceánov sa vyparuje (kvapalina → plyn), stúpa ako vodná para, kondenzuje sa v chladnom vzduchu na mraky (plyn → kvapalina) a padá dolu ako dážď alebo sneh. V zime sa vodná para môže desublimovať priamo ako inovatej na studených plochách (plyn → pevná látka).
Prax: Suchý ľad pri doručovaní potravín
Suchý ľad (tuhý CO₂) sa používa na udržanie potravín v chlade pri doručovaní. Sublimuje pri −78,5 °C — priamo prechádza z pevného skupenstva na plynné bez toho, aby sa roztopil. Viditeľná "hmla" je v skutočnosti vodná para z okolia, ktorá kondenzuje.
Kde to vidíš v reálnom živote? Sleduj kondenzáciu na studeným pohári v teplý deň. Mokré oblečenie schnúce na slnku je vyparovanie. Tieto zmeny skupenstva sa dejú každý deň okolo teba.
Cvičné príklady
Kedy pri zahrievaní kvapaliny neprebieha zvyšovanie teploty, hoci zdroj tepla stále pracuje?
Zobraziť odpoveď
Čo je kondenzácia a prečo sa tvoria kvapky vody na vonkajšej strane studeného pohára?