Tvar i fizikalna svojstva tvari

Uvod

Predmete koje nalazimo u prirodi

ili ih sami izrađujemo fizičari nazivaju tijelima.

Ona im opisuju oblik, veličinu, položaj, gibanje i slično.

Primjerice, tijela su olovka, lopta, zdjela i dr.

Kemičara više zanima od čega se neki predmet sastoji.

Tijela se sastoje od tvari.

Kako svako tijelo ima svoju masu i obujam,

kažemo i da je tvar sve što ima masu i zauzima prostor.

Kemičari tvari još nazivaju supstancijama.

Tvar ne može nestati.

Kažemo da je tvar neuništiva.

To se može vidjeti na jednostavnom primjeru hrane koju jedemo.

Postoji mnoštvo različitih tvari.

Neke nalazimo u prirodi i kao takve koristimo npr. zlato,

vapnenac ili drvo.

Mnoge tvari dobivaju se preradom tvari iz prirode

ili kemijskim postupcima npr. lijekovi, deterdženti, plastične mase i dr.

Materijali su tvari od kojih su izrađeni različiti predmeti i tijela.

Kemičari trebaju poznavati vrste tvari,

njihova svojstva i primjenu.

Zbog toga u kemijskim laboratorijima istražuju

male količine   tvari – uzorke tvari.

Fizikalna svojstva tvari

Kod opisa uzorka obično govorimo o:

• veličini,
• boji,
• agregacijskom stanju
• i  gustoći.

Njih uočavamo osjetilima ili mjerimo instrumentima.

U fizikalna svojstva tvari ubrajaju se i talište, vrelište, topljivost, toplinska i električna vodljivost, magnetičnost, tvrdoća, miris, okus  i dr.

Gustoća je osnovno svojstvo tvari.

Tvar ima masu, m,

i  zauzima volumen, V.

Gustoću , ρ,  iskazujemo omjerom tih  dviju fizikalnih veličina:

Simbol za gustoću je grčko slovo (ro).

Jedinica za masu je kg, a volumena .

Prema tome gustoća se iskazuje  u .

U kemijskom laboratoriju za pokuse koriste vrlo male količine tvari,

dopušteno je gustoću iskazati i u .

Gustoća vode je .

Tvari s manjom gustoćom od vode plutaju na vodi,

a tvari s većom gustoćom padaju na dno.

Sve drugo čemu se ne može izmjeriti ili na bilo koji način iskazati gustoća –  nije tvar.

Gustoća tvari od koje je napravljen neki predmet

lako se može izračunati uranjanjem predmeta u poznati volumen vode.

Kolika je gustoća bakra?

Darko je dobio komadić bakrene žice

i zadatak da odredi njezinu  gustoću.

Žica je bila predugačka pa ju je savio da stane u menzuru.

Izvagao je bakrenu žicu na digitalnoj vagi.

Masa (m) je bila 17,8 g.

Uronio je žicu u vodu.

Razina vode se podigla do oznake 17 ml.

Razlika između 17 ml (podignuta razina)

i prijašnje razine vode (15 ml) je  2 ml.

2 ml= 2 cm³.

Volumen (V)  bakrene žice je 2 cm³.

Električna vodljivost je pojava da neka tvar vodi električnu struju.

Eleketrični vodiči su tvari koje vode elektičnu struju.

Svi metali su dobri vodiči struje.

Vodiči struje su još: voda, led, naše tijelo.

Izolatori su tvari koje ne vode električnu struju.

To su na primjer: suho staklo, porculan, guma.

Većina plastičnih materijala su odlični izolatori.

Tvari se razlikuju i prema toplinskoj vodljivosti.

Metali su općenito dobri vodiči topline.

Među metalima bakar najbolje provodi toplinu.

Neke tvari pokazuju magnetska svojstva.

Približimo li magnet uzorku bakra, željeza ili stakla,

magnet će privući samo željezo

jer ono ima izražena  magnetska svojstva.

Magneti imaju raznoliku primjenu u svakodnevnom životu.

Magnetne bravice koriste se za zatvaranje vrata namještaja,

a snažni magneti se koriste za razdvajanje i transport željeznog otpada.

Tvari se razlikuju i prema topljivosti u vodi.

Šećer i sol se otapaju u vodi,

dok se guma i plastika ne otapaju.

Agregacijska stanja tvari

Iz  iskustva znamo da je voda na sobnoj temperaturi tekućina,

šećer i zlato su čvrste tvari, a zrak koji udišemo je plin.  

Tvari se u prirodi nalaze u trima agregacijskim stanjima

• čvrstom,
• tekućem
• i plinovitom.

Međunarodne oznake za agregacijska stanja su:

za čvrsto – s (od lat. solidus = čvrst), 

tekuće –  l (od lat. liqidus = tekući)

i plinovito – g (od riječi gas = plin koja je složena iz grč. chaos = nered).

Da bismo proučili razlike između agregacijskih stanja,

moramo istaknuti da su tvari građene od čestica.

Krutine ili tvari u čvrstom agregacijskom stanju.

Imaju stalan oblik i stalan volumen.

Čestice tvari su međusobno vrlo blizu jedna drugoj

i ne mogu se slobodno gibati.

Tvari u tekućem agregacijskom stanju imaju stalan volumen,

ali nemaju   stalan  oblik.

Tekućine poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze.

Čestice tekućine se mogu gibati na malim udaljenostima.

Gustoća većine tekućina manja je od gustoće čvrstih tvari.

Plinovi nemaju ni stalan oblik ni stalan volumen.

Čestice plina su međusobno jako udaljene

i mogu se slobodno gibati.

Plinovi popunjavaju prostor u kojem se nalaze.

Plinovi imaju mnogo slobodnog prostora među česticama.

Zato se mogu zbiti na manji volumen ili stlačiti.

Gustoća plinova je manja od gustoće tekućina.

Prijelaz iz jednog agregacijskog stanja u drugo

teče uz zagrijavanje i hlađenje.

Da bi se neka čvrsta tvar rastalila,

mora postići temperaturu tališta.

Da bi tekućina potpuno prešla u plin,

mora postići temperaturu vrelišta.

Dok tvar iz jednog agregacijskog stanja potpuno ne prijeđe u drugo,

temperatura tvari ostaje stalna.

Svaka tvar ima sebi svojstveno talište i vrelište

pri normalnom atmosferskom tlaku.

S promjenom temperature mijenja se volumen tvari,

ali njezina masa ostaje nepromijenjena.

To znači da je pri višoj temperaturi volumen tvari veći,

a gustoća manja i obrnuto.

Promjene agregacijskih stanja na primjeru vode

U čvrstom obliku je nazivamo led,

u tekućem voda, 

a u plinovitom vodena para.

Led se zagrijava i nastaje voda.

Voda zagrijavanjem isparava.

Hlađenjem vode na temperaturu tališta voda se ledi i očvršćuje.

Kad led izravno prelazi u vodenu paru, kažemo da sublimira.

Led  ⇒  vodena para (sublimacija)

Kondenzacija  je proces pri kojem tvar prelazi iz plinovitog

u tekuće agregacijsko stanje.

Vodena para ⇒  voda (kondenzacija)

Skrućivanje (kristalizacija) je proces pri kojem tvar prelazi 

iz tekućeg ili plinovitog u čvrsto agregacijsko stanje.

Voda ili vodena para  ⇒  led (kristalizacija)

Agregacijsko stanje tvari ovisi:

•  o vrsti tvari
• uvjetima tlaka
• i temperature.

Istražite što se zbiva tijekom taljenja leda i vrenja vode

Prijelaz neke tvari iz jednog u drugo agregacijsko stanje

vezan je s prijelazom topline između promatrane tvari i okoline.

Za taljenje leda treba dovoditi toplinu.

Zagrijavanjem leda u čaši temperatura postupno raste do 0 °C.

Sve dok se cijeli led ne rastali,

termometar pokazuje istu vrijednost temperature.

Nakon što se sav led rastali,

tijekom daljnjeg zagrijavanja temperatura vode u čaši raste,

sve dok ne dostigne vrijednost od 100 °C.

Temperatura vode se ne mijenja dok sva voda ne ispari.

Istražite što se zbiva tijekom zagrijavanja leda.

Led koji se nalazi u čaši polagano zagrijavajte i pažljivo miješajte termometrom.

Očitavajte i bilježite temperaturu svake minute, dok voda ne provrije.

Dobivene podatke prikažite grafički tako da na os apscise (os x)

upišete vrijeme u minutama,

a na os ordinate (os y) temperaturu u stupnjevima Celzijusa.

Opišite izgled krivulje i istražite zašto se tijekom taljenja leda i vrenja vode

temperatura nije mijenjala.