SKUPENSKÉ STAVY LÁTOK
SKUPENSKÉ STAVY LÁTOK
Látky sa môžu vyskytovať v troch skupenských stavoch : plynnom skupenstve, kvapalnom skupenstve a tuhom skupenstve. Medzi tieto skupenstvá sa niekedy zaraďuje aj tzv. štvrtý skupenský stav - plazma. Pôsobením vonkajších podmienok môžu látky prechádzať z jedného skupenského stavu do druhého.
Pochopenie podstaty týchto premien umožnilo až poznanie vnútornej štruktúry hmoty. Všetky látky sa skladajú z atómov, molekúl alebo iónov, teda z oddelených štruktúrnych jednotiek. Medzi základnými jednotkami v látke zostávajú väčšie alebo menšie medzery, čo umožňuje vysvetliť' stlačiteľnosť látok, difúziu v latkách a iné javy. Základné štruktúrne jednotky sú v neprestajnom pohybe, ktorý môže byť postupný (translačný), rotačný a vibračný. Atómy, molekuly alebo ióny pôsobia na seba navzájom súdržnými silami. Veľkosť súdržných síl závisí od chemického charakteru týchto častíc.
Skupenské stavy sa odlišujú stupňom usporiadanosti základných častíc a rozhodujú o nich vonkajšie stavové podmienky (teplota a tlak) a súdržné sily medzi základnými časticami.
Veľkosť súdržných síl |
Stupeň usporiadania: |
||
neusporiadaný, náhodný stav |
usporiadaný stav |
||
Malá Stredná Veľká |
plyny kvapaliny sklá |
- kvapalné kryštály tuhé kryštalické látky |
|
SKLÁ
Pri určitých podmienkach možno kvapalinu podchladiť a zachovať v kvapalnom stave aj pod teplotou tuhnutia. Niektoré podchladené kvapaliny majú malú tendenciu kryštalizovať. Ak takáto kvapalina je aj extrémne viskózna. teda nepohyblivá. nazýva sa sklo.
CHARAKTERISTIKA SKUPENSKÝCH STAVOV
V plynnom skupenstve sú základné častice ďaleko od seba, takže prakticky sa neuplatňuje ich vzájomné silové pôsobenie. Pohybujú sa chaoticky veľkými rýchlosťami, pričom vykonávajú translačný a rotačný pohyb. Preto sú plyny ľahko stlačiteľné a rovnomerne zaplnia celý dosiahnuteľný priestor. Tlak plynu vzniká nárazmi molekúl plynu na steny nádoby; molekuly pritom prenášajú na steny svoju hybnosť.
V kvapalnom skupenstve sú základné častice viazané na seba väčšími príťažlivými silami. Preto kvapalina zachováva svoj objem a má malú tepelnú rozťažnosť a stlačiteľnosť. Súdržnosť molekúl však nezabraňuje ich postupnému pohybu. Preto sú kvapaliny tekuté a prispôsobujú sa tvaru nádoby.
V tuhom skupenstve sú základné častice usporiadané v priestore pravidelne do kryštálovej mriežky. Veľké príťažlivé sily im neumožňujú konať postupný pohyb, môžu len kmitať okolo určitej rovnovážnej polohy (vibračný pohyb). Preto tuhé látky menia len veľmi ťažko objem a tvar.
Pri zohrievaní tuhej látky sa zvyšuje kinetická energia jednotlivých častíc a ich rozkmit sa zväčšuje. Pri určitej energii prekonajú častice príťažlivé sily a uvoľnia sa z kryštálovej štruktúry. Nastáva rozpad (deštrukcia) kryštálu, látka sa topí, mení sa na kvapalinu. Ďalším zohrievaním kvapaliny sa postupne zväčšuje pohyb základných častíc a tie, ktoré nadobudnú väčšiu energiu než zodpovedá vzájomným príťažlivým silám, sa môžu z kvapaliny odpútať. Nad kvapalinou tak vzniká para
SKUPENSKÉ PREMENY
Prechod látok z jedného skupenstva do druhého súvisí so zmenou vnútornej energie. Pri zohrievaní látok sa teplota zvyšuje, až kým nenastane zmena skupenstva. Pri zmene skupenstva sa privádzaná energia spotrebúva na prekonanie medzimolekulových príťažlivých síl. Preto sa teplota zohrievanej látky nezmení dovtedy, kým neprejde celé množstvo látky do druhého skupenstva.
Teplo, potrebné na premenu skupenstva, nazývame skupenské teplo. Okrem znamienka sa zhoduje s teplom, ktoré sprevádza opačnú skupenskú premenu.
REÁLNE PLYNY
Pri skutočných. čiže reálnych plynoch platia zákony ideálnych plynov len približne. Odchýlky od ideálneho správania sa prejavujú tým viac, čím je nižšia teplota a čím vyšší je tlak plynu. Príčina odchýlok od ideálneho správania je dvojaká.
Na rozdiel od ideálneho plynu zaberajú molekuly reálneho plynu určitý objem. ktorý nemožno stlačiť. Preto majú plyny pri vysokých tlakoch väčší objem, než zodpovedá stavovej rovnici ideálneho plynu.
Medzi molekulami reálnych plynov sa na rozdiel od ideálneho plynu uplatňujú
medzimolekulové príťažlivé van der Waalsove sily.
ZÁKONY IDEÁLNYCH PLYNOV
Vzhľadom na jednoduché pomery v plynoch bolo možné odvodiť vzťahy medzi tlakom, objemom a teplotou plynu. Tieto vzťahy platia presne iba pri tzv. ideálnom plyne, ktorý sa vyznačuje tým, že medzi jeho molekulami nepôsobia žiadne príťažlivé sily, pri zrážkach sa molekuly správajú ako dokonale pružné gule a ich objem je prakticky nulový (hmotné body). Reálne plyny sa tomuto modelu približujú tým viac, čím majú nižší tlak a čím vyššia je teplota.
PLYNNÉ SKUPENSTVO
Hlavným znakom plynného skupenstva je veľká rozptýlenosť molekúl, ktoré sa môžu voľne pohybovať a vykonávať pritom postupný a rotačný pohyb. Postupná rýchlosť molekúl plynu a ich kinetická energia je priamo úmerná teplote
KVAPALNÉ SKUPENSTVO
Kvapaliny tvoria prechod medzi tuhým a plynným skupenstvom. V blízkosti teploty tuhnutia majú niektoré vlastnosti podobné vlastnostiam tuhých látok a v blízkosti teploty varu vlastnosti podobné vlastnostiam stlačených plynov. Preto nemožno definovať všeobecne platný model kvapaliny - ideálnu kvapalinu, podobnú modelu ideálneho plynu, resp. ideálneho kryštálu. Príťažlivé sily medzi časticami v kvapaline sú oveľa väčšie ako v plynnom skupenstve a spôsobujú povrchové napätie kvapalín a viskozitu kvapalín.
Veľká súdržnosť molekúl v kvapaline nezabraňuje molekulám, ktoré v určitom okamihu majú vyššiu energiu. opustiť kvapalinu. Nad kvapalinou tak vzniká para, t. j. plynné skupenstvo danej látky. Molekuly v plynnej fáze pri náraze na hladinu sa vracajú späť do kvapalnej fázy. Pri konštantnej teplote sa ustáli v systéme kvapalina - para dynamická rovnováha. V tomto stave sa počet molekúl opúšťajúcich kvapalinu rovná počtu molekúl vracajúcich sa do kvapaliny. Para, ktorá je v rovnováhe s kvapalinou. sa nazýva nasýtená para