1.5 Sljedeća jedinica Fizikalne i kemijske promjene tvari
1.4

Tvar i fizikalna svojstva tvari

Moći ću:
  • definirati tijelo, tvar, materijal i uzorak
  • navesti fizikalna svojstva tvari
  • razlikovati tvari na temelju njihovih fizikalnih svojstava
  • odrediti talište, vrelište, gustoću i topljivost tvari (tvrdoću, magnetska svojstva, električnu i toplinsku vodljivost)
  • eksperimentalnim i računskim putem odrediti gustoću tvari
  • čestičnim crtežom prikazati agregacijsko stanje tvari
  • usporediti agregacijska stanja tvari pri različitim temperaturama
  • usporediti promjenu gustoće s promjenom agregacijskog stanja 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.

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.

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. Tvari kemičari još nazivaju supstancije.

Tvari u prirodi kruže. 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.

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.

Na slici su prikazani različiti predmeti građeni od razičitih tvari. Od lijeva na desno u prvom redu su prikazani: miš za računalo , digitron, plavi metalni bušač papira, plavi trokut . U drugom redu su prikazani: škare ,gumica, olovka, plastična kutijica sa špicama za olovke, šestar, mali blok papir roze , kutomjer i ljepilo u bijeloj plastičnpj boci. Ispod je ravnalo plave boje.
Primjeri različitih tvari

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.

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 ispitivanih tvari – uzorke tvari.

Na slici je prikazana djevojčica smeđe kose i očiju koja u rukama drži epruvetu s plavom tekućinom u visini očiju.
Uzorak neke 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 masum,

i  zauzima volumenV.

Gustoćuρ,  iskazujemo omjerom tih  dviju fizikalnih veličina:

\rho =\dfrac{m}{V}

Simbol za gustoću je grčko slovo (ro).

Jedinica za masu je kg, a volumena \pu{m3} .

Prema tome gustoća se iskazuje  u \pu{kg/m3} .

U kemijskom laboratoriju za pokuse koriste vrlo male količine tvari,

dopušteno je gustoću iskazati i u \pu{g/cm3} .

Gustoća vode je \pu{1 g/cm3} .

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.

 

Fizikalna svojstva tvari

Kod opisa uzorka obično govorimo o veličini, boji, agregacijskom stanju i  gustoći. Navedena svojstva su fizikalna svojstva tvari, a 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:

 

\rho =\dfrac{m}{V}

 

Simbol za gustoću je grčko slovo (ro).

Jedinica za masu je kg, a volumena \pu{m3} .  Prema tome gustoća se iskazuje  u \pu{kg/m3} , ali kako se u kemijskom laboratoriju za pokuse koriste vrlo male količine tvari, dopušteno je gustoću iskazati i u \pu{g/cm3} .

Gustoća vode je \pu{1 g/cm3} . Tvari s manjim gustoćom od vode plutaju na vodi, a tvari s većim 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.

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

U čašu s vodom ulili smo jestivo ulje. Zaključujemo da ulje ima:

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

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.

Riješeni primjer 1

Kolika je gustoća bakra?

Za određivanje gustoće bakra Darko je dobio komadić bakrene žice. Žica je bila predugačka pa ju je Darko savio tako da može stati u menzuru. Izvagao je uzorak na digitalnoj vagi koja je pokazivala masu od \pu{17,8 g} . Ulio je u menzuru 15 mL vode. Uronio je uzorak u vodu, a razina vode se podigla do oznake 17 mL. Darko je na temelju rezultata pokusa s lakoćom izračunao gustoću bakra. Dobivenu vrijednost izrazio je u gramima po centimetrima kubičnim. Koju je vrijednost Darko dobio?

Zadano je:

m\textrm{(bakar)} = \pu{17,8 g}
V_1\textrm{(voda)} = \pu{15 mL}
V_2\textrm{(voda + bakar)} = \pu{17 mL}

Traži se:

\rho\textrm{(bakar)} = \:?

Izradak:

\rho\textrm{(bakar)} = \dfrac{m\textrm{(bakar)}}{V\textrm{(bakar)}}

 

V\textrm{(bakar)} = V_2 – V_1 = \pu{17 mL} – \pu{15 mL} = \pu{2 mL} = \pu{2 cm3}

 

\rho\textrm{(bakar)} = \dfrac{\pu{17,8 g}}{\pu{2 cm3}} = \pu{8,9 g//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.

Električna vodljivost je pojava da neka tvar vodi električnu struju. Takve tvari nazivamo električnim vodičima. Svi metali su dobri vodiči električne struje. Voda i led također vode električnu struju, ali slabije od metala. Naše je tijelo, također, vodič električne struje.

Na slici je prikazan prolazak struje kroz čeličnu vunu. Sa svake strane čelične vune prikvačene su male metalne kleme u obliku štipaljki. Uz rubove klema stvara se žar narančaste boje koji nastaje zagrijavanjem vune. Kleme su postavljene na keramičku bijelu pločicu kvadratnog oblika.
Prolazak struje kroz čeličnu vunu.

Izolatori su tvari koje ne vode električnu struju.

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

Većina plastičnih materijala su odlični izolatori.

Tvari koje ne provode električnu struju su izolatori. Tako su suho staklo, porculan, guma i većina plastičnih materijala odlični izolatori.

Na slici je prikazan strujni krug koji se sastoji od izvora struje (četiri crveno crne baterije Panasonic ), vodiča (žice koje su obložene u crnu i crvenu gumu), žarulje koja se nalazi na drvenom predlošku i drvenog štapića za sladoled koji se nalazi između dvije crvene žice. Žarulja ne gori jer drvo prekida vođenje struje.
Drvo ne vodi električnu struju

Tvari se razlikuju i prema toplinskoj vodljivosti.

Metali su općenito dobri vodiči topline.

Među metalima bakar najbolje provodi toplinu.

 

Više informacija o električnoj vodljivosti možete pronaći u jedinici 1.2 Električni vodiči i izolatori u DOS-u Fizika 8.

 

Tvari se razlikuju i prema toplinskoj vodljivosti. Metali su općenito dobri vodiči topline. Među metalima bakar najbolje provodi toplinu.

Pozorno proučite sliku. Objasnite zašto se čeličnom loncu za kuhanje dno često oblaže bakrom.

Odgovor:

Čelik je loš vodič topline, ali je vrlo postojan pri zagrijavanju i odlično se održava. Da bi nadoknadili manjkavosti ovih lonaca proizvođači dna čeličnih lonaca oblažu bakrom. Bakar je metal koji ima veliku toplinsku vodljivost. Oblaganje dna čeličnog lonca bakrom, omogućava ravnomjerno vođenje topline.

Oprez!
Pri zagrijavanju tvari metalni laboratorijski pribor se jako ugrije i može doći do opeklina. Vruće  posude ne smiju se hvatati mokrom krpom jer je voda dobar vodič topline.

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Upišite u rečenice ponuđene pojmove, tako da tvrdnje budu točne; izolatori, električnoj, metali, toplinu, toplinskoj, električnu struju.

 

Ako je u neku od tvrdnji potrebno upisati više pojmova, poštujte abecedni redoslijed pri upisu.

 

Tvari se međusobno razlikuju po
i
vodljivosti.
Drvo ne vodi
, a slabo vodi
.
su tvari koje ne vode ili loše vode električnu struju, a poznati su vodiči električne struje
.
Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

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.

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.

Na slici je prikazana ruka koja drži magnet crvene boje u obliku kvadra na plavoj podlozi. Strugotina željeza je crne boje i nalazi se u staklenom tanjuriću okruglog oblika. Magnet privlači željezo.
Magnet privlači željezo.

Više informacija o magnetizmu možete pronaći u jedinici 1.5 Električna struja i magnetizam u DOS-u Fizika 8.

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Koji metal nema magnetska svojstva?

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Tvari se razlikuju i prema topljivosti u vodi.

Šećer i sol se otapaju u vodi,

dok se guma i plastika ne otapaju.

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.

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. liqidu= tekući)

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.

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.

 

Na slici su prikazani predmeti različitih agregacijskih stanja i prikaz čestične građe tvari, Iznad svakog predmeta, čestice su prikazane kao crveni štapići. U čvrstoj tvari čestice se drže skupa čvrstim vezama. Čvrsta tvar na slici je zlatni uteg. U tekućem stanju čestice se drže labavije. Prikazana je plava posuda s vodom. U plinovitom stanju čestice su raspršene i veze su slabe. Prikazan je napuhani plavi balon.
Čestična građa tvari u čvrstom, tekućem i plinovitom agregacijskom stanju

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.

 

 

Krutine ili tvari u čvrstom agregacijskom stanju imaju stalan oblik i stalan volumen. Čestice tvari su međusobno vrlo blizu  i ne mogu se slobodno gibati.

Tvari u tekućem agregacijskom stanju imaju stalan volumen, ali ne i oblik. Tekućine poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Čestice su kod tekućina udaljenije nego kod krutina, čestice se mogu gibati na malim udaljenostima. Gustoća većine tekućina manja je od gustoće čvrstih tvari.

Plinovi nemaju ni stalan oblik ni stalan volumen. Čestice su međusobno jako udaljene i mogu se nepravilno i slobodno gibati gotovo neovisno jedna o drugoj. Plinovi popunjavaju prostor u kojem se nalaze. Zbog mnogo slobodnog prostora među česticama, plinove se može zbiti na manji volumen, odnosno 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.

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.

Promjene agregacijskih stanja najlakše je uočiti na primjeru vode. U čvrstom obliku je nazivamo led, u tekućem voda, a u plinovitom vodena para. Vodena para je bezbojna pa ju ne možemo vidjeti.

Led se zagrijavanjem tali i nastaje voda. Voda zagrijavanjem isparava, a hlađenjem vodena para kondenzira. Hlađenjem vode na temperaturu tališta voda se ledi – očvršćuje. Kad led izravno prelazi u vodenu paru kažemo da sublimira.

Taljenje je prijelaz  čvrste tvari u tekuću.

Isparavanje je prijelaz tekuće tvari u plinovitu.

Kondenzacija (ukapljivanje) je prijelaz plinovite tvari u tekuću.

Kristalizacija (skrućivanje) je prijelaz tekuće ili plinovite tvari u čvrstu.

Sublimacija je prijelaz čvrste tvari u plinovitu.

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.

Za znatiželjne
Na slici su prikazane dvije čaše i dvije kocke leda ispred čaša . Prednja čaša je ispunjena do pola vodom i kockama leda koji se otapa na površini .Temperatura vode u čaši ostat će ista sve dok se led do kraja ne otopi.

Istražite što se zbiva tijekom taljenja leda i vrenja vode

Prijelaz neke tvari iz jednog u drugo agregacijsko 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 mijenjala 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.


 

Zašto sante leda plutaju u moru?

Odgovor:
Sante leda plutaju površinom mora jer led ima manju gustoću od mora (kao i od vode).

Aluminij se tali na temperaturi od \pu{660 ^{\circ}C} . U kojem će agregacijskom stanju biti aluminij na
temperaturi od:
a) \:\pu{1000 ^{\circ}C}
b) \:\pu{500 ^{\circ}C}

Odgovor:

Aluminij je pri:

a) \pu{1000 ^{\circ}C} u tekućem agregacijskom stanju
b) \pu{500 ^{\circ}C} u čvrstom agregacijskom stanju

Na kraju…

Riješite interaktivne zadatke u kvizu!

Povežite navedenu tvar s agregacijskim stanjem u kojem očekujete da će biti pri \pu{25 ^{\circ}C} .

Povlačenjem elemenata uskladi odgovarajuće parove.

Spojite parove premještajući pojmove po stupcima.

Odredite do koje promjene agregacijskog stanja dolazi kad se:

razina vode u akvariju postupno smanjuje iako voda ne istječe iz akvarija

sublimacija

vjetrobransko staklo prekriva ledom kada na njega padnu kapljice kiše

isparavanje

snjegović za tjedan dana smanji, a temperatura je ispod nule.

kondenzacija

stvaraju oblaci

kristalizacija

rastaljena lava hladi stvarajući stijene

kristalizacija

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Više informacija o ovoj temi možete pronaći u jedinici 1.1 O tijelima i tvarima u DOS-u Fizika 7.