Změny skupenství

V tomto videu se podíváme ne mechanismy změn mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím a na potřebě tepla pro tyto změny.

Vlastnosti jednotlivých skupenství

Pevné skupenství

Pevné látky můžeme rozdělit na krystalické a amorfní. Krystalické látky mají molekuly v jasně dané struktuře, která je zachována v celém objemu. Jedná se například o kovy,  nebo nerosty. Tyto látky mají molekuly blízko u sebe, silně vázané přitažlivými silami a nemohou se volně v objemu látky pohybovat.

Amorfní (beztvaré) látky opakující se strukturu na molekulární nemají. Jako příklad takové látky může sloužit sklo nebo vosk.

Kapalné skupenství

Kapaliny již své molekuly mají vázány volněji, což kapalině umožňuje téct a přizpůsobit se tvaru nádoby, do které ji nalijeme. Nejsou ale vázány tak volně, aby zaplnily celý prostor jako plyny. Zároveň na hranici s plyným prostředím vytvářejí hladinu kolmou na gravitační zrychlení (pokud je kapalina v klidu).

Plynné skupenství

Molekuly plynu nevážou téměř žádné přitažlivé síly. Mají vysokou kinetickou energii, zaplní celý objem prostoru, kde se nacházejí a difuze je v nich extrémně rychlá.

Tání a tuhnutí

Přechod z pevného skupenství (fáze) do kapalného nazýváme tání, z kapalné do pevné tuhnutí. U krystalických látek je tato změna spjata s určitým množstvím tepla - při tání musíme tající látce teplo dodat, při tuhnutí z látky naopak stejné množství tepla odebrat. Tomuto teplu říkáme měrné skupenské teplo tání (tuhnutí) a označujeme jej l_t. 

l_t nám říká, kolik tepla je potřeba ke změně skupenství 1 kg dané látky, jedná se tedy o konstantu vlastní konkrétní látce. Pokud chceme znát teplo Q nutné ke změně skupenství celého tělesa, vynásobíme l_t hmotností m.

Zde musím zdůraznit, že změna skupenství se u krystalických látek děje při stálé teplotě (teplota tuhnutí, resp. teplota tání). Pokud začnu dodávat teplo intenzivněji, pouze urychlím fázovou změnu a dokud není fázová změna dokončena, teplota neroste.

Amorfní látky nemají teplotu tuhnutí, resp. tání, protože jejich fázová změna funguje jinak. V určitém teplotním intervalu postupně měknou a není přesná teplotní hranice mezi pevným a kapalným skupenstvím.

Kondenzace a vypařování

Přechod z kapalné fáze do plynné se nazývá vypařování, z plynné do kapalné kondenzace nebo též zkapalnění. Podobně jako u tání a tuhnutí i tyto přeměny probíhají za konstantní teploty a vyžadují přesunout určité množství tepla.

Množství tepla potřebné ke vypaření (kondenzaci) 1 kg látky označujeme jako měrné teplo vypařování l_v (kondenzace l_k).

Sublimace a desublimace

Ne příliš častou skupenskou přeměnou je přímý přechod z pevného skupenství do plynného, např. jód. Přechod z pevné látky na plynnou nazýváme sublimací, opačný desublimací.