Балқу жəне конденсация

Сабақ тақырыбы: 5 бөлім. Жердегі және ғарыштағы фазалық өтулер

5.1 Балқу және кристалдану. Заттың фазасы туралы түсінік

Сабақ мақсаты:

Қатты денелерді сипаттап, заттың үш күйін атап көрсету, заттың фазасына тоқталу. Балқу және кристалдану туралы түсінік беру

Студенттердің өз бетімен ғылыми ой қорытындыларын жасай алуға, логикалық ойлау қабілетін арттыруға жетелеу. Қатты денелердің балқуы және қатаюы туралы түсіндіріп беру

Жауапкершілікке, белсенділікке, тиянақтылыққа, еңбекқорлыққа тәрбилеу

Сабақ түрі: жаңа сабақ

Сабақ әдісі: аралас сабақ

Техникалық оқыту құралдары: ноутбук

Құрал-жабдықтар:дидактикалық материалдар, сөзжұмбақ плакаты, интерактивті тақтада слайдтар арқылы түрлі көріністер, алты түрлі диафидльмдер

Сабақ барысы:

Ұйымдастыру кезеңі

Сабақтың көрнекілігі:

Өткенді қайталау сұрақтары:

1.Булану дегеніміз не? Олардың түрлері

2.Конденсация дегеніміз не? Мысал келтіріңіз

3.Конденсация кезінде булану жылдамдығы неге тең?

4.Критикалық температура дегеніміз не? Кейбір заттар үшін критикалық температура неге тең?

5.Ауа ылғалдылығын сипаттайтын шамалар, олардың анықтамалары

6.Қайнау дегеніміз не? Ол процесс қалай өтеді?

7.Газдар мен қатты денелерде қайнау температуралары қанша градустарға тең болады?

8.Жұғатын, жұқпайтын сұйықтар туралы түсіндіріп беріңіз? Бір-бірінен айырмашылығы қандай?

9.Капиляр,капилярлық құбылыстар дегеніміз не?

10.Ауаның салыстырмалы ылғалдылығын өлшейтін құралдар

11.Қатты денелер нешеге бөлінеді, оларды ата

12.Кристалл денелердің салыстырмалы сипаттамалары?

13.Қыздыру кезінде заттар көлемінің өзгеруінің графигін сызып, түсіндіріңіз

14.Кристаллография дегеніміз не?

15.Деформация дегеніміз не? Оның түрлері

16.Гук заңын айтып беріңіз

Жаңа тақырып

Неліктен бір күйдегі зат үш түрлі күйде де кездесе алады? Заттар кішкентай бөлшектер - молекулалардан тұратынын біз білеміз. Сол молекулалар бір агрегаттық күйден екіншісіне өткенде өзгереді ма? Өзгермейді. Олардың тек сыртқы пішіні ғана немесе физика тілімен айтқанда «агрегация» ғана (лат. аqreqo- қосылу) өзгереді. Бір заттың молекулалары әртүрлі агрегатты күйде сол молекула болып қала береді. Бірақ олардың бір-біріне қатысты орналасуы, өзара әрекеттесуі және қозғалыс сипаттамасымен ерекшеленеді, сондықтан бұл сипаттамалар газ, сұйық және қатты дене қасиеттерін анықтайды.

1 слайд (00.41)

Осы үш күйде тұратын сұйық ол су. Осы су құрамы бойынша диафильм көріп кетейік.

Жалпы, заттар сыртқы ортаға байланысты үш түрлі агрегаттық күйде болады: газ, сұйық және қатты. Заттың бір агрегаттық күйден екінші күйге ауысуы фазалық ауысу деп аталады және жүйе энергиясының өзгеруімен жүреді, оның еркін энергиясының, энтропиясының, тығыздығының, т.б. физикалық қасиеттерінің секірмелі өзгеруімен қоса қабат жүреді. Бір заттың әртүрлі агрегаттық күйдегі химиялық қасиеті мен құрамы бірдей де, физикалық сипаты өзгеше болады. Заттың агрегаттық күйі температура мен қысымға тәуелді.

Заттың бір агрегаттық күйден басқа бір күйге ауысуын анықтайтын алты процесс бар, оларды фазалық ауысулар деп атаймыз: балқу, кристалдану, булану, конденсация, сублимация, десублимация.

Булану мен конденсация процестері туралы біз алдыңғы сабақтарда өткеміз. Осы сабақта қарастыратынымыз: балқу мен кристалдану.

Балқу, булану кезінде жылу сіңіріліп, ал конденсациялану және кристалдану кезінде жылу бөлінеді. Заттың қатты күйден сұйық күйге өтуі балқу, ал сұйық күйден қатты күйге өтуі қатаю немесе кристалдану деп аталады.

Бұл процесстер сіздермен өзіңіз байқамасаңыз да, өмірде жиі кездесіп тұрады.

Затты қоршаған орта жағдайын, мысалы, температураны, қысымды өзгерту арқылы оны бір агрегаттық күйден екіншіге, одан әрі үшіншіге немесе бұл құбылысты керісінше де жүргізуге болады екен. Кәдімгі тіршілік тірегі іспеттес суды мұзға да, буға да және буды да, мұзды да суға түрлендіруге болатыны белгілі. Осы табиғи құбылысты пайдаланып, яғни агрегаттық күйдің ауысуы арқылы табиғатын аса маңызды және түбегейлі заңдылығын байқау қиын емес. Айталық, бірте-бірте заттардың температурасы мен қысымын өзгерткенде, бөлшектердің ара қашықтығы да өзгереді және белгілі бір шартты жағдайда өзгерістегі заттың жаңа агрегаттық күйі пайда болады.

2 слайд (01.04)

Қорғасынның балқуы туралы диафильм көріп өтелік. Бізге қажет құралдар: қорғасын, қыздырғанға жанарғы, шыны түтікше. Шыны түтікшеге қорғасын ұнтақтарын салып, қыздыра бастаймыз. Қорғасынның балқу температурасы327°С тең екенін білеміз. Сол температураға жеткенде, қорғасын балқи бастайды. Сұйыққа айналған қорғасынды суық суға салсақ, лезде сұйық қорғасын қатты денеге айналады.

3 слайд (00.41)

Алтын және күміс ұнтақтарын балқыту.

Ұнтақтарға жабысқан артық бөлшектерді магниттау арқылы алып тастаймыз.

Тығыз жабылатын қақпағы бар үлкен ыдысқа ұнтақты төгеміз.

Магнитті ұнтағы бар ыдысқа саламыз да, ішіндегі темір ұнтақтар магнитке жабыссын деп ыдысты шайқаймыз.

Магнитті шығарып алып, қыздыру үшін темір қалыпқа ұнтақтарды саламыз.

Қызыл болғанша ұнтақтарды қатты қыздырамыз.

Қызыл ұнтақ суыған соң пергамент қағазға салып, флюспен (ерітінді) сулап, ораймыз (Флюс – органикалық және органикалық емес заттардан шығатын, жоғарғы қабаттан қышқылды өшіруге арналған қоспа)

Балқыта бастаймыз

Ұнтақтарды балқытқаннан кейін пайда болған қоспаны қалыптан аламыз.

Жоғары температураға төтеп беретін, балқымайтын қатты дене жоқ шығар. Ерте ме, кеш пе ол дене бәрі бір сұйыққа айналады. Неліктен екен?

Температураның жоғарлауына байланысты, молекулалар жылдам қозғала бастайды. Қыздыру кезінде тек дененің молекула-кинетикалық энергиясы ғана емес, сонымен қатар атомдардың әрекеттесуінен пайда болатын потенциалдық энергия да өседі. Кристалл күйдегі қатты дене атомдары кристалдық тор түйіндерінің маңында әлсіз тербеліс жасайды. Мұндай денелердің құрылымы атомдардың реттелгендік (алыс және жақын реттелгендік) дәрежесінің жоғарылығымен сипатталады. Сұйық молекулаларының (атомдарының) жылулық қозғалысы молекулалардың тепе-теңдік қалып маңындағы әлсіз тербелістері мен олардың бір тепе-теңдік қалыптан басқа бір тепе-теңдік қалыпқа секірмелі түрде жиі ауысып тұруынан құралады. Сұйық бөлшектерінің тепе-теңдік қалыпқа ауысуы олардың орналасуында тек жақын реттіліктің болатындығын және оларға қозғалғыштық пен аққыштық қасиеттер тән екендігін көрсетеді. Температура жоғарлағанда, қатты шайқалатын атомдардың арасындағы реттік байланысты сақтап қалу мүмкін емес болады. Сол уақыттан бастап, кристалл тор қирай бастайды, нәтижесінде, атомдар арасындағы арақашықтық алыстай түсіп, қатты дене балқиды. Сондықтан, қыздыру энергиясының негізгі бөлігі кристал торын, яғни зат бөлшектерінің арасындағы байланысты төмендеткенге жұмсайды екен. Бұл ретте, бөлшектер арасындағы арақатынас энергиясы жоғарылайды.

Балқыған зат қатты күйдегі затқа қарағанда, ішкі энергия қоры жоғары болады. Балқудың қалған жылу бөлігі балқу кезіндегі дене көлемінің өзгеруіне жұмсалады.

Қалай сұйық буға айналуы кезінде жылуды қажет етсе, тура солай қатты дененің сұйыққа айналуы кезінде де жылуды қажет етеді. Сол температурада балқыған дененеге кристалл масса бірлігінің ауысуына қажет жылу мөлшерін балқудың жылулығы деп аталады. Мысалы, 1 кг мұздың балқуы үшін 3,33 · 10⁵ Дж (80 ккал) қажет етеді. Массалары бірдей мұз бен қорғасынды алсақ, мұзға 10 есе көп энергия жұмсауға қажет етеді. Себебі, мұз - жоғары балқу температурасы бар денеге жатады. Мұздың жоғары балқу жылуынан көктемде қардың еруінің баяу болатыны да сондықтан.

4 слайд

Төрт қатты заттар үшін балқу температурасын диафильм арқылы көрейік.

Төменде кейбір заттардың балқу температурасы көрсетілген.

1 кесте.Балқу/кристалдану температуралары, °С

Заттың қайта қатты денеге сұйық немесе газ күйінен қайта ауысуы мүмкін. Сұйықты салқындатқанда қатты денеге ауысу процесі кристалға ауысу процесі (кристалдану) және ол белгілі бір кристалдану температурасында өтеді. Себебі, мұндай ауысуда жүйе энергиясы төмендейді. Энергияны сақтау заңына сәйкес, балқу және кристалдану процесіндегі жылу бір-біріне тең болу керек.

Егер кристалды дененің балқуын салқындатсақ, онда оның (қатты дене кристалының пайда болуы) кристалдануы басталады. Бір қызығы, кристалдану кезінде сұйықтың барлығы қатпайынша, сұйық және қатты заттардың температурасы тұрақты болып қала береді. Ол балқу температурасына тең болады екен.

5 слайд

Қалайының балқуы мен кристалдануын тәжірибе арқылы диафильмді көрейік.

Дененің балқуы мен қатаюын көп жағдайда график түрінде бейнелейді. Сол графиктердің біреуін қарастырайық. Мысалы, қасыққа кішкентай қорғасын бөлігін салып, жанарғымен қыздыралық.

АВ бөлігінде жанарғы әлі жанбаған және қорғасын 20 °С бөлме температурасында болатын. ВС бөлігінде қатты қорғасын аздап қыздырылып, оның температурасы 327 °С балқу температурасына жетті. Одан соң, ол біраз уақытқа дейін тұрақты болды да, қорғасын ақырын балқи бастайды,температураның жоғарлауы тоқтатылып, балқу процесі тоқтағанша, температура тұрақты болып қала береді, қасықта бір мезгілде қатты және сұйық қорғасын бірге болды (CDбөлігі). Бұл сатыны өткен соң, сұйық қорғасын температурасы қайта жоғарыла бастайды, себебі жанарғы әлі де жанып тұрады (DЕбөлігі).

Е нүктесіне сәйкес келетін уақытта, жанарғыны өшірді, сонда сұйық қорғасын температурасы төмендей бастағанын көреміз (EFбөлігі). Өзіміз көріп отырғанымыздай, қыздыруға қарағанда, салқындау баяу өтіп жатты (EF және DE бөліктерінің қисаюын салыстырыңыз).F нүктесінде балқу температурасы 327 °С-ге жетті және кристалдану болғандықтан, ұзақ уақыт тұрақты болып қалды. Сәйкесінше,FG бөлігінде қатты және сұйық қорғасын бірге болады. GH бөлігінде толық қатты денеге айналған қорғасын суйыды.

Графиктің жасыл бөлігі жылуалмасудың болмағанын, көк түсті бөлігі қорғасынның жылу алғанын, ал қызыл бөлігі жылу бергенін білдіреді.

6 слайд

Жылдам мұзды алатын тәжірибе жасаймыз. Мұның құпиясы мынада, біздің тәжірибеде су емес, ацитат натрия ерітіндісі қолданылады. Сондықтан, бізге керегі: ас содысы, сірке суы. Оларды жақсылап таза ерітінді алғанша араластыра береміз. Егер ерітінді тұнық емес болып шықса, кішкене сірке суын қосамыз. Ал егер еріндіден қатты иіс шығып тұрса, онда кішкене тұз қосамыз. Пайда болған ерітіндіні баяу жылуда буландырамыз, үрлегенде жұқа қабат біліну керек. Кейін пайда болған ерітіндіні таза ыдысқа құйып, 10-15 градусқа дейін суытамыз. Ерітіндіні кристалдан қайта қалпына келтіру үшін водяной баняда жылыту керек. Ерітінді қатаюы, кез келген сыртқы бөлшектердің әсер етуінен байқалады. Әсіресе ол ацитат натридың әсерінен білінеді.

Қорытынды жасайық (балқу және кристалдану процесінің басты қасиеттерін белгілейік)

әрбір заттың өзінің балқу температурасы болады

балқу және кристалдану белгілі бір температурада өтеді

балқу кезінде берілетін энергия кристал торын бұзуға жұмсалады

балқу температурасы кристалдану температурасына тең

кристалдану кезінде жылу бөлінеді

балқу процесі энергияны жұтумен өтсе, ал кристалдану энергия бөлу арқылы өтеді

берілген заттың балқу температурасы қысымға тәуелді

Оқулықтар:

Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/ Б. Кронгарт, В. Кем, Н. Қойшыбаев – Өңд., толықт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010. 384 б.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 1990

Бақылау сұрақтары:

Қатты денеден сұйыққа ауысқанда молекула жылдамдығы қалай өқзгереді? (Қозғалыс жылдамдығы өседі)

Молекула орналасуы қалай өзгереді? (Молекула арасындағы арақашықтық өседі)

Заттың ішкі энергиясы қалай өзгереді? (Заттың ішкі энергиясы жоғарылайды)

Балқу кезінде заттың молекулалары өзгереді ма? (Молекуланың өздері өзгермейді)

Балқу кезінде заттың температурасы қалай өзгереді?

Әртүрлі заттарды балқыту үшін бірдей жылу мөлшері қажет етеді ма? (Ия)

Қорытындылау:«Балқу және кристалдану. Заттың фазасы туралы түсінік» тақырыбынтест түрінде қорытындылау

Бағалау

Үйге тапсырма: «Балқу және кристалдану. Заттың фазасы туралы түсінік» тақырыбын оқу

Графикке қарап сұрақтарға жауап беріңіз

Заттың балқу процесі қашан басталады?

Зат қашан кристалданады?

Заттың балқу температурасы неге тең? кристалдану?

Қаншаға созылды: а) қатты дененің қызуы;

б) заттың балқуы;

в) сұйықтықтың салқындауы?

2. Келесі мәліметтерге қарап дене температурасының өзгеру графигін салып беріңіз: температурасы - 25-С мұзды шыны ыдысқа салып, жанарғыда қыздыра бастады. Біраз уақыттан соң мұз еріп, пайда болған су ысыйды және бірер уақыт қайнады.

Графикте келесі бөліктерді әріптермен белгілеңіз: АВ - мұздың қызуы; ВС - мұздың балқуын;CD – судың қызуы ; DE - судың қайнауын.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/288935-balu-zhne-kondensacija