Topienie, krzepnięcie, parowanie i skraplanie

Lód, woda i para składają się z tego samego — cząsteczek wody. Ale w każdym przypadku, cząsteczki są ułożone w inny sposób. To sprawia, że lód, woda i para wyglądają i zachowują się inaczej. Są to trzy stany skupienia lub fazy wody. Zapewne zauważyłeś, że woda nie zawsze pozostaje w tym samym stanie skupienia.

Może przechodzić z jednego stanu skupienia w inny. Zmiany te nazywamy przemianami fazowymi. Weźmy tę kostkę lodu. Jej temperatura prosto z zamrażarki, wynosi -10°C. Cząsteczki wody są blisko siebie.

Tworzą stałą strukturę. Nie mogą się swobodnie poruszać, jedynie lekko wibrują w miejscu. Zobaczmy, co się stanie, kiedy dodamy ciepło. Temperatura wzrasta. Cząsteczki zaczynają wibrować coraz bardziej wokół swoich pozycji.

Gdy temperatura osiąga 0°C, stała struktura zaczyna się rozpadać, a cząsteczki mogą poruszać się swobodniej. Kostka lodu zamienia się w wodę! Nazywamy to topnieniem. Jest to przemiana fazowa, gdzie ciało stałe przechodzi w ciecz. Bez względu na to, ile ciepła dodamy, dopóki cały lód nie stopnieje, temperatura wody pozostaje niezmieniona: 0°C.

Jest to temperatura topnienia wody. Spójrz, cały lód się stopił. Cząsteczki nie tworzą już stałej struktury, ale nadal są blisko siebie. Dodajmy więcej ciepła! Temperatura rośnie.

Cząsteczki poruszają się szybciej, wpadają na siebie, rozpraszają się… … aż niektóre z nich odrywają się i odlatują. Woda zmienia się w parę wodną. To przykład kolejnej przemiany fazowej — parowania. Ciecz zamienia się w gaz — odparowuje. Ciecze mogą odparowywać na dwa różne sposoby.

Oto kałuża wody. Po kilku dniach kałuża znika. Dlaczego? Cząsteczki znajdujące się na powierzchni mogą z łatwością oderwać się od reszty cieczy. Stopniowo cała woda zamienia się w parę, a kałuża znika.

To jeden ze sposobów przemiany wody w parę — parowanie. Parowanie następuje tylko na powierzchni cieczy. Podgrzejmy teraz wodę od dołu w czajniku. Cząsteczki wody na dnie, nagrzewają się szybciej niż te na powierzchni. Gdy temperatura osiąga 100°C woda zaczyna zmieniać się w gaz.

Gaz tworzy bąbelki, które wznoszą się na powierzchnię wody. To drugi sposób przemiany wody w parę — wrzenie. Bez względu na to, ile ciepła dodamy, dopóki woda wrze utrzymuje się w temperaturze 100°C — aż cała ciecz zmieni się w gaz. 100°C to temperatura wrzenia wody. Kiedy dodajemy ciepło lód topnieje, a woda zmienia się w parę.

Co się stanie, gdy usuniemy ciepło? Pozwólmy parze ostygnąć. Gdy temperatura spada, cząsteczki zwalniają. Kiedy wolno poruszające się cząsteczki znajdą się blisko siebie, przyciągają się w grupy. Tak oto para wodna zamienia się w ciekłą wodę — skrapla się.

Skraplanie to kolejny rodzaj przemiany fazowej, podczas której gaz przechodzi w ciecz. Usuńmy jeszcze więcej ciepła, dalej obniżając temperaturę. Cząsteczki zwalniają jeszcze bardziej. W temperaturze 0°C, cząsteczki zaczynają tworzyć zorganizowaną stałą strukturę. Ciekła woda zamienia się w stały lód!

Jest to przykład krzepnięcia — przemiany fazowej, podczas której ciecz przechodzi w ciało stałe. Woda występuje w trzech różnych stanach skupienia i przechodzi z jednego stanu w inny poprzez przemiany fazowe. Kiedy dodajemy ciepło lód topnieje; a woda paruje. Kiedy usuwamy ciepło, para skrapla się, a woda krzepnie.