εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

11..11 ΤΤΤΙΙΙ ΕΕΕΙΙΙΝΝΝΑΑΑΙΙΙ ΗΗΗ ΧΧΧΗΗΗΜΜΜΕΕΕΙΙΙΑΑΑ ΚΚΚΑΑΑΙΙΙ ΓΓΓΙΙΙΑΑΑΤΤΤΙΙΙ ΤΤΤΗΗΗ ΜΜΜΕΕΕΛΛΛΕΕΕΤΤΤΑΑΑΜΜΜΕΕΕ

Περιβάλλον: οτιδήποτε μας περιβάλλει. Το περιβάλλον διαρκώς μεταβάλλεται, είτε

από την ίδια τη φύση, είτε από εμάς τους ανθρώπους.

Ορισμένα από τα υλικά που χρησιμοποιούμε εμείς οι άνθρωποι υπάρχουν έτοιμα στη φύση και αποτελούν τα φυσικά υλικά.

Πρώτες ύλες ονομάζονται τα υλικά, από τα οποία ο άνθρωπος με κατάλληλη επεξεργασία παράγει νέα υλικά.

Με πρώτη ύλη την ξυλεία, ο άνθρωπος παράγει χαρτί. Με πρώτη ύλη το αργό πετρέλαιο (το πετρέλαιο δηλαδή που παίρνουμε

μέσα από τη γη), ο άνθρωπος παράγει βενζίνη, άσφαλτο, πλαστικά κ.λπ. Με πρώτη ύλη τα φυτά, ο άνθρωπος παρασκευάζει φυτικά φάρμακα και

αρώματα. Με πρώτη ύλη το μαλλί των προβάτων και το βαμβάκι, ο άνθρωπος

κατασκευάζει υφάσματα.

4 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ σύνδεσης με τα προηγούμενα

1. Ποιες από τις παρακάτω φράσεις αποτελούν δημιουργήματα της φύσης και ποιες του ανθρώπου;

ποτάμια, ρούχα, βουνά, μηχανές, φάρμακα, θάλασσα, κόκορας, παλτό, παπούτσια, χάρακας, τριανταφυλλιά.

Να τοποθετήσετε τις παραπάνω φράσεις στην αντίστοιχη στήλη του παρακάτω πίνακα.

ΦΥΣΗ ΑΝΘΡΩΠΟΣ

Απάντηση – Σχόλιο

Ο διαχωρισμός των δημιουργημάτων της φύσης και του ανθρώπου γίνεται εύκολα:

ΦΥΣΗ

ποτάμια βουνά

θάλασσα κόκορας

τριανταφυλλιά

ΑΝΘΡΩΠΟΣ

ρούχα μηχανές φάρμακα παλτό

παπούτσια χάρακας

Οτιδήποτε υπάρχει γύρω μας είναι δημιούργημα της φύσης ή του ανθρώπου.

2. Αντιστοιχίστε τις πρώτες ύλες με τα υλικά προϊόντα του πίνακα:

Πρώτη ύλη Τελικό προϊόν

Βαμβάκι Αργό πετρέλαιο

Άμμος Φυτά

Πλαστικά Υφάσματα Αρώματα Γυαλί

Απάντηση – Σχόλιο

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 5

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Εύκολα μπορούμε να αντιστοιχίσουμε τα τελικά προϊόντα με τις πρώτες ύλες του πίνακα:

Πρώτη ύλη Τελικό προϊόν

Βαμβάκι

Αργό πετρέλαιο

Άμμος

Φυτά

Πλαστικά

Υφάσματα

Αρώματα

Γυαλί

Από τις πρώτες ύλες ο άνθρωπος με κατάλληλη επεξεργασία παράγει τελικά προϊόντα για να καλύψει τις πολλαπλές ανάγκες του. Εύλογα κανείς μπορεί να αναρωτηθεί: «Ποιες από τις επιστήμες που έχει αναπτύξει ο άνθρωπο τον βοηθούν περισσότερο στην παραγωγή τελικών προϊόντων από πρώτες ύλες»;

Την απάντηση στο ερώτημα αυτό θα είμαστε σε θέση να τη δώσουμε αφού μελετήσουμε προσεκτικά την παρούσα ενότητα.

6 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον Επεξεργασία πρώτων υλών

Τι είναι περιβάλλον;

Περιβάλλον είναι οτιδήποτε μας περιβάλλει, οτιδήποτε δηλαδή υπάρχει γύρω μας: τα μολύβια μας, τα τετράδιά μας, τα θρανία, οι συμμαθητές, ο καθηγητής μας, το κτίριο του σχολείου, τα δέντρα της αυλής, τα αυτοκίνητα, ο αέρας που αναπνέουμε, τα δάση, η άσφαλτος, το χώμα, η θάλασσα κ.λπ.

Από αυτά, άλλα υπάρχουν στη φύση από μόνα τους, τα δημιουργεί δηλαδή η ίδια η φύση και άλλα έχουν φτιαχτεί από εμάς τους ανθρώπους.

Αυτά που δημιουργεί η φύση αποτελούν το φυσικό περιβάλλον, ενώ αυτά που δημιουργεί ο άνθρωπος αποτελούν το ανθρωπογενές περιβάλλον.

Έμβια όντα είναι όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, όλα δηλαδή τα ζώα και τα φυτά.

Φυσικό περιβάλλον

Ανθρωπογενές περιβάλλον

Περιβάλλον

μολύβια τετράδια θρανία συμμαθητές καθηγητής σχολικό κτίριο δέντρα αυτοκίνητα αέρας δάση άσφαλτος χώμα θάλασσα

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 7

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Τις περισσότερες φορές, για να δημιουργήσει ο άνθρωπος κάτι, παίρνει υλικά από το φυσικό περιβάλλον, παίρνει δηλαδή φυσικές πρώτες ύλες και τις μετατρέπει σε επεξεργασμένα προϊόντα. Π.χ.:

Φυσικές πρώτες ύλες

→ Μετατροπή – Επεξεργασία

→ Επεξεργασμένα προϊόντα

δέντρο → ροκανίδια → πολτός → χαρτί

βαμβάκι → νήμα → ύφασμα → βαμβακερή μπλούζα

πετρέλαιο → απόσταξη → παραφίνη → κερί

Πρώτες ύλες είναι τα βασικά υλικά, τα οποία ο άνθρωπος παίρνει, τα επεξεργάζεται και φτιάχνει κάτι άλλο. Οι πρώτες ύλες μπορεί να είναι φυσικά ή επεξεργασμένα υλικά.

Π.χ. οι πρώτες ύλες για τη μακαρονάδα με σάλτσα είναι: το νερό, τα μακαρόνια, η ντομάτα, το λάδι, τα μπαχαρικά.

8 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Επεξεργασία υλικών και Χημεία

Η Χημεία κάνει τη ζωή μας πιο εύκολη

Δημιουργεί δηλαδή υλικά που εξυπηρετούν τις πρακτικές ανάγκες μας:

ρούχα (συνθετικά υφάσματα, βαφές, στάμπες κ.λπ.)

σπίτια (οικοδομικά υλικά: άμμος, τσιμέντο, σοβάς, μπογιές, πλακάκια κ.λπ., υλικά κατασκευής επίπλων: βερνίκια, αφρολέξ, νοβοπάν, μελαμίνες κ.λπ.).

συσκευασίες τροφίμων

(γυάλινα μπουκάλια, τενεκεδάκια, κονσέρβες, χάρτινα κουτιά, πλαστικά, χάρτινα περιτυλίγματα, σελοφάν κ.λπ.)

συντήρηση τροφίμων

(για τη μακρόχρονη διατήρηση των τροφίμων υπάρχουν φυσικά συντηρητικά, όπως το αλάτι, και χημικά συντηρητικά όπως διάφορα Ε που αναγράφονται στις συσκευασίες).

Η Χημεία φροντίζει για την υγεία μας

Παρασκευάζει προϊόντα που χρησιμοποιούνται στην Ιατρική:

φάρμακα (για έναν απλό πονοκέφαλο μέχρι καρκίνο)

υλικά για πρώ-τες βοήθειες

(γάζες, επίδεσμοι, βαμβάκι, τσιρότα κ.λπ.)

υλικά τεχνητών μελών

(δόντια, βαλβίδες καρδιάς, οστά κ.λπ.)

υλικά για απο-λύμανση και α-ποστείρωση

(ακόμη και για το νερό που πίνουμε)

Η Χημεία κάνει τη ζωή μας πιο ευχάριστη

Έχει δημιουργήσει νέα υλικά φθηνότερα, που αντικαθιστούν τα ακριβότερα φυσικά, όπως το ξύλο (ρακέτες, ιστιοσανίδες κ.λπ.) ή που χρησιμοποιούνται σε τεχνολογικά προϊόντα (CD, DVD, υλικά ζωγραφικής, φωτογράφισης κ.λπ.).

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 9

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Η Χημεία ερευνά τη φύση και διδάσκεται από αυτήν

Οι χημικοί έχουν τα εργαστήριά τους, αλλά το μεγαλύτερο εργαστήριο, το έχει η ίδια η φύση. Στο τεράστιο εργαστήριο της φύσης λοιπόν, γίνονται οι περισσότεροι χημικοί μετασχηματισμοί:

διάσπαση των τροφών στο σώμα μας και μετατροπή τους σε ιστούς, ενέργεια και βιολογικά απορρίμματα

σύνθεση γλυκόζης στα φυτά από νερό, αέρα και φως (φωτοσύνθεση)

σχηματισμός σταλακτικών-σταλαγμιτών στα σπήλαια

διάβρωση του εδάφους από τον αέρα και την υγρασία

Οι χημικοί λοιπόν μελετούν την ίδια τη φύση και αναπαράγουν τις διαδικασίες της, τόσο για να μάθουν, όσο και για να δημιουργήσουν.

Σκέψου μια συνηθισμένη σου μέρα. Υπάρχει κάτι που κάνεις και δεν έχει σχέση με τη Χημεία; Η απάντηση είναι ΟΧΙ. Οι βασικές σου λειτουργίες: αναπνοή, κίνηση, φαγητό, είναι χημικές διεργασίες. Αυτά που φοράς, αυτά που χρησιμοποιείς για τη μόρφωση (χαρτιά, μολύβια), την υγιεινή, την περιποίηση, τον καλλωπισμό σου, τα μέσα μεταφοράς, οι τρόποι διασκέδασης (ζωγραφική, φωτογραφία, μουσική, κινηματογράφος κ.λπ.), οτιδήποτε μπορείς να σκεφτείς έχει σχέση με τη Χημεία!

Τι είναι λοιπόν η Χημεία;

Χημεία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη δομή και τους μετασχηματισμούς των υλικών.

Με ποιους τρόπους;

Ερευνά (μελετά τη φύση).

Επεξεργάζεται πρώτες ύλες και παράγει νέα υλικά.

Ελέγχει την ποιότητα του περιβάλλοντος και των προϊόντων.

10 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Επωφελής και επιζήμια χρήση των χημικών προϊόντων

Αν το καλοσκεφτείς σε τίποτε δεν υπάρχει το απόλυτο καλό ή το απόλυτο κακό. Σημασία έχει να γνωρίζεις κάτι, να το κατανοείς και να επιλέγεις πώς θα το χρησιμοποιήσεις ή θα το χειριστείς.

Γνώση και επιλογή λοιπόν.

Αυτό συμβαίνει και με τη Χημεία, όπως και με κάθε επιστήμη.

Όπως είπε και ο αρχαίος φιλόσοφος Πλάτωνας:

«Κάθε επιστήμη που διαχωρίζεται από τη δικαιοσύνη και οποιαδήποτε άλλη αρετή, δεν είναι σοφία, αλλά πανουργία».

Τα χημικά προϊόντα μπορεί να ωφελήσουν ή να καταστρέψουν τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Τα παραδείγματα δεν έχουν τέλος:

Τα φάρμακα μπορούν να θεραπεύσουν, ή να προκαλέσουν παρενέργειες και εθισμούς.

Τα εκρηκτικά μπορούν να ανοίξουν μια σήραγγα ή να σκοτώσουν ανθρώπους.

Το χλώριο μπορεί να απολυμάνει το νερό ή να γίνει τοξικό αέριο.

Πώς η χρήση των χημικών προϊόντων γίνεται επιβλαβής;

Μερικές φορές διαλέγουμε το μικρό έναντι του μεγάλου κακού. Π.χ παρότι η ακτινοβολία μας βλάπτει, κάνουμε ακτινογραφία, προκειμένου να διαγνώσουμε κάτι σοβαρότερο και να το αντιμετωπίσουμε έγκαιρα και αποτελεσματικά. Ωστόσο την αποφεύγουμε κατά το δυνατό.

Από άγνοια. Π.χ. οι αγρότες (τις περασμένες δεκαετίες κυρίως, δυστυχώς όμως και σήμερα) χρησιμοποιώντας χωρίς μέτρο φυτοφάρμακα προκαλούν μεγάλη ζημιά στους εαυτούς τους, στο χώμα, στο περιβάλλον και στους ανθρώπους που καταναλώνουν τα προϊόντα τους.

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 11

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Από κερδοσκοπία. Συχνά καταναλώνουμε προϊόντα χωρίς να ξέρουμε τις επιπτώσεις τους στην υγεία μας ή, ακόμη χειρότερα, παραβλέποντάς τες, λόγω της ισχυρής εικόνας που δημιουργείται μέσω της διαφήμισης. Π.χ. αγοράζουμε ένα υγιεινό τρόφιμο ή το αντίστοιχο πολυδιαφημισμένο και συχνά φθηνότερο που είναι αμφίβολης ποιότητας;

Για πολεμικούς ή πολιτικούς λόγους. Π.χ. οι βόμβες απεμπλουτισμένου ουρανίου που όχι μόνο σκοτώνουν, αλλά μολύνουν για πολλά ακόμη χρόνια. Η χρήση του πετρελαίου για παραγωγή ενέργειας και η υποβάθμιση άλλων φθηνών και οικολογικών μορφών ενέργειας (ήλιος, αέρας κ.λπ.)

Μαθαίνοντας Χημεία, λοιπόν, μπορείς να γνωρίσεις, έτσι ώστε να μπορείς να επιλέγεις. Όχι μόνο άμεσα γι’ αυτά που θα αγοράζεις και θα χρησιμοποιείς, αλλά και γι’ αυτά που μπορείς να κάνεις για το περιβάλλον και την κοινωνία.

Χημεία και άλλες επιστήμες

Από όσα είπαμε παραπάνω, γίνεται φανερή η στενή σχέση της Χημείας με τις άλλες επιστήμες και τις τέχνες: Φυσική, Βιολογία, Φαρμακευτική, Ιατρική, Γεωπονία, Γεωλογία, Αρχιτεκτονική, Αρχαιολογία, Καλές Τέχνες κ.λπ.

Κάθε επιστήμη δε δουλεύει ξεχωριστά κι απομονωμένα από τις υπόλοιπες. Μην ξεχνάς ότι σε όλα τα ανθρώπινα επιτεύγματα έχουν συμβάλλει και συνεργαστεί διάφορες επιστήμες, ακόμη και τέχνες.

12 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Χημεία παντού

Μίμηση, αντιγραφή της φύσης; Έμπνευση;

Είναι τελικά η επιστήμη της Χημείας η μοναδική ανθρώπινη δραστηριότητα που μιμείται τη φύση; Πώς θα χαρακτήριζες τη σχέση με τη φύση:

της «Ποιμενικής συμφωνίας» του Μπετόβεν,

του πίνακα του Δ. Γαβριηλίδη που εικονίζεται παραπλεύρως,

του σχήματος των αεροπλάνων και των πλοίων;

Αντιγραφή, Αναδημιουργία; Ανταγωνισμό; Ή κάπως αλλιώς; Συζήτησέ το στην τάξη.

Ο άνθρωπος παρατηρεί τη φύση, τη μελετά και διδάσκεται από αυτήν. Είπαμε ότι η φύση είναι ένα τεράστιο χημικό εργαστήριο. Οι χημικοί μαθαίνουν από τη φύση.

Αυτό δεν το κάνουν μόνο οι χημικοί. Αλλά και οι καλλιτέχνες. Σκέψου, για παράδειγμα, πως οι πρώτες ζωγραφιές των ανθρώπων αποτύπωναν την προοπτική, την τρίτη διάσταση δηλαδή του βάθους σε μια επίπεδη επιφάνεια. Κι αυτό συνέβαινε ήδη από πολύ παλιά, με τρόπο «διαισθητικό». Για παράδειγμα στον πίνακα του ∆. Γαβριηλίδη, που εικονίζεται στο σχολικό βιβλίο, βλέπουμε ένα πλοίο στο βάθος της θάλασσας. Εκτός από την προοπτική στον πίνακα, βλέπουμε το πλοίο, που είναι ένα κατασκεύασμα του ανθρώπου, να αντιμάχεται τις δυνάμεις της φύσης: κύματα της θάλασσας και τον άνεμο.

Σκέψου, επίσης, πόσες φορές ακούγοντας ένα μουσικό κομμάτι, θυμάσαι ήχους της φύσης. Π.χ. στην «Ποιμενική συμφωνία» ο Μπετόβεν μιμείται τις φωνές των πουλιών με τα φλάουτα και τα βιολιά, τον ήχο του νερού που κυλάει με τα έγχορδα και τις βροντές, τις αστραπές και τον ήχο του δυνατού ανέμου κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας με ολόκληρη την ορχήστρα.

Αλλά και οι υπόλοιποι επιστήμονες μαθαίνουν από τη φύση. Σκέψου, τους μηχανικούς που κατασκεύασαν τα αεροπλάνα. Τα επιτεύγματά τους δεν βασίστηκαν κατά πολύ στη μελέτη του πετάγματος των πουλιών; Άλλα παραδείγματα είναι τα ραντάρ: τα ραντάρ εντοπίζουν αντικείμενα. Πώς; Εκπέμπουν ήχους, οι οποίοι, αν συναντήσουν εμπόδιο, ανακλώνται («χτυπούν» πάνω τους δηλαδή και επιστρέφουν). Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο κινούνται οι σχεδόν τυφλές νυχτερίδες. Για την ακρίβεια, τα ραντάρ κατασκευάστηκαν με βάση τη μελέτη του πετάγματος των νυχτερίδων.

Η φύση, λοιπόν, είναι το μεγαλύτερο «σχολείο» για τον άνθρωπο. Από αυτήν

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 13

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

μαθαίνει και εμπνέεται.

Μεγάλες χημικές ανακαλύψεις έχουν φέρει τεράστιες αλλαγές στην ανθρώπινη κοινωνία

Η δυναμίτιδα. Το 1846 ο καθηγητής Σομπρέρο (Sobrero), ένας Ιταλός χημικός, είχε την ιδέα να επιδράσει με νιτρικό οξύ στη γλυκερίνη. Το αποτέλεσμα ήταν η παραγωγή της νιτρογλυκερίνης, ενός εξαιρετικά εκρηκτικού και επικίνδυνου υλικού. Ο Άλφρεντ Νόμπελ (Alfred Nobel), Σουηδός χημικός–βιομήχανος, «τιθάσευσε» τη νιτρογλυκερίνη, όταν βελτίωσε τον τρόπο παραγωγής της, ώστε να μην εκρήγνυται ανεξέλεγκτα. Έτσι δημιουργήθηκε η δυναμίτιδα.

Αναζήτησε πληροφορίες για τη δυναμίτιδα και για τον Άλφρεντ Νόμπελ.

Δυναμίτιδα Το 1866 ο Σουηδός Άλφρεντ Νόμπελ (γνωστός από τα βραβεία που καθιέρωσε)

ανακάλυψε τυχαία τον τρόπο να γίνει σταθερότερη και λιγότερο ευαίσθητη η νιτρογλυκερίνη. Αυτό το πέτυχε κάνοντάς τη να απορροφηθεί από ένα πορώδες και μη εκρηκτικό υλικό, το Κιέζελγκούρ, ένα ορυκτό άφθονο στη Σκανδιναβία, τη Γερμανία και την Ιταλία.

Αργότερα παρασκεύασε τη ζελατινοδυναμίτιδα, αναμιγνύοντας τη νιτρογλυκερίνη με κολλοειδή βάμβακα. Η εκρηκτική αυτή ζελατίνη δεν απορροφά το νερό κι έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί και υποβρύχια.

Τα χρώματα. Ο άνθρωπος, από τα πρώτα βήματα του πολιτισμού του, ζωγράφιζε τα ρούχα του, το σπίτι του και το σώμα του με χρώματα που έβρισκε σε συστατικά του στερεού φλοιού της γης και στα φυτά. Κατά το Μεσαίωνα ανακαλύφθηκαν πολλά νέα χρώματα. Κάποια προέρχονταν από ορυκτά όπως το ultramarine από το λάπις λαζούλι, το πράσινο από το μαλαχίτη κ.ά. Άλλα χρώματα παράγονται από φυτά και άλλα ακόμη και από έντομα όπως το κρεμεζί από το έντομο Kermes vermilio, που ζει στις οξιές της Μεσογείου. Στο τέλος του 18ου αιώνα το χρωματολόγιο γέμισε αποχρώσεις από τα νεοανακαλυφθέντα στοιχεία. Σήμερα η Χημεία και η τεχνολογία παράγουν αντιδιαβρωτικά χρώματα, ηλεκτροστατικές βαφές, χρωστικές ουσίες για τρόφιμα, μια τεράστια ποικιλία χρωμάτων ζωγραφικής και βαφών για ρούχα.

14 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Αναζήτησε πληροφορίες για την προέλευση και τις εφαρμογές των χρωμάτων: (α) στην αρχαιότητα, (β) στο Μεσαίωνα και (γ) στη βιομηχανική επανάσταση.

Χρώματα Από την αρχαιότητα χρησιμοποιούνται χρώματα φυτικής και ζωικής προέλευσης:

από ξύλα, ρίζες, άνθη, από λειχήνες, έντομα, μαλάκια κ.λπ. (οργανικά χρώματα). Αλλά και χρώματα ανόργανης προέλευσης, από πετρώματα.

Ήδη από τους προϊστορικούς χρόνους έχουν βρεθεί ζωγραφιές πάνω σε βράχους. Στο Λασκό της Γαλλίας υπάρχουν μέσα σε σπηλιές ζωγραφιές σε ύψος 3-4 μέτρα (που σημαίνει ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν σκαλωσιές!). Το κυρίως χρώμα ήταν ώχρα, από ράβδους μαγνησίου και πυροξειδίου του σιδήρου. ∆ηλαδή οι πρώτες ύλες εξορύχθηκαν, έγιναν σκόνη, ανακατεύτηκαν με λίπος και μορφοποιήθηκαν σε ράβδους. Ήταν οι πρώτες … κηρομπογιές! Κι αυτά το 17.000 π.Χ., τότε που νομίζουμε ότι οι άνθρωποι ζούσαν σε ημιάγρια κατάσταση, κρυμμένοι σε σπηλιές! Μάλιστα οι ζωγραφιές αυτές έχουν προοπτική, επιτυγχάνεται δηλαδή η αίσθηση του βάθους. Προοπτική ξανασυναντάμε κοντά στην Αναγέννηση το 15ο αιιώνα!

Στην αρχαία Ελλάδα και την Αίγυπτο τα χρώματα ήταν ανεξίτηλα! Σκέψου ότι σήμερα δεν τα καταφέρνουμε και τόσο καλά, μιας και μάλλον εύκολα βρίσκουμε ξεθωριασμένα χρώματα, από τα ρούχα μας μέχρι τα κτίρια και τα έργα τέχνης. Οι τοιχογραφίες του Φαγιούμ στην Αίγυπτο και οι αντίστοιχες στη Σαντορίνη και την Κνωσσό είναι παράδειγμα αντοχής προς μίμηση, μόνο που κρατάνε αρκετά καλά κρυμμένο το μυστικό της αντοχής τους. Χρησιμοποιούνταν χρώματα κυρίως από πυριτικά υλικά. Το άσπρο και το μαύρο θεωρούνταν κοινά, το κίτρινο και το κόκκινο βρίσκονταν σχεδόν έτοιμα στη φύση, το μπλε ήταν σπάνιο (από πετρώματα). Η χρήση τους ξεκίνησε το 2.100 π.Χ. περίπου. Ανάλογα με τη χρήση, το χρώμα διαλύονταν σε νερό, λάδι, ρητίνες, κερί, λάσπη κ.λπ.

Και οι Μάγιας χρησιμοποιούσαν έντονα χρώματα. Π.χ. για το μπλε χρησιμοποιούσαν μίγμα οργανικών κι ανόργανων υλικών, χωρίς όμως να έχει βρεθεί ακόμα η ακριβής σύσταση. Για το έντονο κίτρινο χρησιμοποιούσαν οργανικό υλικό που προέρχονταν από κάποια ποικιλία σκουληκιών.

Κατά το Μεσαίωνα χρησιμοποιήθηκαν (κυρίως ως μελάνι) πολύτιμες πέτρες, όπως χρυσός ή ασημί, οι οποίες μετατρέπονταν σε σκόνη και αναμιγνύονταν με κόλα. Υπάρχουν πολλά τέτοια, κυρίως βυζαντινά, γραπτά.

Από το 18ο αιώνα, με τη βιομηχανική επανάσταση, τα χρώματα παρασκευάζονται χημικά, όχι δηλαδή με βάση υλικά που βρίσκουμε στη φύση, αλλά με χημικές διαδικασίες στο εργαστήριο.

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 15

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Τα πλαστικά. Κύριο χαρακτηριστικό των πλαστικών είναι ότι παίρνουν το σχήμα που θέλουμε με θέρμανση και πίεση. Κάποια από αυτά προέρχονται από φυτά (καουτσούκ, από το cao-o-chu = ξύλο που δακρύζει). Κατά τον 20ό αιώνα φτιάχτηκαν τέτοια υλικά στο εργαστήριο από φτηνές πρώτςε ύλες. Τα νέα υλικά, τα οποία ονομάστηκαν συνθετικές ύλες, όπως ο βακελίτης, το νάιλον, το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), το νεοπρένιο, το ρεγιόν, το πολυαιθυλένιο (ΡΕ) και πολλά άλλα, έφεραν κυριολεκτικά επανάσταση στη ζωή των ανθρώπων. Οι δυνατότητες των πλαστικών είναι πάρα πολλές και αυτό φαίνεται από χιλιάδες πλαστικά προϊόντα ποικίλων χρήσεων.

Αναζήτησε πληροφορίες για τα πλαστικά.

Πλαστικά Τα πλαστικά προέρχονται είτε από φυτά (καουτσούκ) είτε από φτηνές πρώτες

ύλες που φτιάχνονται στο εργαστήριο. Βάση γι’ αυτές τις πρώτες ύλες είναι το πετρέλαιο.

Τα πλαστικά κυριαρχούν στη ζωή μας. Είναι φθηνά και ανθεκτικά, γι’ αυτό χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο στη βιομηχανία.

Ωστόσο, είναι κι επικίνδυνα, γιατί όταν καίγονται απελευθερώνουν τοξικές ουσίες και γιατί παραμένουν αναλλοίωτα για πολλά χρόνια, με αποτέλεσμα να ρυπαίνουν το περιβάλλον.

Σήμερα, από τη μία η ρύπανση του περιβάλλοντος κι από την άλλη η πετρελαϊκή κρίση, υποχρέωσαν τη χημική βιομηχανία να στρέψει την έρευνά της στη σύνθεση νέων μορφών πλαστικών, που μπορούν να «απορροφηθούν» από τη φύση (βιοδιασπώμενα πλαστικά) και στην ανακύκλωσή τους, για να μπορούν να ξαναχρησιμοποιηθούν.

16 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Περιβάλλον είναι οτιδήποτε υπάρχει γύρω μας.

Διακρίνεται σε φυσικό περιβάλλον (δημιούργημα της φύσης) και ανθρωπογενές περιβάλλον (δημιούργημα του ανθρώπου).

Ο άνθρωπος παίρνει φυσικά υλικά και τα μετατρέπει σε επεξεργασμένα προϊόντα.

Η Χημεία, παρασκευάζοντας τέτοια προϊόντα, διευκολύνει τη ζωή μας και φροντίζει για την υγεία και τη διασκέδασή μας.

Η Χημεία ερευνά, μελετάει τη φύση, επεξεργάζεται φυσικά υλικά και παράγει νέα, ελέγχει την ποιότητα των προϊόντων.

Η Χημεία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη δομή και τους μετασχηματισμούς των υλικών.

Η χρήση των χημικών προϊόντων μπορεί να είναι επωφελής ή επιζήμια.

Απαιτείται γνώση και επιλογή του πώς θα χρησιμοποιήσουμε ένα χημικό προϊόν έτσι ώστε να προστατεύσουμε τον εαυτό μας, την κοινωνία και το περιβάλλον.

Η Χημεία συνδέεται με πολλές επιστήμες και τέχνες.

Τα σημαντικότερα σημεία της § 1.1

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 17

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Σχηματική απεικόνιση της 1.1

Χημεία

Τέχνες Επιστήμες

συνδέεται με

ασχολείται με

έλεγχο ποιότητας

παραγωγή νέων υλικών

επεξεργασία υλικών

έρευνα σχετίζεται με

καθημερινότητα διασκέδαση

υγεία

επιδρά στο περιβάλλον

φυσικό

ανθρωπογενές

18 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Από τα παρακάτω υλικά ποια είναι φυσικά και ποια δημιουργούνται από τον άνθρωπο;

α) ξύλο ε) μαλλί θ) δέρματα

β) νάιλον στ) συντηρητικά τροφίμων

ι) σιτάρι

γ) λάστιχο ζ) φάρμακα ια) νερό

δ) πηλός η) λιπάσματα ιβ) γιαούρτι

2. Αντιστοιχίστε τις πρώτες ύλες με τα τελικά προϊόντα του πίνακα:

Πρώτη ύλη Τελικό προϊόν

α) λεύκες (δέντρα) β) πετρέλαιο γ) ορυκτά δ) λινάρι ε) σιτάρι στ) ασβεστόλιθος

i) λινό ύφασμα ii) χαρτί iii) βενζίνη iv) σίδηρος v) αλουμίνιο vi) πλαστικά vii) σοβάς viii) ψωμί

3. Δίπλα σε καθεμιά από τις επόμενες προτάσεις να γράψεις ένα Σ αν η πρόταση είναι σωστή, ή ένα Λ αν η πρόταση είναι λανθασμένη.

α) Όλα τα υλικά που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος βρίσκονται έτοιμα στη φύση.

β) Χημικοί μετασχηματισμοί δε συμβαίνουν στη φύση.

γ) Η Χημεία ασχολείται με τη δομή και τους μετασχηματισμούς των υλικών.

δ) Τα ποτάμια ανήκουν στο φυσικό περιβάλλον.

ε) Τα φράγματα των ποταμών ανήκουν στο φυσικό περιβάλλον.

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 19

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

στ) Τα χημικά προϊόντα δεν έχουν αρνητικές συνέπειες στη ζωή μας.

4. Συμπληρώστε τα κενά με τις κατάλληλες λέξεις:

α) Το αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας συνιστά το ..................... περιβάλλον.

β) Ορισμένα από τα προϊόντα που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος υπάρχουν έτοιμα στη φύση και αποτελούν τα ..................... προϊόντα.

γ) Τα έμβια όντα ανήκουν στο ..................... περιβάλλον. δ) Το αργό πετρέλαιο αποτελεί την ..................... ..................... για την

παρασκευή των πλαστικών. ε) Το χαρτί με το οποίο φτιάχνονται τα βιβλία μας ανήκει στην κατηγορία

των ..................... προϊόντων. στ) Η Χημεία και η Αρχαιολογία είναι επιστήμες που .....................

5. Ποιο από τα παρακάτω δεν ανήκει στο φυσικό περιβάλλον;

α) Το Έβερεστ. β) Η λίμνη Βόλβη. γ) Το χιονοδρομικό κέντρο του Παρνασσού. δ) Οι καταρράχτες του Νιαγάρα.

6. Ποιο από τα παρακάτω δεν ανήκει στο ανθρωπογενές περιβάλλον;

α) Η γέφυρα του Ρίου–Αντιρίου. β) Το θέατρο της Επιδαύρου. γ) Οι βράχοι των Μετεώρων. δ) Η Εγνατία οδός.

7. Ποιο από τα παρακάτω ανήκει στα επεξεργασμένα προϊόντα;

α) Κριθαροκούλουρο. β) Μοσχάτο σταφύλι. γ) Ξινόμηλο. δ) Μελισσόχορτο.

20 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Φυσικά υλικά: ξύλο (α), πηλός (δ), μαλλί (ε), δέρματα (θ), σιτάρι (ι),

νερό (ια).

Υλικά δημιουργημένα από άνθρωπο: νάιλον (β), λάστιχο (γ), συντηρητικά τροφίμων (στ), φάρμακα (ζ), λιπάσματα (η), γιαούρτι (ιβ).

2. Πρώτη ύλη Τελικό προϊόν

α) λεύκες (δέντρα)

β) πετρέλαιο

γ) ορυκτά

δ) λινάρι

ε) σιτάρι

στ) ασβεστόλιθος

i) λινό ύφασμα

ii) χαρτί

iii) βενζίνη

iv) σίδηρος

v) αλουμίνιο

vi) πλαστικά

vii) σοβάς

viii) ψωμί

3. α) ΛΑΘΟΣ: Ο άνθρωπος δε χρησιμοποιεί μόνο φυσικά υλικά ως πρώτες ύλες, αλλά και υλικά που παρασκεύασε ο ίδιος. Π.χ. πρώτη ύλη για ένα ελαστικό μπορεί να είναι το συνθετικό καουτσούκ.

β) ΛΑΘΟΣ: Στη φύση συμβαίνουν οι περισσότεροι χημικοί μετασχηματισμοί. Π.χ. στα φυτά η σύνθεση γλυκόζης από νερό, αέρα και φως (φωτοσύνθεση), στα ζώα η διάσπαση τροφών και η μετατροπή τους σε ιστούς, ενέργεια και απορρίμματα.

γ) ΣΩΣΤΟ: Το αντικείμενο της Χημείας είναι ακριβώς αυτό, η δομή και οι μετασχηματισμοί των υλικών.

δ) ΣΩΣΤΟ: Τα ποτάμια είναι δημιούργημα της φύσης.

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 21

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

ε) ΛΑΘΟΣ: Τα φράγματα είναι δημιούργημα του ανθρώπου, ανήκουν επομένως στο ανθρωπογενές περιβάλλον.

στ) ΛΑΘΟΣ: Η χρήση των χημικών προϊόντων μπορεί να έχει είτε θετικές είτε αρνητικές συνέπειες. Εξαρτάται από μας το πώς θα τα χρησιμοποιήσουμε.

4. α) ανθρωπογενές

β) φυσικά

γ) φυσικό

δ) πρώτη ύλη

ε) επεξεργασμένων

στ) συνεργάζονται

5. Σωστή απάντηση είναι η (γ).

Το χιονοδρομικό κέντρο φτιάχτηκε από ανθρώπους, ανήκει άρα στο ανθρωπογενές περιβάλλον και όχι στο φυσικό περιβάλλον.

6. Σωστή απάντηση είναι η (γ).

Οι βράχοι των Μετεώρων είναι δημιούργημα της φύσης, ανήκει δηλαδή στο φυσικό περιβάλλον και όχι στο ανθρωπογενές περιβάλλον.

7. Σωστή απάντηση είναι η (α).

Για την παρασκευή του κριθαροκούλουρου ζυμώθηκαν διάφορα υλικά, πλάστηκαν, ψήθηκαν. Είναι λοιπόν επεξεργασμένο προϊόν.

22 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Από τα παρακάτω υλικά ποια είναι φυσικά (Φ) και ποια δημιουργούνται από τον άνθρωπο (Α);

α. Μακαρόνια β. Αργό πετρέλαιο γ. Σύννεφα

δ. Φύλλο χαρτιού ε. Φύλλο δέντρου στ. Πλαστικό μπουκάλι

ζ. Άμμος θάλασσας η. Τσιμέντο

Απάντηση

Φυσικά υλικά είναι αυτά που βρίσκουμε στο φυσικό περιβάλλον, ενώ τα υλικά που δημιουργεί ο άνθρωπος βασίζονται σε φυσικά υλικά (αν και όχι πάντα, αφού μπορεί οι πρώτες ύλες να είναι κι αυτές χημικά παρασκευασμένες). Έτσι είναι:

α. Μακαρόνια (Α)

β. Αργό πετρέλαιο (Φ)

γ. Σύννεφα (Φ)

δ. Φύλλο χαρτιού (Α)

ε. Φύλλο δέντρου (Φ)

στ. Πλαστικό μπουκάλι (Α)

ζ. Άμμος θάλασσας (Φ)

η. Τσιμέντο (Α)

2. Αντιστοίχισε κάθε υλικό της πρώτης στήλης με ένα προϊόν ή μία δραστηριότητα της δεύτερης στήλης όπου αυτό το υλικό χρησιμοποιείται:

Στήλη Ι Στήλη ΙΙ

α. Χρώματα

β. Κράμα αλουμινίου

γ. Βαμβάκι

δ. Φυσικό αέριο

1. Ζάντες αυτοκινήτων

2. Ζωγραφική

3. Ενέργεια

4. Ένδυση

Απάντηση

Τι είναι χημεία και γιατί τη μελετάμε 23

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Στήλη Ι Στήλη ΙΙ

α. Χρώματα

β. Κράμα αλουμινίου

γ. Βαμβάκι

δ. Φυσικό αέριο

1. Ζάντες αυτοκινήτων

2. Ζωγραφική

3. Ενέργεια

4. Ένδυση

Στις αντιστοιχίσεις ξεκίνα από αυτά που ξέρεις κι όχι με τη σειρά που δίνονται. Οπότε, κάτι για το οποίο μπορεί να μην είσαι εντελώς σίγουρος, μένει στο τέλος και αντιστοιχίζεται με την αφαιρετική μέθοδο, με τον αποκλεισμό δηλαδή των υπολοίπων.

Π.χ. τα χρώματα δεν ταιριάζουν με κανένα άλλο, παρά με τη ζωγραφική (αν αντιστοιχούσαν στην ένδυση, θα λέγονταν βαφές και όχι χρώματα!). Το βαμβάκι ταιριάζει μόνο με την ένδυση. Το φυσικό αέριο, όχι με τις ζάντες βέβαια, αλλά με την ενέργεια. Επομένως το κράμα αλουμινίου ταιριάζει με τις ζάντες.

Η σειρά που ακολουθούμε δηλαδή είναι υποκειμενική. Εξαρτάται από τις δικές μας ιδιαίτερες γνώσεις.

3. Να αντιπαραθέσεις για τα προϊόντα του παρακάτω πίνακα επωφελείς και επιζήμιες χρήσεις:

Προϊόντα Επωφελείς χρήσεις Επιζήμιες χρήσεις

Φάρμακα

Εκρηκτικά

Εντομοκτόνα

Χλώριο

Συντηρητικά τροφίμων

Πλαστικά

Απάντηση

24 Παράγραφος 1.1

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Προϊόντα Επωφελείς χρήσεις Επιζήμιες χρήσεις

Φάρμακα Θεραπεύουν. Προκαλούν παρενέργειες ή εθισμούς.

Εκρηκτικά Χρησιμοποιούνται σε τεχνικά έργα (σήραγγες, ορυχεία κ.λπ.).

Σκοτώνουν και καταστρέ-φουν.

Εντομοκτόνα Σκοτώνουν επιβλαβή έντο-μα, βελτιώνουν την απόδοση καλλιεργειών.

Σκοτώνουν ωφέλιμα έντο-μα και πουλιά, περνούν στη διατροφική αλυσίδα, μολύνουν το έδαφος, τον αέρα και το νερό.

Χλώριο Απολυμαίνει (π.χ. νερό). Τοξικό αέριο (συστατικό πολεμικών αερίων)

Συντηρητικά τροφίμων

Διατηρούν αναλλοίωτα τα τρόφιμα για μεγάλο χρονικό διάστημα, οπότε μπορούν να μεταφερθούν και να αποθηκευτούν.

Επιβλαβή για ανθρώπινο οργανισμό (αρκετά είναι καρκινογόνα).

Πλαστικά Φτηνά και ανθεκτικά. Ρυπαίνουν περιβάλλον και απελευθερώνουν τοξικά αέρια όταν καίγονται.

Καταστάσεις των υλικών 25

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

11..22 ΚΚΚΑΑΑΤΤΤΑΑΑΣΣΣΤΤΤΑΑΑΣΣΣΕΕΕΙΙΙΣΣΣ ΤΤΤΩΩΩΝΝΝ ΥΥΥΛΛΛΙΙΙΚΚΚΩΩΩΝΝΝ

Οτιδήποτε γύρω μας, ακόμη και ο αέρας, αποτελείται από ύλη.

Μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχει ένα σώμα.

Όγκος είναι ο χώρος που πιάνει ένα σώμα.

Τα σώματα εμφανίζονται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: στερεή (π.χ. παγάκι, τραπέ-ζι), υγρή (π.χ. νερό βρύσης, λάδι) και αέρια (π.χ. υδρατμοί, καυσαέρια).

Η φυσική κατάσταση ενός σώματος μπορεί να αλλάξει αν αλλάξουν οι συνθήκες που επικρατούν (π.χ. η θερμοκρασία). Έτσι για παράδειγμα το νερό παγώνει σε χαμηλές θερμοκρασίας (γι’ αυτό στους πόλους της γης έχουμε παγόβουνα) ή βράζει, γίνεται δηλαδή αέριο στην κατσαρόλα, όταν η θερμοκρασία είναι υψηλή.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ σύνδεσης με τα προηγούμενα 1. Βρες μια διαφορά των παρακάτω σωμάτων: καρφίτσα, λάδι,

καυσαέριο.

Απάντηση – Σχόλιο Τα παραπάνω σώματα βρίσκονται σε διαφορετική φυσική κατάσταση.

Η καρφίτσα είναι στερεή, το λάδι είναι υγρό και το καυσαέριο είναι αέριο.

2. Γέμισε τρία πλαστικά ποτήρια με νερό της βρύσης. Βάλε το ένα στην κατάψυξη και το άλλο ρίξτο σε μια κατσαρόλα, η οποία ζεσταίνεται από το μάτι της κουζίνας. Σε τι κατάσταση θα βρίσκονται τα τρία αυτά ποτήρια νερό μετά από αρκετό χρόνο;

Απάντηση – Σχόλιο Μετά από αρκετό χρόνο το ποτήρι που έβαλα στην κατάψυξη θα έχει

παγώσει. Από υγρό δηλαδή έγινε στερεό. Άλλαξε επομένως η φυσική του κατάσταση.

26 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Το δεύτερο ποτήρι με νερό που έριξα μέσα στην κατσαρόλα θα έχει βράσει. Από υγρό δηλαδή έγινε αέριο, υδρατμός. Άλλαξε επομένως η φυσική του κατάσταση.

Το τρίτο ποτήρι με νερό παρέμεινε υγρό, όπως ήταν (αν δεν το ... ήπια).

Παρατηρώ ότι και στις τρεις περιπτώσεις (πάγος, υδρατμός, νερό) το νερό μένει ίδιο, αλλάζει όμως η φυσική του κατάσταση.

Πού οφείλεται αυτό;

Στην αλλαγή της θερμοκρασίας. Στην κατάψυξη η θερμοκρασία είναι χαμηλή και το νερό παγώνει. Στην κατσαρόλα η θερμοκρασία είναι υψηλή και το νερό βράζει. Στον πάγκο η θερμοκρασία μένει σταθερή και το νερό μένει όπως ήταν.

Περιγραφή της φυσικής κατάστασης των υλικών

Σκέψου μερικά σώματα σε στερεή κατάσταση: μολύβι, παπούτσι, βιβλίο, παγάκι. Όλα έχουν ορισμένη μάζα, ορισμένο όγκο και ορισμένο σχήμα.

Μάζα είναι η ποσότητας της ύλης που περιέχει ένα σώμα.

Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.

Σχήμα είναι η μορφή (όψη) που έχει ένα σώμα.

Σκέψου μερικά σώματα σε υγρή κατάσταση: νερό, λάδι, βενζίνη, χυμός. Όλα έχουν ορισμένη μάζα και ορισμένο όγκο, αλλά το σχήμα τους αλλάζει, παίρνουν το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει.

Π.χ. έχω νερό όγκου 1 λίτρου σε ένα μπουκάλι. Αν το αδειάσω σε μια κανάτα, δε θα αλλάξει ο όγκος του, θα εξακολουθεί να είναι 1 λίτρο! Θα αλλάξει όμως, το σχήμα του. Θα πάρει τώρα το σχήμα της κανάτας.

Ο αέρας που αναπνέουμε βρίσκεται βέβαια σε αέρια κατάσταση, όπως και οι υδρατμοί που βγαίνουν από την κατσαρόλα μας ή τα καυσαέρια που βγαίνουν από την εξάτμιση ενός αυτοκινήτου. Η μάζα τους είναι ορισμένη, αλλά ο όγκος τους και το

Καταστάσεις των υλικών 27

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

σχήμα τους μεταβάλλονται, ανάλογα με τον όγκο και το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει.

Γενικά, έχουν την τάση να καταλάβουν όσο χώρο τους προσφέρεται.

Στερεά (s) Υγρά (l) Αέρια (g)

Μάζα Ορισμένη Ορισμένη Ορισμένη

Όγκος Ορισμένος Ορισμένος Μεταβαλλόμενος

Σχήμα Ορισμένο Μεταβαλλόμενο Μεταβαλλόμενο

Η στερεά κατάσταση συμβολίζεται με s (solid). Η υγρή κατάσταση συμβολίζεται με l (liquid). Η αέρια κατάσταση συμβολίζεται με g (gas). Π.χ. ο χημικός τύπος του νερού είναι Η2Ο. Ο πάγος συμβολίζεται Η2Ο (s). Το νερό συμβολίζεται Η2Ο (l)

Ο ατμός συμβολίζεται Η2Ο (g).

Σ Υ Μ Π Ε Ρ Α Σ Μ Α

Η ύλη εμφανίζεται σε τρεις διαφορετικές φυσικές καταστάσεις: τη στερεή, την υγρή και την αέρια. Ένα σώμα όμως δεν εμφανίζεται σε μια μοναδική φυσική κατάσταση. Π.χ. το νερό, μπορεί να είναι στερεό, υγρό ή αέριο.

Η φυσική κατάσταση λοιπόν ενός σώματος επηρεάζεται κάθε φορά από κάποιους παράγοντες.

28 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη φυσική κατάσταση των υλικών

Στην κατάψυξη, όπου η θερμοκρασία είναι χαμηλή το νερό είναι παγωμένο. Το νερό που παίρνουμε από τη βρύση είναι υγρό, γιατί η θερμοκρασία στο χώρο του σπιτιού μας είναι μεγαλύτερη. Όταν μαγειρεύουμε, από την κατσαρόλα βγαίνουν υδρατμοί, γιατί η θερμοκρασία του νερού που περιέχει είναι πολύ υψηλή, λόγω του ματιού της κουζίνας που το ζεσταίνει.

Επομένως, ένας παράγοντας που καθορίζει τη φυσική κατάσταση των σωμάτων είναι η θερμοκρασία.

Σκέψου ένα αποσμητικό σε σπρέι. Αν το κουνήσεις, θα αντιληφθείς ότι μέσα στο μπουκάλι το αποσμητικό είναι σε υγρή κατάσταση. Αν ψεκάσεις, όμως, θα βγει αέριο.

Πώς γίνεται αυτό; Μέσα στο μπουκάλι η πίεση είναι μεγάλη και γι’ αυτό το αποσμητικό είναι υγρό. Η πίεση όμως στον αέρα γύρω μας είναι αρκετά μικρότερη κι έτσι το αποσμητικό γίνεται αέριο.

Επομένως, ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει τη φυσική κατάσταση των σωμάτων είναι η πίεση.

Πώς αλλάζει η φυσική κατάσταση, όταν αλλάζει η θερμοκρασία;

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Ζέση είναι ο βρασμός.

Ποτήρι ζέσης είναι ένα πυρίμαχο δοχείο βρασμού.

Παράθυρο στο εργαστήριο: Μεταβολές της φυσικής κατάστασης του νερού

Υλικά και μέσα πειράματος

Ποτήρι ζέσης. Τρίποδο – πλέγμα – λύχνος Θερμόμετρο

Καταστάσεις των υλικών 29

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Ένα κομμάτι γυαλί Παγάκια Σε ένα ποτήρι ζέσης βάζουμε λίγο νερό κι ένα παγάκι και βυθίζουμε ένα θερμόμετρο.

Περιμένουμε να σταθεροποιηθεί η ένδειξη του θερμομέτρου, οπότε το θερμόμετρο δείχνει 0° C.

Θερμαίνουμε το περιεχόμενο του ποτηριού. Παρατηρούμε ότι το παγάκι σιγά σιγά λιώνει. Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία παραμένει στους

0° C μέχρι να λιώσει τελείως το παγάκι, οπότε έχουμε μόνο νερό.

Συνεχίζουμε τη θέρμανση. Η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται συνεχώς. Όταν η θερμοκρασία γίνει 100° C, παρατηρούμε έντονη αναταραχή σε όλη την ποσότητα του νερού. Το νερό αρχίζει να βράζει, μετατρέπεται δηλαδή σε υδρατμούς. Οι υδρατμοί σχηματίζουν μεγάλες φυσαλίδες μέσα στο νερό δηλαδή κοχλάζει.

Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού παραμένει σταθερή στους 100° C σε όλη τη διάρκεια του βρασμού.

Βάζουμε ένα κομμάτι γυαλί πάνω από το ποτήρι. Πάνω στο γυαλί σχηματίζονται σταγόνες νερού. Οι υδρατμοί δηλαδή γίνονται ξανά υγρό, υγροποιούνται.

Στο πείραμα έγιναν οι παρακάτω μετατροπές:

Τήξη του πάγου, δηλαδή το νερό από στερεό μετατρέπεται σε υγρό. Το αντίστροφο, δηλαδή η μετατροπή υγρού σε στερεό, ονομάζεται πήξη.

Βρασμός ή ζέση του νερού, δηλαδή το νερό από υγρό μετατρέπεται σε αέριο (υδρατμό).

Υγροποίηση του υδρατμού, δηλαδή το νερό από αέριο μετατρέπεται σε υγρό.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος η πίεση δεν άλλαξε. Ήταν σταθερή και ίση με την πίεση του αέρα που μας περιβάλλει (ατμοσφαιρική πίεση). Η μοναδική αιτία, λοιπόν, για τις παραπάνω μετατροπές είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας.

Η θερμοκρασία στην οποία τήκεται (λιώνει) ένα στερεό ονομάζεται σημείο τήξης (Σ.Τ.). Στο σημείο τήξης δηλαδή αλλάζει η φυσική κατάσταση του σώματος, από στερεή γίνεται υγρή, ενώ η θερμοκρασία στην οποία βράζει ένα υγρό ονομάζεται σημείο ζέσης (Σ.Ζ.) ή βρασμού. Στο σημείο ζέσης δηλαδή αλλάζει η φυσική κατάσταση ενός σώματος, από υγρή γίνεται αέρια.

30 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Σ Υ Μ Π Ε Ρ Α Σ Μ Α

Κάθε ουσία έχει το δικό της σημείο τήξης και το δικό της σημείο ζέσης. Η φυσική κατάσταση ενός σώματος λοιπόν (που αποτελείται από αυτή την ουσία) εξαρτάται από τα δύο αυτά σημεία. Πώς; Αν η θερμοκρασία του είναι μικρότερη από το

σημείο τήξης, το σώμα βρίσκεται σε στερεή κατάσταση.

Αν η θερμοκρασία του είναι ανάμεσα στο σημείο τήξης και το σημείο ζέσης, το σώμα βρίσκεται σε υγρή κατάσταση.

Αν η θερμοκρασία του είναι μεγαλύτερη από το σημείο ζέσης, το σώμα βρίσκεται σε αέρια κατάσταση.

Σε όλη τη διάρκεια της τήξης (ή της πήξης) η στερεή και η υγρή κατάσταση συνυπάρχουν και η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, ίση με το σημείο τήξης (ή πήξης).

Το σημείο τήξης μιας ουσίας συμπίπτει με το σημείο πήξης.

Σε όλη τη διάρκεια του βρασμού (ή της υγροποίησης) η υγρή και η αέρια κατάσταση συνυπάρχουν και η θερμοκρασία παραμένει ίση με

Στερεό Υγρό Αέριο

Σημείο τήξης

Σημείο ζέσης

Καταστάσεις των υλικών 31

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

το σημείο βρασμού.

Το σημείο βρασμού μιας ουσίας συμπίπτει με το σημείο υγροποίησης.

Στάξε μια σταγόνα οινόπνευμα στο χέρι σου. Θα δεις ότι σταδιακά ελαττώνεται και μετά από 1-2 λεπτά εξαφανίζεται τελείως. Ωστόσο, θα εξακολουθείς να το μυρίζεις.

Τι συνέβη;

Το οινόπνευμα εξατμίστηκε, από την υγρή κατάσταση πέρασε σταδιακά στην αέρια, γι’ αυτό εξακολουθείς να το μυρίζεις.

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

∆ιαπιστώσαμε ότι το υγρό οινόπνευμα μετατράπηκε σε αέριο, αφού δεν το βλέπαμε αλλά εξακολουθούσαμε να το μυρίζουμε. ∆εν έβρασε όμως.

Συμπεραίνουμε επομένως ότι ένα υγρό σώμα μπορεί να μετατραπεί σε αέριο όχι μόνο με βρασμό.

Το οινόπνευμα είπαμε ότι εξατμίστηκε.

Σε τι διαφέρει όμως η εξάτμιση από το βρασμό; Στο βρασμό δημιουργούνται φυσαλίδες, το υγρό κοχλάζει. Ενώ στην

εξάτμιση δεν δημιουργούνται φυσαλίδες.

Ο βρασμός συμβαίνει σε συγκεκριμένη θερμοκρασία, το σημείο ζέσης ή βρασμού. Ενώ η εξάτμιση συμβαίνει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα εξάτμισης βλέπουμε στις αλυκές. Το θαλασσινό νερό θερμαίνεται από τον ήλιο και εξατμίζεται (χωρίς βέβαια να βράσει). Έτσι μένει το αλάτι, που ήταν διαλυμένο μέσα στο θαλασσινό νερό.

32 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Το χειμώνα στα τζάμια του σπιτιού ή του αυτοκινήτου σχηματίζονται σταγονίδια νερού. Οι ζεστοί υδρατμοί του αέρα του σπιτιού μας ή της ζεστής ανάσας μας ακουμπούν πάνω στα ψυχρά τζάμια (λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας που επικρατεί έξω), ψύχονται και μετατρεπονται σε υγρό, δηλαδή συμπυκνώνονται. Επομένως ένα αέριο μπορεί να μετατραπεί σε υγρό όχι μόνο με υγροποίηση, αλλά και με συμπύκνωση. Προσοχή: Η συμπύκνωση είναι το αντίστροφο της εξάτμισης και δε συμπίπτει με την υγροποίηση, η οποία είναι το αντίστροφο του βρασμού! Σε τι διαφέρει η συμπύκνωση από την υγροποίηση; Η υγροποίηση συμβαίνει γρήγορα, ενώ η συμπύκνωση πιο αργά. Η υγροποίηση συμβαίνει σε συγκεκριμένη θερμοκρασία, το σημείο υγροποίησης, που είναι ίσο με το σημείο βρασμού. Ενώ η συμπύκνωση συμβαίνει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία.

Για το νερό, το σημείο τήξης είναι 0° C (λιώνει ο πάγος και γίνεται νερό), ενώ το σημείο βρασμού είναι 100° C (το νερό γίνεται υδρατμός). Οι τιμές αυτές ισχύουν σε συγκεκριμένη πίεση (1 atm).

Αν η πίεση αλλάξει, αλλάζουν και τα σημεία τήξης και ζέσης.

Έτσι, για παράδειγμα, σε μεγάλο υψόμετρο, όπου η πίεση ελαττώνεται, το νερό βράζει σε μικρότερη θερμοκρασία από τους 100°C. Ενώ μέσα στη χύτρα, όπου η πίεση είναι πολύ μεγάλη, το νερό βράζει σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από τους 100°C.

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Πώς λειτουργεί η χύτρα ταχύτητας;

Στις χύτρες ταχύτητας εφαρμόζεται η επίδραση της πίεσης στη φυσική κατάσταση μιας ουσίας.

Το καπάκι της χύτρας κλείνει αεροστεγώς και εμποδίζει τους υδρατμούς να διαφύγουν. Έτσι αυξάνεται σιγά σιγά η πίεση που επικρατεί μέσα στη χύτρα. Με μια ειδική βαλβίδα η πίεση διατηρείται περίπου στις 10 ατμόσφαιρες, με αποτέλεσμα το νερό να βράζει, δηλαδή να μετατρέπεται σε αέριο σε θερμοκρασία υψηλότερη από το 100° C (περίπου στους 120° C).

Καταστάσεις των υλικών 33

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Έτσι το μαγείρεμα γίνεται σε μεγαλύτερη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα να

τελειώνει γρηγορότερα. Με αυτόν τον τρόπο εξοικονομούμε ενέργεια και χρόνο.

Η φυσική κατάσταση μιας ουσίας αλλάζει όταν αλλάζει η θερμοκρασία ή/και η πίεση.

Όταν αλλάζει η φυσική κατάσταση μιας ουσίας, δεν αλλάζει η ουσία.

Π.χ. πάγος, νερό και υδρατμός είναι η ίδια ουσία σε διαφορετικές φυσικές καταστάσεις.

Μία ουσία λοιπόν μπορεί, ανάλογα με τις συνθήκες (θερμοκρασία και πίεση) που επικρατούν, να εμφανίζεται άλλοτε ως στερεή, άλλοτε ως υγρή και άλλοτε ως αέρια.

34 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Και άλλες μετατροπές των φυσικών καταστάσεων

Η αύξηση της θερμοκρασίας με μια λέξη λέγεται θέρμανση.

Η μείωση της θερμοκρασίας με μια λέξη λέγεται ψύξη.

Σκέψου: στις ντουλάπες μας, όταν αποθηκεύουμε τα χειμωνιάτικα ρούχα, βάζουμε καμφορά (ή ναφθαλίνη), η οποία είναι σε μορφή ταμπλέτας, δηλαδή στερεά. Το φθινόπωρο η ταμπλέτα είναι άδεια, η καμφορά έχει εξαφανιστεί.

Τι συνέβη;

Η καμφορά δεν εξαφανίστηκε, αλλά από τη στερεή κατάσταση πέρασε απευθείας στην αέρια (χωρίς να γίνει υγρή)!

Η μετατροπή ενός στερεού απευθείας σε αέριο ονομάζεται εξάχνωση. Η αντίστροφη μετατροπή, δηλαδή του αερίου σε στερεό ονομάζεται απόθεση.

Η πάχνη σχηματίζεται τα χειμωνιάτικα πρωινά από την απότομη ψύξη των υδρατμών που βρίσκονται πολύ κοντά στην επιφάνεια της Γης. Η μετατροπή αυτή είναι λοιπόν απόθεση.

Όταν στις χιονισμένες βουνοπλαγιές, όπου η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλότερη από 0° C, έχουμε έντονη ηλιοφάνεια, παρατηρούμε το χιόνι να «αχνίζει». Το χιόνι εξαχνώνεται, δηλαδή στερεό χιόνι μετατρέπεται απευθείας σε αέριο.

Οι μετατροπές των φυσικών καταστάσεων των σωμάτων φαίνονται παρακάτω:

Καταστάσεις των υλικών 35

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Οι μετατροπές από αριστερά προς τα δεξιά, δηλαδή στερεό → υγρό → αέριο,

γίνονται με θέρμανση (αύξηση δηλαδή της θερμοκρασίας) ή και με μείωση της πίεσης.

Ενώ οι μετατροπές από δεξιά προς τα αριστερά, δηλαδή αέριο → υγρό → στερεό, γίνονται με ψύξη (μείωση δηλαδή της θερμοκρασίας) ή και με αύξηση της πίεσης.

Συνοψίζουμε τις μετατροπές των φυσικών καταστάσεων:

Τήξη: μετατροπή από στερεό σε υγρό (π.χ. λιώνουμε ένα μέταλλο και το ρίχνουμε σε καλούπια).

Πήξη: μετατροπή από υγρό σε στερεό (π.χ. το λιωμένο

μέταλλο πήζει και έτσι φτιάχνονται κοσμήματα). Εξάτμιση: μετατροπή από υγρό σε αέριο σε οποιαδήποτε

θερμοκρασία (π.χ. η μετατροπή του υγραερίου του αναπτήρα σε αέριο που καίγεται).

Βρασμός: μετατροπή από υγρό σε αέριο με σχηματισμό φυσαλίδων στο σημείο ζέσης (π.χ. το νερό κοχλάζει στην κατσαρόλα και μετατρέπεται σε υδρατμούς).

Συμπύκνωση: μετατροπή από αέριο σε υγρό (π.χ. οι υδρατμοί από τους οποίους αποτελούνται τα σύννεφα συμπυκνώνονται και σχηματίζεται η βροχή).

Εξάχνωση: μετατροπή από στερεό σε αέριο απευθείας (π.χ. το χιόνι εξαχνώνεται με έντονο ήλιο).

Απόθεση: μετατροπή από αέριο σε στερεό (π.χ. η πάχνη).

αύξηση πίεσης

μείωση πίεσης

ΑΕΡΙΟ

ΣΤΕΡΕΟ ΥΓΡΟ

εξάχνωση

τήξη

πήξη

απόθεση

εξάτμιση / βρασμός

συμπύκνωση ή

υγροποίηση

αύξηση θερμοκρασίας

μείωση θερμοκρασίας

36 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Χημεία παντού

s, l, g και ... πλάσμα

Τι κοινό υπάρχει ανάμεσα σε μια λάμπα με αέριο νέον, στην αστραπή και τον κεραυνό, στο εσωτερικό και την ατμόσφαιρα των άστρων και στα νεφελώματα; Όλα βρίσκονται σε μια τέταρτη φυσική κατάσταση, η οποία ονομάζεται πλάσμα. Τα υλικά μεταπίπτουν σε αυτή την κατάσταση κάτω από ορισμένες συνθήκες. Το πλάσμα είναι πολύ διαδεδομένο στο σύμπαν, όμως στη Γη σπανίζει. Τα τελευταία χρόνια βρίσκει νέες εφαρμογές, όπως είναι οι οθόνες πλάσματος, οι οθόνες TFT κ.ά.

Αναζήτησε πληροφορίες για το πλάσμα.

Οι καταστάσεις της ύλης είναι τρεις (στερεή, υγρή και αέρια), τουλάχιστον στη Γη. Γιατί στο υπόλοιπο σύμπαν η πιο διαδεδομένη κατάσταση της ύλης είναι μια τέταρτη, το πλάσμα. Στο εσωτερικό και την ατμόσφαιρα των άστρων, στα νεφελώματα (τους χώρους όπου γεννιούνται νέοι αστέρες), αλλά και στους κεραυνούς και τις λάμπες νέον οι θερμοκρασίες είναι πολύ υψηλές. Τότε, η ύλη, η οποία αποτελείται από άτομα, «ιοντίζεται». ∆ηλαδή τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από τους πυρήνες.

Στη Γη κατάσταση πλάσματος επικρατεί στις λάμπες φθορισμού και στις οθόνες πλάσματος. Στη γήινη ατμόσφαιρα το φαντασμαγορικό φαινόμενο που απολαμβάνουν οι άνθρωποι στις βόρειες πολικές περιοχές, το βόρειο σέλας, οφείλεται στο σχηματισμό πλάσματος σε ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Επεκτάσεις στην Ιστορία και την Τέχνη

Η αφθονία των μαρμάρων που υπάρχει στις μεσογειακές χώρες οφείλεται στις κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες που επικρατούσαν σε αυτές. Τα μάρμαρα χρησιμοποιήθηκαν πάρα πολύ στην Αρχιτεκτονική και στη Γλυπτική και αποτελούν σημαντικό μέρος της ιστορικής κληρονομιάς των λαών, κυρίως των Ελλήνων και των Ιταλών.

Η εξόρυξη και η χρήση του μαρμάρου στην Ελλάδα ανάγονται στα βάθη των αιώνων. Ήδη από τη Μέση Νεολιθική Εποχή (5000 π.Χ. περίπου) κατασκευάζονται μαρμάρινα γυναικεία ειδώλια.

Μαρμάρινα έργα υψηλής δημιουργίας αποτελούν τα γλυπτά και η ζωφόρος του Παρθενώνα. Τα αριστουργήματα αυτά δημιουργήθηκαν υπό την

ΜΜεε ααφφ οο ρρ μμ ήή ττ ηη ΧΧηη μμ εε ίί αα

Καταστάσεις των υλικών 37

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

εποπτεία του Φειδία (από το 447 έως το 432 π.Χ.), στον οποίο ο Περικλής ανέθεσε να καταστήσει την Ακρόπολη ένα μεγάλο μνημείο για τη δόξα της Αθήνας. Τα μάρμαρα είναι μεταμορφωμένα πετρώματα. Πετρώματα δηλαδή που βρέθηκαν

σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση, έλιωσαν και μετά, όταν πάγωσαν, απέκτησαν κρυσταλλική δομή. Ο σχηματισμός, λοιπόν, των μαρμάρων οφείλεται σε δύο μετατροπές κατάστασης: την τήξη και την πήξη. Με κατάλληλη επεξεργασία τα κρυσταλλικά αυτά πετρώματα αποκτούν λάμψη. Ανάλογα με τις ουσίες που περιέχουν, έχουν πολλά και διαφορετικά χρώματα.

Στην Ελλάδα έχουμε πολλά μάρμαρα, γιατί οι γεωλογικές συνθήκες ευνόησαν τη δημιουργία τους. Το μάρμαρο της Πεντέλης είναι λευκό, του Μαραθώνα περισσότερο μπλε με κηλίδες και ταινίες σχεδόν μαύρες, της Ερέτριας με ζωηρά καστανοκόκκινα χρώματα και πολλά σχέδια, της Τήνου είναι το γνωστό «πράσινο μάρμαρο» με ανώμαλα σχήματα που του δίνουν όψη φιδιού, της Σκύρου με λευκούς ρομβοειδείς σχηματισμούς χρωματισμένους περιμετρικά με ένα υλικό καστανό ως κοκκινοβιολετί, της Ρόδου με ανοιχτό μπεζ χρώμα και φλέβες μελανές, της ∆ιαλισκάρης γκρίζο και μπλε, της Λάρισας με πρασινόμαυρα γωνιώδη σχήματα γνωστό από την αρχαιότητα ως «πράσινος θεσσαλικός λίθος», το περίφημο ανοιχτόχρωμο μάρμαρο της Πάρου, το λευκό μάρμαρο της Θάσου, το λευκό ή ανοιχτότεφρο μάρμαρο της Νάξου, το κόκκινο μάρμαρο της Μάνης, το κίτρινο μάρμαρο των Θηβών, τα ποικιλόχρωμα μάρμαρα της Ερέτριας με κόκκινες κηλίδες, της Άνδρου με κίτρινες κηλίδες, τα έγχρωμα μάρμαρα της Χίου κ.λπ.

Με το λευκό μάρμαρο της Πεντέλης έχουν κατασκευαστεί ο Παρθενώνας και τα περισσότερα μνημεία της αρχαίας Αθήνας. Με το περίφημο ανοιχτόχρωμο μάρμαρο της Πάρου κατασκευάστηκαν ο Ερμής του Πραξιτέλη, ο ναός των ∆ελφών, αλλά και το Πτι Παλαί στο Παρίσι. Με το πράσινο μάρμαρο της Θεσσαλίας κατασκευάστηκαν οι μονόλιθοι της Αγίας Σοφίας στην Κωνσταντινούπολη, του Αγίου Παύλου και του Αγίου Ιωάννη στη Ρώμη κ.λπ.

38 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Για να προσδιορίσουμε τη φυσική κατάσταση ενός σώματος, ακολουθούμε τα εξής βήματα:

Βήμα 1ο: Φτιάχνουμε το παρακάτω σχήμα, όπου σημειώνουμε το σημείο τήξης και το σημείο ζέσης της ουσίας από την οποία είναι φτιαγμένο το σώμα μας. Π.χ. ένα σιδερένιο καρφί και μια σιδερένια λαμαρίνα (σώματα) είναι φτιαγμένα από σίδηρο (ουσία, δηλαδή υλικό), άρα έχουν ίδια σημεία τήξης και ζέσης, αυτά του σιδήρου. Επίσης, ένα παγάκι και ένα ποτήρι νερό έχουν ίδια σημεία τήξης και ζέσης, αυτά του νερού.

Βήμα 2ο: Αντιστοιχούμε τη θερμοκρασία του σώματος σε ένα σημείο αυτού του «άξονα».

Πώς αντιστοιχούμε σημεία στον άξονα των αριθμών. Στον άξονα των αριθμών οι θετικοί αριθμοί τοποθετούνται δεξιά από το 0, ενώ οι αρνητικοί αριστερά του.

Βήμα 3ο: Η θέση της θερμοκρασίας του σώματος «ανήκει» σε μια οριζόντια στήλη. Έτσι προσδιορίζουμε τη φυσική κατάσταση το σώματος.

ΜΜεε θθ οο δδ οο λλ οο γγ ίί αα

γγ ιι αα ττ οο νν ππρρ οο σσ δδ ιι οο ρρ ιι σσ μμ όό ττ ηη ςς φφυυ σσ ιι κκ ήή ςς κκ αα ττ άά σσ ττ αα σσ ηη ςς εε νν όό ςς σσώώμμ αα ττ οο ςς

-3 -2 -1 0 1 2χ΄

3 4

Στερεό Υγρό Αέριο

Σημείο τήξης

Σημείο ζέσης

Καταστάσεις των υλικών 39

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ

Το σημείο τήξης του βρομίου είναι –7° C και το σημείο ζέσης 59° C. Ποια είναι η φυσική κατάσταση του βρομίου:

α) σε θερμοκρασία δωματίου (25° C),

β) σε θερμοκρασία ίση με το σημείο τήξης του καθαρού νερού και

γ) σε θερμοκρασία ίση με το σημείο ζέσης του καθαρού νερού.

Απάντηση

Φτιάχνουμε το παρακάτω σχήμα, όπου σημειώνουμε το σημείο τήξης και το σημείο ζέσης του βρωμίου.

α) Η θερμοκρασία 25° C βρίσκεται στη στήλη «Υγρό», άρα το βρόμιο στους 25° C

βρίσκεται στην υγρή κατάσταση.

β) Γνωρίζουμε ότι το σημείο τήξης του καθαρού νερού είναι 0° C. Διαπιστώνουμε από το σχήμα ότι στους 0° C το βρόμιο βρίσκεται επίσης στην υγρή κατάσταση.

γ) Γνωρίζουμε ότι το σημείο ζέσης του καθαρού νερού είναι 100° C. Από το σχήμα διαπιστώνουμε ότι στους 100° C το βρόμιο βρίσκεται στην αέρια κατάσταση.

Στερεό Υγρό Αέριο

Σημείο τήξης -7οC

Σημείο ζέσης 59°C

0°C 25°C 100°C

40 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχει ένα σώμα.

Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.

Σχήμα είναι η μορφή (όψη) που έχει ένα σώμα.

Η ύλη στη φύση εμφανίζεται σε τρεις φυσικές καταστάσεις: τη στερεή, την υγρή και την αέρια.

Τα στερεά σώματα έχουν ορισμένη μάζα, ορισμένο όγκο και ορισμένο σχήμα.

Τα υγρά σώματα έχουν ορισμένη μάζα, ορισμένο όγκο, αλλά μεταβαλλόμενο σχήμα (παίρνουν το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει).

Τα αέρια σώματα έχουν ορισμένη μάζα, αλλά μεταβαλλόμενο όγκο και μεταβαλλόμενο σχήμα (παίρνουν τον όγκο και το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει).

Η φυσική κατάσταση ενός σώματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση, δηλαδή αλλάζει όταν αλλάζει η θερμοκρασία ή/και η πίεση.

Η μετατροπή ενός στερεού σε υγρό ονομάζεται τήξη.

Η μετατροπή ενός υγρού σε στερεό ονομάζεται πήξη.

Η μετατροπή ενός υγρού σε αέριο ονομάζεται εξάτμιση όταν συμβαίνει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, χωρίς φυσαλίδες.

Η μετατροπή ενός υγρού σε αέριο ονομάζεται βρασμός όταν συμβαίνει στο σημείο ζέσης, με φυσαλίδες.

Η μετατροπή ενός αερίου σε υγρό ονομάζεται συμπύκνωση ή υγροποίηση.

Η μετατροπή ενός στερεού απευθείας σε αέριο ονομάζεται εξάχνωση.

Η μετατροπή ενός αερίου απευθείας σε στερεό ονομάζεται απόθεση.

Τα σημαντικότερα σημεία της § 1.2

Καταστάσεις των υλικών 41

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Σχηματική απεικόνιση της 1.2

αύξηση πίεσης

μείωση πίεσης

ΑΕΡΙΟ

ΣΤΕΡΕΟ ΥΓΡΟ

εξάχνωση

τήξη

πήξη

απόθεση

εξάτμιση / βρασμός

συμπύκνωση ή

υγροποίηση

αύξηση θερμοκρασίας

μείωση θερμοκρασίας

Φυσική κατάσταση ενός σώματος

εξαρτάται από

πίεση

θερμοκρασία

μπορεί να είναι

Υγρή Αέρια Στερεή

ορισμένη μάζα ορισμένος όγκοςορισμένο σχήμα

ορισμένη μάζα ορισμένος όγκος

μεταβαλλόμενο σχήμα

ορισμένη μάζα μεταβαλλόμενος όγκοςμεταβαλλόμενο σχήμα

42 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Χαρακτήρισε με Σ (σωστό) ή Λ (λάθος) τις παρακάτω προτάσεις:

α) Ο αέρας δεν έχει μάζα.

β) Στην κακοκαιρία (χαμηλό βαρομετρικό) η ατμοσφαιρική πίεση είναι μικρότερη από 1 ατμόσφαιρα, οπότε το νερό βράζει σε θερμοκρασία χαμηλότερη από 100° C.

γ) Η τήξη και η πήξη του νερού δε γίνονται στην ίδια θερμοκρασία.

δ) Πήξη ονομάζουμε τη μετατροπή μιας αέριας ουσίας σε στερεή.

ε) Εξάχνωση ονομάζουμε τη μετατροπή μιας στερεής ουσίας σε αέρια.

στ) Συμπύκνωση ονομάζουμε τη μετατροπή μιας αέριας ουσίας σε υγρή.

ζ) Υγροποίηση ονομάζουμε τη μετατροπή μιας στερεής ουσίας σε υγρή.

2. Συμπλήρωσε με τις κατάλληλες λέξεις τα κενά στις παρακάτω προτάσεις:

α) Η ύλη εμφανίζεται σε ..................... διαφορετικές ..................... καταστάσεις: τη στερεή, την υγρή και την ..................... .

β) Τα στερεά έχουν ..................... όγκο και ορισμένο ..................... .

γ) Τα υγρά έχουν ορισμένο ....................., αλλά παίρνουν το ..................... των δοχείων που τα περιέχουν.

δ) Τα αέρια δεν έχουν ούτε ..................... σχήμα, ούτε ορισμένο ..................... . Προσπαθούν να καταλάβουν όσο ..................... τους διατίθεται.

ε) Ο πάγος, το νερό και οι υδρατμοί είναι η ίδια ..................... σε διαφορετική φυσική ..................... .

στ) Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη φυσική κατάσταση των σωμάτων είναι η ..................... και η .................... .

Καταστάσεις των υλικών 43

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

ζ) Το ..................... ..................... είναι η σταθερή θερμοκρασία στην οποία ένα υγρό σώμα μετατρέπεται σε αέριο, ενώ το σημείο τήξης είναι η σταθερή θερμοκρασία στην οποία ένα ..................... σώμα μετατρέπεται σε ..................... .

η) Το νερό σε θερμοκρασία ..................... από 0° C είναι στερεό (πάγος) και σε θερμοκρασία ..................... από 100° C είναι αέριο (υδρατμός). Σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 0° C και μικρότερες από 100° C είναι ..................... .

3. Συμπλήρωσε Χ στις υπόλοιπες θέσεις του πίνακα όπου χρειάζεται.

Ορισμένη μάζα Ορισμένος όγκος

Ορισμένο σχήμα

Στερεά

Υγρά

Αέρια Χ

4. Σε τι διαφέρει ο πάγος από τον υδρατμό; Μπορεί να μετατραπεί απευθείας πάγος σε υδρατμό και αντίστροφα;

5. Συμπλήρωσε τις ονομασίες των μεταβολών της φυσικής κατάστασης των υλικών στο παρακάτω διάγραμμα:

44 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

6. Να αντιστοιχίσετε τις ουσίες της πρώτης στήλης του πίνακα με τα κατάλληλα χαρακτηριστικά της δεύτερης στήλης.

α. νερό Η2Ο (s)

β. νερό Η2Ο (l )

γ. νερό Η2Ο (g)

i) Καταλαμβάνει όλο το χώρο το δοχείου μέσα στο οποίο βρίσκεται.

ii) Έχει σταθερό σχήμα και σταθερό όγκο.

iii) Έχει σταθερό σχήμα αλλά όχι σταθερό όγκο.

iv) Παίρνει το σχήμα του δοχείου μέσα στο οποίο βρίσκεται.

7. Σε ποια από τις παρακάτω θερμοκρασίες εξατμίζεται το νερό;

α) Στους 20° C.

β) Στους 60° C.

γ) Στους 90° C.

δ) Σε οποιαδήποτε από τις παραπάνω θερμοκρασίες.

8. Διάβασε τις παρακάτω προτάσεις και βρες τις μετατροπές της φυσικής κατάστασης που περιγράφονται σ’ αυτές:

α) Έπλυνε τα χέρια και το πρόσωπό της και, για να δροσιστεί, άφησε το νερό να στεγνώσει πάνω της.

β) Η καμφορά που βάλαμε το καλοκαίρι στα μάλλινα εξαφανίστηκε.

γ) Το χειμώνα τα τζάμια θαμπώνουν.

δ) Το βούτυρο έξω από το ψυγείο λειώνει.

Καταστάσεις των υλικών 45

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

9. Συμπλήρωσε στον παρακάτω πίνακα τη φυσική κατάσταση κάθε υλικού και απάντησε στις ερωτήσεις που ακολουθούν:

Ουσία (σε πίεση 1

atm)

Σημείο τήξεως (°C)

Σημείο ζέσεως (°C)

Φυσική κατάσταση στους 25° C

Οξυγόνο –218 –183

Αιθανόλη –117 78

Νερό 0 100

Θείο 113 445

Χλωριούχο νάτριο

801 1413

i. Ποιες ουσίες θα αλλάξουν φυσική κατάσταση, αν η θερμοκρασία μεταβληθεί από τους 25° C στους –50° C, και γιατί;

ii. Αν αρχίσουμε από τους 25° C να θερμαίνουμε ομοιόμορφα τις στερεές ουσίες, ποια θα ρευστοποιηθεί (θα αρχίσει να τήκεται) πρώτη και γιατί;

10. Δύο μπρίκια περιέχουν τις ίδιες ποσότητες καθαρού νερού, θερμοκρασίας 15° C. Το ένα μπρίκι βράζει σε ένα καταφύγιο ψηλά σε ένα βουνό. Το άλλο βράζει σε μια παραλία. Σε ποιο μπρίκι το νερό θα βράσει σε μεγαλύτερη θερμοκρασία;

α) Στο μπρίκι στο βουνό.

β) Στο μπρίκι στην παραλία.

γ) Και στα δυο το νερό θα βράσει στους 100° C.

δ) Δεν μπορούμε να ξέρουμε.

46 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. α) ΛΑΘΟΣ: ο αέρας δεν είναι άυλος, έχει μάζα, αποτελείται από ύλη,

μόνο που αυτή είναι πάρα πολύ αραιή.

β) ΣΩΣΤΟ: το νερό βράζει στους 100° C όταν η πίεση είναι 1 atm. Αν η πίεση είναι μικρότερη, το σημείο βρασμού ελαττώνεται.

γ) ΛΑΘΟΣ: το σημείο τήξης συμπίπτει με το σημείο πήξης, αφού πρόκειται για όμοιες, αλλά αντίστροφες μετατροπές.

δ) ΛΑΘΟΣ: πήξη είναι η μετατροπή υγρό → στερεό.

ε) ΣΩΣΤΟ: εξάχνωση είναι η μετατροπή στερεό → αέριο.

στ) ΣΩΣΤΟ: συμπύκνωση είναι η μετατροπή αέριο → υγρό.

ζ) ΛΑΘΟΣ: υγροποίηση είναι η μετατροπή αέριο → υγρό (είναι συμπύκνωση).

2. α) τρεις, φυσικές, αέρια.

β) ορισμένο, σχήμα.

γ) όγκο, σχήμα,

δ) ορισμένο, όγκο, χώρο.

ε) ουσία, κατάσταση.

στ) θερμοκρασία, πίεση.

ζ) σημείο ζέσης, στερεό υγρό.

η) μικρότερη, μεγαλύτερη, υγρό.

3. Ορισμένη μάζα Ορισμένος όγκος Ορισμένο σχήμα

Στερεά Χ Χ Χ

Υγρά Χ Χ

Αέρια Χ

Καταστάσεις των υλικών 47

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

4. Ο πάγος, το νερό και ο υδρατμός είναι η ίδια ουσία σε διαφορετική φυσική κατάσταση λόγω διαφορετικών συνθηκών (θερμοκρασίας και πίεσης) κάθε φορά.

Επομένως η διαφορά του πάγου από τον υδρατμό είναι η φυσική κατάσταση. Ο πάγος βρίσκεται σε στερεή κατάσταση, ενώ ο υδρατμός σε αέρια.

Ο πάγος μπορεί να μετατραπεί απευθείας σε υδρατμό και μάλιστα η μετατροπή αυτή λέγεται εξάχνωση. Αυτό συμβαίνει όταν ένα παγόβουνο π.χ. δέχεται έντονη ηλιακή ακτινοβολία, οπότε ο στέρεος πάγος μετατρέπεται σε αέριο, χωρίς προηγουμένως να γίνει νερό.

Το αντίστροφο επίσης μπορεί να συμβεί. Έτσι σχηματίζεται η πάχνη τα κρύα χειμωνιάτικα πρωινά. Οι αέριοι υδρατμοί μετατρέπονται απευθείας σε στερεά πάχνη και η μετατροπή αυτή λέγεται απόθεση.

5. 1. Συμπύκνωση. 2. Βρασμός / εξάτμιση. 3. Πήξη. 4. Τήξη. 5. Απόθεση. 6. Εξάχνωση

6. α. νερό Η2Ο (s) β. νερό Η2Ο (l ) γ. νερό Η2Ο (g)

i) Καταλαμβάνει όλο το χώρο το δοχείου μέσα στο οποίο βρίσκεται.

ii) Έχει σταθερό σχήμα και σταθερό όγκο. iii) Έχει σταθερό σχήμα αλλά όχι σταθερό

όγκο. iv) Παίρνει το σχήμα του δοχείου μέσα στο

οποίο βρίσκεται. Πράγματι, το s συμβολίζει στερεό σώμα. Άρα έχει σταθερό σχήμα και όγκο. Το l συμβολίζει υγρό σώμα. Άρα παίρνει το σχήμα του δοχείου μέσα στο

οποίο βρίσκεται. Το g συμβολίζει αέριο σώμα. Άρα καταλαμβάνει όλο το χώρο του δοχείου

μέσα στο οποίο βρίσκεται. Τέλος, δεν υπάρχει σώμα στη φύση με σταθερό σχήμα, αλλά όχι σταθερό

όγκο.

7. Σωστή απάντηση είναι η (δ).

1. Συμπύκνωση

2. Βρασμός / εξάτμιση

3. Πήξη

4. Τήξη

5. Απόθεση

6. Εξάχνωση

48 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Η εξάτμιση συμβαίνει σε οποιαδήποτε θερμοκρασία.

8. α) Το νερό στέγνωσε πάνω της, όπως στεγνώνουν τα πλυμένα ρούχα ή τα μαλλιά μας. Τι εννοούμε όταν λέμε στεγνώνει το νερό; Εξαφανίστηκε; Όχι βέβαια. Μετατράπηκε σε αέριο. Έχουμε, λοιπόν, εξάτμιση.

β) Η στερεή καμφορά δεν εξαφανίστηκε, μετατράπηκε σε αέρια. Έχουμε, λοιπόν, εξάχνωση.

γ) Το χειμώνα τα τζάμια είναι κρύα λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Ο ζεστός αέρας του δωματίου ακουμπάει πάνω τους, κρυώνει και συμπυκνώνεται, υγροποιείται δηλαδή. Γι’ αυτό τα τζάμια θαμπώνουν. Έχουμε, λοιπόν, συμπύκνωση.

δ) Το στερεό βούτυρο έξω από το ψυγείο ζεσταίνεται και λιώνει, μετατρέπεται δηλαδή σε υγρό. Έχουμε, λοιπόν, τήξη.

9. Για κάθε ουσία κάνω το γνωστό σχήμα που συσχετίζει τη φυσική κατάσταση με τα σημεία τήξης και ζέσης:

α) Οξυγόνο:

Άρα η φυσική του κατάσταση στους 25ο C είναι αέρια.

β) Αιθανόλη:

Άρα η φυσική του κατάσταση στους 25ο C είναι υγρή.

γ) Νερό:

Άρα η φυσική του κατάσταση στους 25ο C είναι υγρή.

Στερεό Υγρό Αέριο

0°C25°C

100°C-50°C

Στερεό Υγρό Αέριο

σ.τ

-117°C

25°Cσ.ζ.

78°C-50°C

Στερεό Υγρό Αέριο

25°C-50°C

σημείο ζέσης

-183°C σημείο τήξης

-218°C

Καταστάσεις των υλικών 49

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

δ) Θείο:

Άρα η φυσική του κατάσταση στους 25ο C είναι στερεή.

ε) Χλωριούχο νάτριο:

Άρα η φυσική του κατάσταση στους 25ο C είναι στερεή.

Σύμφωνα με τα παραπάνω, η τελευταία στήλη του πίνακα συμπληρώνεται ως εξής:

Ουσία (σε πίεση 1

atm)

Σημείο τήξεως (°C)

Σημείο ζέσεως (°C)

Φυσική κατάσταση στους 25° C

Οξυγόνο –218 –183 αέρια

Αιθανόλη –117 78 υγρή

Νερό 0 100 υγρή

Θείο 113 445 στερεή

Χλωριούχο νάτριο

801 1413 στερεή

i. Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία –50° C βρίσκεται σε διαφορετική στήλη μόνο για το νερό.

Αν η θερμοκρασία λοιπόν μεταβληθεί από τους 25° C στους –50° C μόνο το νερό θα αλλάξει φυσική κατάσταση. Συγκεκριμένα θα γίνει στερεό (πάγος).

ii. Αν αρχίσουμε να θερμαίνουμε τις στερεές ουσίες, πρώτη θα αρχίσει να τήκεται αυτή που έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης.

Το θείο έχει πολύ χαμηλότερο σημείο τήξης (445° C) από το χλωριούχο νάτριο (1413° C). Άρα το θείο θα αρχίσει να τήκεται πρώτο.

Στερεό Υγρό Αέριο

25°C 1413°C-50°C 801°C

Στερεό Υγρό Αέριο

25°C 445°C-50°C 113°C

50 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

10. Σωστή απάντηση είναι η (β).

Γνωρίζουμε ότι σε μεγάλο υψόμετρο (ψηλά στο βουνό) η πίεση ελαττώνεται και το νερό βράζει σε μικρότερη θερμοκρασία.

Καταστάσεις των υλικών 51

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Συμπλήρωσε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις:

α. Τα στερεά έχουν ....................... όγκο και ....................... σχήμα. Τα υγρά έχουν ....................... όγκο και ....................... σχήμα. Τα αέρια έχουν ....................... όγκο και σχήμα.

β. Η φυσική κατάσταση ενός υλικού μπορεί να αλλάξει, αν μεταβληθούν ....................... ή/και ....................... .

Απάντηση

Οι λέξεις που συμπληρώνουν τα κενά προκύπτουν άμεσα από τη θεωρία και είναι οι εξής:

α) ορισμένο, ορισμένο, ορισμένο, μεταβαλλόμενο, μεταβαλλόμενο.

β) η θερμοκρασία, η πίεση.

2. Αντιστοίχισε τις μεταβολές των υλικών με τις ονομασίες αυτών των μεταβολών:

Μεταβολές Ονομασίες

α. Από στερεό σε υγρό

β. Από στερεό σε αέριο

γ. Από υγρό σε αέριο

δ. Από αέριο σε υγρό

ε. Από υγρό σε στερεό

στ. Από αέριο σε στερεό

1. Πήξη

2. Απόθεση

3. Υγροποίηση

4. Τήξη

5. Εξάχνωση

6. Εξάτμιση

Απάντηση

Σύμφωνα με όσα είπαμε στη θεωρία και σύμφωνα με το διάγραμμα των μετατροπών των φυσικών καταστάσεων (σελ. 36), έχουμε:

α) στερεό → υγρό: τήξη (άρα 4)

52 Παράγραφος 1.2

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

β) στερεό → αέριο: εξάχνωση (άρα 5)

γ) υγρό → αέριο: εξάτμιση (άρα 6)

δ) αέριο → υγρό: υγροποίηση (άρα 3)

ε) υγρό → στερεό: πήξη (άρα 1)

στ) αέριο → στερεό: απόθεση (άρα 2)

Μεταβολές Ονομασίες

α. Από στερεό σε υγρό

β. Από στερεό σε αέριο

γ. Από υγρό σε αέριο

δ. Από αέριο σε υγρό

ε. Από υγρό σε στερεό

στ. Από αέριο σε στερεό

1. Πήξη

2. Απόθεση

3. Υγροποίηση

4. Τήξη

5. Εξάχνωση

6. Εξάτμιση

3. Συμπλήρωσε σωστά, στην τελευταία στήλη του πίνακα, τη φυσική κατάσταση κάθε υλικού στους 25 °C:

Υλικό Σ.Τ. σε °C Σ.Ζ. σε °C Φυσική κατάσταση

Α

Β

Γ

Δ

64

-7

-165

98

1.300

59

-92

883

Απάντηση

Το σημείο τήξης είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα υλικό τήκεται (λιώνει) περνά δηλαδή από τη στερεή στην υγρή κατάσταση. Δηλαδή σε θερμοκρασία μικρότερη από το σημείο τήξης το υλικό βρίσκεται στη στερεή κατάσταση, ενώ σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από το σημείο τήξης στην υγρή ή την αέρια κατάσταση.

Το σημείο ζέσης (ή βρασμού) είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα υλικό βράζει, περνά δηλαδή από την υγρή στην αέρια κατάσταση. Δηλαδή σε θερμοκρασία μικρότερη από το σημείο ζέσης το υλικό βρίσκεται στην υγρή ή τη στερεή κατάσταση, ενώ σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από το σημείο ζέσης στην αέρια κατάσταση.

Καταστάσεις των υλικών 53

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Για κάθε υλικό κάνω ένα σχήμα που συσχετίζει τη φυσική κατάσταση με τα σημεία τήξης και ζέσης:

α) Υλικό Α:

Άρα η φυσική κατάσταση του υλικού Α στους 25° C είναι στερεή.

β) Υλικό Β:

Άρα η φυσική κατάσταση του υλικού Β στους 25° C είναι υγρή.

γ) Υλικό Γ:

Άρα η φυσική κατάσταση του υλικού Γ στους 25° C είναι αέρια.

δ) Υλικό Δ:

Άρα η φυσική κατάσταση του υλικού Δ στους 25° C είναι στερεή.

Σύμφωνα με τα παραπάνω, η τελευταία στήλη του πίνακα συμπληρώνεται ως εξής:

Υλικό Σ.Τ. σε °C Σ.Ζ. σε °C Φυσική κατάσταση

Α Β Γ Δ

64 -7

-165 98

1.300 59 -92 883

στερεή υγρή αέρια στερεή

Στερεό Υγρό Αέριο 98°C 883°C

25°C

Στερεό Υγρό Αέριο - -92°C

25°C

Στερεό Υγρό Αέριο -7°C 59°C

25°C

Στερεό Υγρό Αέριο 64°C 1300°C

25°C

54 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

11..33 ΦΦΦΥΥΥΣΣΣΙΙΙΚΚΚΕΕΕΣΣΣ ΙΙΙ∆∆∆ΙΙΙΟΟΟΤΤΤΗΗΗΤΤΤΕΕΕΣΣΣ ΤΤΤΩΩΩΝΝΝ ΥΥΥΛΛΛΙΙΙΚΚΚΩΩΩΝΝΝ

Κάθε υλικό ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα με βάση κάποια γνωρίσματά του. Αυτά τα λέμε φυσικές ιδιότητες του υλικού.

Μια φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η φυσική κατάσταση στην οποία βρίσκεται.

Οι φυσικές καταστάσεις των υλικών είναι τρεις: η στερεή, η υγρή και η αέρια.

Τα στερεά έχουν ορισμένη μάζα, ορισμένο όγκο και ορισμένο σχήμα.

Τα υγρά έχουν ορισμένη μάζα, ορισμένο όγκο, αλλά μεταβαλλόμενο σχήμα, παίρνουν δηλαδή το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει.

Τα αέρια έχουν ορισμένη μάζα και μεταβαλλόμενο όγκο και σχήμα. Άλλες φυσικές ιδιότητες είναι το χρώμα, η γεύση, η οσμή, η σκληρότητα,

η ελαστικότητα, η πυκνότητα.

Η πυκνότητα ρ ενός υλικού εκφράζει το πόσο πυκνή είναι η ύλη σ’ αυτό το υλικό, εκφράζει δηλαδή τη μάζα m του υλικού που περιέχεται σε ορισμένο όγκο του V.

Η πυκνότητα υπολογίζεται από τον τύπο: ρ = mV

και μετριέται συνήθως

σε γραμμάρια ανά κυβικά εκατοστά, δηλαδή g/cm3 (g: μονάδα μάζας, cm3: μονάδα όγκου).

ΕΡΩΤΗΣΗ σύνδεσης με τα προηγούμενα Τοποθετήστε τα παρακάτω σώματα στον πίνακα που ακολουθεί

ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση:

πόσιμο νερό, καρφί, ατμοσφαιρικός αέρας, πέτρα, οινόπνευμα, καυσαέρια αυτοκινήτων.

ΣΤΕΡΕΑ ΥΓΡΑ ΑΕΡΙΑ

Απάντηση – Σχόλιο

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 55

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Πολύ εύκολα μπορούμε να τοποθετήσουμε τα σώματα που μας δίνονται στον πίνακα ως εξής:

ΣΤΕΡΕΑ ΥΓΡΑ ΑΕΡΙΑ

καρφί

πέτρα

πόσιμο νερό

οινόπνευμα

ατμοσφαιρικός αέρας

καυσαέρια αυτοκινήτων

Τα στερεά έχουν ορισμένο όγκο και συγκεκριμένο σχήμα.

Τα υγρά έχουν ορισμένο όγκο αλλά παίρνουν το σχήμα των δοχείων που τα περιέχουν

Τα αέρια δεν έχουν ούτε ορισμένο όγκο ούτε συγκεκριμένο σχήμα.

Τα υλικά που μας δίνονται χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: στερεά, υγρά και αέρια, ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση.

Σε τι διαφέρουν όμως μεταξύ τους ένα καρφί με μια πέτρα αφού και τα δύο βρίσκονται στην ίδια φυσική κατάσταση; Φυσικά διαφέρουν σε πάρα πολλά «γνωρίσματα». Τις διαφορές μεταξύ των υλικών, ακόμα και αυτών που βρίσκονται στην ίδια φυσική κατάσταση, θα μελετήσουμε στην παρούσα ενότητα.

Στη Γη ζουν δισεκατομμύρια άνθρωποι. Όλοι αυτοί μοιάζουν μεταξύ τους, ανήκουν στο ανθρώπινο είδος, αλλά είναι κα πολύ διαφορετικοί, Διαφέρουν στο φύλο, το ύψος, το βάρος, το χρώμα του δέρματος, των ματιών, των μαλλιών, στο χαρακτήρα. Όλα αυτά συνθέτουν τα λεγόμενα ιδιαίτερα γνωρίσματα του κάθε ανθρώπου.

Όπως κάθε άνθρωπος ξεχωρίζει από τους υπόλοιπους λόγω των ιδιαίτερων γνωρισμάτων του, έτσι και κάθε υλικό ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα με βάση τις φυσικές του ιδιότητες.

Μερικές από αυτές τις φυσικές ιδιότητες των υλικών γίνονται αντιληπτές άμεσα με τις αισθήσεις μας. Τέτοιες είναι το χρώμα, η γεύση και η οσμή. Εκτός από αυτές, τα υλικά έχουν κι άλλες φυσικές ιδιότητες, όπως η σκληρότητα, η ελαστικότητα, η ευθραυστότητα, η πυκνότητα και η αγωγιμότητα. Μια ακόμη φυσική ιδιότητα είναι η φυσική κατάσταση στην οποία βρίσκεται το υλικό, αν δηλαδή είναι στερεό, υγρό ή αέριο.

56 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Μια φυσική ιδιότητα των υλικών είναι το χρώμα του.

Εκτός από τα υλικά που έχουν κάποιο χρώμα, υπάρχουν και άλλα που είναι άχρωμα ή διαφανή. Τέτοια υλικά είναι: το νερό ο αέρας τα τζάμια των παραθύρων Και η διαφάνεια, όμως, θεωρείται φυσική ιδιότητα του υλικού, αφού το κάνει να ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα.

Μια άλλη φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η οσμή. Μερικά σώματα, όπως τα λουλούδια και τα αρώματα, έχουν ευχάριστη μυρωδιά, ενώ άλλα όπως τα σκουπίδια και τα καυσαέρια, δυσάρεστη.

Υπάρχουν υλικά που δε μυρίζουν καθόλου, είναι άοσμα. Όπως το αλάτι. Και η απουσία οσμής, όμως, θεωρείται φυσική ιδιότητα του υλικού.

Άλλη φυσική ιδιότητα του υλικού είναι η γεύση.

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Οι «καθαροί» χαρακτηρισμοί γεύσης είναι μόνο τέσσερις:

• γλυκιά • πικρή • ξινή • αλμυρή

Από κει και πέρα οι χαρακτηρισμοί αυτοί συνδυάζονται. Π.χ. γλυκόξινο.

Άλλη φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η σκληρότητα. Σκληρά υλικά είναι π.χ. το μάρμαρο ή ο σίδηρος. Ενώ μαλακά υλικά είναι π.χ. το σαπούνι ή το κερί.

Η σκληρότητα ενός υλικού εκφράζει την ικανότητά του να χαράζει ή να χαράζεται από άλλα υλικά.

Επομένως μεταξύ δύο υλικών το σκληρότερο είναι εκείνο που χαράζει το άλλο.

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 57

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Το μάρμαρο π.χ. είναι πιο σκληρό από το ξύλο, γιατί μπορεί να το χαράξει και δεν χαράζεται από αυτό.

Η σκληρότητα των ορυκτών κυρίως μετριέται με την εμπειρική σκληρομετρική κλίμακα Mohs (Μος). Σ’ αυτή την κλίμακα κάθε ορυκτό χαράζει τα προηγούμενα και χαράζεται από τα επόμενα ορυκτά.

Σκληρομετρική κλίμακα του Mohs

1 Τάλκης

2 Γύψος

3 Ασβεστίτης

4 Φθορίτης

5 Απατίτης

6 Άστριος

7 Χαλαζίας

8 Τοπάζιο

9 Κορούνδιο

10 Διαμάντι

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Το πιο σκληρό υλικό στη φύση είναι το διαμάντι. Γι’ αυτό το λόγο χρησιμοποιείται για τη χάραξη και την κοπή όλων των υπολοίπων υλικών (π.χ. γυαλί). Πράγματι στην κλίμακα Mohs είναι τελευταίο.

Άλλη φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η ελαστικότητα.

Από ποιο υλικό κατασκευάζεται ο σκελετός ενός ουρανοξύστη;

Το υλικό που χρησιμοποιείται στο σκελετό των ουρανοξυστών είναι το ατσάλι, γιατί έχει μεγάλη ελαστικότητα.

Για τον ίδιο λόγο τα ελαστικά των αυτοκινήτων κατασκευάζονται από συνθετικό καουτσούκ και λεπτό ατσάλινο πλέγμα. Γιατί και το καουτσούκ και το ατσάλι έχουν μεγάλη ελαστικότητα. Επομένως:

58 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Η ελαστικότητα ενός υλικού εκφράζει την ικανότητά του να επανέρχεται εύκολα στο αρχικό του σχήμα μετά από μια παραμόρφωση.

Έτσι π.χ. το κερί δεν είναι ελαστικό, γιατί αν το πιέσουμε παραμορφώνεται, αλλά δεν επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα. Το γυαλί δεν είναι καθόλου ελαστικό, δεν παραμορφώνεται και είναι εντελώς άκαμπτο. Το σφουγγάρι όμως εάν το παραμορφώσουμε και το αφήσουμε ελεύθερο, επανέρχεται στην αρχική του μορφή, άρα είναι ελαστικό.

Άλλη φυσική ιδιότητα είναι η ευθραυστότητα. Υπάρχουν υλικά, όπως το γυαλί, που σπάνε εύκολα, είναι δηλαδή εύθραυστα και υλικά που είναι άθραυστα, όπως το πλαστικό.

Η ευθραυστότητα ενός υλικού εκφράζει την ικανότητά του να αντέχει ή όχι στις καταπονήσεις που υφίσταται.

Άθραυστο υλικό είναι το λεξάν, από το οποίο κατασκευάζονται τα αλεξίσφαιρα τζάμια

Η πυκνότητα είναι επίσης μια φυσική ιδιότητα των υλικών.

Έχουμε δύο συμπαγείς (γεμάτες δηλαδή) σφαίρες ίσου όγκου, μια από φελλό και μια από σίδηρο. Ο όγκος αυτών των σφαιρών είναι ίσος, αλλά η μάζα τους είναι διαφορετική. Αν τις ζυγίσουμε δηλαδή, η σιδερένια σφαίρα θα ζυγίζει πολύ περισσότερο από τη σφαίρα φελλού. Οι δύο σφαίρες λέμε ότι έχουν διαφορετική πυκνότητα.

Θυμήσου από τη Φυσική Η πυκνότητα ρ μας δείχνει πόσο πυκνή είναι η ύλη σε κάποιο

υλικό. Εκφράζει δηλαδή τη μάζα m του υλικού που περιέχεται σε συγκεκριμένο όγκο V.

Υπολογίζεται από τον τύπο: mρ =

V

Η πιο συνηθισμένη μονάδα μέτρηση της πυκνότητας είναι το 1 g/cm3.

Η θεμελιώδης μονάδα της μάζας είναι το 1 kg (χιλιόγραμμο):

1 kg = 1000 g Η θεμελιώδης μονάδα του όγκου είναι το 1 m3 (κυβικό μέτρο):

⇒ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅&1 m = 100 cm = 1 m 1 m 1 m = 100 cm 100 cm 100 cm =31m

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 59

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

3= 1000000 cm = 6 310 cm

Επίσης μπορούμε να μετρήσουμε τον όγκο με το 1 L (λίτρο):

1 L = 1000 mL 1 mL = 1 cm3

Με βάση αυτές τις μονάδες μάζας και όγκου, άλλες μονάδες μέτρησης της πυκνότητας είναι: 1 kg/m3, 1 kg/L, 1 g/ml κ.λπ.

Η πυκνότητα αναφέρεται στο υλικό, από το οποίο είναι φτιαγμένο ένα σώμα, χαρακτηρίζει, όπως λέμε, το υλικό και όχι το σώμα. ∆εν εξαρτάται δηλαδή από τη μάζα ή τον όγκο του σώματος.

Έτσι π.χ. ένα σιδερένιο καράβι, μια σιδερένια ράβδος κι ένα σιδερένιο ρίνισμα έχουν την ίδια πυκνότητα, γιατί και τα τρία είναι φτιαγμένα από το ίδιο υλικό (σίδηρο), κι ας έχουν τεράστιες διαφορές στη μάζα και τον όγκο τους.

Σε ένα ποτήρι νερό ρίχνουμε ένα φελλό κι ένα σιδερένιο καρφί. Θα παρατηρήσουμε ότι το καρφί θα βουλιάξει, ενώ ο φελλός θα επιπλεύσει. Αυτό σημαίνει ότι ο φελλός έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, ενώ το καρφί (σίδηρος) μεγαλύτερη.

Αυτός είναι ένας τρόπος να συγκρίνουμε τις πυκνότητες δύο υλικών: Ρίχνουμε τα σώματα μέσα σε νερό (ή γενικά

κάποιο υγρό). Το σώμα που βυθίζεται έχει μεγαλύτερη

πυκνότητα από το νερό. Το σώμα που επιπλέει έχει μικρότερη πυκνότητα

από το νερό

Άλλη φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα εκφράζει την ικανότητα των υλικών να επιτρέπουν στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μέσα από τη μάζα τους.

60 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Τα υλικά που επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους λέμε ότι έχουν μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα ή ότι είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Τέτοια υλικά είναι όλα τα μέταλλα: χαλκός, σίδηρος κ.λπ.

Τα υλικά που δεν επιτρέπουν τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από τη μάζα τους λέμε ότι έχουν μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα ή ότι είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Τέτοια υλικά είναι το πλαστικό, το ξύλο κ.λπ.

Έτσι π.χ. τα ηλεκτρικά καλώδια είναι σύρματα κατασκευασμένα από χαλκό, που περιβάλλονται από πλαστικό. Γιατί; Γιατί ο χαλκός έχει μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, επιτρέπει δηλαδή στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει με μεγάλη ευκολία μέσα από τη μάζα τους, ενώ, αντίθετα, το πλαστικό έχει ελάχιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα, δεν επιτρέπει δηλαδή στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει. Ευτυχώς! Γιατί αλλιώς θα πιάναμε ένα ηλεκτρικό καλώδιο και θα παθαίναμε ηλεκτροπληξία!

Μία ακόμη φυσική ιδιότητα των υλικών είναι η θερμική αγωγιμότητα. Η θερμική αγωγιμότητα εκφράζει την ικανότητα των υλικών να επιτρέπουν στη θερμότητα να μεταφερθεί μέσα από τη μάζα τους.

ΜΑΘΕ ΚΙ ΑΥΤΟ

Τα υλικά που επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας μέσα από τη μάζα τους λέμε ότι έχουν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα ή ότι είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας. Π.χ. τα μέταλλα.

Τα υλικά που δεν επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας μέσα από τη μάζα τους λέμε ότι έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα ή ότι είναι κακοί αγωγοί της θερμότητας. Π.χ. πλαστικό, ξύλο κ.λπ.

Έτσι τα μαγειρικά σκεύη (π.χ. οι κατσαρόλες) είναι μεταλλικά, γιατί τα μέταλλα έχουν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα, για να μεταφέρεται θερμότητα εύκολα από το αναμμένο μάτι της κουζίνας στην κατσαρόλα και να μπορούμε να μαγειρεύουμε γρήγορα. Αντίθετα, τα χερούλια της κατσαρόλας είναι συνήθως κατασκευασμένα από πλαστικό, βακελίτη ή ξύλο, γιατί τα υλικά αυτά έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα, δεν επιτρέπουν δηλαδή τη θερμότητα να μεταφερθεί εύκολα (από τη ζεστή κατσαρόλα στα χέρια μας) κι έτσι, ευτυχώς, δεν καιγόμαστε όταν την πιάνουμε!

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 61

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Ασχοληθήκαμε με κάποιες από τις φυσικές ιδιότητες των υλικών. Άλλες φυσικές ιδιότητες είναι οι εξής:

Η διαλυτότητα πόσο εύκολα δηλαδή διαλύονται σε ένα υγρό. Π.χ. το αλάτι διαλύεται εύκολα στο νερό, ενώ η άμμος όχι.

Το σημείο τήξης (Σ.Τ.) και το σημείο ζέσης (Σ.Ζ.), η θερμοκρασία δηλαδή στην οποία τήκεται (λιώνει, μετατρέπεται από στερεό σε υγρό) και η θερμοκρασία στην οποία βράζει (μετατρέπεται από υγρό σε αέριο) ένα υλικό. Οι θερμοκρασίες αυτές είναι χαρακτηριστικές για κάθε υλικό, κάθε υλικό δηλαδή έχει το δικό του σημείο τήξης και σημείο ζέσης. Π.χ. αν μας πουν ότι ένα υλικό βράζει στους 100° C, καταλαβαίνουμε ότι είναι νερό.

Ακόμη, τα μέταλλα ειδικά έχουν τις εξής φυσικές ιδιότητες τη χύτευση, να μπαίνουν δηλαδή σε καλούπια για να πάρουν το σχήμα που θέλουμε, π.χ. τα σιδερένια κάγκελα του σπιτιού,

την ελατότητα, να μετατρέπονται δηλαδή σε λεπτά φύλλα, π.χ. το αλουμινόχαρτο,

την ολκιμότητα, να μετατρέπονται δηλαδή σε λεπτά σύρματα, π.χ. τα χάλκινα σύρματα των ηλεκτρικών καλωδίων.

Ανάλογα με τις ανάγκες μας κάθε φορά, διαλέγουμε τα κατάλληλα υλικά με βάση τις ιδιότητές τους.

Γιατί για την κατασκευή των αεροπλάνων χρησιμοποιούμε αλουμίνιο; Γιατί το αλουμίνιο έχει μικρή πυκνότητα, επομένως το αλουμινένιο αεροπλάνο μπορεί εύκολα να πετάει (δε «βυθίζεται» στον αέρα).

Πώς κόβουμε τα τζάμια; Με διαμάντι, γιατί το διαμάντι είναι πιο σκληρό υλικό από το γυαλί. Για την ακρίβεια, είναι το σκληρότερο υλικό.

Γιατί τα βαρίδια για τα δίχτυα του ψαρέματος κατασκευάζονται από μόλυβδο; Γιατί ο μόλυβδος έχει μεγάλη πυκνότητα, άρα βυθίζεται μέσα στο νερό.

Γιατί τα δοκιμαστικά κατσαβίδια έχουν πλαστική λαβή;

62 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Γιατί το πλαστικό έχει μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα, άρα δεν επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει κι έτσι προστατευόμαστε.

Γιατί χρησιμοποιούμε πλαστικά πιάτα στα παιδικά πάρτι; Γιατί το πλαστικό είναι άθραυστο, δε σπάει δηλαδή.

Ο ορισμός της πυκνότητας συνδέει τρία μεγέθη: την πυκνότητα ρ, τη μάζα m και

τον όγκο V.

Αν γνωρίζουμε τα δύο από αυτά τα μεγέθη, μπορούμε να υπολογίσουμε το τρίτο με αυτόν τον τύπο:

Υπολογίζουμε την πυκνότητα ρ, εφαρμόζοντας τον ορισμό και αντικαθιστώντας τις τιμές και τις μονάδες της μάζας m και του όγκου V:

mρ =V

Υπολογίζουμε τη μάζα m ως εξής:

ρmρV 1

= ⇒ = mV

⇒ (πολλαπλασιάζω χιαστί)

⇒ m = ρV

Υπολογίζουμε τον όγκο V ως εξής:

ρmρV 1

= ⇒ = mV

⇒ (εναλλαγή άκρων όρων)

V m1 ρ

⇒ = ⇒ (1 ουδέτερο στοιχείο για πολλαπλασιασμό – διαίρεση)

⇒ mV =ρ

ΜΜεε θθ οο δδ οο λλ οο γγ ίί αα

γγ ιι αα ττ οο νν υυππ οο λλ οο γγ ιι σσ μμ όό ττ ηη ςς ππυυ κκ νν όό ττ ηη ττ αα ςς

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 63

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Οι όγκοι ορισμένων γνωστών στερεών σχημάτων δίνονται από τις σχέσεις:

• Κύβος: V = α3

• Ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο: V = α•β•γ

• Κύλινδρος: V=πR2h

(όπου h είναι το ύψος του κυλίνδρου, ενώ R η ακτίνα της κυκλικής του βάσης)

ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ 1ο

Ένα κομμάτι μετάλλου έχει μάζα 13,5 g και όγκο 5 cm3. Ποια είναι η πυκνότητα του μετάλλου;

Απάντηση

Το παρακάτω σχήμα μας βοηθά να θυμόμαστε ευκολότερα: όταν ξέρουμε δύο από τα μεγέθη ρ, m, V μπορούμε να υπολογίσουμε το τρίτο.

α

α α

α

β γ

h

R

64 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Γνωρίζουμε ότι m = 13,5 g και V = 5 cm3 και θέλουμε να υπολογίσουμε την πυκνότητα ρ. Εφαρμόζουμε λοιπόν τον ορισμό της πυκνότητας:

313,5 gmρ

V 5 cm= = ⇒ 3ρ = 2,7 g / cm

ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ 2ο

Η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13,6 g/cm3. Πόση είναι η μάζα μιας ποσότητας υδραργύρου που έχει όγκο 200 cm3;

Απάντηση

Γνωρίζουμε ότι ρ = 13,6 g/cm3 και V = 200 cm3 και θέλουμε να υπολογίσουμε τη μάζα m. Εφαρμόζουμε τη σχέση:

3

gmρ m ρV 13,6V cm

= ⇒ = = 3200 cm⋅ ⇒ m = 2720 g

ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ 3ο

Η πυκνότητα του οινοπνεύματος είναι 0,8 g/cm3. Πόσος είναι ο όγκος 1 kg οινοπνεύματος;

Απάντηση

Γνωρίζουμε ότι ρ = 0,8 g/cm3 και m = 1 kg και θέλουμε να υπολογίσουμε τον όγκο V. Γνωρίζουμε επίσης ότι 1 kg = 1000 g.

Αφού η μονάδα της πυκνότητας είναι g/cm3, πρέπει η μονάδα της μάζας να είναι g και του όγκου cm3.

Γι’ αυτό μετατρέπω τα kg σε g.

Οι μονάδες πρέπει να ανήκουν στο ίδιο «πακέτο».

Εφαρμόζουμε τη σχέση:

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 65

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

3

3 3

1000 g1000 g cm1000 gm m 1ρ V

g 0,8 gV ρ 0,8 g0,8cm cm

⋅= ⇒ = = = = ⇒ 3V = 1250 cm

Τα κλάσματα που κάποιος από τους όρους τους

(αριθμητής – παρονομαστής) είναι επίσης κλάσμα

λέγονται σύνθετα κλάσματα.

Πώς μετατρέπω ένα σύνθετο κλάσμα σε απλό;

Το γινόμενο των «άκρων» όρων είναι ο αριθμητής

και το γινόμενο των «μέσων» όρων είναι ο

παρονομαστής. ∆ηλαδή:

⋅⋅

αα δβ =γ β γ

δ

66 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Οι φυσικές ιδιότητες κάνουν κάθε υλικό να ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα.

Οι κυριότερες φυσικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν ένα υλικό είναι:

- το χρώμα,

- η οσμή,

- η γεύση,

- η σκληρότητα, πόσο εύκολα δηλαδή χαράζει ή χαράζεται από άλλα υλικά,

- η ελαστικότητα, πόσο εύκολα δηλαδή επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα μετά από μια παραμόρφωση,

- η ευθραυστότητα, αν δεν αντέχει δηλαδή στις καταπονήσεις και σπάει εύκολα,

- η πυκνότητα, πόσο πυκνή είναι η ύλη δηλαδή, οπότε αν έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό θα βουλιάξει, διαφορετικά θα επιπλεύσει,

- η ηλεκτρική αγωγιμότητα, αν επιτρέπει δηλαδή στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μέσα από τη μάζα του,

- η θερμική αγωγιμότητα, αν επιτρέπει δηλαδή στη θερμότητα να περάσει μέσα από τη μάζα του.

Η σκληρότητα των ορυκτών κυρίως μετριέται με την κλίμακα Mohs.

Το πιο σκληρό υλικό στη φύση είναι το διαμάντι.

Τα σημαντικότερα σημεία της § 1.3

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 67

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Σχηματική απεικόνιση της 1.3

χαρακτη-ρίζουν τα υλικά

Φυσικές ιδιότητες είναι

χρώμα

γεύση

οσμή

σκληρότητα

ελαστικότητα

πυκνότητα

αγωγιμότητα

μετριέ-ται με

κλίμακα Μohs

παίρνει 10

διαμάντι

mV

ρ =

ηλεκτρική

θερμική

τύποςμονάδα

1 g/cm3

68 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Συμπληρώστε τον πίνακα: ουσίες χρώμα οσμή φυσική

κατάσταση

ζάχαρη λευκή δεν έχει στερεό

αλάτι

γυαλί

χαλκός

θείο χαρακτηριστική

καθαρό οινόπνευμα

2. Συγκρίνετε τη σκληρότητα των παρακάτω υλικών χρησιμοποιώντας τα σύμβολα >, <.

α) ξύλο .................... κοπίδι β) σίδερο .................... λίμα γ) διαμάντι .................... γυαλί δ) τοπάζιο .................... άστριο ε) πριόνι .................... κλαδί στ) κιμωλία .................... πίνακας ζ) χαρτί .................... μολύβι η) νύχι .................... σαπούνι

3. Σύγκρινε την πυκνότητα των παρακάτω υλικών χρησιμοποιώντας τα σύμβολα <, >.

α) αλουμίνιο .................... σίδερο β) ξύλο .................... φελλός γ) λάδι .................... νερό δ) πλαστικό .................... γυαλί

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 69

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

4. Να αναφέρεις πέντε φυσικές ιδιότητες α) του κοινού γυαλιού (για τζάμια)

β) του χαρτιού εφημερίδας γ) του γραφίτη της μύτης των μολυβιών

5. Να συμπληρώσετε με τις κατάλληλες λέξεις τα κενά των παρακάτω προτάσεων:

α) Τα υλικά ξεχωρίζουν μεταξύ τους με βάση τις ..................... ιδιότητές τους.

β) Με την κλίμακα ..................... μετράμε τη σκληρότητα ενός σώματος.

γ) Το λεμόνι έχει ξινή ..................... .

δ) Με ατσάλι κατασκευάζουμε το σκελετό των οικοδομών, γιατί έχει μεγάλη ..................... .

ε) Το γυαλί δεν αντέχει στις καταπονήσεις, είναι δηλαδή ..................... .

στ) Το πλαστικό έχει μικρή ..................... και θερμική ..................... .

ζ) Το κερί έχει ..................... σκληρότητα, γι’ αυτό χαράζεται εύκολα.

6. Χαρακτήρισε με Σ (σωστό) ή Λ (λάθος) τις παρακάτω προτάσεις: α) Ο γύψος έχει μεγάλη σκληρότητα.

β) Τα άθραυστα υλικά σπάνε εύκολα.

γ) Το σκληρότερο υλικό στη φύση είναι το διαμάντι.

δ) Ο φελλός επιπλέει στο νερό.

ε) Το πλαστικό έχει μικρή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα.

7. Σημείωσε δίπλα σε κάθε αντικείμενο ποια ιδιότητά του αξιοποιείται: α) Διαμαντοτρύπανο: .....................................................................................

β) Χάλκινα σύρματα στα καλώδια: .................................................................

γ) Λάστιχο ποτίσματος: .................................................................................

δ) Τζάμια παραθύρων: ..................................................................................

ε) Πλαστική λαβή κουτάλας: .........................................................................

70 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

8. Τέσσερις μαθητές υπολόγισαν στο εργαστήριο την πυκνότητα του αλουμινίου. Να τι βρήκαν: Στέλλα: 2,7 g/cm3. Αναστασία: 2500 kg/m2. Δέσποινα: 2700 g/L. Δημήτρης: 2,5 g/mL. Ποιος από τους μαθητές έκανε σίγουρα λάθος;

α) Η Στέλλα. β) Η Αναστασία. γ) Η Δέσποινα. δ) Ο Δημήτρης.

9. Ένα σώμα έχει μάζα 90 g και όγκο 100 cm3. Τι θα συμβεί αν το σώμα αυτό τοποθετηθεί διαδοχικά σε ένα δοχείο Α γεμάτο με νερό και σε ένα δοχείο Β γεμάτο με πετρέλαιο;

Δίνονται οι πυκνότητες του νερού και του πετρελαίου: ρνερ. = 1 g/cm3 και ρπετρ. = 0,85 g/cm3.

α) Θα επιπλέει και στα δύο δοχεία. β) Θα επιπλέει στο δοχείο Α και θα βυθιστεί στο δοχείο Β. γ) Θα βυθιστεί στο δοχείο Α και θα επιπλέει στο δοχείο Β. δ) Θα βυθιστεί και στα δύο δοχεία.

10. Ένα μολυβένιο στρατιωτάκι έχει μάζα 100 g. Πόσος είναι ο όγκος του, αν η πυκνότητα του μολύβδου είναι 11,3 g/cm3;

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 71

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. ουσίες χρώμα οσμή φυσική

κατάσταση ζάχαρη λευκή δεν έχει στερεό

αλάτι λευκό δεν έχει στερεό γυαλί δεν έχει δεν έχει στερεό

χαλκός κόκκινο δεν έχει στερεό

θείο κίτρινο χαρακτηριστική στερεό

καθαρό οινόπνευμα

δεν έχει χαρακτηριστική υγρό

2. α) Το ξύλο χαράζεται από το κοπίδι, άρα η σκληρότητά του είναι μικρότερη: ξύλο < κοπίδι

β) Το σίδερο χαράζεται από τη λίμα, άρα η σκληρότητά του είναι μικρότερη: σίδερο < λίμα

γ) Το διαμάντι χαράζει το γυαλί, είναι το σκληρότερο υλικό στη φύση: διαμάντι > γυαλί

δ) Από την κλίμακα Mohs διαπιστώνουμε ότι το τοπάζιο είναι σκληρότερο από τον άστριο: τοπάζιο > άστριο

δ) Το πριόνι κόβει το κλαδί, άρα έχει μεγαλύτερη σκληρότητα: πριόνι > κλαδί

ε) Η κιμωλία τρίβεται πάνω στον πίνακα, άρα έχει μικρότερη σκληρότητα: κιμωλία < πίνακας

στ) Το χαρτί χαράζεται από το μολύβι, άρα έχει μικρότερη σκληρότητα: χαρτί < μολύβι

ζ) Το νύχι μας χαράζει το σαπούνι, άρα έχει μεγαλύτερη σκληρότητα: νύχι > σαπούνι

72 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

3. Εδώ μας ζητείται να συμπληρώσουμε τα κενά με τα σύμβολα <, >, ανάλογα με την πυκνότητα των υλικών.

Θα εξετάσουμε κάθε ζεύγος υλικών ξεχωριστά.

αλουμίνιο – σίδερο

Το σίδερο (σίδηρος) έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το αλουμίνιο. Δηλαδή: αλουμίνιο < σίδερο

ξύλο – φελλός

Το ξύλο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον φελλό, όπως είδαμε και στο αντίστοιχο πείραμα. Δηλαδή: ξύλο > φελλός.

λάδι – νερό

Το νερό έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το λάδι, γιατί το λάδι επιπλέει στο νερό. Δηλαδή: λάδι < νερό.

πλαστικό – γυαλί

Το γυαλί έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το πλαστικό. Δηλαδή: πλαστικό < γυαλί.

Συγκεντρωτικά λοιπόν τα κενά της εκφώνησης συμπληρώνονται ως εξής:

α) αλουμίνιο < σίδερο β) ξύλο > φελλός γ) λάδι < νερό δ) πλαστικό < γυαλί

4. Στην παρούσα ερώτηση μας δίνονται τρία υλικά και μας ζητείται να αναφέρουμε πέντε φυσικές τους ιδιότητες.

Θα αναφερθούμε σε κάθε υλικό ξεχωριστά. α. Κοινό γυαλί (για τζάμια) Πέντε από τις φυσικές ιδιότητες του κοινού γυαλιού είναι: Στερεό. Διαφανές (άχρωμο). Εύθραστο Κακή ηλεκτρική αγωγιμότητα Κακή θερμική αγωγιμότητα β. Χαρτί εφημερίδας Πέντε από τις φυσικές ιδιότητες του χαρτιού εφημερίδας είναι: Στερεό. Χρώμα (λευκό). Άοσμο. Κακός αγωγός του ηλεκτρισμού Κακός αγωγός της θερμότητας γ. Γραφίτης της μύτης του μολυβιού

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 73

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Πέντε από τις φυσικές ιδιότητες του γραφίτη της μύτης του μολυβιού είναι:

Στερεό. Χρώμα (μαύρο). Καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Κακός αγωγός της θερμότητας Αδιάλυτος στο νερό.

5. α) φυσικές,

β) Mohs, γ) γεύση, δ) ελαστικότητα, ε) εύθραυστο, στ) ηλεκτρική, αγωγιμότητα, ζ) μικρή.

6. α) ΛΑΘΟΣ: Ο γύψος έχει μικρή σκληρότητα (2 στην κλίμακα Mohs).

β) ΛΑΘΟΣ: Τα άθραυστα υλικά δεν σπάνε. Π.χ. πλαστικό, λεξάν (για αλεξίσφαιρα τζάμια).

γ) ΣΩΣΤΟ: Το διαμάντι είναι τελευταίο στην κλίμακα Mohs. δ) ΣΩΣΤΟ: Ο φελλός επιπλέει στο νερό, γιατί έχει μικρή πυκνότητα. Γι’

αυτό οι σημαδούρες που επιπλέουν στη θάλασσα φτιάχνονται από φελλό.

ε) ΣΩΣΤΟ: Το πλαστικό δεν επιτρέπει τη μεταφορά θερμότητας, ούτε τη διέλευση του ηλεκτρικούς ρεύματος μέσα από τη μάζα του. Γι’ αυτό οι λαβές στα μαγειρικά σκεύη και το περίβλημα των ηλεκτρικών καλωδίων είναι πλαστικά.

7. α) Διαμαντοτρύπανο: μεγάλη σκληρότητα.

β) Χάλκινα σύρματα στα καλώδια: μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα. γ) Λάστιχο ποτίσματος: ελαστικότητα. δ) Τζάμια παραθύρων: διαφάνεια (άχρωμα). ε) Πλαστική λαβή κουτάλας: μικρή θερμική αγωγιμότητα.

8. Σωστή απάντηση είναι η (β).

74 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Ανεξάρτητα από τις τιμές, το kg/m2 δεν είναι μονάδα μέτρησης της πυκνότητας, γιατί εκφράζει μάζα προς εμβαδό. Το m2 (τετραγωνικό μέτρο) είναι μονάδα εμβαδού. Ενώ όλες οι υπόλοιπες, είναι μονάδες πυκνότητας. Εκφράζουν μάζα προς όγκο.

9. Η πυκνότητα του σώματος είναι:

3

390 gmρ ρ 0,9 g / cm

V 100 cm= = ⇒ =

Δηλαδή η πυκνότητα του σώματος είναι μικρότερη από του νερού, άρα στο νερό (δοχείο Α) θα επιπλέει.

Η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από του πετρελαίου, άρα στο πετρέλαιο (δοχείο Β) θα βυθιστεί.

Επομένως, σωστή απάντηση είναι η (β).

10. Γνωρίζουμε ότι m = 100 g και ρ = 11,3 g/cm3, και θέλουμε να υπολογί-σουμε τον όγκο V. Εφαρμόζουμε τη σχέση:

3

3 3

100 g100 g cm100 gm m 1ρ V

g 11,3 gV ρ 11,3 g11,3cm cm

⋅= ⇒ = = = = ⇒ 3V = 8,85 cm

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 75

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

1. Συμπλήρωσε με τις κατάλληλες λέξεις τα κενά στις παρακάτω φράσεις. Βρες την κρυμμένη λέξη στα τετράγωνα με έντονο πλαίσιο.

Το λάστιχο έχει μεγάλη ...

Το πιο σκληρό υλικό στην κλίμακα Mohs είναι ...

Ο χαλκός έχει μεγάλη ...

Ο μόλυβδος και ο υδράργυρος έχουν μεγάλη ...

Το λιγότερο σκληρό υλικό στην κλίμακα Mohs είναι ...

Ο χαλαζίας έχει μεγαλύτερη ... από το γύψο.

Το κοινό γυαλί έχει μεγάλη ...

Ιδιότητα των υλικών αλλά και αίσθησή μας είναι ...

Τα αρώματα έχουν ευχάριστη ...

Απάντηση

Η λύση του σταυρολέξου είναι η ακόλουθη:

Όπως βλέπουμε η κρυμμένη λέξη είναι: ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ.

2. Να κατατάξεις σε σειρά αυξανόμενης σκληρότητας τα παρακάτω υλικά: γυαλί, κιμωλία, διαμάντι, κερί.

Θ Ρ Α Υ Σ Ο Τ Η ΤΥ Ε Α

Γ Υ Σ Η

Ο Μ Η

Σ Κ Λ Ρ Ο Τ Η Τ Α

Α Λ Κ Η Σ

Π Υ Κ Ν Τ Η Τ Α

Α Γ Ω Γ Μ Ο Τ Η ΑΤ

Ι Α Μ Α Ν Ι Τ

Λ Α Σ Τ Κ Ο Τ Η ΤΕ Α

Δ

Ι

Ι

Τ

Η

Ο

Ε

Τ

Σ

76 Παράγραφος 1.3

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

Απάντηση

Το διαμάντι είναι το σκληρότερο από όλα.

Το κερί είναι το μαλακότερο από όλα, γιατί χαράζεται από όλα τα υπόλοιπα.

Η κιμωλία χαράζεται από το γυαλί. Δηλαδή είναι λιγότερο σκληρή από το γυαλί.

Άρα η σειρά κατάταξης, από το μαλακότερο προς το σκληρότερο, είναι η εξής:

κερί < κιμωλία < γυαλί < διαμάντι

3. Να κατατάξεις σε σειρά αυξανόμενης πυκνότητας τα παρακάτω υλικά: νερό, ξύλο, σίδηρος, λάδι.

Απάντηση

Αν ρίξουμε μέσα σε νερό ένα κομμάτι ξύλο, ένα κομμάτι σίδηρο και μια

σταγόνα λάδι, τότε το ξύλο και το λάδι θα επιπλεύσουν, ενώ ο σίδηρος θα βυθιστεί.

Άρα η σειρά κατάταξης, από το αραιότερο προς το πυκνότερο, είναι η εξής:

ξύλο < λάδι < νερό < σίδηρος

4. Με βάση τις πληροφορίες του πίνακα 2 (σελίδας 21) και την εμπειρία σου, να προτείνεις:

δύο υλικά για την κατασκευή κοσμημάτων, ένα υλικό για την κατασκευή ενός ελαφρού αυτοκινήτου, ένα υλικό για την κατασκευή γέφυρας, ένα υλικό για την κατασκευή χαρακτικών έργων.

Να αιτιολογήσεις τις επιλογές σου.

Απάντηση

Για την κατασκευή κοσμημάτων διαλέγουμε χρυσό και ασήμι, γιατί έχουν μεταλλική λάμψη, κατεργάζονται εύκολα και δε σκουριάζουν.

Για την κατασκευή ενός ελαφρού αυτοκινήτου διαλέγουμε αλουμίνιο,

Φυσικές ιδιότητες των υλικών 77

εκπαιδευτικός οργανισμός

δ.τσιαρας και σια ε.ε.

γιατί έχει μικρή πυκνότητα.

Για την κατασκευή μιας γέφυρας διαλέγουμε ατσάλι, γιατί έχει μεγάλη ελαστικότητα.

Για την κατασκευή χαρακτικών έργων διαλέγουμε διαμάντι, γιατί έχει μεγάλη σκληρότητα.