ZVOLTE CÍLOVOU SKUPINU pro přehlednější zobrazení.

    Expozice

    Garant: 
    Bc. Kristýna Nová
    Anotace pro veřejnost: 
    Co se stane s molekulami, když látka změní skupenství? Šlapejte do pedálů kola a pozorujte pohyb kuliček.
    Anotace pro 1. stupeň ZŠ: 
    Voda v různém skupenství zaujímá jiný objem. V každém stavu jsou molekuly vody jinak soudržné. Rozpohybováním kola žáci zjistí, jak se molekuly pohybují v různém skupenství.
    Anotace pro 2. stupeň ZŠ: 
    Voda v různém skupenství zaujímá jiný objem. V každém stavu jsou molekuly vody jinak soudržné. Rozpohybováním kola žáci zjistí, jak se molekuly pohybují v různém skupenství.

    Věda a technika v pozadí

    Kuličky v exponátu představují molekuly nebo jiné částice, které se v závislosti na teplotě pohybují. S touto myšlenkou přišel v kinetické teorii látek Rudolf Clausius v roce 1857.

    Teorie

    Základem kinetické teorie látek jsou tři experimentálně ověřené poznatky. Látky kteréhokoliv skupenství se skládají z částic. Částicemi budeme nazývat atomy, molekuly nebo ionty. Jednotlivé částice nemůžeme pozorovat okem, lupou ani mikroskopem. Používají se moderní zobrazovací techniky, například elektronový mikroskop nebo rastrovací tunelový mikroskop. Na základě měření bylo zjištěno, že rozměry částic jsou řádově 10–10 m = 0,1 nm. V 1 m3 vzduchu je například za normálního tlaku asi 30 · 1015 molekul. Objemy těchto částic i jejich vzájemné vzdálenosti v různých látkách jsou odlišné. V atmosféře při povrchu Země je ve vzduchu 99 % prostoru bez molekul a jen 1 % zaujímají molekuly plynů, ze kterých je vzduch složen.


    Rudolf Clausius.
    Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

    Částice se v látkách neustále neuspořádaně pohybují. Částice mohou vykonávat pohyb posuvný (např. v plynu), otáčivý (např. víceatomové molekuly plynu) a kmitavý pohyb (např. v pevných látkách nebo kapalinách). U tělesa, které je v klidu, nepřevládá v daném okamžiku žádný směr, ve kterém by se pohybovala většina částic. Neustálý a neuspořádaný pohyb částic v látkách se nazývá tepelný pohyb. Důkazy o tepelném pohybu mohou podat jevy jako difuze, tlak plynu nebo Brownův pohyb. Tlak plynu je vyvolaný nárazy molekul dopadajících na stěny nádoby s plynem. Při vyšší teplotě se molekuly pohybují rychleji, a proto tlak plynu roste s teplotou.

    Střední vzdálenosti mezi částicemi pevné látky jsou desetiny nm. Vzájemné přitažlivé síly mezi částicemi způsobují, že pevná látka vytváří těleso určitého tvaru a objemu. Nepůsobí–li na těleso vnější síly a nemění–li se teplota tělesa, zůstává tvar i objem tělesa stálý. Pevné látky dělíme podle pravidelnosti struktury. Přechodem mezi nimi jsou látky nanokrystalické, které představují shluky tvořené desítkami až stovkami částic s pravidelným krystalickým uspořádáním, avšak vzájemně různě orientovanými, takže sledovat opakování základního motivu na dlouhou vzdálenost je obtížné.

    Tekutiny jsou složeny podobně jako pevné látky z molekul, které na sebe navzájem působí přitažlivými nebo odpudivými silami. Kapaliny se na rozdíl od plynů vyznačují malými vzdálenostmi mezi molekulami – řádově 10–10 m. Proto na sebe molekuly kapaliny působí značnými přitažlivými silami krátkého dosahu, tzv. van der Waalsovy síly. Tyto síly mají vliv na vlastnosti kapaliny, především pak na vlastnosti jejího povrchu. Kapaliny tvoří přechod mezi pevnými látkami a plyny. Mají mnoho společného jednak s reálnými plyny, jednak s pevnými látkami. V okolí každé molekuly se projevuje přibližně pravidelné uspořádání sousedních částic. S rostoucí vzdáleností se pravidelnost porušuje. Na rozdíl od látek pevných jsou však molekuly tekutin ve stálém neuspořádaném pohybu. Molekuly kapaliny neuspořádaně kmitají s frekvencí řádově 1012 Hz kolem určitých rovnovážných poloh a po velmi krátké době (řádově 1 ns) zaujímají novou rovnovážnou polohu. Zvyšuje–li se teplota kapaliny, zmenšuje se doba setrvávání molekuly v rovnovážné poloze. Navenek se to projeví lepší tekutostí kapaliny, kapalina má menší vnitřní tření. Přitažlivé či odpudivé síly mezi molekulami nestačí k vytvoření pevné a s časem neproměnné struktury.

    Plynem nazýváme soustavu volně se pohybujících částic – dvouatomových (O2, N2, H2, CO) nebo víceatomových (methan CH4, ethylen C2H4, acetylen C2H2 apod.) molekul, často se vyskytují směsi plynů (vzduch, svítiplyn nebo plyny vznikající hořením). Ze všech skupenství látek má plyn nejjednodušší strukturu. Molekuly plynu vykonávají tepelný pohyb, jehož rychlost a směr se neustále mění v důsledku vzájemných srážek molekul a srážek se stěnami nádoby. Srážky probíhají tak, že molekuly se k sobě přiblíží a odpudivá síla, kterou na sebe navzájem působí při malých vzdálenostech, změní směry a velikosti rychlostí. Rozpínavost plynu svědčí o tom, že přitažlivé síly mezi molekulami jsou velmi malé, plyn proto nevytváří samostatné těleso určitého tvaru, ale má vždy tvar podle nádoby. Za běžných podmínek jsou střední vzdálenosti mezi molekulami asi desetkrát větší než jejich rozměry.

    Odborné dotazy

    Rezervace a nákup vstupenek

    Recepce

    Poradíme Vám s objednáním a nákupem vstupenek.