Дослідження твердості матеріалів

https://youtu.be/FJUCBa2u15A 

Твердість

 

Натрій  — метал, але його можна різати ножем , тоді як залізо має досить високу твердість .     

 

Натрій (дуже активний та м'який метал)

 

Зверни увагу!

Тверді речовини це не тільки метали.

Кухонная сіль  - тверда кристалічна речовина, солона на смак.

 

 

Сода  — тверда порошкоподібна речовина, гіркувата на смак, що використовується в кулінарії.

 

 

Пінопласт  – тверда пориста, дуже легка, речовина.

 

 

Міцність

 

Тверді тіла, у переважній більшості, досить міцні: їх важко зруйнувати. 

Але твердість та міцність у всіх твердих тіл різна.

 

Наприклад , тальк та гіпс , хоч і є твердими речовинами, але їх досить легко пошкодити, тоді як топаз або корунд важко навіть поцарапати чимось.       

 

   Тальк 

 

   

    Гіпс   

 

  

   Топаз   

 

  

    Корунд 

 

       Алмаз

   

Залежно від твердості мінералів їх розташували в ряд, який називається Шкала Мооса або Шкала твердості .   

У ній усі мінерали розміщені за зростанням твердості:  від найм'якшого до найтвердішого. 

Твердіть кожного з цих мінералів визначають їх здатністю пошкодити (поцарапати) один одного. 

Наприклад , гіпс може поцарапати тальк, отже гіпс має більшу твердіть, ніж тальк. Але гіпс можна пошкодити кальцитом, отже кальцит твердіший за гіпс. Так можна розташувати ряд за зростанням твердості: тальк, гіпс, кальцит тощо.

 

   Шкала твердості мінералів

Твердість, міцність, пружність, крихкість, пластичність – МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТІЛ. 

Тверді тіла можуть бути кристалічними та аморфними. І в тих, і в інших частинках розміщені дуже щільно. Але в кристалах вони впорядковані, а в аморфних тілах розташовані хаотично. Метали, кухонна сіль, лід, алмаз – кристалічні тіла. Смола, гума, скло, бурштин – аморфні.

Відносні та абсолютні шкали вимірювань

Різниця між наведеними прикладами у тому, що з оцінки результатів тут використовують різні шкали. Шкала вимірювання – це ті, з чим порівнюють результат вимірювання. Згадайте, на 9-й неділі (с. 75) ми розглядали шкалу Бофорта для вимірювання сили вітру!  

Під час вимірів за відносною шкалою відображається порядок результатів: від більшого до меншого чи від кращого до гіршого тощо. Перелік місць переможців змагань є відносною шкалою. Інше місце — гірше за перше та краще за третє, але цей порядок не відображає, на скільки результати переможців відрізняються одне від одного.  

Щоб визначити результат за відносною шкалою, потрібно порівняти два зразки. Так, щоб певно визначити, яка тенісистка з двох є сильнішою, вони мають зіграти одна з одною.

За допомогою абсолютної шкалі ми порівнюємо результати вимірювання певної властивості, що виражені у вигляді числа. Шкала швидкості бігу в кілометрах за годину є абсолютною. Ми спочатку визначаємо швидкість бігу різних тварин, а потім порівнюємо ці результати. Щоб визначити, хто швидше, вилоріг чи гну, нам не потрібні перегони між ними. Вони мешкають на різних континентах, але ми виміряли їхню швидкість.  

Таким чином, користуючись відносною шкалою вимірювань, ми можемо сказати, хто отримує кращі, а хто – гірші результати, але не можемо визначити, на скільки. У разі абсолютних вимірювань ми набуваємо числового значення. Ми можемо не лише встановити, хто є кращим, а й розрахувати, на скільки саме відрізняються результати.

Чи тільки у спорті використовують відносні шкали? Розглянемо приклад, яку використовують у природничих науках.

Абсолютне вимірювання твердості

Ми вже обговорювали, що таке твердість (наприклад, під час розмови про матеріали у 15-й неділі, на с. 118). А як визначити твердість? Зрівняйте дві фотографії.

На цих фото — дві різні форми того самого речовини. Ліворуч — шматок базальту, гірської породи. Справа — базальтова мінеральна вата, штучний будівельний матеріал, зроблений з базальту.

В якому разі базальтовий матеріал твердий, а в якому м'який? Відповідь легко знайти, але цікаво, щоб ви замислилися та зрозуміли, за якими ознаками ви її знайшли.

Як не стискатиме пальці людина, що тримає камінець, форма каміння не зміниться, лише пальці побіліють та сплюснуться. Камінь твердіший за пальці. Базальтова вата у таких самих пальцях змінює свою форму, змінюється. Вата м'якша за пальці.

Таким чином, твердість матеріалу — це здатність чинити опір силі, що змінює його форму. Якщо ми надали таке визначення твердості, то ми можемо знайти, як її виміряти. Потрібно натиснути на зразок чимось твердим і виміряти зміну його форми. Це — абсолютне вимірювання твердості.

Абсолютне вимірювання твердості. Прилад з певною силою втискає в досліджувань зразок дуже твердий наконечник та визначає, наскільки він заглибився

До речі, показане на малюнку випробування — це спостереження чи експеримент? Звісно, ​​експеримент, адже в його процесі відбувається втручання в природний стан того, що досліджувалося.

Відносне вимірювання твердості: шкала Моосу

Абсолютне вимірювання твердості потребує спеціальної техніки, а відносне — доступне вам. Прикладом такого вимірювання є досвід із двома формами базальту, показаних на фото на с. 180. Втім, людські пальці — це не найкращий взірець для порівняння. Як покращити відносні вимірювання твердості?

Найпоширеніше рішення на початку ХІХ ст. запропонував німецький навчання Фрідріх Моос. Він вибрав 10 мінералів, що відрізняються за твердістю від дуже м'якого тальку до найтвердішого алмазу, і вибудував із них шкалу.

Шкала Моосу. 10 мінералів утворюють ряд. Об'єкт дослідження порівнюють зі зразками з цього ряду: які зразки можуть почепити об'єкт? На яких зразках об'єкт може залишити царапину?

Як визначити за шкалою Мооса твердість, припустимо, людського нігтя? Ніготь може залишити царапину на тальку, може — на гіпсі, і не може поцарапати кальцит. Наоборот, кальцитом можна поцарапати ніготь. Таким чином, твердість нігтя більша за 2 (гіпс) та менша за 3 (кальцит). Її можна умовно позначити, як 2,5.  

Як гадаєте, яке вимірювання твердості є простішим? Відносно, за Моосом! Дослідникові в польових умовах не потрібно мати складних приладів, йому достатньо мати невелику коробку зі зразками та бути готовим почати змагання між мінералами у здатності поцарапати один одного.

Головні думки

• Для порівняння результатів вимірювання використовуються шкали вимірювання.

• Відносні шкали вимірювання відображають відношення більш-менше або краще-гірше, але не дають змоги виміряти різницю між двома результатами.

• Абсолютні шкали слугують для порівняння результатів вимірювань у числовій формі. За ними можна розрахувати, на скільки саме відрізняються різні результати.

• Прикладом відносної шкали є шкала Моосу для визначення твердості мінералів. Існують також способи абсолютного визначення твердості.

Практична частина

Дослідження твердості матеріалів і створення шкалі твердості

Навіть у повсякденній життя виникає потреба порівнювати різні матеріали за твердістю. Чи можна побудувати шкалу твердості для матеріалів, які можна знайти навколо? Спробуємо!

Мета роботи:  побудувати шкалу твердості для матеріалів із навколишнього середовища.

Матеріал та обладнання:  різні матеріали, наприклад вата, скло, кирпич, гранітний гравій, мел, залізний гвоздь тощо, робочі рукавички.

Завдання 1.  Визначення твердості вибраних матеріалів на ощупь.

Для визначення твердості матеріалу на ощупь, стиснімо зразки пальцями. Отримані результати занесемо до таблиці, позначаючи плюсом чи мінусом піддатливість матеріалу.

Матеріал	Вата	Стекло	Кирпич	Гравій	Мел	Цвях
Чи піддається стисненню пальцями?

Завдання 2.  Порівняння твердості вибраних матеріалів.

Оберемо метод порівняння матеріалів, подібний до того, який Моос використав для побудови своєї шкалі. Для цього потрібно порівняти, які матеріали (якими випробовують) здатні залишати слід царапини на іншому (який випробовують). «ХХХХХ» у таблиці показує ті комірки, де потрібно було б випробовувати матеріал на самому собі. Нам це не потрібно, оскільки завдання полягає у порівнянні різних матеріалів. Вату не включаємо до дослідження на основі результатів попереднього завдання.

Будьте обережні! Виконуйте роботу в захисних рукавичках та у присутності дорослих!

Матеріал, що випробовують	Стекло	Кирпич	Гравій	Мел	Цвях
Матеріал, яким випробовують
Стекло	ХХХХХ
Кирпич		ХХХХХ
Гравій			ХХХХХ
Мел				ХХХХХ
Цвях					ХХХХХ

Завдання 3.  Побудова відносної шкали твердості для дібраних матеріалів.

За результатами виконання попереднього завдання вишикуємо матеріали в порядку зростання стійкості до впливу, тобто твердості.

Висновок.  Сформулюйте висновок у вигляді опису, в якому зазначте, який із матеріалів має найменшу твердість, а який — найбільшу.

ДЖЕОЕЛО-https://www.miyklas.com.ua/p/himija/11-klas/neorganichni-rechovini-ta-yikhni-vlastivosti-359810/zagalna-kharakteristika-ta-fizichni-vlastivosti-metaliv-359597/re- 0de7b675-c9ee-4a08-a7ba-df3ab985702f

https://www.miyklas.com.ua/p/piznayemo-pryrodu/5-klas/tri-stani-rechovini-458776/vlastivosti-tverdikh-til-na-osnovi-znan-pro-budovu-rechovini-459096/ re-e172ec9d-ebe6-4138-abd0-f69a221ca61f

https://naurok.com.ua/konspekt-uroku-yaki-vlastivosti-u-tverdih-til-301802.html

https://uahistory.co/pidruchniki/kravchenko-explore-nature-integrated-course-5-class-2022/23.php

Практична робота: «Ознайомлення зі зразками гірських порід і мінералів шкільної колекції»

https://youtu.be/ZqhPEtxQ-sg

Практична робота 

Тема Ознайомлення зі зразками гірських порід та мінералів.

Мета: Ознайомитися зі зразками гірських порід та мінералів:( граніт ,кам'яна сіль,глина)


Хід роботи.

  Завдання 1. Розгляньте зразки у відео

https://youtu.be/ZqhPEtxQ-sg?list=LL

граніту;

кухонну сіль

 кркйда.

Завдання 2. Охарактеризуйте розглянуті мінерали та гірські породи за планом:

1. Походження
2. Колір.
3. Прозорість
4. Блиск
5. вкористання

висновок (Що я впізнав нового, що мені було цікаво.

1. що не вдавалося)

Гірські породи та мінерали. Як утворюються гірські породи?

https://youtu.be/wGS7HHyRjjE 

За галузями використання в господарстві всі корисні копалини поділяють на паливні, рудні та нерудні.

 

Паливні (горючі) корисні копалини добре горять і виділяють багато тепла. Це насамперед нафта і природний газ, кам’яне та буре вугілля, а також горючі сланці, торф.

Рудні (металеві) корисні копалини — це різні руди, з яких виплавляють метали. Розрізняють руди чорних металів (залізні, марганцеві, хромові) та кольорових металів (титанові, алюмінієві, мідні, нікелеві тощо).

 

Нерудні (неметалеві) корисні копалини видобувають і використовують без переробки. Це кам’яна сіль, глина, пісок, крейда, гіпс, графіт, сірка, граніт, мармур, кварцит, вапняк.

 

Місце, де залягає багато корисної копалини, називають родовищем.

 

Корисні копалини — найцінніше багатство української землі. В Україні є значні запаси паливних корисних копалин. Серед них провідне місце належить кам’яному та бурому вугіллю. За його загальними запасами Україна посідає восьме місце у світі.

 

Проте запаси корисних копалин у нашій країні не безмежні. З кожним роком вони зменшуються, оскільки потреби людей постійно зростають. Тому корисні копалини слід використовувати економно.

Родовища кам’яного вугілля зосереджені в Донецькій і Луганській, а також у Львівській і Волинській областях. Поклади бурого вугілля виявлені в Кіровоградській, Черкаській, Житомирській, Івано-Франківській і Закарпатській областях.

Порівняно з вугіллям, запаси нафти та природного газу в Україні є набагато меншими. На території країни відкрито понад 200 невеликих родовищ нафти та газу.

 

Україна багата на запаси залізних і марганцевих руд, які є основою для виплавки чавуну та сталі.

 

 

На території нашої країни є також родовища будівельного та декоративного каменю — граніту, лабрадориту, мармуру, кварцу. Чимало їх на Житомирщині, Київщині та в західних областях.

Україна здавна славиться покладами солі. Найбільше їх виявлено в Донецькій області (Артемівське родовище кам’яної солі) та в Криму, біля солоних озер Сиваша.

 

Добувають сіль і в Солотвинських копальнях на Закарпатті. Багата Україна також на торф, великі запаси якого є в Поліссі.

 джерело-https://www.miyklas.com.ua/p/ya-doslidzhuyu-svit/4-klas/priroda-423209/korisni-kopalini-ukrayini-442518/re-908c8775-ee7a-4791-9a91-da2caeac79f6

Спостереження за зміною агрегатного стану речовин і сумішей

 

Агрегáтний стан —

 термодинамічний стан речовини, сильно відмінний за своїми фізичними властивостями від інших станів цієї ж речовини. 

Агрегатний стан може бути твердим, рідким або газоподібним (в зорях речовина існує ще в одному — у плазмовому стані).

 

У твердому агрегатному стані частинки, з яких складається речовина (атоми, молекули або йони) володіють найменшим запасом енергії, відстань між частинками є найменшою, а самі частинки здійснюють коливальні рухи.

 

Наприклад, при нормальних умовах у твердому агрегатному стані знаходяться усі метали (крім ртуті), алмаз, графіт, кухонна сіль, харчова сода, цукор (сахароза).

  

У рідкому агрегатному стані частинки, з яких складається речовина, володіють великим запасом енергії, відстані між ними більше, і рухаються вони поступально і хаотично (невпорядковано).

Приклад:

при нормальних умовах рідиною є вода, етиловий спирт, ацетон, а також ртуть.

Якщо речовина знаходиться у газоподібному агрегатному стані, частинки, з яких складається речовина, мають найбільший запас енергії, відстань між ними є найбільшою, і рухаються вони хаотично з великою швидкістю.

Приклад:

при нормальних умовах у газоподібному агрегатному стані знаходиться азот, кисень, озон, вуглекислий газ, аргон і гелій.

Зверни увагу!

При зміні умов агрегатний стан може змінитися.

Так, якщо температура опускається нижче 0° С, вода переходить з рідкого у твердий агрегатний стан, тобто, перетворюється на лід. Якщо ж температура підвищується до 100° С, вода переходить з рідкого у газоподібний агрегатний стан, тобто, перетворюється на водяну пару.

Зверни увагу!

Більшість речовин, в залежності від умов, можуть існувати як у твердому, так і в рідкому або газоподібному стані.

Проте, деякі речовини, наприклад целюлоза, з якої виготовляють папір, бувають тільки твердими. Цукор можна розплавити, але перевести його в газоподібний агрегатний стан не вийде. Справа в тому, що такі речовини при нагріванні починають розкладатися, тобто, перетворюються в інші речовини, що володіють іншими властивостями.

 

Ампула з хлором
Хлор — газ жовто-зеленого кольору, переходить у рідкий агрегатний стан при температурі −34,04°С.

Ртуть 

 

Рідка ртуть стає твердою при температурі −38,83° С і переходить 

у газоподібний стан при температурі+356,7°С.

 

Сірка

 

Лимонно-жовта сірка переходить у рідкий агрегатний стан

при нагріванні до температури+115,2°С.

Перехід речовини із кристалічного стану в рідкий називають плавленням.

 Температуру, при якій речовина плавиться, називають його температурою плавлення.

Досліди показують, що речовини тверднуть при тій же температурі, при якій плавляться. 

Перехід речовини з рідкого стану в кристалічний називають кристалізацією. 

Усі тіла при нагріванні розширюються, а при охолодженні стискаються.

 Однак відстань між молекулами води в кристалі льоду трохи більша, ніж в рідині. 

Тому лід при замерзанні розширюється, так що вода, залишена замерзати в пляшці, може розірвати її, перетворившись на лід. 

 

 

Випаровування - це коли вода перетворюється на пару, 

конденсація - коли парна газу стає рідиною 

Хмари - приклад конденсації. Коли утворюються хмари, температура і тиск в їх специфічній області такі, що водяна пара змінюється на рідку воду. Для утворення хмари потрібні місця зародження або частинки, на яких може відбуватися конденсація. Коли температура дуже низька, водяна пара з часом може перетворитися на лід або сніг. Повітря, як кажуть, насичене, якщо воно знаходиться на 100-відсотковій вологості. Температуру, при якій насичується повітря, називають точкою роси. Якщо температура опуститься нижче точки роси, вода конденсується. Якщо ви спостерігаєте конденсацію роси на рослинах зовні, це приклад того ж явища: температура така, що водяна пара у повітрі перетворюється на рідку воду.

Процеси конденсації та випаровування не обмежуються водою. Більшість вогнегасників наповнені рідким вуглекислим газом під надзвичайно високим тиском. Коли пусковий механізм натягується на вогнегасник, він виділяє вуглекислий газ у середовище нижчого тиску. У цій новій обстановці рідкий вуглекислий газ швидко перетворюється на газ. Іншими словами, вона випаровується.

Тепле повітря має більшу здатність утримувати воду, ніж холодне. Перепади температури впливають на здатність теплого повітря утримувати водяну пару, що може призвести до утворення водяних кульок або конденсації. Це явище може статися, коли тепліше повітря потрапляє на холодні поверхні або температура теплого повітря падає.

ДЖЕРЕЛО https://miyklas.com.ua/p/himija/7-klas/pochatkovi-khimichni-poniattia-39391/fizichni-vlastivosti-rechovin-39142/re-5b2f9af0-604f-48ef-ab87-2cd3f5757ce6

https://uk.lamscience.com/examples-evaporation-condensation#:~

Спостереження за зміною агрегатного стану речовин та сумішей

1. В якому агрегатному стані перебуває кисень________________________________________

2. В якому агрегатному стані речовина не зберігає ні форми, ні об’єму ________________________________________________________________________________

3. Яка з речовин легше і швидше змінює свою форму, вода чи срібло _______________________________________________________________________________

4 Речовина, яку в природі можна побачити в трьох агрегатних станах, це -

·А вода                    Б  залізо

5. Що змінюється внаслідок переходу води з твердого стану в рідкий?

·А  об'єм                В  колір

6. Парафін, як ми вже з’ясували, розплавити досить просто. Наведи приклади речовин або сумішей, які також можна легко розплавити за незначного нагрівання (навіть до температури нашого.тіла).____________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

7.Температура плавлення води дорівнює___________________________________

8.Температура  замерзання води дорівнює__________________________________

9.Відгадай загадку Ні у вогні не горить,ні у воді не

тоне_______________________________________

10Конденсація -це процес__________________________________________________

______________________________________________________________________

11 Які приклад конденсації описуються у загадках 

а)Зоря-зориця,молода дівиця,гуляти ходила,сльозу заронила.Місяць бачив- не підняв,Сонце побачило підняло.__________________________________________

.

                             б)Ніби вата пропливає,                           

                              З неба воду проливає. ____________________________

12 Під час вивчення цієї теми ми чимало досліджували, опрацьовували різну інформацію, порівнювали, розмірковували, робили висновки. Пропонуємо заповнити табличку:

Умію / знаю

Хочу дізнатися

Дізнався

У комірки цієї таблиці впиши основне, що ти вже вмієш чи знаєш, про що ти дізнався й чого навчився протягом останніх двох уроків, та про що ще хотів би дізнатися й чого навчитися. Обов'язково покажи заповнену табличку вчительці / учителю. Так уможливиться окреслення плану окреслити план твого поступу в дослідженні природи на наступних заняттях.