V predchádzajúcich článkoch našej rubriky sme sa začali venovať zmene skupenstva látok a uviedli sme si, ako sa správajú pri rôznych teplotách a tlakoch. Už sme si pripomenuli, že bežne poznáme tri skupenstvá látky, a to tuhé, kvapalné a plynné. Pre naše účely nebudeme uvažovať plazmu.
To, v akom skupenstve sa daná látka nachádza, závisí od dvoch parametrov, teploty a tlaku. Vieme, že dodávaním tepla alebo energie nejakej látke by mala postupne rásť aj jej teplota, až dosiahne bod topenia alebo varu. Látka zmení skupenstvo a pri dodávaní tepla teplota ďalej rastie. Pri dosiahnutí bodu topenia alebo varu látky a dodávaní tepla pozorujeme, že teplota látky nerastie okamžite. Nastáva tak stav, keď sa teplota nemení. Teplo dodávané látke je spotrebované na zmenu skupenstva a rozbitie väzieb molekúl, ktoré látku tvoria. Až po tom, čo sa látka rozpustí alebo vyparí, začne teplota opätovne stúpať. Toto ďalšie teplo, ktoré je potrebné dodať látke, sa nazýva latentné teplo topenia alebo vyparovania alebo aj merné skupenské teplo.
Predstavuje množstvo tepla, ktoré prijme jeden kilogram látky pri teplote topenia alebo vyparovania, aby sa celá premenila na kvapalinu, respektíve plyn. Merné skupenské teplo topenia ľadu je približne 334 000 J/kg, merné skupenské teplo vyparovania vody je asi 2 257 000 J/kg. Vidíme, že ide o pomerne vysoké čísla. Znamená to, že na to, aby voda zmenila skupenstvo, je potrebné jej dodať pomerne veľa tepla. V predchádzajúcich článkoch sme uviedli, že konštanta popisujúca, koľko tepla je potrebné dodať látke, aby teplota jedného kilogramu tejto látky stúpla o jeden stupeň, sa nazýva hmotnostná tepelná kapacita. V prípade vody je to asi 4 219 J/(kg · K).
Skupenstvá látok a ich zmeny
Už vieme, že skupenstvo látky predstavuje usporiadanie jej molekúl. V prípade tuhého skupenstva sú molekuly usporiadané v pevných mriežkach. Pri dodávaní energie sa začnú molekuly viac pohybovať, až sa väzby medzi nimi narušia a molekuly sa pohybujú voľnejšie. Látka tak prechádza do kvapalného skupenstva. S ďalším zvyšovaním teploty sa molekuly pohybujú voľne a vyplnia celý priestor, ktorý im je poskytnutý. To, v akom skupenstve sa látka nachádza, závisí od vzájomného súboja medzi silou väzieb, ktoré držia molekuly pokope, a ich kinetickou energiou, ktorá ich núti sa od seba čo najviac vzdialiť. Keď sú väzby silnejšie ako kinetická energia, látka je v tuhom skupenstve.
Každá látka má svoje skupenstvo. Podľa toho rozoznávame skupenstvo plynné, kvapalné alebo tuhé. Zmena skupenstva je proces, pri ktorom látka prechádza z jedného skupenstva do iného. Už sme si povedali, že látky dokážu meniť svoje skupenstvo. Ochladzovaním (odoberaním energie) plynnej látky vznikne kvapalná látka a z nej následne tuhá látka. Aby sa tuhá látka zmenila na kvapalinu, musia jej častice získať zvonku dostatočnú energiu na to, aby dokázala narušiť väzby, ktoré ich držia v pevnej štruktúre. Množstvo tepla, ktoré je potrebné na zmenu skupenstva, má každá látka iné. Nazýva sa merné skupenské teplo.
Premeny skupenstiev:
- Topenie: Prechod z pevného skupenstva do kvapalného. Tento proces je endotermický, čo znamená, že absorbuje teplo.
- Tuhnutie: Prechod z kvapalného skupenstva do pevného. Tento proces je exotermický, čo znamená, že uvoľňuje teplo.
- Kondenzácia: Prechod z plynného skupenstva do kvapalného. Pri kondenzácii sa uvoľňuje teplo.
- Vyparovanie: Prechod z kvapalného skupenstva do plynného, ktorý sa môže odohrávať pri akejkoľvek teplote kvapaliny. Vyparovanie sa najčastejšie vyskytuje na povrchu kvapaliny.
- Var: Rýchly prechod z kvapalného skupenstva do plynného, ktorý sa odohráva v celom objeme kvapaliny pri špecifických teplotách, ktoré sú závislé od tlaku.
- Sublimácia: Priama zmena z pevného skupenstva do plynného bez toho, aby látka prešla kvapalným skupenstvom.
- Desublimácia (resublimácia): Priama zmena z plynného skupenstva do pevného bez toho, aby látka prešla kvapalným skupenstvom.
Inak povedané, topenie je proces, pri ktorom častice pevnej látky získajú (absorbujú) dostatočné množstvo energie (obyčajne je to teplo) čo spôsobí, že sa zvýši vnútorná energia molekúl tejto látky. Táto energia oslabuje medzimolekulárne sily, ktoré držia molekuly pevnej látky v pevnej štruktúre. Keď sily medzi molekulami zoslabnú natoľko, že sa molekuly dokážu voľnejšie pohybovať, látka sa stáva kvapalinou. Bod topenia je dôležitou charakteristikou látky, pretože pri ňom dochádza k významnej zmene objemu, aj ďalších fyzikálnych vlastností tejto látky.
U väčšiny látok sa pri topení objem zväčšuje. Existuje však aj výnimka, keď sa pri topení objem zmenšuje. Je to voda. Keď sa topí ľad, objem vody ktorý vznikne po jeho roztopení je menší, ako bol objem ľadu v tuhom stave. To je dôvod, prečo ľad pláva na vodnej hladine.
Príklady topenia:
- Ľad sa na slnku topí a mení sa na vodu.
- Pevná vosková sviečka sa topí, keď ju zapálime.
- Výroba plastov: Topenie využívame aj pri výrobe plastov, aby sme ich mohli tvarovať na výrobky, ktoré denne používame.
- Vedecký výskum: Vedci topia rôzne látky, aby dokázali študovať ich rôzne vlastnosti pri rôznych teplotách.
Čo je bod tuhnutia, bod topenia a bod varu? | Lekcie chémie | Relácia Dr. Binocs
Teplotné vplyvy na konzistenciu zmrzliny
Zmrzlina je obľúbený dezert, ktorý si vychutnávajú ľudia na celom svete. Avšak, málo ľudí si uvedomuje, že konzistencia zmrzliny sa môže meniť v závislosti od teploty. Táto vlastnosť je kľúčová pre jej chuť a zážitok z jedenia.
Konzistencia zmrzliny je ovplyvnená teplotou, pri ktorej je skladovaná a servírovaná. Pri veľmi nízkych teplotách je zmrzlina tvrdá a ťažko sa naberá. Naopak, pri vyšších teplotách sa zmrzlina topí a stáva sa tekutou.
Ideálna teplota pre servírovanie zmrzliny je medzi -12°C a -14°C. Pri tejto teplote má zmrzlina krémovú a hladkú konzistenciu, ktorá sa ľahko naberá a príjemne sa rozpúšťa v ústach.
Faktory ovplyvňujúce konzistenciu zmrzliny:
- Zloženie: Pomer tuku, cukru a vody v zmrzline má zásadný vplyv na jej konzistenciu. Vyšší obsah tuku zvyčajne vedie ku krémovejšej textúre.
- Proces výroby: Rýchlosť mrazenia a spôsob miešania ovplyvňujú veľkosť ľadových kryštálov v zmrzline. Menšie kryštály znamenajú hladšiu konzistenciu.
- Skladovanie: Kolísanie teploty počas skladovania môže spôsobiť tvorbu väčších ľadových kryštálov a zhrubnutie zmrzliny.
Ako dosiahnuť ideálnu konzistenciu zmrzliny:
- Skladujte zmrzlinu pri konštantnej teplote.
- Pred servírovaním nechajte zmrzlinu krátko zmäknúť pri izbovej teplote.
- Používajte kvalitné suroviny a dodržiavajte správny pomer zložiek.
Tabuľka Vplyvu Teploty na Konzistenciu Zmrzliny
| Teplota (°C) | Konzistencia | Vlastnosti |
|---|---|---|
| -18 a menej | Tvrdá | Ťažko sa naberá, málo krémová |
| -14 až -12 | Ideálna | Krémová, hladká, ľahko sa naberá |
| -10 až -6 | Mäkká | Ľahko sa topí, môže byť príliš tekutá |
| 0 a viac | Tekutá | Roztopená, stráca tvar |
Druhy zmrzlín a ich zloženie
Čo obsahuje tá vaša obľúbená zmrzlina?
- Tvarohová: Tieto zmrzliny nesmú mať rastlinné tuky, sú menej sladké a majú viac bielkovín. S odtučneným tvarohom sú vhodné pre deti.
- Mliečna: Má obsahovať najmenej 2,5 % mliečneho tuku a nesmie mať rastlinné tuky. Pripravuje sa z mliečnej sušiny, mliečnych tukov, cukru alebo sladidiel, vody a prídavných látok, ako sú napr. ovocie, šťava, orechy i arómy.
- Jogurtová: Tak ako pri tvarohovej, obsahuje bielkoviny, ktoré sú pri diéte dôležité. Pozor dajte, ak je namáčaná v poleve, tá pridáva kalórie, pretože okrem cukru je v nej aj nezdravý tuk.
- Smotanová: Je chutná, no mali by ste si ju dopriať len občas, lebo je energeticky bohatá. Pre veľké množstvo mliečneho tuku sa nehodí pre obéznych ľudí, ktorí potrebujú zhodiť kilogramy.
- Ovocná: Neobsahuje mliečny tuk, ale ovocie alebo ovocnú sušinu. Pri jej výrobe sa často používajú umelé farbivá, arómy, dochucovadlá, stabilizátory a ďalšie éčka, ktoré môžu spôsobovať napr. detskú hyperaktivitu, žihľavku či hnačky. Preto by ju hlavne deti a alergici mali jesť obmedzene.
Zaujímavosti zo sveta zmrzliny
Od Laponska až po nížiny ožívajú v celej Európe miestne tradície v nečakaných zmrzlinových kreáciách.
- Nemecké spaghettieis prekvapenie: Spaghettieis je hravý nemecký vynález, ktorý napodobňuje tanier špagiet. Vyrába sa z vanilkovej zmrzliny pretlačenej cez lis, aby pripomínala rezance, a potom je doplnená jahodovou omáčkou „marinara“ a bielou čokoládou „parmezán“.
- Sicílske raňajky brioche con gelato: Na Sicílii nie je zmrzlina len dezert. Miestni obyvatelia radi prekonávajú letné horúčavy s brioche con gelato na raňajky. Rozdelená, mierne sladká brioška sa plní kopčekmi krémovej zmrzliny - alebo granitou, ak chcete - a často sa posype šľahačkou alebo orechmi.
- Turecká žuvačková zmrzlina: Dondurma nie je obyčajná zmrzlina. Tradičná zmrzlina v Turecku, ktorá sa zvyčajne vyrába z kozieho mlieka, salepu (múky z koreňa orchidey), mastichy (živice) a cukru, je pružná, žuvačková a pomaly sa topí.
- Francúzska mrazená pocta vojnovej vernosti: Napriek svojmu názvu nemá café liégeois nič spoločné s belgickým mestom Liége.
tags: #skupenske #teplo #topenia #mlieka