Vlastnosti látok

Hrnček, lyžica, klinec aj fľaša sú telesá, teda predmety s určitým tvarom a objemom. Látka je to, z čoho je teleso vyrobené. Hrnček je teleso, porcelán je látka. Klinec je teleso, železo je látka.

Rovnaké teleso môže byť z rôznych látok: lyžica býva drevená, oceľová aj plastová. Z jednej látky zas môže byť veľa rôznych telies, zo skla je okno, fľaša aj pohár. A jedno teleso môže byť aj z viacerých látok, ceruzka je z dreva a tuhy. Látkou je aj voda v pohári či vzduch v balóne, hoci nemajú vlastný tvar. Látky môžu byť tuhé, kvapalné alebo plynné.

Mnohé vlastnosti prezradí už pozorovanie:

• skupenstvo: látka je pri izbovej teplote tuhá, kvapalná alebo plynná,
• farba a priehľadnosť: síra je žltá, meď červenohnedá, voda a sklo sú priehľadné,
• lesk: kovy majú kovový lesk, no má ho aj jód či grafit, hoci kovmi nie sú; krieda je matná,
• vôňa alebo zápach: ocot štipľavo zapácha, voda je bez zápachu.

látka	vzhľad pri izbovej teplote	zápach
voda	bezfarebná priehľadná kvapalina	bez zápachu
liehový ocot	bezfarebná kvapalina	štipľavý, kyslý
kuchynská soľ	biele kryštáliky	bez zápachu
meď	červenohnedý kov s kovovým leskom	bez zápachu
jód	tmavofialové šupinky s kovovým leskom	štipľavý
chlór	žltozelený plyn	štipľavý, dusivý

Vôňu zisťujeme opatrne: pary si k nosu privievame rukou, lebo niektoré plyny, napríklad chlór, sú jedovaté už v malom množstve. Chuť v laboratóriu nezisťujeme nikdy, ani pri soli či cukre, lebo mnohé biele prášky sú jedovaté.

Pohľad a čuch nestačia, soľ a cukor vyzerajú takmer rovnako. Ďalšie vlastnosti preto zisťujeme meraním alebo jednoduchou skúškou:

• Hustota $\rho$ hovorí, akú hmotnosť má 1 cm³ látky: $\rho = \dfrac{m}{V}$. Hmotnosť zmeriame na váhach, objem nepravidelného telesa v odmernom valci s vodou. Ponorené teleso vytlačí presne toľko vody, koľko samo zaberá.
• Teplota topenia a teplota varu hovoria, pri akej teplote sa látka topí a vrie. Voda sa pri normálnom tlaku topí pri 0 °C a vrie pri 100 °C, lieh vrie už pri 78,4 °C.
• Rozpustnosť vo vode: v 100 g vody sa pri 20 °C rozpustí asi 36 g kuchynskej soli, ale až asi 204 g cukru. Piesok a krieda sa vo vode prakticky nerozpúšťajú.
• Elektrická vodivosť: prúd vedú kovy a grafit, z roztokov napríklad slaná voda. Sklo, plasty, síra ani roztok cukru prúd nevedú, destilovaná voda len nepatrne.
• Tvrdosť porovnávame vrypom: tvrdšia látka urobí do mäkšej ryhu. Na Mohsovej stupnici má mastenec tvrdosť 1 a diamant 10, necht asi 2,5 a sklo asi 5,5.
• Magnetické vlastnosti: magnet priťahuje železo, nikel a kobalt, ale nie hliník, meď či zlato.

látka	hustota (g/cm³)	teplota topenia	teplota varu
lieh (etanol)	0,79	−114 °C	78,4 °C
voda	1,00	0 °C	100 °C
síra	2,07	115 °C	445 °C
ortuť	13,53	−38,8 °C	357 °C

Z tabuľky vyčítaš aj skupenstvo pri izbovej teplote: síra je tuhá, lebo sa topí až pri 115 °C, voda, lieh aj ortuť sú kvapalné, lebo sa už roztopili, ale ešte nevrú. Dusík vrie už pri −195,8 °C, preto je plyn a kvapalný dusík v otvorenej nádobe neustále vrie, pozri pokus Tekutý dusík. Skupenstvo a hustotu všetkých prvkov porovnáva lekcia Skupenstvo a hustota prvkov.

vyskúšaj si

Laboratórium hustoty

Teleso

drevo (smrek)ľadvosk (sviečka)plast (PVC)hliníkskloželezomeďolovozlato

Veľkosť telesa (objem): 20 cm³

váhy

valec: 50 ml

Ponoriť teleso do valca s vodou

výpočet

m = 157,4 g (váhy)

V = ? (ponor teleso do valca)

ρ = ?

Pláva alebo klesne?

voda (1)slaná voda (1,2)olej (0,92)ortuť (13,5)

Železo má väčšiu hustotu (7,87) ako voda (1 g/cm³), preto klesne ku dnu.

Vyber teleso, zváž ho a ponor do odmerného valca s vodou: z rozdielu hladín zistíš objem a hneď aj hustotu. Zmeň veľkosť telesa a všimni si, že hmotnosť aj objem sa menia, ale hustota ostáva rovnaká.

Hustota rozhoduje aj o tom, či teleso pláva. Drevo a ľad (0,92 g/cm³) majú menšiu hustotu ako voda a plávajú, železo (7,87 g/cm³) klesne ku dnu. Počítať s hustotou sa naučíš v lekcii Hustota.

Jedna vlastnosť na určenie látky obvykle nestačí. Soľ aj cukor sú biele kryštáliky bez zápachu a obe sa rozpúšťajú vo vode. Rozlíši ich až ďalšia skúška:

vlastnosť	kuchynská soľ	cukor
vzhľad	biele kryštáliky	biele kryštáliky
rozpustnosť v 100 g vody pri 20 °C	asi 36 g	asi 204 g
roztok vedie elektrický prúd	áno	nie
pri zahrievaní v skúmavke	nemení sa, topí sa až pri 801 °C	topí sa, hnedne a nakoniec sčernie

Pri kovoch pomôže farba, magnet a hustota:

kov	vzhľad	priťahuje ho magnet	hustota (g/cm³)	teplota topenia
hliník	striebristý	nie	2,70	660 °C
zinok	striebristosivý	nie	7,14	419,5 °C
železo	sivý	áno	7,87	1538 °C
meď	červenohnedý	nie	8,96	1085 °C
olovo	tmavosivý	nie	11,34	327,5 °C
zlato	žltý	nie	19,3	1064 °C

Postup je vždy rovnaký: vyskúšaj alebo zmeraj niekoľko vlastností a porovnaj ich s tabuľkou. Látka je určená, až keď sa s tabuľkou zhodujú všetky.

Príklad 1: striebristý valček

Striebristý kovový valček má hmotnosť 32,4 g. Keď ho vložíme do odmerného valca s 50 ml vody, hladina stúpne na 62 ml. Magnet ho nepriťahuje. Z akého kovu je?

Riešenie

Objem valčeka je rozdiel hladín: $V = 62\ \text{ml} - 50\ \text{ml} = 12\ \text{ml} = 12\ \text{cm}^3$

$$\rho = \frac{m}{V} = \frac{32{,}4\ \text{g}}{12\ \text{cm}^3} = 2{,}7\ \text{g/cm}^3$$

Hustotu 2,70 g/cm³ má hliník. Sedí aj striebristá farba a to, že ho magnet nepriťahuje.

rozšírenie Archimedes a zlatá koruna

Rímsky staviteľ Vitruvius opisuje, ako dal kráľ Hierón II. zo Syrakúz zhotoviť zlatú korunu do chrámu. Povrávalo sa, že zlatník časť zlata nahradil rovnako ťažkým striebrom, a kráľ požiadal Archimeda, aby podvod dokázal bez poškodenia koruny. Riešenie ho vraj napadlo vo vani, keď videl, ako voda vyteká cez okraj, a s výkrikom „Heuréka!“ (Našiel som!) sa rozbehol domov.

Myšlienka je jednoduchá: striebro má menšiu hustotu (10,5 g/cm³) ako zlato (19,3 g/cm³), preto rovnako ťažká koruna s prímesou striebra zaberá väčší objem a vytlačí viac vody. Keby v korune s hmotnosťou 1000 g nahradilo striebro 300 g zlata, mala by objem

$$V = \frac{700\ \text{g}}{19{,}3\ \text{g/cm}^3} + \frac{300\ \text{g}}{10{,}5\ \text{g/cm}^3} \approx 64{,}8\ \text{cm}^3$$

Rovnako ťažké čisté zlato zaberá len $\dfrac{1000\ \text{g}}{19{,}3\ \text{g/cm}^3} \approx 51{,}8\ \text{cm}^3$. Priemerná hustota falošnej koruny by bola asi 15,4 g/cm³, teda zjavne nie hustota zlata.

Rozdiel 13 cm³ je však malý: v nádobe s priemerom 20 cm by hladina stúpla len asi o 0,4 mm viac. Galileo Galilei preto v roku 1586 usúdil, že Archimedes skôr použil váhy a zákon o vztlaku. Korunu a rovnako ťažký kus zlata zavesíme na rovnoramenné váhy, na vzduchu sú v rovnováhe. Vo vode nadnáša každé teleso vztlaková sila, ktorá sa rovná tiaži vytlačenej vody. Koruna vytlačí o 13 g vody viac, a tak rameno so zlatom klesne, čo ukážu aj jednoduché váhy. Vitruvius zapísal príbeh takmer dvesto rokov po Archimedovej smrti, nevieme teda, či sa naozaj stal. Hustotou sa však pravosť drahých kovov overuje dodnes.

• „Látka a teleso je to isté.“ Teleso je predmet s tvarom a objemom (hrnček), látka je to, z čoho je vyrobený (porcelán). Z jednej látky môže byť mnoho telies a jedno teleso môže byť aj z viacerých látok.
• „Čo je väčšie a ťažšie, má väčšiu hustotu.“ Hustota nezávisí od veľkosti telesa. Malý klinec aj veľká kotva zo železa majú rovnakú hustotu 7,87 g/cm³.
• „Magnet priťahuje všetky kovy.“ Priťahuje hlavne železo, nikel, kobalt a mnohé ich zliatiny, napríklad bežnú oceľ, no hliník, meď ani zlato nie. Mince 1, 2 a 5 centov magnet pritiahne, lebo sú z ocele len pokrytej meďou.
• „Neznámu látku spoznám podľa farby.“ Soľ, cukor aj sóda bikarbóna sú biele. Treba skombinovať viac vlastností, napríklad rozpustnosť, vodivosť roztoku a správanie pri zahrievaní.

S hustotou sa naučíš počítať v lekcii Hustota a skupenstvo aj hustotu všetkých prvkov porovnáš v lekcii Skupenstvo a hustota prvkov. V ďalšej lekcii Chemicky čisté látky a zmesi zistíš, prečo má destilovaná voda vždy rovnaké vlastnosti a morská voda nie.