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Titl e: S t a t e s of M a t t e r
I n t r o d u c tio n s:
In t hi s a c tivity yo u will inv e s ti g a t e t h e p hy sic al s ci e n c e of t h e diffe r e n t
s t a t e s of m a t t er. You a r e g oi n g t o s e e h o w diffe r e n t a t o m s a n d m ol e c ul e s
c h a n g e s t a t e (soli d, liq ui d, a n d g a s) w h e n t h e y a r e h e a t e d o r c o ol e d.
1. Click o n t h e link: h t t p:// p h e t. c olo r a d o. e d u/
This is a s c r e e n s h o t of t h e w e b si t e:
2.
3.
Click t h e “Pl ay wi t h si m s” b u t t o n.
Click “ N e w Si m s ”-> C lick “S t a t e s of M a t t e r: B a si c s”-> C lic k “R u n
N o w”
This is a s c r e e n s h o t of t h e si m ul a tio n o n c e lo a d e d:
2
4. S wi t c h b e t w e e n t his d o c u m e n t a n d t h e si m ul a tio n “S t a t e s of M a t t e r:
B a sic s” t o c o m pl e t e t hi s a c tivity.
Ex plo r a tio n P h a s e:
1. W h e n yo u o p e n t h e si m, click t h e “Solid, Liq ui d, G a s” o n t h e u p p e r left
h a n d c o r n er.
2. O n t h e ri g h t h a n d si d e, yo u will n o tic e t h a t t h e r e a r e diffe r e n t a t o m s
a n d m ol e c ul e s fo r yo u t o e x plo r e wi t h. Th e r e is n e o n, a r g o n, oxy g e n,
a n d w a t er.
3. Fi r s t click t h e “ n e o n” b u t t o n a n d in c r e a s e t h e h e a t a n d o b s e rv e w h a t
h a p p e n s t o t h e p a r ti cl e s. Th e n d e c r e a s e t h e h e a t a n d o b s e rv e w h a t
h a p p e n s t o t h e p a r ti cl e s. O b s e r v e t h e t e m p e r a t u r e a s w ell.
4. R e p e a t s t e p 3 fo r t h e a r g o n, oxy g e n, a n d t h e n w a t er.
Q u e s tio n s:
1. A.Wh a t di d t h e n e o n p a r ticl e s d o w h e n t h e p o t w a s h e a t e d ?
B. H o w a b o u t w h e n t h e p o t w a s c ool e d ?
2. Do yo u t hi n k t h e n e o n p a r ti cl e s c h a n g e d t h ei r s t a t e ? (i.e. di d it c h a n g e t o
s olid, liq ui d, o r g a s ?) H o w c a n yo u t ell?
3
3. W h e n t h e n e o n p a r ti cl e s w e r e c o ol e d a g ai n, di d t h e y g o b a c k t o it’s o ri gi -
n al s q u a r e for m a tio n ? W hy d o yo u t hi n k it di d/ di d n o t ?
4. Ar e t h e a r g o n, oxyg e n, a n d w a t e r p a r ti cl e s si mil a r t o t h e n e o n p a r ti cl e s ?
W hy/ w hy n o t ?
Ex pl a n a ti o n P h a s e:
Aim:
C r e a t e a r ul e t o d e t e r m i n e w h e n t h e p a r ticl e s h a v e c h a n g e d t h ei r
s t a t e fro m a s olid, t o liq ui d, a n d t h e n t o g a s u si n g jus t w a t er.
*Click o n w a t e r u n d e r Ato m s a n d M ol e c ul e s t o d e t e r m i n e t h e followi n g. Th e
s c r e e n s h o ul d a p p e a r a s follo w s:
1. W h e n t h e c o n t ai n e r is h e a t e d t h e p a r ti cl e s b e c o m e... s olid, liq ui d, o r g a s ?
2. W h e n t h e c o n t ai n e r is c o ol e d t h e p a r ticl e s b e c o m e ...s olid, liq ui d, o r g a s ?
4
3. H o w d o e s o n e d e t e r m i n e p h a s e c h a n g e (i.e. s olid t o liq ui d, liq ui d t o g a s)
by vie wi n g t h e a r r a n g e m e n t of a t o m s ?
4. W hy d o yo u t hi n k p a r ticl e s c h a n g e t h ei r s t a t e af t e r a c e r t ai n t e m p e r a ture?
5. By looki n g a t t h e t e m p e r a t u r e , r e c o r d t h e t e m p e r a t u r e t h a t yo u b eli ev e
is w h e n t h e p h a s e c h a n g e s o c c u r fo r w a t er.
S olid (F r e e zi n g p oi n t): _________
Liq ui d (M el ti n g p oi n t): _________
G a s (Boilin g p oi n t): __________
*Tak e a s c r e e n s h o t of w h e n yo u b eli ev e t h e p a r ticl e s a r e in e a c h
p h as e.
Co n c e p t s:
W h e n yo u h e a t u p t h e c o n t ai n e r t h e a t o m / m ol e c ul e s will c h a n g e fro m a
s olid, t o a liq ui d, a n d t h e n in t o a g a s if h e a ti n g c o n ti n u e s . W h e n yo u c o ol t h e
c o n t ai n e r t h e a t o m / m ol e c ul e s will c h a n g e fro m a g a s , t o a liq ui d, a n d t h e n
in t o s oli d if c ooli n g c o n ti n u e s. E a c h a t o m a n d m ol e c ul e c h a n g e s it s s t a t e of
m a t t e r a t diffe r e n t t e m p e r a t u r e s . W h e n t h e p a r ticl e s a p p e a r t o b e clo s e t o g e t h er, t h e y a r e in t h e s olid s t a t e, a s t h e p a r ticl e s d rift, t h ey b e c o m e liq ui d,
a n d t h e n g a s w h e n t h ey h a v e r e a c h e d it’s m a xi m u m s e p a r a tio n.
W h e n a p a r ti cl e b e c o m e s a s oli d it is k n o w n a s a fr e e zi n g p oi n t. W h e n a p a r ti cl e b e c o m e s a liq ui d it is k n o w n a s a m e l ti n g p oi n t. Liq ui d s t a k e for m t o
it’s s u r r o u n di n g s p a c e. W h e n a p a r ti cl e b e c o m e s a g a s it is k n o w n a s a b oil in g p oi n t.
Th e “K” n e x t t o t h e t e m p e r a t u r e r e p r e s e n t s Kelvin. Kelvin s h o w s t h e t h e r m o dy n a mi c t e m p e r a t u r e . 0 d e g r e e s Kelvin is a p p r oxi m a t ely -2 7 3. 1 5 d e g r e e s
C el si u s, a n d -4 5 9. 6 7 d e g r e e s F a h r e n h ei t.
Ap plic a tio n P h a s e # 1 :
*No w p r e s s r e s e t all b u t t o n o n t h e lo w e r left h a n d si d e.
5
U si n g t h e Si m, fill in t h e bl a n k s of t h e followi n g t a bl e. At w h a t t e m p e r a t u r e
d o t h e p a r ti cl e s r e a c h t h ei r m e l ti n g p oi n t, b oilin g p oi n t, a n d fr e e zi n g p oi n t ?
Pl e a s e c o m pl e t e in t hi s o r d er.
Te m p e r a t u r e:
M el ti n g
Poi n t
Boilin g Poi n t
F r e e zi n g
Poi n t
N e o n:
Ar go n:
Oxy g e n:
Wat e r :
1. H o w d o yo u k n o w t h a t t h e p a r ti cl e s h a v e c h a n g e d s t a t e ?
2. Is t h e r e a si mil a r t e m p e r a t u r e t h a t d e t e r mi n e s w h e n t h e p a r ti cl e s c h a n g e
t h ei r s t a t e ?
3. W hy d o t h e p a r ticl e s n o t fo r m b a c k in t o it’s o ri gi n al s q u a r e s h a p e w h e n
c o ol e d fro m a liq ui d b a c k in t o a s olid?
Ap plic a tio n P h a s e # 2 :
1. N o w g o b a c k t o t h e si m a n d click “R e s e t All”.
2. O n t h e ri g h t si d e it s ay s “C h a n g e S t a t e ” a n d u n d e r n e a t h it s ay s S olid
(F r e e zi n g Poi n t), Liq ui d (M el ti n g Poin t), a n d G a s (Boilin g Poi n t). Click
o n n e o n fir s t t h e n click o n s olid, look a t w h a t t h e t h e r m o m e t e r r e a d s,
r e c o r d it o n t h e t a bl e b elow.
3. Th e n click o n liq ui d, look a t w h a t t h e t h e r m o m e t e r r e a d s a n d r e c o r d it
o n t h e t a bl e b elow.
4. Click o n g a s , look a t w h a t t h e t h e r m o m e t e r r e a d s a n d r e c o r d it o n t h e
t a bl e b elow.
5. Do t his fo r all fou r a t o m s a n d m ol e c ul e s.
At w h a t t e m p e r a t u r e di d t h e p a r ticl e s c h a n g e t h ei r s t a t e ?
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Te m p e r a t u r e:
M el ti n g
Boilin g
F r e e zi n g
N e o n:
Ar go n:
Oxy g e n:
Wat e r :
Co n cl u sio n:
Co m p a r e t h e d a t a in b o t h t a bl e s a n d e x pl ai n if yo u w e r e a bl e t o a c c u r a t ely
m e a s u r e w h e n t h e a t o m s / m ol e c ul e s c h a n g e d t h ei r s t a t e ? W h a t h el p e d yo u
d e t e r mi n e w h e n t h e p a r ticl e s c h a n g e d fro m fr e e zi n g p oi n t, t o m el ti n g p oi n t,
a n d t o b oilin g p oi n t?