3.1, 3.2, H4 + H5
Hoofdstuk 3 – Materialen
3.1 Introductie
Stoffen en moleculen
Om een vast voorwerp te vervormen is kracht nodig. Een vloeistof vervorm je zonder moeite en een
gas vult vanzelf de hele ruimte.
Deze verschillen zijn te verklaren door aan te nemen dat alle stoffen uit moleculen
bestaan, die meer of minder aan elkaar vastzitten.
Iedere stof bestaat uit onzichtbare kleine deeltjes: moleculen. Moleculen zijn met een gewone
microscoop niet te zien; daar zijn ze veel te klein voor.
Een elektronenmicroscoop kan wel afzonderlijke moleculen registeren en in beeld
brengen.
De drie vormen – vast, vloeibaar en gasvormig – waarin een stof voor kan komen, heten fasen en de
overgangen tussen deze drie fasen zijn faseovergangen.
Smelten en stollen
Verdampen en condenseren
Rijpen en sublimeren
In de verschillende fasen bestaat een stof uit dezelfde
moleculen, zoals bij waterdamp, ijs en water.
Moleculen en atomen
Moleculen bestaan uit atomen. Er bestaan ruim 100
verschillende soorten atomen: de elementen.
Atomen zijn opgebouwd uit een relatief kleine en zware
kern met daaromheen bewegend elektronen met een
zeer kleine massa.
De massa van het atoom wordt bepaald door de massa van de kern.
o Deze atomaire massa wordt aangegeven met het massagetal.
Zware en lichte stoffen
De dichtheid van een stof wordt gebruikt om stoffen te vergelijken wat betreft hun ‘zwaarte’.
Dichtheid is het aantal kilogram per kubieke meter (of gram per kubieke centimeter).
Het verband tussen dichtheid, massa en volume is:
m
o ρ=
V
Waarbij:
ρ = de dichtheid (in kg/m3)
m = de massa (in kg)
V = het volume (in m3)
Atomen met een grotere atomaire massa hebben een zwaardere kern.
De dichtheid van metalen wordt vooral bepaald door de massa’s van de atomen.
Gasdruk
De veerkracht per cm2 van de lucht in je band neem toe, als je meer lucht in je band pompt.
De grootheid die de druk (ρ) aanduidt, is niet een kracht F (in N), maar in Pascal (Pa).
o Pa = N/m2
De druk van een gas (of vloeistof) geeft de kracht aan die het gas (of de vloeistof) op een oppervlakte
van 1 m2 uitoefent:
F
ρ=
A
Waarbij:
o ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
,3.1, 3.2, H4 + H5
o F = de kracht (in N)
o A = de oppervlakte (in m2)
3.2 Deeltjesmodel
Eigenschappen van gassen
De druk van een afgesloten hoeveelheid lucht neemt toe met de dichtheid en de temperatuur van de
lucht.
Deeltjesmodel van een gas
De verbanden tussen de grootheden druk, volume en temperatuur kun je verklaren met een
deeltjesmodel van een gas.
Een model is een vereenvoudigde voorstelling van de werkelijkheid.
In het deeltjesmodel bestaat een afgesloten hoeveelheid gas uit een grote verzameling
heel kleine deeltjes.
De beschrijving van het gasmodel is als volgt:
o Het overgrote deel van het volume is leeg. De gasdeeltjes zelf zijn zo klein dat ze
een verwaarloosbaar klein deel van de ruimte innemen.
o De gasdeeltjes bewegen kriskras door de ruimte en botsen volkomen
veerkrachtig tegen elkaar en tegen de wanden.
o De gasdeeltjes bewegen door alle onderlinge botsingen met wisselende snelheid
rond een bepaalde gemiddelde snelheid.
o Het gemiddelde van de snelheden van alle deeltjes van de afgesloten
hoeveelheid gas is een maat voor de macroscopische grootheid temperatuur. Hoe
hoger de temperatuur van het gas, des te groter de gemiddelde snelheid van de
deeltjes.
Een gas bestaat uit heel kleine afzonderlijke deeltjes. De temperatuur van het gas is een maat voor de
gemiddelde snelheid van de gasdeeltjes.
Gasdruk en het deeltjesmodel
De druk is de kracht die het gas uitoefent per m 2 van een wand van de ruimte waarin het gas zich
bevindt.
De eenheid van druk is N/m2 en heet pascal (Pa)
Volgens het model bewegen de deeltjes kriskras door de ruimte en botsen daarbij niet alleen tegen
elkaar maar ook tegen de wanden.
Bij iedere botsing wordt daardoor heel even een kracht op de wand uitgeoefend.
Gasdruk meten
Meerdere manieren om de druk van een gas te meten:
- Metaalbarometer; meet de druk van de buitenlucht.
o Vaak is dat de luchtdruk in de open lucht, de atmosferische luchtruk.
o Een dun, luchtledig, geribbeld metalen doosje.
- Metaalmanometer; meet het drukverschil van een afgesloten hoeveelheid gas en de
buitenlucht.
o Een dunne gebogen buis met een wijzer en een schaalverdeling.
- Vloeistofmanometer; meet het kleine drukverschil van een afgesloten hoeveelheid gas en de
buitenlucht.
o U-vormige buis met vloeistof
o Gasdruk = luchtdruk + vloeistofdruk
Vloeistofdruk is gelijk aan het gewicht per m2 van de bovenliggende vloeistof.
Verband tussen druk en hoeveelheid gas
, 3.1, 3.2, H4 + H5
De druk van het gas wordt veroorzaakt door de botsingen van alle luchtmoleculen tegen de
binnenkant van bijv. een band.
Verband tussen druk en volume
De druk van een gas in een afgesloten ruimte is evenredig met het aantal deeltjes per kubieke meter.
Bij samenpersen neemt de druk van een gas toe.
- Dit is te verklaren met het deeltjesmodel doordat er meer en vaker deeltjes tegen de wanden
botsen.
Verband tussen druk en temperatuur
De grotere druk van een gas bij hogere temperatuur verklaart het deeltjesmodel van een gas, doordat
de deeltjes van het gas dan vaker en harder tegen de wand botsen.
Druk en (absolute) temperatuur van een afgesloten hoeveelheid gas
In theorie is er een minimumtemperatuur waarbij de druk 0 wordt. Die minimumtemperatuur blijkt
hetzelfde te zijn voor alle doorgetrokken grafieken van metingen aan gassen: -273 °C.
- Dit geldt voor elk gas en elke concentratie.
- Deze laagst mogelijke temperatuur heet het absolute nulpunt.
De absolute temperatuur, met als eenheid de kelvin (K), is even ‘lang’ als de °C maar rekent vanaf het
absolute nulpunt:
- T ( K )=T ( ° C ) +273
Het evenredige verband tussen de gasdruk en de absolute temperatuur van een afgesloten
hoeveelheid gas in een gelijkblijvend volume, heet de drukwet van Gay-Lussac:
ρ
- =c
T
Waarbij:
o Ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
o T = absolute temperatuur (in K)
o c = een constante, afhankelijk van de dichtheid van het gas
Absolute temperatuur en het deeltjesmodel van een gas
Volgens het deeltjesmodel van materie bewegen de deeltjes niet meer als de temperatuur van de
materie 0 K is.
Algemene gaswet
Het omgekeerd evenredige verband tussen druk en volume van een afgesloten hoeveelheid gas heet
de wet van Boyle:
- ρ ∙V =c
Waarbij:
o ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
o V = het volume (in m3)
o c = een constante, afhankelijk van de temperatuur en de hoeveelheid gas.
De algemene gaswet is een combinatie van de drukwet van Gay Lussac en de wet van Boyle:
ρ∙ V
- =n ∙ R
T
Waarbij:
o Ρ = druk van het gas (in Pa)
o V = volume van het gas (in m3)
o T = absolute temperatuur van het gas (in K)
o n = aantal mol gas
Hoofdstuk 3 – Materialen
3.1 Introductie
Stoffen en moleculen
Om een vast voorwerp te vervormen is kracht nodig. Een vloeistof vervorm je zonder moeite en een
gas vult vanzelf de hele ruimte.
Deze verschillen zijn te verklaren door aan te nemen dat alle stoffen uit moleculen
bestaan, die meer of minder aan elkaar vastzitten.
Iedere stof bestaat uit onzichtbare kleine deeltjes: moleculen. Moleculen zijn met een gewone
microscoop niet te zien; daar zijn ze veel te klein voor.
Een elektronenmicroscoop kan wel afzonderlijke moleculen registeren en in beeld
brengen.
De drie vormen – vast, vloeibaar en gasvormig – waarin een stof voor kan komen, heten fasen en de
overgangen tussen deze drie fasen zijn faseovergangen.
Smelten en stollen
Verdampen en condenseren
Rijpen en sublimeren
In de verschillende fasen bestaat een stof uit dezelfde
moleculen, zoals bij waterdamp, ijs en water.
Moleculen en atomen
Moleculen bestaan uit atomen. Er bestaan ruim 100
verschillende soorten atomen: de elementen.
Atomen zijn opgebouwd uit een relatief kleine en zware
kern met daaromheen bewegend elektronen met een
zeer kleine massa.
De massa van het atoom wordt bepaald door de massa van de kern.
o Deze atomaire massa wordt aangegeven met het massagetal.
Zware en lichte stoffen
De dichtheid van een stof wordt gebruikt om stoffen te vergelijken wat betreft hun ‘zwaarte’.
Dichtheid is het aantal kilogram per kubieke meter (of gram per kubieke centimeter).
Het verband tussen dichtheid, massa en volume is:
m
o ρ=
V
Waarbij:
ρ = de dichtheid (in kg/m3)
m = de massa (in kg)
V = het volume (in m3)
Atomen met een grotere atomaire massa hebben een zwaardere kern.
De dichtheid van metalen wordt vooral bepaald door de massa’s van de atomen.
Gasdruk
De veerkracht per cm2 van de lucht in je band neem toe, als je meer lucht in je band pompt.
De grootheid die de druk (ρ) aanduidt, is niet een kracht F (in N), maar in Pascal (Pa).
o Pa = N/m2
De druk van een gas (of vloeistof) geeft de kracht aan die het gas (of de vloeistof) op een oppervlakte
van 1 m2 uitoefent:
F
ρ=
A
Waarbij:
o ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
,3.1, 3.2, H4 + H5
o F = de kracht (in N)
o A = de oppervlakte (in m2)
3.2 Deeltjesmodel
Eigenschappen van gassen
De druk van een afgesloten hoeveelheid lucht neemt toe met de dichtheid en de temperatuur van de
lucht.
Deeltjesmodel van een gas
De verbanden tussen de grootheden druk, volume en temperatuur kun je verklaren met een
deeltjesmodel van een gas.
Een model is een vereenvoudigde voorstelling van de werkelijkheid.
In het deeltjesmodel bestaat een afgesloten hoeveelheid gas uit een grote verzameling
heel kleine deeltjes.
De beschrijving van het gasmodel is als volgt:
o Het overgrote deel van het volume is leeg. De gasdeeltjes zelf zijn zo klein dat ze
een verwaarloosbaar klein deel van de ruimte innemen.
o De gasdeeltjes bewegen kriskras door de ruimte en botsen volkomen
veerkrachtig tegen elkaar en tegen de wanden.
o De gasdeeltjes bewegen door alle onderlinge botsingen met wisselende snelheid
rond een bepaalde gemiddelde snelheid.
o Het gemiddelde van de snelheden van alle deeltjes van de afgesloten
hoeveelheid gas is een maat voor de macroscopische grootheid temperatuur. Hoe
hoger de temperatuur van het gas, des te groter de gemiddelde snelheid van de
deeltjes.
Een gas bestaat uit heel kleine afzonderlijke deeltjes. De temperatuur van het gas is een maat voor de
gemiddelde snelheid van de gasdeeltjes.
Gasdruk en het deeltjesmodel
De druk is de kracht die het gas uitoefent per m 2 van een wand van de ruimte waarin het gas zich
bevindt.
De eenheid van druk is N/m2 en heet pascal (Pa)
Volgens het model bewegen de deeltjes kriskras door de ruimte en botsen daarbij niet alleen tegen
elkaar maar ook tegen de wanden.
Bij iedere botsing wordt daardoor heel even een kracht op de wand uitgeoefend.
Gasdruk meten
Meerdere manieren om de druk van een gas te meten:
- Metaalbarometer; meet de druk van de buitenlucht.
o Vaak is dat de luchtdruk in de open lucht, de atmosferische luchtruk.
o Een dun, luchtledig, geribbeld metalen doosje.
- Metaalmanometer; meet het drukverschil van een afgesloten hoeveelheid gas en de
buitenlucht.
o Een dunne gebogen buis met een wijzer en een schaalverdeling.
- Vloeistofmanometer; meet het kleine drukverschil van een afgesloten hoeveelheid gas en de
buitenlucht.
o U-vormige buis met vloeistof
o Gasdruk = luchtdruk + vloeistofdruk
Vloeistofdruk is gelijk aan het gewicht per m2 van de bovenliggende vloeistof.
Verband tussen druk en hoeveelheid gas
, 3.1, 3.2, H4 + H5
De druk van het gas wordt veroorzaakt door de botsingen van alle luchtmoleculen tegen de
binnenkant van bijv. een band.
Verband tussen druk en volume
De druk van een gas in een afgesloten ruimte is evenredig met het aantal deeltjes per kubieke meter.
Bij samenpersen neemt de druk van een gas toe.
- Dit is te verklaren met het deeltjesmodel doordat er meer en vaker deeltjes tegen de wanden
botsen.
Verband tussen druk en temperatuur
De grotere druk van een gas bij hogere temperatuur verklaart het deeltjesmodel van een gas, doordat
de deeltjes van het gas dan vaker en harder tegen de wand botsen.
Druk en (absolute) temperatuur van een afgesloten hoeveelheid gas
In theorie is er een minimumtemperatuur waarbij de druk 0 wordt. Die minimumtemperatuur blijkt
hetzelfde te zijn voor alle doorgetrokken grafieken van metingen aan gassen: -273 °C.
- Dit geldt voor elk gas en elke concentratie.
- Deze laagst mogelijke temperatuur heet het absolute nulpunt.
De absolute temperatuur, met als eenheid de kelvin (K), is even ‘lang’ als de °C maar rekent vanaf het
absolute nulpunt:
- T ( K )=T ( ° C ) +273
Het evenredige verband tussen de gasdruk en de absolute temperatuur van een afgesloten
hoeveelheid gas in een gelijkblijvend volume, heet de drukwet van Gay-Lussac:
ρ
- =c
T
Waarbij:
o Ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
o T = absolute temperatuur (in K)
o c = een constante, afhankelijk van de dichtheid van het gas
Absolute temperatuur en het deeltjesmodel van een gas
Volgens het deeltjesmodel van materie bewegen de deeltjes niet meer als de temperatuur van de
materie 0 K is.
Algemene gaswet
Het omgekeerd evenredige verband tussen druk en volume van een afgesloten hoeveelheid gas heet
de wet van Boyle:
- ρ ∙V =c
Waarbij:
o ρ = de druk (in N/m2 of Pa)
o V = het volume (in m3)
o c = een constante, afhankelijk van de temperatuur en de hoeveelheid gas.
De algemene gaswet is een combinatie van de drukwet van Gay Lussac en de wet van Boyle:
ρ∙ V
- =n ∙ R
T
Waarbij:
o Ρ = druk van het gas (in Pa)
o V = volume van het gas (in m3)
o T = absolute temperatuur van het gas (in K)
o n = aantal mol gas
