Hoofdstuk 5. Natuurkundige verschijnselen
5.1 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
5.1.1 Verschijningsvormen
Het gedrag van de moleculen is bepalend voor de verschijningsvorm van een
stof. In een vaste stof bewegen de moleculen niet veel en trekken ze elkaar sterk
aan, waardoor ze dicht bij elkaar blijven. Vaste stoffen zijn dus ook hard en
vormvast. In een vloeistof bewegen de moleculen in alle richtingen en zitten de
deeltjes minder dicht op elkaar. De deeltjes kunnen elkaar minder sterk
aantrekken en hebben geen vaste plaats. Vloeistof heeft daardoor geen vaste
vorm. Bij een gas bewegen de deeltjes ook in allerlei richtingen. De deeltjes
hebben geen onderlinge aantrekkingskracht. Bijvoorbeeld lucht, dit vult de hele
ruimte waarin het zit.
Water is een unieke stof omdat het in ons dagelijks leven kan voorkomen in
alle drie de verschijningsvormen (aggregatietoestanden), namelijk vast, vloeibaar
en gasvormig.
5.1.2 De invloed van warmte op de verschijningsvorm van een stof
Door energietoevoer verandert het gedrag van de moleculen en daarmee de
verschijningsvorm. Je kunt energie toevoeren door de temperatuur of de druk te
verhogen. Elke zuivere vaste stof (een stof die uit één soort moleculen bestaat)
zal bij een normale luchtdruk bij één bepaalde temperatuur vloeibaar worden. Dit
noem je het smeltpunt. Als de stof niet zuiver is, verandert het smeltpunt. Een
vaste stof smelt maar bij één temperatuur, maar bij bijna elke temperatuur
kunnen deeltjes aan een vloeistof ontsnappen en in gasvormige toestand
overgaan. Dit noem je verdamping.
Het kookpunt van een stof is niet de temperatuur waarbij een vloeistof
verdampt, maar de hoogste temperatuur die een vloeistof kan bereiken. Daarna
gaat alle vloeistof over in de gasvorm. Het kookpunt is afhankelijk van de
luchtdruk. Naarmate de luchtdruk hoger is, drukken de moleculen sterker op een
vloeistof en is het lastiger voor de moleculen om aan de vloeistof te ontsnappen.
Bij een hoge luchtdruk zal het daarom langer duren voordat een pannetje water
kookt. Soms gaan er moleculen van de vaste vorm naar de gasvorm. Dit noemt
men sublimatie.
Als een gas afkoelt, gaan de moleculen langzamer bewegen en komen ze
dichter bij elkaar. Op een gegeven moment zijn ze weer zo dicht bij elkaar dat de
aantrekkingskracht tussen de moleculen een factor van betekenis is. Het gas
wordt vloeibaar, dit noemt men condenseren.
Soms slaat een gas de vloeibare fase over en gaat het direct over in een
vaste vorm. Dit noem je desublimeren, ook wel rijpen.
Van gas naar vast = rijpen (desublimeren)
Van vast naar gas = sublimeren (vervluchtigen)
Van vast naar vloeistof = smelten
Van vloeistof naar vast = stollen
Van vloeistof naar gas = verdampen
Van gas naar vloeistof = condenseren
Wanneer de moleculen bij verwarming verder uit elkaar komen te liggen,
zou je ook kunnen zeggen dat de dichtheid van de stof afneemt. Je kunt je
voorstellen dat hierdoor een zelfde volume-eenheid van dezelfde stof na
verwarming relatief minder weegt. Een afkoelende stof zal over het algemeen per
volume-eenheid zwaarder worden omdat hij compacter wordt. Water vormt
hierop een uitzondering. Als water bevriest, zie je dat ijs drijft op het water. Het
, water zet uit bij bevriezing. De structuur van het ijs is zodanig dat er meer lege
ruimte zit tussen de watermoleculen dan bij het warmere, vloeibare water.
Hierdoor blijft het ijs drijven op het water.
5.1.3 Eigenschappen van water
Water komt veelzijdig voor als oplosmiddel. Een oplosmiddel is een vloeistof,
waarin een stof kan worden opgelost. Deze eigenschap is van belang voor veel
biologische processen. In het bloed is water het oplosmiddel dat ervoor zorgt dat
allerlei stoffen oplossen, waarna ze getransporteerd kunnen worden.
Je hebt verschillende soorten oplossingen. Als eerste heb je een mengsel. Dit zijn
twee of meerder stoffen met elkaar vermengd, zonder dat deze een chemische
reactie met elkaar zijn aangegaan. Een mengsel kan bestaan uit een vloeistof en
een vaste stof, maar kan ook bestaan uit twee vaste stoffen of uit twee gassen.
Hiernaast heb je een oplossing. Ook hierbij zijn twee stoffen met elkaar
vermengd, zonder dat deze een chemische reactie met elkaar zijn aangegaan.
Een oplossing is altijd een vloeistof, waarin een gas, een andere vloeistof of een
vaste stof is opgelost. De uiteindelijke oplossing is altijd een heldere vloeistof,
een troebele vloeistof kan dus nooit een oplossing zijn. Ook ontmengt een
oplossing niet zo gemakkelijk als een mengsel. Tot slot heb je nog een emulsie,
ook wel een schijnmengsel. Een emulsie is een troebele vloeistof, waarin water
en vet vermengd lijken te zijn. Bijvoorbeeld melk. Hierin zit een emulgator die het
vet in uiterst fijne druppeltjes verdeelt, waardoor het in de waterige substantie
kan blijven zweven.
Een tweede belangrijke eigenschap van water is zijn opwaartse kracht. Dit
heeft te maken met de dichtheid van een stof en de vorm. Als een voorwerp blijft
drijven is er een evenwicht tussen de zwaartekracht die op het voorwerp werkt
en de opwaartse kracht van het water. Neem bijvoorbeeld een bolletje klei. Dit
zal zingen. Als je van dit bolletje klei een bootvorm maakt, zal het blijven drijven.
De vorm van de boot verplaatst meer water en creëert daardoor een hogere
opwaartse kracht van het water. Bovendien bevat de bootvorm meer lucht en
heeft het daardoor als geheel een lagere dichtheid dan een bolletje klei.
Tot slot gaan we het hebben over de oppervlaktespanning van water. Een
waterdruppel heeft een mooie, ronde vorm. De watermoleculen midden in de
druppel trekken elkaar in alle richtingen aan. De buitenste watermoleculen
worden alleen door de naastliggende en de onderliggende moleculen
aangetrokken. De resulterende kracht op deze moleculen is daardoor naar opzij
en naar binnen gericht. Dit noem je oppervlaktespanning.
5.1.4 Eigenschappen van lucht
Je bent gewend aan de druk van de lucht. Je lichaam is zo gebouwd dat de
vloeistoffen in je lichaam precies genoeg tegendruk uitoefenen om de luchtdruk
te compenseren. De tegendruk is niet groot genoeg om de druk van het water te
weerstaan. De druk van water voel je dus wel. De aanwezigheid van lucht kun je
op vele manieren aantonen, bijvoorbeeld door met een rietje luchtbellen in je
limonade te blazen.
Luchtdruk kun je beschouwen als een voortdurende ‘beschieting’ van
bewegende moleculen. Je kunt luchtdruk zichtbaar maken als je de lucht
samenperst. Probeer maar eens een ballon op te blazen in een plastic
limonadefles. Dit lukt niet, omdat de lucht die je in de ballon blaast een
tegendruk krijgt van de lucht in de fles die samengeperst wordt. Als je een gaatje
maakt in de bodem van de fles, merk je dat het beter gaat. De lucht in de fles
kan namelijk ontsnappen via het gaatje. Met behulp van een
5.1 Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
5.1.1 Verschijningsvormen
Het gedrag van de moleculen is bepalend voor de verschijningsvorm van een
stof. In een vaste stof bewegen de moleculen niet veel en trekken ze elkaar sterk
aan, waardoor ze dicht bij elkaar blijven. Vaste stoffen zijn dus ook hard en
vormvast. In een vloeistof bewegen de moleculen in alle richtingen en zitten de
deeltjes minder dicht op elkaar. De deeltjes kunnen elkaar minder sterk
aantrekken en hebben geen vaste plaats. Vloeistof heeft daardoor geen vaste
vorm. Bij een gas bewegen de deeltjes ook in allerlei richtingen. De deeltjes
hebben geen onderlinge aantrekkingskracht. Bijvoorbeeld lucht, dit vult de hele
ruimte waarin het zit.
Water is een unieke stof omdat het in ons dagelijks leven kan voorkomen in
alle drie de verschijningsvormen (aggregatietoestanden), namelijk vast, vloeibaar
en gasvormig.
5.1.2 De invloed van warmte op de verschijningsvorm van een stof
Door energietoevoer verandert het gedrag van de moleculen en daarmee de
verschijningsvorm. Je kunt energie toevoeren door de temperatuur of de druk te
verhogen. Elke zuivere vaste stof (een stof die uit één soort moleculen bestaat)
zal bij een normale luchtdruk bij één bepaalde temperatuur vloeibaar worden. Dit
noem je het smeltpunt. Als de stof niet zuiver is, verandert het smeltpunt. Een
vaste stof smelt maar bij één temperatuur, maar bij bijna elke temperatuur
kunnen deeltjes aan een vloeistof ontsnappen en in gasvormige toestand
overgaan. Dit noem je verdamping.
Het kookpunt van een stof is niet de temperatuur waarbij een vloeistof
verdampt, maar de hoogste temperatuur die een vloeistof kan bereiken. Daarna
gaat alle vloeistof over in de gasvorm. Het kookpunt is afhankelijk van de
luchtdruk. Naarmate de luchtdruk hoger is, drukken de moleculen sterker op een
vloeistof en is het lastiger voor de moleculen om aan de vloeistof te ontsnappen.
Bij een hoge luchtdruk zal het daarom langer duren voordat een pannetje water
kookt. Soms gaan er moleculen van de vaste vorm naar de gasvorm. Dit noemt
men sublimatie.
Als een gas afkoelt, gaan de moleculen langzamer bewegen en komen ze
dichter bij elkaar. Op een gegeven moment zijn ze weer zo dicht bij elkaar dat de
aantrekkingskracht tussen de moleculen een factor van betekenis is. Het gas
wordt vloeibaar, dit noemt men condenseren.
Soms slaat een gas de vloeibare fase over en gaat het direct over in een
vaste vorm. Dit noem je desublimeren, ook wel rijpen.
Van gas naar vast = rijpen (desublimeren)
Van vast naar gas = sublimeren (vervluchtigen)
Van vast naar vloeistof = smelten
Van vloeistof naar vast = stollen
Van vloeistof naar gas = verdampen
Van gas naar vloeistof = condenseren
Wanneer de moleculen bij verwarming verder uit elkaar komen te liggen,
zou je ook kunnen zeggen dat de dichtheid van de stof afneemt. Je kunt je
voorstellen dat hierdoor een zelfde volume-eenheid van dezelfde stof na
verwarming relatief minder weegt. Een afkoelende stof zal over het algemeen per
volume-eenheid zwaarder worden omdat hij compacter wordt. Water vormt
hierop een uitzondering. Als water bevriest, zie je dat ijs drijft op het water. Het
, water zet uit bij bevriezing. De structuur van het ijs is zodanig dat er meer lege
ruimte zit tussen de watermoleculen dan bij het warmere, vloeibare water.
Hierdoor blijft het ijs drijven op het water.
5.1.3 Eigenschappen van water
Water komt veelzijdig voor als oplosmiddel. Een oplosmiddel is een vloeistof,
waarin een stof kan worden opgelost. Deze eigenschap is van belang voor veel
biologische processen. In het bloed is water het oplosmiddel dat ervoor zorgt dat
allerlei stoffen oplossen, waarna ze getransporteerd kunnen worden.
Je hebt verschillende soorten oplossingen. Als eerste heb je een mengsel. Dit zijn
twee of meerder stoffen met elkaar vermengd, zonder dat deze een chemische
reactie met elkaar zijn aangegaan. Een mengsel kan bestaan uit een vloeistof en
een vaste stof, maar kan ook bestaan uit twee vaste stoffen of uit twee gassen.
Hiernaast heb je een oplossing. Ook hierbij zijn twee stoffen met elkaar
vermengd, zonder dat deze een chemische reactie met elkaar zijn aangegaan.
Een oplossing is altijd een vloeistof, waarin een gas, een andere vloeistof of een
vaste stof is opgelost. De uiteindelijke oplossing is altijd een heldere vloeistof,
een troebele vloeistof kan dus nooit een oplossing zijn. Ook ontmengt een
oplossing niet zo gemakkelijk als een mengsel. Tot slot heb je nog een emulsie,
ook wel een schijnmengsel. Een emulsie is een troebele vloeistof, waarin water
en vet vermengd lijken te zijn. Bijvoorbeeld melk. Hierin zit een emulgator die het
vet in uiterst fijne druppeltjes verdeelt, waardoor het in de waterige substantie
kan blijven zweven.
Een tweede belangrijke eigenschap van water is zijn opwaartse kracht. Dit
heeft te maken met de dichtheid van een stof en de vorm. Als een voorwerp blijft
drijven is er een evenwicht tussen de zwaartekracht die op het voorwerp werkt
en de opwaartse kracht van het water. Neem bijvoorbeeld een bolletje klei. Dit
zal zingen. Als je van dit bolletje klei een bootvorm maakt, zal het blijven drijven.
De vorm van de boot verplaatst meer water en creëert daardoor een hogere
opwaartse kracht van het water. Bovendien bevat de bootvorm meer lucht en
heeft het daardoor als geheel een lagere dichtheid dan een bolletje klei.
Tot slot gaan we het hebben over de oppervlaktespanning van water. Een
waterdruppel heeft een mooie, ronde vorm. De watermoleculen midden in de
druppel trekken elkaar in alle richtingen aan. De buitenste watermoleculen
worden alleen door de naastliggende en de onderliggende moleculen
aangetrokken. De resulterende kracht op deze moleculen is daardoor naar opzij
en naar binnen gericht. Dit noem je oppervlaktespanning.
5.1.4 Eigenschappen van lucht
Je bent gewend aan de druk van de lucht. Je lichaam is zo gebouwd dat de
vloeistoffen in je lichaam precies genoeg tegendruk uitoefenen om de luchtdruk
te compenseren. De tegendruk is niet groot genoeg om de druk van het water te
weerstaan. De druk van water voel je dus wel. De aanwezigheid van lucht kun je
op vele manieren aantonen, bijvoorbeeld door met een rietje luchtbellen in je
limonade te blazen.
Luchtdruk kun je beschouwen als een voortdurende ‘beschieting’ van
bewegende moleculen. Je kunt luchtdruk zichtbaar maken als je de lucht
samenperst. Probeer maar eens een ballon op te blazen in een plastic
limonadefles. Dit lukt niet, omdat de lucht die je in de ballon blaast een
tegendruk krijgt van de lucht in de fles die samengeperst wordt. Als je een gaatje
maakt in de bodem van de fles, merk je dat het beter gaat. De lucht in de fles
kan namelijk ontsnappen via het gaatje. Met behulp van een
