Exactly
Paragraaf 4
Faseovergangen
Je weet dat water kan bevriezen tot ijs en verdampen tot waterdamp. Bevriezen en verdampen zijn voorbeelden van faseovergangen. Maar kan dit ook met ijzer en zuurstof? Bestaat er ijzerdamp of vloeibare zuurstof? Daar ga je in deze paragraaf achter komen.
Afbeelding 7
Afbeelding 9
“
„
Gebruik
ook de
ezelsbruggetjes en begrippenlijst bij
deze paragraaf!
Afbeelding 8
Moleculen in verschillende fasen
Als je je voorstelt dat je moleculen zou kunnen zien, zou je zien hoe de drie fasen vaste stof, vloeistof en gas zijn opgebouwd.
In de vaste stof liggen de moleculen netjes op een rijtje. Ze hebben daarbij elk hun eigen plaats. Dat ze bij elkaar blijven, komt doordat ze elkaar sterk aantrekken. Ze bewegen wel op hun plaats.
In een vloeistof hebben de moleculen geen vaste plaats. Ze bewegen vrij door en langs elkaar. Ze trekken elkaar wel sterk genoeg aan om bij elkaar te blijven.
In de gasvormige fase bewegen de moleculen ook door elkaar, maar ze zitten veel verder van elkaar vandaan. Omdat ze elkaar bijna niet aantrekken, verspreiden ze zich in de ruimte.
Faseovergangen
Er zijn zes verschillende faseovergangen. Faseovergangen zijn de overgangen naar de verschillende fasen van vaste stof, vloeibare stof en gasvormige stof. Hieronder zijn ze allemaal uitgelegd.
Smelten en stollen
In een vaste stof trillen de moleculen heen en weer op hun plaats. Als de temperatuur stijgt, gaan de moleculen sneller trillen. Ze gaan dan wat verder uit elkaar en trekken elkaar minder hard aan. Bij een bepaalde temperatuur trillen de moleculen zo hard, dat ze niet meer op hun vaste plaats blijven. Ze gaan dan vrij langs elkaar bewegen. Dit proces heet smelten.
Bij stollen gaat het precies omgekeerd. De temperatuur daalt, de moleculen gaan langzamer bewegen, ze gaan dichter bij elkaar en ze trekken elkaar meer aan, waardoor ze weer een vaste plaats krijgen. Zo worden ze weer een vaste stof.
Verdampen en condenseren
In een vloeistof bewegen de moleculen langs elkaar, maar ze blijven in elkaars buurt. Als je ze gaat verwarmen, gaan ze sneller bewegen. Daardoor gaan ze nog verder uit elkaar. En wordt de aantrekkingskracht tussen de moleculen nog kleiner. De moleculen gaan zo snel bewegen dat ze door het oppervlak heen vloeistof verlaten. Dit heet verdampen. De stof wordt dan een gas, en de moleculen bewegen vrij van elkaar door ruimte.
Bij condenseren gaat dit proces weer andersom. De damp koelt af, de moleculen gaan minder snel bewegen, ze gaan dichter bij elkaar, ze trekken elkaar weer sterker aan, en ze blijven bij elkaar in de buurt. Zo is de damp weer een vloeistof geworden.
Sublimeren en rijpen
Een vaste stof kan ook sublimeren. Dan wordt de vaste stof gelijk een gas. Een voorbeeld hiervan is de geur van een blok zeep.
Omgekeerd kan een gas ook rijpen. Dan wordt het gas een vaste stof. Denk aan de vorming van ijs uit de waterdamp in de lucht, bijvoorbeeld op de takken van een boom.
Smeltpunt en kookpunt
Bij een bepaalde temperatuur gaat een zuivere stof smelten of stollen. Die temperatuur noem je het smeltpunt van die stof. Een vloeistof verdampt sterker als de temperatuur stijgt. Bij een bepaalde temperatuur gaat de vloeistof koken. De verdamping is dan maximaal. Die temperatuur noem je het kookpunt van die stof. Koken en condenseren gebeurt bij dezelfde temperatuur.
Smeltpunt en kookpunt zijn stofeigenschappen. Als je het smelt- of kookpunt van een onbekende stof weet, kun je bepalen welke stof het is. Zo is het smeltpunt van ijzer 1536°C, en het kookpunt 2750°C. Voor enkele andere stoffen vind je de gegevens in de tabel.
Als je het smelt- en kookpunt van een bepaalde stof in een temperatuurlijn zet, kan je snel zien in welke fase de stof zich bevindt bij een bepaalde temperatuur.
-
Bij een temperatuur lager dan het smeltpunt is de stof vast
-
Bij een temperatuur tussen het smeltpunt en het kookpunt is de stof vloeibaar
-
Bij een temperatuur boven het kookpunt is de stof gastvormig
Bij het koken van water gebeurt er iets bijzonders. De pan staat op het vuur, maar de temperatuur stijgt niet. Als je de vlam hoger zet, gaat het water harder koken, maar temperatuur blijft 100°C. De energie van het opwarmen is blijkbaar nodig voor de faseovergang. Ook als ijs smelt zie je dat de temperatuur constant blijft.
Voor alle zuivere stoffen geldt dat bij een faseovergang de temperatuur van de stof niet verandert.
Bij mengsels blijft de temperatuur tijdens faseovergang echter niet constant. Mengsels hebben geen kookpunt en geen smeltpunt, maar een kooktraject en een smelttraject. Daarmee kun je uitzoeken of een onbekende stof een zuivere stof of een mengsel is.
Temperatuurschalen
Absolute nulpunt
Als de temperatuur daalt, gaan de moleculen langzamer bewegen. Dan moet er ook een temperatuur zijn waarbij de moleculen stilstaan. Dit is bij elke molecuulsoort gelijk. De temperatuur waarbij de moleculen stilstaan, heet het absolute nulpunt. Het absolute nulpunt ligt bij een temperatuur van -273°C.
Als de moleculen stilstaan, kunnen ze niet nog langzamer bewegen, dus kouder dan het nulpunt kan het in de natuur niet worden.
De natuurkundige Kelvin heeft daarom die temperatuur opgenomen als nulpunt van zijn temperatuurschaal kelvin. 0 kelvin is hetzelfde als -273°C. De standaardeenheid van de temperatuur in de natuurkunde is dus kelvin (K). Let op, gebruik geen ‘graden’ kelvin.
Je weet dat 0 K hetzelfde is als -273°C.
Van kelvin naar °C = -273
Van °C naar kelvin = +273
Dauwpunt
s' Ochtends zie je vaak dauw op het gras. Dauw is gecondenseerde waterdamp uit de lucht.
Warme lucht kan meer waterdamp bevatten dan koude lucht. Dat verklaart het volgende proces:
Als het overdag warm is, verdampt er water. De warme lucht neemt de waterdamp op.
s' Nachts koelt de lucht weer af. De lucht kan de waterdamp niet meer vasthouden en het overschot aan waterdamp condenseert in de vorm van kleine waterdruppeltjes. Dat is dauw. De temperatuur waarbij waterdamp condenseert, is het dauwpunt.
Extra: begrippenlijst!
Bij deze paragraaf zitten er nogal wat begrippen die moeilijk te omschrijven zijn, als je het zelf moet bedenken. Daarom staat hier nog even een kort overzicht van alle begrippen.
-
Faseovergangen - De verschillende overgangen naar de fasen van vast, vloeibaar en gas
-
Smelten - Het proces dat een vaste stof warmer wordt en een vloeistof wordt
-
Stollen - Het proces dat een vloeistof afkoelt en een vaste stof wordt
-
Verdampen - Het proces dat een vloeistof warmer wordt en een gas wordt
-
Condenseren - Het proces dat een gas afkoelt en een vloeistof wordt
-
Sublimeren - Het proces dat een vaste stof gelijk verdampt naar een gas
-
Rijpen -Het proces dat gas gelijk condenseert naar een vaste stof
-
Smeltpunt - De temperatuur waarbij een zuivere stof gaat smelten of stollen
-
Kookpunt - De temperatuur waarbij een zuivere stof gaat koken
-
Temperatuurlijn - Lijn waarin je het smelt- en kookpunt van een stof kunt aflezen
-
Kooktraject - Het traject van de temperaturen waarin een mengsel gaat koken
-
Smelttraject - Het traject van de temperaturen waarin een mengsel gaat smelten of
-
Absolute nulpunt - De temperatuur waarbij alle moleculen stilstaan (0 kelvin / -273°C)
-
kelvin (K) - De standaardeenheid voor temperatuur in de natuurkunde
-
Dauwpunt - De temperatuur waarbij waterdamp condenseert
Ezelsbruggetjes
Proefjes
Wat hoort bij elkaar?
Condenseren & Verdampen=(2)CV= deux chevaux (=Franse auto van Citroën)
Smelten & Stollen
Het is duidelijk dat je hier SS hebt.
Sublimeren & Rijpen= SR=de namen klinken allebei raar, het is iets RaarS
Door deze ezelsbruggetjes weet je in ieder geval welke bij faseovergangen bij elkaar horen.
Proefjes die je bij de uitleg van deze paragraaf kunt doen:
Bij deze paragraaf horen helaas geen proefjes.
Sublimeren
sub is het Latijnse woord voor onder, en in sublimeren zit het woordje meren; een meer bestaat uit water
(= een vloeibare stof)
Hij subt de meren = gaat onder de meren door =
hij ontwijkt de meren (dus de vloeibare fase). DUS:
gaat gelijk van vaste stof naar gas.
Rijpen
’s morgens zit er rijp op de takken, bedenk hoe het daar gekomen is. Rijp is het proces dat gas gelijk condenseert naar een vaste stof.
Absolute nulpunt
Alle (soorten) moleculen staan stil bij deze temperatuur, dat is een feit dat niet kan veranderen (absoluut).