Embedded Files
Faseovergangen &
EXPERIMENT
We zetten een bekertje ijs in een grote beker met heet water. We meten de temperatuur van het ijs en het smeltwater tot het ijs volledig is gesmolten en het smeltwater duidelijk aan het opwarmen is.
We merken dat de temperatuur van het ijs stijgt ... tot het smeltproces begint.
Zolang het smeltproces bezig is blijft de temperatuur constant.
Van zodra al het ijs gesmolten is, stijgt de temperatuur weer.
MEETRESULTATEN
Als je warmte toevoegt tijdens een overgang van aggregatietoestand, zie je geen temperatuurstijging. De warmte-energie die je toevoegt wordt dus NIET gebruikt om de kinetische energie van de moleculen te vergroten.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Aggregatietoestenden om te zien hoe opwarming en afkoeling de beweging van de deeltjes verandert.
Kijk hoe bij bepaalde temperaturen de faseovergangen plaatsvinden.
Wat valt je op?
***
TERMINOLOGIE - COHESIEKRACHT
Cohesiekrachten zijn de aantrekkingskrachten tussen deeltjes (moleculen) van dezelfde stof bij vaste stoffen en vloeistoffen. (Bij gassen zijn ze meestal verwaarloosbaar klein.)
Moleculen oefenen krachten uit op elkaar. Ze houden elkaar bij. Als je ze uit elkaar wil halen moet je moeite doen. Je zal dus energie in het systeem moeten steken.
Hoe verder je de moleculen van elkaar wil brengen, hoe meer moeite je moet doen, dus hoe meer (potentiële) energie je ze moet geven.
Vergelijk het maar met een voorwerp dat je tegen de zwaartekracht in naar boven brengt. Hoe verder van het aardoppervlak, hoe meer moeite je moet doen, hoe meer potentiële energie je er insteekt.
GROOTHEID - INWENDIGE POTENTIËLE ENERGIE
De inwendige potentiële energie (Ei,pot) van een systeem is de (potentiële) energie die de moleculen hebben omwille van de plaats die ze ten opzicht van elkaar innemen.
Door warmte toe te voegen gaan de moleculen harder trillen. De (gemiddelde) bewegingsenergie van de moleculen stijgt. De temperatuur stijgt dus.
Bij bepaalde temperaturen gaat de toegevoegde warmte niet worden gebruikt om de bewegingsenergie van de moleculen te vergroten. Bij die temperaturen wordt de toegevoegde warmte gebruikt om moleculen los te maken van elkaar, tegen de cohesiekrachten in. De inwendige potentiële energie wordt groter. Je krijgt een faseovergang.
Als je warmte toevoegt aan een stof, dan zie je meestal een temperatuurstijging. Maar een andere mogelijkheid is dat je een verandering van aggregatietoestand (een faseovergang) krijgt. De energie die je aan het systeem geeft, wordt gebruikt om de moleculen verder van elkaar te brengen.
Warmte toevoegen kan zorgen voor:
smelten
koken
sublimeren
Warmte toevoegen kan zorgen voor de verhoging van de inwendige potentiële energie (Ei,pot).
Warmte wegnemen kan zorgen voor:
condenseren
stollen
desublimeren, verrijpen
Warmte wegnemen kan zorgen voor de verlaging van de inwendige potentiële energie (Ei,pot).
Een ijslolly bestaat voornamelijk uit waterijs (vast). Dit ijs neem warmte op uit je mond en gaat smelten. Je krijgt water (vloeistof) met een smaakje.
Een arts behandelt wratten met vloeibaar stikstof. De koude vloeibare stikstof neemt warmte op van de warme huid, begint vrijwel onmiddellijk te koken en wordt stikstofgas.
De hete uitlaatgassen van een straalmotor bevatten waterdamp. De waterdamp (gas) geeft warmte af aan de opringende koude lucht en condenseert tot waterdruppels (vloeistof). Dat zien wij in de lucht als een condensatiespoor.
Blaas een kaars uit. Heet kaarsvet (vloeistof) verliest warmte aan de koudere omgeving en stolt tot vast kaarsvet (vast).
In de winter zie je soms mooie ijspatronen op blaadjes. Dat komt omdat die zo koud zijn dat waterdamp (gas) uit de lucht heel snel veel energie afgeeft aan de blaadjes en gaat desublimeren. je krijgt dus waterijs (vast) op die blaadjes.
Als je jodiumkristallen (vast) verwarmt tot ongeveer 100 °C, dan gaat het jodium sublimeren tot jodiumgas.
Hou de temperatuur zeker onder 114 °C want dan smelt het jodium en de damp die je daarna krijgt ontstaat uiteraard door verdamping.
OEFENING
Op de foto zie je een lepeltje met CO2-ijs, omgeven door lucht op kamertemperatuur. Leg uit welke faseovergangen je allemaal ziet gebeuren.
Het CO2 krijgt warmte-energie van het lepeltje en sublimeert: vaste stof → gas
Het lepeltje wordt erg koud en waterdamp uit de lucht desublimeert rechtstreeks op het lepeltje: gas → vaste stof
De lucht rond het lepeltje koelt af koude lucht zakt naar beneden. In die koude lucht zie je gecondenseerde waterdruppeltjes (de "wolkenstroom"): gas → vloeistof
EXPERIMENT - SUPERKOELING
We nemen 2 handwarmertjes die we "klikken" waardoor ze warm worden. We bevestigen een thermometer en meten gedurende een poosje de temperatuur.
Wat merk je op?
Begrijp je wat er gebeurt?
EXPERIMENT - KOKEN ONDER VERLAAGDE DRUK
We zetten een potje leidingwater onder de vacuümklok. We steken ook een thermometer in het potje. Zo kan je de temperatuur van het water blijven volgen. We pompen de lucht rond het potje weg.
Wat merk je op?
We deden water met een temperatuur rond 20 °C in het potje. Onder de vacuümklok wordt de externe druk op de vloeistof erg laag en we zien gasbelletjes in de vloeistof verschijnen. Uiteindelijk begint de vloeistof echt te koken (vloeistof → gas). En dat dus bij 20 °C.
De kooktemperatuur hangt af van de druk op de vloeistof! (LEES MEER)
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Bijlagen
Bijlagen
EXTRA - Johannes Diederik van der Waals
Johannes Diederik van der Waals was een Nederlands natuurkundige, winnaar van de Nobelprijs voor natuurkunde 1910 voor zijn onderzoek naar de gasvormige en vloeibare toestanden van materie . Zijn werk maakte de studie van temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt mogelijk. De van der Waals-krachten, zwakke aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen, werden genoemd ter ere van hem.
Page updated
Report abuse