5 NATUURKUNDIGE
VERSCHIJNSELS
5.1 VASTE STOFFEN, VLOEISTOFFEN EN GASSEN
5.1.1 VERSCHIJNINGSVORMEN
Elke stof bestaat uit deeltjes. Het kleinste deeltje van een stof dat nog alle
eigenschappen heeft van die stof noemen we een molecuul. Het gedrag van die
moleculen is bepalend voor de verschijningsvorm van een stof. In een vaste stof
bewegen de moleculen niet veel en trekken elkaar sterk aan waardoor ze dicht bij elkaar
blijven, is hard en vormvast. In een vloeistof bewegen de moleculen in alle richtingen en
zitten de deeltjes minder dicht op elkaar, ze kunnen elkaar minder sterk aantrekken en
hebben geen vaste plaats, heeft dus geen eigen vaste vorm. Bij een gas bewegen de
deeltjes ook in alle richtingen. De deeltjes hebben geen onderlinge aantrekkingskracht
meer waardoor er nog meer ruimte tussen de deeltjes is. Lucht 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. Wij kennen de meeste stoffen in slechts één of twee
verschijningsvormen.
5.1.2 DE INVLOED VAN WARMTE OP DE VERSCHIJNINGSVORM VAN EEN STOF
VAN KOUD NAAR WARM
Door energietoevoer verandert het gedrag van de moleculen van een bepaalde stof en
daarmee de verschijningsvorm. Je kunt energie toevoeren door de temperatuur of druk
te verhogen. Elke zuivere vaste stof (stof die uit één soort moleculen bestaat) zal bij een
normale luchtdruk bij één bepaalde temperatuur vloeibaar worden. Die temperatuur
noem je het smeltpunt. Als de stof niet zuiver is, verandert het smeltpunt. Een vaste stof
smelt maar bij één temperatuur. Bij de overgang van de vloeibare vorm naar de gasvorm
is dit anders: bij bijna elke temperatuur kunnen deeltjes aan een vloeistof ontsnappen en
in de gasvormige toestand overgaan. Dit proces noem je verdamping. Vluchtige stoffen,
zoals parfum en benzine, verdampen al bij een relatief lage temperatuur. 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. De luchtdruk is van invloed op het kookpunt, naarmate de luchtdruk hoger is,
drukken de luchtmoleculen sterker op een vloeistof, waardoor het lastiger is voor de
moleculen om aan de vloeistof te ontsnappen. Bij een hoge luchtdruk zal het dus langer
duren voordat iets kookt, bij een lagere luchtdruk gaat het sneller koken. Soms gaan er
moleculen rechtstreeks van de vaste vorm over in de gasvormige toestand, dit noem je
sublimatie. Sublimatie zorgt ervoor dat we sommige vaste stoffen kunnen ruiken, onze
neus ‘vangt’ de ontsnapte moleculen op.
VAN WARM NAAR KOUD
Als een gas afkoelt, gaan de moleculen steeds langzamer bewegen en kunnen ze dichter
bij elkaar komen. Na een tijd zijn ze weer zo dicht bij elkaar dat de aantrekkingskracht
tussen de moleculen een factor van betekenis is. Het gas gaat over in de vloeibare vorm:
het condenseert. Nabij het stollingspunt (bij water het vriespunt) gaan de moleculen van
,een vloeistof een eigen vaste plaats innemen en vormen ze een stevige structuur. Soms
slaat een gas de vloeibare fase over en gat direct over in een vaste vorm, dit noem je
desublimatie.
TEMPERATUUR EN GEWICHT
Moleculen van een bepaalde stof gaan bij verwarming sneller bewegen en komen verder
uit elkaar te liggen, de dichtheid van de stof neemt af. Hierdoor weegt eenzelfde volume-
eenheid van dezelfde stof na verwarming relatief minder. Een afkoelende stof zal over
het algemeen per volume-eenheid zwaarder worden, omdat hij compacter wordt.
Water vormt een uitzondering op voorgaande theorie. Als water bevriest, zie je dat ijs
drijft op water. De structuur van het ijs is zodanig dat er hierin meer lege ruimte zit
tussen de watermoleculen dan in de warmere, vloeibare toestand. Onder het ijs is tot op
de bodem vloeibaar water te vinden; heel belangrijk, want zo kunnen vissen en
waterdiertjes als het vriest toch overleven.
5.1.3 EIGENSCHAPPEN VAN WATER
Het bestaan van water is een belangrijke voorwaarde voor het leven op aarde. Het
belang van water voor het leven op aarde heeft te maken met zijn eigenschappen. De
drie belangrijkste eigenschappen van water:
1. Water als oplosmiddel
2. De opwaartse kracht van water
3. De oppervlaktespanning van water
WATER ALS OPLOSMIDDEL
Water vormt een veelzijdig oplosmiddel, dat is een vloeistof waarin een stof kan worden
opgelost. Water is zo’n goed oplosmiddel dat zuiver water in de natuur zelfden voorkomt,
zelfs in kraanwater zitten opgeloste stoffen. Deze eigenschap van water is van belang bij
veel biologische processen:
- In bloed zodat er allerlei stoffen oplossen waarna ze getransporteerd kunnen
worden.
- In plantensappen dezelfde functie als in bloed.
Er bestaan verschillende soorten waterige mengsels, namelijk oplossingen, suspensies
en emulsies. Gassen kunnen samen ook een mengsel vormen. Als metalen een mengsel
vormen met andere elementen spreek je van een legering. Modderwater is een
suspensie, een mengsel van een vaste stof en een vloeistof waarbij de vaste stof niet is
opgelost. Suikerwater is een oplossing, een mengsel van vloeistoffen, of van een vaste
stof en een vloeistof, die tot aan de bouwstenen zijn gemengd. Een oplossing is altijd
helder en doorzichtig, kan gekleurd zijn. Een suspensie kan ook ontmengen, de vaste stof
zakt naar de grond en het water wordt helderder. Een oplossing kan niet makkelijk
ontmengen. Melk is een emulsie, een mengsel van twee vloeistoffen die eigenlijk niet
goed mengbaar zijn. Een emulsie wordt ook wel een ‘schijnmengsel’ genoemd. Water en
vet (olie) mengen normaal niet goed, in melk zit een emulgator die het vet in uiterst fijne
druppeltjes verdeelt waardoor het vet in de waterige substantie kan blijven zweven.
SCHEIDEN VAN EEN MENGSEL
, Om een oplossing, suspensie of emulsie te ontmengen zijn verschillende
scheidingstechnieken mogelijk, gebaseerd op de verschillende eigenschappen van de
stoffen in het mengsel:
- Bij een suspensie kun je de stoffen scheiden op basis van het verschil in
deeltjesgrootte. De methode die je toepast heet filteren, de vloeistof noemen we
het filtraat, de vaste stof het residu.
- Je kunt gebruik maken van het verschil in dichtheid. Als de dichtheid van de vaste
stof groter is dan die van de vloeistof, kun je de vaste stof laten bezinken. Dit kan
bij een suspensie, maar bij een emulsie ontstaan na verloop van tijd ook twee
lagen. De stof met de grootste dichtheid vormt de onderste laag. Als het bezinken
niet snel genoeg gaat, kan je gebruik maken van centrifugeren.
- Een oplossing kun je scheiden door gebruik te maken van het verschil in
kookpunt. Een oplosmiddel kookt bij een lagere temperatuur dan de vaste stof die
erin is opgelost. Je kunt het oplosmiddel laten verdampen en houdt dan de vaste
stof over, dit heet indampen. Destillatie is ook een techniek waarbij
gebruikgemaakt wordt van het verschil in kookpunt. Hierbij wordt de verdampte
vloeistof opgevangen door deze te laten condenseren. Het deel van het mengsel
dat niet verdampt noemen we het residu; de opgevangen vloeistof heet het
destillaat.
DE OPWAARTSE KRACHT VAN WATER
Of iets zinkt of blijft drijven heeft te maken met de dichtheid van een stof. Bij een stof
met een hoge dichtheid zitten de deeltjes als het ware dicht opeengepakt. Als een stof
een hogere dichtheid heeft dan water, zinkt het. Niet alle zware dingen zinken. Een groot
cruiseschip blijft drijven door de vorm die het heeft. Dit heeft te maken met de
opwaartse kracht van water. De vorm van iets kan meer water verplaatsen en creëert
daardoor een hogere opwaartse kracht va het water.
DE OPPERVLAKTESPANNING VAN WATER
Als je goed naar een druppel water kijkt die aan een kraan hangt, zie je dat de druppel
een ronde vorm heeft. Watermoleculen trekken elkaar onderling sterk aan. Voor de
watermoleculen midden in de druppel geldt dat ze elkaar in alle richtingen aantrekken.
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 EIGENSCHAPEN VAN LUCHT
DE AANWEZIGHEID VAN LUCHT
Lucht oefent druk uit op je lichaam, maar die voel je niet zolang de lucht zich niet
verplaatst. Je lichaam is zo gebouwd dat de vloeistoffen in je lichaam precies genoeg
tegendruk uitoefenen om de luchtdruk te compenseren. De aanwezigheid van lucht kun
je op veel manieren aantonen. Als je een glas op zijn kop op de bodem van een met
water gevulde afwasteil zet, kan er geen water in het glas komen. De lucht in het glas
neemt ruimte in, waardoor het waterpeil in de afwasbak stijgt. Luchtdruk kun je
beschouwen als een voortdurende ‘beschieting’ van bewegende moleculen. Luchtdruk
kun je ‘zichtbaar’ maken als je de lucht samenperst. Bijvoorbeeld een ballon opblazen 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. Met behulp van een
VERSCHIJNSELS
5.1 VASTE STOFFEN, VLOEISTOFFEN EN GASSEN
5.1.1 VERSCHIJNINGSVORMEN
Elke stof bestaat uit deeltjes. Het kleinste deeltje van een stof dat nog alle
eigenschappen heeft van die stof noemen we een molecuul. Het gedrag van die
moleculen is bepalend voor de verschijningsvorm van een stof. In een vaste stof
bewegen de moleculen niet veel en trekken elkaar sterk aan waardoor ze dicht bij elkaar
blijven, is hard en vormvast. In een vloeistof bewegen de moleculen in alle richtingen en
zitten de deeltjes minder dicht op elkaar, ze kunnen elkaar minder sterk aantrekken en
hebben geen vaste plaats, heeft dus geen eigen vaste vorm. Bij een gas bewegen de
deeltjes ook in alle richtingen. De deeltjes hebben geen onderlinge aantrekkingskracht
meer waardoor er nog meer ruimte tussen de deeltjes is. Lucht 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. Wij kennen de meeste stoffen in slechts één of twee
verschijningsvormen.
5.1.2 DE INVLOED VAN WARMTE OP DE VERSCHIJNINGSVORM VAN EEN STOF
VAN KOUD NAAR WARM
Door energietoevoer verandert het gedrag van de moleculen van een bepaalde stof en
daarmee de verschijningsvorm. Je kunt energie toevoeren door de temperatuur of druk
te verhogen. Elke zuivere vaste stof (stof die uit één soort moleculen bestaat) zal bij een
normale luchtdruk bij één bepaalde temperatuur vloeibaar worden. Die temperatuur
noem je het smeltpunt. Als de stof niet zuiver is, verandert het smeltpunt. Een vaste stof
smelt maar bij één temperatuur. Bij de overgang van de vloeibare vorm naar de gasvorm
is dit anders: bij bijna elke temperatuur kunnen deeltjes aan een vloeistof ontsnappen en
in de gasvormige toestand overgaan. Dit proces noem je verdamping. Vluchtige stoffen,
zoals parfum en benzine, verdampen al bij een relatief lage temperatuur. 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. De luchtdruk is van invloed op het kookpunt, naarmate de luchtdruk hoger is,
drukken de luchtmoleculen sterker op een vloeistof, waardoor het lastiger is voor de
moleculen om aan de vloeistof te ontsnappen. Bij een hoge luchtdruk zal het dus langer
duren voordat iets kookt, bij een lagere luchtdruk gaat het sneller koken. Soms gaan er
moleculen rechtstreeks van de vaste vorm over in de gasvormige toestand, dit noem je
sublimatie. Sublimatie zorgt ervoor dat we sommige vaste stoffen kunnen ruiken, onze
neus ‘vangt’ de ontsnapte moleculen op.
VAN WARM NAAR KOUD
Als een gas afkoelt, gaan de moleculen steeds langzamer bewegen en kunnen ze dichter
bij elkaar komen. Na een tijd zijn ze weer zo dicht bij elkaar dat de aantrekkingskracht
tussen de moleculen een factor van betekenis is. Het gas gaat over in de vloeibare vorm:
het condenseert. Nabij het stollingspunt (bij water het vriespunt) gaan de moleculen van
,een vloeistof een eigen vaste plaats innemen en vormen ze een stevige structuur. Soms
slaat een gas de vloeibare fase over en gat direct over in een vaste vorm, dit noem je
desublimatie.
TEMPERATUUR EN GEWICHT
Moleculen van een bepaalde stof gaan bij verwarming sneller bewegen en komen verder
uit elkaar te liggen, de dichtheid van de stof neemt af. Hierdoor weegt eenzelfde volume-
eenheid van dezelfde stof na verwarming relatief minder. Een afkoelende stof zal over
het algemeen per volume-eenheid zwaarder worden, omdat hij compacter wordt.
Water vormt een uitzondering op voorgaande theorie. Als water bevriest, zie je dat ijs
drijft op water. De structuur van het ijs is zodanig dat er hierin meer lege ruimte zit
tussen de watermoleculen dan in de warmere, vloeibare toestand. Onder het ijs is tot op
de bodem vloeibaar water te vinden; heel belangrijk, want zo kunnen vissen en
waterdiertjes als het vriest toch overleven.
5.1.3 EIGENSCHAPPEN VAN WATER
Het bestaan van water is een belangrijke voorwaarde voor het leven op aarde. Het
belang van water voor het leven op aarde heeft te maken met zijn eigenschappen. De
drie belangrijkste eigenschappen van water:
1. Water als oplosmiddel
2. De opwaartse kracht van water
3. De oppervlaktespanning van water
WATER ALS OPLOSMIDDEL
Water vormt een veelzijdig oplosmiddel, dat is een vloeistof waarin een stof kan worden
opgelost. Water is zo’n goed oplosmiddel dat zuiver water in de natuur zelfden voorkomt,
zelfs in kraanwater zitten opgeloste stoffen. Deze eigenschap van water is van belang bij
veel biologische processen:
- In bloed zodat er allerlei stoffen oplossen waarna ze getransporteerd kunnen
worden.
- In plantensappen dezelfde functie als in bloed.
Er bestaan verschillende soorten waterige mengsels, namelijk oplossingen, suspensies
en emulsies. Gassen kunnen samen ook een mengsel vormen. Als metalen een mengsel
vormen met andere elementen spreek je van een legering. Modderwater is een
suspensie, een mengsel van een vaste stof en een vloeistof waarbij de vaste stof niet is
opgelost. Suikerwater is een oplossing, een mengsel van vloeistoffen, of van een vaste
stof en een vloeistof, die tot aan de bouwstenen zijn gemengd. Een oplossing is altijd
helder en doorzichtig, kan gekleurd zijn. Een suspensie kan ook ontmengen, de vaste stof
zakt naar de grond en het water wordt helderder. Een oplossing kan niet makkelijk
ontmengen. Melk is een emulsie, een mengsel van twee vloeistoffen die eigenlijk niet
goed mengbaar zijn. Een emulsie wordt ook wel een ‘schijnmengsel’ genoemd. Water en
vet (olie) mengen normaal niet goed, in melk zit een emulgator die het vet in uiterst fijne
druppeltjes verdeelt waardoor het vet in de waterige substantie kan blijven zweven.
SCHEIDEN VAN EEN MENGSEL
, Om een oplossing, suspensie of emulsie te ontmengen zijn verschillende
scheidingstechnieken mogelijk, gebaseerd op de verschillende eigenschappen van de
stoffen in het mengsel:
- Bij een suspensie kun je de stoffen scheiden op basis van het verschil in
deeltjesgrootte. De methode die je toepast heet filteren, de vloeistof noemen we
het filtraat, de vaste stof het residu.
- Je kunt gebruik maken van het verschil in dichtheid. Als de dichtheid van de vaste
stof groter is dan die van de vloeistof, kun je de vaste stof laten bezinken. Dit kan
bij een suspensie, maar bij een emulsie ontstaan na verloop van tijd ook twee
lagen. De stof met de grootste dichtheid vormt de onderste laag. Als het bezinken
niet snel genoeg gaat, kan je gebruik maken van centrifugeren.
- Een oplossing kun je scheiden door gebruik te maken van het verschil in
kookpunt. Een oplosmiddel kookt bij een lagere temperatuur dan de vaste stof die
erin is opgelost. Je kunt het oplosmiddel laten verdampen en houdt dan de vaste
stof over, dit heet indampen. Destillatie is ook een techniek waarbij
gebruikgemaakt wordt van het verschil in kookpunt. Hierbij wordt de verdampte
vloeistof opgevangen door deze te laten condenseren. Het deel van het mengsel
dat niet verdampt noemen we het residu; de opgevangen vloeistof heet het
destillaat.
DE OPWAARTSE KRACHT VAN WATER
Of iets zinkt of blijft drijven heeft te maken met de dichtheid van een stof. Bij een stof
met een hoge dichtheid zitten de deeltjes als het ware dicht opeengepakt. Als een stof
een hogere dichtheid heeft dan water, zinkt het. Niet alle zware dingen zinken. Een groot
cruiseschip blijft drijven door de vorm die het heeft. Dit heeft te maken met de
opwaartse kracht van water. De vorm van iets kan meer water verplaatsen en creëert
daardoor een hogere opwaartse kracht va het water.
DE OPPERVLAKTESPANNING VAN WATER
Als je goed naar een druppel water kijkt die aan een kraan hangt, zie je dat de druppel
een ronde vorm heeft. Watermoleculen trekken elkaar onderling sterk aan. Voor de
watermoleculen midden in de druppel geldt dat ze elkaar in alle richtingen aantrekken.
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 EIGENSCHAPEN VAN LUCHT
DE AANWEZIGHEID VAN LUCHT
Lucht oefent druk uit op je lichaam, maar die voel je niet zolang de lucht zich niet
verplaatst. Je lichaam is zo gebouwd dat de vloeistoffen in je lichaam precies genoeg
tegendruk uitoefenen om de luchtdruk te compenseren. De aanwezigheid van lucht kun
je op veel manieren aantonen. Als je een glas op zijn kop op de bodem van een met
water gevulde afwasteil zet, kan er geen water in het glas komen. De lucht in het glas
neemt ruimte in, waardoor het waterpeil in de afwasbak stijgt. Luchtdruk kun je
beschouwen als een voortdurende ‘beschieting’ van bewegende moleculen. Luchtdruk
kun je ‘zichtbaar’ maken als je de lucht samenperst. Bijvoorbeeld een ballon opblazen 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. Met behulp van een
