Samenvatting Toegepaste fysica sem 1 deel 1

VERANDERING VAN AGGREGATIETOESTAND
1. Verschijnsel en definities
1.1. De klassieke aggregatietoestanden
- Afhankelijk van druk (p) en temperatuur (T)
- 3 aggregatietoestanden
 Vaste stof
 Moleculen hebben vaste positie waarrond ze trillen
 Vloeistof
 Moleculen kunnen vrij bewegen
 Er blijft cohesiekracht aanwezig
 Gas
 Moleculen verdelen zich vrij over het volledige volume
 Geen cohesiekracht meer tussen de moleculen




- Bij elke p of T  slechts 1 stabiele toestand
- Metastabiele toestand: bij de heersende p en T niet de stabiele toestand


2. Metastabiele toestanden
- Stabiele toestand
 Stof kan enkel veranderen van toestand door toevoegen van grote
hoeveelheid energie
- Metastabiele toestand
 Stof gaat over naar stabiele toestand door een kleine externe oorzaak
 Hierbij wordt energie afgegeven
2.1. Onderkoeling
- Natriumthiosulfaat
 Smeltpunt is 48°C
 > 48°C = vloeibaar
 < 48°C = vast
 Thermisch evenwicht: vast worden wanneer het stolpunt bereikt is
 Enkel te bereiken door traag verwarmen en goed roeren

,  Na2S2O3 verwarmen  bekerglas in ijskoud water
 Het blijft vloeibaar onder het smeltpunt = metastabiel
 Vast Na2S2O3 in het bekerglas werpen  het wordt meteen vast
 T springt direct terug naar 48°C, blijft constant tijdens stollen
 Stabiele toestand bereikt door kleine externe oorzaak
 Deze metastabiele toestand heet onderkoeling




- Onderkoelde regen (hagel)  stolt bij aanraking met grond
2.2. Kookvertraging of oververhitting
- Enkel bij zeer zuivere vloeistof
- Vloeistof stijft boven kookpunt zonder vorming dampbellen  weet niet waar
beginnen koken
- Ophouden metastabiele toestand = hevig koken
- Kan men voorkomen door kooksteentjes te gebruiken
2.3. Oververzadigde damp
- Condensatie
 T zakt onder condensatiepunt
 Vorming vloeistofdruppels
- Oververzadigde damp: T onder condensatiepunt, maar geen condensatie




3. Smelten en stollen
3.1. Invloed van p op smelt- en stolpunt van “gewone” stoffen
- Afstand tussen moleculen ↓ = cohesiekracht ↑
 Pvloeistof ↑ = vloeistof wordt vast

, - T ↑ = beweging moleculen ↑
 Om vloeistof te doen stollen moet p ↑↑
 P~T
- Smelt- of stollijn = evenwicht vloeistof – vast
3.2. Invloed van de druk: algemene regel
- d = m/V = (V/m)-1 = (soortelijk volume)-1  betekent ook “grootste dichtheid”
 Drukverhoging resulteert een fase met het kleinste soortelijk volume
3.3. Invloed p op speciaal geval “water”
- H2O heeft veel H-bruggen  kristalstructuur met veel ruimte tussen de moleculen
 p ↑ = vast naar vloeibaar
- IJs heeft een lagere dichtheid dan water  drijft op water
3.4. Het normale smeltpunt: drukafhankelijkheid van Ts
- Normale smeltpunt Ts: het smeltpunt bij p = 1 atm
 1 atm = 1 atmosfeer = 101325 Pa = 1013,25 hPa = 760 mmHg
 760 mmHg = druk in een kwikcolon van 760 mm
3.5. Smeltwarmte
- Smelten: moleculen van elkaar lostrekken ← vergt energie (warmte)
- Latente warmte: T blijft constant ondanks toevoegen van warmte
- Soortelijke smeltwarmte: verhouding benodigde warmte ∆Q – massa die je kan
smelten
 Ls = ∆Q/∆m  [Ls] = J/g
- Molaire smeltwarmte: verhouding benodigde warmte – mol dat je kan smelten
4. Verdampen, koken en condenseren
4.1. Verdamping in de vrije atmosfeer
- Verdamping: moleculen rukken zich los  bij elke T aanwezig
- Verdamping bevorderen
 T ↑ (meer Ekin)
 Vergroten van het vloeistofoppervlak (meer ruimte om te ontsnappen)
 Pboven vloeistof ↓ (vermindert de kans op botsing met wateroppervlak na
verdampen)
 Droge lucht (minder botsing met andere moleculen in de lucht)
4.2. Verdampingswarmte
- Moleculen met meest Ekin verdampen  gemiddelde Ekin/molecule ↓  T ↓
 Er moet energie worden toegevoegd: latente verdampingswarmte
 Warmte die nodig is om T constant te houden per massa-eenheid vloeistof
 Ook de soortelijke verdampingswarmte
 Lv = ∆Q/∆m  [Lv] = J/kg
 Hoe sneller de verdamping, hoe sneller de afkoeling
- Molaire verdampingswarmte: warmte die nodig is per mol van de stof
 ∆vapH of Hv = Q/n  [∆vapH] = [Q]/[n] = J/mol = 10-3 . 10-3J/mol = 10-3 kJ/mol
4.3. Verdamping in een afgesloten ruimte: dynamisch evenwicht
- Moleculen kunnen niet ontsnappen uit afgesloten ruimte
- Dynamisch evenwicht = evenwicht tussen vloeistof en haar damp
 Sommige moleculen ontsnappen uit vloeistof  dampfase
 # dampmoleculen ↑  # botsingen ↑  p ↑
 Sommige molecule botsen tegen vloeistofoppervlak  worden weer vloeistof
 # dampmoleculen ↓  # botsingen ↓  p ↓