Faseovergangen

Stoffen kunnen zich in drie verschillende toestanden bevinden, namelijk vast, vloeibaar en gas. Neem bijvoorbeeld water: in vaste toestand is dit ijs, in vloeibare toestand water en in gasvormige toestand waterdamp. 

Een faseovergang is de overgang van van de ene toestand van een stof naar de andere toestand. In totaal bestaan er zes faseovergangen:

- van vast naar vloeibaar: smelten

- van vloeibaar naar vast: stollen

- van vloeibaar naar gas: verdampen

- van gas naar vloeibaar: condenseren

- van vast naar gas: sublimeren

- van gas naar vast: desublimeren (= rijpen)

 

 

 

1. De magische fles

Benodigdheden:

  • petfles
  • water
  • veel ijs
  • een grote schaal of bak
  • waterkoker
  • maatbeker

Uitvoering:

Vul de schaal voor de helft met water en doe er veel ijsblokken in. Vul vervolgens de fles voor +- 3 cm met kokend water. Laat de fles twee minuten staan en sluit dan de opening van de fles af met het dopje. Terwijl je twee minuten wacht, vul je een maatbeker met water en doe je er enkele ijsblokken in. Leg de fles nu is de schaal met ijs en giet het ijswater in de maatbeker over de fles.

  • Wat zal er gebeuren met de fles?

a) Het dopje van de fles schiet weg.

b) De fles krimpt in.

c) De fles blaast op. 

 

Verklaring:

De lucht bestaat uit moleculen. Deze moleculen bewegen gelijkmatig in alle richtingen. Ze bewegen omhoog, omlaag, zijwaarts en diagonaal. Dit zorgt ervoor dat objecten op aarde niet verpletterd kunnen raken door de luchtdruk. Dit experiment toont aan hoe krachtig luchtdruk is als je het vermogen van de luchtmoleculen om gelijkmatig in alle richtingen te duwen afneemt. 

DRUK: Het hete water die in de fles gedaan wordt, zorgt ervoor dat de lucht in de fles opwarmt. De moleculen beginnen sneller te bewegen. Op het moment dat de fles in het ijsbad gedaan wordt en er ijswater over de fles wordt gegoten, koelt de lucht in de fles rap af. Koude lucht oefent minder druk uit dan warme lucht, waardoor de druk in de fles af neemt. De moleculen bewegen trager. De luchtdruk in de fles komt op een punt dat die lager is dan de druk buiten de fles. Doordat de lucht buiten de fles harder tegen de fles druk dan de lucht binnenin de fles, wordt de fles verpletterd. 

FASEOVERGANGEN: Nadat het hete water in de fles wordt gedaan, zie je dat er waterdruppels ontstaan op de binnenwanden van de fles. Dit is de waterdamp, afkomstig van het hete water, die condenseert. De temperatuur neemt af en de druk en het volume in de fles nemen af. 

 

Bron:

physicsexperiments. (2016, juni 24). Krimpende fles. Opgehaald van https://www.physicsexperiments.org/: https://www.physicsexperiments.org/index.php/experiments/warmte-2/faseovergangen-3/krimpende-fles

 

Leerplannen:

Natuurwetenschappen C (D/2021/13.758/034)

  • LPD S1 De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en
    om vragen te beantwoorden. 
  • LPD S3 De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en
    hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in
    natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.
  • LPD S5 De leerlingen werken geïnformeerd op een veilige en duurzame manier met materialen,
    chemische stoffen en technische en biologische systemen.
  • LPD S6 De leerlingen passen goede labopraktijken en -technieken toe om betrouwbare
    informatie te verzamelen.
  • LPD F8 De leerlingen gebruiken het concept druk bij vaste stoffen, vloeistoffen en gassen
    kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en toepassingen ervan te verklaren.
  • LPD F16 De leerlingen verklaren het energietransport bij faseovergangen van stoffen kwalitatief
    aan de hand van het deeltjesmodel.
  • LPD F17 De leerlingen gebruiken de concepten energie, warmte en de verbanden ertussen om
    energieomzettingen te kwantificeren.

2. Vriezen of dooien

Benodigdheden:

  • petrischaal
  • zout
  • touwtje
  • ijsblok
  • water
  • koffielepel

Uitvoering:

Zet het petrischaaltje op tafel en plaats een ijsblokje in het midden ervan. Strooi een beetje zout over het ijsblokje. Plaats nu het touw over het ijsblok en doe enkele druppels water op het ijs. 

  • Wat zal er gebeuren als je het touw probeert op te tillen?

a) Het touw knapt in twee.

b) Het touw hangt vast aan het ijsblokje. Het ijsblokje gaat mee de lucht in.

c) Het lukt niet om het touw op te tillen. 

 

Verklaring:

Zout verlaagt het vriespunt van water en dus ook het smeltpunt van ijs. Dit wil zeggen dat ijs niet smelt bij 0°C, maar bij een lagere temperatuur. Dit is ook de reden waarom men zout strooit in de winter: het ijs zal sneller smelten.

Als je goed kijkt naar een ijsblokje, merk je op dat er langs de buitenkant een dun laagje water zit. Dit laagje water geeft ons onder andere de mogelijkheid om te kunnen schaatsen over ijs. Het zout dat op het ijsblokje gedaan wordt, lost op in dat laagje water. Er komt warmte vrij die juist genoeg is om het ijs op die bepaalde plaats van het ijsblokje te doen smelten. Omwille van de koude van het ijs, vriezen waterdruppels terug aan. Het water dat op het touw wordt gedaan vriest vast en het touw hangt vast aan het ijsblok. Het is mogelijk voor het ijs om rond het touw heen te vriezen, omdat het touw zo klein is dat er geen invloed op de temperatuur is. 

 

 

Bron:

proefjes.nl. (2004 - 2022). vriezen of dooien? Opgehaald van https://www.proefjes.nl/: https://www.proefjes.nl/proefje/142

 

Leerplannen:

Natuurwetenschappen C (D/2021/13.758/034)

  • LPD S1 De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en
    om vragen te beantwoorden. 
  • LPD S3 De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en
    hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in
    natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.
  • LPD S5 De leerlingen werken geïnformeerd op een veilige en duurzame manier met materialen,
    chemische stoffen en technische en biologische systemen.
  • LPD S6 De leerlingen passen goede labopraktijken en -technieken toe om betrouwbare
    informatie te verzamelen.
  • LPD F16 De leerlingen verklaren het energietransport bij faseovergangen van stoffen kwalitatief
    aan de hand van het deeltjesmodel.
  • LPD F17 De leerlingen gebruiken de concepten energie, warmte en de verbanden ertussen om
    energieomzettingen te kwantificeren.

3. Afkoelen door verdamping

Benodigdheden:

  • buisopstelling
  • donker wollen doekje  (+- 6 cm breed)
  • ether
  • maatbeker
  • elastiek

 

Voorbereidend werk: zie afbeelding hiernaast

Wind het doekje rondom de buisopstelling en bind een elastiek rondom het doekje zodat deze goed vast zit. 

Giet een beetje ether in de maatbeker.

Uitvoering:

Dompel het wollen doekje onder in de ether. Om duidelijk resultaat er verkrijgen, wachten we enkele minuten.

 

  • Wat zal er gebeuren met het wollen doekje?

a) Er vormen ijskristallen op het wollen doekje.

b) Het wollen doekje teert op.

c) Er ontstaat een vuurvonk op het wollen doekje. 

Verklaring:

Ether heeft als eigenschap dat het altijd zo snel mogelijk van vloeibare fase naar gasfase wil overgaan. In deze proef speelt dit een grote rol. Het wollen doekje wordt ondergedompeld in ether. De ether wil nu zo snel mogelijk verdampen. Om te kunnen verdampen hebben de ethermoleculen meer energie nodig. Deze energie halen de ethermoleculen uit de waterdampmoleculen in de lucht. Het energieverlies van de waterdampmoleculen is zodanig groot dat deze zullen neerslaan op het wollen doekje en er ijskristallen gevormd zullen worden. Deze ijskristallen zijn afkomstig van de desublimatie van de waterdamp in de lucht.

De reden om een donker wollen doekje te gebruiken, is om de gevormde ijskristallen goed waar te kunnen nemen.

 

 

Veiligheid:

Diethylether

H-zinnen

H224: Zeer licht ontvlambare vloeistof en damp.

H302: Schadelijk bij inslikken.

H336: Kan slaperigheid of duizeligheid veroorzaken.

EUH019: Kan ontplofbare peroxiden vormen.

EUH066: Herhaalde blootstelling kan een droge of een gebarsten huid veroorzaken.

 

P-zinnen

P210: Verwijderd houden van warmte/vonken/open vuur/hete oppervlakken. - Niet roken.

P240: Opslag- en opvangreservoir aarden.

P403+235:Op een goed geventileerde plaats bewaren. Koel bewaren.

 

 

Bron:

Walravens, P. (2012). Zavo Physics deel 1: experiment 30 (p39). Nvon.

 

Leerplannen:

Natuurwetenschappen C (D/2021/13.758/034)

  • LPD S1 De leerlingen passen een wetenschappelijke methode toe om kennis te ontwikkelen en
    om vragen te beantwoorden. 
  • LPD S3 De leerlingen gebruiken met de nodige nauwkeurigheid meetinstrumenten en
    hulpmiddelen om te observeren, te meten, te experimenteren en te onderzoeken in
    natuurwetenschappelijke, technologische en STEM-contexten.
  • LPD S5 De leerlingen werken geïnformeerd op een veilige en duurzame manier met materialen,
    chemische stoffen en technische en biologische systemen.
  • LPD S6 De leerlingen passen goede labopraktijken en -technieken toe om betrouwbare
    informatie te verzamelen.
  • LPD F16 De leerlingen verklaren het energietransport bij faseovergangen van stoffen kwalitatief
    aan de hand van het deeltjesmodel.
  • LPD F17 De leerlingen gebruiken de concepten energie, warmte en de verbanden ertussen om
    energieomzettingen te kwantificeren.