Wat zijn gaswetten?

Druk in een gas ontstaat door het botsen van de moleculen in het gas tegen de wanden waarin het gas zit opgesloten. De druk in een gas hangt af van het aantal moleculen, de temperatuur van het gas en het volume die het gas inneemt. Als we het verband tussen druk en ieder van deze grootheden bekijken, komen we uiteindelijk tot de drie gaswetten. Bij elke wet wordt de hoeveelheid gas in een gesloten ruimte beschouwd.

 

 

 

 

1. Wet van Boyle-Mariotte

Bij een constante temperatuur (T) is het volume (V) van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met de absolute druk(p). Dat wil zeggen:

V ~ 1/p met T = constant   of  pV = constant

Dit wil zeggen, bij een constante temperatuur, zal als ofwel de druk ofwel het volume van een vaste hoeveelheid gas verandert, dan mag de ander ook veranderen. Zolang het product pV constant blijft.

2. Wet van Charles (volumewet)

Bij een constante druk (p) is het volume (V) van een bepaalde hoeveelheid gas recht evenredig met de absolute temperatuur (T). Dit wil zeggen:

V~T met p = constant   of   V/T = constant

3. Wet van Guy-Lussac (drukwet)

Bij een constant volume (V) is de absolute druk (p) van een bepaalde hoeveelheid gas recht evenredig met de absolute temperatuur (T). Dit wil zeggen:

p~T met V = constant   of   p/T = constant 

De drie gaswetten zijn niet eigenlijk slechts benamingen die voor echte gassen alleen maar geldig zijn de druk en de dichtheid van het gas niet te hoog zijn en het gas niet te dicht bij het punt van vloeibaar worden komt. De drie wetten kunnen gecombineerd worden tot de ideale gaswet:

pV = nRT

 

Hierin staat p voor de druk, V voor het volume, T voor de absoute temperatuur, n voor de hoeveelheid mol en R voor de universele gasconstante (R = 8,314 J/mol*K). Zorg ervoor dat je bij het gebruik van de ideale gaswet de temperaturen steeds in kelvin (K) gegeven worden en dat de druk (p) gelijk moet zijn aan de absolute druk, en niet de manometerdruk. 

 

1. Ballon in een fles

Benodigdheden:

  • petfles
  • ballon

 

 

 

 

 

 

 

Voorbereidend werk:

Draai de dop van de petfles af. Plaats de ballon aan de binnenkant van de fles en bevestig het mondstuk op de plaats waar de dop normaal zit. 

Maak aan de onderkant van de petfles een klein gaatje. Zorg ervoor dat het gaatje klein genoeg is zodat het mogelijk is voor je wijsvinger om deze te bedekken. 

Uitvoering:

Je houdt het gaatje onderaan de fles dicht met je vinger en probeert de ballon op te blazen.

Vervolgens dek je het gaatje niet meer af en probeer je de ballon opnieuw op te blazen.

 

  • Wat kun je zeggen over het opblazen van de ballon in beide situaties?

a) Het is niet mogelijk om de ballon op te blazen in beide situaties.

b) Het is mogelijk om de ballon op te blazen in situatie 1, maar niet in situatie 2.

c) Het is mogelijk om de ballon op te blazen in situatie 2, maar niet in situatie 1.

 

Verklaring:

In situatie 1, waar het gaatje afgedekt is, is het niet mogelijk om de ballon op te blazen. Het doel van een ballon opblazen, is om het volume in de ballon te vergroten. In situatie 1 bevindt de ballon zich in een gesloten ruimte. Aangezien het niet mogelijk is om lucht bij of weg te toveren, zal het volume in de petfles moeten verkleinen om de ballon in volume te laten toenemen. Al is dit niet zo simpel als het klinkt. De druk speelt hier ook een grote rol. Op het moment dat het volume van de afgesloten hoeveelheid lucht in de petfles verkleint, zal die lucht drukken tegen de wanden van de petfles. Hierdoor stijgt de druk op de ballon en is het niet mogelijk om de ballon op te blazen. Als je een gaatje maakt in de fles is het mogelijk voor de lucht in de fles om zich naar buiten te verplaatsen op het moment dat de ballon wordt opgeblazen. 

Deze proef is een toepassing op de wet van Boyle en Mariotte. We gaan er van uit dat de temperatuur in de situatie waar het gaatje afgedekt is en de situatie waar het gaatje niet afgedekt is constant is. Aangezien de proeven uitgevoerd zijn in dezelfde ruimte en op hetzelfde moment. 

 

 

Bron:

chemieleerkracht. (sd). Wet Van Boyle. Opgehaald van http://chemieleerkracht.blackbox.website/: http://chemieleerkracht.blackbox.website/index.php/wet-van-boyle/#:~:text=Je%20kan%20de%20ballon%20niet,je%20de%20ballon%20wel%20opblazen.

 

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 F14 De leerlingen gebruiken de ideale gaswet kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en
    toepassingen ervan te verklaren.

2. Hoe krijg je een ei in een fles?

Benodigdheden:

  • een (groot) hardgekookt ei
  • fles met een brede hals
  • lucifers

Voorbereidend werk:

Voor deze proef hebben we een hardgekookt ei nodig (ei +- 10 minuten laten koken). Pel het ei en test vooraf of het ei groot genoeg is dat het niet meteen door de flessenhals zakt. Wanneer het ei wel in de fles zakt, heb je een groter ei nodig.

 

Uitvoering:

Zet de fles klaar op tafel, net zoals het ei en de lucifers. Steek de lucifer aan en doe deze in de fles. Zet vervolgens snel het hardgekookte ei op de flesopening. 

 

  • Wat zal er gebeuren?

a) De vlam in de fles dooft en het ei vliegt de lucht in.

b) De vlam in de fles blijft branden en het ei zakt door de flessenhals.

c) De vlam in de fles dooft en het ei zak door de flessenhals.

Verklaring:

Vuur heeft zuurstof (O2) nodig om te kunnen branden. Op het moment dat het hardgekookte ei op de fles wordt gezet, is er geen mogelijkheid meer om zuurstof in de fles te krijgen. Het ei sluit de fles af. De brandende lucifer in de fles zorgt ervoor dat de lucht in de fles opwarmt. Hierdoor stijgt de luchtdruk in de fles. De druk buiten de fles blijft ongeveer gelijk waardoor er een drukverschil ontstaat. De lucht in de fles duwt harder tegen het ei dan de lucht buiten de fles. Hierdoor wordt het ei omhoog gedrukt en kan het een beetje gaan stuiteren. De lucifer zal blijven branden tot dat het alle zuurstof in de fles heeft omgezet naar koolstofdioxide (CO2). Wanneer die zuurstof op is, gaat het vuur uit. De lucht in de fles koelt af en de druk daalt. Door het afkoelen krimpt de lucht in de fles en drukt deze minder tegen het ei. De luchtdruk buiten de fles blijft weer ongeveer gelijk waardoor er een drukverschil ontstaat. De lucht buiten de fles duwt harder tegen het ei dan de lucht in de fles. Hierdoor wordt het ei in de fles gedrukt.

 

 

Bron:

proefjes.nl. (2004 - 2022). ei in de fles. Opgehaald van https://www.proefjes.nl/: https://www.proefjes.nl/proefje/084

 

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 F14 De leerlingen gebruiken de ideale gaswet kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en
    toepassingen ervan te verklaren.

3. Ballon in een meetspuit

Benodigdheden:

  • meetspuit
  • kleine ballon

Voorbereidend werk:

Blaas de ballon op en maak er een knoopje in. De ballon moet juist groot genoeg zijn dat het in de meetspuit past. 

Uitvoering: 

Neem de meetspuit en verwijder de zuiger. Plaats de ballon in de meetspuit en plaats de zuiger terug. Duw de zuiger in de spuit tot juist voor de ballon. 

 

  • Wat zal er gebeuren met de ballon?

a) De ballon wordt kleiner.

b) De ballon wordt groter.

c) De ballon behoudt zijn vorm.

 

Herhaal de proef, maar hou nu je vinger op het gaatje aan de voorkant van de spuit wanneer je de zuiger in de spuit duwt.

 

  • Wat zal er gebeuren met de ballon?

a) De ballon wordt kleiner.

b) De ballon wordt groter.

c) De ballon behoudt zijn vorm.

 

Verklaring:

Deze proef is een simpel voorbeeld op de wet van Boyle en Mariotte. Hierbij is pV = constant. Doordat het product constant moet blijven betekent dit dat wanneer de druk stijgt, het volume zal dalen en als de druk daalt, het volume zal stijgen. Dit gebeurt in gelijke mate. In het eerst deel van de proef waar de zuiger in de cilinder geplaatst wordt en naar de ballon toe wordt geschoven, behoudt de ballon zijn vorm. Dit komt omdat de lucht in de buis kan ontsnappen langs te voorkant. De atmosferische druk blijft zowel in de meetspuit als buiten de meetspuit hetzelfde. In de video is er echter wel een kleine fout gemaakt. In het eerste deel is te zien dat de ballon lichtjes wordt ingedrukt. Dit is eigenlijk niet de bedoeling. Om de proef correct uit te voeren moet de meetspuit net voor de ballon stoppen en de ballon niet indrukken. 

In het tweede deel van de proef wordt de opening aan de voorkant van de meetspuit dicht gehouden met een vinger. Als je op dat moment de zuiger naar de ballon toeschuift, zal de ballon beginnen te krimpen (volume verkleint). De druk in de spuit wordt groter en dit is duidelijk voelbaar tijdens het indrukken van de zuiger. De lucht in de spuit drukt hard tegen de wanden.

 

 

Bron:

MocomiKids. (2012, januari 13). Boyle's Law Experiment - Balloon Test - Science Projects for Kids | Educational Videos by Mocomi. Opgehaald van https://www.youtube.com/: https://www.youtube.com/watch?v=JZSajBakGK4

 

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 F14 De leerlingen gebruiken de ideale gaswet kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en
    toepassingen ervan te verklaren.

4. Ballon in warm water

Benodigdheden:

  • ballon
  • maatbeker
  • water
  • meetlat
  • waterkoker

 

Voorbereidend werk:

Blaas de ballon op en doe er een knoopje in. De grootte van de ballon kun je afleiden aan de hand van de diameter van de maatbeker. Zorg ervoor dat de ballon in de maatbeker past, maar niet tegen de wanden drukt. Warm wat water op in de waterkoker, en vul vervolgens de maatbeker voor 3/4 met kokend water.

 

Uitvoering:

Plaats de ballon op het wateroppervlak.

  • Wat zal er gebeuren met de ballon?

a) De ballon krimpt.

b) De ballon ontploft.

c) De ballon blaast op.

 

Verklaring:

Omwille van de warmte die van het water wordt overgedragen aan de ballon, beginnen de luchtdeeltje in de ballon sneller te bewegen. De deeltjes botsen heviger tegen elkaar aan en hebben meer plaats nodig. Het volume van de ballon neemt toe.

Deze proef is uit te leggen aan de hand van de wet van Charles; Bij een constante druk (p) is het volume (V) van een bepaalde hoeveelheid gas recht evenredig met de absolute temperatuur (T). De ballon wil zijn druk behouden bij een stijgende temperatuur. Dit is volgens de volumewet alleen mogelijk als de ballon toeneemt in volume.

 

Bron:

Fostythesnowman. (2012, maart 15). Charles' Law Demonstration. Opgehaald van https://www.youtube.com/: https://www.youtube.com/watch?v=GcCmalmLTiU

 

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 F14 De leerlingen gebruiken de ideale gaswet kwalitatief en kwantitatief om fenomenen en
    toepassingen ervan te verklaren.

Maak jouw eigen website met JouwWeb