Paragraaf 3.4 - Kookpunt en smeltpunt

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 2

3.4 - Kookpunt en smeltpunt

Leerdoelen van paragraaf 3.4

3.4.1 Je kunt beschrijven wat er gebeurt als water kookt.

3.4.2 Je kunt beschrijven wat het kookpunt en smeltpunt (vriespunt/stolpunt) van een stof zijn.

3.4.3 Je kunt uitleggen waarom het kookpunt en smeltpunt stofeigenschappen zijn.

3.4.4 Je kunt uitleggen hoe je het vriespunt of smeltpunt van water kunt verlagen.

3.4.5 Je kunt in een temperatuur-tijddiagram smelt-, stol-, en kookgrafieken van een stof interpreteren.

3.4.6 Je kunt het verschil tussen een kookpunt en een kooktraject uitleggen aan de hand van een kookgrafiek in een temperatuur-tijddiagram. (EXTRA)

Introductie

Van het water dat bij een regenbui naar beneden valt, is algauw niets meer te zien. Een deel wordt afgevoerd via het riool, een deel zakt in de bodem weg en een deel verdampt. Dat verdampen gaat heel onopvallend. Je ziet helemaal niets, behalve dat de hoeveelheid water langzaam afneemt.

Het kookpunt

Als je water verwarmt, ontstaan er na een poosje kleine luchtbelletjes. De lucht die in het water is opgelost, komt dan weer tevoorschijn. Een paar minuten later verschijnen er waterdampbellen in het water. De temperatuur is dan bijna 100 ºC. Deze bellen ontstaan op de bodem en verdwijnen weer voordat ze het wateroppervlak bereiken. Het geluid dat hierbij ontstaat, wordt het ‘zingen’ van het water genoemd.

Als de temperatuur 100 ºC geworden is, bereiken de dampbellen wel het wateroppervlak. Ze barsten daar uit elkaar, zodat de waterdamp mengt met de lucht boven het water. Dat is koken: het water verdampt nu niet alleen aan het wateroppervlak, maar overal in de vloeistof (figuur 1).

Als je doorgaat met verwarmen, blijft het water koken tot het helemaal verdampt is. De temperatuur van het water blijft daarbij steeds 100 ºC. Deze temperatuur noem je het kookpunt van water (je gebruikt het woord ‘punt’, omdat het om een vast punt op de temperatuurschaal gaat). Bijna elke zuivere stof heeft een eigen, kenmerkend kookpunt. In tabel 1 zie je enkele voorbeelden. Het kookpunt is een belangrijke stofeigenschap.

Wanneer verdampt water?

1. alleen als de zon schijnt
2. alleen als het kookt
3. bij elke temperatuur tussen 0 °C en 100 °C

Smeltpunt en vriespunt

Als je een ijsblokjesvorm met water in het vriesvak zet, duurt het even voordat er ijs ontstaat. De temperatuur van het water in de vorm moet eerst dalen tot 0 °C. Daarna pas gaat het water bevriezen. De temperatuur van het water blijft 0 °C totdat het volledig is bevroren.

Als je de ijsblokjes uit het vriesvak haalt, beginnen ze ook niet meteen te smelten. Eerst moet de temperatuur van het ijs stijgen tot 0 °C. Pas als deze temperatuur is bereikt, zie je het eerste smeltwater ontstaan (figuur 2).

Smeltend ijs

Smeltend ijs heeft dus dezelfde temperatuur als bevriezend water: 0 °C. Je noemt deze temperatuur het smeltpunt van ijs en het vriespunt van water. Bijna elke zuivere stof heeft een eigen, kenmerkend smeltpunt, ook wel vriespunt of stolpunt genoemd. In tabel 1 zie je enkele voorbeelden.

Het smeltpunt

Je kunt het vriespunt van water verlagen door een geschikte stof aan het water toe te voegen. Dat gebeurt bijvoorbeeld met het koelwater in een automotor. Daaraan wordt antivries toegevoegd om te voorkomen dat het ’s winters bevriest. Hoe meer antivries je toevoegt, des te lager wordt het vriespunt van het mengsel.

Zout heeft hetzelfde effect op het vriespunt als antivries. Het wordt ’s winters gebruikt om wegen te ontdoen van sneeuw en ijs (figuur 3). Een mengsel van ijs en zout heeft een lager smeltpunt dan zuiver ijs. Door zout te strooien, kun je sneeuw of ijzel laten smelten bij temperaturen onder 0 °C. In de praktijk is strooizout effectief bij temperaturen tot –8 °C.

Smelt- en stoldiagrammen

In figuur 4 is getekend hoe je het smeltpunt van een vaste stof bepaalt. Je verwarmt de stof voorzichtig en ondertussen meet je de temperatuur met regelmatige tussenpozen. In figuur 4 is dat gedaan met stearinezuur. Dat is een stof die onder andere gebruikt wordt om kaarsen van te maken (figuur 5).

Stollen en bevriezen

Voor de overgang van vloeistof naar vaste stof bestaan twee woorden: stollen en bevriezen. Van water zeg je dat het bevriest, van kaarsvet dat het stolt. Welk woord je gebruikt, hangt af van de temperatuur. Als een vloeistof vast wordt bij een temperatuur van 0 °C of lager, noem je dat ‘bevriezen’. Als hetzelfde gebeurt bij een hogere temperatuur, gebruik je het woord ‘stollen’.

Stollen en bevriezen

Voor de overgang van vloeistof naar vaste stof bestaan twee woorden: stollen en bevriezen. Van water zeg je dat het bevriest, van kaarsvet dat het stolt. Welk woord je gebruikt, hangt af van de temperatuur. Als een vloeistof vast wordt bij een temperatuur van 0 °C of lager, noem je dat ‘bevriezen’. Als hetzelfde gebeurt bij een hogere temperatuur, gebruik je het woord ‘stollen’.

Het smeltpunt van stearinezuur

Als je vast stearinezuur verwarmt, stijgt de temperatuur eerst tot 69 °C: het smeltpunt van stearinezuur. Bij die temperatuur gaat het stearinezuur smelten. Als je doorgaat met verwarmen, blijft de temperatuur 69 °C totdat alle stearinezuur is gesmolten. Pas daarna stijgt de temperatuur weer. In figuur 4 is het temperatuurverloop weergegeven in een smeltdiagram: een grafiek van de temperatuur tegen de tijd.

Als je vloeibaar stearinezuur laat afkoelen, daalt de temperatuur weer tot 69 °C: het stolpunt van stearinezuur. De temperatuur blijft 69 °C totdat het stearinezuur volledig is gestold. Daarna daalt de temperatuur verder. Je kunt het temperatuurverloop weergeven in een stoldiagram, waarin de temperatuur is uitgezet tegen de tijd.

EXTRA Het kooktraject van een mengsel

Wijn is een mengsel van voornamelijk water en alcohol. Het aandeel overige stoffen kun je in de praktijk verwaarlozen. Een fles wijn bevat ongeveer 12 volumeprocent (12 vol%) alcohol. Dat betekent dat 100 mL wijn bestaat uit circa 12 mL alcohol en 88 mL water.

Als je wijn aan de kook brengt, zie je dat het koken begint bij ongeveer 80 °C. Daarna loopt de temperatuur langzaam op tot 100 °C (figuur 6b). Wijn heeft dus geen kookpunt, zoals zuiver water (100 °C) of zuivere alcohol (78 °C). Tijdens het koken blijft de temperatuur van de wijn niet constant.

Wat voor wijn geldt, geldt ook voor andere mengsels van vloeistoffen. Zulke mengsels hebben geen kookpunt, maar een kooktraject. Het kooktraject van wijn loopt van 80 tot 100 °C.

Stollen en bevriezen

Voor de overgang van vloeistof naar vaste stof bestaan twee woorden: stollen en bevriezen. Van water zeg je dat het bevriest, van kaarsvet dat het stolt. Welk woord je gebruikt, hangt af van de temperatuur. Als een vloeistof vast wordt bij een temperatuur van 0 °C of lager, noem je dat ‘bevriezen’. Als hetzelfde gebeurt bij een hogere temperatuur, gebruik je het woord ‘stollen’.

Welke van de volgende uitspraken is waar?

1. Als water kookt, dan neemt de temperatuur van het water toe
2. Als water kookt, dan blijft de temperatuur van het water gelijk
3. Als water kookt, dan neemt de temperatuur van het water af

Welke van de volgende uitspraken is waar?

1. De bellen in kokend water bestaan uit waterdamp
2. De bellen in kokend water bestaan uit lucht
3. De bellen in kokend water bestaan uit nevel

Voordat water kookt ontstaan er bellen. De bellen die ontstaan...........

1. tijdens het verwarmen bestaan uit lucht
2. tijdens het verwarmen bestaan uit waterdamp
3. tijdens het verwarmen bestaan uit water

In de tabel staan twaalf stoffen. Peter heeft één van deze stoffen in een fles. De stof komt vloeibaar uit de vriezer (−18 °C). Als de vloeistof een poosje bij kamertemperatuur (20 °C) staat, begint hij te koken.
Welke van de stoffen in de tabel zou dit kunnen zijn?

1. alcohol
2. butaan
3. kwik
4. propaan

In de tabel staan vijf stoffen.
Welke van deze stoffen is een gas bij 20 °C?

1. alcohol
2. goud
3. kwik
4. butaan

Kookpunt van water is..?

1. 0 graden Celsius
2. 50 graden Celsius
3. - 100 graden Celsius
4. 100 graden Celsius

Het smeltpunt

Als de temperatuur ’s winters beneden de 0 °C komt, bevriest het water in sloten en plassen. Als de temperatuur boven de 0 °C komt, smelt het ijs weer. Die temperatuur van 0 °C noem je het smeltpunt van ijs of het vriespunt van water. 

 

Als je keukenzout of antivries aan het water toevoegt, wordt het vriespunt lager. Het water bevriest dan niet meer bij 0 °C, maar pas bij een lagere temperatuur (zie figuur)

In de volgende tabel zie je het smeltpunt of stolpunt van een aantal stoffen (het woord ‘vriespunt’ gebruik je alleen bij water). Net als het kookpunt is het smeltpunt een kenmerkende stofeigenschap.

In de tabel zie je het smeltpunt of stolpunt van een aantal stoffen (het woord ‘vriespunt’ gebruik je alleen bij water). Net als het 

kookpunt is het smeltpunt een kenmerkende stofeigenschap.

Aluminium heeft een smeltpunt van 660 °C en een kookpunt van 2467 °C. Welke fase heeft aluminium bij 1000 °C?

1. Vast
2. Vloeibaar
3. Gas

Aceton heeft een smeltpunt van -95 °C en een kookpunt van 56 °C. Welke fase heeft Aceton bij 100 °C?

1. Vast
2. Vloeibaar
3. Gas

In de tabel staan twaalf stoffen. Peter heeft één van deze stoffen in een fles. De stof is bij kamertemperatuur (20 °C) een stroperige vloeistof. Als Peter de fles in de koelkast (4 °C) zet, stolt de stof.
Welke van de stoffen in de tabel zou dit kunnen zijn?

1. alcohol
2. aluminium
3. glycerol
4. butaan

In de tabel staan vijf stoffen.
Welke van deze stoffen heeft een vaste vorm bij 750 °C?

1. alcohol
2. aluminium
3. glycerol
4. goud

Als je zout of antivries aan water toevoegt wordt...........

1. water een Vaste stof
2. het vriespunt van water hoger
3. het vriespunt van water lager
4. het kookpunt van water hoger

In de winter wordt zout op de wegen gestrooid. Dit wordt gedaan om ervoor te zorgen dat er geen ijslaag op de wegen komt.
Wat is het effect van strooizout?

1. het verlaagt het stolpunt van water
2. het verlaagt het smeltpunt van water
3. het verlaagt het kookpunt van water
4. het verlaagt het vriespunt van water

Bouillon is zout: in een liter soep zit ongeveer 15 g zout. Het water uit de kraan is zoet: het bevat (bijna) geen zout.
Welke uitspraak is juist?

1. soep bevriest bij een hogere temperatuur dan water
2. soep bevriest bij dezelfde temperatuur dan water
3. soep bevriest bij een lagere temperatuur dan water

Zeewater is een oplossing van water en zout. Je hebt een flesje met zeewater in de vriezer gezet. Maak de zinnen kloppend.
Zeewater heeft een A...………...vriespunt dan zoet water.
Het is B …………….mogelijk om zeewater te bevriezen.

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 3.4  

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!   

Hulp: Geen   

Tijd:  ???? minuten lang   

Huiswerk: opdrachten 1 t/m 15 van paragraaf 3.4 & Test jezelf  

Klaar?: ga bezig met een ander vak!