Paragraaf 3.1 - Ijs, water, waterdamp

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

3.1 - IJs, water, waterdamp

Leerdoelen 

• 3.1.1 Je kunt de drie fasen van water herkennen in de praktijk.
  
• 3.1.2 Je kunt de drie fasen waarin water kan voorkomen beschrijven met het deeltjesmodel.
  
• 3.1.3 Je kunt met het deeltjesmodel verklaren waarom ijs en veel andere vaste stoffen een kenmerkende kristalstructuur hebben.
  
• 3.1.4 Je kunt uitleggen wat cohesie en adhesie zijn. (EXTRA)

Introductie

Regen, sneeuw, mist, hagel, rijp en dauw zien er heel verschillend uit. Regen bestaat uit doorzichtige druppels, sneeuwvlokken zijn wit en donzig, mist is een dichte grijze nevel die je het zicht beneemt op de wereld om je heen, enzovoort. Toch gaat het bij al deze weersverschijnselen om dezelfde stof: water.

Vast, vloeibaar en gasvormig

Water kan, net als veel andere stoffen, voorkomen in drie toestanden:

• als vaste stof: ijs;

• als vloeistof: (vloeibaar) water;

• als gas: waterdamp.

Deze drie toestanden worden ook wel fasen genoemd.

Sneeuw, hagel en rijp bestaan uit ijs (figuur 1). Als je er een handvol van oppakt, smelt het ijs in je warme hand en blijft er alleen wat smeltwater over. Regen, mist en dauw bestaan uit waterdruppels. Bij regen en dauw kun je die druppels vaak goed zien, bij mist zijn ze microscopisch klein.

gas

vaste stof

vloeistof

vaste stof

vloeistof

gas

  Sneeuw

     Rijp

Dauw

In welke toestand is het water?
b,v, rijp

1. vast
2. vloeibaar
3. gasvormig

Het lastige bij waterdamp is dat je die niet kunt zien. Vaak wordt de naam ‘waterdamp’ gebruikt voor een nevel die uit fijne druppeltjes water bestaat. Maar dat is niet juist. Een nevel bestaat uit vloeibaar water, al zijn de druppeltjes zo klein dat je ze niet afzonderlijk kunt zien. Waterdamp is geen nevel, maar een onzichtbaar gas in de lucht om je heen.

Een nevel van hete waterdruppeltjes wordt vaak ‘stoom’ genoemd. Ook dat is niet juist. Stoom is hete waterdamp. Stoom is dus ook een onzichtbaar gas.

In de lucht die je uitademt, zit verhoudingsgewijs veel waterdamp. Normaal gesproken merk je dat niet. Maar bij koud weer kan de waterdamp in je adem overgaan in kleine waterdruppeltjes, doordat je warme adem afkoelt in de koude buitenlucht. Je ziet dan een kleine nevelwolk voor je mond verschijnen (figuur 2).

Het lastige bij waterdamp is dat je die niet kunt zien. Vaak wordt de naam ‘waterdamp’ gebruikt voor een nevel die uit fijne druppeltjes water bestaat. Maar dat is niet juist. Een nevel bestaat uit vloeibaar water, al zijn de druppeltjes zo klein dat je ze niet afzonderlijk kunt zien. Waterdamp is geen nevel, maar een onzichtbaar gas in de lucht om je heen.

Een nevel van hete waterdruppeltjes wordt vaak ‘stoom’ genoemd. Ook dat is niet juist. Stoom is hete waterdamp. Stoom is dus ook een onzichtbaar gas.  

In de lucht die je uitademt, zit verhoudingsgewijs veel waterdamp. Normaal gesproken merk je dat niet. Maar bij koud weer kan de waterdamp in je adem overgaan in kleine waterdruppeltjes, doordat je warme adem afkoelt in de koude buitenlucht. Je ziet dan een kleine nevelwolk voor je mond verschijnen (figuur 2).

Waterdamp

Figuur 2: Door de lage temperatuur van de lucht ontstaan er zichtbare ‘nevelwolkjes’.

Als het buiten koud is en je ademt uit, ontstaat er een nevelwolk. Geef op de foto aan waar veel waterdamp waar is gecondenseerd in nevel .

Je kunt niet zien hoe de moleculen van een stof zoals water zich gedragen. Maar je kunt wel proberen je dat voor te stellen. Je probeert dan voor je te zien wat moleculen doen en hoe ze elkaar beïnvloeden. Zo kun je je een beeld vormen van wat een stof is. Zo’n beeld noem je ook wel een ‘model van een stof’.

In de natuurkunde en scheikunde wordt veel gebruikgemaakt van het deeltjesmodel. In dit model bestaat een stof steeds uit dezelfde moleculen, of de stof nu vast, vloeibaar of gasvormig is. Dat een stof verschillende fasen heeft, komt doordat de moleculen op verschillende manieren kunnen bewegen (en niet doordat de moleculen zelf veranderen).

De fasen in het deeltjesmodel

Je kunt niet zien hoe de moleculen van een stof zoals water zich gedragen. Maar je kunt wel proberen je dat voor te stellen. Je probeert dan voor je te zien wat moleculen doen en hoe ze elkaar beïnvloeden. Zo kun je je een beeld vormen van wat een stof is. Zo’n beeld noem je ook wel een ‘model van een stof’.

  

In de natuurkunde en scheikunde wordt veel gebruikgemaakt van het deeltjesmodel. In dit model bestaat een stof steeds uit dezelfde moleculen, of de stof nu vast, vloeibaar of gasvormig is. Dat een stof verschillende fasen heeft, komt doordat de moleculen op verschillende manieren kunnen bewegen (en niet doordat de moleculen zelf veranderen).

Hoe bewegen de moleculen volgens het deeltjesmodel, b.v. een in een vloeistof?

1. De moleculen trillen, rond een gemiddelde ‘evenwichtsstand’, heen en weer.
2. De moleculen bewegen langs elkaar heen, op korte afstand van elkaar.
3. De moleculen bewegen op grote afstand van elkaar.

Vaste stof

In een vaste stof hebben alle moleculen een eigen, vaste plaats (figuur 3a). De moleculen staan niet helemaal stil: ze trillen voortdurend heen en weer rond een gemiddelde ‘evenwichtsstand’. Hierbij raken ze hun vaste positie ten opzichte van de andere moleculen niet kwijt. Een blok ijs heeft daardoor niet alleen een vast volume, maar ook een vaste vorm.

Vloeistof

In een vloeistof hebben de moleculen geen vaste plaats. Ze bewegen voortdurend in alle richtingen langs elkaar heen (figuur 3b). Doordat de moleculen niet aan een vaste plaats gebonden zijn, heeft een waterdruppel geen vaste vorm. De moleculen blijven wel zo dicht mogelijk bij elkaar. Daardoor heeft een druppel water wel een vast volume.

Gas

In een gas bewegen de moleculen los van elkaar. Ze verspreiden zich meteen over de ruimte waar het gas in zit (figuur 3c). Hun onderlinge afstand is gemiddeld erg groot. De moleculen beïnvloeden elkaar niet, behalve wanneer ze op elkaar botsen. Een gas zoals waterdamp heeft daardoor geen vaste vorm en ook geen vast volume. 

In welke fase is het water bij A? Waaraan zie je dat?

In welke fase is het water bij B? Waaraan zie je dat?

Hete waterdamp wordt ook wel stoom genoemd.
Waar is het water stoom, bij A of bij B? Licht je antwoord toe.

Mist bestaat uit kleine druppeltjes vloeibaar water.
Hoe merk je dat als je door dichte mist loopt of fietst?

De foto in figuur 9 is vlak na een ijzelbui gemaakt. De ijzel heeft een doorzichtig laagje gevormd op een tak.
In welke fase was het water toen het de tak raakte? Waaraan zie je dat?

Leg uit met het deeltjesmodel hoe het komt:
dat je snel overal in het lokaal kunt ruiken dat er een gaskraan openstaat.

Kristalstructuur

Sneeuw bestaat uit ijskristallen die allerlei mooie vormen hebben. In al die verschillende vormen kun je dezelfde zeshoekige structuur herkennen. Deze kristalstructuur is kenmerkend voor ijs (figuur 4). Veel vaste stoffen hebben een eigen kenmerkende kristalstructuur.

Kristalrooster

Dat kristallen een vaste vorm hebben, kun je verklaren met het deeltjesmodel. Omdat de moleculen van een stof allemaal gelijk zijn, kunnen ze op een regelmatige manier ‘gestapeld’ worden, net zoals sinaasappels in een supermarkt (figuur 5). Zo ontstaat een kristalrooster waarin elk molecuul een vaste plaats heeft.

Kristallen kunnen microscopisch klein zijn, maar ook centimeters groot. Een stuk bergkristal bestaat uit grote kristallen die aan elkaar zijn vastgegroeid. De kristalstructuur is dan ook met het blote oog goed waarneembaar (figuur 6).

EXTRA Cohesie en adhesie

Moleculen van dezelfde stof trekken elkaar aan. Dat heet cohesie. Er kan ook een aantrekkingskracht bestaan tussen moleculen van verschillende stoffen. Dat heet adhesie. Cohesie zorgt ervoor dat een waterdruppel een bolvorm aanneemt: de moleculen gaan zo dicht mogelijk op elkaar zitten. Adhesie zorgt ervoor dat een waterdruppel aan een kraan blijft hangen (figuur 7).

EXTRA Cohesie of adhesie?

EXTRA Cohesie of adhesie?

Als je een suikerklontje met één uiteinde in het water houdt, zuigt het klontje zich vol met water. Dat komt doordat de adhesie (tussen suiker- en watermoleculen) veel groter is dan de cohesie (tussen de watermoleculen onderling). Daardoor kruipt water snel in de kleine openingen tussen de suikerkorrels.

  

Bij materialen die water absorberen, zoals keukenpapier en katoen, is de adhesie groter dan de cohesie in het water. Bij andere stoffen is dat precies omgekeerd. Waterdruppels blijven bijvoorbeeld op een vettig oppervlak liggen, omdat vet- en watermoleculen elkaar niet aantrekken: er is geen adhesie, alleen cohesie.

Hoe wordt de aantrekkingskracht genoemd: tussen moleculen van dezelfde stof?

1. adhesie
2. cohesie

Opdrachten maken

Wat: lees paragraaf 3.1

Huiswerk: opdrachten 1 tm 8 van paragraaf 3.1 & Test jezelf

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!

Hulp: Geen

Tijd: 50 minuten lang

Klaar?: ga bezig met een ander vak!