Ijs, water, waterdamp

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t, mavo, havo, vwo
• Leerjaar 1

ijs, water, waterdamp

Doel van de les:

-Je leert in deze les de drie fasen van water

-Je leert in deze les wat het deeltjesmodel is

-Je leert in deze les wat een vaste stof is

-Je leert in deze les wat een vloeistof is

-Je leert in deze les wat een gas is

-Je leert in deze les wat kristallen zijn

-(Plus) Je leert in deze les wat Cohesie is. 

-(Plus) Je leert in deze les wat Adhesie is. 

-(Plus) Je leert in deze les wat het verschil tussen Adhesie en Cohesie is. 

ijs, water, waterdamp

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 weers-verschijnselen 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 3 toestanden worden ook wel fasen genoemd.

Vast, vloeibaar en gasvormig.

Het lastige bij waterdampis dat je dit 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, ook al zijn de druppeltjes zo klein dat je ze niet afzonderlijk kunt zien. Waterdamp is geen nevel, maar een onzichtbaar gas om je heen.

Vast, vloeibaar en gasvormig.

Sneeuw, hagel en rijp bestaan uit ijs. Als je een handvol van oppakt, smelt het ijs in je warme hand en blijft er alleen wat smeltwater over.

Regen, dauw en mist bestaan uit waterdruppels. bij regen en dauw kun je de druppels vaak goed zien, bij mist zijn ze vaak microscopisch klein.

Vast, vloeibaar en gasvormig.

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 klein nevelwolkje voor je mond verschijnen.

De fasen in het deeltjesmodel

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

Zo'n beeld noem je ook wel een "model van een stof"

In de natuurkunde en scheikunde wordt veel gebruik gemaakt 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 fases heeft, komt doordat de moleculen op verschillende manieren kunnen bewegen( en niet doordat de moleculen zelf veranderen).

Vaste stof

In een vaste stof hebben alle moleculen een eigen, vaste, plaats. De moleculen staan niet helemaal stil: ze trillen voortdurend heen en weer rond een gemiddelde 'evenwichtsstand', zonder hun vaste plaats ten opzichte van de andere moleculen kwijt te raken.  

Een blok ijs heeft daardoor niet alleen een vast volume, maar ook een vaste vorm.

Gas

De moleculen van gas bewegen los van elkaar. 

Ze verspreiden zich meteen over de ruimte waar het gas zich in bevind. 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.

Vloeistof

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

Door de drie deeltjes modellen naast elkaar te zetten kun je het verschil mooi bekijken. Vaste stof; een vast rooster. Vloeistof; geen rooster en kleine afstand onderling. Gas; moleculen gedragen zich als "stuiterballen" .

Kristallen

Sneeuw bestaat uit ijskristallen die allemaal mooie vormen hebben. Maar in al die verschillende vormen kun je steeds dezelfde zeshoekige structuur herkennen.

Deze kristalstructuur is kenmerkend voor ijs.

Veel vaste stoffen hebben een eigen kenmerkende kristalstructuur.

Kristallen

Dat kristallen een vaste vorm hebben, kun je verklaren met hetzelfde deeltjesmodel.

Omdat de moleculen van een stof allemaal gelijk zijn, kunnen ze op een regelmatige manier "gestapeld" worden, net zoals sinasappels in een supermarkt.

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.

Plus: Cohesie en Adhesie

Moleculen van de zelfde stof trekken elkaar aan. 

Dat heet cohesie. 

Er kan ook aantrekkingskracht bestaan tussen moleculen van verschillende stoffen. 

Dat heet adhesie.

Cohesie / Adhesie

Cohesie zorgt er voor dat een waterdruppel een bolvorm aanneemt: de moleculen gaan zo dicht mogelijk op elkaar zitten.

Adhesie zorgt ervoor dat de waterdruppel aan de kraan blijft hangen.

Cohesie/ adhesie

Als je een suikerklontje met één uiteinde in het water houdt, zuigt het klontje zich vol met water.

Dat komt door de adhesie (tussen de suikermoleculen en de watermoleculen) veel groter is dan de cohesie (tussen de watermoleculen onderling). Daardoor kruipt het 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 van water. Bij andere stoffen is dat precies omgekeerd. Waterdruppels blijven bijvoorbeeld op een vettig oppervlak liggen, omdat vetmoleculen en watermoleculen niet aantrekken: er is geen adhesie, alleen cohesie