Sk-03 Fasen en fase-overgangen3

Sk-03 Fasen en fase-overgangen3

Fasen

De toestand waarin een stof voorkomt (gas, vloeistof of vast) noemen we de fase of aggregatietoestand. Afhankelijk van temperatuur en druk treden er overgangen op van de ene naar de andere fase. Deze overgangen beschrijven we hier op twee niveaus, op macroscopisch niveau (kun je zien) en op microscopisch niveau (beschouwing op moleculair niveau, verklaarbaar met het deeltjesmodel).

Macro- en microscopisch

Macroscopisch waarnemen en microscopisch verklaren

We spreken van het macroscopisch niveau als we de waarneembare stof bedoelen. Macroscopisch gezien is water een kleurloze, heldere vloeistof, met bepaalde eigenschappen.
Op moleculair (of microscopisch) niveau is een hoeveelheid water alleen maar een enorme verzameling moleculen. Dit deeltjesmodel, uitgebreid met al zijn veronderstellingen over de eigenschappen van moleculen, is de huidige molecuultheorie. De molecuultheorie gaat uit van de volgende veronderstellingen:
  • Elke stof is opgebouwd uit moleculen, die kenmerkend zijn voor die stof.
  • Moleculen van een stof zijn voortdurend in beweging.
  • Er is lege ruimte tussen de moleculen.
  • Moleculen bewegen gemiddeld sneller als de temperatuur stijgt.
  • Moleculen oefenen krachten op elkaar uit.
In de scheikunde moeten we als het ware 'heen en weer' kunnen denken: enerzijds een stof zien zoals deze zich aan ons voordoet, anderzijds in gedachten de stof kunnen 'zien' als een onvoorstelbaar grote verzameling moleculen.
Zo is een watermolecuul niet nat. En een watermolecuul is ook niet vloeibaar. 'Nat' en 'vloeibaar' zijn begrippen uit de macroscopische wereld. In de moleculaire wereld hebben deze begrippen geen betekenis.

 

IJs, water en waterdamp: macroscopisch en microscopisch
Bron: Petrucci, General Chemistry

 

Macroscopisch gezien

De drie fasen

Vloeibaar water kan bevriezen tot een vaste stof: ijs. Water kan ook verdampen tot een gasvormige (of dampvormige) stof: waterdamp, soms stoom geheten. In de natuur- en scheikunde zeggen we dat water in verschillende fasen of aggregatietoestanden kan voorkomen. De meeste stoffen kunnen voorkomen in drie fasen: de vaste, de vloeibare en de gasvormige fase.
Wanneer de fase van een stof van belang is, schrijven we deze met de (kleine) letters s, l, g tussen haakjes achter de molecuulformule:
  • ijs: H2O(s);
  • vloeibaar water: H2O(l);
  • waterdamp: H2O(g).
De betekenis van deze notaties is:
  • (s) = vast (Engels: solid);
  • (l) = vloeibaar (Engels: liquid);
  • (g) = gasvormig (Engels: gas).

Stofeigenschap

Afhankelijk van de temperatuur en de druk komt een stof in een bepaalde fase voor. De fase is dus als zodanig geen stofeigenschap. De fase bij kamertemperatuur en normale druk is wel een stofeigenschap.
 
In Nederland varieert de temperatuur tussen -10 en + 30 oC en de druk van de lucht is constant ongeveer 1 bar is (tussen 980 en 1050 mbar). Daardoor kennen wij H2O het best als H2O(l).
De H2O(g) in de lucht is voor ons onzichtbaar, en H2O(s) zien we alleen bij vorst en in het vriesvak van de koelkast.
 
 

 

Voorbeeld van zichtbare fasen van water: vast (ijsberg) en vloeibaar (wolken, nevel, zee) De dampfase is niet zichtbaar. 

 

Microscopisch gezien

De verschillen tussen de drie fasen van een stof verklaren we met de molecuultheorie.
 

  • Vaste fase
    De moleculen liggen tegen elkaar aan en zijn regelmatig gerangschikt in een driedimensionale stapeling. We noemen zo’n regelmatige stapeling een kristalrooster. De moleculen hebben een vaste plaats en kunnen alleen een beetje trillen. Door deze trilling heeft ieder molecuul een ruimte nodig die iets groter is dan de afmeting van het molecuul. De onderlinge samenhang (aantrekkingskracht) tussen de moleculen noemen we cohesie.

     

  • Vloeibare fase
    De moleculen hebben geen vaste plaats. Trillend bewegen de moleculen zich betrekkelijk vrij tussen elkaar door. De cohesie houdt de moleculen wel bij elkaar, maar is niet sterk genoeg om ze op een vaste plaats te houden. De intermoleculaire ruimtes zijn wat groter dan in de vaste fase. Vloeistoffen nemen daarom in het algemeen een groter volume in dan vaste stoffen.
    Een belangrijke uitzondering hierop is water: de vloeibare vorm heeft een kleiner volume dan de vaste vorm (bij bevriezen zet water uit; ijs heeft een groter volume dan water). Zie 'Waterstofbrug' in het thema 'Moleculaire stoffen'.

     

  • Gasvormige fase
    De moleculen hebben evenmin een vaste plaats. Trillend bewegen de moleculen zich ongeordend op relatief grote afstand van elkaar. Grote afstand wil zeggen: groot ten opzichte van hun eigen diameter (de afstand is minstens tien keer zo groot). De cohesie is te zwak om de moleculen bij elkaar te houden.

     

De vaste fase, vloeibare fase en gasfase in de onderstaande animatie.

 

  • Het arrangement Sk-03 Fasen en fase-overgangen3 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Ed Kroonen Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2017-10-21 23:14:35
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Vakinhoudelijk deel van een thema over fasen en fase-overgangen, omgezet in een Wikiwijs arrangement vanuit een prototype van een kennisbank scheikunde van het voormalige Ruud de Moor Centrum van de OU; zie ook de colofon in het arrangement voor toelichting. Samenvatting: De toestand waarin een stof voorkomt noemen we de fase of aggregatietoestand. Afhankelijk van temperatuur en druk treden er overgangen op van de ene naar de andere fase. Deze overgangen kunnen we beschrijven op twee niveaus, op macroscopisch niveau (waarneembare, fysische verschijnselen) en op microscopisch niveau (beschouwing op moleculair niveau, verklaarbaar met de molecuultheorie).
    Leerniveau
    VMBO gemengde leerweg, 2; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 1; VWO 2; VO; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 2; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 4; VMBO gemengde leerweg, 3; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 1; VMBO theoretische leerweg, 1; HAVO 4; HAVO 1; VMBO theoretische leerweg, 4; VWO 6; VMBO gemengde leerweg, 1; VMBO theoretische leerweg, 2; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 2; HAVO; VWO 1; VWO; HAVO 3; VWO 3; VMBO; HAVO 5; VWO 4; VMBO theoretische leerweg, 3; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 3; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 4; HAVO 2; VMBO gemengde leerweg, 4; VWO 5; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 3;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leraar
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur en 50 minuten
    Trefwoorden
    absolute nulpunt, afkoelen, aggregatietoestand, bar, bewegingsenergie, chemie, cohesie, condenseren, damp, fase, fase-overgang, fasedriehoek, fasen, faseverandering, fysische constante, gas, gasvormig, ijs, intermoleculair, intermoleculaire krachten, kookcurve, kookdiagram, kookpunt, kookpuntsbepaling, kristalrooster, macroscopisch, microscopisch, moleculair, molecuultheorie, pascal, rijpen, scheikunde, smeltcurve, smelten, smeltpunt, smeltpuntsbepaling, standaarddruk, standaardtemperatuur, stofeigenschap, stofeigenschappen, stollen, stolpunt, sublimeren, temperatuur, vast, vaste stof, verdampen, verwarmen, vloeibaar, vloeistof, warmte, water, waterdamp, waterstofbrug

    Bronnen

    Bron Type
    https://youtu.be/V0hV4BN2Kgk
    https://youtu.be/V0hV4BN2Kgk     		Video

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    Lutgerink, Jan. (2012).

    Sk-03 Fasen en fase-overgangen

    https://maken.wikiwijs.nl/35005/Sk_03_Fasen_en_fase_overgangen

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van