## 2d. Faseovergangen

Fasen en faseovergangen

Je weet natuurlijk dat er vaste stoffen zijn. En vloeistoffen en gassen.

Elke stof kan in de vorm van een vaste stof, een vloestof of een gas voorkomen. Maar niet bij dezelfde temperatuur. Van water kennen we dat. Water als vaste stof kennen we als ijs. Als vloeistof noemen we het gewoon water. En als gas noemen we het waterdamp. Beneden de 0 0C is water ijs (meestal), tussen de 0 en de 100 0C water en boven de 100 0C waterdamp.

Die verschillende vormen waarin een stof kan voorkomen, noemen we verschillende fasen van die stof. De overgangen daartussen noemen we faseovergangen. Van vaste stof naar vloeistof noemen we smelten (bij water spreken we dan ook wel van dooien); het omgekeerde heet stollen (bij water noemen we dat bevriezen). Van vloeistof naar de gasvorm noemen we verdampen; het omgekeerde condenseren.

Een vaste stof kan ook direct in de gasvorm overgaan. Dat noemen we sublimeren. Het omgekeerde heet rijpen. Dat ken je misschien van de winter als na een koude nacht de bomen plotseling helemaal wit zijn, zonder dat er sneeuw is gevallen.

Faseovergangen en het deeltjesmodel

Hoe ontstaan die faseovergangen nu? Je weet al dat elke stof uitzet als deze warmer wordt. Dat geldt net zo goed voor vloeistoffen en gassen als voor vaste stoffen. Je weet inmiddels ook dat dat komt doordat de deeltjes in de stof harder gaan bewegen en botsen, waardoor ze elkaar uit elkaar drukken. Maar al die deeltjes trekken elkaar ook een beetje aan. Daardoor blijf een vaste stof een vaste stof en een vloeistof een vloeistof. Maar op een gegeven moment gaan de deeltjes zo hard trillen en botsen dat ze elkaar niet meer voldoende aantrekken om bij elkaar te blijven. Een vaste stof wordt dan een vloeistof (smelten) en een vloeistof een gas (verdampen). Terwijl een stof helemaal aan het smelten of verdampen is, blijft de temperatuur ervan constant (ook terwijl er meer warmte wordt toegevoerd; die warmte-energie zorgt dan voor een grotere afstand tussen de deeltjes, maar laat ze dan niet harder trillen of bewegen; de temperatuur stijgt dus niet). Die temperaturen noemen we het smeltpunt en het kookpunt van een stof. Kijk hier naar een proefje waarin ze dat kookpunt van water onderzoeken: ´https://www.youtube.com/watch?v=qhIZvmfGKcc&feature=youtu.be (de temperatuur van het water stijgt niet verder als de 100 0C is bereikt, terwijl het verwarmingsplaatje nog wel aanstaat en warmte aan het water afstaat; de temperatuur van de olie stijgt wel door, want het kookpunt van olie ligt veel hoger).

Bij 100 0C blijft de temperatuur constant terwijl het water verdampt.

Het omgekeerde gebeurt bij stollen en condenseren. Ook dan blijft de temperatuur gelijk. Het smeltpunt en het kookpunt zijn ook het stolpunt en het condensatiepunt van die stof.

Elke stof heeft zijn eigen smelt- en kookpunt. Dat zijn dus stofeigenschappen. Daaraan kun je een stof herkennen. Dat zagen we net in het proefje al: water kookt bij 100 0C, olie nog niet.

Het ijken van een thermometer

Omdat kook- en smeltpunten van een stof altijd hetzelfde zijn (tenminste als andere omstandigheden niet veranderen, zoals de druk), kun je deze punten ook gebruiken om een thermometer te ijken.

We kwamen al tegen dat meneer Celsius het kookpunt van water 100 0C noemde en het smeltpunt/vriespunt 0 0C. Als je dus een thermometer hebt waarop nog geen schaalverdeling zit (die nog niet geijkt is), kun je deze ijken door deze eerst in smeltend ijs te zetten en een streepje te zetten bij het niveau dat de vloeistof in de thermometer dan aanneemt. Daarna zet je hem in een bak met kokend water. De vloeistof in de thermometer zet dan uit door de warmte (dat wist je al). Kijk maar eens bij dit proefje: ´https://www.youtube.com/watch?v=TyaFUbZcdbQ&feature=youtu.be

Je zet vervolgens een streepje bij het niveau dat de vloestof dan in de thermometer aanneemt. Bij het eerste streepje zet je 0 en bij het tweede100. En de afstand daartussen verdeel je in 100 gelijke stapjes. Dan heb je je thermometer geijkt met de schaal van Celsius.

​Verwerking

➜ Als je water kookt, zet je vloeibaar water om in ... (vul in). Op een gegeven moment zie je boven de pan stoom ontstaan. Maar waterdamp kun je niet zien. Wat is dat dan, stoom? Waar doet je dat aan denken?
➜ Datzelfde gebeurt boven een wegdek als direct na een regenbui de zon weer gaat schijnen. Wat er dan ontstaat noemen we nevel. Hoe verklaar je dat? Als de zon iets langer schijnt, verdwijnt de 'stoom' weer. Hoe komt dat?
➜ Een hoeveelheid vloeistof zal door afkoelen op een gegeven moment ... (vul in) tot een vaste stof. Als een stof kouder wordt, wordt de dichtheid (meestal) ... (vul in). Dat betekent dat een cm3 van die stof ... wordt (vul in). Een blokje vaste stof zal dus drijven/zinken (kies het juiste antwoord) in een vloeistof van dezelfde stof.
➜ Hoe zit dat met ijs en water? Hoe kan het dat in de winter ijs op het water kan ontstaan? Wat betekent dat voor de dichtheid van ijs t.o.v. water? Is die groter of kleiner. Vind je water daarom een bijzondere stof? Leg je antwoord uit.