B. Aggregatietoestanden.

Proef B1.

Giet water in een bekerglas.
Giet hiervan een gedeelte in een plastiek bekertje en plaats dit enige tijd in de diepvriezer.
Verwarm het overblijvende water in het bekerglas in de vlam van een bunsenbrander en hou een koud glasplaatje boven het bekerglas.
Je stelt vast dat water in drie verschillende toestanden of fasen voorkomt:
vast (als ijs in het plastiek bekerje),
vloeibaar (in het bekerglas en op het koud glasplaatje)
en gasvormig (als damp boven het water in het bekerglas).
Je kan het ook hebben over de aggregatietoestanden van de stof.

1. De vaste fase.

a. Proef B2.

Bekijk enkele korreltjes zout onder een loupe.
Je ziet glinsterende kristalletjes.
In de vaste fase komt een stof meestal in kristalvorm voor.

Elke stof bezit een eigen kristalvorm (fig. B1).




b. Model van kristal.
De vormen van kristallen wijzen erop, dat de deeltjes hierin, voor elke stof, steeds op dezelfde manier in een meetkundige structuur opgestapeld zijn.
Er wordt aangenomen (en proeven hebben dit achteraf bevestigd) dat de deeltjes, die de stof opbouwen, in een kristalrooster gerangschikt zijn (fig. B2).



Deze deeltjes hebben zich bij het vast worden van de stof in bepaalde evenwichtsstanden in een roosterstructuur geplaatst, waar ze lichtjes blijven trillen (warmtebeweging), vastgehouden door onderlinge aantrekkingskrachten (cohesiekrachten).
De deeltjes in het kristalrooster kunnen moleculen zijn, doch, voor bepaalde stoffen eveneens atomen of atomen met een teveel of tekort aan elektronen (ionen).

Het bekende Atomium op de Heizel te Brussel (fig. B3) is een voorstelling
van de structuur van het ijzerkristal.



c. Opmerking.

Proef B3.

Bekijk een beetje meel onder een loupe.
Hoewel we hier van een vaste stof spreken, kun je hier geen enkele kristallijne structuur terugvinden.
Dit noemen we een amorfe vaste toestand.
Vlug afkoelen geeft aanleiding tot het ontstaan van niet kristallijne stoffen.
Ook glas is hier een voorbeeld van.
Het gedraagt zich in alle opzichten als een vaste stof, maar zonder uit kristallen te bestaan.
De moleculen bevinden zich op willekeurige plaatsen, waar ze zich bevonden op het ogenblik dat de stof vast werd.

2. De vloeibare fase.

Proef B4.

Leg een blokje ijs in een bekerglas en verwarm het bekerglas in de vlam van een bunsenbrander.
Het ijs smelt en het water neemt de vorm van het bekerglas aan.
Bij het smelten wordt het kristalrooster verbroken.
De deeltjes rollen vrij over elkaar (fig. B4).
De cohesiekrachten zijn echter nog zo groot, dat alle moleculen bij elkaar gehouden worden.



Opmerking.

Voor sommige stoffen is het moeilijk om uit te maken of ze in vaste of in vloeibare toestand verkeren.
Pek vertoont alle eigenschappen van een vaste stof.
Laten we het echter gedurende enkele weken in een schoteltje liggen, dan neemt de onderkant van het stukje pek de vorm van dit schoteltje aan.
Ook bruine zeep gedraagt zich zo.
Er wordt soms gesproken van een weke toestand.

3. De gasvormige fase.

Proef B5.

Neem even de stop af van een fles met ether.
Na enkele ogenblikken ruik je de typische ethergeur.
De moleculen die uit de vloeistof ontsnappen vullen dus als damp een steeds groter wordende ruimte.
De cohesiekrachten tussen de moleculen in de gasvormige toestand zijn buitengewoon klein, zodat deze deeltjes niet samengehouden worden en gedreven door de warmtebeweging tot in de verste uithoeken van de klas vliegen (fig. B5).



Opmerking.

De stof kan nog in een vierde fase voorkomen, die gelijkenis vertoont met de gasfase.
In TL-buizen die licht geven en in Zon en sterren zijn de omstandigheden zo, dat de stofdeeltjes, die ordeloos door elkaar bewegen, geen moleculen of atomen meer zijn, maar ionen.
We hebben het dan over de plasmafase.






4. Vorm en volume van de stof.

Proef B5.

Vul een fles voor een deel met water en plaats ze op tafel.
Hou daarna de fles schuin (fig. B6).



Proef B6.

Vul een rubber ballon gedeeltelijk met lucht en druk er op (fig.B7).



Door een kleine kracht uit te oefenen kun je de ballon een andere vorm geven.

Dit gedrag van vloeistoffen en gassen is anders dan dit van vaste stoffen, die steeds hun eigen vorm bewaren. Vaste stoffen hebben dus een eigen vorm in tegenstelling met vloeistoffen en gassen.

Verklaring.

In een vaste stof zitten de deeltjes zo dicht bij elkaar, dat het zeer moeilijk
wordt om ze een andere plaats te laten innemen.
In vloeistoffen gaan de deeltjes echter vloeien omdat hun onderlinge afstand zo groot geworden is, dat ze niet meer aan een vaste plaats gebonden zijn.
Bij een gas is die afstand nog groter en zijn de deeltjes nog vrijer om te bewegen.


Proef B7.

Vul een fles tot aan de bovenrand met water en tracht ze met een goed passende rubber stop af te sluiten (fig. B8).
De stop wipt terug uit de hals van de fles. Het volume van de vloeistof is praktisch niet te veranderen.




Proef B8.

Vul de fles slechts gedeeltelijk met water en beproef ze weer af te sluiten(fig. B9).
De stop kan zonder moeite in de fles gedrukt worden.
Het water in de fles behoudt zijn volume, de lucht erboven wordt echter tot een kleiner volume samengeperst.




Verklaring.

De deeltjes in een gas zitten zodanig ver uiteen, dat ze veel gemakkelijker dichter bij elkaar kunnen gedrukt worden dan deze in een vloeistof of een vaste stof.
Bovenvermelde waarnemingen kunnen in volgend tabelletje samengevat worden.



Doordenkertjes.

1. Welke stof ontmoeten we in de natuur in elk van zijn drie aggregatietoestanden?
H2O: ijs in ijsbergen, water in de zee, waterdamp in de wolken.



2. Ken je stoffen die uitsluitend in vaste toestand voorkomen?
Hoe komt dit?
Ja.
De temperatuur waarbij die stoffen smelten is hoger dan de kamertemperatuur.

3. Zijn alle metalen bij kamertemperatuur in vaste toestand?
Welke eventueel niet?
Neen.
Kwik is bij kamertemperatuur vloeibaar (omdat kwik vast wordt bij een temperatuur lager dan de kamertemperatuur.

4. Denk je dat gassen zoals zuurstof en stikstof ook in vloeibare en in vaste toestand kunnen voorkomen?
Ja.
Zuurstof(gas) en stikstof(gas) kunnen vloeibaar gemaakt worden door voldoende temperatuurverlaging en drukverhoging.
Ze kunnen zelfs vast worden bij extreem lage temperaturen en/of extreem hoge drukken.
Bij de extreem hoge drukken binnen een ster heeft men vast waterstof in de kern.

5. Welke van volgende voorwerpen hebben een vaste vorm:
een stuk bergkristal, een kilogram bloemsuiker, een liter limonade, lucht in een
voetbal?
een stuk bergkristal vaste vorm (vast)
een kilogram bloemsuiker geen vaste vorm (vast, fijn verdeeld)
een liter limonade geen vaste vorm (vloeistof)
lucht in een voetbal geen vaste vorm (gas)

6. Welke van volgende voorwerpenhebben een constant volume:
een kilogram zout, een kop koffie, lucht in een fietsband?
een kilogram zout vast volume (vast)
een kop koffie vast volume (vloeistof)
lucht in een fietsband geen vast volume (gas)

7. Het Atomium in Brussel is een model van een ijzerkristal.
Wat stellen de blinkende atomiumbollen voor en wat stellen de buizen voor die de bollen met elkaar verbinden?
blinkende aluminium bollen ijzeratomen
buizen tussen de bollen bindingen tussen de ijzeratomen (door de cohesiekrachten)

ICT - projecten.

1. Zoek op het internet de stoltemperatuur van kwik op.

2. Zoek op het internet informatie op over de samenstelling van de ringen van de planeet Saturnus.



Samenvatting.

Aggregatietoestanden.
Stoffen komen in drie aggregatietoestanden voor:
vast, vloeibaar, gasvormig.

1. Vaste toestand (kristalmodel): deeltjes trillen rond vaste plaatsen in een kristalrooster onder invloed van cohesiekrachten en warmtebeweging.
Vaste vorm en volume.
2. Vloeibare toestand: deeltjes rollen ordeloos over elkaar,samengehouden door cohesiekrachten.
Geen vaste vorm, doch constant volume.
3. Gasvormige toestand: deeltjes vliegen ordeloos door elkaar en vullen steeds volledig de beschikbare ruimte (zeer kleine cohesiekrachten).
Geen vaste vorm, noch volume.