Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 2 Deel 1 Hoofdstuk 1 Blz 40 t/m 44

In de natuurkunde verdelen we de fasen van een stof in 3 delen. Deze fasen zijn erg belangrijk voor een stof want daarmee kun je bepalen in welke fase en stof zit. In dit artikel word op die 3 fasen verder ingegaan en wat de fasen inhouden.



Fasen (aggregatietoestanden)

De toestand waarin een stof verkeert, noemen we de fase of aggregatietoestand.

Zo kennen de meeste stoffen de fasen vast (s), vloeibaar (l), en gasvormig (g). Bepalend voor de fase waarin een stof voorkomt zijn druk en temperatuur.

De overgangen tussen de fasen worden benoemd met de termen: Smelten, stollen, verdampen, condenseren, sublimeren en rijpen. De rechtstreekse overgang tussen vast en gasvormig treedt onder andere op bij sneeuw en ijs.

Dit noemen we wel weg vriezen (sublimeren). De sneeuw is zonder te smelten overgegaan in de dampfase. Een voorbeeld van het omgekeerde is het ontstaan van rijp (ijsaanslag) in de koelkast.

Dit ontstaat door rechtstreekse kristallisatie van waterdamp vanuit de dampfase (rijpen).

In de afbeelding hieronder blijkt dat er faseovergangen optreden als energie (warmte) wordt toegevoerd.

De overgangen zijn omkeerbaar (reversibel). We moeten in dat geval warmte afvoeren. Opmerkelijk is dat de temperatuur tijdens een overgang bij een zuivere stof niet verandert.

Fasen overgang stoffen
Fasen overgang

De toegevoerde/ afgevoerde warmte heeft tijdens de faseovergang geen invloed op de bewegingsenergie van de deeltjes.

Hoewel de temperatuur tijdens de fase-overgang niet verandert, is er wel degelijk sprake van een energietoevoer of energie-afvoer.

Tijdens een faseovergang blijft de temperatuur constant. Dit geldt voor zuivere stoffen.

De overgangsenergie is de voor een fase-overgang benodigde energie per massa (kilogram).

Fasen: Smelten/stollen

Bij zuivere stoffen geschiedt het smelten/stollen bij één specifieke temperatuur. Deze word het smeltpunt/stolpunt genoemd en is bij een druk van 1013 hpa. In de vaste fase hebben de atomen/moleculen een vaste plaats in een rooster.

In de vloeistoffase is dit rooster verdwenen en kunnen de deeltjes vrijelijk bewegen. De energie die tijdens de faseovergang wordt toegevoerd, wordt volledig gebruikt om het rooster af te breken en zodoende afstand tussen de atomen/moleculen te vergroten.

Dit verklaart waarom temperatuur tijdens het smelten constant blijft. Deze temperatuur is het smeltpunt. Bij stollen gebeurt precies het omgekeerde, het rooster wordt weer opgebouwd en de energie komt weer vrij.

De temperatuur blijft ook hier constant. We noemen deze temperatuur het stolpunt. Bij zuivere stoffen is het smeltpunt gelijk aan het stolpunt.

De overgangsenergie tijdens het smelten of stollen van een stof noemen we de smeltingswarmte/stollingswarmte. (zie afbeelding hieronder)

Bij zuivere stoffen is de temperatuur tijdens het smelten gelijk aan de temperatuur tijdens het stollen: smeltpunt=stolpunt

Fasen van zuivere stof met smeltpunt/kookpunt
Zuiveren stof heeft een smeltpunt

De smeltingswarmte is die hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg vaste stof bij het smeltpunt om te zetten in vloeistof.

De druk beïnvloedt het smeltpunt/stolpunt. Zo is schaatsen op ijs mogelijk doordat de uitgeoefende druk het smeltpunt verlaagd.

Het ijs onder de schaats smelt en men glijdt over een laagje water. Als dit niet zou gebeuren, is het net schaatsen op een glasplaat.

Nu is water de uitzondering die de regel bevestigd. Bij meeste stoffen wordt bij drukverhoging het smeltpunt verhoogd.

Om deze reden wordt in een tabel het smeltpunt altijd opgegeven bij een bepaalde druk. Bij afspraak is deze druk de normaal druk (1013hpa).

Fasen: Verdampen/condenseren

Ook in de vloeistoffase betekent een stijging van de temperatuur een toename van de bewegingsenergie van de deeltjes. Hoewel de deeltjes in alle richtingen chaotisch door de vloeistof bewegen, bestaat er toch een onderlinge aantrekking.

Bij een zeer heftige beweging rukt het deeltje zich los en verlaat de vloeistof. Bij aanhoudende energietoevoer zullen steeds meer deeltjes aan de vloeistof ontsnappen. Er treedt verdamping op.

De constante temperatuur waarbij de verdamping door de hele vloeistof optreedt, noemen we het kookpunt. De overgangsenergie bij het verdampen van een vloeistof bij het kookpunt noemen we de verdampingswarmte.

Kookpunt en traject van een zuivere stof
Zuivere stof heeft een kookpunt

De verdampingswarmte is die hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg vloeistof bij het kookpunt om te zetten in verzadigde damp.

Net zoals bij het smeltpunt, beïnvloedt de druk het kookpunt. Zo kookt water op zeeniveau bij 100°C, hoog in de Himalaya kookt water bij 70°C.

Zonder nadere toelichting verstaan we onder het kookpunt de temperatuur bij een atmosferische druk van 1013 hPa, waarbij de vloeistof overgaat in verzadigde damp.

Het terugkeren van een verzadigde damp in de vloeistoffase heet condenseren. De vrijkomende warmte per kg ´condens´ is de Condensatiewarmte.

Deze is in grootte gelijk aan de verdampingswarmte. In werkelijkheid treedt verdamping op bij elke temperatuur.

Hoe zou anders de was buiten aan de lijn kunnen drogen? Vult men een bakje met weinig eau de cologne, dan blijkt dit in zeer korte tijd te zijn verdwenen.

Je hebt hiervoor kunnen lezen dat bij een fase-overgang van een zuivere stof de temperatuur niet verandert.

Dit geldt ook voor verdampen bij het kookpunt. Hierbij is sprake van het toevoeren van energie (warmte). Het verdampen van een vloeistof kost dus energie.

Als deze energie niet wordt toegevoerd, zoals bij het koken van water, zal de benodigde energie uit de inwendige energie van de vloeistof zelf gehaald worden.

Hoe sneller een vloeistof verdampt, des te sterker is het koelend effect. Ons lichaam gaat dan ook vocht verdampen (zweten) om oververhitting te voorkomen. Benzine op je hand laten verdampen geeft een koudegevoel.

Tot slot

Hopelijk heeft u wat gehad aan het lezen van dit artikel over fase-overgangen en fasen van een stof. Lees ook eens DIT ARTIKEL voor leuke en handige informatie over Lijmen. Mocht u nog formule’s zoeken die betrekking hebben met natuurkunde kijk dan EENS HIER na.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 2 Deel 1 Hoofdstuk 1 Blz 40 t/m 44

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.