§1 Het deeltjesmodel

Leerdoelen#

Na het bestuderen van deze paragraaf kun je:

• uitleggen welke drie eigenschappen moleculen in het deeltjesmodel hebben;
• beschrijven hoe moleculen bewegen in een vaste stof, een vloeistof en een gas;
• uitleggen wat er met moleculen gebeurt bij faseovergangen;
• het ontstaan van mist, dauw en rijp toelichten met behulp van het deeltjesmodel;
• een ijskristal in sneeuw herkennen aan de kenmerkende structuur en uitleggen hoe die ontstaat (examenrelevant).

Weersverschijnselen#

Op een zomerochtend ontstaan vaak kleine wolkjes aan een heldere lucht. Na een koude nacht ligt er soms dauw op het gras. In de herfst kan mist boven sloten verschijnen. Deze verschijnselen lijken plotseling te ontstaan en weer te verdwijnen.

Met het deeltjesmodel kun je deze processen begrijpen. Het deeltjesmodel is een denkbeeldige voorstelling die uitlegt hoe stoffen op moleculair niveau werken. Het geeft inzicht in hoe moleculen zich gedragen en hoe dit samenhangt met faseovergangen zoals smelten, verdampen en condenseren.

De moleculen van een stof#

• Elke stof bestaat uit moleculen van één soort.
• Moleculen veranderen niet van aard bij een faseovergang. Water blijft bijvoorbeeld altijd bestaan uit watermoleculen, of het nu ijs, vloeibaar water of waterdamp is.
• Moleculen zijn voortdurend in beweging. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de beweging.
• Moleculen trekken elkaar aan. Deze aantrekkingskracht is sterker wanneer de moleculen dichter bij elkaar zitten.

Deze eigenschappen zijn belangrijk om te begrijpen hoe stoffen zich gedragen.

Moleculen in vaste stof, vloeistof en gas#

Vaste stof#

In een vaste stof hebben de moleculen een vaste plaats. Ze trillen voortdurend heen en weer maar blijven dicht bij elkaar. De aantrekkingskracht tussen de moleculen is groot. Als de temperatuur stijgt, trillen de moleculen heviger. De stof zet uit en bij het smeltpunt wordt de aantrekkingskracht te klein om de moleculen vast te houden. De stof gaat dan over in de vloeibare fase.

Vloeistof#

In een vloeistof bewegen de moleculen langs en door elkaar heen. Ze hebben geen vaste plaats meer, maar de aantrekkingskracht houdt de moleculen wel bij elkaar. Sommige moleculen hebben zoveel snelheid dat ze kunnen ontsnappen. Daardoor verdampt de vloeistof langzaam. Hoe warmer de vloeistof, hoe sneller dit gebeurt.

Gas#

In een gas bewegen de moleculen vrij door de ruimte. De afstand tussen de moleculen is groot en de aantrekkingskracht is zeer klein. Gassen zijn daardoor gemakkelijk samen te persen. In een gasfles is veel ruimte tussen de moleculen. Door samenpersen worden de moleculen dichter op elkaar gebracht, zonder dat de moleculen zelf veranderen.

Faseovergangen#

Een stof kan van de ene fase in de andere overgaan. De zes belangrijkste faseovergangen zijn:

• smelten: van vast naar vloeibaar
• stollen/bevriezen: van vloeibaar naar vast
• verdampen: van vloeibaar naar gas
• condenseren: van gas naar vloeibaar
• sublimeren: van vast naar gas
• rijpen: van gas naar vast

Bij deze overgangen veranderen de moleculen zelf niet; alleen hun onderlinge afstand en beweging veranderen.

Video: Drie vormen van water#

Water kan voorkomen in drie fasen: vast (ijs), vloeibaar (water) en gas (waterdamp). In de video hieronder zie je voorbeelden van deze fasen en hoe water van de ene fase in de andere overgaat.

Video 1: Schooltv – Drie vormen van water

Opdracht bij de video#

1. Noteer welke drie fasen van water je in de video ziet.
2. Schrijf op welke faseovergangen worden getoond.
3. Leg met het deeltjesmodel uit wat er bij elke faseovergang met de moleculen gebeurt.

Faseovergangen en het weer#

Lucht bestaat uit een mengsel van gassen, waaronder altijd waterdamp. Waterdamp is een onzichtbaar gas. Wanneer de temperatuur daalt, kunnen watermoleculen gaan condenseren: ze vormen kleine druppeltjes. Dit verklaart het ontstaan van mist en dauw. Daalt de temperatuur onder 0 °C, dan kan waterdamp direct overgaan in ijs. Dit noem je rijpen. Het resultaat zie je als rijp op gras of prikkeldraad.

Deze processen laten zien hoe het deeltjesmodel helpt bij het begrijpen van weer­verschijnselen. Omdat ze aansluiten bij eindexamenonderwerpen, zoals faseovergangen en het gedrag van stoffen, is het belangrijk deze verschijnselen goed te begrijpen.

Oefening met simulatie#

Gebruik de simulatie hieronder om beter te begrijpen hoe het deeltjesmodel werkt. Je ziet hoe moleculen bewegen in een vaste stof, een vloeistof en een gas. Ook zie je hoe faseovergangen verlopen.

Stappenplan#

1. Kies States.
2. Kies Solid en kijk hoe de moleculen bewegen.
3. Verwarm de stof langzaam en let op de overgang naar Liquid.
4. Ga verder met verwarmen tot Gas zichtbaar wordt.
5. Koel de stof weer af en volg de overgang terug naar vloeibaar en vast.
6. Beantwoord de vragen hieronder in je aantekeningen.

Vragen#

1. Beschrijf hoe de moleculen bewegen in een vaste stof, vloeistof en gas.
2. Wat gebeurt er met de aantrekkingskracht tussen moleculen als de stof smelt?
3. Welke zes faseovergangen kun je in de simulatie zien? Noteer ze met de juiste namen.
4. Leg met het deeltjesmodel uit waarom gassen zo makkelijk samen te persen zijn.
5. Hoe zie je in de simulatie dat verdampen en condenseren tegengestelde processen zijn?
6. Leg in eigen woorden uit hoe het proces van condenseren in de simulatie hetzelfde werkt als het ontstaan van mist of dauw buiten.
7. Wat is rijpen en hoe zou je dit met de simulatie kunnen vergelijken?

Wat je hiermee oefent#

• Eigenschappen van moleculen in het deeltjesmodel.
• Het verschil in beweging van moleculen in vaste stof, vloeistof en gas.
• Het benoemen en begrijpen van faseovergangen.
• Het verklaren van mist, dauw en rijp met behulp van het deeltjesmodel.

Herkennen van fasen en faseovergangen#

In het dagelijks leven zie je overal voorbeelden van de fasen van water en van faseovergangen. Bekijk de onderstaande situaties en beantwoord de vragen in je schrift.

Voorbeeld 1

Vragen:

1. Welke fasen zijn hier te zien?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Voorbeeld 2

Vragen:

1. Welke fasen zijn hier te “zien”?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Voorbeeld 3

Vragen:

1. Welke fase is hier te zien?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Voorbeeld 4

Vragen:

1. Welke fase is hier te zien?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Voorbeeld 5

Vragen:

1. Welke fase is hier te zien?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Voorbeeld 6

Vragen:

1. Welke fase is hier te zien?
2. Welke faseovergang heeft plaatsgevonden?
3. Hoe verandert de aantrekkingskracht tussen de moleculen bij deze overgang?
4. Hoe verandert de beweging van de moleculen bij deze overgang?

Overzichtstabel fasen#

Opdracht: Neem tabel 1 over in je schrift en schrijf voor elke fase:

• hoe de moleculen bewegen (heel langzaam, snel, heel snel)
• hoe groot de afstand tussen de moleculen is (heel klein, klein, heel groot)
• hoe sterk de aantrekkingskracht tussen de moleculen is (heel klein, groot, heel groot)

Tabel 1: Vergelijking van de drie fasen volgens het deeltjesmodel.

IJskristallen#

Wanneer waterdamp bij temperaturen onder nul rechtstreeks in ijs verandert, ontstaan ijskristallen. Deze hebben altijd een kenmerkende zeshoekige structuur. De reden hiervoor ligt in het deeltjesmodel: watermoleculen zijn allemaal gelijk en vormen bij bevriezing een regelmatig patroon. Dat patroon is zeshoekig.

Geen enkel sneeuwkristal is precies hetzelfde. Het groeiproces in de lucht verloopt telkens net iets anders. Toch hebben alle sneeuwvlokken dezelfde zeshoekige basisstructuur.

Samenvatting#

• Alle stoffen bestaan uit moleculen.
• Moleculen veranderen niet bij faseovergangen, maar hun beweging en onderlinge afstand wel.
• In vaste stoffen trillen moleculen op een vaste plaats, in vloeistoffen bewegen ze langs elkaar, in gassen bewegen ze vrij door de ruimte.
• De zes faseovergangen moet je kunnen benoemen en beschrijven.
• Mist, dauw en rijp ontstaan door condenseren en rijpen van waterdamp in de lucht.
• IJskristallen in sneeuw hebben een zeshoekige structuur die met het deeltjesmodel te verklaren is.