Hoofdstuk 3: Water

§1 Ijs, water, waterdampen

Drie verschillende fasen of toestanden:

-Vaste stof; ijs

-Vloeistof; (vloeibaar) water

-gas; waterdamp

Sommige woorden betekenen in de natuurkunde en scheikunde iets anders dan in het dagelijks leven.

Een watermolecuul bestaat uit kleinere deeltjes; atomen. De atomen zijn de bouwstenen van molecule. Een watermolecuul bestaat uit 2 waterstofatomen (H) en 1 zuurstofatoom (O). De molecuulformule voor water is dan ook: H2O.

Op koude dagen kun je de waterdamp zien condenseren. Vlak voor je mond verschijnt dan een klein nevelwolkje. Als de lucht koud is ontstaan er zichtbare ‘nevelwolkjes’ tijdens het uitademen. Condenseren is het veranderen van damp in vloeistof. Het woord condenseren komt van het Latijnse: com = samenen densare = verdichten.

In de natuurkunde en scheikunde word veel gebruik gemaakt van het deeltjesmodel. Deeltjesmodel is een ‘model van stof’.

Moleculen van dezelfde stof trekken elkaar aan, dat heet cohesie. Er kan ook aantrekkingskracht bestaan tussen molecule van verschillende stoffen. Dat heet adhesie.

Een kristalstructuur is de structuur van een Kristal. Veel vaste stoffen hebben een eigen kenmerkende kristalstructuur. Stoffen die uit kristallen bestaan heten kristallijne stoffen. Een kristalrooster is wanneer elk molecuul een vaste plaats heeft.

§2 Temperatuur

Het meetinstrument is de thermometer. De vloeistofthermometer wordt al honderden jaren gebruikt. Zo’n thermometer bestaat uit een reservoir en een stijgbuis. Een stijgbuis is dat rode lijntje dat omhoog gaat als het warmer is en omlaag gaat als het kouder is. Het reservoir is het rode stipje onderaan de thermometer. De schaalverdeling zijn de cijfers bij de thermometer die de temperatuur aangeven.

Je leest de temperatuur af door de hoogte van de stijgbuis te bekijken. In het dagelijks leven worden thermometers gebruikt met een schaalverdeling van graden Celsius.

Het verschil tussen de hoogste en de laagste temperatuur die je kunt meten noem je het meetbereik.

Het maken of controleren van een schaalverdeling op een meetinstrument heet ijken.

Een digitale  thermometer werkt met een sensor. Een sensor is een klein stukje elektronicadat een grootheid bijvoorbeeld temperatuur, omzet in een elekrtisch signaal. De electronica maakt van dat signaal dan een getal dat je op een scherm kunt aflezen.

Als je met een gewone thermometer niet bij het voorwerp kan komen dan kun je een infarood thermometer gebruiken. Deze thermometer maakt gebruik van het feit dat elk voorwerp en organisme warmtestraling uitzendt. Die warmtestraling wordt ook wel infarode straling genoemd.

§3 Veranderen van fase

Als water smelt of bevriest noem je dat een fase-overgang. Een fase-overgang is dat de stof overgaat van de ene fase in de andere. Er zijn 6 fase-overgangen:

-Stollen/bevriezen: van vloeibaar naar vast. De overgang van vloeibaar naar vast heet stolen. Alleen bij water gebruik je het woord bevriezen.

-Smelten: van vast naar vloeibaar

-Verdampen: van vloeibaar naar gasvormig.

-Condenseren: van gasvormig naar vloeibaar

-Rijpen: van gasvormig naar vast

-Vervluchtigen: van vast naar gasvormig

§4 Kookpunt en smeltpunt

Als de temperatuur overall in de vloeistof 100 graden Celsius is, bereiken de dampbellen wel het wateroppervlak. Ze barsten daar uit elkaar, zodat de waterdamp mengt met de lucht erboven. Dat is koken: het water verdampt nu niet alleen aan het wateroppervlak, maar overal in de vloeistof. Als je doorgaat met verwarmen, blijft het water koken tot het helemaal verdampt is. De temperatuur van het water blijft daarbij steeds 100 graden Celsius. Deze temperatuur noem je het kookpunt van water. Bijna elke zuivere stof heeft een eigen, kenmerkend kookpunt.

In de winter moet het water eerst dalen tot 0 graden Celsius voordat het kan bevriezen. De temperatuur van het water blijft 0 graden Celsius totdat het helemaal bevroren is. Als het flink vriest, is de temperatuur van het ijs ook lager dan 0 graden Celsius. Dan moet de temperatuur van het ijs stijgen tot 0 graden Celsius voordat het zal smelten.

Smeltend ijs heeft dus dezelfde temperatuur als bevriezend water: 0 graden Celsius. Je noemt deze temperatuur het smeltpunt van het ijs en het vriespunt van water. Bijna elke zuivere stof heeft een eigen kenmerkend smeltpunt en stolpunt. Bij water heet het stolpunt, vriespunt.

Een smeltdiagram is een grafiek van de temperatuur tegen de tijd. Je kunt het temperatuurverloop weergeven in een stoldiagram ,waarin de temperatuur is uitgezet tegen de tijd.

Als je wijn aan de kook brengt, zie je dat het koken begint bij ongeveer 80 graden Celsius. Daarna loopt de temperatuur langzaam op tot 100 graden Celsius. Wijn heeft dus geen kookpunt, zoals zuiver water (100 graden Celsius) of zuivere alcohol (78 graden Celsius). Tijdens het koken blijft de temperatuur van de wijn dus niet constant. Wat voor wijn geldt, geld took voor andere mengsels van vloeistoffen. Zulke mengsels hebben geen kookpunt, maar een kooktraject. Het kooktraject van wijn loopt van 80 graden Celsius tot 100 graden Celsius.