Nova Nask MAX 2021 deel A - Hoofdstuk 3 - Water oefentoetsen & antwoorden

We kennen de drie fasen vast, vloeibaar en gas. Water zoals wij dat kennen, is vloeibaar. Regen, mist en dauw bestaan uit kleine waterdruppeltjes. Water is hier in de vloeibare fase. Nee, moleculen in de vloeibare fase hebben geen vaste plaats. TOELICHTING: In een vloeistof kunnen moleculen makkelijk door elkaar heen bewegen. Wel zitten de moleculen dicht bij elkaar. Een vloeistof heeft wel een vast volume, maar geen vaste vorm. Daarom kun je iets vloeibaars, zoals cola of water, schenken in een beker. Cohesie is de aantrekkingskracht van moleculen van dezelfde soort.  Adhesie is de aantrekkingskracht van moleculen van verschillende soorten.  Nee, kristallen kunnen microscopisch klein zijn, maar dat hoeft niet. Keukenzout zijn ook kristallen en kun je gewoon zien. Reservoir, stijgbuis, schaalverdeling. We meten de temperatuur in graden Celcius, $\degree \textrm{C}$. Het meetbereik is het verschil tussen de hoogste en de laagste temperatuur die een bepaalde thermometer kan meten. TOELICHTING: Een koortsthermometer kan een temperatuur meten tussen de 28,5 en de 43,1 $\degree \textrm{C}$. Hoger of lager is niet nodig; een koorts hoger dan 43,1 $\degree \textrm{C}$ overleef je namelijk niet!Het meetbereik van deze thermometer is dus $43, 1 \, \degree \textrm{C} - 28,5 \, \degree \textrm{C} = 14,6 \, \degree \textrm{C}$. Een weerthermometer kan bijvoorbeeld meten tussen de -30 en de 70 $\degree \textrm{C}$. Het meetbereik is dan 100 $\degree \textrm{C}$. Weerkundigen meten de luchttemperatuur in een kastje waarvan precies beschreven is hoe dit eruit moet zien: een wit kastje die op een hoogte van 1,5 meter geplaatst is waarmee de doorstromende lucht gemeten wordt. Er wordt precies beschreven hoe en waar gemeten moet worden. Infraroodstraling (IR). Bij bevriezen stolt een vloeistof. Er vindt een faseovergang plaats: De fase veranderd van vloeibaar naar vast. Dit schrijf je ook wel op als l → s. Bij rijpen ontstaat er uit een gas een vaste stof. Er vindt een faseovergang plaats: De fase verandert van gas naar vast. Dit schrijf je ook wel op als g→ s. Bij condenseren ontstaat er uit een gas een vloeistof. Er vindt een faseovergang plaats: De fase verandert van gas naar vloeistof. Dit schrijf je ook wel op als g → l. Bij het kookpunt heeft een vloeistof een temperatuur bereikt waarbij de vloeistof naar de gasfase overgaat. Bij koken gaat dan overal in de vloeistof deze verdampen. Dit kun je zien door het ontstaan van belletjes. De temperatuur verandert tijdens het koken niet; bij water blijft deze tijdens koken 100 $\degree \textrm{C}$. Het kookpunt is een stofeigenschap. Zowel het kookpunt als het vriespunt zijn stofeigenschappen. Een zuivere stof bestaat uit één (1) soort moleculen. Een mengsel bestaat uit minimaal twee (2) verschillende soorten moleculen. Condenseren is het veranderen van damp in vloeistof. Condenseren is dus een faseovergang. Moleculen in de gasfase gaan dus over in de vloeibare fase.   Bij een vaste stof trillen de moleculen op hun vaste plaats. Ze bewegen verder niet. De plek waar het deeltje zit, verandert dus niet. Hierdoor heeft een vaste stof een vaste vorm en een vast volume; dat betekent dus dat de vorm en het volume niet zomaar kan worden veranderd.   Bij een gas bewegen de moleculen heel snel kriskras door elkaar heen. Tussen de moleculen zit heel veel ruimte. De moleculen bewegen los van elkaar. De moleculen beïnvloeden elkaar niet, tenzij ze tegen elkaar aanbotsen. Een gas neemt alle ruimte in dat mogelijk is. Een gas heeft dus geen vaste vorm en ook geen vast volume: een gas kun je daarom samenpersen.   De moleculen van een zuivere stof zijn allemaal hetzelfde. Ze hebben daarmee allemaal dezelfde eigenschappen. De moleculen kunnen op een nette manier op elkaar gestapeld worden. Hierdoor ontstaat er een kristalrooster en daarmee een kristalstructuur.   Met ijken wordt bedoeld dat er een schaalverdeling wordt gemaakt. Hiervoor moeten twee punten gekozen worden waarvan je de temperatuur heel zeker weet. We gebruiken hiervoor het vriespunt en het kookpunt van water: er is namelijk afgesproken dat het vriespunt 0 $\degree \textrm{C}$ is, en het kookpunt van water op 100 $\degree \textrm{C}$ is. Een thermometer kun je op deze manier dus ijken door deze eerst in ijswater te doen; je ziet dat de inhoud van de thermometer ‘krimpt’. Daar zet je een markering. Daarna doe je dezelfde thermometer in kokend water; je ziet dat de inhoud van de thermometer stijgt. Ook daar zet je een markering.Vervolgens kan er een schaalverdeling worden gemaakt door de afstand tussen de twee markeringen te meten en te verdelen.   vast naar vloeibaar: smelten s → l vloeibaar naar vast: stollen l → s vloeibaar naar gas: verdampen l → g gas naar vloeibaar: condenseren g → l vast naar gas: sublimeren s → g gas naar vast: rijpen g → s Een kristal ijs (water) heeft 6 punten en veel tussenruimte. Hierdoor neemt een molecuul water in de vaste vorm meer ruimte in dan in de vloeibare fase. (De kristalvorming ontstaat al bij 4 $\degree \textrm{C}$, maar er ontstaat nog geen kristalstructuur. Water heeft bij 4 $\degree \textrm{C}$ de grootste dichtheid.)   Bij smelten gaat ijs (gestold water)van de vaste naar de vloeibare fase, bij bevriezen wordt vloeibaar water een vaste stof (ijs). Deze faseovergang vindt plaatst bij dezelfde temperatuur. (Een ander voorbeeld is het kook- en condensatiepunt van een stof. Ook dit ligt bij dezelfde temperatuur.)   Vriespuntsdaling (oftewel het vriespunt verlagen) krijg je door bijvoorbeeld zout toe te voegen aan water. Het vormen van een kristalrooster kost energie. Hiermee kun je het vriespunt verlagen.   Het kookpunt is de temperatuur waarbij een zuivere stof van de vloeibare fase naar de gasfase overgaat. Een zuivere stof bestaat uit één molecuulsoort. Tijdens deze fase overgang verandert de temperatuur niet. Een kooktraject kun je waarnemen bij een mengsel. Tijdens de faseovergang van de vloeibare fase naar de gasfase neemt de temperatuur bij een mengsel geleidelijk toe. Er is dus niet sprake van een verandering van temperatuur, wat bij een kookpunt hoort. Bij de faseovergang s → l gaan de moleculen harder bewegen door de energie uit hun omgeving. De moleculen bevinden zich niet meer op een vaste plek, maar bewegen langs elkaar heen. De kristalstructuur verdwijnt en daarmee ook de vaste vorm. Het volume zal door de toename in beweging ook iets toenemen (een uitzondering is de stof water; vloeibaar water heeft bij 4 $\degree \textrm{C}$ een grotere dichtheid dan ijs).   Bij de faseovergang g → s is er sprake van rijpen. De deeltjes in de gasfase gaan direct over in een vaste stof. Er ontstaat een kristalrooster en daarmee een nette ordening. kenmerkend zijn bijvoorbeeld ijsbloemen op ruiten. De vorm en het volume liggen door de nette ordening vast en het volume is ten opzichte van de gasfase kleiner geworden.   Je antwoord moet de volgende stappen bevatten: Plaats een thermometer in een bak met ijswater en zie hoe de vloeistof in de stijgbuis krimpt.  Markeer de hoogte van de vloeistof in de stijgbuis Plaats dezelfde thermometer in kokend water en zie hoe de vloeistof in de stijgbuis uitzet. Markeer de hoogte van de vloeistof in de stijgbuis Meet de afstand tussen beide markeringen; geef hier het minimum en het maximum aan. Verdeel de gemeten afstand in gelijkmatige delen en benoem waarden. 1) s → l (smelten) 2) l → s (stollen) 3) l → g (verdampen) 4) g → l (condenseren) 5) s → g (sublimeren) 6) g → s (rijpen) Bij verdampen gaat een deeltje in de vloeibare fase over in de gasfase. Het deeltje gaat harder trillen en bewegen. Door de faseovergang is er veel energie in de omgeving, waardoor het deeltje vrij beweegt in de ruimte. Er zitten geen andere deeltjes naast behalve de deeltjes waar het deeltje tegenaan botsts. Er bestaat veel ruimte tussen de moleculen; dit noemen we de intramoleculaire ruimte. Zowel de vorm als het volume zijn veranderd: bij een gas ligt het volume en de vorm niet vast, terwijl bij een vloeistof alleen maar de vorm niet vast ligt en het volume wel.