Samenvatting · Natuurkunde · havo 2 Stoffen, meten en temperatuur

Samenvatting: Stoffen, meten en temperatuur

Stoffen herkennen

Een stof kun je herkennen aan stofeigenschappen. Voorbeelden zijn kleur, geur, dichtheid en de fase waarin een stof voorkomt. Wasbenzine, water en alcohol zijn bijvoorbeeld alle drie heldere, kleurloze vloeistoffen. Je kunt ze dus niet alleen aan hun uiterlijk herkennen.

• Sommige stoffen hebben een kenmerkende geur.
• Ruik voorzichtig aan onbekende stoffen: haal de dop eraf, wuif damp met je hand naar je neus en snuif een klein beetje op.
• Dit is belangrijk omdat dampen de slijmvliezen van neus en longen kunnen irriteren.

Veel stoffen in huis zitten in verpakkingen, zoals schoonmaakmiddelen, medicijnen, brandstoffen en voedingsmiddelen. Op een verpakking kunnen ingrediënten, waarschuwingen en gevarensymbolen staan.

Zuivere stoffen en mengsels

Een zuivere stof bestaat uit één soort moleculen. Een molecuul is een heel klein deeltje waaruit een stof bestaat.

• Zuiver water bestaat alleen uit watermoleculen.
• Kristalsuiker bestaat alleen uit suikermoleculen.
• Keukenzout zonder toegevoegd jodium is een zuivere stof.

Een mengsel bestaat uit verschillende soorten moleculen. De meeste stoffen die je thuis gebruikt, zijn mengsels.

Op een fles mineraalwater kan “zuiver mineraalwater” staan. Daarmee wordt bedoeld dat het water veilig is om te drinken en niet verontreinigd is met gevaarlijke stoffen of bacteriën. Scheikundig gezien is het toch een mengsel.

Oplossingen en suspensies

Een oplossing is een helder mengsel waarin een stof volledig is opgelost. De moleculen van de opgeloste stof verspreiden zich tussen de moleculen van het oplosmiddel.

Als suiker oplost in water:

Voorbeelden van oplossingen zijn thee, frisdrank, sportdrank, parfum en deodorant.

Een suspensie is een vloeistof waarin een fijnverdeeld poeder zweeft. Een suspensie is troebel en kan na een tijdje ontmengen. De vaste deeltjes zakken dan naar de bodem.

• Verf is een suspensie.
• Daarom staat op een blik verf vaak dat je moet roeren voor gebruik.
• Staat er “schudden voor gebruik” of “roeren voor gebruik”, dan is de stof vaak een suspensie.

Moleculen en het deeltjesmodel

Moleculen zijn zeer klein. Hun grootte wordt vaak uitgedrukt in nanometer.

Een watermolecuul heeft ongeveer een diameter van $0,15\mathrm{nm}$. Een suikermolecuul heeft ongeveer een diameter van $1\mathrm{nm}$.

Het deeltjesmodel helpt om te verklaren hoe stoffen zich gedragen. Een stof bestaat steeds uit dezelfde moleculen, maar de moleculen bewegen anders in een vaste stof, vloeistof of gas.

Water kan in drie fasen voorkomen:

• Vaste stof: ijs, sneeuw, hagel en rijp.
• Vloeistof: water in regen, dauw en mistdruppels.
• Gas: waterdamp.

Waterdamp is onzichtbaar. De zichtbare “wolk” uit je mond bij koud weer bestaat uit kleine waterdruppeltjes: een nevel. Die ontstaat doordat waterdamp uit je warme adem afkoelt.

Kristallen, cohesie en adhesie

Veel vaste stoffen hebben een vaste, regelmatige structuur: een kristalrooster. In zo’n rooster heeft elk molecuul een vaste plaats. IJs heeft een kenmerkende zeshoekige kristalstructuur. Daarom hebben sneeuwvlokken vaak een zeshoekige vorm.

Cohesie is de aantrekkingskracht tussen moleculen van dezelfde stof. Door cohesie blijven watermoleculen dicht bij elkaar en kan water een druppel vormen.

Adhesie is de aantrekkingskracht tussen moleculen van verschillende stoffen. Adhesie speelt bijvoorbeeld een rol wanneer water aan een oppervlak blijft hangen.

Stoffen scheiden

Bij extraheren haal je bepaalde stoffen uit een mengsel met een oplosmiddel. Bij koffiezetten lossen geur-, kleur- en smaakstoffen uit gemalen koffie op in heet water. Het hete water is dan het oplosmiddel.

Daarna kun je het mengsel filtreren. Een filter heeft kleine openingen:

• Opgeloste stoffen en vloeistof kunnen door het filter.
• Grote vaste deeltjes blijven in het filter achter.

Bij koffiezetten:

• De doorgelopen koffie heet het filtraat.
• Het koffiedik dat in het filter achterblijft heet het residu.

Massa en gewicht

De massa is een maat voor de hoeveelheid stof in een voorwerp. Je meet massa met een weegschaal.

De eenheid van massa is kilogram ($\mathrm{kg}$). Belangrijke omrekeningen zijn:

Gewicht is iets anders dan massa. Gewicht is de kracht waarmee een voorwerp aan je handen trekt of op de ondergrond drukt. De massa van een astronaut blijft op de maan gelijk, maar het gewicht is daar kleiner door de zwakkere zwaartekracht.

Volume

Het volume is de ruimte die een voorwerp of hoeveelheid stof inneemt. Het volume van een vloeistof meet je bijvoorbeeld met een maatcilinder. Lees een maatcilinder af met je ogen op dezelfde hoogte als het vloeistofoppervlak.

Belangrijke volume-eenheden:

Voor een rechthoekig voorwerp geldt:

Hierbij is $V$ het volume in $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$, en zijn $l$, $b$ en $h$ de lengte, breedte en hoogte in $\mathrm{cm}$.

Voor een cilinder geldt:

De straal $r$ is de helft van de diameter.

Dichtheid

De dichtheid geeft aan hoeveel massa een stof heeft per volume van $1\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$. Dichtheid is een stofeigenschap: elke stof heeft een eigen dichtheid.

Hierbij is:

• $\rho$ de dichtheid in $g/c{\mathrm{m}}^3$;
• $m$ de massa in $\mathrm{g}$;
• $V$ het volume in $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$.

De dichtheid is dan $8,5g/c{\mathrm{m}}^3$. Dat past bij messing.

Een voorwerp in water:

• drijft als de dichtheid kleiner is dan $1,0g/c{\mathrm{m}}^3$;
• zinkt als de dichtheid groter is dan $1,0g/c{\mathrm{m}}^3$;
• zweeft als de dichtheid precies $1,0g/c{\mathrm{m}}^3$ is.

Vurenhout heeft een dichtheid van $0,58g/c{\mathrm{m}}^3$ en drijft dus op water. Zilver heeft een grotere dichtheid dan water en zinkt.

Temperatuur meten

De temperatuur geeft aan hoe warm of koud iets is. De eenheid is graad Celsius (${}^{\circ }\mathrm{C}$).

Een vloeistofthermometer werkt doordat de vloeistof uitzet als de temperatuur stijgt. De vloeistof stijgt dan in de smalle buis. De schaalverdeling geeft de temperatuur aan.

De Celsius-schaal is gebaseerd op water:

• Smeltend ijs heeft een temperatuur van $0{}^{\circ }\mathrm{C}$.
• Kokend water heeft een temperatuur van $100{}^{\circ }\mathrm{C}$.

Het meetbereik is het verschil tussen de laagste en hoogste temperatuur die een thermometer kan meten. Een thermometer met meetbereik van $-20{}^{\circ }\mathrm{C}$ tot $120{}^{\circ }\mathrm{C}$ kan temperaturen binnen dat gebied meten.

Een thermometer voor de luchttemperatuur moet in de schaduw hangen. In de zon warmt de thermometer zelf op en meet hij een te hoge temperatuur. Daarom hangt een weerthermometer ongeveer $1,5\mathrm{m}$ boven de grond in een wit kastje met openingen voor de wind.