4. Stoffen en materialen

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo b, k, t
• Leerjaar 3

Materialen in onze omgeving

• Een materiaal is een stof, of een combinatie van stoffen, bestemd om verwerkt te worden tot een gebruiksvoorwerp.  

plaatmaterialen

metalen

legeringen (lijst)

Metalen en corrosie

• Metalen kunnen worden aangetast door corrosie.
  Ze reageren dan met zuurstof (oxideren)
  Dit gaat het snelst in aanwezigheid van water
• Bij ijzer noem je dat roesten
  
  
•  Metalen die dat gemakkelijk doen zijn onedel.
• Natrium is een zeer onedel metaal
  ijzer is onedel
  
  
• Metalen die dat niet gemakkelijk doen zijn edel
•  Zilver is edel, goud en platina zeer edel
  
  
•  Een metaal kan beschermd worden door:
• galvaniseren (laagje zink)
• verven
  
  
• Sommige metalen corroderen niet onder het buitenste laagje. Aluminium, lood, tin en zink
• andere wel. Ijzer kan doorroesten

da's zonde

Verspanen en verbinden

Bij verspanen verandert de vorm en haal je materiaal weg

lassen is een manier om stukken metaal aan elkaar te verbinden

k - a - r - e n

Atomen en Moleculen

Materialen bestaan vaak uit meerder stoffen

Een stof bestaat uit moleculen

Een molecuul is opgebouwd uit één of meerdere atoomsoorten

Link

Stoffen, Moleculen en temperatuur

• Stoffen kunnen voorkomen in drie fasen.
  vast, vloeibaar en gasvormig>
• Dit is afhankelijk van de temperatuur 
• animatie 
   
•  Stoffen kunnen ook uitzetten of krimpen
• Ook dit is afhankelijk van de temperatuur
• animatie  

Temperatuurschalen

Celsius

•         

Kelvin  

 

• Celsius naar Kelvin = +273
• Kelvin naar Celsius = -273

een thermometer is een vloeistofreservoir met een stijgbuis.

Als de temperatuur stijgt, zet de vloeistof uit en komt hoger in de stijgbuis

1

Ijs smelt en water stolt 'altijd' bij dezelfde temperatuur.

Celsius noemde dit 0 graden celsius.

2

Water kookt ook 'altijd' bij dezelfde temperatuur.
Celsius noemde dit 100 graden celsius

3

4

5

6

7

8

Stofeigenschappen

• Hoeveel woorden kon je maken met slechts een paar letters?
  a, s, t, r, e
  
  
• Er bestaan miljoenen verschillende stoffen.
  
• Al deze stoffen zijn opgebouwd uit de ongeveer 40 veel voorkomende atoomsoorten.
• Zoals ieder woord een andere betekenis heeft , heeft iedere stof andere eigenschappen.

Stofeigenschappen

• Water kan  vloeibaar zijn maar ook vast of gas.
• Water van 20 graden Celsius is altijd vloeibaar
  
  
• Water kan allerlei temperaturen hebben
• water van 0 graden is aan het bevriezen
• Water van 100 graden kookt

Deeltjes en fasen

water van beneden de 0 graden Celsius heeft een vaste vorm. Ijs.

• Stoffen kunnen afhankelijk van de temperatuur in verschillende toestanden voorkomen. We noemen dit fasen.

Als het ijs een temperatuur van boven de 0 graden krijgt smelt het. De fase wordt dan vloeibaar.

water van 100 graden kookt. De vloeibare fase gaat over in de gasfase.

De waterkringloop

Het water in de zee is vloeibaar.

Door de warmte van de zon verdampt het en wordt waterdamp (gas)

1

Als in hogere luchtlagen de temperatuur daalt condenseert het water weer (vloeibaar). Er ontstaan druppels die als ze zwaar genoeg zijn naar beneden vallen (regen)

2

Als het nog kouder wordt kan de waterdamp zelfs overgaan in de vaste vorm. Het gaat sneeuwen.

3

Sneeuw zal uiteindelijk weer ontdooien (smelten) en met het regenwater via beekjes en rivieren terugstromen naar de zee.

4

Fase-overgangen

Alle faseovergangen hebben hun eigen naam

Van vast naar vloeibaar = smelten

Van vloeibaar naar vast = stollen

Van vloeibaar naar gas = verdampen

Van gas naar vloeibaar = condenseren

Van vast naar gas = sublimeren (vervluchtigen)

Van gas naar vast = rijpen

Fasen en deeltjes

• De fase waarin een stof zit wordt bepaald door de beweeglijkheid van de kleinste deeltjes (moleculen of atomen)
  
  
• Hoe hoger de temperatuur hoe harder de deeltjes bewegen
  
  
• Hoe harder de deeltjes bewegen hoe meer ruimte en vrijheid ze nodig hebben

gas

1

vloeibaar

2

vast

3

Animatie

Zuivere stof en mengsel

• Een zuivere stof bestaat uit één soort moleculen
  
  
• Een mengsel bestaat uit twee of meer soorten moleculen

Warmte, temperatuur en faseovergangen

• Als je aan een stof warmte toevoegt
  stijgt de temperatuur
• Om de temperatuur te laten dalen moet
  warmte worden afgevoerd
  
  
• Als je aan (zuiver) ijs van -20 graden Celsius
  warmte toevoegt stijgt de temperatuur
• Bij 0 graden gaat het ijs smelten
  het wordt vloeibaar water.
• Bij 100 graden gaat het water koken
  
• Een zuivere stof heeft een smelt-/stolpunt
  en een kook-/condensatiepunt
  
  
• Als je een vloeistofmengsel afkoelt gaat het
  op een gegeven moment stollen
• tijdens het stollen daalt de temperatuur licht
  verder.
• Een mengsel heeft een stol-/smelttraject
  
• Een mengsel heeft een kook-/condenstietraject

1

2

faseovergangen en warmte

Warmte nodig voor:

• smelten
• verdampen
• vervluchtigen (sublimeren)
  
  

Warmte komt vrij bij:

• stollen
• condenseren
• rijpen

Zwaar en licht (dichtheid)

Animatie

• De massa van een voorwerp wordt bepaald door het aantal (en de grootte van) moleculen.
• Maar wat is dan zwaarder? Hout of ijzer?
• Een houten boot is zwaarder dan een ijzeren spijker.
• Toch zou je denken dat ijzer zwaarder is.
• Ijzer zinkt in water, hout drijft.
  
  
• Om eerlijk te vergelijken moeten we kijken naar gelijke volumes (bv 1 cm³)
  
  
• We kijken dan naar de dichtheid.
• De dichtheid van een stof is de massa van 1cm³ van die stof
  
  
• Dichtheid is een stofeigenschap.
• Het ijzer van de Eiffeltoren heeft dezelfde dichtheid als het ijzer van het kleinste spijkertje
  
  
• onderzeeër

samenvatting

Dichtheid berekenen

tabel

• Om de dichtheid te berekenen moet je
  de massa en het volume weten.
• De massa kun je bepalen met een balans
• Het volume van regelmatige voorwerpen kun je berekenen.
• bv Een balk: lengte x breedte x hoogte
• Van onregelmatige voorwerpen (bv een steen) moet dat anders
  
  of
  
  
• Als je massa en volume weet kun je de dichtheid berekenen met
  
  dichtheid = massa : volume

De onderdompelmethode

De overloopmethode

Gevaarlijke stoffen

stoffen kunnen om verschillende redenen gevaarlijk zijn.

• brandbaar
• explosief
• bijtend
• giftig
• of zelfs dodelijk 
  
  
  
  
  
  
  
  
  
• tabel 31 in BINAS 
• gifwijzer in de lade 

veiligheidskaart

Als je met een chemische stof moet werken lees je eerst de veiligheidskaart 

pictogrammen

Met picto's wordt op de verpakking al een hoop informatie gegeven

Stoffen in het milieu

afval

De hoeveelheid huishoudelijk afval per inwoner is sinds 1950 verviervoudigd

Wat gooien we dan precies allemaal weg?

Wat doen we ermee?

Steeds "groener"

The ocean cleanup