Wikijunior:Natuurkunde/Bouw van de materie

Gezocht: Wikibookianen die een beroep hebben waar natuurkunde bij gebruikt wordt en die in het hoofdstuk "Einde" heel kort iets willen vertellen over hun beroep.

Faseovergangen

Fasen

De meeste stoffen kunnen voorkomen in drie verschillende fasen: als vaste stof, als vloeistof en als gas. De fasen vast, vloeibaar en gas ken je wel van water: water kom je tegen als ijs (vast), als vloeibaar water (zoals je het drinkt) en als waterdamp (gas).

De gasvormige fase van water noemen we dus waterdamp in plaats van watergas. Het woord ‘damp’ gebruik je bij stoffen die onder gewone omstandigheden ook vloeibaar of vast kunnen zijn. De gasvormige benzine, die je bij een benzinestation kan ruiken, heet benzinedamp. Maar zuurstof, dat bij ongeveer 20 graden en gewone druk alleen als gas voorkomt, noem je gas.

Waterdamp is onzichtbaar. Je kunt niet zien, dat we waterdamp ook uitademen. Je ziet het pas als de damp condenseert, wat gebeurt als het erg koud is. Het witte nevelwolkje dat je uitademt, bestaat uit heel kleine waterdruppeltjes. Ze zijn goed te zien, terwijl de waterdamp zelf niet zichtbaar is.

Atomen en moleculen

Moleculen

Watermolecuul H₂O.

Veel stoffen bestaan uit moleculen, heel kleine deeltjes. In een zuivere stof komt slechts één soort molecuul voor. Zuiver water bijvoorbeeld bestaat uit watermoleculen die allemaal hetzelfde zijn, en verschillen van de moleculen van andere zuivere stoffen. Zo ziet een watermolecuul er anders uit dan een methaanmolecuul.

Een glas water uit de kraan bestaat vooral uit watermoleculen, maar er komen ook andere in voor. Scheikundig gezien is kraanwater niet zuiver, maar een mengsel van verschillende stoffen. Bij scheikundeproeven wordt daarom vaak gedestilleerd water gebruikt, omdat daarin maar heel weinig andere moleculen zitten.

Een molecuul is opgebouwd uit atomen. Eén watermolecuul bijvoorbeeld bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom, en een methaanmolecuul bestaat uit vier waterstofatomen en één koolstofatoom. Een atoom is dus een nog kleiner deeltje dan het molecuul waarvan het deel uitmaakt.

De bouw van een atoom

Een atoom bestaat uit een kern met daaromheen een aantal elektronen. Het is niet mogelijk een precieze voorstelling van een atoom te maken. Daarom wordt er een model gemaakt van een atoom. In het gangbare atoommodel cirkelen de elektronen om de kern heen, zoals planeten om de zon. In een verfijning van dit model worden de banen van elektronen nog het beste vergeleken met de bladen van een draaiende ventilator.

De kern van het atoom is veel kleiner dan het atoom zelf. De kern zelf is opgebouwd uit twee soorten deeltjes: protonen en neutronen. Alleen de kern van waterstofatomen heeft één proton en geen neutronen.

Protonen

Een proton is heel klein en weegt heel weinig: 1,673×10^-27 kg, dat is 1,673 gedeeld door een 1 met 27 nullen! Een proton heeft bovendien een heel kleine positieve lading.

Neutronen

Neutronen vormen samen met protonen de kern van een atoom. De massa van een neutron is bijna even groot als die van een proton. Een neutron heeft geen elektrische lading en is dus neutraal.

Elektronen

Een elektron is een negatief geladen deeltje. De massa van een elektron is nog kleiner dan die van een proton of een neutron: ongeveer 1800 keer zo klein. De lading van een elektron is even groot als, maar tegengesteld aan de lading van een proton: twee elektronen stoten elkaar even sterk af als twee protonen. In een atoom zonder elektrische lading zijn er precies evenveel protonen als neutronen aanwezig.

De atomen van één element

De atomen van één element hebben allemaal hetzelfde aantal protonen. Elk koolstofatoom heeft er 6, elk zuurstofatoom 8 en elk aluminiumatoom 13.

Het aantal elektronen is even groot als het aantal protonen. Daardoor is elk atoom als geheel genomen neutraal: de positieve lading van de atoomkern wordt exact gecompenseerd door de negatieve lading van de elektronen. De aantrekkingskracht tussen de positieve kern en de negatieve elektronen zorgt ervoor dat de elektronen bij de kern blijven en niet zomaar alle kanten op kunnen bewegen.

De atomen van één element kunnen wel een verschillend aantal neutronen hebben. De meeste koolstofatomen hebben bijvoorbeeld 6 neutronen, maar er zijn ook koolstofatomen met 7 of 8 neutronen. Je zegt dat er van koolstof verschillende isotopen bestaan.

Ionen

Zowel moleculen als atomen kunnen er een elektron bij krijgen. Dan krijgt het deeltje een negatieve elektrische lading. Het wordt dan een ion genoemd. Het kan zelfs meer dan één elektron erbij krijgen. Ook kan het juist een of meer elektronen kwijtraken, dan krijgt het deeltje een positieve lading. In de notatie geven we dit als volgt weer: Fe³⁺ is een ijzerion met drie elektronen minder dan een gewoon ijzeratoom, O^2– is een zuurstofion met twee extra elektronen.

Ionen komen veel voor in oplossingen. Een molecuul splitst zich vaak in twee ionen als het in water oplost.

Model van een stof

In de natuurkunde wordt het volgende model van een stof veel toegepast:

• de moleculen van een stof veranderen niet als een stof van fase verandert. Ze blijven hetzelfde.
• de moleculen bewegen sneller als de temperatuur hoger wordt
• de moleculen van een stof trekken elkaar aan. De aantrekkingskracht wordt sterker als de moleculen dicht bij elkaar zitten, als ze bij elkaar vandaan bewegen, wordt deze zwakker

Met het model van de stof kun je de fasen zo voorstellen:

• Vast: de moleculen trillen rond een vaste evenwichtsstand. Want iedere molecuul heeft een vaste plaats. De afstand tussen de moleculen is klein en de aantrekkingskracht groot.
• Vloeibaar: de moleculen bewegen langs elkaar: ze hebben geen vaste plaats meer. De onderlinge aantrekkingskracht is een stuk kleiner, maar toch nog voldoende om de moleculen bij elkaar te houden.
• Gas: de moleculen bewegen los van elkaar. De afstand tussen de moleculen is groot, de aantrekkingskracht is klein.

Kristallen

Veel vaste stoffen vormen een kristal. Als je suiker onder een microscoop bekijkt, zie je een regelmatige vorm. Ook de grensvlakken zijn mooi vlak.

Kristallen hebben een vaste vorm, wat je kunt verklaren met het model van een stof. Omdat de moleculen allemaal gelijk zijn, kunnen ze op een regelmatige manier worden ‘gestapeld’, net als sinaasappels in een supermarkt. Zo ontstaat er een kristalrooster waarin elk molecuul een vaste plaats heeft. De onderlinge aantrekkingskracht tussen de moleculen zorgt ervoor dat ze aan elkaar blijven zitten.

De kristallen van een vaste stof zijn meestal heel klein, zodat ze nauwelijks opvallen. Je kunt de kristalstructuur dan niet goed zien. Soms echter bestaat een stuk stof uit grote kristallen die aan elkaar vastgegroeid zijn. Dat kun je bijvoorbeeld zien bij kandijsuiker. Daarvan is de kristalstructuur goed te zien. Maar de stof is in zijn geheel eigenlijk een groot kristal!

Faseovergangen

Er zijn zes faseovergangen:

• stollen/bevriezen (vloeistof wordt vaste stof)
• smelten (vaste stof wordt vloeistof)
• condenseren (gas wordt vloeistof)
• verdampen (vloeistof wordt gas)
• sublimeren (vaste stof wordt gas)
• rijpen (gas wordt vaste stof)

Smelten en stollen

Als de temperatuur van een vaste stof stijgt, gaan de moleculen meer trillen. De afstand tussen de moleculen wordt dan groter en de onderlinge aantrekkingskracht wordt kleiner. Bij een bepaalde temperatuur trillen de moleculen zo hevig dat ze niet meer op hun eigen plaats blijven. De stof wordt dan vloeibaar, smelt. En als de temperatuur daalt, kunnen de moleculen weer op 1 plaats vasthouden. De stof stolt.

Verdampen en condenseren

In een vloeistof worden de moleculen door hun onderlinge aantrekkingskracht bij elkaar gehouden. Er ontsnappen soms moleculen uit de vloeistof. De snelheid van de moleculen is dan zo groot, dat de aantrekkingskracht van de moleculen ze niet meer in de vloeistof kan houden; de vloeistof verdampt, ofwel gaat over in de gasfase (zie boven).

Als de temperatuur van een gas daalt, wordt de snelheid van de moleculen lager. Uiteindelijk kan de onderlinge aantrekkingskracht de moleculen weer bij elkaar houden; het condenseert. Dit gebeurt bijvoorbeeld als waterdamp tegen een koude ruit in vloeibaar water verandert.

Eigenschappen van stoffen

Mengels en zuivere stoffen

Thuis worden er allerlei stoffen gebruikt. Schoonmaakmiddelen, voedingsmiddelen, brandstoffen, cosmetica enzovoorts.

Dit zijn bijna allemaal mengsels. Op de verpakking staat vaak informatie over de samenstelling ervan. Kijk maar eens zelf op de fles van je shampoo! Zuivere stoffen worden maar een paar keer gebruikt. Bijvoorbeeld keukenzout en suiker.

Eigenschappen van stoffen

Je moet met de zuivere stof werken als je de eigenschappen wilt onderzoeken. Dan weet je zeker dat de ontdekte eigenschappen bij de stof horen.

Sommige eigenschappen van stoffen kun je eenvoudig ontdekken. Bijvoorbeeld de fase, de kleur en de geur. Maar voor andere stofeigenschappen moet je een proef doen. Bijvoorbeeld: de oplosbaarheid in water, de brandbaarheid en of het elektriciteit geleidt.

Het smeltpunt van stoffen

Een zuivere stof smelt bij dezelfde temperatuur. Altijd. Die temperatuur is het smeltpunt van de stof. Hieronder staat een overzicht van smeltpunten van stoffen:

• ethanol (-114 graden Celcius)
• kwik (-39 graden Celcius)
• water (0 graden Celcius)
• stearinezuur‎ (69 graden Celcius)
• lood (328 graden Celcius)
• keukenzout (801 graden Celcius)
• ijzer (1538 graden Celcius)
• wolfraam (3422 graden Celcius)

Stearinezuur begint te smelten als de temperatuur 69 graden is. Zolang het zuur smelt blijft het 69 graden. Pas als het zuur volledig is gesmolten, stijgt de temperatuur verder. En als het afkoelt, gebeurt het omgekeerde. Als het weer 69 graden is, begint het zuur te stollen. Pas als het zuur volledig is gestold, daalt de temperatuur verder.

Het kookpunt van stoffen

Kokend water

Als water wordt verhit, gaat de vloeistof uiteindelijk koken. Overal in de vloeistof komen dan dampbellen. Ze bewegen naar het oppervlak waar ze uiteindelijk uit elkaar barsten. Dus het water verdampt overal in de stof. En zolang de vloeistof kookt, blijft de temperatuur hetzelfde.

Als je water kookt boven op een berg, kookt het eerder dan in het dal. Dat komt doordat de luchtdruk boven op een berg lager is dan in het dal. De dampbellen kunnen gemakkelijker ontsnappen.

De temperatuur waarbij een vloeistof kookt, het kookpunt, is dus afhankelijk van de luchtdruk. Als standaard wordt een kookpunt gegeven bij een druk van 1 atmosfeer. Hieronder staat een overzicht van kookpunten van stoffen.

• stikstof (-196 graden Celcius)
• ether (35 graden Celcius)
• aceton (56 graden Celcius)
• ethanol (78 graden Celcius)
• water (100 graden Celcius)
• olijfolie (297 graden Celcius)
• kwik (357 graden Celcius)

Dichtheid

Het is voor iedereen duidelijk dat lood en ijzer een zwaardere stoffen zijn dan aluminium. Daarom worden vliegtuigen van aluminium gemaakt en niet van ijzer, en al helemaal niet van lood. Maar wat betekent dat nu precies? Als je een kilo lood afweegt en ook een kilo aluminium, dan zijn beide hoeveelheden even zwaar. Maar wel is een kilo lood veel kleiner dan een kilo aluminium. Voor een goede vergelijking moeten we dus van beide stoffen een even grote hoeveelheid nemen, bijvoorbeeld van beide een liter (1 dm³). Dan blijkt een liter lood 11,3 kilogram te wegen en een liter aluminium 2,8 kilogram.

Maar er is iets raars. Als ik de liter lood in Afrika weeg, blijkt het gewicht iets kleiner en ook de liter aluminium is iets lichter. Dat heeft als belangrijkste oorzaak de aantrekkingskracht van de aarde. Die is niet overal op aarde hetzelfde en het gewicht is juist deze aantrekkingskracht.

De eigenschap van een stof die maakt dat een liter lood zwaarder is dan een liter aluminium heet massa. Het is de massa die door de aarde wordt aangetrokken en het gewicht bepaald. Een liter lood heeft een grotere massa dan een liter aluminium, zelfs wel 4 keer groter. Voor het vergelijken van stoffen wordt de massa van 1 dm³ opgegeven of van 1 cm³. Officieel zelfs van 1 m³, maar dat zijn onpraktisch te bepalen getallen.

Hoe bepaal je nu de massa en waarin wordt de massa uitgedrukt? Eigenlijk is de gram en dus ook de kilogram een maat voor de massa. We doen dus voorlopig gewoon of we door wegen de massa bepalen

De massa per volume-eenheid heet de dichtheid van de stof. Die geeft aan hoe ‘zwaar’ of ‘licht’ stoffen zijn (aantal gram per cm³). Goud heeft een grotere dichtheid dan aluminium: 1 kubieke cm goud is zwaarder dan 1 kubieke cm aluminium.

Gevaarlijke stoffen

In het huishouden worden een heleboel gevaarlijke stoffen gebruikt. Sommige stoffen vliegen gemakkelijk in brand. Die zijn licht ontvlambaar. Ook zijn er irriterende stoffen. Die kunnen je huid of je ogen beschadigen. Ook moet je stoffen die je gebruikt nooit inslikken! Jij doet dat waarschijnlijk niet, maar kleine kinderen...? Daarom moet je deze stoffen ergens opbergen waar ze er niet bij kunnen.

Toch kunnen ze nog een giftige stof binnenkrijgen. Daarom kun je een gifwijzer halen bij de apotheek of van Internet halen. Hierop staat wat je moet doen als iemand zo’n stof binnenkrijgt.

Kindveilige sluitingen

Kindveilige sluitingen zijn er, omdat (kleine) kinderen de fles dan niet kunnen openkrijgen omdat de stof vaak giftig of schadelijk is.

Etiketten

Op de verpakking van een gevaarlijke stof moet altijd een etiket staan. Dat is wettelijk verplicht. Die etiketten zie je bij een heleboel stoffen.

Er wordt eerst altijd vermeld om welke stof het gaat. Ook de concentratie van de stof staat erbij. Voorbeeld: je hebt een fles met 1 liter schoonmaakazijn. De concentratie is 8 volume-procent. De oplossing bevat 80 mL azijnzuur. 8 procent van het volume. De rest is water.

De informatie wordt niet voor niets vermeld. Als de concentratie hoog is, is het heel gevaarlijk. Met geconcentreerd azijnzuur (98%) moet je echt HEEL voorzichtig zijn. Met schoonmaakazijn (8%) is het veel minder gevaarlijk. En huishoudazijn (4%) kun je gewoon op straat zetten en door de sla doen.

Het gevaar wordt aangegeven door een gevarensymbool. Hier staan er zeven:

• 
  Explosieve stof
• 
  Licht ontvlambaar
• 
  Oxiderende stof
• 
  Giftige stof
• 
  Bijtende stof
• 
  Schadelijke stof
• 
  Milieugevaarlijke stof

Deze symbolen noem je ook wel pictogrammen. Verder kun je er R en S zinnen tegenkomen. R staat voor Risico en de S voor Veiligheid (Safety). Die geeft aan welke maatregelen je moet nemen.

Op een fles spiritus staat een vlammetje. Nu gaan we een proefje doen om je te laten zien dat dat dit tekentje er niet zonder reden op staat. ! Let op, doe deze proef met je ouders erbij!

Proef

Proef: Gevaarlijke stof
Benodigdheden: een druppelflesje spiritus, een indampschaaltje en lucifers Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Druppel tien druppels spiritus in een schoon indampschaaltje. DOE HET FLESJE DICHT EN ZET HET WEG! Heb je het flesje dicht gedaan en weggezet? Steek nu de spiritus in het schaaltje aan. Doe het licht uit en ga op een afstandje staan. Spiritus verbrandt met een blauwe vlam. Zoals je in het hoofdstuk over warmte kunt lezen, dit is dus een volledige verbranding.
Wat heb ik geleerd: de symbolen zijn er niet voor niks.

Veilig werken

Je moet voorzorgsmaatregelen nemen om veilig met stoffen te werken. Met bijtende of irriterende stoffen moet je je hieraan houden:

• veiligheidsbril opzetten
• plastic handschoenen dragen

Bij licht ontvlambare stoffen heb je ventilatie nodig en moet je uit de buurt blijven van vonken en vlammen. Bovendien kun je niet zomaar allerlei schoonmaakmiddelen mengen. Dan ontstaan er misschien giftige gassen. Daarom staan er op sommige schoonmaakmiddelen een speciaal pictogram: niet mengen.

Milieubewust werken

Chemokar.

Veel stoffen zijn schadelijk voor het milieu. Ze mogen niet in het milieu terechtkomen. Spoel dus niks door de gootsteen, maar lever het apart in.

Deze stoffen horen bij het KCA. (Klein Chemisch Afval) Deze berg je op in een milieubox en worden opgehaald met de chemokar. Op de verpakkingen van zulke stoffen staat een speciaal symbool: een prullenbak met een kruis erdoor.

Kou

Stikstof

Bij kamertemperatuur (ongeveer 20°C) is water vloeibaar. Bij 100°C wordt het een gas. Er zijn ook stoffen die al een gas zijn bij kamertemperatuur. Als je ze vloeibaar wil maken, moet je ze flink afkoelen, bijvoorbeeld stikstof. Stikstof zit in lucht. Lucht bestaat voor ongeveer 80% uit stikstof. Die krijg je vloeibaar door het af te koelen en onder hoge druk samen te persen. Laat je vloeibare stikstof weer verdampen, dan wordt het heel snel heel koud. Dat verdampen gaat vanzelf bij kamertemperatuur en normale druk.

Proef: Smelten, rijpen en condenseren
Benodigdheden: ijsklontje, waterdamp (bijvoorbeeld kokend water in een waterkoker), adem, de winter Als je ijs smelt, krijg je water. Leg een ijsklontje op je hand. Het ijs 'haalt' de warmte uit je hand. Je hand wordt dan koud en het ijsklontje smelt. Op bijvoorbeeld een velletje papier, smelt het ijs veel langzamer. Dit komt doordat het ijs om te smelten warmte nodig heeft; die warmte wordt onttrokken aan zijn omgeving. De lichaamstemperatuur ligt nu eenmaal hoger (en blijft op peil) dan op het stukje papier. De volgende twee stukken van deze proef kun je het beste in de winter doen. We hebben gezien dat als je water afkoelt, het uiteindelijk bevriest tot ijs. Maar wist je dat het zelfs mogelijk is om waterdamp in één keer te bevriezen? Je ziet dit in de koelkast: de waterdamp uit de producten vormen ijskristallen op de wand. In de winter als het buiten vriest, heeft het raam een lagere temperatuur dan 0 graden, en als er dan waterdamp op komt, bevriest het. Dat heet 'rijp'. Wij ademen ook waterdamp uit. Dat kun je goed zien als je in de winter in de auto tegen een ruit uitademt. Dan wordt de uitgeademde waterdamp weer water!
Wat heb ik geleerd: Water komt in verschillende vormen voor

Koolstofdioxide

Koolstofdioxide zit net als stikstof in de lucht. Door het samen te persen en af te koelen, wordt het vast. Het slaat de vloeibare fase over. Het wordt al gas bij minus 78 graden Celsius. Daar komt de bijnaam 'droogijs' vandaan. Dat wordt veel gebruikt in shows. Je gooit er warmwater over en dat geeft een mooi stoomeffect. Maar koolstofdioxide wordt voor nog meer dingen gebruikt. Met een soort blasting-gun wordt het gebruikt om schoon te maken. Er worden kleine korreltjes droogijs afgeschoten op een object. Het wordt vooral gebruikt om kauwgom van de stoep te spuiten, maar ook voor reinigen van anders moeilijk te bereiken plaatsen in een productiemachine.

Van zacht naar hard

Dingen die fijn, zacht, flexibel en soepel zijn, zoals rozen, kunnen in een vriezer keihard worden.

Proef: Wat gebeurt er als je een roos bevriest?
Benodigdheden: Een roos, een vriezer Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Leg een roos in de vriezer en laat hem bevriezen. Als de bloemblaadjes hard zijn geworden, haal je de roos weer uit de vriezer. Knijp in de rozenblaadjes en ze zullen krakend stukbarsten.
Wat heb ik geleerd: Bevroren materiaal kan andere eigenschappen hebben dan op kamertemperatuur

Als je een stof in een koude omgeving brengt (kouder dan de eigen temperatuur), geeft de stof warmte af, doordat de moleculen langzamer gaan bewegen; de stof wordt hard.

Glas kan plaatselijke kou niet aan

Stel je voor, als je vloeibaar stikstof op één bepaalde plek van een ruit gaat druppelen, zal het glas krimpen. De rest van het glas blijft hetzelfde. Die kan het krimpen niet en uiteindelijk breekt het glas. PROBEER DAT MAAR NIET THUIS, DAT VINDEN JE OUDERS NIET LEUK! EN HET IS OOK NOG GEVAARLIJK.

Niet alleen glas krimpt bij kou. Heel veel stoffen doen dat. Zelfs beton en staal! Vandaar dat hoogspanningsleidingen 's zomers veel losser hangen dan in de winter, en dat er tussen betonnen wegelementen voegen worden voorzien, zodat het beton zonder kapot te gaan kan krimpen en uitzetten.

Chemische reacties

Dit deel is eigenlijk scheikunde. Maar ook als natuurkundige is het goed om er iets van te weten.

Voorbeelden van reacties

• het bakken van een eitje
• het ontwikkelen van een foto
• het aansteken van een lucifer
• het vermengen van gips met water en in een vorm laten uitharden

Maar ook:

• het aanbranden van stokbrood
• het laten verbleken van een boekomslag
• het verroesten van een fiets
• het ontstaan van chloor

Wat gebeurt er dan?

Als er water ontleed wordt, verdwijnt er water en ontstaan er zuurstofgas en waterstofgas. Dit is een voorbeeld van een reactie. Bij de reactie gaan de watermoleculen, die bestaan uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom, kapot en gaan de atomen nieuwe combinaties vormen. Dit gebeurt bij iedere chemische reactie. De oorspronkelijke moleculen gaat kapot, de atomen vormen nieuwe.

Ontleden

Veel stoffen ontleden als ze worden verhit. De moleculen gaan kapot en er ontstaan nieuwe stoffen met nieuwe eigenschappen. Een voorbeeldje: je verhit suiker en dit wordt caramel, wat wordt gebruikt als kleur- en smaakstof. En als je het nog verder verhit, wordt het bovendien nog zwart.

Bij het bereiden van voedsel komen er heel veel van zulke reacties voor. Maar er zijn ook stoffen die ontleden door licht, elektriciteit of straling. Bijvoorbeeld balpeninkt verbleekt onder invloed van UV-straling doordat de kleurstofmoleculen kapotgaan. Water wordt ontleed als je er elektriciteit doorheen laat lopen.

Verkolen

Voorbeeldje: je bakt koekjes, maar die laat je te lang in de oven. De buitenkant verkoolt en wordt pikzwart. Bah. Het ontledingsproces is te ver doorgegaan. De zwarte stof die overblijft, heet koolstof. Daarom heet dit proces ook ‘verkolen’.

Stoffen die kunnen verkolen, worden organische stoffen genoemd. Alle voedingsstoffen, maar ook papier, hout, textiel en plastic zijn organische stoffen.

Verbranden

Vlammen

Om een vuurtje te krijgen heb je drie dingen nodig. Brandstof (bijvoorbeeld hout), zuurstof (zit in de lucht) en de juiste temperatuur (kun je bereiken door er een lucifer bij te houden). Als je een van die drie dingen niet hebt, heb je geen vuur.

Brandstof

We gaan nu vooral kijken naar de brandstof. We gaan er zo een proefje mee doen. De brandstof die we gaan gebruiken, is suiker. We gaan proberen om er een fikkie mee te stoken! Voordat we beginnen, moeten we je wel duidelijk maken dat we niet willen dat jullie alles zomaar in de fik gaan steken! Als je het thuis wil doen, doe het dan alleen met je vader of je moeder in de buurt!

Proef: Vuurdriehoek I
Benodigdheden: suikerklontjes, kristalsuiker, poedersuiker, een eetlepel, drie schoteltjes en lucifers. Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Leg op één schoteltje suikerklontjes, op een tweede kristalsuiker en op de laatste poedersuiker. Probeer nu het schoteltje met de suikerklontjes in brand te steken. Dit lukt niet. Probeer nu de kristalsuiker en de poedersuiker in brand te steken. Ook dit zal niet lukken. Vraag nu aan je vader of moeder om een brandende lucifer vast te houden en strooi een eetlepel poedersuiker over de vlam heen. Nu brandt het wel!
Wat heb ik geleerd: {{{conclusie}}}

Verbranding is een scheikundige reactie tussen brandstof (suiker) en zuurstof. Om de reactie te starten heb je warmte nodig (door de lucifer dus). Bij suikerklontjes kan geen zuurstof komen, doordat de suikerdeeltjes daarvoor te dicht op elkaar liggen en zuurstof is absoluut nodig voor ontbranding. Maar bij de laatste proef waarbij je de poedersuiker over vuur heen strooide, verbrandde het. Het waren allemaal losse suikerdeeltjes en de zuurstof kon overal bij en zo krijg je een enorme brand. Dit kan ook gebeuren bij meel en koffiepoeder.

Juiste temperatuur

Nu behandelen we de juiste temperatuur die je nodig hebt om een brandje te maken. En je vindt ook uit waarom de brandweer altijd met water blust.

Proef: Vuurdriehoek II
Benodigdheden: twee ballonnen, water en lucifers. Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd Blaas een van de ballonnen op en hou er een lucifer onder. Je zult zien dat hij klapt. Boem! Vul nu de tweede ballon met water en hou hier ook een lucifer onder. Dit keer klapt de ballon NIET!
Wat heb ik geleerd: {{{conclusie}}}

De eerste ballon had alleen lucht in zich. Als je er een lucifer onder houdt, smelt het rubber en klapt de ballon. Paf! Maar de tweede had je met water gevuld. Als je daar een vlammetje bij houdt, dan wordt de warmte opgenomen door het water. Het rubber blijft dus op temperatuur en de ballon klapt niet. Dit is ook een van de effecten van het bluswater dat de brandweer gebruikt. Behalve dat natte dingen niet branden, neemt het water zoveel warmte op dat de temperatuur daalt en de brand stopt.

Zuurstof

Net heb je gezien hoe de brandweer blust met water. Maar nu gaan we kijken hoe de brandweer een brandje blust zonder water!

Proef: Vuurdriehoek III
Benodigdheden: bakpoeder, eetlepel, azijn, laag glas, longdrinkglas, waxinelichtje en lucifers. Opgelet: deze proef mag enkel met een volwassene worden uitgevoerd steek het waxinelichtje aan en zet hem in het lage glas. Giet ongeveer 1 cm azijn in het longdrinkglas. Schep nu een eetlepel bakpoeder in het azijn. Het begint de bruisen. Probeer nu de lucht over het waxinelichtje te gieten! Het klinkt gek, maar het kan. Het waxinelichtje gaat direct uit!
Wat heb ik geleerd: {{{conclusie}}}

De bakpoederpoeder en het azijn reageren en er ontstaat koolstofdioxide. Dat is zwaar en blijft in het glas hangen. Het is zwaarder dan lucht en omdat dat zo is, gedraagt het zich ook een beetje als vloeistof en kun je het overgieten in het andere glas. Daardoor wordt de lucht eruit gestuurd en dat zorgt ervoor dat het brandje uitgaat. De zuurstof ontbreekt dan. Soms gebruikt de brandweer om iets te blussen geen water, maar schuim. Zo'n schuimdeken zorgt ervoor dat er geen zuurstof meer bij het vuur kan komen en dan gaat de brand uit. Als thuis je frituurpan in brand staat, blus het dan niet met water! Doe het deksel op de pan of leg een branddeken op de pan, dan kan er geen zuurstof meer bijkomen. Het vuur gaat dan uit.

Corrosie

Veel metalen kunnen worden aangetast door stoffen in de lucht. Dit heet corrosie. IJzer reageert bijvoorbeeld met zuurstof en water uit de lucht. Er ontstaat roodbruine roest.

Roest vormt een korstje op het ijzeroppervlak. Dat korstje laat lucht en water gewoon door, waardoor het ijzer onder de roest ook wordt aangetast. IJzer roest dan na verloop van tijd helemaal door.

Er zijn ook metalen waarop het corrosielaagje afschermt voor verdere aantasting. Bijvoorbeeld aluminium, lood, zink, chroom en nikkel. Hoe lang je ze ook laat roesten, ze worden niet verder aangetast.

Andere metalen, de edelmetalen, zoals goud en zilver, zijn niet gevoelig voor corrosie.