Het verwarmen van ijs

Inleiding:

Je kunt stoffen op allerlei verschillende manieren tegen komen. Als vaste stof, als vloeistof, als gas, maar ook als zuivere stof en als mengsel. Jullie hebben al geleerd dat een zuivere stof een smeltpunt en een kookpunt heeft. 

Neem nou een blokje met ijs met een temperatuur van -4 oC. Als je dit blokje verwarmt bereikt het vanzelf een temperatuur van 0 oC. Bij deze temperatuur gaat zuiver ijs (dus alleen waterdeeltjes) over van de vaste fase naar de vloeibare fase. Vast water bij een temperatuur die hoger ligt dan 0 oC bestaat niet. tegelijkertijd bestaat er ook geen vloeibaar water bij een temperatuur lager dan 0 oC. 
We benoemen hoger dan 0 oC en lager dan 0 oC. maar wat gebeurt er nou bij exact 0 oC? 

Bij 0 oC gaat het water over van de vaste fase naar de vloeibare fase. Het ijsklontje smelt dus. Als je een blokje ijs (100 % water) in een glas doet en je verwarmt dit dan gaat het smelten. Dit smelten gebeurt bij exact 0 oC. Zolang er nog ijs aanwezig is in het glas zal de temperatuur niet hoger worden dan die 0 oC. De temperatuur waarbij een stof over gaat van de vaste fase naar de vloeibare fase (en andersom) heet het smeltpunt. Als een stof over gaat van de vloeibare fase naar de gasvormige fase (en andersom) heet dit het kookpunt.

In de onderstaande afbeelding kun je zien hoe een grafiek eruit ziet van een proef waarbij een vaste stof verwarmd wordt en over gaat van de vaste stof naar een vloeistof en door naar een gas. 

In deze grafiek zie je twee rechte, horizontale, stukken. Deze horizontale stukken zijn de faseovergangen en zijn meteen een teken dat je een zuivere stof hebt.

Wanneer je geen zuivere stof hebt maar een mengsel dan zal je geen temperatuur vinden waarbij de temperatuur constant blijft. Aangezien de ene stof in het mengsel een constante temperatuur houdt bij de faseovergang en een ander niet zal de temperatuur gewoon blijven veranderen. De stof die niet bezig is met een faseovergang wil immers blijven opwarmen. In de onderstaande grafiek zie je een mengsel dat verwarmd wordt van vast, naar vloeistof naar gas. 

Deze grafiek heeft geen horizontale punten maar knikjes in de grafiek zitten. Bij deze knikjes ondergaat het mengsel de faseverandering. Deze faseverandering heet het smelttraject en het kooktraject.

Onderzoeksvraag:

Is het ijs dat je verwarmd hebt een zuivere stof of een mengsel?

Hypothese:

Probeer de onderzoeksvraag te beantwoorden.

Werkwijze:

  1. Maak een tabel waarin je de tijd en de temperatuur noteert. De tijd noteer je in hele minuten en de temperatuur in oC.
  2. Leg de volgende zaken klaar:
    1. thermometer
    2. iets om de tijd te meten
    3. je tabel
    4. pen
    5. het te onderzoeken ijs.
  3. Neem het ijs, in een bekerglas, voor je en pak deze in de hand. De bodem van het bekerglas moet in je handpalm rusten zodat je hand het ijs opwarmt.
  4. Meet de temperatuur van het ijs door te roeren en noteer de temperatuur.
  5. Start de tijd
  6. Noteer iedere minuut de temperatuur, en sla iedere vijfde minuut de meting over. Dus je meet de minuten: 1,2,3,4,-,6,7,8,9,-,11,12,13,14,-......
  7. Stop met meten als al het ijs vloeibaar is geworden of als je een temperatuur van 5 oC bereikt hebt.

Meetresultaten en waarnemingen:

Verwerk je meetresultaten in een grafiek zoals uitgelegd wordt in §7.4. Je mist tussendoor wat metingen maar je tekent een niet-doorbroken lijn in je grafiek.

Conclusie:

Geef antwoord op je onderzoeksvraag.

Vragen bij de proef

  1. Wat waren de temperaturen van het ijs bij 5, 10, 15 etc minuten? Laat duidelijk zien hoe je je antwoord verkregen hebt.
  2. Stel je was nog vier minuten doorgegaan met je experiment, wat was dan de temperatuur van het ijs/water geweest? Laat zien hoe je aan het antwoord komt.