Materievormen (gebaseerd op microscopische eigenschappen)
In het dagelijks leven komen we vaak drie verschillende vormen van materie tegen. Er zijn vaste stoffen (bijvoorbeeld stenen, ijzer, enz. ) , vloeistoffen (water, benzine, enz. ) en gassen (lucht, enz. ) . Deze drie vormen van materie kunnen worden onderscheiden op basis van hun vermogen om hun vorm en grootte te behouden (met grootte bedoelen we volume).
Vaste stoffen behouden doorgaans een vaste vorm en een vast volume. Vloeistoffen behouden geen vaste vorm, maar passen hun vorm aan de container waarin ze zich bevinden. Als we bijvoorbeeld water in een glas doen, verandert de vorm ervan in die van een glas. Als we water in een badkuip doen, verandert de vorm ervan in die van een badkuip. Als we het in een lekkende plastic zak doen, zal het water eruit lopen... haha ... Het volume van een vloeistof blijft meestal constant. Als een glas water in een badkuip wordt gezet , blijft het volume van het water hetzelfde als dat van een glas. De vorm van het water kan veranderen, maar het volume blijft hetzelfde. Het is belangrijk om te weten dat het volume van vaste stoffen en vloeistoffen alleen kan veranderen als er een zeer grote kracht op wordt uitgeoefend.
En hoe zit het met gas? Gassen hebben geen vaste vorm of volume. Hun vorm en volume passen zich altijd aan de vorm en het volume van de container waarin ze zich bevinden. Als we bijvoorbeeld gas in een binnenband van een auto doen, verandert de vorm van het gas, net als die van de binnenband. Hetzelfde geldt voor het volume. In de band verspreidt het gas zich en vult de hele band . In dit geval verandert het volume van het gas, net als het volume van de band. Als we een ballon opblazen (er lucht in pompen), veranderen de vorm en het volume van de lucht, net als de vorm en het volume van de ballon.
Tot nu toe hebben we de drie aggregatietoestanden alleen onderscheiden op basis van hun macroscopische eigenschappen (macroscopische eigenschappen = de vorm en grootte van de stof). Dit is natuurlijk gebaseerd op de resultaten van onze dagelijkse metingen en waarnemingen. We zullen de verschillen tussen de drie aggregatietoestanden bekijken op basis van hun microscopische eigenschappen. Elke stof bestaat uit atomen of moleculen. Wanneer we zeggen dat een steen vast is, weten we nooit wat er met de atomen of moleculen in de steen gebeurt waardoor deze vast is. Hetzelfde geldt voor water of lucht. Wat is het aan de atomen of moleculen waaruit water bestaat dat de vloeibare vorm van water en lucht onzichtbaar maakt?
Materievormen gebaseerd op microscopische eigenschappen
Voordat we de verschillen tussen vaste stoffen, vloeistoffen en gassen bespreken op basis van hun microscopische eigenschappen, laten we eerst het volgende bekijken. Neem bijvoorbeeld een steen... Als we een steen van dichtbij bekijken, zien we dat alle delen van de steen aan elkaar vastzitten. Zelfs als er tegenaan wordt geschopt of gegooid, veranderen de vorm en grootte nooit (tenzij er een zeer grote kracht op wordt uitgeoefend). Meestal blijven alle delen van de steen één geheel. Hoe komt dat? Laten we daar even over nadenken...
Dik in de steen er bestaat atomen of moleculen. Probeer je nu eens voor te stellen… Stel je een steen voor. Stel je voor dat de steen is opgebouwd uit kleine stukjes. Verdeel de stukjes steen in steeds kleinere stukjes… totdat ze de grootte van atomen of moleculen bereiken. Stel je atomen voor als kleine bolletjes. Terwijl moleculen terdiri dari meerdere ballen die aan elkaar vastzitten.
Gesteenten bevatten dus veel moleculen of atomen die heel klein zijn. Kun je je de atomen in gesteenten voorstellen?
De diameter van een enkel atoom is ongeveer 10⁻¹⁰ meter. Als je een atoom voorstelt als een bol, dan is de diameter van die bol 10⁻¹⁰ meter . Hij is zo klein dat je hem niet met het blote oog kunt zien... je kunt hem je alleen maar voorstellen. Moleculen zijn atomen die aan elkaar vastzitten, dus moleculen zijn groter dan atomen. Maar moleculen kun je ook niet met het blote oog zien...
Het is vreemd, hè, dat deze minuscule atomen of moleculen één geheel kunnen vormen... Als de atomen of moleculen geen eenheid vormden, zouden de verschillende delen van de steen natuurlijk niet aan elkaar vastzitten. Sterker nog, de verschillende delen van de steen kleven aan elkaar, waardoor de steen vast wordt. Waarom scheiden de atomen of moleculen zich niet?
Atomen of moleculen trekken elkaar inderdaad aan. Als ze elkaar niet zouden aantrekken, zouden ze natuurlijk overal heen vliegen. Elk atoom of molecuul zou afscheid nemen van zijn vriend. Zo zouden de fragmenten van het gesteente overal verspreid liggen. Uiteindelijk zouden we ze niet meer kunnen zien. Fragmenten van gesteente bestaan immers ook uit atomen of moleculen. Atomen zijn erg klein, dus als ze van elkaar gescheiden zouden zijn, zouden we ze natuurlijk niet meer kunnen zien... Maar zo werkt het nu eenmaal niet.
De rots lijkt massief, elk stuk rots zit aan elkaar vast. Hieruit kunnen we concluderen dat de atomen of moleculen waaruit een vast object bestaat elkaar aantrekken.
De aantrekkingskracht tussen atomen of moleculen is in feite een elektromagnetische kracht. Door deze aantrekkingskracht komen atomen of moleculen dichter bij elkaar. Wanneer ze op het punt staan te botsen , stoten de elektronen aan de buitenkant van de atomen of moleculen elkaar af (elektrische afstoting). Door deze afstoting bewegen de atomen en moleculen achteruit. Hoewel de atomen of moleculen achteruit bewegen, komen ze door de aantrekkingskracht weer dichter bij elkaar. En zo gaat het verder... De atomen of moleculen bewegen heen en weer (trillen), terwijl ze een minimale afstand tot elkaar behouden.
Het verschil tussen vaste stoffen, vloeistoffen en gassen op basis van microscopische eigenschappen ligt in werkelijkheid in de sterkte of zwakte van de aantrekkingskrachten tussen de atomen of moleculen waaruit deze drie stoffen zijn opgebouwd.
Stevig
In vaste stoffen zijn de aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen zo sterk dat de atomen of moleculen waaruit de vaste stof bestaat, altijd op hun vaste posities blijven. Atomen of moleculen in vaste stoffen bewegen heen en weer (trillen), maar ze trillen altijd op dezelfde positie.
De sterke aantrekkingskracht tussen de atomen of moleculen waaruit een vaste stof bestaat, is de reden waarom de vorm en het volume van een vaste stof altijd hetzelfde blijven. Hoewel gegooid of geslagenDe vorm van een steen of een stuk ijzer is moeilijk te veranderen omdat de aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen erg sterk zijn. Als je een steen of een stuk ijzer in een emmer of een badkuip legt, verandert het volume nooit. De sterke aantrekkingskrachten tussen de atomen of moleculen waaruit een vaste stof bestaat, zorgen er dus voor dat ze bij elkaar blijven en hun vaste vorm behouden.
Over het algemeen zijn de posities van de atomen of moleculen waaruit een vaste stof bestaat, ruwweg zoals weergegeven in de afbeelding (ook wel een kristalrooster genoemd). Deze afbeelding is vergroot. Atomen of moleculen zijn erg klein.
Vloeistof
In vloeistoffen zijn de aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen minder sterk, waardoor ze vrij kunnen bewegen en elkaar kunnen overlappen. De atomen of moleculen waaruit vloeistoffen bestaan, kunnen zich vrij bewegen, maar ze kunnen geen afscheid nemen van hun 'vrienden'. De aantrekkingskrachten zijn zo sterk dat ze niet kunnen ontsnappen en zich verspreiden.
Dit is de reden waarom de vorm van een vloeistof kan veranderen, terwijl het volume constant blijft. Wanneer we water in een glas doen, zijn de aantrekkingskrachten tussen de atomen of moleculen waaruit het bestaat minder sterk, waardoor de vorm van het water verandert en de vorm van het glas aanneemt. Wanneer we water in een badkuip doen, zorgen de minder sterke aantrekkingskrachten tussen de atomen of moleculen ervoor dat het water zich aan de vorm van de badkuip aanpast. VHet volume van een vloeistof blijft altijd constant omdat de aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen ze bij elkaar houden. Blijf verenigdEen glas water wanneer erin geplaatst wordtkWanneer je water in een badkuip giet, blijft het volume van het water hetzelfde als in een glas. De atomen of moleculen waaruit water bestaat, verspreiden zich niet, waardoor het volume altijd gelijk blijft.
De positie van de atomen of moleculen waaruit de vloeistof bestaat, is zoals weergegeven in de afbeelding (de pijl wijst in de bewegingsrichting).
Gasvormige stoffen
In gasvormige stoffen zijn de aantrekkingskrachten tussen atomen of moleculen zo zwak dat de atomen of moleculen geen eenheid kunnen vormen. Ze bewegen vrij rond omdat er geen bindingen tussen hen zijn. Door deze zeer zwakke aantrekkingskrachten zijn de atomen of moleculen waaruit de gasvormige stof bestaat, overal verspreid. De atomen in een gasvormige stof zijn vrijer dan de atomen in een vaste of vloeibare stof.
De positie van de atomen of moleculen waaruit een gasvormige stof is opgebouwd, is bij benadering als volgt: pada afbeelding.
De zeer zwakke aantrekkingskracht is de reden waarom de vorm en het volume van gassen kunnen veranderen en waarom lucht niet met het blote oog te zien is. De grootte van atomen of moleculen is zo klein dat we ze niet kunnen zien als ze overal verspreid zijn. De grootte van zandkorrels of suiker is veel groter dan atomen of moleculen, waardoor zandkorrels, zelfs als ze verspreid zijn, nog steeds met het blote oog te zien zijn, zij het met enige moeite.
Vaste stoffen en vloeistoffen zijn zichtbaar omdat hun samenstellende atomen of moleculen niet van elkaar gescheiden zijn. De sterke aantrekkingskrachten in vaste stoffen en gassen zijn nog steeds in staat om ze bij elkaar te houden. De aantrekkingskrachten in gassen zijn zo zwak dat ze de atomen of moleculen niet bij elkaar kunnen houden. Deze geringe aantrekkingskracht is ook de reden waarom gassen en vloeistoffen kunnen stromen.
