← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Fundamental · Werkboek · 6. Het deeltjesmodel
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
F6. Het deeltjesmodel — werkboek
FFundamental · deel F2 · Materie en materialen

Werkboek · hoofdstuk 6Het deeltjesmodel

Onzichtbaar kleine deeltjes die altijd bewegen: een model dat smelten, koken, uitzetten en condens verklaart

Je begint met de toestanden, de namen van de faseovergangen en de afspraken van het model, en je tekent deeltjesmodellen. Daarna lees je een afkoelcurve, reken je aan uitzetten, doe je proeven met een ballon en een koud glas, en werk je met metingen over diffusie. In de uitdagingen bereken je de condens in de meetkas (opdracht 6.11, voor je Habitat-portfolio), debatteer je over de grenzen van het model, ontwerp je de bevestiging van de kasplaten en vergroot je een druppel tot deeltjes zichtbaar worden.

5× oefenen5× toepassen4× uitdagen± 302 min0/14 gedaan
MMaterie en chemieEEnergie
Elke ochtend hangen er druppels aan de binnenkant van de meetkas. Waar komen ze vandaan?
Elke ochtend hangen er druppels aan de binnenkant van de meetkas. Waar komen ze vandaan?
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
6.1

Welke toestand?

Oefenen1Begrijpen8 min
Drie deeltjesmodellen van dezelfde stof.
ABC
De pijltjes tonen hoe de deeltjes bewegen.
  1. a
    Welke toestand stelt elke tekening voor?
    ABC
  2. b
    In welke toestand kan je de stof het makkelijkst samendrukken? Leg uit met de tekening.
  3. c
    In welke toestand heeft de stof een eigen vorm? Waarom?
  4. d
    In welke tekening is de temperatuur het hoogst, als het om dezelfde stof gaat?
6.2

Faseovergangen in het dagelijks leven

Oefenen1Begrijpen12 min
Welke faseovergang gebeurt er, en moet er energie bij of gaat er energie af?
  1. a
    Vul in.
    situatiefaseovergangenergie erbij of eraf?
    (a) Een ijsblokje in je drankje wordt kleiner.
    (b) Een plas op de speelplaats droogt op.
    (c) Je bril beslaat als je in de winter binnenkomt.
    (d) Op een koude ochtend ligt er een wit laagje ijs op het gras, zonder dat het geregend heeft.
    (e) Kaarsvet dat van een kaars druipt, wordt hard.
    (f) Bevroren wasgoed aan de lijn wordt droog, zonder te ontdooien.
    (g) Gesmolten soldeertin wordt hard in de verbinding.
    (h) Er ontstaan bellen in de soep op het vuur.
6.3

Juist of fout: deeltjes

Oefenen1Begrijpen10 min
Zijn deze uitspraken juist of fout? Verbeter de foute.
  1. a
    Vul in.
    uitspraakJ of Fverbetering
    (a) Als een ijzeren staaf uitzet, worden de ijzerdeeltjes groter.
    (b) Tussen de deeltjes van water zit lucht.
    (c) In een vaste stof staan de deeltjes stil.
    (d) Bij het smelten van ijs veranderen de waterdeeltjes zelf niet.
    (e) Hoe warmer een gas, hoe sneller zijn deeltjes bewegen.
    (f) Een deeltje stoom is groter dan een deeltje water.
    (g) Als water verdampt, verdwijnt het.
6.4

Teken het deeltjesmodel

Oefenen2Tekenen15 min
Teken deeltjes als bolletjes. Gebruik pijltjes voor beweging en boogjes voor trillen.
  1. a
    Een glas water met een ijsblokje, en de lucht met wat waterdamp erboven, in één tekening.
  2. b
    Een afgesloten fles lucht bij 5 °C en dezelfde fles bij 40 °C. Wat is gelijk in beide tekeningen, wat is verschillend?
Zo wordt dit beoordeeld
ToestandenVast in een vaste orde, vloeibaar dicht maar zonder orde, gas ver uit elkaar.
BewegingPijltjes en boogjes passend bij de toestand en de temperatuur.
ConsequentBij dezelfde stof overal dezelfde deeltjes (zelfde grootte).
6.5

Waarom gaat het sneller als het warm is?

Oefenen2Begrijpen12 min
Verklaar elke waarneming met het deeltjesmodel.
  1. a
    (a) Suiker lost sneller op in warme thee dan in koude.
  2. b
    (b) Wasgoed droogt sneller op een warme dag dan op een koele dag.
  3. c
    (c) Warme soep ruik je beter dan koude soep.
  4. d
    (d) Een halflege ballon in een warme auto wordt bol.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
6.6

Een afkoelcurve lezen

Toepassen2Analyseren15 min
Een reageerbuis met gesmolten stearinezuur (een stof uit kaarsvet) koelt af in de lucht. Elke minuut wordt de temperatuur gemeten.
024681012141618202030405060708090100t (min)T (°C)stearinezuur, afkoelend in de lucht
Temperatuur van zuiver stearinezuur tijdens het afkoelen.
  1. a
    Bij welke temperatuur stolt stearinezuur? Hoe zie je dat?
  2. b
    In welke toestand is het stearinezuur na 2 minuten, na 6 minuten en na 15 minuten?
  3. c
    Hoe lang duurde het stollen ongeveer?
  4. d
    Het stearinezuur staat in lucht van 20 °C en verliest dus voortdurend warmte. Waarom daalt de temperatuur dan niet tijdens het stollen?
  5. e
    Wat is het smeltpunt van stearinezuur?
6.7

Uitzetten: spoor, frame en een potje

Toepassen3Rekenen20 min
Gebruik de rekenregel: verlenging = (verlenging per m per °C) × lengte in m × temperatuurverschil. Verlenging per m per °C: staal 0,012 mm, beton 0,012 mm, aluminium 0,023 mm, glas 0,009 mm, polycarbonaat 0,065 mm.
  1. a
    (a) Een oude spoorstaaf van staal is 30 m lang. Hoeveel verandert haar lengte tussen −10 °C en 40 °C? Hoe groot moest de opening tussen twee staven minstens zijn?
  2. b
    (b) Een glazen ruit van 1,20 m en een ruit van polycarbonaat van 1,20 m warmen 50 °C op. Hoeveel wordt elk langer?
  3. c
    (c) Een glazen potje met een metalen deksel zit vast. Je houdt het deksel even onder warm water en het gaat vlot open. Verklaar.
  4. d
    (d) In gewapend beton zitten stalen staven in het beton. Waarom is het een geluk dat staal en beton ongeveer even sterk uitzetten?
6.8

Labo: een ballon op een fles

Toepassen3Labo30 min
Trek een ballon over de hals van een lege glazen fles. Zet de fles in een bak met warm water (hooguit 60 °C), daarna in een bak met ijswater.
  1. a
    Voorspel eerst wat er met de ballon gebeurt in het warme en in het koude water, en waarom.
  2. b
    Voer de proef uit en beschrijf je waarnemingen.
  3. c
    Teken het deeltjesmodel van de lucht in de fles en de ballon: in warm water en in ijswater.
  4. d
    Is er in het warme water lucht bijgekomen in de fles? Hoe kan je dat nagaan met een weegschaal?
  5. e
    Waarom gebruik je een glazen fles en niet een plastic flesje?
Zo wordt dit beoordeeld
VoorspellingMet een reden uit het deeltjesmodel.
WaarnemingBeschreven zonder uitleg: wat zag je?
VerklaringSnellere deeltjes, meer ruimte, geen extra deeltjes; tekening klopt.
VeiligheidWater hooguit 60 °C, glas niet van heet naar ijskoud in één keer.
6.9

Onderzoek: waar komt het water op een koud glas vandaan?

Toepassen3Onderzoeken35 min
Een glas ijswater 'zweet'. Twee leerlingen discussiëren. Lina: 'Het water sijpelt door het glas.' Omar: 'Het water komt uit de lucht.'
  1. a
    Bedenk een proef met blauwe kleurstof waarmee je kan beslissen wie gelijk heeft. Wat verwacht je bij elke hypothese?
  2. b
    Bedenk een tweede proef met een weegschaal. Wat verwacht je bij elke hypothese?
  3. c
    Voer de weegproef uit: weeg een droog afgeveegd glas ijswater, wacht 15 minuten en weeg opnieuw (zonder af te vegen).
    massa (g)
    bij de start
    na 15 min
    verschil
  4. d
    Formuleer een besluit. Waarom 'zweet' het glas niet op een koude dag buiten?
Zo wordt dit beoordeeld
ProefopzetTwee proeven die de hypothesen van elkaar onderscheiden, met verwachtingen.
MetingenMassa voor en na, met eenheid, zelfde weegschaal.
BesluitGebaseerd op de metingen; condensatie uitgelegd met het deeltjesmodel.
6.10

Diffusie in cijfers

Toepassen3Analyseren20 min
Een klas herhaalt de proef met kleurstof bij verschillende watertemperaturen en meet de tijd tot het water overal even sterk gekleurd lijkt:
(°C)1020406080
(min)2819942
  1. a
    Teken de grafiek van de tijd tegenover de temperatuur, met een vloeiende trendlijn.
  2. b
    Beschrijf het verband in één zin. Is het recht evenredig?
  3. c
    Schat de tijd bij 50 °C. Is dat interpoleren of extrapoleren?
  4. d
    Kan je met deze grafiek voorspellen hoe lang het duurt bij 110 °C? Waarom niet?
  5. e
    Waarom zijn deze metingen niet heel nauwkeurig? Geef twee oorzaken.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
6.11

Habitat: condens op de kaswand

Uitdagen4Habitat45 min
In de meetkas (576 L lucht) is het 's avonds 20 °C, met 12 g waterdamp per m³ lucht. In de nacht zakt de buitentemperatuur tot 2 °C en koelen de wanden af tot 6 °C.
051015202530350510152025303540T (°C)waterdamp (g/m³)≈ 14 °C20 °C, 12 g/m³maximum: zoveel waterdamp kan 1 m³ lucht bevattenkaslucht om 20 uur
Maximale hoeveelheid waterdamp in lucht (blauw) en de kaslucht om 20 uur (rood).
  1. a
    Lees af hoeveel waterdamp lucht van 20 °C maximaal kan bevatten. Welk percentage daarvan zit er in de kaslucht?
  2. b
    Bij welke wandtemperatuur begint de kas te beslaan? Hoe heet die temperatuur?
  3. c
    Hoeveel gram water condenseert er per m³ lucht die tegen de wand afkoelt tot 6 °C? En als alle kaslucht tot 6 °C afkoelt?
  4. d
    Waar komt het water in de kaslucht vandaan? Noem drie bronnen.
  5. e
    Geef twee nadelen en één voordeel van condens in de meetkas.
  6. f
    Bedenk drie maatregelen tegen te veel condens, en leg met het deeltjesmodel uit waarom ze werken.
  7. g
    Portfolio: welke sensor zou je in de meetkas toevoegen om condens te voorspellen, en welke twee grootheden moet hij meten?
Zo wordt dit beoordeeld
Aflezen en rekenenMaximum, percentage en condens correct, met eenheden.
BegrippenDauwpunt benoemd en uitgelegd; condenseren met het deeltjesmodel.
Oorzaken en gevolgenBronnen van waterdamp en voor- en nadelen concreet voor de kas.
MaatregelenDrie haalbare maatregelen met een correcte verklaring.
6.12

Debat: klopt het deeltjesmodel?

Uitdagen3Argumenteren25 min
Stelling: 'Het deeltjesmodel is fout, want het voorspelt dat ijs zinkt, en ijs drijft.' Bereid in groepjes argumenten voor en tegen voor.
  1. a
    Leg uit waarom het eenvoudige model voorspelt dat ijs zou zinken.
  2. b
    Geef drie argumenten om het model toch te blijven gebruiken.
  3. c
    Wat doen wetenschappers als een model een waarneming niet verklaart? Geef een voorbeeld uit dit hoofdstuk of uit hoofdstuk 19 (het watermodel).
  4. d
    Formuleer je eigen standpunt in twee zinnen.
Zo wordt dit beoordeeld
InzichtLegt de voorspelling van het model juist uit.
ArgumentenConcreet, met voorbeelden van wat het model wel verklaart.
WetenschapsbeeldBegrijpt dat modellen verbeterd worden, niet 'waar' of 'fout' zijn.
6.13

Ontwerp: de platen van de meetkas bevestigen

Uitdagen4Ontwerpen35 min
De lange wand van de meetkas is een plaat polycarbonaat van 1,20 m breed, die met vier schroeven van 4 mm op een aluminium frame komt. Je monteert bij 20 °C. In de kas varieert de temperatuur van −5 °C tot 45 °C. Polycarbonaat: 0,065 mm per m per °C; aluminium: 0,023 mm per m per °C.
  1. a
    Bereken hoeveel de plaat en het frame langer worden tussen 20 °C en 45 °C, en hoeveel korter tussen 20 °C en −5 °C.
  2. b
    Hoeveel schuift de plaat daardoor ten opzichte van het frame, over de hele breedte?
  3. c
    Stel dat de plaat in het midden vastzit en aan de uiteinden kan schuiven. Hoeveel moet elk uiteinde kunnen bewegen, in elke richting?
  4. d
    Teken de plaat met de schroefgaten en hun maten. Leg uit waarom je voor die vorm kiest.
Zo wordt dit beoordeeld
RekenwerkUitzetting van plaat en frame en het verschil correct, in beide richtingen.
RedeneringVast punt in het midden; beweging per uiteinde de helft van het verschil.
TekeningGaten of sleufgaten die groot genoeg zijn, met maten; vast punt aangeduid.
6.14

Een druppel zo groot als een stad

Uitdagen4Rekenen20 min
Een druppel water heeft een diameter van ongeveer 4 mm. Een watermolecule is ongeveer 0,3 nm groot (1 nm = 0,000 001 mm). Stel je voor dat je alles vergroot tot een watermolecule zo groot is als een zandkorrel van 1 mm.
  1. a
    Hoeveel keer moet je vergroten? Schrijf ook als macht van 10.
  2. b
    Hoe groot wordt de druppel dan? Vergelijk met iets wat je kent.
  3. c
    In lucht staan de deeltjes gemiddeld ongeveer 3,4 nm uit elkaar. Hoe ver is dat in de vergroting?
  4. d
    Waarom kan je met een gewone lichtmicroscoop (die hooguit ongeveer 1000 à 1500 keer vergroot) nooit een watermolecule zien?
Hint
0,3 nm = 0,000 000 3 mm. Vergroting = nieuwe grootte / oude grootte.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet