Vandaag plaats ik nog vier vragen die ik beantwoordde voor “Ik heb een vraag” (zie ook hier en hier).

De eerste vraag heb ik gekozen als titel voor dit stukje omdat het me toelaat het trefwoord “huis-, tuin- en keukenfysica” nog eens aan te vullen. :-)

~

Jana vroeg:

“Waarom koelt vette soep minder snel af dan magere soep als je erover blaast?”

Mijn antwoord (link)

Beste Jana,

Dit was me nog nooit opgevallen, maar ik kan het wel verklaren:

1. Vet of olie heeft een lagere dichtheid dan water, dus het drijft op de soep (dit kan je zien als blinkende vlekjes op de soep).
2. Vetten en oliën bestaan uit grote moleculen (met lange koolstofketens), die per molecule zwaarder zijn dan water, waardoor ze minder gemakkelijk verdampen dan water.

Het eerste punt lijkt het tweede punt misschien tegen te spreken, dus leg ik het even verder uit. Vetten zijn grotere moleculen en per molecule dus zwaarder dan water; dat was punt (2). Maar watermoleculen (H₂O) zijn polair en de staarten van vetmoleculen niet. Daardoor zitten de watermoleculen in een waterdruppel heel dicht tegen elkaar, terwijl de vetmoleculen in vetdruppel meer tussenruimte hebben: de dichtheid van water is dus hoger dan van vet en dat was punt (1).

Deze twee effecten werken samen bij het antwoord op je vraag: het vet zelf verdampt minder gemakkelijk dan het water van de soep (2) en bovendien dekt het vet de rest van de soep af (1), waardoor er minder oppervlak overblijft waarlangs het water van de soep kan verdampen.

Hierdoor blijft vette soep langer warm dan magere, zelfs als je erover blaast.

Hetzelfde geldt ook voor room in koffie.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

~

Nelson vroeg:

“Is er een vloeistof die kan drijven op een gas?”

Mijn antwoord (link)

Beste Nelson,

Nee, de afstand tussen gasmoleculen is doorgaans veel groter dan in een vloeistof. Het verschil in dichtheid tussen gassen en vloeistoffen is gemiddeld veel groter dan tussen vloeistoffen en vaste stoffen, waardoor er geen voorbeeld is waarbij de dichtheid omkeert (zoals bij ijs en vloeibaar water, waardoor ijs inderdaad op water kan drijven).

Er is wel een gas met een dichtheid die zes keer groter is dan lucht: zwavelhexafluoride.

Dit wordt soms gebruikt voor demonstraties: je kan op een bak vol (onzichtbaar) zwavelhexafluoride een bakje van aluminium laten drijven. Dit is zelfs een vaste stof, maar de vaste stof is maar een dun laagje gevuld met lucht. (Het werkt dus zoals een schip: je kan een schip maken van een materiaal dat zelf niet op water drijft.) Je zou in het bakje ook een klein beetje water kunnen doen en in zekere zin zou er dan “een vloeistof op een gas” drijven, maar als je het water rechtstreeks op het gas zou gieten zou het er wel doorzakken, dus het is een beetje valsspelen! ;-)

Kijk maar naar dit filmpje.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

PS: Als je het gas zwavelhexafluoride inademt en dan praat, klinkt je stem veel zwaarder dan normaal. Het omgekeerde dus als bij helium: helium heeft juist een lagere helium dan lucht en daarbij klinkt je stem hoger dan normaal. Ook daarvan is er een filmpje.

~

Nelson vroeg ook:

“Is er een verband tussen kookpunt, smeltpunt en het atoomnummer of de atoommassa?”

Mijn antwoord (link).

Beste Nelson,

Ja, er zijn trends binnen het periodiek systeem, maar op de meeste ervan zijn er ook uitzonderingen.

Als we naar de perioden kijken (horizontale rijen in het periodiek systeem), dan zien we over het algemeen dat smelt- en kookpunt eerst toenemen en dan afnemen met toenemend atoomnummer (van links naar rechts). De edelgassen, op het uiteinde van een periode, hebben het laagste smelt- en kookpunt. Naar het midden toe zijn de smelt- en kookpunten hoger en bovendien stijgt het kookpunt er sterker dan het smeltpunt.

Dit valt als volgt te begrijpen: smelt- en kookpunt hebben te maken met de bindingssterkte tussen atomen. (Bijvoorbeeld voor smelten: de temperatuur hangt samen met de hoeveelheid energie die er nodig is om de binding tussen atomen in de vaste stof te verbreken en zo het materiaal vloeibaar te maken.) Binnen een periode hangt die bindingssterkte af van de elekronische structuur. Edelgassen hebben geen vrije elektronen en zijn dus zwak gebonden. Daardoor smelten en koken ze ook bij een lagere temperatuur dan de andere elementen in hun periode, waardoor we ze bij kamertemperatuur als gassen kennen.

Als we naar de groepen kijken (verticale kolommen in het periodiek systeem), dan zien we meestal dat smelt- en kookpunt toenemen met toenemend atoomnummer (van boven naar onder). Dat komt doordat het totale aantal elektronen en daarmee de vanderwaalskracht tussen atomen toeneemt met de atoommassa, waardoor de binding sterker is en er meer energie (hogere temperatuur) nodig is om die te verbreken.

Op de grafiek zie je het atoomnummer op de horizontale as. Het smeltpunt is de fuchsia lijn en het kookpunt de donkerblauwe lijn. (Kamertemperatuur is aangegeven met de gele lijn.)

Je kan smelt- en kookpunten (en nog veel meer eigenschappen) van de elementen opzoeken op deze Engelstalige website.

• smeltpunt
• kookpunt

De positie in het periodiek systeem zegt niet alles over smelt- en kookpunt. Denk bijvoorbeeld aan koolstof (atoomnummer 6). Dat kan in vaste vorm voorkomen als grafiet en als diamant (en er zijn nog andere vormen). (Dit wordt allotropie genoemd.) Grafiet en diamant hebben duidelijk verschillende eigenschappen: grafiet is zwart en zacht, terwijl diamant kleurloos en zeer hard is. Het zal je dan ook niet verbazen dat ook het smelt- en kookpunt verschillen, terwijl het toch hetzelfde atoomnummer is. De bindingen in diamant zijn sterker dan in grafiet en de smelttemperatuur is dan ook hoger. Daarom moet er bij tabellen voor sommige elementen onder staan over welke vorm het precies gaat; voor koolstof is dat meestal diamant.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

~

Guy vroeg:

“Duwt middelpuntvliedende kracht een zwaarder voorwerp meer naar de zijkant van een draaiende bol dan een lichter voorwerp? Of juist minder?

In een snel ronddraaiende bol zitten lichte en zware voorwerpen door elkaar. Welke zullen tegen de buitenrand geduwd worden, de lichtere of de zwaardere?
“

Mijn antwoord (link):

Beste Guy,

De middelpuntvliedende (of centrifugale) kracht is een schijnkracht, die je kan begrijpen in termen van traagheid (de eerste wat van Newton). Hierbij helpt het om het standpunt in te nemen van een waarnemer die niet meedraait. Als je in de auto een felle bocht neemt, dan heb je het gevoel dat je naar buiten wordt geduwd (“tegen de bocht in”), maar het is een effect van traagheid: je lichaam gaat nog een beetje rechtdoor (vorige bewegingstoestand), terwijl de auto al afdraait. De effecten van traagheid zijn het duidelijkst bij de grootste massa (-dichtheid).

Het antwoord op je vraag kan je zelf zien door met een heliumballon in de auto een bocht te nemen: terwijl jij naar buiten helt, zal de heliumballon naar binnen bewegen. Dat komt doordat de heliumballon een lagere dichtheid heeft dan de lucht in de auto, terwijl de passagiers juist een hogere dichtheid hebben dan lucht. Bekijk bijvoorbeeld dit filmpje.

De zwaardere voorwerpen zullen dus naar buiten geduwd worden in een sneldraaiende bol: dat is precies hoe een centrifuge werkt waarmee in het labo vloeistoffen worden gescheiden in laagjes per dichtheid. (De zwaardere stoffen bewegen namelijk meer naar buiten, dit is meer naar onder in de proefbuisjes.)

Vriendelijke groeten,
Sylvia