De proef
Een glazen rondbodemkolf staat omgekeerd op een driepoot. Je ziet nog net een hand uit beeld verdwijnen. In de kolf ontstaan grote bellen die omhoog borrelen. Wat is hier aan de hand? Geef een verklaring voor het verschijnsel dat je op de film ziet. Lees in het vervolg van deze bijles of jouw uitleg aansluit bij de verklaring die hier gegeven wordt.
|
De grote bellen in de rondbodemkolf |
Voorkoken
Ter voorbereiding van deze proef is in de kolf een laagje water gedaan. Dit water is verwarmd met een brander en daardoor gaan koken.
|
De voorbereiding voor de proef |
Nadat het water enige tijd gekookt had, is de brander uitgezet. Direct daarna is er een dop op de kolf geplaatst en is de kolf omgekeerd in de driepoot gezet. Wat zat er op dat moment in de kolf?
Inhoud van de kolf
Op de bodem van de kolf zat aan het begin van de proef water, daarboven zat lucht. Door het verwarmen is het water gaan koken: het vloeibare water veranderde in waterdamp. De waterdamp verdrong de lucht in de kolf (er zat nog geen dop op). Hoe langer je zou koken, hoe meer waterdamp er in de kolf zou komen. Op het moment dat de dop op de kolf ging, was deze hoofdzakelijk gevuld met water: vloeibaar water op de bodem, daarboven waterdamp.
Koken met ijs
Terwijl de kolf in de driepoot staat, wordt aan de bovenkant een ijsklontje tegen het glas gehouden. Het ijs begint te smelten en binnen in de kolf ontstaan grote bellen. Geef een verklaring voor het ontstaan van de grote bellen.
|
Koken met een ijsklontje |
Verklaring
In de kolf is een evenwicht ontstaan: op de bodem water dat net gekookt heeft, daarboven waterdamp. Als aan de rand van het glas een ijsklontje wordt gehouden, dan koelt het op die plek sterk af. De waterdamp die daar zit zal condenseren. Hierdoor wordt de druk in de kolf verlaagd. Vloeibaar water neemt immers veel minder ruimte in dan waterdamp. Het eerder genoemde evenwicht is verstoord. Doordat de druk verlaagd wordt, kan het vloeibare water onderin de kolf verdampen. Het evenwicht wordt weer hersteld.
In deze proef komt duidelijk naar voren dat het kookpunt van een stof mede afhankelijk is van de heersende druk. Misschien ken je het verschijnsel dat in de bergen (bij een lage luchtdruk) water al onder de kookt. Dit wordt ook gedemonstreerd met de proef waarbij je een glas water onder een stolp zet. Wanneer je met een vacuumpomp de luchtdruk onder de stolp verlaagt, zal het water gaan koken bij kamertemperatuur.
Overigens geldt het omgekeerde ook: als de druk verhoogd wordt, dan kookt water pas boven de . Van dit principe wordt gebruik gemaakt in een hogedruk- of snelkookpan. Doordat de aardappels hierin op een veel hogere temperatuur koken dan normaal zijn ze eerder gaar. In tabel 13 van je Binas tabellenboek vind je de verzadigingsdrukken van water.
Afbouwen
Nadat de proef gedaan is moet de proefopstelling worden opgeruimd. Daarbij halen we eerst de dop van de kolf. Zet het geluid van je computer aan, bekijk het filmpje en beluister wat er gebeurt als de dop er af gaat.
|
Het verwijderen van de dop |
Geef een verklaring voor wat je waarneemt.
Verklaring
Op het moment dat de dop op de kolf ging, was de druk in de kolf natuurlijk gelijk aan de luchtdruk in het lokaal. Tijdens de proef is de kolf behoorlijk afgekoeld, hierdoor is de druk in de kolf afgenomen. Niet alleen door het temperatuurverschil (gassen hebben namelijk een lagere druk bij een lagere temperatuur), maar ook doordat er waterdamp gecondenseerd is (er is dus minder waterdamp aanwezig). Dat betekent dat aan het eind van de proef de druk in de kolf lager is dan de luchtdruk in het lokaal. Wanneer de dop verwijderd wordt, zal er dus onmiddelijk lucht vanuit het lokaal de kolf in gaan. Op het filmpje hoor je dat er lucht de kolf ingezogen wordt.
Meer weten?
Er is nog wel meer te vertellen over verdampen en condenseren van water. Kijk daarvoor eens naar de bijles 'Droogkokende erlenmeyer' . Als je wat wilt rekenen aan verdampingswarmte en soortelijke warmte, probeer dan eens deze opgave.
