Newton - VWO

Samenvatting

Deeltjestheorie en straling

Molecuultheorie

Gasdruk is te verklaren met moleculen die tegen de

des te groter de gemiddelde snelheid

Moleculen bewegen – hoe hoger de temperatuur,

Moleculen oefenen een aantrekkende kracht op

elkaar uit: de vanderwaalskracht – hoe kleiner de

afstand tussen de moleculen des te groter de

wand botsen en daarbij een kracht op de wand

Sinds de middeleeuwen ging men er van uit

vanderwaalskracht

uitoefenen

dat materie bestaat uit ondeelbare deeltjes: moleculen

Fp

A

Gasdruk en volume Een gas (of vloeistof of vaste stof) oefent een

kracht op een oppervlak uit, de kracht per m2 heet deHierin is: p de druk (in N/m2 of Pa), F de kracht (in N) en A de oppervlakte (in m2)

druk:

Als men een afgesloten hoeveelheid gas samenperst

bij een constante temperatuur, neemt de druk toe

Het verband tussen de druk p en het volume V is dan:

p ∙ V = c Dit noemen we de wet van Boyle

Hierin is: p de druk (in Pa), V het volume (in m3) en c een constante die afhangt van de temperatuur en de hoeveelheid gas

Absolute nulpunt

moleculen stilliggen, heeft de temperatuur het

absolute nulpunt (0 K of -273,16 °C) bereikt

Het verband tussen de absolute temperatuur T (in K)

en de temperatuur T (in °C) is:

T (in K) = 273,16 + T (in °C)

De kinetische energie van gasmoleculen is recht

evenredig met de absolute temperatuur T (in K)

Als de temperatuur zover is gedaald dat de

Bij 0 K is de gasdruk gelijk aan nul

Wetten van Gay-Lussac

druk p en de absolute temperatuur T van een

afgesloten gas bij constant volume is recht evenredig: p

cT

Drukwet van Gay-Lussac: het verband tussen de

Vc

T

Hierin is: p de druk (in Pa), T de absolute temperatuur (in K) en c een constante die afhangt van de hoeveelheid gas en het volume

Volumewet van Gay-Lussac: het verband tussen hetvolume V en de absolute temperatuur T van een

afgesloten gas bij constante druk is recht evenredig: Hierin is: V het volume (in m3), T de absolute temperatuur (in K) en c een constante die afhangt van de hoeveelheid gas en de druk

p Vc

T

p Vn R

T

Algemene gaswetDe drie gaswetten zijn te combineren tot één

1 1 2 2

1 2

p V p V

T T

gaswet:

Deze is ook te schrijven als:

De constante c is afhankelijk van de hoeveelheid gas,

als we voor c = n ∙ R invullen wordt het de algemene

gaswet: Hierin is: p de druk (in Pa), V het volume (in m3), T de absolute temperatuur (in K),

n het aantal mol en R de gasconstante (8,31 J/(mol∙K)

1 mol bevat 6,02∙1023 moleculen

Kinetische gastheorieMoleculen bewegen in alle richtingen, de

gemiddelde snelheid hangt af van de temperatuur• Boyle – in een kleiner volume zijn meer moleculen

per m3, het aantal botsingen per seconde per m2

neemt toe en de druk neemt daardoor toe• drukwet – bij temperatuurstijging neemt de

gemiddelde snelheid van de moleculen toe, ze botsen

vaker én heviger zodat de druk toeneemt• volumewet - bij temperatuurstijging neemt de gem.

snelheid van de moleculen toe, ze kunnen alleen

dezelfde druk uitoefenen als het volume toeneemt

b kp p g h

Barometer De barometer van Torricelli is een met kwik

gevulde buis van ± 1 m, die omgekeerd in

een bak met kwik wordt gezet

Het hoogteverschil is gemiddeld 76 cm

De druk van een kwikkolom (pk) van

76 cm is gelijk aan de barometerstand:

pb=13,5∙103∙9,81∙0,76=1,0∙105 Pa

Naast de kwikbarometer is er een metaalbarometer

Verband tussen de eenheden:

76 cmHg = 1,013∙105 Pa = 1,013 bar =1013 mbar(of hPa)

Manometer De druk van een gas in een ruimte wordtgemeten met een manometer

Een open vloeistofmanometer bestaat uit een U-buis

met vloeistof, het hoogteverschil is een maat voor het

verschil in druk met de buitenlucht (pb)

(overdruk) (onderdruk)

g bp p g h g bp p g h

Een metaalmanometer

bestaat uit een gebogen

holle buis, die

als er gas in

komt veert

Fasen

• vaste stof

• vloeistof

• gas

moleculen zitten gerangschiktkleine gemiddelde snelheidmoleculen voeren trillingen uitrelatief sterke vanderwaalskracht

moleculen bewegen chaotischrelatief zwakke vanderwaalskrachtmoleculen kunnen ontsnappen: damp

grote gemiddelde snelheidmoleculen bewegen chaotischvanderwaalskracht verwaarloosbaar

afstand tussen de moleculen groter wordtDaarmee is het verschil tussen de fasen te verklaren:

De vanderwaalskracht neemt af naarmate de

Atoomtheorie

elementen en verbindingen, een molecuul is

opgebouwd uit kleinere deeltjes: atomen

Uit de proef van Rutherford blijkt: een atoom heeft

• een positief geladen kern met vrijwel alle massa

• één of meer negatief geladen elektronen die op relatief grote afstand om de kern bewegen

Ladingen: gelijknamige ladingen stoten elkaar af, ongelijknamige trekken elkaar aan

Een elektron is een negatief geladen deeltje met de (eenheids)lading: -e = -1,6·10-19 C

De eenheid van lading (Q) is coulomb (C)

In 1810 maakt Dalton een onderscheid tussen

Atoommodel

Elke schil (K, L, M, …) kan slechts een bepaald aantal

Uit het atoommodel van Rutherford is het

willeurige afstanden rond de kern maar in schillen

elektronen bevatten, in de K-schil 2, in de L-schil 8, in de M-schil 18, enzovoort

Als een schil vol is wordt de volgende schil opgevuld

schillenmodel ontstaan, elektronen bewegen niet op

Elektrische lading en geleiding

gebonden, ze raken gemakkelijk los van het atoom

Ze worden vrije elektronen genoemd en bij een

spanning gaan ze bewegen als gevolg van de

elektrische kracht

Het verband tussen stroomsterkte en lading is:

QI

t

I is de stroomsterkte (in A)

Q is de lading (in C)

t is de tijd (in s)

In metalen zijn de buitenste elektronen zwak

Elektromagnetische stralingLichtbronnen:

• een gloeilamp heeft een continu spectrum

• een gasontladingsbuis heeft een lijnenspectrum

Een deel van het spectrum ligt vaak in het infrarode (ir) of

ultraviolette (uv) gebied

Bohr stelt dat licht bestaat uit een stroom van pakketjes

energie: fotonen

gloeilamp -continu

natrium - lijnen

waterstof - lijnen

Voor de fotonenergie geldt:

fE h f Hierin is: Ef de fotonenergie (in J), f de frequentie van de straling (in Hz) en h de constante van Planck (6,63∙10-34 Js)

Atoommodel van Bohr

van de energie mogelijk. Als een elektron naar een

open plaats in een lagere baan terugvalt wordt een

foton uitgezonden. Dit verklaart het lijnenspectrum

In een gloeidraad zijn veel atomen met elkaar verbonden en

er zijn veel energieovergangen mogelijk, er zijn geen

afzonderlijke lijnen zichtbaar: er ontstaat een continu spectrum

H – waterstofatoom

Ne – neonatoom

N2 - stikstofmolecuul

Elektronen kunnen slechts in bepaalde banen rond

de kern bewegen, er is een beperkt aantal waarden

Lijnenspectrum Bij een botsing met een vrij elektron absorbeert

het atoom een deel van de kinetische energie van

het vrije elektron. Het elektron komt in een baan met

een grotere straal terecht, bij terugval naar een baan

met een kleinere straal zendt het atoom de

geabsorbeerde energie weer uit in de vorm van een

foton. De fotonenergie bepaalt de kleur van het licht.

Lichtabsorptie Niet alleen bij een botsing met een elektron

kan een elektron in een hogere schil terecht komen,

het kan ook bij een botsing van een foton met een

atoom. Vervolgens zal het elektron weer terugvallen

naar de oude baan onder uitzending van een foton

Een atoom absorbeert uit een bundel doorvallend

licht die golflengten die het zelf in lichtgevende

toestand zou uitzenden – zie omkering van de Na-lijn

Na-emissie

Na-absorptie

RöntgenstralingIn een röntgenbuis botsen elektronen met

zeer grote snelheid op de anode, die zendt daarbij

röntgenstraling uit – dat zijn fotonen met veel energie

Door de grote energie van de elektronen kunnen er

elektronen uit de K- of L-schil worden weggeschoten

Bij het opvullen van de lege plaats door een elektron

uit een hogere schil komt een foton met grote energie

vrij. Het spectrum van de buis is zowel een lijnen-

als een continu spectrum (remstraling)

Elektromagnetisch spectrum

een stroom van fotonen – voor licht als golf geldt:

c = λ · fc is de lichtsnelheid (in m/s)λ is de golflengte (in m)

f is de frequentie (in Hz)

Naast licht zijn er andere vormen van elektromagnetische straling:

Licht is te beschrijven als een golfverschijnsel én als

XAZ

Atoomkern De bouwstenen van de atoomkern zijn het

proton en het neutron

Het proton heeft een lading +e, het neutron is ongeladen

Een atoom wordt beschreven met een

• atoomnummer Z (aantal protonen)

• massagetal A (aantal kerndeeltjes)

N is het aantal neutronen in de kern,

dus is A = Z + N

Een atoomkern van element X geeft men als:

5626Fe staat voor een ijzerkern met 56 kerndeeltjes (A),

waarvan 26 protonen (Z) en 30 neutronen (N)

235 23892 92U en U

1 2 2 3 31 1 1 1 1H, H( D)en H = T

1 11 1p of H

10n

0 0-1 -1e of β

4 42 2He of α

Isotopen en elementaire deeltjes

aantal neutronen noem je isotopen, bijvoorbeeld

Bij waterstof is er deuterium en tritium:

De symbolen voor de elementaire deeltjes zijn:

proton:

neutron:

elektron:

Voor een heliumkern of α-deeltje is het:

Kernen van hetzelfde element met een verschillend

Er bestaat ook een positief elektron - het positron:0 +1e of β

Radioactief verval

Kernstraling kan bestaan uit α-, β- of γ-straling

α-straling

Een kern stoot een α-deeltje (heliumkern) uit

Bijvoorbeeld radium-226 dat daarbij overgaat in radon-222

226 222 488 86 2Ra Rn+ α

Een stof is radioactief als de kernen kernstraling

uitzenden

1 1 00 1 -1n p+ e

131 131 053 54 -1I Xe+ β

β-straling

γ-straling

Radioactief vervalEen kern stoot een elektron uit

Een neutron gaat over in een proton en

een elektron:

Bijvoorbeeld jodium-131:

Na het uitzenden van een α- of β-deeltje

kan een kern energie uitzenden in de vorm

van een γ-foton