De volgende activiteiten zijn gericht op leerlingen van de middelbare school, hoewel een deel van de inhoud ook geschikt is voor gevorderde basisschoolleerlingen. De pagina is ook een uitstekend naslagwerk voor leerlingen van een hoger niveau. Alle oefeningen maken gebruik van javascript’s waardoor een meer interactieve omgeving ontstaat.

Alles op aarde kan worden verklaard in termen van 4 toestanden (fasen) van materie – vast, vloeibaar, gas en plasma.

Wat zijn de eigenschappen van een vaste stof?

Een stof in de vaste fase is betrekkelijk star, heeft een vast volume en een vaste vorm.

De atomen of moleculen waaruit een vaste stof is opgebouwd, zitten dicht opeengepakt en zijn niet samendrukbaar.

Omdat alle vaste stoffen enige thermische energie bezitten, trillen de atomen ervan wel. Deze beweging is echter zeer klein en zeer snel, en kan onder normale omstandigheden niet worden waargenomen.

Wat zijn de verschillende soorten vaste stoffen?

Er zijn vier soorten kristallijne vaste stoffen —

	Ionische vaste stoffen–Deze stoffen hebben een bepaald smeltpunt en bevatten ionische bindingen. Een voorbeeld hiervan is natriumchloride (NaCl). Bekijk de 3D-structuur van een zoutkristal.
	Covalente vaste stoffen — Deze stoffen lijken op een enkel reusachtig molecuul dat is opgebouwd uit een bijna oneindig aantal covalente bindingen. Een voorbeeld hiervan is grafiet. Bekijk de 3-D structuur van grafiet).
	Moleculaire vaste stoffen worden weergegeven als zich herhalende eenheden die zijn opgebouwd uit moleculen. Een voorbeeld hiervan is ijs. Bekijk de 3-D structuur van ijs.
	Metallische vaste stoffen zijn repeterende eenheden die bestaan uit metaalatomen. De valentie-elektronen in metalen zijn in staat om van atoom naar atoom te springen.

Amorfe vaste stoffen
Amorfe vaste stoffen hebben geen bepaald smeltpunt of regelmatige herhalende eenheden. Een amorfe vaste stof is een vaste stof waarin geen lange-afstandsorde van de posities van de atomen bestaat, in tegenstelling tot die in kristallijne vaste stoffen. Een voorbeeld van een amorfe vaste stof is vensterglas. Amorfe vaste stoffen kunnen in twee verschillende toestanden bestaan, de “rubberachtige” toestand en de “glasachtige” toestand. De temperatuur waarbij zij overgaan tussen de glasachtige en rubberachtige toestand wordt hun glasovergangstemperatuur of Tg genoemd.

Belangrijke opmerking over vaste stoffen: Helemaal geen massa is onmogelijk, maar aerogels lijken aardig in de buurt te komen. Aerogels zijn de lichtste vaste stoffen en hebben een dichtheid van 1,9 mg per cm3 of 1,9 kg/m3 (526,3 maal lichter dan water). Soms ook bevroren rook genoemd, aerogels zijn open-cel polymeren met poriën van minder dan 50 nanometer in diameter.

Wat zijn de eigenschappen van een Vloeistof?

Liquids hebben een bepaald volume, maar kunnen van vorm veranderen door te stromen.

Vloeistoffen lijken op vaste stoffen in die zin, dat de deeltjes elkaar raken. De deeltjes kunnen zich echter verplaatsen.

Omdat de deeltjes elkaar kunnen raken, zal de dichtheid van een vloeistof dicht bij die van een vaste stof liggen.

Doordat de vloeistofmoleculen kunnen bewegen, zullen zij de vorm van hun recipiënt aannemen.

Wat zijn de specifieke eigenschappen van vloeistoffen?

Viscositeit –De weerstand van een vloeistof tegen stromen wordt de viscositeit genoemd

Oppervlakspanning — Het resultaat van aantrekkingskracht tussen moleculen van een vloeistof waardoor het oppervlak van de vloeistof zich gedraagt als een dunne elastische film onder spanning. Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat water bolvormige druppels vormt.

Dampdruk — De druk die een vaste stof of vloeistof uitoefent wanneer deze in evenwicht is met zijn damp bij een gegeven temperatuur.

kookpunt — wanneer dampdruk = atmosferische druk.

Wat zijn de eigenschappen van een gas?

Gassen hebben geen bepaald volume of vorm. Indien niet begrensd zullen gassen zich oneindig verspreiden. Als ze worden opgesloten, nemen ze de vorm van hun vat aan. Dit komt omdat de gasdeeltjes genoeg energie hebben om de aantrekkingskrachten te overwinnen. Elk van de deeltjes is goed gescheiden, wat resulteert in een zeer lage dichtheid.

Wat is de vierde toestand van materie?

De vierde toestand van materie is plasma. Plasma is een geïoniseerd gas, een gas waarin voldoende energie wordt toegevoerd om elektronen van atomen of moleculen vrij te maken en beide soorten, ionen en elektronen, naast elkaar te laten bestaan. In feite is een plasma een wolk van protonen, neutronen en elektronen waarin alle elektronen zijn losgekomen van hun respectieve moleculen en atomen, waardoor het plasma in staat is te handelen als een geheel in plaats van als een groep atomen. Plasma’s zijn de meest voorkomende toestand van materie in het heelal en omvatten meer dan 99% van ons zichtbare heelal en het grootste deel daarvan dat niet zichtbaar is. Plasma komt van nature voor en vormt het materiaal van onze zon, de kern van sterren en komt voor in quasars, pulsars die röntgenstralen uitzenden, en supernova’s. Op aarde komt plasma van nature voor in vlammen, bliksem en de aurora’s. De meeste ruimteplasma’s hebben een zeer lage dichtheid, bijvoorbeeld de Zonnewind die gemiddeld slechts 10 deeltjes per kubieke cm bevat. Botsingen tussen deeltjes zijn onwaarschijnlijk – vandaar dat deze plasma’s botsingsloos worden genoemd.

En nu een vijfde toestand — Bose-Einstein?

Het ineenstorten van de atomen tot een enkele kwantumtoestand staat bekend als Bose-condensatie of Bose-Einstein-condensatie wordt nu beschouwd als een 5e toestand van materie.

Wetenschappers hebben onlangs het Bose-Einstein condensaat ontdekt, dat kan worden beschouwd als het tegendeel van een plasma. Het komt voor bij ultralage temperatuur, dicht bij het punt dat de atomen helemaal niet meer bewegen. Een Bose-Einstein-condensaat is een gasvormige supervloeistoffase die wordt gevormd door atomen die worden afgekoeld tot temperaturen die zeer dicht bij het absolute nulpunt liggen. Het eerste dergelijke condensaat werd in 1995 geproduceerd door Eric Cornell en Carl Wieman aan de Universiteit van Colorado in Boulder, met behulp van een gas van rubidiumatomen dat was afgekoeld tot 170 nanokelvins (nK). –Onder dergelijke omstandigheden stort een groot deel van de atomen ineen tot de laagste kwantumtoestand, waardoor een superfluïde ontstaat. Dit verschijnsel werd in de jaren 1920 voorspeld door Satyendra Nath Bose en Albert Einstein, op basis van Bose’s werk aan de statistische mechanica van fotonen, dat vervolgens door Einstein werd geformaliseerd en gegeneraliseerd.