Gepubliceerd op 12 februari 2008
Tekst: Marlous Mollee
Fotografie: Hanne Nijhuis Ruim zestig kinderen en hun ouders bezochten zondag 10 februari een nieuwe Wakker Worden Kinderlezing. Deze keer ontsluierde prof. dr. Daan Frenkel, hoogleraar Chemie aan de UvA, de geheimen achter de eigenschappen van verschillende soorten stoffen.
Bij de start van de lezing vult Frenkel drie glazen bekers met verschillende stoffen: de ene met een blok hout, de andere met ijsblokjes en de laatste met droogijs (vast koolzuur). De vraag is welke van deze stoffen zullen smelten. Aan het einde van de lezing zal het resultaat bekeken worden. Sommige kinderen willen al een voorspelling doen: ‘Dat hout smelt echt niet!' Frenkel zegt dat ze waarschijnlijk gelijk hebben, maar een echte wetenschapper wil natuurlijk weten waaróm hout dan niet smelt. En daar gaan we in deze lezing achter proberen te komen. Iedereen weet dat stoffen in verschillende vormen kunnen voorkomen. Neem nu water: als het uit de kraan komt, is het een vloeistof. Ga je het verhitten, verdampt het tot een gas, en zet je het in de vriezer, dan wordt het ijs. De vraag is nu, hoe het mogelijk is dat water deze verschillende vormen kan aannemen.
Als de knikker een atoom voorstelt, zou een vlo de grootte hebben van een deel van Noord-Holland!
Alle stoffen, zoals water, maar ook ijzer, diamant en hout bestaan uit atomen. Een jongen weet hoe dat zit met water: ‘Een wateratoom bestaat uit twee waterstofatomen en 1 zuurstofatoom.' Dat klopt. Atomen zijn hele kleine bolletjes. Zo klein dat je er speciale apparatuur voor nodig hebt om ze te zien. Om een idee te krijgen van de grootte van een atoom, pakt Frenkel een knikker. ‘Stel dat deze knikker één atoom is, hoe groot denken jullie dan dat een vlo is? Net zo groot als een deel van de provincie Noord-Holland, zo'n dertig kilometer in doorsnee!' Er passen ongeveer 10.000.000 atomen op 1 millimeter! 'Atomen zijn heel erg dol op elkaar', vertelt Daan Frenkel verder. ‘Ze voelen zich tot elkaar aangetrokken en zitten graag zo dicht mogelijk op elkaar.' Soms wat steviger en soms wat losser. Hoe dicht ze op elkaar zitten bepaalt wat voor vorm de stof uiteindelijk heeft. Dus als de atomen heel dicht op elkaar zitten en weinig bewegen is het een vaste stof. Maak je de atomen heel warm, dan vliegen ze alle kanten op en heb je een gas.
Drie vrijwilligers mogen dit demonstreren. Ze hebben ieder een bak vast met daarin grote bollen van piepschuim. De eerste jongen beweegt op aangeven van Frenkel rustig heen en weer. De ballen blijven liggen waar ze liggen. De volgende vrijwilliger wiebelt al wat meer op haar voeten en de ballen schuiven wat over elkaar heen. De laatste jongen springt van de grond en natuurlijk vliegen de ballen alle kanten op. Hij krijgt het er warm van. ‘En dat is ook precies wat er met de moleculen gebeurt', zeg Frenkel. ‘Als ze warm worden, schieten ze alle kanten op.' De kinderen weten inmiddels dat de stof in dat geval een gas is. In een laboratorium wordt er natuurlijk niet met piepschuimen bolletjes gewerkt. Er bestaan computerprogramma's die laten zien wat moleculen doen als je ze steeds een beetje opwarmt. Ze gaan niet alleen harder bewegen, maar ze raken ook verder van elkaar. De zaal is enthousiast over het filmpje. ‘Doe 's kneiterhard!', roept iemand.
Dan is het tijd om te testen of iedereen al wat geleerd heeft over vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Alle kinderen krijgen tien afbeeldingen van verschillende stoffen, zoals water, helium, kwik, diamant en boter. Frenkel stelt vragen en de kinderen houden als antwoord de bijbehorende afbeelding omhoog. Welk metaal bevriest pas bij 38 graden onder nul? Kwik! Welke stof bevriest niet hoever je hem ook afkoelt? Helium! Welke korreltjes smelten tot glas als ze door de bliksem getroffen worden? Zand! Bijna alle kinderen hebben de vragen steeds goed.
>> Download hieronder de vragen en maak de quiz zelf!
Er gaat wel een halve liter in de cylinder met knikkers. Het neemt de plaats in van de lucht die de ruimte tussen de knikkers opvult.
Nu weer terug naar de vraag: waarom smelt hout niet en ijs wel? Daarvoor moeten we kijken naar de structuur van het materiaal. IJs heeft een kristalstructuur. Kristallen zijn regelmatige stapels moleculen. Ze liggen allemaal netjes tegen elkaar aan gestapeld. Frenkel legt uit hoe de natuurkundige Johannes Keppler een paar eeuwen geleden als eerste vaststelde dat atomen in een kristal deze structuur moesten hebben. Op verzoek van een Engelse admiraal bedacht Kepler een manier hoe deze de kogels op zijn schip zo efficiënt mogelijk kon stapelen. Je moet ze dan heel geordend stapelen, net als de sinaasappelen bij de groenteboer. Keppler vermoedde toen al, dat het voor moleculen wel eens hetzelfde zou kunnen zijn. Of is het toch handiger om alles op een hoop te gooien en de moleculen zich een weg te laten zoeken? Om die vraag te beantwoorden, doet Frenkel een proefje. Hij heeft een glazen buis gevuld met knikkers van onregelmatige vorm. Ze komen tot één liter. In een andere glazen buis zit één liter water. Heel rustig schenkt Frenkel het water bij de knikkers tot de knikkers net onder water zijn. Het blijkt dat er een halve liter water in de knikkerbuis gegoten is. Er zat dus nog een halve liter ruimte tussen de knikkers! Dat betekent dat de ruimte maar de voor de helft gevuld was met knikkers, en voor de rest met lucht. Frenkel legt uit dat er bij een regelmatige stapeling - in een bredere bak - maar een kwart van de ruimte met lucht zou zijn gevuld. Toch kan dit nog veel efficiënter, en dat weten ze in supermarkten heel goed. Kijk maar naar de pakken melk in een schap. Die zijn vierkant en niet rond. Zou het dan niet handig zijn als er meer dingen vierkant in plaats van rond zouden zijn? Frenkel laat plaatjes zien van vierkante komkommers en watermeloenen. De groenteboer zal daar wel blij mee zijn!
Als je hout verhit verbrandt het, en smelt dus niet.
We weten nu dat ijsmoleculen uit kristallen bestaan en dat kristallen een regelmatige structuur hebben. Maar hoe zit dat nu met hout? Houtmoleculen bestaan uit hele lange ketens. Wanneer je hout gaat verhitten om het te laten smelten, zullen de houtmoleculen eerder uit elkaar vallen en stukgaan dan dat ze lostrillen. Hout verbrandt dus eerder dan dat het smelt. Om dit aan te tonen doet Daan Frenkel een laatste proef. In een reageerbuis verhit hij een stukje hout. Al heel snel zien de kinderen rook uit het buisje komen. De moleculen zijn stuk gegaan en het hout smelt niet. Daarmee is het antwoord op de vraag waar de lezing mee begon wetenschappelijk aangetoond. De goede antwoorden bij de quiz:
1.Goud;2.Kwik;3.Suiker;4.Ijs;5.Boter;6.Steen;
7.Diamant;8.Helium;9.Hout;10.Zand
Bron: Wakker Worden kinderlezingen
|
Vragen quiz
