Deel 1 - Hoofdstuk 5

Question 1

Geef de definitie voor ‘stelsel’.

Answer 1

Een stelsel is een stuk van de materiële wereld dat afgebakend wordt om te bestuderen.

Question 2

Geef de definitie voor ‘rest’.

Answer 2

De rest is de omgeving rond een stelsel

Question 3

Op welke vlakken kan een stelsel veranderen ?

Answer 3

Een stelsel kan homogeen (1 enkele fase) of heterogeen (meerdere fasen) zijn

Een stelsel kan bestaan uit een enkele zuivere stof of een mengsel van meerdere componenten

Toestand wordt beschreven door toestandsgrootheden
-> Intensieve en extensieve parameters

Question 4

Wat is de fasenregel van Gibbs ?

Answer 4

De toestand van een stelsel is slechts eenduidig bepaald als er (2+c+φ) intensieve parameters gekend zijn
-> C = aantal componenten
-> φ = aantal fasen in evenwichtig stelsel

=> Stelsel met 1 zuivere stof : c = 1, φ = 1, 2 parameters P en T

Question 5

Wat kan je zeggen over het verband tussen toestandsgrootheden ?

Answer 5

Indien de toestand van het stelsel op deze manier vastgelegd werd, hebben alle toestandsgrootheden welbepaalde waarde.
-> De toestandsgrootheden zijn onderling verbonden

Question 6

Geef een definitie voor ‘toestandsvergelijking’.

Answer 6

Een speciale functie die het molair volume geeft als functie van druk, temperatuur en samenstelling.

Question 7

Geef een definitie voor ‘fasendiagramma’.

Answer 7

Een fasendiagramma is een grafische weergave van de fasen die in een bepaald materiaal aanwezig kunnen zijn bij bepaalde omstandigheden.

Question 8

Geef een definitie voor ‘dampspanningskromme’.

Answer 8

De kromme die de grens vormt tussen vloeistof en damp in een fasendiagramma.

Question 9

Geef een definitie voor ‘smeltlijn’.

Answer 9

De kromme die de grens vormt tussen vast en vloeistof in een fasendiagramma.

Question 10

Geef een definitie voor ‘sublimatielijn’.

Answer 10

De kromme die de grens vormt tussen vast en damp in een fasendiagramma.

Question 11

Hoeveel thermodynamische grootheden heb je nodig om de toestand te karakteriseren op de dampspanningskromme, smeltlijn en sublimatielijn ?

Answer 11

1 thermodynamische grootheid volstaat om de toestand te karakteriseren
-> F = 2
=> 2+1-2 = 1

Question 12

Geef een definitie voor ‘triple punt’.

Answer 12

Het punt waar de dampspanningskromme, smeltlijn en sublimatielijn samenkomen.

=> evenwicht tussen vaste toestand, vloeibare toestand en gas toestand
=> Uniek,
=> Fasenregel van Gibbs => 0 vrijheidsgraden

Question 13

Geef een definitie voor ‘kritisch punt’.

Answer 13

Het kritisch punt is het punt waarin er op de dampingskromme geen onderscheid meer is tussen damp en vloeistof dit is het geval voor een bepaalde waarde van druk en temperatuur
-> Kritische temperatuur Tc en kritische druk Pc

-> Voor water : druk = 218 atm, temperatuur = 374°C

Question 14

Wanneer spreekt men van een superkritisch fluïdum ?

Answer 14

Als P en T groter zijn dan de kritische waarden.

-> Vanaf deze temperatuur en druk bestaat de vloeistoffase niet meer.
-> Superkritische fase van een stof : geen onderscheid meer tussen gasfase en vloeistoffase

Question 15

Geef een voorbeeld waarvoor men superkritische fluïdum gebruikt.

Answer 15

Voor het maken van caffeïnevrije koffie.
-> Methyleenchloride of superkritische CO2
=> Hoge druk en temperatuur : superkritische CO2
=> CO2 penetreert doorheen de koffiebonen (lage viscositeit) en lost de caffeïne op
=> CO2 wordt weggehaald met caffeïne
=> Decomprimeren : CO2 (wordt terug een gas) scheidt terug van caffeïne
=> Verhogen temperatuur : roosteren bonen, overige CO2 verdampen

Question 16

Welke 4 variabelen bepalen de eigenschappen van een gas ?

Answer 16

-> Druk
-> Temperatuur
-> Volume
-> Hoeveelheid gas

Question 17

Wat zegt de wet van Boyle-Mariotte ?

Answer 17

Voor een bepaalde hoeveelheid van een bepaald gas geldt dat bij een constante temperatuur het volume omgekeerd evenredig is met de druk.
-> P*V = constante

Question 18

Wat zegt de wet van Charles, Gay-lussac ?

Answer 18

Voor een bepaald gas bij een constante druk is het volume evenredig met de temperatuur.
-> V/T = constante

Question 19

Bij welke temperatuur spreken we over het absoluut nulpunt ?

Answer 19

Bij een temperatuur van -273,15°C

Question 20

Wat is er speciaal over het absolute nulpunt ?

Answer 20

Bij temperaturen lager dan het absolute nulpunten zouden gassen een negatief volume krijgen, dit is fysisch onmogelijk.

Question 21

Wat zegt de wet van Regnault ?

Answer 21

Voor een bepaald gas bij constant volume is de druk evenredig met de temperatuur.
-> P/T = constante

Question 22

Wat zegt de gecombineerde gaswet ?

Answer 22

Voor een bepaald gas met een bepaalde hoeveelheid gas geldt
-> (P1V1)/T1 = (P2V2)/T2
=> PV/T is constant voor een vaste hoeveelheid gas.

Question 23

Wat zegt het principe van Avogrado-Ampère ?

Answer 23

Bij gelijke temperatuur en druk bevatten gleijke volumes van willekeurige gassen steeds hetzelfde aantal deeltjes N.
-> V/N = constant
-> V1/V2 = N1/N2

=> Bij een bepaalde druk en temperatuur verhouden verschillende volumes van willekeurige gassen zich als de aantallen deeltjes die ze bevatten.

=> Molair volume is identiek voor alle (ideale) gassen bij dezelfde temperatuur en druk

Question 24

Wat zijn de STP omstandigheden ?

Answer 24

Gebruikt om molaire volumes van verschillende gassen te vergelijken met elkaar

-> Standaard omstandigheden
=> Temperatuur = 0°C
=> Druk = 1 atm

Question 25

Wat is het molair volume van een ideaal gas bij STP omstandigheden ?

Answer 25

22,4 l/mol

Question 26

Geef een definitie voor ‘normaal kubieke meter (Nm^3)’.

Answer 26

Het volume in m^3 dat een gas inneemt bij STP omstandigheden

Question 27

Wat is de ideale gaswet ?

Answer 27

Universele vergelijking voor een willekeurige hoeveelheid van een willekeurig (ideaal) gas.
-> PV = nRT
R = 8,3145J/mol*K

Question 28

Aan welke waarde is de constante R gelijk ?

Answer 28

R = 8,3145J/molK = 0.082057 Latm/mol*k

Question 29

Geef de definitie van een ‘ideaal gas’.

Answer 29

Een gas dat onder alle omstandigheden van temperatuur en druk voldoet aan de ideale gaswet.

Question 30

Welke eigenschappen heeft een ideaal gas ?

Answer 30

-> Geen interdeeltjes(aantrekkings)krachten tussen gasdeeltjes
-> puntvormige deeltjes zonder eigenvolume
-> Enige interactie tussen de deeltjes van het gas en het recipiënt zijn perfecte elastische botsingen

Question 31

Wanneer wordt het ideale gasmodel meer en meer exact ?

Answer 31

-> Verlaging van de druk
=> Eigenvolume gasdeeltjes verwaarloosbaar t.o.v. groot volume gas
-> stijging van de temperatuur
=> Hogere kinetische energie : interdeeltjeskrachten worden verwaarloosbaar

Question 32

Aan wat is de constante van Boltzmann gelijk ?

Answer 32

K = R/Nav (per deeltje)

Question 33

Aan wat is de specifieke of soortelijke gasconstante gelijk ?

Answer 33

ri = R/Mi
-> Ideale gasconstante per gram gas
-> Mi = molaire massa

Question 34

Wat is het verband tussen de ideale gaswet en de densiteit van gassen ?

Answer 34

-> Densiteit = massa/volume
=> Indien de molaire massa gekend is, kan men de densiteit berekenen bij een bepaalde temperatuur en druk
-> ρ = m/v -> ρ = nM/V -> PM = ρRT

Question 35

Wanneer zweeft een object ?

Answer 35

Wanneer het object een lagere dichtheid heeft dan de verplaatste hoeveelheid materie is het effectieve gewicht negatief
-> Het object zal naar omhoog bewegen

Question 36

Hoe kan men gebruik maken van de densiteit van gassen om een object te laten vliegen ?

Answer 36

-> Een hogere temmperatuur bij gelijke druk (hete luchtballon)
=> Volume zal toenemen, lagere densiteit
=> Hete luchtballon zal stijgen

-> Gas gebruiken met lagere densiteit
=> Waterstof (brandbaar en loopt snel door een ballonmembraan (klein molecule)
=> Helium (duur en loopt snel door een ballonmembraan (klein molecule)

Question 37

Geef een definitie voor ‘diffusie’.

Answer 37

Menging van 2 of meer gassen ten gevolge van de beweging van gasmoleculen

Question 38

Geef een definitie voor ‘effusie’.

Answer 38

Het uistromen van een gas doorheen een kleine opening of porie

Question 39

Wat zegt de effusie-wet van Graham ?

Answer 39

De uitstroomsnelheid is omgekeerd evenredig aan het kwadraat van de molecuulmassa
-> 1/√ρ
=> effusiesnelheid1/effusiesnelheid2 = √(M2/M1)

Question 40

Leg uit hoe de aanrijking van uranium werkt.

Answer 40

U235 is nodig voor kernreacties. In de geonormale samenstelling van U komt U238 veel voor en U235 zeer weinig.
-> 0.7% U235 en 99.3% U238
-> Opwarderen tot 5% : kernreactor
-> Opwarderen tot 90% : bom

-> Men wilt dus meer U235 kunnen maken

-> Men converteert U naar UF6 (volatiel bij 56°C, apolair)
-> Men laat UF6 diffunderen door een serie poreuze membranen
=> Lichtere UF6 235 diffunderen iets sneller dan de zwaardere UF6 238 (0.4% sneller)
-> Proces meerdere keren herhalen
-> Uranium kan aangerijkt worden in de juiste variant

=> Ook mogelijk met centrifugatiekracht
-> Zwaardere UF6 238 zullen meer naar de buitenkant gezwierd worden
-> In het centrum gas, aangerijkt et U-235 vorm zal kunnen afgetapt worden

Question 41

Geef een definitie voor de ‘samendrukbaarheidsfactor’.

Answer 41

-> Afwijkingen van het ideale gasgedrag kunnen gekwantificeerd worden door middel van de compressiefactor of de samendrukbaarheidsfactor Z.

-> De waarde van Z geeft informatie over de dominante types van intermoleculaire krachten die aanwezig zijn in het gas

=> Z = (PV)/nRT

Question 42

Welke Z waardes wijzen op welke zaken ?

Answer 42

-> Z = 1
=> Er zijn geen plakkrachten en het is een ideaal gasgedrag

-> Z < 1
=> De attractieve krachten domineren en het gas zal een kleiner volume innemen dat een ideaal gas onder dezelfde druk en temperatuurscondities zou innemen

-> Z > 1
=> De repulsiekrachten domineren
=> Stijgende druk kan enkel ruimte tussen moleculen reduceren, niet het volume van de individuele deeltjes (eigenvolume van de deeltjes)

-> Bij lage drukken gaan alle gassen naar Z = 1
=> Afstand tussen de deeltjes is zeer groot

-> Bij grote drukken gaan alle gassen naar Z>1
=> Stijgende druk kan enkel ruimte tussen moleculen reduceren, niet het volume van de individuele deeltjes (eigenvolume van de deeltjes)
=> Eigenvolumes van de deeltjes zijn niet meer verwaarloosbaar

-> Bij hoge drukken worden gassen vloeibaar
=> Vloeibaar heeft een eigenvolume (men veronderstelt dat het niet samendrukbaar is)
=> Z zal lineair toenemen met de druk

Question 43

Wat kan je zeggen over de invloed van temperatuur op de samendrukbaarheidsfactor ?

Answer 43

-> Bij hoge temperatuur hebben de deeltjes een hoge snelheid
=> Minder tijd tijdens een botsing tussen deeltjes
=> Minder tijd voor attractieve plakkrachten om op te treden

=> Grotere botsingsenergie
=> Deeltjes penetreren verden in de elektronenwolk
=> Repulsieve deel domineert

Question 44

Hoe werkt de toestandsvergelijking van van der Waals ?

Answer 44

-> Niet-idealiteiten kunnen in rekening gebracht worden door de toestandvergelijking van van der Waals

-> (P + (an^2)/V^2 ) (V - nb) = nRT
-> P = (RT)/(v-b) - a/v^2
=> v = molaire volume (V/n)
=> a en b = van der Waalsparameters

-> Negatieve contributie geeft het attractieve deel weer van de krachtenbalans
=> A in functie van de grootte van de plakkrachten (interdeeltjeskrachten))

-> b in functie van eigenvolumes van de deeltjes
=> Enkel vergelijkbaar bij hoge drukken (v vergelijkbaar met b)
=> Gas is quasi een vloeistof

-> Vuistregel
=> b = 1 tot 4 keer het molaire volume van de vloeistof

=> Hoe apolairder de molecule, hoe minder plakkrachten

Question 45

Is er ook een toestandsvergelijking voor vloeistoffen en vaste stoffen ?

Answer 45

Nee er is alleen een toestandvergelijking voor gassen.

-> Men gebruikt experimentele evidentie

Question 46

Hoe wordt de samendrukbaarheidscoëfficiënt Kt bepaald bij vloeistoffen en vaste stoffen ?

Answer 46

-> Experimenteel wordt de samendrukbaarheidscoëfficiënt vastgesteld door de verandering van het molaire volume v bij verandering van druk (maar bij constante temperatuur) op te meten en te delen door het oorspronkelijke molaire volume
=> Kt = -1/v (dv/dP)t

Question 47

Hoeveel keer meer is een gas samendrukbaar dan een vloeistof ?

Answer 47

Vloeistoffen zijn ongeveer 10 000 keer minder samendrukbaar dan gassen

-> Vloeistoffen worden vaak als onsamendrukbaar gezien
=> Water 100 keer meer samendrukbaar dan staal en 10 maal groter dan die van beton

Question 48

Hoeveel druk is er nodig om water 1% samen te drukken ?

Answer 48

Er is een druk nodig van 217 atm om water 1% samen te drukken.

Question 49

Hoe wordt de thermische expansie-coëfficiënt α bepaald bij vloeistoffen en vaste stoffen ?

Answer 49

De thermische expansie-coëffieciënt wordt vastgesteld door de verandering van het molaire volume v bij verandering van temperatuur (maar nu bij constante druk) op te meten en te delen door het oorspronkelijke molaire volume
=> α = 1/v (dv/dT)p

Question 50

Waarom houden we de druk constant om de thermische expansie-coëfficiënt te bepalen en niet de temperatuur zoals bij de samendrukbaarheidscoëfficiënt ?

Answer 50

Het molaire volume van vloeistoffen en vaste stoffen reageert niet zozeer op drukken maar wel op temperatuurswisselingen.

Question 51

Hoe kan je de uitzetting en inkrimping bij een temperatuurstijging of temperatuurdaling verklaren bij vloeistoffen en vaste stoffen ?

Answer 51

Als de temperatuur stijgt zal de binding tussen de deeltjes al wat losser worden en zullen de deeltjes gemiddeld gezien wat verder van elkaar zitten en is er al een deel van de bindingsenergie overwonnen

-> Als de temperatuur stijgt zal niet alleen het energieniveau stijgen maar zal het gemiddelde ook opschuiven naar grotere interdeeltjesafstanden en dus krijgen we een expansie

Question 52

Wat is de thermische expansie-coëfficiënt van water ?

Answer 52

De thermische expansie-coëfficiënt van water is 2,1*10^-4.
-> Voor elke 100 graden neemt het molaire volume van water met 2% toe
=> Indien de druk hoog genoeg is zodat we nog niet met stoom werken.