Aggregatietoestanden en waterkringloop: vast, vloeibaar en gas

Je potlood en de lucht eromheen zijn allebei materie. Materie heeft massa en neemt ruimte in. Massa geeft aan hoeveel materie iets bevat. Een weegschaal meet massa in gram of kilogram. De ruimte die iets inneemt, is het volume.

Materie heeft drie belangrijke aggregatietoestanden: vast, vloeibaar en gasvormig. Je kunt deze toestanden onderscheiden door te kijken wat ze doen.

Zoek naar een eigen vorm

Leg een houten blok op een dienblad en daarna in een kom. Het blok behoudt op beide plekken zijn vorm. Het behoudt ook zijn volume. De kom zorgt er niet voor dat het blok zich over de bodem verspreidt. Dit zijn aanwijzingen dat het hout een vaste stof is.

Bakstenen, munten en ijsblokjes zijn ook vaste stoffen. Je kunt vaste blokken stapelen omdat elk blok zijn vorm behoudt. Stevig hout en stevige bakstenen zorgen ervoor dat een huis blijft staan. Stevige schoenen behouden hun vorm om je voeten en beschermen ze.

Zachte dingen kunnen vast zijn

Een vaste stof hoeft niet hard aan te voelen. Een trui blijft op een hoop liggen als je hem neerlegt. Hij verspreidt zich niet langzaam tot een plas. Boetseerklei behoudt de vorm die je eraan geeft.

Denk in drie stappen na over een elastiekje:

1. Voordat je eraan trekt, heeft het elastiekje een eigen vorm.
2. Door te trekken rek je het elastiekje uit tot een langere vorm.
3. Als je het loslaat, veert het terug.

Door het trekken veranderde de vorm. Het rubber veranderde niet in een vloeistof. Sommige vaste stoffen veren terug; andere, zoals klei, behouden hun nieuwe vorm.

Bekijk elk stukje

Scheur papier in snippers. Elke snipper heeft nog steeds een eigen vorm. Als je een vaste stof breekt, ontstaan kleinere vaste stukken.

Zout, suiker en zand bestaan uit veel kleine vaste korrels. Met een loep kun je de vorm van elke korrel zien. De korrels kunnen langs elkaar bewegen als je ze uitgiet. De korrels zelf blijven vast.

Giet water in een beker en kijk waar het naartoe gaat. Het stroomt naar beneden en vult de bodem. Water is een vloeistof, net als melk, bakolie en sap.

Dezelfde hoeveelheid, een nieuwe vorm

Een vloeistof neemt de vorm aan van de bak eromheen. Hij behoudt zijn volume als je hem verplaatst zonder iets te verliezen.

Stel dat je 200 mL sap afmeet. Zo kun je nagaan wat er gebeurt als je het uitgiet:

1. Giet het sap vanuit een maatbeker in een brede kom.
2. Kijk hoe het sap er nu breder en ondieper uitziet.
3. Giet alles terug in de maatbeker.
4. Lees het niveau opnieuw af. Je hebt nog steeds 200 mL.

Het lage niveau in de kom betekent niet dat er minder sap is. Dezelfde hoeveelheid heeft zich over een bredere bodem verspreid. Door morsen, drinken of verdamping kan de hoeveelheid veranderen; door een andere bak te gebruiken niet.

Je meet het volume van vloeistoffen in milliliter, geschreven als mL, of liter, geschreven als L. Eén liter is 1.000 milliliter.

Een plas met een horizontale bovenkant

Water dat je op een dienblad giet, verspreidt zich tot een plas. Als het water niet meer beweegt, is de bovenkant vlak en horizontaal. Het vormt geen puntige hoop zoals zand. Kantel voorzichtig een halfvolle doorzichtige beker. De beker kantelt, maar de bovenkant van het stilstaande water blijft horizontaal.

Een vloeistof vult het onderste deel van de bak waarin hij zit. Hij verspreidt zich niet door alle ruimte erboven, zoals een gas dat doet.

Ook langzaam stromen is stromen

Het duurt langer om honing uit te gieten dan water. Als je lang genoeg kijkt, zie je de honing stromen. Hij neemt de vorm van de pot aan. Dikke vloeistoffen, zoals stroop en shampoo, zijn nog steeds vloeistoffen.

Vloeistoffen zijn ook heel moeilijk samen te drukken zodat ze minder ruimte innemen. In een plastic spuit zonder naald kun je opgesloten water nauwelijks samendrukken. Opgesloten lucht kun je veel gemakkelijker samendrukken.

Doordat vloeistoffen stromen, zijn ze nuttig. Water stroomt door leidingen en verf verspreidt zich over papier.

De meeste gassen kun je niet zien, maar je kunt wel ontdekken wat ze doen. Voel de wind op je gezicht. Kijk hoe een strandbal groter wordt als je er lucht in blaast. Lucht is materie: lucht neemt ruimte in en heeft massa.

Zoek de lucht in een beker

Een “lege” beker bevat al lucht. Stel je voor dat je hem ondersteboven in een bak water duwt:

1. De lucht blijft in de beker opgesloten.
2. De lucht neemt ruimte in en houdt het water uit die ruimte.
3. Kantel de beker. De lucht ontsnapt als bellen en er komt water in.

De bellen bewijzen dat er lucht was die je eerst niet kon zien. Een fles klokt als je eruit giet, omdat er lucht in moet komen om de plaats van het water in te nemen.

Een gas verspreidt zich en vult de hele ruimte waarin het zit. Het heeft geen vaste vorm en geen vast volume. Lucht vult een ronde ballon of een lange ballon. Als gas ontsnapt, verspreidt het zich in de omringende lucht.

Druk het samen en weeg het

Sluit lucht op in een plastic spuit zonder naald. Houd de opening dicht en duw op de zuiger. De lucht past in minder ruimte en duwt terug. Lucht die in banden en ballen wordt gepompt, maakt ze stevig. Opgesloten lucht zorgt er ook voor dat een luchtbed je kan dragen.

Gassen hebben massa. Dicht bij zeeniveau heeft één liter lucht bij kamertemperatuur een massa van ongeveer 1,2 g. Als je meer lucht in een basketbal pompt, komen er een paar gram bij. Een gevoelige weegschaal kan die extra massa laten zien. Dat lucht onzichtbaar is, betekent niet dat ze niets weegt.

Maak kennis met enkele gassen

Lucht is een mengsel dat vooral uit stikstof en zuurstof bestaat. Je gebruikt zuurstof als je ademt. De lucht die je uitademt bevat meer koolstofdioxide dan de lucht die je inademt. Koolstofdioxide vormt ook de belletjes in frisdrank. Helium laat feestballonnen zweven. Waterdamp is water in gasvormige toestand. Ook geuren kunnen zich als gassen door de lucht verspreiden.

Het zichtbare deel van rook bestaat uit kleine vaste stukjes en vloeistofdruppeltjes die door gassen worden meegevoerd. De witte nevel boven een warme drank bestaat uit kleine druppeltjes vloeibaar water. Waterdamp zelf is onzichtbaar.

Aan alleen het uitgieten kun je de aggregatietoestand van een materiaal niet herkennen. Je kunt zand gieten, maar ook water. Bekijk het materiaal goed en gebruik meer dan één aanwijzing.

Vergelijk wat elke aggregatietoestand doet

Vloeistoffen en gassen stromen allebei. Gas kun je gemakkelijk samendrukken. De meeste vaste stoffen en vloeistoffen zijn veel moeilijker samen te drukken, al kunnen gaten vol lucht ervoor zorgen dat een vast voorwerp indrukbaar is.

Korrels en gaten

Giet bloem op een droog bord. Er ontstaat een hoop. Kijk goed: de bloem bestaat uit veel kleine vaste korrels. De hoop verandert van vorm als de korrels bewegen, maar elke korrel blijft vast.

Een spons heeft een vast geraamte met veel gaten. Als je erin knijpt, buigt het geraamte. Lucht of water kan uit de gaten ontsnappen. Laat je de spons los, dan veert het geraamte terug. Dat je een spons kunt indrukken, maakt er nog geen gas van.

Zeepschuim bevat vloeistof met gasbelletjes erin. Frisdrank bevat ook twee aggregatietoestanden: een vloeibaar drankje en gasbelletjes. Benoem de aggregatietoestand van elk onderdeel.

Bekijk een gemengde groep

Stel dat je een houten lepel, sinaasappelsap, zout, stroop en een spons hebt.

• De lepel behoudt zijn vorm en is dus vast.
• Het zout is vast omdat elke korrel zijn vorm behoudt.
• De spons heeft een buigzaam vast geraamte.
• Het sap stroomt in de vorm van zijn bak en is dus vloeibaar.
• De stroop doet dat ook, al stroomt die langzaam.

Leg het uit met een zin met “omdat”. “Zout is vast omdat de kleine korrels elk hun vorm behouden” geeft een reden die iemand kan controleren.

Eén materiaal, verschillende aggregatietoestanden

IJs, vloeibaar water en waterdamp zijn allemaal water. Hun aggregatietoestanden verschillen. De temperatuur helpt bepalen welke aggregatietoestand je aantreft. Chocolade kan vast zijn in een kamer van ongeveer 20 °C, maar vloeibaar in een hete auto. Beschrijf wat een materiaal op dat moment doet; de naam alleen vertelt niet wat de aggregatietoestand is.

Je hand kan je vertellen dat iets warm aanvoelt. Een thermometer geeft je een getal voor hoe warm of koud iets is. Dat getal is de temperatuur. Metaal en hout in dezelfde kamer kunnen verschillend aanvoelen, ook als ze dezelfde temperatuur hebben.

Zoek de schaalverdeling in Celsius

In de natuurwetenschap worden temperaturen gegeven in graden Celsius, geschreven als °C. Je zegt 20 °C als “twintig graden Celsius”. Ook het weerbericht en de thermometers in Nederlandse huizen gebruiken graden Celsius. Controleer de aanduiding °C voordat je een schaalverdeling afleest.

Deze temperaturen helpen je een beeld te krijgen bij de getallen:

In een vloeistofthermometer stijgt gekleurde vloeistof als die warmer wordt. Ze daalt als ze afkoelt. Lees de bovenkant van die vloeistof af op de schaalverdeling. Een digitale thermometer laat een getal op een scherm zien.

Bepaal eerst de waarde van één tussenruimte

Kijk naar een schaalverdeling met de getallen 20 en 30 en vijf gelijke tussenruimtes ertussen.

1. Tussen de genummerde streepjes zit 10 graden.
2. Die 10 graden zijn verdeeld over vijf tussenruimtes, dus elke tussenruimte is 2 graden.
3. Twee tussenruimtes boven 20 geeft eerst 22 en dan 24 °C.

Ga er niet van uit dat elke kleine tussenruimte één graad betekent. Op deze schaalverdeling is drie tussenruimtes boven 20 gelijk aan 26 °C.

Ga onder nul

Een minteken betekent onder nul. Bij −5 °C zit je vijf graden onder 0 °C. Naar beneden krijg je −1, −2, −3 enzovoort. Verder onder nul betekent kouder: −10 °C is kouder dan −5 °C. Een vriezer thuis is ongeveer −18 °C.

Om een temperatuurverandering te bepalen, tel je het aantal graden tussen de meetwaarden. Van 18 °C naar 25 °C is een stijging van 7 graden. Van 4 °C naar −3 °C is een daling van 7 graden: vier om bij nul te komen en dan nog drie eronder.

Met een zorgvuldige meting kun je temperaturen vergelijken. Gebruik elke keer dezelfde methode, zodat een verandering in je werkwijze de vergelijking niet verstoort.

Plaats, wacht, lees af

Volg bij een vloeistofthermometer deze stappen:

1. Houd het bovenste uiteinde vast. Je vingers kunnen het reservoir verwarmen.
2. Steek het reservoir in het water, zonder dat het de zijkanten en bodem van de beker raakt.
3. Wacht tot de gekleurde vloeistof niet meer beweegt, meestal ongeveer een minuut.
4. Houd je ogen op dezelfde hoogte als de bovenkant van de gekleurde vloeistof.
5. Lees de schaalverdeling af en schrijf de temperatuur met °C op.

Als je meteen afleest, kun je de oude temperatuur van de thermometer aflezen. Als je van boven of onderen afleest, is de schaalverdeling moeilijker goed af te lezen. Meet de luchttemperatuur buiten in de schaduw. Zonlicht verwarmt de thermometer zelf.

Ga voorzichtig om met glazen thermometers; vertel het een volwassene als er een breekt. Een volwassene verwarmt en hanteert heet water. Bekijk kokend water vanaf een veilige afstand en houd je handen en gezicht uit de buurt van de damp: aan beide kun je je verbranden.

Maak een tabel

Geef elke kolom een naam en eenheid. Dan hoef je alleen getallen in de vakjes te zetten. Hier zie je voorbeeldmetingen van ijs en water waarin wordt geroerd in een warme kamer:

In dit voorbeeld smelt het laatste ijs na 15 minuten. Daarna stijgen de meetwaarden. Je eigen proef kan anders verlopen, dus noteer wat je meet.

Maak van de tabel een lijngrafiek

Zet de tijd langs de onderkant en de temperatuur langs de zijkant. Zet bij beide de eenheid. Kies gelijke tussenruimtes voor gelijke hoeveelheden. Zet voor elke rij in de tabel één punt: bijvoorbeeld 20 minuten naar rechts en 3 °C omhoog. Verbind de punten in tijdvolgorde.

Een vlakke lijn betekent dat de temperatuur gelijk bleef. Een stijgende lijn laat opwarming zien; een dalende lijn laat afkoeling zien. Een vlakke lijn betekent niet dat er niets gebeurde: het ijs kan nog steeds aan het smelten zijn.

Gebruik voor een eerlijke vergelijking dezelfde thermometer, wachttijd en manier van aflezen. Herhaal metingen. Als een meetwaarde sterk afwijkt van de rest, controleer die dan opnieuw voordat je hem gebruikt.

Een waterijsje dat in warme lucht ligt, wordt vloeibaar. Het is van aggregatietoestand veranderd, van vast naar vloeibaar. Door verwarming komt er warmte-energie bij, ook wel thermische energie genoemd. Door afkoeling gaat warmte-energie weg.

Twee tegengestelde veranderingen

Smelten is de overgang van een vaste stof naar een vloeistof terwijl die warmte opneemt. Bevriezen, ook wel stollen genoemd, is de overgang van een vloeistof naar een vaste stof terwijl die warmte afgeeft.

Bij stollen voelt iets niet altijd ijskoud. Gesmolten was wordt vast als het afkoelt, zelfs terwijl het warm aanvoelt. Gesmolten chocolade kan vast worden in een koele kamer. Elk materiaal heeft zijn eigen temperatuur om vast te worden.

Vergelijk smeltpunten

Een smeltpunt is de temperatuur waarbij een vaste stof smelt. Zuiver ijs smelt bij 0 °C. Zuiver water bevriest bij diezelfde temperatuur.

Verschillende materialen hebben verschillende temperaturen nodig. Chocolade begint te smelten bij ongeveer 34 °C, al smelten verschillende soorten chocolade binnen iets verschillende temperatuurgebieden. Je lichaam is warmer dan dat, dus chocolade kan in je hand smelten. IJzer heeft ongeveer 1.538 °C nodig, een temperatuur die in een smeltoven wordt bereikt. De smelttemperatuur helpt je materialen te vergelijken.

Gebruik een temperatuur om de aggregatietoestand te bepalen

Zo kun je onder gewone omstandigheden over water nadenken:

• Bij −5 °C zit het onder het stolpunt: vast ijs.
• Bij 12 °C zit het boven het smeltpunt: vloeibaar water.
• Bij 0 °C kunnen ijs en vloeibaar water samen voorkomen.

Kies bij precies 0 °C niet zomaar één aggregatietoestand. Een glas met zowel ijs als water laat zien waarom ze er allebei kunnen zijn.

Waarom smeltend ijs op nul blijft

Stel je voor dat je in ijs en water roert terwijl er warmte uit de kamer binnenkomt. Het ijs blijft smelten, maar het mengsel blijft ongeveer 0 °C. De binnenkomende warmte wordt gebruikt voor de faseovergang. Nadat het laatste ijs is gesmolten, warmt verdere verwarming het vloeibare water op.

Het ijs is water geworden; het is niet verdwenen. Warmte uit de warmere omgeving gaat naar het ijs en laat het smelten. Als je zegt “er kwam kou uit”, mis je de oorzaak: de warmte die erin gaat, verandert de vaste stof in een vloeistof.

Water kan heel heet aanvoelen voordat het kookt. Koken begint als er overal in de vloeistof steeds dampbellen ontstaan. De temperatuur waarbij dit gebeurt, is het kookpunt.

Zuiver water kookt op zeeniveau bij 100 °C. Water van 50 °C is heet, maar zit nog ruim onder dat kookpunt.

Volg een bel

Voordat het water kookt, kunnen zich kleine belletjes aan de zijkanten van een pan verzamelen. Dat is vooral lucht die uit het warmer wordende water komt. Koken ziet er anders uit:

1. In de vloeistof blijven grotere bellen ontstaan.
2. Die stijgen op door het water.
3. Aan het oppervlak barsten ze open en komt waterdamp vrij.

De kookbellen bevatten water als gas. Het zijn geen zakjes met warmte. Warmte veroorzaakt de verandering; waterdamp is de stof in de bellen.

Wat meer warmte doet

Zodra water in een open pan op zeeniveau kookt, blijft de temperatuur ongeveer 100 °C. Meer warmte verandert vloeistof sneller in damp. Er ontstaan meer bellen en het waterniveau daalt sneller.

Stel dat een volwassene het vuur onder water dat al kookt hoger zet. De meetwaarde blijft niet stijgen alleen omdat het fornuis hoger staat. De extra warmte wordt gebruikt om meer water in gas te veranderen.

De witte wolk is vloeibaar

Waterdamp zelf is onzichtbaar. Bij de tuit van een waterkoker kan een heldere ruimte zitten vóór de witte nevel. Als de damp zich met koelere lucht mengt, ontstaan kleine vloeistofdruppeltjes. Die druppeltjes vormen de witte wolk die mensen “stoom” noemen.

Het heldere gas en de zichtbare nevel zijn verschillende aggregatietoestanden van water. Het gas koelt af en wordt vloeistofdruppeltjes.

Koken hoog in de bergen

Het kookpunt van water is lager op hooggelegen plaatsen. In Davos, een wintersportplaats in de Zwitserse Alpen, ongeveer 1,6 kilometer boven zeeniveau, kookt water bij ongeveer 95 °C. Kokend water is daar koeler dan kokend water aan de Nederlandse kust. Sommige voedingsmiddelen moeten op hooggelegen plaatsen langer koken vanwege die lagere temperatuur.

Laat gesmolten ijs bevriezen en je krijgt weer ijs. Een omkeerbare verandering kun je ongedaan maken. Faseovergangen zijn omkeerbaar: het materiaal blijft hetzelfde, ook als de aggregatietoestand verandert.

Maak een verandering ongedaan

Smelten en stollen maken elkaar ongedaan. Verdamping of koken verandert vloeistof in gas; condensatie verandert het gas weer in vloeistof. Dit zijn natuurkundige veranderingen. Hetzelfde water kan ijs, vloeistof of damp zijn.

Een cake bakken is anders. Bij het bakken ontstaan nieuwe materialen. Door de cake af te koelen verandert die niet terug in losse bloem, eieren en suiker. Ook bij het verbranden van hout en het bakken van een ei ontstaan nieuwe materialen.

Controleer de massa

Stel je voor dat je ijs in een zak afsluit en die op een weegschaal legt. De zak en de inhoud hebben een massa van 60 g.

1. Laat de zak dicht terwijl het ijs smelt.
2. Leg dezelfde zak opnieuw op de weegschaal.
3. De meetwaarde is nog steeds 60 g. Er is geen materie in of uit gegaan.

Een faseovergang laat geen massa verdwijnen. In een open schaaltje kan water verdampen en de kamer in ontsnappen. Het schaaltje heeft dan minder massa doordat er water uit is verdwenen. Dat water bestaat nog steeds in de lucht.

Dezelfde massa kan meer ruimte innemen

Water neemt meer ruimte in als het bevriest. Ongeveer 100 mL vloeibaar water wordt 109 mL ijs. Er is geen extra water gemaakt: hetzelfde water vult nu meer ruimte.

Daarom kan bevriezend water een volle fles doen barsten of een leiding laten springen. Water heeft extra ruimte nodig als het in ijs verandert. Veel andere materialen nemen iets minder ruimte in als ze vast worden; de toename bij water is bijzonder.

IJs drijft omdat het minder massa heeft dan hetzelfde volume vloeibaar water. Een beker vol ijs bevat minder water als materie dan een beker vol vloeibaar water. Je kunt ijsblokjes in een drankje zien drijven. Ook vormt ijs zich boven op een vijver.

Mensen kiezen een aggregatietoestand die helpt om een materiaal ergens voor te gebruiken. Een vloeistof kan in een vorm stromen. Een vaste stof kan na afkoeling de nieuwe vorm behouden.

Maak een chocoladevormpje

Een volwassene kan je helpen deze drie stappen te bekijken:

1. Verwarm chocolade voorzichtig tot die smelt.
2. Giet de vloeistof in een vorm. De chocolade stroomt tot in de hoeken.
3. Koel de chocolade af tot die vast is. Haal hem eruit: hij behoudt de vorm van de vorm.

De chocolade veranderde van vorm en aggregatietoestand, maar bleef chocolade. Afkoelen is net zo belangrijk als verwarmen: vloeibare chocolade zou eruit stromen als je die te vroeg uit de vorm haalt.

Kaarsenmakers gebruiken gesmolten was op een vergelijkbare manier. Waskrijtjes beginnen als gekleurde was die in vormen stroomt en afkoelt. Sommige soorten plastic kun je ook smelten, in een vorm gieten en afkoelen om nuttige voorwerpen te maken.

Gebruik oud materiaal opnieuw

Bij recycling kunnen faseovergangen worden gebruikt. Aluminium blikjes worden in een hete smeltoven gesmolten. Aluminium smelt bij ongeveer 660 °C. Het vloeibare metaal kan worden gevormd en afgekoeld tot het weer vast metaal is. Ook oud glas wordt verwarmd totdat het kan stromen en opnieuw kan worden gevormd.

Een smeltpunt helpt mensen een materiaal voor een bepaald gebruik te kiezen. Een metalen kookpan kan vast blijven terwijl het voedsel erin opwarmt. Een pan van was zou op het fornuis zijn vorm verliezen.

Houd een picknick koel

IJs neemt warmte op terwijl het smelt. In een koelbox komt een deel van die warmte van het eten en drinken eromheen. Daardoor blijven die koud terwijl het ijs in vloeibaar water verandert.

Ook thuis gebruik je andere faseovergangen. Sap bevriest tot waterijsjes. Boter smelt in een pan. Water kookt als een volwassene pasta kookt.

In de natuur vult smeltende sneeuw beken. Bij vorst verandert vijverwater in ijs. Mensen gebruiken ook verdamping: natte was droogt doordat water in de lucht terechtkomt en in ondiepe zoutbekkens blijft zout achter als het water verdampt.

Een plas kan op een koele dag opdrogen. Het water wordt waterdamp, een onzichtbaar gas dat zich met de lucht mengt. Deze verandering heet verdamping.

Verdamping gebeurt aan het oppervlak van een vloeistof. Dat kan ver onder het kookpunt gebeuren. Je natte haar en je natte kleren drogen zonder 100 °C te bereiken.

Bepaal hoeveel is verdampt

Stel je voor dat je 100 mL in een schaaltje water markeert. Drie dagen later is er 70 mL over. Er is niets gemorst en niemand heeft vloeibaar water toegevoegd of weggehaald.

De hoeveelheid die het schaaltje heeft verlaten, is het verschil tussen de meetwaarden:

Er is dus 30 mL vloeibaar water verdampt. Het water is als gas naar de lucht gegaan. Het is niet in niets veranderd.

Vergelijk verdamping en koken

Bij beide veranderingen ontstaat waterdamp. Een plas die rustig opdroogt, is verdamping; water dat overal in een kokende pan borrelt, is koken.

Dek een schaaltje af met plasticfolie. Damp blijft binnen en kan druppels vormen onder de folie. Sommige druppels keren terug naar het water. Het waterniveau daalt veel minder dan in een onafgedekt schaaltje.

Wat blijft achter?

Als zout water verdampt, blijft het zout achter. Nadat het water uit een ondiep schoteltje zout water is verdwenen, kun je zoutkristallen zien. Het water dat de lucht in ging, heeft dat zout niet meegenomen.

Verdamping neemt ook warmte op uit de omgeving. Als zweet verdampt, neemt het warmte op uit je huid en helpt het je afkoelen. Water dat na het zwemmen van je huid verdampt, kan ervoor zorgen dat je het koud krijgt, vooral in bewegende lucht.

De zon verwarmt plassen en helpt het water erin sneller verdampen. Ze zuigt de vloeistof niet omhoog. De vloeistof verandert aan het oppervlak in gas.

De verdampingssnelheid geeft aan hoe snel een vloeistof verdampt. Je kunt die snelheid veranderen door de omstandigheden rond het water te veranderen.

Warmer water verdampt sneller. Ook bewegende lucht helpt water sneller te verdampen. Als je water over een breed oppervlak uitspreidt, komt meer water in aanraking met de lucht. Daarom droogt een uitgevouwen handdoek sneller dan een verfrommelde. Vochtige lucht vertraagt het drogen omdat die al veel waterdamp bevat.

Bedenk een eerlijke proef

Bij een eerlijke proef verander je één ding terwijl je andere dingen gelijk houdt. Om warmte te onderzoeken, maakt een volwassene twee gelijke, afgesloten zakken met water klaar. In de ene zit warm kraanwater; in de andere water op kamertemperatuur. Leg beide zakken plat naast elkaar.

1. Knip twee gelijke vierkantjes uit hetzelfde stuk keukenpapier.
2. Doe op elk vierkantje 10 druppels water op kamertemperatuur.
3. Leg op hetzelfde moment één vierkantje op elke zak.
4. Houd de grootte, plaats en luchtstroming gelijk.
5. Controleer beide elke vijf minuten en noteer of ze nat of droog zijn.

De afgesloten zakken verwarmen het papier zonder dat er water uit de zakken ontsnapt en erbij komt. Meet de watertemperatuur van de zakken voordat je ze afsluit. Die laat zien hoe warm het verwarmende water aan het begin is; het papier zelf kan koeler zijn.

Schrijf vóór de proef een voorspelling met een reden op: “Ik denk dat het papier op de warme zak het eerst droog is, omdat warmte de verdamping versnelt.”

Lees de resultaten

Hier zijn voorbeeldresultaten. De ene zak begint bij 45 °C; de andere begint bij 20 °C. Na 10 minuten wordt voor het eerst gezien dat het warmere papier droog is. Na 25 minuten wordt voor het eerst gezien dat het koelere papier droog is. Dat is 15 minuten later. Het resultaat ondersteunt de voorspelling.

Het koelere papier droogde ook. Koeler water verdampt nog steeds; het duurt langer.

Om bewegende lucht te onderzoeken, houd je de warmte en de hoeveelheid vocht gelijk en verander je alleen de luchtstroming. Om de oppervlakte te onderzoeken, gebruik je gelijke hoeveelheden water in een breed en een smal schaaltje onder gelijke omstandigheden. Als je zowel de warmte als de breedte van het schaaltje verandert, weet je niet welke verandering het drogen versnelde.

Haal een dicht blikje drinken uit de koelkast. Al snel verschijnen er druppels op de buitenkant. Dat water komt uit de lucht rondom het blikje.

Condensatie gebeurt als een gas afkoelt en in een vloeistof verandert. Waterdamp kan op een koud oppervlak condenseren of als de lucht zelf afkoelt.

Volg het water naar een blikje

1. De lucht rondom het blikje bevat onzichtbare waterdamp.
2. De damp bij het koude metaal koelt af.
3. De damp verandert aan de buitenkant in kleine vloeistofdruppeltjes.
4. Druppeltjes voegen zich samen tot grotere druppels die je kunt zien.

Het blikje hoeft hiervoor niet te lekken. Een koude lepel kan ook nat worden, terwijl er geen drankje in zit. Dat helpt je uit te zoeken waar het water vandaan komt.

Zie dezelfde verandering ergens anders

Na het douchen raakt een badkamerspiegel bedekt met kleine druppeltjes. Waterdamp in warme, vochtige lucht koelt af bij de spiegel. Je adem kan ook een koud raam laten beslaan, omdat je adem waterdamp bevat.

Dauw vormt zich als vloeistofdruppeltjes op koel gras of op spinnenwebben. Mist bestaat uit kleine vloeistofdruppeltjes die vlak boven de grond in de lucht zweven. Wolken kunnen kleine vloeistofdruppeltjes, kleine ijskristallen of allebei bevatten.

Je kunt de druppeltjes in mist zien, maar niet de waterdamp waaruit ze ontstonden. Ook de witte nevel boven een warme drank bestaat uit vloeistofdruppeltjes. Als je zichtbare nevel “waterdamp” noemt, haal je het gas en de vloeistof die bij het afkoelen ontstaat door elkaar.

Bekijk beide richtingen samen

Bij verdamping verandert vloeibaar water in waterdamp en wordt warmte opgenomen. Bij condensatie verandert waterdamp weer in vloeistof en wordt warmte afgegeven. Ze maken elkaar ongedaan.

Een afgedekte laag water kan beide veranderingen laten zien. Water verdampt uit de laag en condenseert daarna op een koelere afdekking. De druppels kunnen terugvallen. Het water beweegt tussen een zichtbare vloeistof en een onzichtbaar gas zonder een nieuw materiaal te worden.

Water verplaatst zich steeds opnieuw tussen oceanen, lucht en land. Dat is de waterkringloop. Steeds hetzelfde water beweegt over de aarde; er ontstaat geen nieuw water.

Van water naar wolken

De zon levert warmte. Water verdampt uit oceanen, meren, rivieren en natte grond. De meeste waterdamp in de lucht komt uit de oceanen.

Ook planten voegen damp toe. Wortels nemen water op uit de bodem en water ontsnapt door kleine openingen in de bladeren. Dat is transpiratie.

Warme, vochtige lucht kan opstijgen en afkoelen. De waterdamp erin condenseert tot kleine druppeltjes. Grote aantallen druppeltjes vormen een wolk. Koude wolken kunnen ook ijskristallen bevatten. Waterdamp kan rechtstreeks in vast ijs veranderen terwijl kristallen groeien.

Water valt en verzamelt zich

Druppeltjes in wolken voegen zich samen en groeien. Als ze te zwaar worden om in de lucht te blijven, vallen ze naar beneden. Neerslag is water dat als regen, sneeuw, natte sneeuw of hagel uit wolken valt. Een wolk hoeft niet “vol” te raken of te worden uitgeknepen.

Sneeuwvlokken groeien uit ijskristallen doordat damp rechtstreeks in ijs verandert. Hagel groeit als vloeistofdruppeltjes vastvriezen aan stukjes ijs in onweerswolken. Bij het groeien van sneeuw kan gas rechtstreeks vast worden; bij het vastvriezen aan hagel wordt vloeistof vast.

Na het vallen kan water verschillende routes nemen:

• Bij oppervlakkige afstroming stroomt water over het land naar beken en rivieren.
• Een deel van het water trekt de grond in en wordt grondwater.
• Meren en oceanen verzamelen water dat weer kan verdampen.
• Sneeuw en ijs kunnen water vasthouden totdat ze smelten.

Verbind de veranderingen

Probeer deze route: “Oceaanwater verdampt en komt dus als damp in de lucht. De damp koelt af en condenseert tot wolkendruppeltjes. De druppeltjes groeien en vallen als regen. Regen stroomt naar een rivier en terug naar de oceaan.”

Bij verdamping en condensatie verandert water van aggregatietoestand. Vloeibaar water dat over het land naar beneden stroomt, blijft vloeibaar. Beweging en een faseovergang zijn verschillende dingen.

De kringloop heeft geen eerste stap of eindpunt. De ene druppel kan snel terugkeren naar de zee. Een andere kan vele jaren onder de grond blijven. Je kunt de uitleg op elk punt beginnen en vanaf daar de pijlen volgen.

De aarde bewaart water op veel plaatsen: in oceanen, ijs, rivieren, meren, de bodem, de lucht en levende wezens. Water onder de grond is nog een grote voorraad. De waterkringloop verplaatst water tussen deze plaatsen.

Zout water en zoet water

Ongeveer 97 van elke 100 liter water op aarde is zout. Het meeste zoute water zit in de oceanen. Zoet water bevat heel weinig zout. Het meeste zoete water is bevroren in ijskappen en gletsjers of onder de grond opgeslagen. Rivieren en meren bevatten maar een heel klein deel.

Regen kan zoet zijn, ook als het water uit de zoute oceaan komt. Bij verdamping blijft het zout achter. Waterdamp verplaatst zich door de lucht en vormt later zoete druppels. Het zout moet uit zeewater worden gehaald voordat mensen het kunnen drinken. Ook zoet water moet worden gecontroleerd en gezuiverd om het veilig te kunnen drinken.

Zoek twee soorten watervoorraden

Oppervlaktewater ligt boven op het land. Je kunt het zien in beken, vijvers, rivieren en meren.

Grondwater vult kleine ruimtes onder de grond, tussen bodemkorrels en stukjes gesteente. Denk aan een natte spons: water vult veel kleine ruimtes. Grondwater vormt niet één enorm ondergronds meer.

Mensen kunnen via putten bij grondwater komen. Ze verzamelen ook water uit rivieren, meren en regenwatertanks. Een waterreservoir bewaart water voor gebruik; veel waterreservoirs zijn meren waarvan het water door dammen wordt tegengehouden.

Volg een drankje terug

Stel je een plaats voor die drinkwater uit een waterreservoir haalt.

1. Je kraan krijgt gezuiverd water via leidingen.
2. Een waterzuiveringsinstallatie heeft water uit het waterreservoir gezuiverd.
3. Een rivier heeft regenwater naar het waterreservoir gevoerd.
4. Regen viel uit wolken op heuvels in de buurt.
5. Een deel van het water in de wolken is misschien ooit ver op zee verdampt.

Andere plaatsen gebruiken misschien een andere waterbron, zoals putten. De waterkringloop vult rivieren, meren en grondwater aan met zoet water. Tijdens droogte valt lange tijd weinig regen. Watervoorraden kunnen slinken, waardoor er minder water overblijft voor mensen, planten en dieren.

Een schematische tekening helpt je te laten zien waar water naartoe gaat en waarom. Teken de zon, de oceaan, het land, wolken en een rivier. Voeg planten en de grond toe zodat je meer dan één route kunt laten zien.

Geef elke pijl een betekenis

Teken pijlen voor verdamping van het water naar de lucht. Teken een pijl voor transpiratie van bladeren naar de lucht. Geef bij condensatie aan dat damp wolkendruppeltjes wordt. Pijlen voor neerslag wijzen vanuit de wolken naar beneden. Pijlen voor oppervlakkige afstroming volgen het land naar beneden, richting rivieren en de zee. Voeg een route de grond in toe voor grondwater.

De zon geeft energie, geen water. Laat haar warmte apart zien van de pijlen die water volgen. Een pijl vanaf de zon met het woord “verdamping” erbij zou op de verkeerde plek beginnen.

Maak een klein werkend model

Doe ongeveer 100 mL water en een druppel blauwe voedingskleurstof in een afsluitbare zak. Sluit hem af en plak hem stevig op een zonnig raam.

Kijk wat er in een paar uur gebeurt:

1. De zon verwarmt het laagje water onder in de zak.
2. Een deel van het water verdampt tot onzichtbare damp in de zak.
3. Damp koelt af bij het plastic en vormt heldere druppels.
4. Grotere druppels lopen naar beneden en keren terug naar het laagje water.

De kleurstof blijft in het water achter als water verdampt. De heldere druppels helpen laten zien dat water de gekleurde vloeistof heeft verlaten en ergens anders is teruggekeerd.

De afgesloten zak houdt zijn water binnen. Hij laat verdamping, condensatie en water dat terug naar beneden gaat zien. De druppels die naar beneden lopen, stellen regen voor. Echte regen valt uit wolken en loopt niet langs een plastic wand naar beneden. In de zak ontbreken ook rivieren, wind, land en planten. Een model helpt sommige onderdelen van de echte wereld uit te leggen zonder elk onderdeel te laten zien.

Leg oorzaken langs een route uit

Verbind stappen met “omdat” en “dus”. Bijvoorbeeld: “Vochtige lucht wordt een berg op geduwd en koelt daardoor af. Waterdamp vormt wolkendruppeltjes, die kunnen groeien en als regen vallen.” Aan de andere kant van een berg valt vaak minder regen.

Ook temperatuur verandert de route. Warm weer versnelt de verdamping. Bij koud weer kan sneeuw water op het land vasthouden totdat die bij warmer weer smelt. Je uitleg moet verbinden wat het water doet met wat dat veroorzaakt.