10 Materie

Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
4
10 Materie
10.1 Inleiding
Voorkennis
1 Molecuultheorie
a Men stelt de moleculen voor als heel kleine ondeelbare bolletjes.
b Met de molecuultheorie kan men o.a. het volgende verklaren:
- de druk van een gas;
- verband tussen druk, volume en temperatuur van een gas;
- het optreden van faseovergangen als smelten, stollen en verdampen;
- warmtegeleiding.
c A - Er is een aantrekkende kracht tussen moleculen.
B - Moleculen hebben snelheid en kunnen zich daardoor verspreiden in een ruimte.
C - Moleculen botsen tegen de wanden.
D - Bij volumeverkleining komen de moleculen dichter op elkaar te zitten en zullen er
meer botsingen per seconde tegen de wanden zijn.
Bij temperatuurstijging krijgen de moleculen een grotere snelheid. Hierdoor zullen ze
vaker tegen de wanden botsen en bovendien met een grotere kracht.
E - Moleculen hebben snelheid en kunnen tussen elkaar door bewegen. Daarvoor is er
voldoende vrije ruimte. De moleculen mengen zich dus met elkaar.
F - Bij een hogere temperatuur bewegen de moleculen sneller en hebben ook
een grotere bewegingsruimte nodig. Ze nemen daardoor een groter volume in.
G - Bij het toevoeren van warmte-energie gaan atomen/moleculen heftiger bewegen en wordt
de binding tussen atomen/moleculen verbroken. Dit losmaken kost zoveel energie dat er
aan de 'buitenkant' geen temperatuurstijging te constateren valt ondanks het toevoeren van energie.
H - De snelste moleculen hebben voldoende energie om de vloeistof te verlaten.
De moleculen die achter blijven, hebben gemiddeld een lagere energie.
Bij het verdampen treedt daardoor ook 'afkoeling' op.
2 Atoomtheorie
a Het verschijnsel van de chemische reacties, bijvoorbeeld bij verbranden.
Bestaande moleculen veranderen en er worden nieuwe moleculen gevormd.
b Moleculen bestaan uit nog kleinere bouwstenen: de atomen.
De bijbehorende theorie wordt de ‘atoomtheorie’ genoemd.
c A - De atomen H en O uit H2O splitsen zich af en vormen afzonderlijke waterstofmoleculen (H 2)
en zuurstofmoleculen (O2).
B - 2 atomen H verbinden zich met 1 atoom O uit de lucht en vormt een H 2O-molecuul.
C - 1 atoom C verbindt zich met 2 atomen O uit de lucht en vormt een CO2 -molecuul.
D - De C- en H-atomen uit methaan (CH4) verbinden zich met O-atomen tot CO2 en H2O.
d Waterstof, koolstof, zuurstof enz. zijn zuivere stoffen - de zogenaamde elementen.
Water, methaan enz. zijn samengestelde stoffen of verbindingen.
3 Moleculen en atomen
a 1 cirkel  molecuultheorie: omdat een molecuul wordt voorgesteld als een ‘ondeelbaar bolletje’.
3 cirkels  atoomtheorie: het molecuul is opgebouwd uit 3 atomen.
b De 3 cirkels geeft een betere weergave gemeten naar onze huidige kennis: H 2O is een 3-atomig molecuul.
4 Deeltjeseigenschappen
A Juist.
B Onjuist, moleculen kunnen chemische reacties aangaan en daarbij veranderen van samenstelling.
C Onjuist, ze bewegen altijd zolang ze de temperatuur meer is dan - 273,16 oC = 0 K.
D Onjuist, is er wel een aantrekkingskracht hoewel deze maar heel zwak is.
Vervolg op de volgende bladzijde.
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
5
Vervolg van opgave 4.
E Onjuist, dat hangt namelijk van de temperatuur af. Bijvoorbeeld bij waterdamp en water van 100 °C
hebben de moleculen dezelfde gemiddelde snelheid.
F Onjuist, moleculen zetten niet uit. Wel nemen de moleculen meer ruimte in vanwege de grotere snelheid.
G Juist, als je tenminste vacuüm definieert al het ontbreken van atomaire deeltjes.
H Juist.
I Juist.
J Onjuist, in de molecuultheorie wordt het niet op deze manier gezegd. Daar wordt aangenomen
dat de temperatuur een maat is voor de gemiddelde snelheid. Ze krijgen bij temperatuurstijging
dus wel een grotere snelheid. Door deze snelheid hebben moleculen bewegingsenergie.
K Onjuist, ijsmoleculen zijn hetzelfde als watermoleculen namelijk H 2O-moleculen.
In ijs zitten de watermoleculen op een andere manier gerangschikt dan in water, waar ze door elkaar
heen kunnen bewegen.
L Onjuist en juist! Gasmoleculen hebben snelheid als de temperatuur boven 0 K is. Ze zullen door
die snelheid ook met elkaar botsen en daarbij 'afstotende krachten' op elkaar uitoefenen. Aan de andere
kant zullen ze elkaar ook aantrekken vanwege het feit dat ze massa hebben (gravitatiekrachten).
M Onjuist, moleculen worden niet kleiner, wel wordt de ruimte tussen de moleculen kleiner, waardoor ze
dichter op elkaar zitten.
N Onjuist, moleculen veranderen niet van kwaliteit. Wel verandert bij het smelten de manier waarop ze
met elkaar verbonden zijn en de grootte van die bindingskrachten.
O Juist.
P Onjuist, uit het verschijnsel radioactiviteit blijkt dat ook atomen kunnen veranderen als hun kernen
straling uitzenden. Daarnaast kennen we andere kunstmatige kernreacties waarbij de atomen veranderen.
Q Onjuist, het verbrandingsproces is een chemische reactie waarbij atomen uit de brandstof zich verbinden
met zuurstofatomen uit de lucht. Vaak ontstaan bij die reacties watermoleculen (H 2O) en koolstofdioxidemoleculen(CO2).
R Juist.
10.2 Molecuultheorie
Kennisvragen
7 Moleculen bewegen met verschillende snelheden in alle richtingen. Ze botsen daarbij tegen elkaar en
tegen de wanden van het vat.
De meeste moleculen bewegen met een snelheid rond een bepaald gemiddelde. Die gemiddelde snelheid
is afhankelijk van de temperatuur: hoe hoger de temperatuur, des te groter is de gemiddelde snelheid
van de moleculen.
8 A Aangezien de twee halve bollen vacuüm gemaakt zijn, zitten er (vrijwel) geen moleculen meer in de bol.
De moleculen in de buitenlucht botsen van buitenaf wel tegen de halve bollen en zorgen dáár
voor een zeer grote resulterende kracht die de twee halve bollen stevig op elkaar duwt.
B Omdat de moleculen nu dichter op elkaar komen te zitten, botsen er per seconde meer moleculen
tegen de wanden. Het resultaat is een hogere druk.
C Bij een veranderende temperatuur wordt de gemiddelde snelheid waarmee de deeltjes botsen
ook anders. De krachten die bij de botsingen optreden, veranderen daardoor ook in grootte.
Het gevolg is dat de druk niet meer omgekeerd evenredig met het volume verandert.
D De gemiddelde snelheid neemt af en daarmee ook de kracht die optreedt bij botsing tegen een wand.
Het resultaat is een afnemende druk.
9 Hoe lager de temperatuur, hoe kleiner de gemiddelde snelheid. Lager dan het absolute nulpunt
is niet mogelijk. Blijkbaar is de snelheid van de moleculen 0 m/s bij die temperatuur
d.w.z. ze zijn tot stilstand gekomen.
10 Moleculen in een gas bewegen met verschillende snelheden in alle richtingen en
botsen daarbij tegen elkaar en tegen de wanden.
Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de gemiddelde snelheid van de moleculen.
In vloeistoffen en vaste stoffen oefenen de moleculen een duidelijke onderlinge
aantrekkingskracht op elkaar uit. In gassen is deze aantrekkingskracht zeer gering.
De aantrekkende kracht neemt toe naarmate de moleculen dichter bij elkaar komen.
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
6
11 a Bij sterke samenpersing zal het eigen volume van de moleculen t.o.v. het totale volume
dat ze innemen relatief groter worden. Hun afmetingen zijn dan niet meer verwaarloosbaar.
De afstand tussen de moleculen wordt zo klein dat de onderlinge aantrekkingskracht duidelijk
mee gaat spelen.
b Als de moleculen elkaar aantrekken zullen ze mogelijk minder vaak tegen de wanden botsen.
Ze belemmeren elkaar meer in de beweging. De druk p wordt dan kleiner.
12 A Bij temperatuurstijging neemt de gemiddelde snelheid van de moleculen toe. Daardoor neemt ook
de onderlinge afstand van de moleculen toe: de stof zet uit. Door dit uitzetten neemt de aantrekkende
kracht tussen de moleculen af. Bij een bepaalde temperatuur is die aantrekkende kracht te klein om
de moleculen nog netjes gerangschikt bij elkaar te houden: de vaste stof smelt en verandert
in een vloeistof.
B In de vloeistoffase bewegen de moleculen chaotisch door elkaar met een grotere gemiddelde snelheid.
De moleculen met de grootste snelheid in de juiste richting kunnen aan de aantrekkende kracht van
de overige moleculen ontsnappen: de vloeistof verdampt en verandert in een gas.
C Het tegenovergestelde van B.
D Het tegenovergestelde van A.
13 Geleiding: Hoe hoger de temperatuur, des te groter is de gemiddelde snelheid van de moleculen.
De moleculen op een plaats met een hoge temperatuur hebben een grotere gemiddelde snelheid.
De moleculen ernaast hebben een lagere gemiddelde snelheid. Door botsingen met hun snellere buren
stijgt ook hun gemiddelde snelheid. Zo geven de moleculen door botsingen die grotere gemiddelde snelheid
aan elkaar door.
Stroming: Moleculen bewegen bij stroming naar een andere plaats. Als de moleculen een hoge
temperatuur hebben, hebben ze een grote gemiddelde snelheid en dus een grote kinetische energie.
Bij stroming nemen ze die grotere kinetische energie met zich mee.
14 a Door de aantrekkende kracht tussen de moleculen (en atomen) in een gaswolk bewegen deze
naar elkaar toe. Daarbij ontwikkelen de moleculen en atomen een steeds groter wordende snelheid.
Naarmate er meer moleculen bij elkaar zitten, neemt de aantrekkende kracht op de volgende moleculen
namelijk ook toe.
Op een bepaald moment ontwikkelen de moleculen en atomen een dermate hoge snelheid (dus hoge
temperatuur) dat er bij botsingen kernfusieprocessen op gang komen (met name tussen de kernen
van waterstofatomen). Bij die processen komt energie vrij in de vorm van nog grotere kinetische energie
van de atomen en moleculen. Het proces van energie vrijmaken kan zich zo miljoenen à miljarden jaren
in stand houden. Een belangrijk deel van de vrijkomende energie wordt als elektromagnetische straling
(o.a. zichtbaar licht) het heelal ingestuurd: de gaswolk is dan zichtbaar in de vorm van een ster.
b Sterren vormen zich doordat gasmoleculen onder invloed van de zwaartekracht elkaar aantrekken.
De vanderwaalskrachten hebben eenzelfde soort van werking. Het lijkt erop dat de vanderwaalskracht
eigenlijk een andere naam is voor de zwaartekracht die werkzaam is tussen moleculen.
15 In een gloeilamp wordt de vaste stof van de gloeidraad sterk verhit door de elektronen die er doorheen
stromen. De atomen waaruit de gloeidraad opgebouwd is, krijgen daarbij een grote gemiddelde energie
en bewegen dus heftig. Regelmatig 'trillen' atomen daarbij los: de draad verdampt.
Deze atomen slaan neer op de binnenkant van het glas en vormen daar een zwarting.
Op het laatst is de draad zover verdampt, dat er sprake is van doorbranden: de atomen van de draad
laten elkaar op één plaats geheel los zodat er geen elektronen meer door kunnen stromen.
Oefenopgaven
17 Warmte-isolatie
Gasmoleculen bevinden zich relatief ver van elkaar en blijven vrijwel op hun plaats in een niet-stromend gas.
Het doorgeven van energie door botsingen verloopt moeizaam, omdat de kans op botsen klein is.
Bovendien worden de moleculen ook min of meer vastgehouden door de structuur van de stoffen.
Daardoor wordt het botsen met moleculen van lagere temperatuur (bijvoorbeeld in de meer naar
buiten gelegen luchtcellen) ook minder goed mogelijk.
18 Verdampingsnelheid
Vloeistofoppervlakte: bij een groter oppervlak kunnen meer moleculen tegelijkertijd de vloeistof verlaten.
Temperatuur: bij een hogere temperatuur is de gemiddelde snelheid van de moleculen groter.
Daardoor zijn er in de vloeistof meer moleculen met een zodanige snelheid (en dus hoeveelheid
energie) dat ze zich aan de aantrekking van de moleculen van de stof kunnen onttrekken.
Er zullen per seconde meer moleculen de vloeistof verlaten.
Vervolg op de volgende bladzijde.
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
7
Vervolg van opgave 18.
Dampafvoer: door de damp af te voeren, zijn er minder moleculen in de ruimte boven de damp.
Deze moleculen kunnen dan niet meer in de vloeistoffase terugkeren en bovendien vormen ze
ook geen hindernis voor de volgende moleculen die de vloeistof verlaten. Door botsing zouden
die moleculen namelijk gedwongen kunnen worden om terug te keren in de vloeistoffase.
19 Dichtheid
a Bij temperatuurstijging neemt het volume toe doordat de moleculen een grotere bewegingsruimte ‘opeisen’
door hun grotere snelheid. Er zijn dan minder moleculen per cm 3, dus de dichtheid neemt af.
b Bij smelten en verdampen neemt het volume toe doordat de moleculen zich losmaken uit
een strakke binding met de andere moleculen.
Ook nu weer zijn er minder moleculen per cm3, dus de dichtheid neemt af.
c Als watermoleculen zich in kristalvorm (ijskristallen) bevinden bij een temperatuur van 0C,
is er tussen de moleculen meer ruimte vergeleken met de situatie dat de kristalvorm doorbroken is
en de watermoleculen overgegaan zijn in vloeistof van 0C.
In die laatste situatie tussen 0 C en 4 C komen de moleculen nog steeds dichter op elkaar te zitten
door de aantrekkende vanderwaalskrachten en wordt de dichtheid nog groter.
Pas bij een temperatuur hoger dan 4 C zorgt de temperatuurbeweging van de moleculen ervoor
dat de dichtheid weer kleiner wordt doordat de moleculen dan meer ruimte opeisen om te bewegen.
10.3 Atoomtheorie
Kennisvragen
21 Overeenkomst: in zowel de molecuultheorie als de atoomtheorie hebben moleculen en atomen
massa, een gemiddelde snelheid en een aantrekkingskracht.
Verschillen: De molecuultheorie ziet een molecuul als één geheel - niet deelbaar.
De atoomtheorie van Dalton gaat ervan uit dat het molecuul wel deelbaar is in atomen.
Hierdoor wordt het mogelijk om chemische reacties te verklaren.
22 Nee, veel verschijnselen zoals fasen en fase-overgangen, druk, uitzetting, temperatuur enz.
blijven verklaarbaar met de molecuultheorie. Daar is geen atoomtheorie voor nodig.
Voor het tot stand komen van chemische verbindingen kun je met de molecuultheorie echter niet volstaan.
23 a Het ontstaan van CO en CO2 is te verklaren met de atoomtheorie.
b Blijkbaar kan er zowel een chemische verbinding tussen één koolstofatoom en één zuurstofatoom
ontstaan als tussen één koolstofatoom en twéé zuurstofatomen. Dit heeft te maken met het uitwisselen
van elkaars elektronen.
24
Een atoom is
opgebouwd uit
Symbool
Massa (  me)
Lading (  e )
proton
p
1836
+1
neutron
n
1839
0
elektron
e
1
-1
N.B. me = massa elektron en
e = elementaire lading
25 Atoomtheorie:
waterstofatoom
Atoomtheorie met elementaire deeltjes:
Waterstof (H) heeft een atoomkern
die bestaat uit 1 proton
met 1, 2 of 3 neutronen (isotopen!).
Om de kern cirkelt bij
een neutraal atoom 1 elektron.
Koolstof (C) heeft een atoomkern die
bestaat uit 6 protonen met een aantal
neutronen (verschillende isotopen !).
Om de kern cirkelen bij een neutraal
atoom 6 elektronen.
koolstofatoom
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
26
Atoomsoort
C
Na
Cl
atoomnummer
Z
6
11
17
koolstofatoom
K
2
2
2
8
schillen
L
M
4
0
8
1
8
7
natriumatoom
6+
chlooratoom
11+
K
17+
K
L
K
L
L
M
27
natriumion
Ionensoort
Na +
Cl -
schillen
K
L
M
2
8
0
2
8
8
M
chloorion
11+
17+
K
L
K
L
M
28 Vocht geleidt de elektrische stroom over het algemeen redelijk, omdat in het vocht doorgaans stoffen
zijn opgelost die in ion-vorm zijn over gegaan. Door het vocht kunnen delen van apparaten
onder spanning komen te staan die bij aanraking een stroom door het lichaam veroorzaken
met mogelijke spierkrampen (b.v. hartspier).
29 Stroomgeleiding in vaste stof:
In vaste stoffen hangt de stroomgeleiding sterk af van de elektronen verdeling in de schillen
van de betreffende atoomsoort. Bij metalen hebben de atomen meestal enkele elektronen in buitenste schil
die slechts zwak aan het atoom gebonden zijn. Deze elektronen raken gemakkelijk los van het betreffende
atoom en kunnen dan als vrij elektron door het metaal gaan zwerven.
Stoffen als koolstof, silicium, germanium vallen onder de zogenaamde 'halfgeleiders'. Daar treedt
het verschijnsel van vrije elektronen minder gemakkelijk op. Vaak is de stroomgeleiding afhankelijk
van temperatuur (NTC-weerstand) of van opvallend licht (LDR-weerstand).
De isolerende stoffen bestaan uit atomen die niet gemakkelijk elektronen loslaten.
Stroomgeleiding in vloeistoffen:
In vloeistoffen is de stroomgeleiding afhankelijk van het aantal aanwezige ionen in die vloeistof.
Ionen hebben te weinig of teveel elektronen in hun schil. Daardoor worden zij door de positieve
of negatieve elektrode van een spanningsbron aangetrokken. Doordat ze op die manier in beweging komen,
ontstaat er een beweging van geladen deeltjes. Er is dan sprake van stroomgeleiding.
Stroomgeleiding in gassen:
In gassen is de stroomgeleiding ook weer afhankelijk van de aanwezigheid van ionen en/of vrije elektronen.
Bij een spanning over twee elektroden zullen zij ook weer in beweging komen vanwege aantrekkende en/of
afstotende elektrische krachten. Bovendien kunnen deze bewegende elektronen en ionen op hun beurt weer
andere atomen ioniseren door daarmee te botsen. De botsingen moeten daarvoor wel krachtig genoeg zijn.
Men spreekt dan over 'stootionisatie'. In dat geval treedt in het gas een duidelijk betere stroomgeleiding op.
30 Keukenzout dat in water is opgelost, vormt ionen in het water: Na+ en Cl- ionen. Deze ionen worden
door de positieve en negatieve elektrode van een spanningsbron aangetrokken en/of afgestoten.
Daarmee treedt ladingstransport op en dus stroomgeleiding.
31 Als de temperatuur van een gas toeneemt, betekent dit dat de moleculen (en atomen) waaruit het gas
bestaat een hogere gemiddelde snelheid krijgen. Moleculen en atomen van een heet gas zullen daardoor
heftiger met elkaar botsen. Wanneer de botsing heftig genoeg is, zal er ionisatie optreden. In een heet gas
komen daardoor meer ionen voor, die op hun beurt weer voor een betere stroomgeleiding zorg kunnen
dragen.
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
9
32 Gegeven: oplaadbare penlite bevat Ee = 2200 mAh d.w.z. kan een stroomsterkte I = 2200 mA = 2,2 A
gedurende t = 1 uur = 3600 s volhouden; U = 1,2 V.
Q
Q
a I
Afgerond: Q = 7920 C
 2,2 
 Q  2,2  3600  7920 C
t
3600
b Voor de oplaadstroomsterkte geldt: Il  Q ; oplaadtijd tl = 8,0 uur = 8,0 ∙ 3600 = 28800 s.
tl
Il  Q  Il  7920  0,275 A
tl
28800
Afgerond: Il = 0,28 A
33 Gegeven: condensator bevat Q = 1,2 mC = 1,210-3 C; ontlaadstroomsterkte Io = 10 mA = 10 10-3 A.
Io 
Q
to
 10  103 
1,2  103
1,2  103
 to 
 0,12 s
to
10  103
Afgerond: to = 0,12 s
34 Gegeven: stroomsterkte I = 30 mA = 0,030 A
a De stroomsterkte I in A geeft aan hoeveel lading Q in C er per seconde passeert.
Stel er passeren ne elektronen per seconde: dan is de lading die per seconde passeert = ne  e
BINAS (tabel 7): de elektronlading e = (-) 1,60210-19 C.
0,030
Afgerond: ne = 1,91017 s-1
0,030  ne  1,602  1019  ne 
 1,873  1017 s 1
1,602  1019
b Dit aantal blijft gelijk: het aantal wordt bepaald door de stroomsterkte I en die blijft hier gelijk.
Oefenopgaven
36 Botsingsexperimenten
4
3
2
a Trek de heengaande baan en de terugkerende
1
2
baan door en ga dan na waar die twee elkaar kruisen.
3
4
Op dat ‘kruispunt’ heeft zich blijkbaar een botsing
5
afgespeeld.
6
7
Als je er vervolgens vanuit gaat dat deze botsing
8
9
zich afspeelt volgens 'hoek van inval = hoek
10
van terugkaatsing' dan kun je in elk botsingspunt
een stippellijntje tekenen die dat weergeeft.
7
8
9
De 'normaal' op dat stippellijntje moet de hoek tussen
de heengaande en teruggaande baan door midden snijden.
En van daaruit kun je dan proberen het voorwerp waartegen de projectielen botsen weer te geven.
Zie figuren hieronder.
4
3
4
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
7
8
9
3
10
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
7
8
9
b In de botsingspunten ben je er vrij zeker hoe de vlakken daar lopen. Tussen die vlakdelen zou je
kunnen verwachten dat het redelijk vloeiend verloopt. Hiervan ben je echter niet zeker.
Ook van de achterkant ben je in het geheel niet zeker. Het voorwerp kan massief zijn, hol enz. .
c Dat de botsing zich afspeelt volgens de wetmatigheid van hoek van inval = hoek van terugkaatsing.
37 Spanning en stroomsterkte
a Je kunt de spanning op verschillende manieren voorstellen. Het is duidelijk dat de vrije elektronen
aangetrokken worden door de plus-pool van de spanningsbron en afgestoten door de min-pool.
Bijvoorbeeld kun je de spanningsbron voorstellen als een pomp die een vloeistof moet rondpompen
door een kring van slangen en buizen. Aan één kant duwt de pomp en aan de andere kant zuigt de pomp
ook aan. Zo ontstaan er drukverschillen in het buizensysteem. De vloeistofdeeltjes bewegen daardoor
allemaal één kant uit. In het geval van een elektrische stroom heb je te maken met vrije elektronen
in plaats van vloeistofdeeltjes. Deze vrije elektronen, die negatief geladen zijn, zorgen zo
voor een stroom van lading d.w.z. voor een elektrische stroomsterkte.
Vervolg op volgende bladzijde.
1
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
10
Vervolg van opgave 37.
b Als je uitgaat van een vloeistofstroming door buizen dan wordt aangenomen dat een vloeistof niet samen
te drukken is. Dus als er op één plek bijvoorbeeld 1 liter vloeistof passeert, dan moet er op een plek
verderop in diezelfde tijd ook 1 liter vloeistof zijn gepasseerd. De vloeistof kan niet ergens onderweg
opéénhopen. Op dezelfde manier treedt dat blijkbaar ook bij de vrije elektronen op. De dichtheid van
vrije elektronen (bijvoorbeeld het aantal per cm 3) zal in de hele stroomkring hetzelfde zijn.
Dat maakt dan ook dat als er op één plek in een stroomkring 1 miljard elektronen passeren,
er in diezelfde tijd op een andere plek in de stroomkring ook 1 miljard elektronen moeten passeren.
38 Weerstand
a De weerstand ontstaat door de ‘wrijvingskracht’ die de stromende elektronen ondervinden van
de metaalatomen en -ionen. Deze ‘wrijvingskracht’ wordt als het ware veroorzaakt door de voortdurende
botsingen van elektronen met metaalatomen.
b De atomen en ionen trillen heftiger bij een hogere temperatuur en dan is het voor de elektronen moeilijker
om te passeren. De kans op botsen is groter geworden.
c Als de lichtenergie of de warmte-energie door elektronen in een atoom wordt opgenomen,
wordt hun energiewaarde mogelijk zo groot dat ze zich los kunnen maken uit de binding in het atoom
van het halfgeleidermateriaal. Hoe meer elektronen zich losmaken, hoe meer vrije elektronen er ontstaan
die aan de ‘stroming’ kunnen deelnemen. Hoewel het voor een afzonderlijk elektron mogelijk even moeilijk
is om door het materiaal te bewegen, stromen er wel veel meer tegelijkertijd. ‘Van buitenaf’ lijkt het alsof
de weerstand daarom kleiner is, omdat bij dezelfde spanning over de stroomkring de stroomsterkte groter
wordt.
10.4 Elektromagnetische straling
Kennisvragen
40 Een gloeilamp geeft een continu spectrum, d.w.z. het uitgezonden licht bevat ‘alle kleuren
van de regenboog’.
Een gasontladingsbuis geeft een lijnenspectrum, d.w.z. er worden slechts enkele kleuren licht
uitgezonden afhankelijk van het gas in de ontladingsbuis.
41 Overeenkomsten:
Beide modellen gaan uit van een kleine massieve positief geladen atoomkern waar negatief geladen
elektronen omheen cirkelen. De positieve lading van de kern is daarbij even groot als het totaal van
de negatieve ladingen van de elektronen.
De elektronen draaien daarbij niet op willekeurige afstanden rond de kern, maar ze zijn verdeeld over
een aantal schillen. Die schillen liggen op verschillende afstanden van de atoomkern en in elke schil
bevinden zich een beperkt aantal elektronen.
Verschillen:
In het schillenmodel van Rutherford zijn de elektronen gebonden aan hun baan terwijl in het atoommodel
van Bohr elektronen van schil kunnen veranderen. Bij botsing van bijvoorbeeld een vrij elektron
met een atoom kan in het atoom een elektron naar een baan met een grotere straal worden gestoten.
De energie die daar voor nodig is, krijgt dit elektron dan via de botsing overgedragen door dat vrije elektron.
Na de botsing kan dit elektron in het atoom weer ‘terugvallen’ naar een baan met een kleinere straal.
Daarbij moet de (elektrische) energie van het elektron afnemen. Dit gebeurt dan in de vorm van
het uitzenden van een pakketje stralingsenergie: een foton.
42 Zie figuur hiernaast.
In het schillenmodel van Bohr
heeft het elektron meerdere banen
ter beschikking. Om de meer naar
buiten gelegen banen te kunnen bezetten
moet het elektron meer energie hebben.
Waterstof atoom (H)
Schillenmodel
van Rutherford :
e
e
K
L
M
N
O
Schillenmodel van Bohr :
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
11
43 Een elektron in een atoom dat bijvoorbeeld door een botsing energie krijgt overgedragen,
wordt naar een andere baan (met een hogere energie-waarde) gestoten.
Dit elektron zal daarna weer terugvallen naar een baan met een kleinere straal. Daarbij moet
de elektrische energie van het elektron afnemen. Het atoom moet dus energie kwijt en doet dit
door het uitzenden van een pakketje stralingsenergie: een foton. Afhankelijk van de hoeveelheid
energie heeft het foton daarbij een bepaalde kleur.
44 a Zie figuur hiernaast.
Waterstof atoom ( H )
b Door botsingen met de vele elektronen
in de gasontladingsbuis worden tegelijkertijd
veel waterstofatomen van extra energie
voorzien, wat inhoudt dat het gebonden
elektron een baan in een ‘hoger gelegen’ schil
gaat innemen.
Een elektron kan daarna via een aantal
tussenstappen terugvallen naar
de binnenste schil. Per atoom kunnen
dus meerdere kleuren uitgezonden worden.
Bovendien zijn in een gasontladingsbuis
miljarden atomen hetzelfde aan het doen.
Schillenmodel
van Bohr :
2
3
4
1
5
6
7
2
45 a Zie figuur hiernaast.
b Bij terugval in één keer wordt één foton uitgezonden (zie pijl 1).
1
3
Het elektron kan ook in 2 stappen terugvallen (pijl 2 en 3).
Daarbij zendt het atoom twee verschillende fotonen uit.
De foton 2 en 3 hebben samen evenveel energie als foton 1.
46 a De betreffende getallen ‘onder de trap’ hebben betrekking
op elektronen die zich in een volgende schil van het atoom
bevinden. Deze elektronen zijn minder sterk aan het atoom
gebonden omdat ze verder van de positief geladen kern zitten.
Het kost daarom minder energie om deze elektronen van het atoom los te maken.
b In de reeks Li – Na – K – Rb – Cs worden de elektronen in een kolom altijd één schil verder weggehaald.
Deze elektronen ondervinden in die reeks in toenemende mate een grotere afstotende kracht
van de elektronen in de meer naar binnen gelegen schil(len). Daarom kost het ook minder energie
om deze elektronen van het atoom los te maken.
47 Overeenkomst: In beide situaties ontstaat de straling doordat elektronen van baan verspringen.
Verschil: Bij gewoon zichtbaar licht is één van de buitenste elektronen eerst in een energetisch hogere baan
gebracht waarna deze weer terugvalt naar zijn oorspronkelijke baan eventueel via een aantal
tussenstappen.
Bij röntgenstraling wordt door een energierijke botsing eerst een elektron uit één van de meer naar binnen
gelegen schillen (K- of L-schil) weggeslingerd. Vervolgens valt een elektron uit één van de hogere schillen
naar de open plaats. Deze sprong is energetisch gezien nogal groot, vandaar dat het atoom
in zo’n geval een energierijk foton uitzendt: een röntgenfoton.
48 Gegeven: lichtgolven met frequentie 3,81014 < f < 7,91014 Hz.
c    f ; BINAS (tabel 7): de lichtsnelheid c = 2,998108 m/s  afgerond: 3,00108 m/s
3,00  108  max  3,8  1014  max 
3,00  108
 7,8947  107 m
3,8  1014
3,00  108  min  7,9  1014  max 
3,00  108
 3,797  107 m
7,9  1014
Afgerond: 3,8102 <  < 7,9102 nm
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
12
49 Gegeven: radargolven met golflengte  = ca. 3 mm = 310-3 m.
c    f ; BINAS (tabel 7): de lichtsnelheid c = 2,998108 m/s  afgerond: 3,00108 m/s
3,00  108  3,0  103  f  f 
3,00  108
 1,0  1011 Hz
3,0  10 3
Afgerond: f = ca. 11011 Hz
Oefenopgaven
51 Gasdruk in gasontladingsbuizen
a Om licht uit te kunnen zenden, moeten de atomen kunnen botsen met elektronen (en ionen) die voldoende
snelheid hebben om een elektron in het atoom in een hogere baan te brengen. Die snelheid ontwikkelen
de elektronen en ionen dankzij de spanning over de elektroden. Hoe hoger die spanning hoe groter
de snelheid zal zijn die elektronen kunnen ontwikkelen tussen twee botsingen in.
b Bij een lagere druk is er voor de elektronen en ionen minder kans om te botsen en is er bovendien
meer ‘vrije ruimte’ om op snelheid te komen. Ze kunnen dan bij een lagere spanning toch een voldoende
grote snelheid halen om bij een botsing elektronen in een atoom in een hogere baan te brengen.
52 Lichtabsorptie
a Toelichting: natrium (Na) heeft het atoomnummer 11
d.w.z. een neutraal Na-atoom heeft 11 elektronen om de kern.
binnenkomend
Hierbij zullen er 2 in de K-schil, 8 in de L-schil en
elektron
dus nog 1 in de M-schil zitten.
Wanneer een Na-atoom door botsing van extra energie
voorzien wordt, zal het meest waarschijnlijk het éne elektron
in de M-schil in een hogere baan geslingerd worden (absorptie)
en daarna weer terugvallen onder uitzenden van een foton
(emissie). Zie verder de figuur hiernaast.
b Het elektron neemt de energie van het foton op om daarmee
naar een hogere baan te springen. Het foton verdwijnt daarbij
(absorptie).
absorptie
emissie
11+
Natrium atoom ( Na )
c Aangezien het buitenste elektron maar een beperkt aantal hogere
banen ter beschikking heeft, kan het niet willekeurige fotonen absorberen.
De energie van het foton moet juist die waarde hebben, waarmee
het elektron precies in een volgende baan kan komen.
Het foton dat daarna wordt uitgezonden, heeft daarna
binnenkomend
dezelfde kleur als het foton dat werd geabsorbeerd
foton
omdat het energieverschil in beide richtingen even groot is.
Wel wordt het foton meestal in een andere richting
weer weggezonden: er treedt verstrooiing op.
Zie de figuur hiernaast.
absorptie
emissie
11+
Natrium atoom ( Na )
53 Röntgenspectrum
a Lijnenspectra betekenen sprongen van elektronen naar lagere schillen.
Bij het optreden van röntgenstraling zal een elektron met grote energie ‘botsen’ met een atoom:
daardoor kan een elektron uit een volle K- of L-schil worden weggeslagen.
Als de open plaats weer wordt ingenomen door een ander elektron komt een foton met veel energie vrij.
Deze energie kan echter alleen waarden hebben die overeenstemmen met de gemaakte sprong
van een hoger gelegen niveau naar de K- of L-schil  lijnenspectrum.
b Aangezien de sprong van een elektron van een hoger gelegen schil naar de K- of L-schil
een veel groter energieverschil kent dan de sprongen waarbij zichtbaar licht ontstaat,
zullen de ontstane fotonen dus een ook een bijbehorende grote energiewaarde hebben.
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
13
54 Waterstofspectrum
Voor de betreffende tabel zie BINAS tabel 21.
a Bij de lyman-reeks wijzen de verschillende pijlen steeds van hogere energieniveaus naar het 0-niveau
d.w.z. het elektron in het waterstofatoom valt dan van één van de banen met grotere straal terug
naar de baan met de kleinst toegestane straal. De uitgezonden golflengtes zijn klein en
dus zijn de bijbehorende frequentie en fotonenergie groot.
Bij de balmer-reeks vallen de elektronen van banen met grotere straal steeds terug naar de baan
met de op één na kleinste straal. De bijbehorende golflengtes zijn daarbij aanmerkelijk groter en
daarmee zijn de frequentie en fotonenergie aanmerkelijk kleiner.
b De lyman-reeks heeft een gemiddelde golflengte van ca. 100 nm = 10010-9 m = 110-7 m
Volgens BINAS (tabel 19B) bevindt de straling zich in in het nabije ultraviolet.
De balmer-reeks heeft zijn lijnen tussen de 397 nm en 656 nm liggen.
Volgens BINAS (tabel 19B én A) bevindt de straling zich in in het zichtbare gebied.
c en d BINAS tabel 21 geeft in de Balmerreeks 5 overgangen te zien.
Bij elke overgang wordt de golflengte vermeld en tussen welke twee energieniveaus
de baansprong wordt gemaakt. M.b.v. tabel 19 A kun je nagaan welke kleur bij elke golflengte hoort.
Bovendien is in die tabel ook de foton-energie in eV vermeld. Je kunt de kleuren controleren
m.b.v. figuur 29 uit het informatieboek, maar ook met BINAS (tabel 20).
Het geheel wordt hieronder weergegeven in een schema.
lijn nr.
1
2
3
4
5
golflengte  (nm)
656
486
434
410
397
kleur
rood
blauw
blauw-violet
violet
violet
sprong van ... naar ... (eV)
12,0888 – 10,2002
12,7497 – 10,2002
13,0560 – 10,2002
??? – 10,2002
??? – 10,2002
Ef (eV)
1,8886
2,5495
2,8558
* 3,0239
* 3,1230
* Deze waarden zijn niet uit de tabel te halen.
e Volgens het Bohr-model is het energieverschil gelijk aan de fotonenergie van de uitgezonden straling
bij die terugval.
f Algemeen geldt voor een omgekeerd evenredig verband y  x  c of y 
c
.
x
Voor de bovenstaande situatie betekent dit dat Ef    c :
Lijn 1: 1,8886  656  109  1,239  106 eV  m ; lijn 2: 2,5495  486  10 9  1,239  10 6 eV  m en
lijn 3: 2,8558  434  109  1,239  106 eV  m .
Binnen de grenzen van de significantie krijg je bij de drie bekende lijnen steeds hetzelfde constante getal.
Conclusie: de fotonenergie Ef en de golflengte zijn omgekeerd evenredig
waarbij de evenredigheidsconstante gelijk is aan 1,23910-6 eVm .
g De conclusie van vraag f is: Ef    1,239  106 (eV  m) of Ef 
1,239  106

Volgens de theorie van het licht geldt bovendien dat c    f , waarbij de lichtsnelheid c
c
constant is (2,998108 m/s)    .
f
1,239  106
1,239  106
f 
 f  E f  4,13  1015  f
c
2,998  108
de fotonenergie Ef en de frequentie f zijn recht evenredig met elkaar
waarbij de evenredigheidsconstante gelijk is aan 4,1310-15 eVs .
Ingevuld in bovenstaande vergelijking: E f 
Conclusie:
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
14
10.5 Kernstraling
Kennisvragen
56 Overeenkomst: Beide vormen van straling worden door een atoom uitgezonden waarin zich
een veranderingsproces afspeelt. Zowel de röntgenstraling als de -straling bestaat uit fotonen
met een hoge energiewaarde.
Verschillen: Röntgenstraling ontstaat door beweging van elektronen binnen het atoom van
een hoger gelegen baan naar een open plaats in de K- of L-schil.
-straling ontstaat in de kern als gevolg van een kernreactie: na het uitzenden van een - of -deeltje moet
de atoomkern vaak nog energie zien kwijt te raken en doet dat in de vorm van een energierijk -foton.
57 -straling: het massagetal A wordt 4 kleiner; het atoomnummer Z wordt 2 kleiner.
Dit komt omdat een -deeltje uit een Helium-kern bestaat met 2 protonen en 2 neutronen.
-straling: het massagetal A verandert niet, het atoomnummer Z wordt 1 groter.
Dit komt doordat een neutron zich opsplitst in een proton (Z wordt + 1) en een elektron.
Het elektron wordt daarna gedwongen de kern te verlaten (-deeltje).
6
2 He
58 a He-6:
1
1p
b proton:
-deeltje:
of
1
1H
4
2 He
C-14:
14
6C
neutron:
1
0n
-deeltje:
0
1 e
elektron:
0
1 e
0
1
of
0
1
of
59 In tabel 25 van BINAS 'Isotopen' vind je in de laatste kolom het verval van de genoemde isotopen
aangegeven.
A
219

86 Rn
B
238
92 U
 - en -straling:
C
216
84 Po
 - of-straling:
Zowel
D
137
55 Cs
-straling:
212
82 Pb
90
38 Sr
216
85 At
137
56 Ba is
 -straling:
Ook
238
234
4
92 U  90 Th  2 He .
216
212
4
84 Po  82 Pb  2 He
zijn radioactief:
 - en -straling:
De isotoop
E
als
219
215
4
86 Rn  84 Po  2 He .
212
82 Pb
215
84 Po
Ook
of
is radioactief en zendt -straling uit.
234
90 Th
is radioactief en zendt - en -straling uit.
216
216
84 Po  85 At

0
1e
zendt - en -straling uit en
.
216
85 At
zendt-straling uit.
137
137
0
55 Cs  56 Ba  1e .
niet radioactief, het is een stabiele isotoop.
90
38 Sr

90
0
39Y  1e .
Over 90
39 Y wordt in BINAS niets vermeld (BINAS vermeldt niet alle mogelijk isotopen!).
Oefenopgaven
61 Kerndeeltjes
a
14
4
7 N  2 He

17
1
8 O  1p
b
9
4
4 Be  2 He

12
1
6C  0n
62 Vervalreeks
228
90 Th
220
216
212
212
212
208
 224
88 Ra  86 Rn  84 Po  82 Pb  83 Bi  84 Po  82 Pb






63 Radioactief koolstof
a
14
1
7N  0n
b
14
6C

14
1
6 C  1p
 147N 
0
1e
Bij deze reactie ontstaat een proton (of waterstof-kern 11H ).
Bij deze reactie ontstaat het isotoop 147 C .
Dit isotoop is volgens BINAS (tabel 25) niet radioactief.

Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
15
10.7 Afsluiting
Samenvatten
67 Deeltjeseigenschappen
Ga je eigen antwoorden van opdracht 4 na. Ga vooral ook na hoe je oorspronkelijke antwoorden waren
en of je nu begrijpt waarom je die eventueel fout had beantwoord.
68 Wisselwerking tussen wetenschap en techniek
a De wet van Boyle en de vacuümpomp
Vacuümbuis en het elektron (Thomson)
Fotografische plaat en kernstraling
Bespreek de andere antwoorden met je klasgenoten en je docent in de klas
b Elektronenbuis - tv
Gasontlading - tl-buis, spaarlamp
Kernstraling - kerncentrale
Bespreek de andere antwoorden met je klasgenoten en je docent in de klas
c Een molecuul is opgebouwd uit atomen met een kern en schillen.
Licht is het gevolg van beweging van elektronen binnen de schillen, kernstraling uit de kern.
Kernen kunnen veranderen door kernreacties.
 Lavoisier - Dalton  ontledingsreacties
 Volta
 elektrische cel
 Thomson
 kathodestraalbuis
 Rutherford
 botsing van -deeltjes met goudfolie
 Chadwick
 -deeltjes op beryllium
 Geissler
 buisjes voor spectra
 Röntgen
 röntgenbuis
 Deeltjesversneller  nieuwe elementaire deeltjes
69 Wisselwerking tussen wetenschappers
a  Vele verschillende atomen of slechts 4 elementen (aarde, water, vuur en lucht)
 Democritus, Aristoteles.
 Middelpunt heelal: aarde, zon of .....
 Aristoteles, Copernicus, Galileï.
 Licht: golven of deeltjes ?
 Huygens, Newton.
 Kathodestralen: licht of deeltjes ?
 Thomson.
b Curie ontdekt de kernstraling. Dit geeft Rutherford betere ideeën om zijn atoommodel te bedenken.
En daardoor krijgt Bohr weer ideeën om de verklaring voor het ontstaan van een ‘foton’ te geven.
Thomson ontwerpt de kathodestraalbuis. Dit brengt Röntgen op het idee om een röntgenbuis te ontwerpen
nadat hij als 'bijverschijnsel' van de kathodestraalbuis de röntgenstraling had ontdekt.
Hierdoor komt Geissler tot het ontwerpen van een gasontladingsbuis.
c Publicaties in tijdschriften (vroeger en nu), via computernetwerken (nu), d.m.v. boeken/proefschriften
(vroeger en nu).
70 Nieuwe theorieën
a Proton en neutron zijn opgebouwd uit 3 quarks.
Versnellers om geladen deeltjes te versnellen spelen bij het onderzoek daarvan een belangrijke rol.
b Meestal niet, meestal zijn het verbeteringen. Door verfijningen en aanvullingen kunnen meer of
ingewikkelder vraagstukken worden opgelost.
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
16
Oefenopgaven
71 Elementaire lading
Oriëntatie:
Gevraagd: de lading e van het elektron.
Gegeven: Een groot aantal metingen met waarden tussen de 2,9910-19 en 12,7610-19 C.
Planning:
Om te zien of er een zekere regelmaat
in de gemeten waarden zit, gaan we
de meetresultaten ordenen en
omzetten in een staafdiagram.
Hierbij gaan we uit van stapjes
van 0,5010-19 C.
Mogelijk blijkt uit de regelmaat
een bepaalde toename van de lading
die we in verband kunnen brengen
met de lading e van het elektron.
Uitvoering:
De ordeningstabel staat hiernaast
weergegeven.
In deze tabel zien we al wat 'groepjes'
ontstaan. In de staafdiagram eronder
wordt het nog duidelijker.
Het lijkt erop dat de groepjes steeds
gescheiden worden door een niet
gevulde staaf. Alleen lijkt de groep
van 9,00 tot 11,50 een te brede groep.
Waarschijnlijk zijn dat 2 verschillende
groepen waarbij het onduidelijk is
bij welke groep de meetwaarde 10,19
behoort.
Gaan we uit van de hierboven
besproken groepsindeling dan kunnen
we per groep een gemiddelde bepalen.
In de tabel is de groepsindeling
weergegeven door zwarte lijnen.
De grijze lijnen geven
de ordeningsgebieden.
Controle:
We bepalen de gemiddelde lading
binnen elk groepje door de waarden
op te tellen en te delen door het aantal.
Deze waarden staan vermeld in
de laatste kolom van de tabel.
ladingsinterval
(10-19 C)
2,50 – 3,00
3,00 – 3,50
3,50 – 4,00
4,00 – 4,50
4,50 – 5,00
5,00 – 5,50
5,50 – 6,00
6,00 – 6,50
6,50 – 7,00
7,00 – 7,50
7,50 – 8,00
8,00 – 8,50
8,50 – 9,00
9,00 – 9,50
9,50 – 10,00
10,00 – 10,50
10,50 – 11,00
11,00 – 11,50
gemeten waarden
2,99
3,08 3,22
3,52
4,96 4,85 4,72
5,91
6,15 6,42 6,32
6,93 6,52 6,64
7,92 7,65 7,88 7,52
8,03 8,12 8,25 8,33
9,45 9,41 9,04
9,57 9,92 9,64
10,19
10,78 10,88
11,15 11,38 11,32
11,41
11,50 – 12,00
12,00 – 12,50
12,50 – 13,00 12,76
aantal
gemiddelde
lading
(10-19 C)
1
2
1
0
3
0
1
3
3
0
4
4
0
3
3
1
2
4
11,15
0
0
1
12,76
3,20
4,84
6,41
7,96
9,51
-
5
4
3
2
Letten we op de verschillen tussen
1
de opéénvolgende gemiddelde lading
dan valt het volgende op:
0
4,84 - 3,20 = 1,64 ; 6,41 - 4,84 = 1,57 ;
4
12
14
0
2
6
8
10
7,96 - 6,41 = 1,55 ; 9,51 - 7,96 = 1,55 ;
lading (.10 - 19 C)
11,15 - 9,51 = 1,64 en
12,76 - 11,15 = 1,61.
Het lijkt er dus op dat elke groepje zo gemiddeld een ladingstoename heeft van 1,610-19 C.
Dat zou betekenen dat er nog een groepje zou kunnen zijn met gemiddeld (3,20 - 1,60) 10-19 C
= 1,6010-19 C. Deze wordt in de reeks niet aangetroffen.
Je zou kunnen concluderen dat de oliedruppeltjes ladingshoeveelheden bevatten die steeds
een meervoud zijn van de waarde van 1,610-19 C.
Conclusie: het elektron heeft een lading e = 1,610-19 C.
16
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
Newton havo deel 2
17
72 Radongas
Oriëntatie:
Gevraagd: Waarom is het inademen van de vervalproducten van radon gevaarlijk?
Gegeven: Bouwmaterialen gebruiken als grondstof graniet waarin zich het radiumisotoop 226
bevindt.
88 Ra
Deze isotoop is een vervalproduct van het uraniumisotoop 238
. De Ra-isotoop
92 U
vervalt tot radon (Rn) dat als gas vrij komt uit de bouwmaterialen.
Planning:
Als je na wilt gaan of de vervalproducten van radon gevaarlijk zijn, moet je nagaan tot welke isotopen radon
vervalt en of deze isotopen op hun beurt weer radioactief zijn of niet. Het inademen van radioactieve stoffen
is gevaarlijk met name voor het longweefsel.
Uitvoering:
We gaan de vervalreeks van het radiumisotoop
226
uitzoeken
88 Ra
met behulp van BINAS tabel 25.
Onder de reactiepijl wordt de soort straling vermeld waarmee het isotoop vervalt.
226
88 Ra
218
214
214
210
 222
 214
 210
86 Rn  84 Po  82 Pb 
83 Bi  84 Po  82 Pb 
83 Bi
α, 
en vervolgens
Het isotoop
α
210
83 Bi
206
82 Pb
 206
81Tl
α, 
α
β, 
β
β, 
α
 206
82 Pb
β
is stabiel. In de bovenstaande reeks is bij het isotoop 218
84 Po naast de genoemde
-straling ook nog -straling mogelijk. Het isotoop 214
83 Bi kan ook nog via -straling vervallen en
210
83 Bi
via -straling. Dit betekent dat er naast bovenstaande isotopen nog meer mogelijkheden zijn.
Controle:
Conclusie: Radon-222 kent een hele reeks van vervalprodukten voordat het tot het stabiele lood-isotoop
(Pb-206) is vervallen. Nogal wat van de tussenprodukten vervallen via -straling. En juist -straling
geeft een grote mate van beschadiging (weegfactor = 20 !). Vanwege vooral de -straling is
het inademen van de vervalproducten van radon gevaarlijk.
73 Kathodestraalbuis
De kathode is met de min-pool van de spanningsbron verbonden en
beschikt daardoor over een groot overschot aan elektronen.
K
Fe
Door het aanleggen van een hoge spanning over kathode en anode
wordt er op een elektron in de kathode een grote elektrische kracht Fe
uitgeoefend: de negatieve lading op de kathode stoot een elektron af
en de positieve lading op de anode trekt aan.
Deze elektrische kracht op het elektron is gericht van kathode naar anode.
Hoe groter het spanningsverschil, des te groter de kracht . Als deze kracht een zekere waarde bereikt,
is deze in staat om er elektronen uit de kathode los te maken.
Verwarming van de kathode vergroot de energie van de elektronen in de kathode. Daardoor wordt
het gemakkelijker de kathode te verlaten. Er zullen dan bij dezelfde spanning over de buis per seconde
meer elektronen vrijkomen.
74 Crookes-buis
Botsende deeltjes tegen een wand leveren een kracht op die wand (vergelijk het ontstaan van gasdruk).
Een botsend deeltje dat weerkaatst, oefent een grotere kracht uit op een wand dan een deeltje
dat wordt opgenomen.
Als het draaien door de fotonen veroorzaakt zou worden, dan zou de glimmende kant achteruit
moeten bewegen. De fotonen weerkaatsen namelijk tegen de glimmende kant en worden geaborbeerd
door de zwarte kant. Het blijkt echter dat de wieken op deze manier niet bewegen.
Blijkbaar heeft de verklaring te maken met de aanwezigheid van gasmoleculen.
Een zwart oppervlak absorbeert meer straling dan een glimmend. Het zwarte oppervlak wordt
daardoor warmer. Moleculen die tegen de wanden botsen geven een duw tegen die wanden.
Wanneer een molecuul tegen een wand botst die warmer is, zullen de atomen in de wand
de moleculen een extra duw kunnen geven bij de botsing. Daardoor is het botsingseffect heftiger.
Hierdoor ondervinden de zwarte vlakken over het totaal een grotere afstotende kracht
dan de glimmende vlakken en bewegen achterwaarts.
A
+
Newton havo deel 2
Uitwerkingen Hoofdstuk 10 – Materie
18
75 Rookmelder
Oriëntatie:
Gevraagd: de stroomsterkte I in de gegeven schakeling?
Gegeven: E = 5,6 MeV = 5,6106 eV; Ei = 34 eV; aantal -deeltjes per sec n = 5,0103 s–1 .
Planning:
De stroomsterkte I in A geeft aan hoeveel lading Q in C er per seconde passeert.
Stel er passeren ne elektronen per seconde: dan is de lading die per seconde passeert = ne  e
en is de stroomsterkte I te schrijven als I = ne  e
Nieuwe onbekenden: ne en e
BINAS (tabel 7): de elektronlading e = (-) 1,60210-19 C
Verder is: het aantal elektronen per sec = aantal -deeltjes per sec  aantal ionisaties per -deeltje (ni)
of ne = n  ni
Nieuwe onbekenden: ni
E
ni 
Ei
Uitvoering:
ni 
5,6  106
 1,647  105 s 1
34
ne  5,0  103  1,647  105  8,235  108 s1
I  8,235  108  1,602  10 19  1,3193  10 10 A
Controle:
Afgerond: I = 1,310-10 A
De stroomsterkte I is afgerond 1,310-10 A . Dit is wel een hele kleine stroomsterkte.
Voor een bruikbare spanning over de weerstand R zal deze een zeer grote waarde
moeten hebben.