Giet op een warme zomerdag een ijskoud drankje in een glas en al snel vormen zich waterdruppels aan de buitenkant van het glas. Hoe ontstaat deze condensatie op glas en waar komt het water vandaan? Een goed begrip van de toestanden en fasen van materie geeft antwoord op deze vragen.
Staten van materie
Beschouw drie van de toestanden van materie: vast, vloeibaar en gas.
In een solide, deeltjes zijn dicht op elkaar gepakt als bouwstenen en hebben een bepaalde vorm. De deeltjes van de vaste stof zullen niet veel bewegen, maar ze zullen een trilling hebben van de subatomaire deeltjes zoals elektronen die constant in beweging zijn.
Vloeistoffen zal zich aanpassen aan de vorm van een container - net als een ijskoud drankje dat in het glas wordt gegoten, waar de vloeistof de container vult. In vloeistoffen zijn de deeltjes los verpakt en kunnen ze om elkaar heen stromen.
Gassen hebben geen definitieve vorm en zullen uitzetten om een container te vullen. Er is zoveel ruimte tussen gasvormige deeltjes dat de deeltjes zelden met elkaar in contact komen.
Statussen van materie: faseveranderingen
Water kan door de drie toestanden van materie bewegen, afhankelijk van de temperatuur. Het kan worden gevonden als een vaste stof in ijs, vloeibaar water en als gas in waterdamp.
Beschouw het onderstaande stroomdiagram van hoe de toestanden van materie in elkaar overgaan; de processen waarmee dit gebeurt, worden genoemd:
vast → in smeltend draait naar → vloeibaar → in verdamping draait naar → gas
Het omgekeerde is:
gas → in condensatie draait naar → vloeibaar → in bevriezen draait naar → vast
Merk op dat de condensatieproces is wanneer een gas in een vloeistof verandert. Bij water betekent dit dat waterdamp is veranderd in vloeibaar water.
Een definitie van condensatiechemie is het proces waarbij een stof verandert van een gasvormige naar een vloeibare toestand. Dit proces wordt veroorzaakt door een verandering in voornamelijk temperatuur, maar ook druk.
Condensatieproces en energie
Bekijk het stroomdiagram voor gas in een vloeistof:
Gas → in condensatie verandert in → vloeistof
Bedenk ook hoe de moleculen werkten in zowel gasvormige als vloeibare toestand. In een gas hebben deeltjes een hoge kinetische energie. In een vloeistof hebben ze minder kinetische energie. Een gas moet energie verliezen om vloeibaar te worden.
De watermoleculen in gasvormige toestand verliezen warmte-energie, vertragen hun beweging en beginnen aan elkaar te "kleven" om een vloeistof te vormen.
Condensatie: Watercyclus
Er zijn waterparels op het glas verschenen, en uit de definitie betekent dit dat: waterdamp op het glasoppervlak in vloeistof is gecondenseerd.
Deze waterdamp is altijd aanwezig in de lucht, ook op heldere dagen. Water condenseert en verdampt altijd (condens is het tegenovergestelde) in de lucht. Het begrijpen van de waterkringloop op het punt van condensatie kan helpen bij het herkennen hoe water zich vormt op een koud glas.
In de watercyclus vertraagt waterdamp die in de koelere bovenste atmosfeer wordt geduwd de verdampingssnelheid tot minder dan de condensatiesnelheid. Condensatie vindt sneller plaats en de gasvormige watermoleculen condenseren rond kleine luchtdeeltjes stofdeeltjes, zout en rook om kleine druppeltjes te vormen die kunnen groeien door meer vloeibaar water op te vangen moleculen.
Condensatie op glas
Vergelijkbaar met de koelere bovenste atmosfeer, omdat het glas in ons voorbeeld vanaf het begin koud wordt van het ijs in de drank, het bereikt een temperatuur waarbij condensatie sneller optreedt dan verdamping. Zelfs op een warme dag, en hoewel warme lucht meer waterdamp kan bevatten dan koude lucht, is er een bovengrens aan de hoeveelheid waterdamp die lucht kan bevatten.
De beweging van deeltjes kan deze toename in condensatiesnelheid verklaren. Wanneer de hete lucht in contact komt met het koude glas, wordt warmte overgedragen van de hete lucht naar het koude glas. Door het warmteverlies in de omringende lucht verliest de waterdamp door het glas energie. Zodra energie verloren gaat, condenseert de waterdamp tot vloeistof op het glas.
Zodra het ijs in de drank smelt, komt de temperatuur van de vloeistof in het glas en de omringende lucht in evenwicht en zal er geen condensatie meer op het glas ontstaan.