Kerngedachte uitgelicht
Alle materie (‘alles wat we zien’) bestaat uit deeltjes. Hierover spreken en nadenken zorgt voor inzicht.
Theorie deeltjesmodel
Alles bestaat uit atomen die op hun beurt weer kunnen opgesplitst worden in elektronen, protonen en neutronen. De protonen en neutronen bestaan opnieuw uit kleinere deeltjes (quarks en gluonen). Samen vormen deze atomen (bv. H en O) vaak moleculen (bv. H20).
In de lagere school spreken we over deeltjes (meestal zijn dit moleculen, bij edelgassen zoals helium en metalen zijn het atomen).
Het deeltjesmodel zegt
- Alle materie bestaat uit deeltjes die onveranderlijk zijn
- Deze deeltjes bewegen voortdurend
- Deze deeltjes trekken elkaar aan als ze dicht genoeg bij elkaar zijn
- Deze deeltjes stoten elkaar af als ze te dicht bij elkaar komen
- Tussen deze deeltjes is lege ruimte
Belangrijk!
- Dit is een model dat we gebruiken om bepaalde verschijnselen te verklaren. We vereenvoudigen de werkelijkheid en focussen. In de chemie kijken we vaak net naar hoe moleculen veranderen.
De eigenschappen van de deeltjes verklaren het gedrag van materie die hieruit bestaat (kijk verder bij de misconcepties voor meer uitleg).
Aanpak in de lagere school (concrete aanpak: zie thema’s)
Onder ‘mogelijke lesonderwerpen’ bekijken we een aantal onderwerpen zoals de verschillende fases van een stof, de faseovergangen, massadichtheid met o.a. drijven en zinken of luchtballonnen of hoe ruiken of smaken in zijn werk gaat,…
Wat toont onderzoek
Timss
- De termen gas, vloeistof, vaste stof zijn (vermoedelijk) voor veel kinderen onbekend.
- Ook de eigenschappen van deze aggregatietoestanden zijn niet gekend.
- De faseovergangen herkennen in het dagelijkse leven is soms nog moeilijk.
Andere onderzoeken
Vaststelling
De verschillende fases van een stof
- Vloeistoffen herkennen: OK! Minder goed lukt dit voor stroperige vloeistoffen zoals honing, ketchup,…
- Vaste stoffen:
o Harde stoffen (hout, steen, plastic,…): OK!
o Zachte stoffen zoals wol, spons,…blijken moeilijker.
o Poeders zoals zand, bloem en suiker zijn voor kinderen vloeistoffen of iets afzonderlijk. - Gassen blijven moeilijk te vatten is. Kinderen denken dat gassen gewichtloos zijn en een lege emmers bevat voor 75% van de kinderen geen lucht.
Faseovergangen
- Verdamping bij vloeibaar water tot waterdamp is moeilijk te vatten, zeker bij jongere kinderen. Bij koken loopt dit een stuk beter. Niet alle kinderen beseffen echter dat de bellen bestaan uit waterdamp.
- Bij verdamping (bv. drogen van was of drogen van klei) denken veel kinderen dat het vloeibaar water is dat zich verplaatst (naar de wolken, de zon of in de tafel waar de klei op ligt).
- Veel kinderen denken dat bij faseovergangen de massa verandert. Zo denken ze dat een gesmolten voorwerp minder weegt dan de vaste stof en dat gas minder weegt dan dezelfde stof in vloeibare vorm.
Deeltjesmodel
- Kinderen kennen deeltjes eigenschappen als verdampen en smelten toe aan de individuele deeltjes (de atomen of moleculen dus). Het woord ‘deeltje’ zou hierbij niet bevorderlijk zijn. Spreken over ‘molecuul’ zou een oplossing zijn.
- Dat tussen de deeltjes niets is (ook geen lucht!) is moeilijk te vatten voor kinderen.
- Dat het materiaal bestaat de deeltjes is moeilijk voor kinderen. Ze stellen zich de deeltjes al snel voor als rozijnen (de deeltjes) in een brood (het materiaal).
- 1.14. De leerlingen kunnen van courante materialen uit hun omgeving enkele eigenschappen aantonen;
- 1.15. De leerlingen kunnen illustreren dat een stof van toestand kan veranderen
(ook 1.1, 1.2 en 1.3 zijn hier aan te linken)
ID: block_6141cceb9e3c2
Misconcepties
‘Bloem is een vloeistof’ of ‘wol is zeker geen vaste stof’ of ‘gasvormig ijzer? Dat bestaat niet!’
FMM! (frequently made mistake)
Kinderen denken dat ijzer alleen als vaste stof voorkomt. Bij bloem denken ze dat het een vloeistof is omdat het vloeit. Wol ten slotte is geen vaste stof want het is niet hard.
Zo zit het wel
Alle stoffen kunnen voorkomen in drie ‘aggregatietoestanden’: vaste stof, vloeistof en gas. We kennen de toestand bij kamertemperatuur het best. Bloem is een vaste stof. Ook wol is een vaste stof. Dit zijn twee voorbeelden van vaste stoffen die niet hard zijn.
Met het deeltjesmodel kunnen we de kenmerken van de aggregatietoestanden van een stof uitleggen. Visualiseer goed de deeltjes en laat kinderen zich via rollenspellen inleven.
| VAST | VLOEIBAAR | GAS |
 Vaste stof |
 Vloeistof |
 Gas |
Kenmerken deeltjes:
|
Kenmerken deeltjes:
|
Kenmerken deeltjes:
|
Eigenschappen toestand:
|
Eigenschappen toestand:
|
Eigenschappen toestand:
|
Tips:
|
Tips:
|
Tips:
|
Elke stof kan als vaste stof, vloeistof of gas voorkomen afhankelijk van de temperatuur.
Hieronder een voorbeeld:
ID: block_6140a8fef582c
‘Als het water verdampt, is het weg en kan het zeker niet terug water worden’ of ‘Als een vaste stof smelt (bv. ijs) dan is de vloeistof lichter (bv. water)
FMM! (frequently made mistake)
Kinderen denken dat het water weg is als het verdampt of naar een andere plaats (bv. de wolken). Kinderen denken ook dat het gewicht van het water na het smelten van een blok ijs, kleiner is dan van dat blok ijs.
Zo zit het wel
Dit heeft alles te maken met de faseovergangen (waarbij de stof overgaat van de ene aggregatietoestand in een andere).
Wanneer we warmte toevoegen (of wegnemen) kunnen de fases overgaan in elkaar.
We leggen bij deze faseovergangen de nadruk op het feit dat de deeltjes dezelfde blijven en dat hun aantal niet verandert. Er is dus behoud van massa. Het gewicht blok ijs = gewicht water bekomen door smelten ijs. Het water dat verdampte kan dus niet weg zijn maar is gasvormig geworden en dus onzichtbaar.
ID: block_6140aa315430b
WANNEER WE WARMTE TOEVOEGEN DAN …..
| VASTE STOF | FASE OVERGANG | VLOEISTOF |
 Vaste stof |
⇒ smelten (bij smeltpunt)
⇐ stollen (bij stolpunt) |
Vloeistof |
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Kenmerken ⇒:
|
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af = de stof zet uit bv. een ijzeren lat wordt langer bij verwarmen
|
Eigenschappen:
Vaste stof smelt en wordt vloeibaar. |
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af = de stof zet uit bv. het zeewater zet uit bij een stijgende temperatuur |
| Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes meer ter plaatse bewegen en gaan ze wat verder uit elkaar zitten’.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (kinderen blijven elkaar een hand geven) |
Uitleg in lagere school:
‘De deeltjes trillen zo heftig dat de verbindingen grotendeels verbroken worden’
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (ze laten de handen los maar blijven wel nog dicht bij elkaar) |
Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes meer bewegen en gaan ze wat verder uit elkaar zitten’.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (kinderen blijven dicht bij elkaar en bewegen langs elkaar als ballen in een ballenbad, steeds sneller als meer warmte toegevoegd wordt) |
ID: block_61fd24cc1ffcb
WANNEER WE WARMTE TOEVOEGEN DAN…..
| VLOEISTOF | FASE OVERGANG | GAS |
|
Vloeistof |
⇒ verdampen (vanaf het smeltpunt)
⇐ condenseren (bij dauwpunt) |
 Gas |
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Kenmerken ⇒
|
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af bv. het zeewater zet uit bij een stijgende temperatuur |
Eigenschappen:
De vloeistof verdampt of kookt (en wordt dus gasvormig). |
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af bv. de warme lucht doet een luchtballon stijgen → Wanneer het gas in een vat zit: druk in het gas neemt toe (de druk op de wand van een vat ontstaat door de botsing van de deeltjes. Als ze dus sneller bewegen, zijn er meer botsingen en dus een hogere druk).
|
| Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes meer bewegen en gaan ze wat verder uit elkaar zitten’.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (kinderen blijven dicht bij elkaar en bewegen langs elkaar als ballen in een ballenbad, steeds sneller als meer warmte toegevoegd wordt) |
Uitleg in lagere school:
‘De deeltjes bewegen zo snel dat ze uit het vat kunnen ontsnappen en rondzweven in de lucht’
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen. Oh, daar ga ik’.
|
Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes sneller en sneller bewegen.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie, ik moet bewegen. (kinderen rennen steeds sneller door elkaar wanneer er meer energie toegevoegd wordt).
|
ID: block_61fd26751ffce
WANNEER WE WARMTE TOEVOEGEN DAN…..
| VASTE STOF | FASE OVERGANG | GAS |
|
Vaste stof |
⇒ sublimeren (bij sublimatiepunt)
⇐ desublimeren/rijpen |
Gas |
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Kenmerken ⇒:
|
Kenmerken bij toevoegen warmte:
|
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af = de stof zet uit bv. een ijzeren lat wordt langer bij verwarmen
|
Eigenschappen:
De vaste stof verdwijnt langzaamaan |
Eigenschappen materie:
→ massadichtheid neemt af bv. de warme lucht doet een luchtballon stijgen
→ Wanneer het gas in een vat zit: druk in het gas neemt toe (de druk op de wand van een vat ontstaat door de botsing van de deeltjes. Als ze dus sneller bewegen, zijn er meer botsingen en dus een hogere druk).
|
| Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes meer ter plaatse bewegen en gaan ze wat verder uit elkaar zitten’.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (kinderen blijven elkaar een hand geven) |
Uitleg in lagere school (indien men dit wil behandelen):
‘De buitenste deeltjes krijgen voldoende energie om los te breken uit het rooster’
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie. Ik moet bewegen, maak een beetje plaats’ (handen moeten plots niet meer gegeven worden, ze blijven wel nog dicht bij elkaar) |
Uitleg in lagere school:
‘Door warmte ( = energie) toe te voegen, gaan de deeltjes sneller en sneller bewegen.
Om uit te beelden: ‘Hé, gast. Ik krijg hier te veel energie, ik moet bewegen. (kinderen rennen steeds sneller door elkaar wanneer er meer energie toegevoegd wordt).
|
ID: block_61fd26b31ffcf
Mogelijke lesonderwerpen
Wat kan je bekijken met kinderen? Hieronder zie je een aantal lesonderwerpen en wat je kan bestuderen met kinderen.
| ONDERWERP | PROEF | DAGELIJKS LEVEN |
| Gassen zijn niet niets (bestaat uit deeltjes, heeft een massa) |
|
Luchtdruk, ballonnen, luchtmatrassen, banden, spuitwater, spuiten, (fiets)pompen,… |
| Stoffen zetten uit bij verwarming |
|
Bimetalen, uitzetvoegen bij bruggen/spoorrails/betonbanen/…, glazen uit elkaar halen , stijgende zeespiegel,… |
| Gassen, vloeistoffen en vaste stoffen |
|
ID: block_61420ddd597bd
| ONDERWERP | PROEF | DAGELIJKS LEVEN |
| Verdampen |
|
Plassen verdampen, was drogen, klei die droogt, was die droogte, ether die verdampt, planten die water laten verdampen, de werking van zweet,… |
| Koken |
|
Waterkoker, kokend water, kerncentrales, vulkaansgassen, black smokers,… |
| Condenseren |
|
Wolken, condensatie in de badkamer, vliegtuigstrepen, wolkjes uitademen bij koude temperaturen,… |
| Smelten |
|
IJs, kaarsenvet, boter, chocolade die smelt, lava, vloeibaar ijzer,.. |
| Stollen |
|
Water, kaarsenvet, boter, chocolade die stollen. IJspegels, hagelstenen, ijshaar,… |
| Sublimeren |
|
Mottenballen, droogijs, chocolade (zie ruiken), vriesdrogen, sublimatieprinters, sneeuw die sublimeert,… |
| Rijpen |
|
Rijm, ijs in de diepvries, ijsbloemen op het raam,… |
ID: block_614212d1062b0
Ook massadichtheid (hoe dicht de deeltjes op elkaar zitten) kan verklaard worden door te spreken over deeltjes.
Wanneer we het begrip massadichtheid hebben verkend kunnen we overgaan naar inzicht in drijven en zinken of heteluchtballonnen.
Is de massadichtheid van het voorwerp groter dan die van de omringende vloeistof/het gas dan zinkt het. Is de massadichtheid gelijk dan zweeft het in de vloeistof/het gas. Is de massadichtheid kleiner dan drijft het voorwerp (of stijgt je luchtballon).
Voorbeeld: Bij een heteluchtballon verwarmen we de lucht in de ballon. De deeltjes van het gas krijgen meer energie en gaan verder uit elkaar zitten (hé, gast maak plaats). Het aantal deeltjes blijft gelijk (en dus ook de massa) terwijl ze meer plaats innemen (meer volume dus). Zo wordt de massadichtheid kleiner dan die van de omringende lucht en drijft/zweeft de ballon als het ware op de koude lucht.
ID: block_61432fae929e7
Bij lessen over onze zintuigen komt spreken over deeltjes van pas. Chocolade ruik je immers maar omdat er deeltjes losgekomen zijn die in je neus terechtkomen (dit zie je mooi in dit filmpje). Bij smaken moeten deeltjes oplossen in het speeksel voor we ze kunnen smaken.
ID: block_61432fc1929e8
Wind is zich verplaatsende lucht die uit deeltjes bestaat. Het botsen van de deeltjes met bijvoorbeeld de wieken van een windmolen doet deze draaien.
Dit filmpje toont mooi hoe wind ontstaat, hoe je dit kan verklaren door deeltjes en kan tonen aan kinderen:
ID: block_61d86d2e984b1
- Er zijn tal van sites die proeven aanbieden waarbij het deeltjesmodel inzicht geeft in wat er gebeurt. We noemen er enkele:
- Technopolis
- https://www.proefjes.nl/
- https://museumkids.nl/proefjes-voor-thuis
- https://www.rug.nl/sciencelinx/leerlingen/diyscience/proefjes/afleveringenscheikunde/scheikunde-proefjes
- https://winadoen.wixsite.com/winadoen/kopie-van-english-1
- https://www.expeditionchemistry.nl/
- https://www.nemosciencemuseum.nl/nl/ontdek/
- https://www.nvon.nl/leswerk#filter=eyJjbGFzc3dvcmsiOnt9fQ==
ID: block_61433980929e9
- Allen, M. (2010). Misconceptions in Primary Science, Open University Press.
- Boersma, K., Graft, van M. & Knippels, M.C. (2009) Concepten van kinderen over natuurwetenschappelijke thema’s. Enschede, SLO.
- Vollebregt, M. J & Klaassen, Kees & Genseberger, Rupert & Lijnse, Piet. (1999). Inzichtelijk een deeltjesmodel leren. Tijdschrift voor Didactiek der ß-wetenschappen. 16. 12-26.
- Koos kortland & Hans Poorthuis (2017). Vakdidactisch ontwerpen. . In Koos Kortland, Ad Mooldijk & Hans Poorthuis (Red.), Handboek natuurkundedidactiek. Amsterdam: Epsilon Uitgaven. via – https://natuurkundedidactiek.nl/wp-content/uploads/sites/224/2017/03/hbnd-w-04-02-07-INF-1-deeltjesmodel.pdf
- Vanlandeghem (2014). Materie en thermische fysica. via https://www.slideshare.net/JouriVanlandeghem/materie-en-thermische-fysica
ID: block_614339b1929ea
Raadsel
Welke steltloper kan het diepst op zoek naar wormen in de bodem?
- Wulp
- Tureluur
- Kievit