GRAAD DBO KERNKONSEPTE

Transcription

1 GRAAD 1 DB KERNKNSEPTE

2 Kennisgewing van kopiereg: Die teorie-opsommings in hierdie Smart Prep Boekie is die oorspronklike werk van Science linic (Py) Ltd. Die materiaal mag versprei word, mits die volgende vereistes nagekom word: As die boekie elektronies of in gedrukte vorm gekopieer of versprei word, moet hierdie kopieregkennisgewing behoue bly. As die opsommings en/of vrae in die boek gebruik word, moet die bron erken word. ierdie Smart Prep Boekie is geskep ter voordeel van die gemeenskap en mag nie deur enige ander persoon of entiteit gebruik of versprei word vir kommersiële doeleindes nie. Die teorie-opsommings in hierdie boekie mag nie aangepas word en onder n nuwe lisensie versprei word nie. Volledige terme vir die gebruik van die materiaal is beskikbaar op Erkenning van inhoud: Baie dankie aan diegene wat betrokke was by die produksie, moderasie en vertaling van hierdie boek: R Bartholomew, N Basson, Y hoonara, N ullinan, S Dippenaar, T Fairless, I Govender, are, R Lodge, K Lowe, Q Meades, rchison, N Rabellini, R Ramsugit, M Stander. facebook.com/scienceclinicsa c Science linic (Pty) Ltd 018

3 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 WY YU SULD STUDY SIENE Science is amazing! It is also one of the toughest subjects at school. Science-y careers are diverse and exciting, but require years of vigorous academic commitment. If it s so hard to get somewhere with Science, why should you study it? ere s our top reasons for getting your nerd on: 1. Be a modern-day hero: The single greatest reason why we should study Science, is to ensure umanity s sustainable survival on Earth! Ecosystems are in crisis mode, the planetary weather system is changing rapidly, and humanity is failing to coexist in harmony with other species. World food production has to double in the next thirty years, in order to sustain the growing global population. We are running out of fossil fuels which are critical to the efficiency of our industry, farming and supply chains. Fresh water is becoming increasingly scarce, with many of the World s greatest rivers no longer running into the sea. Diseases are becoming increasingly resistant to antibiotics. The air in many Indian and hinese cities are verging on unbreathable. The Great Pacific Garbage Patch has become an unfathomable mass of floating junk that is destroying our oceans. The use of fossil fuels is polluting our air and adding to the Greenhouse Effect. Before you despair, there is a silver lining: every one of these problems can be improved, and even solved, through Science! If you are passionately concerned about this Planet and about a healthy future for umanity, get stuck into your Science studies and aim for a Science-y career that will equip you to make a difference!. Be smart: The study of Science encourages problem-solving tenacity that helps you to understand the world around you. I have always explained to my students that Science illuminates one s path, and that going through life without Science is similar to driving your car along dark roads - your headlights might light your way forward, but they don t illuminate the world around you. You travel onwards without ever understanding the context of your journey. Studying Science makes you comfortable with the unknown, and gives you the confidence to say: I don t know the answers, but I will find out!. Science is gracious to naivety but does not condone the apathy of indifference: it allows you to say I don t know, but I want to find out, but does not tolerate the attitude of I don t know and I don t care. Science is highly structured, but welcomes change - it constantly adjusts its views based on what is observed. This approach teaches you to evolve your thinking by constantly testing and investigating information, which makes you a well-rounded human being and empowers you with an ethical approach to others: it enables you to discern the difference between your opinions and facts, and to acknowledge the opinions and beliefs of others without immediately accepting or rejecting them. 3. Be adventurous: Science gets you places! I can only speak from my experience - my engineering background, which is firmly rooted in Science, has opened a door to great adventure and exploration. I have worked on four continents and have been exposed to a diversity of incredible experiences that a normal office job would never allow. Would you like to work in jungles? Study Natural Sciences. A life of studying volcanoes or auroras, perhaps? Study geosciences. Would you like to ply you mind to solving massive problems and driving innovation? Study engineering! Would you like to work with killer whales? Study zoology! Science-y careers and research allow you visit places that would not be accessible through other fields of study. Whether you want to go to Antarctica or to outer space, Science is the way to get there. 4. Diversity and flexibility: From dentistry to plasma physics, Science-y careers offer vast opportunities for professional career development and diversification. Engineers are welcomed into the financial sector, due to their problem-solving ability and analytical way of thinking. Many academic physicists teach, perform ground-breaking research and consult private clients in the same work week. Medical professionals diversify into the legal field to become patent attorneys or medical lawyers. owever on the flip side, it s rare for a professional with a non-science-y background to bridge into the Science-based career fields. 5. Inventions: Science-y careers create an intellectual and business environment that is conducive to problem solving and invention. Look at all the exciting inventions of the last twenty years, that have completely transformed our lifestyles. The Internet, the everyday use of GPS, mobile phone technology, P and touch-screen displays are but a few. This technological progress was made possible due to Science. Visit online crowdfunding platforms such as Kickstarter and Indiegogo, and appraise the exciting Science-y inventions that are being funded. The tech scene is mushrooming with skunkworks and hackathons that are creating radical innovations. It is an exciting time to be part of Science and technology, and if you want to be at the cusp of making cool things that make a big difference, study Science! 6. Be a modern-day hero (#): South Africa has a growing deficit of expert Science teachers. If you are passionate about Science, and passionate about making a difference, teaching is a massively rewarding career path that is becoming increasingly lucrative. Remember, supply and demand dictate going rates - if there are fewer expert Science teachers around, the demand for expertise leads to increased fees. Become a Science teacher, a thought leader and a role model! 7. Wealth: More than a fifth of the planet s wealthiest people on the Forbes 015 list studied an engineering degree, according to a recent survey by the Approved Index platform. A quarter of the Forbes top-hundred have Science as a foundation for their work. 8. Discovery: Science research is a field that allows you to discover the unknown. The deep oceans are unexplored, nanotechnology and photonic crystals have so many secrets, and we re still not sure whether there is any form of life outside near-earth space. Imagine being the person that publishes a peer-reviewed article to tell the world about a brand new discovery, or a new revelation in our understanding, or a life-altering breakthrough in technology. This is a call to action for young history-makers, and for a new wave of heroes to save this world and make a difference. I encourage you to become part of it! James ayes Founder Science linic 1 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

4 www INUDSPGAWE Voorwoord 1 Fisika Fisika data 4 Vertikale projektielbeweging 9 Vektore in D 1 Newton se bewegingswette 14 Newton se universele gravitasiewet 18 Momentum en impuls 19 Arbeid, energie en drywing Elektrisiteit 5 Elektrostatika 7 Elektrodinamika 9 Foto-elektriese effek 3 Doppler-effek 34 hemie hemie data 36 rganiese molekules 4 rganiese intermolekulêre kragte 45 rganiese reaksies 46 Polimere 49 Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering 51 Energie- en chemiese verandering 54 Tempo van reaksies 55 hemiese ewewig 56 Sure en basisse 59 Elektrochemie 6 Kunsmis 63

5 www

6 Die algemeenste hoeveelhede, simbole en SI-eenhede wat in inleidende Fisika gebruik word, word hieronder gelys. 'n oeveelheid moenie verwar word met die eenheid waarin dit gemeet word nie. Grootheid Verkieslike simbool Alternatiewe simbool Eenheidnaam Eenheidsimbool massa m kilogram kg posisie x, y meter m verplasing x, y s meter m snelheid vx, vy u, v meter per sekonde m s -1 beginsnelheid vi u meter per sekonde m s -1 eindsnelheid vf v meter per sekonde m s -1 versnelling a meter per sekonde per sekonde m s - gravitasieversnelling g meter per sekonde per sekonde m s - tyd (oombliklik) t sekonde s tydinterval t sekonde s energie E joule J kinetiese energie K Ek joule J potensiële energie U Ep joule J arbeid W joule J werkfunksie W0 joule J drywing P watt W momentum p kilogram meter per sekonde kg m s -1 krag F newton N gewig w Fg newton N normaalkrag N FN newton N spanning T FT newton N wrywingskrag f Ff newton N μ,μ s, μ (geen) wrywingskoëffisiënt k wringkrag τ newton-meter N m golflengte λ meter m frekwensie f ν hertz of per sekonde z of s -1 periode T sekonde s spoed van lig c meter per sekonde m s -1 brekingsindeks n (geen) brandpuntafstand f meter m voorwerpafstand s u meter m beeldafstand s' v meter m vergroting m (geen) lading Q, q coulomb newton per coulomb of N -1 of elektriese veld E volt per meter V m -1 elektriese potensiaal VP volt V by punt P potensiaalverskil V, V volt V emk E ε volt V stroom I, i ampère A weerstand R ohm Ω interne weerstand r ohm Ω magneetveld B tesla T magnetiese vloed Φ tesla meter of weber kapasitansie farad F induktansie L henry T m of Wb

7 DATA FR PYSIAL SIENES GRADE 1 PAPER 1 (PYSIS) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 1 VRAESTEL 1 (FISIKA) TABLE 1: PYSIAL NSTANTS/TABEL 1: FISIESE KNSTANTES NAME/NAAM SYMBL/SIMBL VALUE/WAARDE Acceleration due to gravity Swaartekragversnelling Universal gravitational constant Universele gravitasiekonstant Speed of light in a vacuum Spoed van lig in 'n vakuum Planck's constant Planck se konstante oulomb's constant oulomb se konstante harge on electron Lading op elektron Electron mass Elektronmassa Mass of Earth Massa van Aarde Radius of Earth Radius van Aarde g 9,8 m s - G 6,67 x N m kg - c 3,0 x 10 8 m s -1 h 6,63 x J s k 9,0 x 10 9 N m - -e -1,6 x me 9,11 x kg M 5,98 x 10 4 kg RE 6,38 x 10 6 m

8 f i i f i f TABLE : FRMULAE/TABEL : FRMULES MTIN/BEWEGING v f v i a t v Δx v or/of Δy v 1 i Δt a t 1 i Δt a t v v v a x or/of v v a y Δx Δt or/of Δy Δt f i i f v v FRE/KRAG F net ma p mv max f s s F net = μ N Δt = Δp Δp = mv - 1 d mv m m F = G or/of m 1 m = G r f k = μ k N w mg M = G d or/of M = G r g WRK, ENERGY AND PWER/ARBEID, ENERGIE EN DRYWING W F x cos U mgh or/of EP mgh 1 K mv or/of 1 E k mv W nc K U or/of W nc E k E p W net K or/of W net E k K K f K i or/of E k E kf E ki W P t Pav = Fvav / Pgemid = Fvgemid WAVES, SUND AND LIGT/GLWE, KLANK EN LIG v f 1 T f f v v L L L f s f L f b v v s v v b v v E hf or /of E h c E = W o + E k(max) or/of = W o + K max E hf and/en W 0 hf 0 and/en E where/waar 1 = E or/of k (max) mv max 1 K max = mv max

9 ELETRSTATIS/ELEKTRSTATIKA kq Q kq E 1 F r r W V q F E q Q n = e or/of n = Q qe ELETRI IRUITS/ELEKTRIESE STRMBANE V R I emf ( ε )= I(R + r) emk ( ε )= I(R + r) R R 1 R R 1 s p R 1 1 R q I t W = Vq W = VI t W = I R t V Δt W = R W P Δt P = VI P = I R V P R ALTERNATING URRENT/WISSELSTRM I I / rms max I I wgk maks P ave V rms I rms / P gemiddeld V wgk I wgk P R / P gemiddeld I wgk R ave I rms V V max rms / V V wgk maks V P rms ave R / V P gemiddeld R wgk

10 Graad 1 Fisika Definisies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Newton se We5e ersiening Normaalkrag (FN): loodregte krag uitgeoefen deur 'n oppervlak op 'n voorwerp wat daarmee in kontak is. Wrywingskrag (Ff): die krag wat die beweging van 'n voorwerp teenstaan en parallel aan die oppervlak (Bekend as die wrywingskrag, is eweredig aan die normaalkrag, is ona;anklik van die kontak area, is ona;anklik van die snelheid van beweging) inwerk waarmee die voorwerp in kontak is. Sta@ese Wrywingskrag (fs): die krag wat die neiging van die beweging van 'n s>lstaande voorwerp rela>ef teen 'n oppervlak, teenstaan Kine@ese Wrywingskrag (B): wanneer 'n ne?o krag,, net F toegepas word op 'n voorwerp met massa, m, versnel dit in die rig>ng van die ne?o krag. Die versnelling, a, is direk eweredig aan die ne?o krag en omgekeerd eweredig aan die massa. Newton se Eerste Bewegingswet: n voorwerp sal aanhou in sy toestand van rus of uniforme (beweging met konstante) snelheid tensy 'n ne?o of resultante krag daarop inwerk. Newton se Tweede Bewegingswet: wanneer 'n ne?o krag,, net F toegepas word op 'n voorwerp met massa, m, versnel dit in die rig>ng van die ne?o krag. Die versnelling, a, is direk eweredig aan die ne?o krag en omgekeerd eweredig aan die massa. Newton se Derde Bewegingswet: wanneer 'n voorwerp A 'n krag uitoefen op voorwerp B, sal voorwerp B terselfdertyd 'n teenoorgestelde gerigte krag uitoefen van dieselfde groo?e op voorwerp A. Newton se Wet van Universele Gravitasie: elke deeltjie in die heelal trek elke ander deeltjie aan met 'n krag wat direk eweredig is aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen hulle middelpunte Momentum en Impuls Momentum: die produk van die massa en snelheid van die voorwerp. Newton se Tweede Wet in terme van Momentum: die ne?o krag wat op 'n voorwerp inwerk is gelyk aan die tempo van die verandering van momentum. Impuls: die produk van die ne?o krag en die kontaktyd, 'n vektorhoeveelheid. Geslote/ n geïsoleerde sisteem (in Fisika): 'n stelsel waarop die resulterende/ne?o eksterne kragte nul is. n Geslote/geïsoleerde sisteem sluit eksterne kragte wat buite die botsende liggame ontstaan, bv. wrywing, uit. Slegs interne kragte, bv. Kontak kragte tussen die botsende voorwerpe, word oorweeg. Wet van behoud van lineêre momentum: totale lineêre momentum van 'n geïsoleerde sisteem bly konstant (bly behoue). Ver@kale Projek@elbeweging Projek@el: n voorwerp waarop die enigste krag wat daarop inwerk, die gravitasiekrag is. Arbeid, Energie en Drywing Arbeid verrig op n voorwerp deur n konstante krag F:FΔxcosθ, waar F die groo?e van die krag, Δx die groo?e van die verplasing en θ die hoek tussen die krag en die verplasing is. (Arbeid word verrig deur 'n krag op 'n voorwerp - die gebruik van 'arbeid verrig teen 'n krag', bv. arbeid verrig teen wrywing, moet vermy word.) Arbeid is 'n skalaarhoeveelheid en word gemeet in joule (J). Arbeid-energie stelling: die arbeid verrig deur 'n ne?o krag op 'n voorwerp is gelyk aan die verandering in die kine>ese energie van die voorwerp. (Wnet = ΔEk) Konserwa@ewe krag: 'n krag waarvoor die arbeid verrig om 'n voorwerp tussen twee punte te beweeg, ona;anklik is van die roete wat gevolg word. Nie-konserwa@ewe krag: 'n krag waarvoor die arbeid verrig om 'n voorwerp tussen twee punte te beweeg, a;anklik is van die roete wat gevolg word. Beginsel van Behoud van Meganiese Energie: Die totale meganiese energie (som van gravitasie- potensiële energie en kine>ese energie) in 'n geslote sisteem bly konstant. 'n Sisteem is geslote wanneer die ne?o eksterne krag (uitsluitend die gravitasiekrag) wat op die sisteem inwerk, nul is. Drywing: die tempo waarteen arbeid verrig word of die tempo waarteen energie oorgedra word Doppler Effek Doppler Effek: die verandering in frekwensie (of toonhoogte) van die klank waargeneem deur 'n luisteraar, omdat die klankbron en die luisteraar verskillende snelhede rela>ef tot die medium van klank voortplan>ng, besit. Elektrosta@ka oulomb se wet: die groo?e van die elektrosta>ese krag wat een puntlading (Q1) op 'n ander puntlading (Q) uitoefen is direk eweredig aan die produk van die groo?es van die ladings en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand (r) tussen hulle. Elektriese veld: 'n gebied in die ruimte waar 'n elektriese lading 'n krag ervaar. Die rig>ng van die elektriese veld by 'n punt is die rig>ng wat 'n posi>ewe toetslading sal beweeg as dit by daardie punt geplaas word. Elektriese veld by n punt: die elektriese veld by 'n punt is die elektrosta>ese krag wat ondervind word per posi>ewe eenheidslading by daardie punt. Elektriese Stroombane hm se Wet: stroom deur 'n geleier is direk eweredig aan die potensiaalverskil oor die geleier by konstante temperatuur. Drywing: die tempo waarteen arbeid verrig word. Interne weerstand: die weerstand wat die sel teen die vloei van elektriese stroom bied. Potensiaalverskil: die arbeid verrig per eenheid posi>ewe lading. Stroom: die tempo van vloei van lading. Emk: die totale energie verskaf per coulomb lading deur die sel. Elektrodinamika Beginsel van induksie: 'n veranderende magneetveld induseer 'n emk in n geleier. Motor effek: wanneer 'n stroomdraende geleier geplaas word in 'n magneetveld sal dit 'n krag ondervind. WGK waarde: Die wgk-waarde van WS is die GS-potensiaalverskil/stroom wat dieselfde hoeveelheid energie verbruik as die WS. p@ese Verskynsels Photoelektriese effek: die minimum frekwensie lig benodig om elektrone uit 'n sekere metaaloppervlak vry te stel. Drumpelfrekwensie (f0): die minimum frekwensie van invallende straling waarby elektrone vrygestel sal word uit 'n spesifieke metaal. Werksfunksie (W0): die werkfunksie van 'n metaal is die minimum energie benodig om 'n elektron uit die oppervlak van 'n metaal vry te stel. Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus 8

11 v f = v i + aδt v f = v i + aδy Δy = v i Δt + 1 aδt Δy = ( v i + v f ) Δt Δy = verplasing (m) Δt = tyd (s) vi = oorspronklike snelheid (m s 1 ) vf = finale snelheid (m s 1 ) a = versnelling (m s ) (9,8 m s afwaarts) Vertikale Projektielbeweging Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 PRJEKTIELBEWEGING 'n Projektiel is 'n voorwerp wat vrylik onder die invloed van slegs swaartekrag beweeg. Dit word nie deur enige meganisme (katrol of motor) beheer nie. Die voorwerp is in vryval, maar kan opwaarts (opwaarts gegooi) of afwaarts beweeg. Kragte op n projektiel In die afwesigheid van wrywing, is gravitasiekrag die enigste krag wat op 'n vry-vallende liggaam inwerk. ierdie krag tree altyd afwaarts op. mdat die gravitasiekrag altyd afwaarts is, sal 'n projektiel wat opwaarts beweeg, al hoe stadiger moet beweeg. Wanneer 'n projektiel afwaarts beweeg, beweeg dit in die rigting van die gravitasiekrag en dus word dit versnel. Versnelling as gevolg van swaartekrag Alle vryvallende liggame het dieselfde swaartekragversnelling. Die versnelling is 9,8 m s afwaarts. Deur lugweerstand/wrywing te ignoreer; Wanneer 'n albaster en 'n rots vanaf dieselfde hoogte op dieselfde tyd vrygelaat word, sal hulle die grond gelyktydig tref, en hul finale snelheid sal dieselfde wees. ul momentum (mv) en kinetiese energie (½mv ) is nie dieselfde nie, as gevolg van 'n verskil in massa. Wanneer twee voorwerpe vanaf verskillende hoogtes vrygelaat word, het hulle dieselfde versnelling, maar hulle tref die grond op verskillende tye en met verskillende snelhede. Die pad van projektielbeweging kan ontleed word met behulp van die 4 afdelings soos hieronder getoon. Die kombinasie van hierdie 4 dele sal van die werklike pad afhang wat die projektiel geneem het. Voorbeeld: n projektiel wat laat val word is slegs afdelings en D. n Voorwerp wat opwaarts gegooi word en op n dak val is afdelings A tot. A B D Grafiek manipulasie: DIESELFDE SAME GTE EIGT DIESELFDE SAME EIGT GTE Verandering in positiewe rigting: Keer grafiek in die x-as om. Verandering in verwysing posisie: Skuif x-as (slegs Δy-Δt) Tyd: ta = td tb = t Verplasing: ΔyA = ΔyD ΔyB = Δy Snelheid: via = vfd vfa = vid vib = vf VfB = Vi = 0 m s 1 P PSITIEF Δy (m) DELE VAN N PRJEKTIEL PAD VRBEELD: 'n Voorwerp word vertikaal opwaarts geprojekteer. 4 Sekondes later, word dit gevang op dieselfde hoogte (punt van vrylating) oppad afwaarts. Bepaal hoe lank dit die bal geneem het om tot 'n hoogte van 8 m in die opwaartse rigting te beweeg. Kies afwaarts as die positiewe rigting. Δy = v i Δt + 1 totale tyd = 4 s at t op = s 8 = 19,6t + 1 (9,8)t x = b ± b 4ac a GRAFIEKE VAN PRJEKTIELBEWEGING 0 = 4,9t 19,6t + 8 t = b ± b 4ac Area Δy teenoor Δt v teenoor Δt a teenoor Δt elling Δt (s) Negatiewe a Positiewe a v f = v i + aδt 0 = v i + (9,8)() v i = 19,6 v i = 19,6 m s 1 opwaar ts v (m s 1 ) Positiewe Δy Negatiewe Δy Δt (s) a t = ( 19,6) ± ( 19,6) 4(4,9)(8) (4,9) t = 0,46 s F 3,54 t = 0,46 s a (m s ) Negatiewe Δv Δt (s) NTU: 1. Teken n skets diagram. Skryf gegewe veranderlikes neer. 3. Kies positiewe rigting 4. Los op AF PSITIEF Δy (m) Δt (s) v (m s 1 ) Negatiewe Δy Positiewe Δy Δt (s) a (m s ) Positiewe Δv Δt (s) 9 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

12 Beweging van 'n projektiel ALLE VRBEELDE: Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte P PSITIEF SIENE LINI 018 VRWERP LAAT VAL VANAF GTE (+D) vi = 0 m s 1 Δy (m) VRWERP AFWAARTS GEGI VANAF GTE (D) vi 0 m s 1 Δy (m) vf(op) = 0 m s 1 vi(op) 0m s 1 VRWERP PWAARTS GEGI VANAF GTE (B++D) vi(af) = 0 m s 1 Δy (m) v (m s 1 ) Δt (s) Δt (s) v (m s 1 ) Δt (s) Δt (s) v (m s 1 ) Δt (s) Δt (s) vf a (m s ) Δt (s) vf ok van toepassing op voorwerpe wat laat val word vanaf 'n afwaartse bewegende verwysing. a (m s ) Δt (s) ok van toepassing op voorwerpe wat laat val word vanaf 'n opwaartse bewegende verwysing. vf(af) a (m s ) Δt (s) VRWERP PWAARTS GEGI EN GEVANG (A+B++D) vf(op) = 0 m s 1 = vi(af) VRWERP PWAARTS GEGI, LAND P GTE (A+B+) vf(op) = 0 m s 1 = vi(af) VRWERP PWAARTS GEGI VANAF GTE, BNS (A+B+) Δy (m) Δt (s) vf(af) Δy (m) Δt (s) Δy (m) Δt (s) v (m s 1 ) Δt (s) Vi(op) = Vf(af) v (m s 1 ) Δt (s) vi(op) 0m s 1 v (m s 1 ) Δt (s) Accera&on Versnelling as due gevolg to force van krag deur by surface oppervlakte during tydens bounce bons a (m s ) Δt (s) a (m s ) Δt (s) Δt (s) 10 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus a (m s ) As die botsing volkome elasties is, is die grootte van die afwaartse snelheid voor die bons en die opwaartse snelheid na die bons dieselfde. Behandel die bewegings (voor en na bons) as afsonderlike bewegings.

13 Spesiale projektiel bewegings LUGBALLN YSBAK BNSENDE BAL Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 VRBEELD: 'n Warmlugballon styg met 'n konstante snelheid van 5 m s 1. 'n Bal word laat val vanaf die warmlugballon op 'n hoogte van 50 m en val vertikaal na die grond. Bepaal (a) die afstand tussen die warmlugballon en bal na sekondes en (b) die snelheid van die bal wanneer dit die grond bereik. (a) Neem afwaarts as positief: Afstand beweeg deur ballon : Δy = v i Δt + 1 aδt = ( 5)() + 1 (0)( ) = 10 Δy = 10 m opwaarts Afstand beweeg deur bal : Δy = v i Δt + 1 aδt = ( 5)() + 1 (9,8)( ) = ,6 Δy = 9,6 m afwaarts totale afstand = ,6 = 19,6 m uitmekaar (b) Neem afwaarts as positief: vf = vi + aδy v f = ( 5 ) + (9,8)(50) v f = v f = 31,70 m s 1 afwaarts Wanneer 'n voorwerp laat val word uit 'n bewegende verwysing (warmlugballon), sal die begin snelheid gelyk wees aan dié van die verwysing. Die versnelling van die voorwerp sal 9,8 m s afwaarts wees, ongeag die versnelling van die verwysing. ysbak beweeg op Δy bal VRBEELD: ysbak beweeg af 'n ysbak versnel opwaarts teen 'n tempo van 1,4 m s. Soos die hysbak begin beweeg, val 'n gloeilamp vanaf die plafon van die hysbak. Bepaal hoe lank dit die gloeilamp neem om die hysbak se vloer te bereik. Die hoogte van die plafon van die hysbak tot sy vloer is 3m. Neem afwaarts as positief: beweging van hysbak: Δy hysbak = v i Δt + 1 aδt y hysbak = (0)t + 1 ( 1,4)t y hysbak = 0,7t beweging van gloeilamp: Δy gloeilamp = v i Δt + 1 aδt 3 + y hysbak = (0)t + 1 (9,8)t 3 + y hysbak = 4,9t y hysbak = 4,9t 3 0,7t = 4,9t + 3 5,6t = 3 t = 0,54 t = 0,73 s hysbak hoogte Δy hysbak Δy bal Δy bal = dak hoogte + Δy Δt (s) VRBEELD: 11 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus hysbak hoogte Δy hysbak Gelyktydige oplos van vergelykings is nodig, want daar is onbekende veranderlikes: Afstand wat hysbak beweeg Tyd om vloer te bereik v (m s 1 ) Die onderstaande snelheid-tyd grafiek verteenwoordig die bons beweging van 'n 0,1 kg bal. Gebruik die grafiek om die volgende vrae te beantwoord: v (m s 1 ) 10 8 a) Watter rigting van beweging is positief? Afwaarts b) oeveel keer het die bal gebons? 3 keer c) Wat verteenwoordig die helling van die grafiek? Versnelling van die bal d) Is die botsings tussen die bal en die grond elastief os onelasties? Na elke bons is daar 'n verandering is die snelheid van die bal, en dus 'n verandering in kinetiese energie. Die botsings is onelasties omdat kinetiese energie nie behoue bly nie. e) As die bal in kontak is met die grond vir 'n tydperk van 0,08 s, bepaal die impuls op die bal. Impuls = Δp = m(v f v i ) = (0,1)( 8 10) = 1,8 Impuls = 1,8 N s opwaarts 5 Bons mkeerpunt Δy (m) Δt (s) Δt (s) f) Voorspel waarom die bal ophou beweeg het. Dit stop op die omkeerpunt, dit word waarskynlik gevang. Kontak tyd

14 F x = F cos θ F y = F sin θ Vektore in D Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 PDELING VAN KMPNENTE Diagonale vektore kan opgedeel word in komponente. Wanneer vektore in x- en y- komponente opgedeel word bepaal ons die horisontale (x-as) en vertikale (y-as) effekte van die vektor. x F F x θ F y y KMPNENTE VAN N ELLING Wanneer kragte toegepas word op n voorwerp teen n helling is dit nuttig om die kragte op te deel in parallelle (//) en loodregte ( ) vektorkomponente. Gravitasiekrag (Fg) is die mees algemene krag wat in hierdie komponente teen n helling opgedeel kan word. PSTELLING VAN KRAGTEDRIEEKE // = sin θ = cos θ Kragtedriehoeke kan gebruik word om die resulterende krag of ewewigskrag te bereken wanneer kragte nie lineêr is nie. Basiese meetkundige reëls kan gebruik word om vektore en resultante te bereken wanneer kragtedriehoeke gevorm word. Stert-aan-kop Parallelogram Manipulasie Gebruik vir opeenvolgende vektore (vektore wat mekaar opvolg) Bv. n Boot vaar 90 m oos en beweeg daarna 50 m noord. y Word gebruik vir vektore wat gelyktydig op dieselfde voorwerp inwerk. Die resultant is n hoeklyk van n parallelogram en begin by die vektore se sterte. y θ // θ Vektorpyltjies kan gemanipuleer word om n kragtedriehoek te vorm wat gebruik kan word om die resultante krag of ewewigskrag te bereken. Die volgende moet dieselfde bly wanneer die vektorpyltjies gemanipuleer word: Lengte van die pyltjie (grootte) oek van die pyltjie (rigting) Die rigting van die kop van die pyltjie. Resultant Vektor Vektor Bv. n Voorwerp word gehang vanaf n plafon deur twee kabels. Die vryliggaamdiagram asook die kragtedriehoek word onderaan getoon en kan gebruik word om die waardes van T1 en T te bereken. Vryliggaamdiagram Kragtedriehoek x Vektor 1 ierdie prinsiep kan ook op meer as twee vektore (in volgorde) toegepas word. Die resultant begin by die eerste vektor se stert en eindig by die laaste vektor se kop. y y x Vektor 1 Vektor 4 Resultant Vektor 3 x N N Resultant x Vektor 1 Resultant Bv. Twee sleepbote pas n krag van N en N teen n koers van 60 en 10 onderskeidelik op n vragskip, toe. Vektor 1 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

15 D Vektore-Resultante en Ewewigskragte Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 RESULTANT: die enkele vektor wat dieselfde effek as al die oorspronklike vektore saam het. PYTAGRAS (SLEGS 90 ) Pythagoras kan slegs toegepas word op vektordriehoeke wat reghoekige driehoek is. VRBEELD: VIR SYLENGTES: R = x + y n Boot vaar 90 m oos waarna dit 50 m noord vaar. Bereken die verplasing van die boot. y Resultant R = x + y R = R = 10,96 m tan θ = sin θ = t s 90 m t a θ = tan 1 ( ) θ = 9,05 nthou dat θ bereken relatief tot die x-as, rigting = 90 9,05 = 60, 95 VIR EKE: cos θ = a s Verplasing = 10,96 m teen 'n rigting van 60,95 50 m x tan θ = t a 13 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus EWEWIGSKRAG: Die krag wat die sisteem in ewewig hou. Die ewewigskrag is gelyk aan die grootte en teenoorgesteld aan die rigting van die resultante krag. PTEL VAN KMPNENTE Die resultant van die diagonaal (hoeklyn-) kragte kan bereken word deur gebruik te maak van Pythagoras waar die x-resultant en y-resultant eerste bepaal word. Dit is veral nuttig vir die berekening van meer as kragte wat toegepas word op n voorwerp waar n kragtedriehoek nie gebruik kan word nie. Stappe om die resultant te bereken: 1. Bereken die x- en y-komponente van elke krag. Bereken die x- en y-resultante van die komponente 3. Bereken die resultant deur gebruik te maak van Pythagoras 4. Bereken die hoek deur gebruik te maak van trigonometriese funksies VRBEELD: Drie kragte word toegepas op n voorwerp soos aangetoon in die diagram onderaan. Bereken die resultante krag wat verrig word op die voorwerp N krag: F x = F cos θ = 11 cos 70 = 3,76 N regs (90 o ) 30 N krag: F x = F cos θ = 30 cos 40 =,98 N links (70 o ) 0 N krag: F x = F cos θ = 0 cos 35 = 16,38 N regs (90 o ). x- en y-resultant F y = F sin θ = 11 sin 70 = 10,34 N op (0 o ) F y = F sin θ = 30 sin 40 = 19,8 N af (180 o ) F y = F sin θ = 0 sin 35 = 11,47 N af (180 o ) Kies links as postief (70 o ) Kies af as positief (180 o ) F x = 3,76 +,98 16,38 F y = 10, ,8 + 11,47 =,84 N links (70 o ) 3. Resultant 4. oek R = x + y R =,84 + 0,41 R = 0,61 N tan θ = Resultant = 0,61 N teen n rigting van 187,9 = 0,41 N af (180 o ) t a 1 0,41 θ = tan,84 θ = 8,08 30 N 0,41 N 11 N N,84 N R

16 Newton se Bewegingswette Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Nie-kontakkrag: n Krag wat oor n afstand uitgeoefen word sonder fisiese kontak. Elektrostatiese krag Kontakkrag: n Krag wat uitgeoefen word tussen twee voorwerpe wat in kontak is. Toegepaste krag (FA) KRAGTE n Krag is n stoot- of trek aksie wat toegepas word op n voorwerp. ierdie aksie kan toegepas word op voorwerpe wat in kontak tree met mekaar of oor n afstand (geen kontak). Gravitasiekrag (w/fg) Magnetiese krag Spanning (T of FT) Wrywing (Ff of fs/fk) Normaalkrag (N/FN) Kragte is vektore omdat dit grootte en rigting besit. Krag word gemeet in newton (N). 1 N is die krag benodig om n 1 kg voorwerp teen 1 m s - in die rigting van die krag te laat versnel. Dus kan ons sê dat 1 N = 1 kg m s - Normaalkrag (FN) Die loodregte komponent van die kontak krag wat toegpas word deur die oppervlak waarop dit rus. Die normaalkrag is gelyk aan die loodregte komponent van gravitasie indien daar geen ander kragte op die voorwerp toegepas word nie. Indien alternatiewe kragte op die voorwerp toegepas word, sal die normaalkrag verander afhangende van die rigting en grootte van die toegepaste krag. F N = F N Voorwerpe wat van n tou/koord/kabel gehang word besit geen normaalkrag nie, omdat daar geen oppervlak bestaan waarop dit kan rus nie. F A θ F N + F Ay = 0 F N F Ay = 0 F N + F A sin θ = F N = + F A sin θ F T + ( ) = 0 F N F N F T F A θ Wrywing (Ff of fs/fk) Wrywing is die krag wat die beweging of voornemende beweging van n voorwerp teenwerk. Wrywing is die parallelle komponent van die kontak krag op n voorwerp deur die oppervlak waarop dit rus. Die wrywing tussen die kontakoppervlaktes word bepaal deur die eienskappe van die oppervlakte. Die wrywingskoëffisiënt (µs/µk) dien as n beskrywing van die grofheid van die oppervlakte. oe growwer die oppervlakte, hoe hoër die wrywingskoëffisiënt. Statiese wrywing (fs) Statiese wrywing is die wrywingskrag wat die beweging van n stilstaande voorwerp teenstaan. Die grootte van die statiese wrywingskrag sal toeneem soos wat die parallelle komponent van die toegepaste krag toeneem totdat maksimum statiese wrywing bereik word. fs maks is die grootte van die wrywingskrag wanneer die voorwerp begin beweeg. f maks s = μ s F N f maks s = maksimum statiese wrywing (N) μ s = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid) F N = normaalkrag (N) Kinetiese wrywing (fk) Kinetiese wrywing is die wrywingskrag wat die beweging van n nie-stilstaande voorwerp teenwerk. Die grootte van die kinetiese wrywing is konstant vir die spesifieke sisteem tydens alle snelhede groter as nul ongeag van die toegepaste krag. f k = μ k F N Die voorwerp sal begin beweeg indien die toegepaste krag groter as die maksimum statiese wrywing is. Wrywing (N) Sta$ese wrywing (f s ) f k = kinetiese wrywing (N) μ k = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid) F N = normaalkrag (N) f s maks Kine5ese wrywing (f k ) 14 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Toegepaste krag (N)

17 Newton se Bewegingswette Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Newton se Eerste Bewegingswet n Liggaam sal altyd in rus bly of teen n konstante snelheid beweeg tensy n resulterende krag (nie-nul) daarop inwerk. Newton se Eerste wet word toegeskryf aan traagheid die weerstand wat n voorwerp bied om sy eie beweging of rus-posisie te verander. F net = 0 N a = 0 m s n 3 kg Voorwerp beweeg met n konstante snelheid teen n helling, met n hoek van 15º, op. Die wrywingskoëffisiënt is 0,35. Bereken die grootte van die toegepaste krag. F A F N // f k 15 Neem opwaarts as positief F net = 0 F N + ( ) = 0 F N = F N = mg cos θ F N = (3)(9,8)cos 15 F N = 8,40 N F N = 8,40 N op vanaf die helling F net// = 0 F A + ( // ) + ( f k ) = 0 F A = // + f k Belangrik om veiligheidsgordels te dra: n Voorwerp sal volgens Newton se Eerste Wet altyd in rus bly of teen n konstante snelheid beweeg tensy n resulterende krag (nie-nul) daarop inwerk. Wanneer n motor skielik moet stop, sal n persoon binne die voertuig steeds teen n konstante snelheid vorentoe beweeg. Die persoon sal kontak maak met die voorruit van die motor sonder n veiligheidsgordel, wat ernstige kopwonde kan veroorsaak. Die veiligheidsgordel tree op as n toegepaste krag wat die voorwaartse beweging van die persoon teenwerk. F A = mg sin θ + μ k F N F A = (3)(9,8)sin 15 + (0,35)(8,40) F A = 17,55 N T Newton se Tweede Bewegingswet Wanneer n resulterende krag op n voorwerp inwerk, sal die voorwerp versnel in die rigting van die resulterende krag teen n versnelling wat direk eweredig is aan daardie krag en omgekeerd eweredig is aan die massa van die voorwerp. Newton se Tweede wet is afhanklik van die resultante krag Die vektor som van alle kragte wat op dieselfde voorwerp toegepas word. F net = ma a 0 m s n 0 N Krag word toegepas op n 5 kg voorwerp. Die voorwerp versnel teen n opwaartste, wrywinglose oppervlak met n 15º helling. Bereken die versnelling van die voorwerp. F A F N // 15 Effek van Newton se Tweede Wet op n oorlaaide voertuig: Volgens Newton se Tweede Wet is die versnelling van n voorwerp direk eweredig aan die toegepaste krag en omgekeerd eweredig aan die massa van die voorwerp. Indien n voertuig oorlaai is sal die stopafstand toeneem wat kan lei tot ernstige ongelukke. Sodra die remme toegepas word sal die krag (wrywing) dieselfde bly, maar die toename in massa veroorsaak n afname in die negatiewe versnelling wat op sy beurt die tyd (en afstand) wat dit neem vir die voertuig om te stop, vergroot. 15 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Neem opwaarts as positief F net// = m a F A + ( // ) = m a 0 (5)(9,8)sin 15 = 5a 0 1,68 = 5a a = 7,3 5 a = 1,46 m s // op teen die helling T Newton se Derde Bewegingswet Indien voorwerp A n krag op voorwerp B verrig, sal voorwerp B n krag op voorwerp A verrig wat gelyk in grootte en teenoorgesteld in rigting is. Newton se Derde Wet beskryf aksie-reaksie kragpare. ierdie is kragte wat van toepassing is op verskillende voorwerpe en kan daarom nie opgetel of van mekaar afgetrek word nie. Kragpare eienskappe: F A op B = F B op A Gelyk in grootte Teenoorgesteld in rigting Toegepas op verskillende voorwerpe (kan daarom NIE MEKAAR KANSELLEER NIE) F man op muur F muur op man LET WEL: Die kragpaar hier verwys na die gravitasiekragte. Gravitasie en normaal kragte is NIE kragpare nie. Newton se Derde Wet gedurende n botsing: Volgens Newton se Derde Wet is die krag wat op twee voorwerpe uitgeoefen word gelyk in grootte maar teenoorgesteld in rigting. Indien twee voertuie betrokke is in n ongeluk sal beide dieselfde krag op mekaar uitoefen, ongeag van hul massas.

18 Newton se Bewegingswette ALLE VRBEELDE: Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte BEWEGINGSRIGTING PSITIEF SIENE LINI 018 orisontaal Die vertikale resultant = 0 N Die horisontale resultant bepaal die versnelling. elling Die loodregte ( ) resultant = 0 N The parallelle (//) resultant bepaal versnelling // = sin θ = cos θ Trek teen n hoek NTU: Gebruik komponente van gravitasiekrag F N F A θ F f F f F N F Ay F Ax Krag afwaarts toegepas teen helling F N F f F N F f Krag opwaarts toegepas teen helling F N F A F N F A orisontaal: F net = m a F Ax + ( F f ) = m a Stoot teen n hoek Vertikaal: F net = 0 ( ) + F N + F Ay = 0 F A // θ Parallel: F net = m a + F A + ( F f ) = m a T // F A Loodreg: F net = 0 + ( F N ) = 0 // f k θ Parallel: F net = m a ( ) + ( F f ) + F A = m a T // F f Loodreg: F net = 0 + ( F N ) = 0 F f F N orisontaal: F net = m a F Ax + ( F f ) = m a F A θ F Ax F N F Ay Vertikaal: F net = 0 + ( F N ) + F Ay = 0 F f // θ F N T F f Geen toegepaste krag // F N F f Parallel: F net = m a + ( F f ) = m a Loodreg: F net = 0 + ( F N ) = 0 Stilstaande hysbak/ konstante snelheid ysbak versnel Vryvallende hysbak (gebreekte kabel) angende voorwerpe orisontale resultant = 0 N Vertikale resultant bepaal versnelling NTU: Geen normaal of wrywingskragte Vertikaal: F net = 0 + ( F T ) = 0 F T F T Vertikaal: F net = m a + ( F T ) = m a Versnelling sal in die rigting van die grootste krag wees. F T F T Vertikaal: F net = m a = m a 16 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

19 Newton se Bewegingswette ALLE VRBEELDE: Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte BEWEGINGSRIGTING PSITIEF SIENE LINI 018 Aangehegte voorwerpe Teken afsonderlike vryliggaamdiagramme vir elke voorwerp. Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is dieselfde in grootte en rigting. Toegepaste kragte word slegs op een voorwerp op n slag toegepas. Gelyktydige vergelykings vir versnelling en spanning word gewoonlik benodig. NTU: Koorde/kabels- Die spanningskragte op die voorwerpe is gelyk in grootte maar in teenoorgestelde rigtings Voorwerpe in kontak- Newton se Derde Bewegingswet Dieselfde as Kan horisontaal (veelvoudige voorwerpe op n oppervlak) of vertikaal (veelvoudige voorwerpe wat gehang word) wees. Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is gelyk in grootte en rigting. Veelvoudige asse orisontaal (voorwerpe op n oppervlakte) EN vertikaal (voorwerpe wat gehang word). Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is gelyk in grootte maar NIE IN RIGTING NIE. Vektor rigting op veelvoudige asse orisontaal: F net = m a ( F f ) + F T = m a orisontaal: F net = m a F A + ( F BA ) + ( F f ) = m a F N F f F T1 F f F N F f F BA F T1 F T F N F T F A F f Voorwerpe geheg met koord/kabel/tou F N F A F f Voowerpe in kontak F N A F T F f In hierdie voorbeelde is kloksgewys positief: Regs positief Af positief F N F BA F AB Veelvoudige asse F N F A B F f F f F T F f F f F N F N F N F AB F T1 F N F A F f orisontaal: F net = m a F A + ( F T ) + ( F f ) = m a orisontaal: F net = m a ( F f ) + F AB = m a F T F T Kloksgewys: Regs en af positief Links en op negatief F N F T1 F T F N F N F T F F f F T1 F f F T1 F f F T1 F T Antikloksgewys: Links en op positief Regs en af negatief orisontaal: F net = m a F T1 + ( F f ) = m a F T Vertikaal: F net = m a + ( F T1 ) + F T = m a Vertikaal: F net = m a + ( F T ) = m a orisontaal: F net = m a F T1 + ( F f ) = m a orisontaal: F net = m a F T + ( F T1 ) + ( F f ) = m a Vertikaal: F net = m a + ( F T ) = m a 17 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

20 Newton se Wet van Universele Gravitasie Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Elke liggaam in die heelal trek elke ander liggaam aan met n krag wat direk eweredig is aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig is aan die kwadraat van die afstand tussen hul middelpunte. F = aantrekkingskrag tussen die voorwerpe (N) G = universele gravitasie konstante (6, N m kg ) m = massa van die voorwerp (kg) r = afstand tussen voorwerpe se middelpunte (m) Die materie van n uniforme sfeer trek n liggaam wat buite sy dop is aan asof al die sfeer se massa gekonsentreer is by sy middelpunt. F = Gm 1 m r Die afstand word dus bereken tussen die middelpunte van twee liggame. r maan LET WEL: Die radius van die aarde word gevoeg by die afstand tussen die aarde en die maan. KEN DIE VERSKIL! r man LET WEL: Die radius van n voorwerp (man) op die aarde is weglaatbaar klein. g teenoor G g: Gravitasie versnelling (9,8 m s op aarde) g is die versnelling as gevolg van gravitasie op n spesifieke planeet G: Universele gravitasie konstante (6, N m kg ) Proporsionaliteitskonstante van toepassing regoor die heelal. Massa teenoor Gewig Massa (kg) n Skalaarhoeveelheid wat materie bevat wat oral in die heelal konstant bly. Gewig (N) Gewig is die gravitasionele krag wat die Aarde op enige voorwerp toepas. Gewig verskil van planeet tot planeet. Fg = mg. Gewig is n vektorhoeveelheid. VERUDINGS 1.Skryf die oorspronklike formule neer..manipuleer om onbekende die onderwerp van die formule te maak 3.Vervang veranderinge in formule (Behou simbole!) 4.Vereenvoudig verhouding 5.Vervang oorspronklike formule met onbekende simbool VRBEELD: Twee voorwerpe, m1 en m, is op n afstand r van mekaar af en ondervind n krag F. oe sal die krag beinvloed word indien: a) Een massa verdubbel word en die afstand tussen die massas halveer word? F = Gm 1m r Skryf die formule neer = G(m 1)m ( 1 r) Vervang veranderlikes in formule = 1 4 F nuwe = 8 F Gm 1 m r = 8 ( Gm 1 m r ) Vereenvoudig verhouding Vervang oorspronklike formule b) Beide die twee massas en die afstand verdubbel word? F = Gm 1m r = G(m 1)(m ) (r) = 4 4 F nuwe = 1 F Gm 1 m r = 1 ( Gm 1 m r ) Skryf die formule neer Vervang veranderlikes in formule Vereenvoudig verhouding Vervang oorspronklike formule BEREKEN GRAVITASINELE VERSNELLING (g) F = m voorwerp g en F = Gm voorwerpm Planeet (r Planeet ) m v g = Gm vm P (r P ) g = Gm v m P m v (r P ) g = Gm P (r P ) Daarom hang die gravitasionele versnelling van n voorwerp af van die massa en radius van die planeet, NIE VRWERP SE MASSA NIE! 18 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus BEREKENINGE Die krag kan bereken word deur F = Gm 1 m r NTU: Massa in kg Radius in m te gebruik Radius: middelpunt van massa tot middelpunt van massa VRBEELD: Rigting is ALTYD aantrekend Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag (Newton se Derde Bewegingswet) Die aarde met n radius van 6,38 x 10 3 km is 149,6 x 10 6 km weg van die son met n radius van km. Indien die aarde n massa van 5,97x10 4 kg en die son n massa van 1,99x10 30 kg het, bereken die aantrekkingskrag tussen die twee liggame. r = 6, km + 149, km km = 6, m + 149, m m = 1, m F = Gm 1m r F = 6, (5, )(1, ) (1, ) F = 3,5 10 N aantrekkend Die krag van gravitasionele aantrekking is n vektor, daarom sal alle vektor reëls van toepassing wees: Rigting spesifiek Kan bygevoeg of afgetrek word Neem regs as positief: F net op satelliet = F m op s + F a op s Gm = m m s ( r ms ) + Gm a m s ( r as )

21 MMENTUM Momentum: die produk van die massa en snelheid van die voorwerp. Momentum kan gesien word as die kwantifisering van die beweging van 'n voorwerp. Die volgende vergelyking word gebruik om momentum te bereken: Momentum en Impuls Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 p = mv VEKTRAARD VAN MMENTUM Momentum is 'n vektorhoeveelheid en het beide grootte en rigting. Dit is dus belangrik om altyd rigting in te sluit in alle momentum berekeninge. VRBEELD: 'n Gholfbal met n massa van 0,05 kg verlaat die slaanvlak van 'n gholfstok teen 'n snelheid van 90 m s 1 in 'n oostelike rigting. Bereken die momentum van die gholfbal. p = mv = (0,05)(90) = 4,5 kg m s 1 oos VERANDERING IN MMENTUM Wanneer 'n bewegende voorwerp in aanraking kom met 'n ander voorwerp (bewegende of stilstaande) lei dit tot 'n verandering in snelheid vir beide voorwerpe en dus 'n verandering in momentum (p) vir elkeen. Die verandering in momentum kan bereken word deur die gebruik van: VRBEELD: p = momentum (kg m s 1 ) m = massa (kg) v = snelheid (m s 1 ) Δp = p f p i 'n 1000 kg motor beweeg aanvanklik teen 'n konstante snelheid van 16 m s 1 in 'n oostelike rigting nader aan 'n stopstraat, die motor begin briek en kom tot 'n stilstand. Bereken die verandering in momentum van die motor. Kies oos as positief: Δp = p f p i Δp = mv f mv i Δp = (1000)(0) (1000)(16) Δp = Δp = kg m s 1 wes Δp = verandering in momentum (kg m s 1 ) p f = finale momentum (kg m s 1 ) p i = oorspronklike momentum (kg m s 1 ) As gevolg van die vektoraard van momentum, is dit baie belangrik om 'n positiewe rigting te kies. VRBEELD: 'n Krieketbal met 'n massa van 0, kg beweeg teen 'n snelheid van 40 m s 1 oos na 'n krieketkolf en verlaat die krieketkolf teen 'n snelheid van 50 m s 1 wes. Bereken die verandering in momentum van die bal tydens sy kontak met die krieketkolf. Kies oos as positief: Δp = p f p i Δp = mv f mv i Δp = (0,)( 50) (0,)(40) Δp = 18 Δp = 18 kg m s 1 wes Newton se tweede wet in terme van momentum: Die netto krag wat op 'n voorwerp inwerk is gelyk aan die tempo van verandering van momentum. Volgens Newton se Tweede Wet, sal 'n resulterende krag wat toegepas word op 'n voorwerp veroorsaak dat die voorwerp versnel. Wanneer die netto krag op 'n voorwerp verander, so ook verander sy snelheid en dus ook die momentum. F net = resulterende krag (N) F net Δt = Δp 19 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus NEWTN SE TWEEDE BEWEGINGSWET Δp = verandering in momentum (kg m s 1 ) Δt = tyd (s) IMPULS Impuls: die produk van die netto krag en die kontak tyd. Afgelei van Newton se Tweede Wet: F net = m a F net = m Δv Δt F net = mv f mv i Δt F net = Δp Δt F net Δt = Δp Deur Newton se tweede wet in terme van momentum te herrangskik, vind ons dat impuls gelyk is aan die verandering in momentum van 'n voorwerp volgens die impuls-momentum stelling: Impuls = FΔt Impuls, FΔt,gemeet in N s. Impuls = Δp mδv = Δp Δp gemeet in kg m s 1 Die verandering in momentum is direk afhanklik van die grootte van die resulterende krag en die duur waarvoor die krag toegepas word. Impuls is 'n vektor, rigting spesifiek. VRBEELD: 'n Gholfbal met 'n massa van 0,1 kg word gedryf vanaf die bof. Die gholfbal ondervind 'n krag van 1000 N terwyl dit in kontak is met die gholfstok en beweeg weg van die gholfstok teen 'n sneheid van 30 m s 1. Vir hoe lank was die gholfstok in kontak met die bal? VRBEELD: F net Δt = mδv 1000t = (0,1)(30 0) t = s oe kan lugsakke doeltreffend wees tydens 'n botsing? Stel jou antwoord deur van die relevante wetenskaplike beginsel gebruik te maak. Die verandering in momentum by dieselfde, maar deur die gebruik van n lugsak word die kontak tyd (t) tydens die botsing van die impak verleng. Die resultante krag is omgekeerd eweredig aand die kontak tyd (F 1/t), dus sal word die resulterende krag (Fnet) verlaag (Δp is konstant). VRBEELD: Die volgende grafiek toon die krag wat uitge-oefen word op 'n hokkiebal met verloop van tyd. Die hokkiebal is aanvanklik stilstaande en het 'n massa van 150 g. Bereken die grootte van die impuls (verandering in momentum) van die hokkiebal F net Δt = area onder grafiek 1 impuls = b h 1 impuls = (0,5)(150) impuls = 37,5 N s

22 Behoud van Momentum Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 BEUD VAN MMENTUM Behoud van linieêre momentum: Die totale linieêre momentum van 'n geïsoleerde sisteem bly konstant. Σp voor = Σp na p A(voor) + p B(voor) = p A(na) + p (na) m A v ia + m B v ib +... = m A v fa + m B v fb +... Sisteem: 'n Sekere aantal voorwerpe en hul interaksie met mekaar. Eksterne kragte: Kragte buite die sisteem. Geïsoleerde sisteem: n Sisteem waar net die eksterne krag nul is. Tydens 'n botsing sal die voorwerpe wat betrokke is kragte op mekaar uitoefen. Daarom, volgens Newton se derde wet, as voorwerp A 'n krag uitoefen op voorwerp B, sal voorwerp B 'n krag uitoefen op voorwerp A waar die twee kragte gelyk is in grootte, maar teenoorgesteld in rigting is. Die grootte van die krag, die kontaktyd en daarom die impuls op beide voorwerpe is gelyk in grootte. Kragte word uitgeoefen tussen voorwerpe tydens: Botsings: Trek saam weg, bots en deflekteer, voorwerp word vertikaal laat val op bewegende voorwerp. ntploffings: ntploffings, vere, vuurwapens NEWTN SE DERDER WET EN MMENTUM Botsings ntploffings Beweeg saam weg ntploffings Wanneer voorwerpe bots en saam weg beweeg, kan hul massas bymekaar gevoeg word asof dit een voorwerp is. Voorwerpe wat stilstaande is (B) het n oorspronklike snelheid van nul. v A v B = 0 v A+B m Botsing A m B m A+B Σp voor = Σp na m A v ia + m B v ib = (m A + m B )v f Voorwerpe wat dieselfde ontploffing ervaar sal dieselfde krag ondervind. Die versnelling, snelheid en momentum van die voorwerp is afhanklik van die massa. Voorwerpe wat stilstaande is (A+B) het n snelheid van nul. v A+B = 0 v A m ntploffing A+B m A Σp voor = Σp na (m A + m B )v i = m A v fa + m B v fb v B m B Bots en bons weg Vere Voorwerpe kan bots en afsonderlik weg beweeg. NTU: Snelheid en momentum is vektore (rigting spesifiek). Vervanging van snelheid waardes moet rigting in ag neem. v A v B v A v B m Botsing A m B m A m B Σp voor = Σp na m A v ia + m B v ib = m A v fa + m B v fb Die veer sal dieselfde krag op beide voorwerpe uitoefen.(newton se Derde Wet). Die versnelling, snelheid en momentum van die voorwerp is afhanklik van die massa. Voorwerpe wat stilstaande is (A+B) het n snelheid van nul. v B = 0 v B = 0 v A v B m A m Stoot B m A m B Σp voor = Σp na (m A + m B )v i = m A v fa + m B v fb Voorwerp word vertikaal laat val op 'n bewegende voorwerp Voorbeeld: 'n Waaghals spring van 'n brug af en land op 'n vragmotor. Lineêre momentum = momentum op een as. n Vallende voorwerp het n horisontale snelheid van nul, vib= 0m s 1 v A m A M B v B = 0 Σp voor = Σp na Botsing m A v ia + m B v ib = (m A + m B )v f v A+B m A+B Vuurwapens/ kanonne Die vuurwapen en koeël sal dieselfde krag ondervind. Die versnelling van die wapen is aansienlik minder as die van die koeël as gevolg van massa verskil. Terugslag kan verminder word deur die massa van die wapen te verhoog. 0 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus v G+B = 0 Skiet m G+B m G Σp voor = Σp na (m G + m B )v i = m G v fg + m B v fb v G v B m B

23 Momentum en Energie Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ELASTIESE TEENR NELASITIESE BTSINGS Elastiese botsing: 'n botsing waarin beide momentum en kinetiese energie behoue bly. nelastiese botsing: 'n botsing waarin slegs momentum behoue bly. In 'n geïsoleerde stelsel, sal momentum altyd behoue bly. m te bewys dat 'n botsing elasties is, moet ons slegs bewys dat kinetiese energie behoue bly. Kinetiese energie kan bereken word deur die massa en snelheid van 'n voorwerp te gebruik: AFWAARTSE SWAAI: Behoud van meganiese energie (EM) om die snelheid aan die onderkant van die swaai te bepaal: PENDULUM E K = 1 mv VRBEELD: E K = kinetiese energie (J) m = massa (kg) v = snelheid (m s 1 ) Elastiese botsing: Ek(voor) = Ek(na) nelastiese botsing: Ek(voor) Ek(na) (van die energie gaan verlore as klank en of hitte.) Die snelheid van 'n bewegende trollie met massa 1 kg is 3 m s 1. 'n Blok met massa 0,5 kg word vertikaal laat val op die trollie. nmiddellik na die botsing is die spoed van die trollie en blok m s 1 in die oorspronklike rigting. Is die botsing elasties of onelasties? Bewys jou antwoord met 'n geskikte berekening. E K(voor) = 1 m t v t + 1 m b v b = 1 (1)(3) + 1 (0,5)(0) = 4,5 J E M(bo) = E M(onder) mgh + 1 m v = mgh + 1 m v h BTSING: Behoud van liniêre momentum om die snelheid van die blok na die botsing te bepaal. Σp voor = Σp na p A(voor) + p A(voor) = p A(na) + p A(na) m A v ia + m B v ib +... = m A v fa + m B v fb +... PWAARTSE SWAAI: Behoud van meganiese energie (EM) om die hoogte wat die pendulum bereik te bepaal: E M(onder) = E M(bo) mgh + 1 m v = mgh + 1 m v E K(na) = 1 m t+bv t+b = 1 (1 + 0,5)() = 3 J E K(voor) E K(na) Kinetiese energie is nie behoue nie en die botsing is onelasties BTSING: Behoud van liniêre momentum om die snelheid van die pendulum na die impak te bepaal. Σp voor = Σp na p A(voor) + p A(voor) = p A(na) + p A(na) m A v ia + m B v ib +... = m A v fa + m B v fb Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

24 Energie Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ENERGIE Die vermoë om arbeid te verrig Eenheid: joule (J) Skalaarhoeveelheid Gravitasie Potensiële Energie (EP) Die energie wat 'n voorwerp besit as gevolg van sy posisie relatief tot 'n verwysingspunt. oeveelheid energie oorgedra wanneer 'n voorwerp posisie relatief tot die aarde se oppervlak verander. E P = mgh g = 9,8 m.s -, m is massa in kg, h is hoogte in m Kinetiese Energie (EK) Die energie wat 'n voorwerp besit as gevolg van sy beweging. oeveelheid energie wat oorgedra word na 'n voorwerp soos dit spoed verander. E K = 1 mv m is massa in kg, v is snelheid in m.s -1 WET VAN BEUD VAN MEGANIESE ENERGIE Beginsel van behoud van meganiese energie: In die afwesigheid E MegA = E MegA van lugweerstand of enige eksterne kragte, bly die meganiese energie van 'n voorwerp konstant. Die wet van behoud van meganiese (E P + E K ) A = (E P + E K ) B energie geld wanneer daar geen wrywing of lugweerstand is wat op die voorwerp inwerk nie. In die afwesigheid van lugweerstand, of ander (mgh + 1 mv ) A = (mgh + 1 mv ) B kragte, is die meganiese energie van 'n voorwerp wat in die gravitasieveld van die aarde in vryval beweeg, behoue. Wet van behoud van energie: Energie kan nie geskep of vernietig word nie, dit kan slegs oorgedra word.. In die volgende gevalle is die gravitasie potensiële energie van 'n voorwerp omgeskakel na kinetiese energie (en omgekeerd), terwyl die meganiese energie konstant bly. VRBEELD 1: Voorwerp beweeg vertikaal n kg Bal word vanuit rus laat val vanaf A, bepaal die maksimum snelheid van die bal by B net voor impak. VRBEELD : Voorwerp beweeg op n skuinsvlak n kg Bal rol teen 3 m s 1 op die grond by A, bapaal die maksimum hoogte wat die bal sal bereik by B. Voorbeeld: Bepaal die gravitasie potensiële energie van 'n 500 g bal wanneer dit op 'n tafel met 'n hoogte van 3 m geplaas word. E P = mgh = (0,5)(9,8)(3) = 14,7 J Voorbeeld: Bepaal die kinetiese energie van 'n 500 g bal wanneer dit teen 3 m.s -1 beweeg. E K = 1 mv = 1 (0,5)(3 ) =,5 J (E P + E K ) A = (E P + E K ) B (mgh + 1 m v ) A = (mgh + 1 m v ) B ()(9,8)(4) + 1 ()(0 ) = ()(9,8)(0) + 1 ()v 78,4 + 0 = 0 + 1v v = 78,4 v = 8,85 m s 1 afwaarts (E P + E K ) A = (E P + E K ) B (mgh + 1 m v ) A = (mgh + 1 m v ) B ()(9,8)(0) + 1 ()(3 ) = ()(9,8)(h) + 1 ()(0 ) = 19,6h ,6 = h h = 0,46 m Meganiese Energie (EM) die som van gravitasie potensiële en kinetiese energie by 'n punt E M = E P + E K VRBEELD 3: Pendulum Die kg slinger swaai vanaf A teen 5 m s 1 na B, op die grond, waar sy snelheid 8 m s 1 is. Bepaal die hoogte van punt A. VRBEELD 4: Tuimeltrein Die kg bal rol oor 'n tuimeltrein speelding vanaf A, 0 m bo die grond, na B waar sy hoogte 8 m en snelheid 14 m s 1 is. Bereken sy beginsnelheid by A. E M = mgh + 1 mv VRBEELD: 'n Bal, massa 500 g, word horisontaal gegooi deur die lug. Die bal beweeg teen 'n snelheid van 1,8 m s 1 en is,5 m van die grond af. Bepaal die meganiese energie van die bal. E M = E P + E K E M = mgh + 1 mv E M = (0,5)(9,8)(,5) + 1 (0,5)(1,8 ) E M = 13,06 J (E P + E K ) A = (E P + E K ) B (mgh + 1 m v ) A = (mgh + 1 m v ) B ()(9,8)(h) + 1 ()(5 ) = ()(9,8)(0) + 1 ()(8 ) 19,6h + 5 = ,6 = h h = 1,99 m Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus (E P + E K ) A = (E P + E K ) B (mgh + 1 m v ) A = (mgh + 1 m v ) B ()(9,8)(0) + 1 ()(v ) = ()(9,8)(16) + 1 ()(14 ) 39 + v = 313, v = 313, v = 10,84 m s 1 na regs

25 Arbeid behels altyd twee dinge: 1. n Krag wat inwerk op 'n sekere voorwerp.(f). Die verplasing van die voorwerp. (Δx / Δy) Wanneer 'n resulterende krag toegepas word op 'n voorwerp, versnel die resulterende krag die blok oor n afstand Δx. Arbeid word verrig om die kinetiese energie van die blok te verhoog. Arbeid, Energie en Drywing Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Arbeid Arbeid is die oordrag van energie. Arbeid verrig op 'n voorwerp deur 'n krag is die produk van die verplasing en die komponent van die krag parallel aan die verplasing. W F Δx = arbeid (J) = krag toegepas (N) = verplasing (m) W = FΔx cos θ Die joule is die hoeveelheid arbeid wat verrig word wanneer 'n krag van een newton n afstand van een meter in die rigting van die krag beweeg. As 'n resulterende krag vertikaal toegepas word op 'n voorwerp, lig die resulterende krag die blok deur n afstand Δy. Arbeid is verrig om die potensiële energie van die blok te verhoog. θ F F LET WEL: Arbeid is a skalaarhoeveelheid, dus GEEN RIGTING NIE! F Arbeid word slegs verrig in die rigting van die verplasing. Arbeid word verrig deur die komponent van die krag wat parallel met die verplasing is. Die hoek tussen die krag en die verplasing is θ. Δx Δx Δy Geen arbeid word verrig op 'n voorwerp (wat teen 'n konstante snelheid beweeg) indien die krag en die verplasing loodreg tot mekaar is. Dink aan 'n man wat met 'n tas met 'n gewig van 0 N oor n horisontale oppervlak beweeg teen 'n konstante snelheid. FA is loodreg tot die verplasing: θ = 90 ; cos 90 = 0. Geen krag is toegepas op die boks in die vlak van die verplasing nie, dus is GEEN arbeid verrig op die boks nie en geen energie word oorgedra nie. ns kan ook sê dat die toegepaste krag nie die potensiële energie (hoogte) of kinetiese energie (vertikale snelheid) van die voorwerp verander nie. 'n Krag/kragkomponent in die rigting van die verplasing verrig positiewe arbeid op die voorwerp. Die krag verhoog die energie van die voorwerp. Positiewe arbeid beteken dat energie by die stelsel gevoeg word. 0 θ < 90 ; +1 cos θ > 0 'n Krag/kragkomponent in die teenoorgestelde rigting van die verplasing verrig negatiewe arbeid op die voorwerp. Die krag verlaag die energie van die voorwerp. Negatiewe arbeid beteken dat energie by die stelsel verwyder word. W = F x Δx cos θ F θ F A = 0 N = 0 N F θ Δx Rigting van beweging Δx F x = F cos θ Rigting van beweging 90 < θ 180 ; 0 > cos θ 1 3 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Δx W = F x Δx cos θ F x = F cos θ W = F x Δx cos θ F x = F cos θ Rigting van beweging 'n Aantal kragte kan op 'n voorwerp op dieselfde tyd optree. Elke krag kan op die voorwerp werk om die energie van die voorwerp te verander. Die netto arbeid verrig op die voorwerp is die som van die arbeid wat verrig is deur elke krag wat op die voorwerp inwerk. As Wnet positief is, dan word energie by die sisteem bygevoeg. As Wnet negatief is, dan word energie uit die sisteem verwyder. Arbeid en Energie is SKALARE, en is NIE rigting spesifiek nie. VRBEELD: Bereken die netto arbeid verrig op 'n trollie waar 'n krag van 30 N op die trollie inwerk. Die trollie beweeg 3 m na links. Die wrywingskrag is 5 N na regs. Arbeid verrig deur FA: W A = FΔx cos θ = (30)(3)cos 0 = 90 J Arbeid verrig deur Fg: W g = Δx cos θ = ( )(3)cos 90 = 0 J NETT ARBEID P N VRWERP Arbeid verrig deur Ff: W f = F f Δx cos θ = (5)(3)cos 180 = 15 J W net = W A + W f + W N + W g = = 75 J Arbeid verrig deur die FN: W N = F N Δx cos θ = (F N )(3)cos 90 = 0 J Alternatiewe metode vir die bepaling van die netto arbeid: 1. Teken 'n vryeliggaamdiagram wat die netto kragte wat op die voorwerp inwerk toon.. Bereken die resulterende krag wat op die voorwerp inwerk. 3. Bereken die netto arbeid deur Wnet = FnetΔx cos θ Stap 1: Vryliggaamdiagram F N Stap : Bereken Fnet F net = F A + F f = 30 5 = 5 N links F A = 30 N F f = -5 N Neem links as positief: Stap 3: Netto arbeid W net = F net Δx cos θ = (5)(3)cos 0 = 75 J

26 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ARBEID-ENERGIESTELLING Wanneer 'n resulterende krag op 'n voorwerp inwerk, versnel die voorwerp. Dit beteken daar is 'n verandering in snelheid van die voorwerp, en dus 'n verandering in kinetiese energie van die voorwerp, omdat Ek = ½ mv Arbeid-ENERGIESTELLING: Die arbeid verrig deur n netto krag op 'n voorwerp is gelyk aan die verandering in kinetiese energie van die voorwerp. W net = ΔE K F net Δx = 1 m(v f v i ) KNSERWATIEWE KRAGTE 'n Krag is 'n konserwatiewe krag wanneer: 1. Die arbeid verrig deur die krag om n voorwerp van punt A na punt B te beweeg onafhanklik is van die pad wat geneem word.. Die netto arbeid wat op n voorwerp verrig word om dit op 'n geslote pad te beweeg, wat by dieselfde punt begin en eindig, nul is. Konserwatiewe krag behou meganiese energie. Voorbeelde van konserwatiewe kragte is gravitasiekrag en die spanning in n veer. Die arbeid verrig deur gravitasie op elke bal is onafhanklik van die pad geneem. VRBEELD: 'n 800 kg motor wat teen 15 m s 1 teen 'n 30 heuwel af beweeg moet binne 100 m stop om 'n ongeluk te vermy. Deur gebruik te maak van energie berekeninge, bepaal die grootte van die gemiddelde krag wat oor die 100 m toegepas moet word op die remme. 100 m E P = E P Arbeid, Energie en Drywing 30 ΔE K = E Kf E Ki NIE-KNSERWATIEWE KRAGTE 'n Krag is 'n nie-konserwatiewe krag as: 1. Die arbeid verrig deur die krag om 'n voorwerp van punt A na punt B te beweeg afhanklik is van die pad wat geneem word.. Die netto arbeid wat op n voorwerp verrig word om dit op 'n geslote pad te beweeg, wat by dieselfde punt begin en eindig, nie nul is nie. 'n Nie-konserwatiewe krag behou nie meganiese energie nie. 'n Sekere hoeveelheid energie word omgeskakel na ander vorme soos die interne energie van die deeltjies waarvan die voorwerpe gemaak is. 'n Voorbeeld van 'n nie-konserwatiewe krag is wrywing. Beskou die krat wat op 'n growwe oppervlak gestoot word met 'n konstante krag FA vanaf posisie 1 na posisie lanks twee verskillende paaie. F f = 1 m(v f v i ) = 1 (800)(0 15 ) = J ΔE P = mgδh = mg(h f h i ) = (800)(9,8)(0 100 sin 30) = J W nc = ΔE K + ΔE P F f Δx cos θ = ΔE K + ΔE P F f (100)cos 180 = F f = F f = 4 80 N 4 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus F f F A Die arbeid verrig deur FA is meer wanneer die langer pad geneem word. Die arbeid wat gedoen is om die wrywing te oorkom sal veroorsaak dat die oppervlak van die krat warmer word. ierdie energie gaan verlore en is baie moeilik om terug te kry, dit wil sê dit nie-konserwatief. Let wel: die totale energie van die sisteem bly behoue in alle gevalle, ongeag of die kragte konserwatief of nie-konserwatief is. W nc = ΔE K + ΔE P F f F A F A 1 = 1 m(v f v i ) + mgδh DRYWING Drywing is die tempo waarteen arbeid verrig word F die tempo waarteen energie oorgedra word. P = drywing (Watt) W = arbeid (J) Δt = tyd (s) VRBEELD: P = W Δt Bereken die drywing bestee wanneer 'n barbeel van massa 100 kg in 'n tyd van 3 s tot 'n hoogte van, m opgehef word. P = W Δt = FΔx cos θ Δt = (100)(9,8)(,)cos 0 3 = 718,67 W GEMIDDELDE DRYWING (KNSTANTE SPED) ns kan die gemiddelde drywing wat nodig is om 'n voorwerp teen 'n konstante spoed te beweeg bereken met behulp van die vergelyking: VRBEELD: P gemiddeld = Fv gemiddeld P gemiddeld = F Δx Δt 'n Man lig 'n 50 kg sak sement vanaf grondvlak tot 'n hoogte van 4 m bo grondvlak op so 'n manier dat die sak sement teen 'n konstante snelheid beweeg (dit wil sê geen arbeid word verrig om die kinetiese energie te verander nie). Bepaal sy gemiddelde drywing as hy dit in 10 s doen. 4 m P gemiddeld = Fv gemiddeld = F Δy Δt = (50)(9,8) ( 4 10 ) = 196 W

27 Elektrisiteit Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 SERIE PARALLEL Indien resistors in series gekoppel Indien resistors in parallel gekoppel word, sal die totale weerstand afneem en die totale stroom sal toeneem, mits die emk word, sal die totale weerstand toeneem en die totale stroom sal afneem, mits die emk konstant bly. konstant bly. STRM is die tempo waarteen ladings vloei. BEREKENINGE (GEEN INTERNE WEERSTAND) Serie stroombaan V1 10 V Parallelle stroombaan V1 I = Q t I is die stroomsterkte, Q is die lading in coulomb en t is die tyd in sekondes. SI eenheid is ampere (A). A1 R1 A1 R1 R A1 A 3 A A3 V A1 WEERSTAND is die teenstand teen die vloei van lading. V = IR R is die elektriese weerstand van die geleidende materiaal, wat die vloei van ladings deur dit weerstaan. Weerstand (R) is die kwosiënt van die potensiaalverskil (V) oor n geleier en die stroomsterkte (I) deur dit. Die eenheid van weerstand is ohm (Ω). R1 R1 I T = I 1 = I R R R s = R 1 + R A PTENSIAALVERSKIL is die arbeid wat per eenheidslading gedoen moet word om lading van een punt na n ander te beweeg. Dit word dikwels na verwys as die spanning. V = W Q V is Potenisaalverskil (volts), W is arbeid verrig of energie oorgedra in J (joules) en Q is Lading in (coulomb) V1 R1 V s = V 1 + V V R 1 A I T = I 1 + I R1 R R R p = 1 R R V1 R1 R V V3 V p = V 1 = V = V 3 A 1 R p = R1 R3 R LET WEL: Emk (ε): spanning oor selle indien geen stroom vloei nie (oop stroombaan) Vterm or pv: spanning oor selle wanneer daar stroom vloei. 1 R3 I T = I 1 + I I 1 = I R1 = I R V1 R1 R 1 + R + 1 R 3 R3 V3 V4 V R V p = V 3 = V 4 = (V 1 + V ) 5 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Gekombineerde stroombane Beskou die gegewe stroombaan. (Interne weerstand is weglaatbaar) Bereken: a) die effektiewe weerstand van die stroombaan b) die lesing op ammeter A1 c) die lesing op voltmeter V1 d) die lesing op ammeter A a) 1 R P = 1 R + 1 R 3 = = 3 4 R p = 4 3 = 1,33 Ω R tot = R 3Ω + R P = 3 + 1,33 = 4,33 Ω Ω 5 Ω R1 R a) Bereken die totale weerstand R tot = R 1 + R = + 5 = 7 Ω b) Bereken die lesings op A1 en A V = IR 10 = I(7) I = 1,43 A A1 & A = 1,43 A b) R tot = V tot I 1 4,33 = 15 I 1 I 1 = 3,46 A a) Bereken die totale weerstand 1 1 = + 1 Rp R 1 R = = 1 3 R p = 3Ω 3 Ω R1 c) R P = V 1 I 1 4 Ω 1,33 = V 1 3,46 V 1 = 4,60 V V A R1 R 1 Ω b) Bereken die lesing op V1 en V V 1 = IR = (3)(3) = 9 V V1 & V = 9 V 15 V Ω R 4 Ω R3 V1 A1 d) R Ω = V 1 I = 4,60 I I =,30 A

28 Elektrisiteit Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 M SE WET Die stroom deur n geleier is direk eweredig aan die potensiaalverskil oor die geleier mits die temperatuur konstant bly. Bewys van hm se wet: R = V I Die stroomsterkte in die stroombaan word verander deur die reostaat te gebruik, dus is stroom die onafhanklike veranderlike en potensiaalverskil die afhanklike veranderlike. Dit is belangrik om die temperatuur van die resistor (weerstand) konstant te hou. Die resulterende grafiek van potensiaalverskil teenoor stroomsterkte dui aan of die geleier ohmies of nie-ohmies is. hmiese geleier hmiese geleiers is geleiers wat hm se wet gehoorsaam teen alle temperature. Konstante verhouding vir V I. Voorbeeld: Nichroom draad V elling = weerstand I DRYWING A V Nie-ohmiese geleier Nie-hmiese geleiers is geleiers wat nie hm se wet gehoorsaam teen alle temperature nie. Verhouding vir V verander met I n verandering in temperatuur. Voorbeeld: Gloeilamp Drywing is die tempo waarteen verrig gedoen word. P = W Δt P = I R P = V I P = V R V P = drywing (W) W = arbeid (J) Δt = tyd (s) I = stroom (A) V = potensiaal- verskil (V) R = weerstand (Ω) I INTERNE WEERSTAND Die potensiaalverskil oor n battery wat nie verbind is in n stroom nie, word die emk genoem. Emk is die totale energie wat voorsien word per coloumb lading van die sel. Wanneer die battery aan n stroombaan gekoppel word daal die potensiaalverskil as gevolg van die interne weerstand van die selle. In werklikheid het alle selle interne weestand (r). Interne resistors word altyd beskou as in serie met die res van die stroombaan. Berekening van emk en interne weerstand van n sel A ε V nafhanklike veranderlike Afhanklike veranderlike Vaste veranderlike r Stroom (I) 6 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus 6V 5V Potensiaalverskil (V) Temperatuur KSTE VAN ELEKTRISITEIT Die elektrisiteit waarvoor betaal word hang af van die energie wat deur die verbruiker gebruik word. Koste = drywing tyd prys per eenheid VRBEELD: y afsnit = Emk n Warmwatertoestel produseer 100 W van drywing. Bereken die koste om die toestel vir 4 uur aangeskakel te hou, indien die prys van elektrisiteit 85 c per eenheid is. Koste = drywing tyd prys per eenheid = (1,)(4)(0,85) = R4,48 V elling = Nega+ewe interne weerstand LET WEL: P in kw t in ure I BEREKENINGE (MET INTERNE WEERSTAND) VRBEELD: ε 5 Ω 4 Ω Wanneer die skakelaar oop is, is die lesing op die voltmeter 1 V. Wanneer die skakelaar toe is, is die stroom deur die 3 Ω resistor 1 A. a) Bereken die totale stroom deur die stroombaan. b) Bereken die interne weerstand van die battery. c) oe sal die voltmeter lesing verander wanneer die 4 Ω weerstand verwyder word? a) R bo = R 5Ω + R 3Ω b) = = 8 Ω R bo : R 4Ω 8 : 4 : 1 I bo : I 4Ω 1 : emk I 4Ω = I bo = (1) = A I tot = I bo + I 4Ω = 1 + = 3 A V int = Ir ε = V int + V eks PV van interne weerstand ε = I(R eks + r) c) V r 3 Ω 1 Rp = PV van eksterne stroombaan V ext = IR eks R bo R 4Ω = = 3 8 R p = 8 3 =,67 Ω ε = I(R + r) 1 = 3(,67 + r) r = 1,33 Ω Wanneer die 4 Ω weerstand verwyder word neem die eksterne weerstand toe en die stroom neem af. (I 1/R). mdat emf en interne weerstand konstant is, sal n afname in stroom lei tot n toename in eksterne PV (Voltmeter lesing) V = ε Ir

29 TERUGFLITS!! Beginsel van die behoud van lading. Q nuut = Q 1 + Q Beginsel van lading kwantisering n = Q q e Voorvoegsel senti (c) milli (m) mikro (µ) nano (n) piko (p) Eksponent Elektrostatika Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ULMB SE WET Die grootte van die elektrostatiese krag tussen twee puntladings is direk eweredig aan die produk van die groottes van die ladings en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen die ladings se middelpunte. F = kq 1 Q r Elektrostatiese krag is n vektor, en daarom kan alle vektor reëls toegepas word: Spesifieke rigting Kan bygevoeg of afgetrek word F AB = kq A Q B r = ( 10 9 )( ) (3 10 ) = N links (A trek B aan) BEREKENINGE- Elektrostatiese krag Die krag kan bereken word deur: 1 Dimensioneel Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB. A n F B = kq Q B r F = kq 1 Q r 3 cm 5 cm B +3 n = ( )( ) (5 10 ) = 1, N regs ( trek B aan) 1 n Vervang slegs grootte van lading Rigting word bepaal deur ladings (gelyksoortig vs ongelyksoortig) Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag (Newton se Derde Bewegingswet) F net = F AB + F B = , = 4, F net = 4, N links F = aantrekkingskrag tussen ladings (N) k = oulomb se konstante ( N m ) Q = voorwerp lading () r = afstand tussen voorwerpe (m) VERUDINGS In verhoudings-tipe vrae kan dieselfde proses gebruik word as met Newton se Universele Gravitasie wet. VRBEELD: Twee ladings ervaar n krag F wanneer hulle teen n afstand r vanaf mekaar geplaas word. oe sal die krag verander as een van die ladings verdubbel, die ander lading verdriedubbel, en die afstand halfeer word. F = kq 1Q r = k(q 1 )(3Q ) ( 1 r) = kq 1 Q r = 4 ( kq 1 Q r ) = 4F -10 μ B 10 mm A +5 μ F AB = kq A Q B r = ( )( ) ( ) = N afwaarts F B = kq Q B r 15 mm +7 μ = ( )( ) ( ) = 800 N regs Dimensioneel Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB. F net F B θ F AB PYTAGRAS : F net = F AB + F B F net = F net = N tanθ = t a F F AB F B F net θ = tan 1 F AB F B θ = tan θ = 58,11 F net = N teen 58,11 onder die positiewe x as θ 7 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

30 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ELEKTRIESE VELD n Gebied in die ruimte waarin n elektriese lading n krag sal ondervind. Die rigting van die krag by n punt in die ruimte is die rigting waarin n positiewe toetslading sal beweeg as dit op daardie punt geplaas word. Enkele ladings + Elektrostatika ELEKTRIESE VELDSTERKTE Die grootte van die elektriese veld by n punt is die krag per eenheidslading wat n toetslading by daardie punt ondervind. E = F q E = elektriese veldsterkte (N 1 ) F = krag (N) q = lading () q is die lading wat die krag ervaar E = kq r E = elektriese veldsterkte (N 1 ) k = oulomb se konstante ( N m ) Q = voorwerp lading () r = afstand tussen voorwerpe (m) Q is die lading wat die elektriese veld skep. Verskillende ladings + Gelyksoortige ladings Q VRBEELD: Krag as gevolg van lading Q F Lading B ervaar n krag van N as gevolg van lading A. Bepaal die elektriese veldsterkte by punt B. A +μ E = F q q Lading wat die elektriese veld ervaar B 5μ = = N 1 na regs Q VRBEELD: Bereken die elektriese veldsterkte by punt P as gevolg van lading Q. E = = Q +3μ kq r r Afstand tussen lading Q en punt X ( ) ( ) X 5mm P = 1, N 1 na regs Spesifieke posisie + + LET WEL: RIGTING: Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou beweeg indien dit positief gelaai was. RIGTING: Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou beweeg indien dit positief gelaai was. Elektriese veldsterkte is n VEKTR. Alle vektor reëls en berekeninge is van toepassing. (lineêre vektor somme, D rangskikking, resultant vektore, ens.) 8 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

31 INDUSERING VAN N MAGNETIESE VELD Wanneer n stroom deur n geleier beweeg, sal n magnetiese veld om die geleier geïnduseer word. Die rigting van die magnetiese veld kan deur die regterhandreël bepaal word. Vir n reguit, enkel draad, wys die duim van jou regterhand in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou gekrulde vingers in die rigting van die magnetiese veld om die geleier wys. Vir n draadlus is die magnetiese veld die som van die indivuduele magnetiese velde om die enkel drade by elke punt van die lus. Elektromagnetisme Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 B Vir n solenoïed, krul jou vingers om die solenoïed in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou duim in die rigting van die noordpool wys. Dit staan bekend as die regterhand solenoïed reël. B I I I I I Uit bladsy F F F F In bladsy INDUSERING VAN N ELEKTRIESE STRM Wanneer n magneet naby aan n metaaldraad gebring word, veroorsaak dit beweging van lading in die draad. n Emk word in die draad geïnduseer as gevolg daarvan. Slegs n verandering in magnetiese vloed sal n stroom induseer.. Volgens Faraday se Wet is die grootte van die geïnduseerde emk direk eweredig aan die tempo van verandering van magnetiese vloed in die spoel. ε = NΔϕ Δt Die produk van die aantal windings en die verandering in magnetiese vloed staan bekend as die magneetvloed-koppeling. Die magnetiese vloed is die resultaat van die produk van die loodregte magnetiese veld en die deursnitarea waardeur die veldlyne beweeg. ϕ = BA cos θ B LET P DAT GEEN BEREKENINGE BENDIG WRD NIE, SLEGS VER- UDING TUSSEN VERANDERLIKES θ A=l b ε = emk (V) N= aantal windings in die spoel Δɸ= verandering in magnetiese vloed (Wb) Δt= verandering in tyd (s) ɸ= magnetiese vloed (Wb) B= magnetiese vloed-digtheid (T) A= oppervlakte (m ) θ= hoek tussen magnetiese veldlyne en normaal θ Normaal B θ θ A=πr GRAAD 11 ERSIENING Normaal TENAME IN DIE GEÏNDUSEERDE EMK Vergroot die tempo van verandering in magnetiese vloed, dws. verminder die tyd wat dit neem om die vloed te verander, dws. vermeerder spoed van beweging. Vermeerder die aantal windings in die spoel. Vermeerder die magneetsterkte. Vermeerder die oppervlakte van die windings in die spoel. Vermeerder die verandering in vloed deur die hoek, θ, te verander van n minimum van 0 na n maksimum van 90. MGEWINGSIMPAK VAN RFSE KABELS Voëls vlieg in drade vas omdat hulle dit nie van n afstand af kan sien nie. Dit plaas voëls soos die Bloukraanvoël en Ludwig poue in gevaar om uit te sterf as gevolg van die toename in onnatuurlike sterftes. Bome val op kraglyne en kan veroorsaak dat vure ontstaan. Bome moet ook afgesny word om plek te maak vir die kraglyne. Daar is geen bewyse dat die elektromagnetiese uitwerking van die kraglyne n negatiewe impak op mense en die omgewing het nie omdat die sterkte van die magneetvelde te swak is. Die elektromagnetiese uitwerking van die kraglyne kan radiosyne ontwrig en dit kan vir nooddienste n groot probleem wees. RIGTING VAN DIE GEÏNDUSEERDE STRM Wanneer n staafmagneet in n solenoïed beweeg, sal die naald van die galvanometer weg van die 0 punt beweeg. Wanneer die staafmagneet verwyder word, sal die naald in die teenoorgestelde rigting uitskiet. Die rigting van die geïnduseerde stroom kan bepaal word deur Lenz se Wet te gebruik. S S N N Volgens Lenz se Wet sal die geïnduseerde stroom in so n rigting vloei dat dit n magne-tiese veld skep wat die verandering in die magnetiese vloed teenstaan. S N N S 9 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

32 GENERATRS Elektrodinamika Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Generators skakel meganiese energie om na elektriese energie. 'n Generator werk op die beginsel van n geleier meganies in 'n magneetveld te roteer. Dit skep 'n veranderende vloed wat 'n emk in die geleier induseer. Gelykstroom 'n Gelykstroomkragopwekker maak gebruik van 'n splitringkommutator om die geleier aan die eksterne stroombaan te koppel in plaas van sleepringe. B N S A D V Die stroom in die eksterne stroombaan verander nie van rigting nie en staan bekend as 'n gelykstroom (GS). B B 0 ¼ ½ ɸ ε B B ¾ 1 B 1 ¼ B 1 ½ B Wisselstroom Die wisselstroom kragopwekker is verbind aan die eksterne stroombaan deur sleepringe wat gekoppel is aan die geleier. Die sleepringe maak kontak met die borsels wat verbind is tot die eksterne stroombaan. B N S A D V Die rigting van die stroom verander met elke halwe omwenteling van die spoel. Die stroom wat geproduseer word, staan bekend as wisselstroom (WS). B B B B B 0 ¼ ɸ ε ½ B ¾ 1 1 ¼ 1 ½ B WISSELSTRM Die potensiaalverskil en stroom vir 'n wisselstroom wissel tussen 'n positiewe en negatiewe maksima. Die gemiddelde potensiaalverskil en stroom is nul en daarom word die gemiddelde drywing gebruik om die potensiaalverskil en stroom vir 'n wisselstroom te definieer. P maks = V maks I maks P gem = ½ V maks I maks Drywing teenoor tyd grafiek vir n WS stroombaan. P gem = 1 P maks = 1 (V maks I maks ) = 1 V maks = V wgk I wgk Die potensiaalverskil vir 'n wisselstroom word dus gedefinieer deur die wortelgemiddelde-kwadraat van die maksimum potensiaalverskil (Vwgk) en die stroom vir 'n wisselstroom word gedefinieer as die wortel-gemiddelde-kwadraat van die maksimum stroom (Iwgk). ierdie waardes kan as volg bereken word vanaf die maksimum potensiaalverskil en maksimum stroom: V wgk = V maks I wgk = I maks 1 I maks Δt (s) Die regterhand reël word gebruik om die rigting van die geïnduseerde emk in die spoel te voorspel. Gebruik jou regterhand, hou jou wysvinger, middelvinger en duim 90 tot mekaar. rig jou wysvinger in die rigting van die magneetveld (N tot S), jou duim in die rigting van die beweging (of krag) van die geleier. Die middelvinger sal dan in die rigting van die geïnduseerde stroom wys. I FLEMING SE REGTERAND-DINAM REËL B F N V A B D S N V A B D S VERG GEÏNDUSEERDE EMK ε = NΔϕ Δt Vanaf die vergelyking, kan die geïnduseerde emk verhoog word deur Aantal windings in die spoel te verhoog. Spoel oppervlakte te verhoog. Magneet sterkte te verhoog. Verminder die tyd wat dit neem om die magnetiese vloed te verander. 30 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

33 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 MTRS Elektrodinamika Elektriese motors skakel elektriese energie om na meganiese energie. Dit bestaan uit 'n stroomdraende spoel in magneetveld. Die geleier word gekoppel aan n kragbron deur middel van n kommutator en borsels. Gelykstroom n Gelykstroommotor gebruik 'n splitring-kommutator om die geleier aan die eksterne stroombaan te koppel, in plaas van sleepringe. Die splitring-kommutator laat die stroom in die spoel wissel vir elke halwe omwenteling, wat toelaat dat die spoel aanhoudend in dieselfde rigting draai. Wisselstroom n Wisselstroom motor word aan die eksterne stroombaan gekoppel deur middel van n sleepring-kommutator. Die sleepring maak kontak met die borsels wat verbind is aan 'n wisselstroombron. Die rigting van die stroom in die spoel verander voortdurend, wat toelaaat dat die spoel aanhoudend in dieselfde rigting draai. Wanneer 'n lading in 'n magneetveld beweeg, ondervind dit 'n krag. Die krag wat ondervind word aan beide kante van die spoel skep wringkrag wat dit laat draai. Die rigting van die krag kan bepaal word met behulp van die linkerhand reël. FLEMING SE LINKERAND MTR REËL Die linkerhand reël word gebruik om die rigting van die beweging van die spoel in die motor te voorspel. Gebruik jou linkerhand, hou jou wysvinger, middelvinger en duim 90 tot mekaar. Rig jou wysvinger in die rigting van die magneetveld, jou middelvinger in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou duim in die rigting van die krag wys. F B I N A B D S 31 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

34 Foto-elektriese Effek Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 DEELTJIE AARD VAN LIG Die foto-elektriese effek vind plaas wanneer lig op 'n metaaloppervlak skyn wat veroorsaak dat die metaal elektrone vrystel. Metale word op so 'n manier gebind dat hulle hul valenselektrone in 'n see van gedelokaliseerde elektrone deel. Ten einde om 'n elektron uit n metaaloppervlak te verwyder, moet dit met genoegsame energie voorsien word sodat dit vanuit die binding kan ontsnap. Die energie wat lig verskaf stel die elektron in staat om vrygestel te word. ierdie verskynsel staan bekend as die foto-elektriese effek. FTN ENERGIE Fotone is "klein pakkies" van energie genoem kwanta, wat optree as deeltjies. Die energie van die foton (lig) kan bereken word op een van twee maniere: E = hf INTENSITEIT EN FREKWENSIE E = W 0 + E K(maks) f < f 0 f = f 0 f > f 0 e - e - Die verhoging van die intensiteit (helderheid) van die lig (bestraling) beteken dat daar meer fotone is met dieselfde frekwensie. Dit sal lei tot meer elektrone van die dieselfde hoeveelheid energie. Dus die aantal elektrone per sekonde wat vrygestel word verhoog met die intensiteit van die invallende bestraling. Metaal Lig bron E = hc λ E = energie van die foton gemeet in Joule (J) h = Planck se konstante, 6, (J s) f = frekwensie gemeet in ertz (z) # = golflengte gemeet in meter (m) c = spoed van lig, (m s 1 ) DRUMPELFREKWENSIE (f0), WERKSFUNKSIE (W0) EN ELEKTRN ENERGIE Die frekwensie wat nodig is om genoegsame energie te verskaf om 'n elektron vry te stel word die drumpelfrekwensie (f0) genoem. Die drumpelfrekwensie (f0) is die minimum frekwensie van invallende straling waarby elektrone vrygestel sal word uit 'n spesifieke metaal. Die minimum hoeveelheid energie benodig om elektrone vry te stel van die oppervlak van 'n metaal staan bekend as die werksfunksie (W0). Elke materiaal het n unieke werksfunksie. As die energie van die fotone hoër is as die werksfunksie (d.w.s die frekwensie van die lig is hoër as die drumpelfrekwensie), word die oortollige energie oorgedra aan die vrygestelde elektron in die vorm van kinetiese energie. Die kinetiese energie van die elektron kan bepaal word deur: LAE INTENSITEIT Ë INTENSITEIT LET WEL: Soms word die werksfunksie gegee in ev. Skakel om van ev na J: e - J = ev 1, E K(maks) = ½ mv (maks) W 0 = hf 0 FREKWENSIE EN GLFLENGTE 'n Toename in frekwensie sal die kinetiese energie van die elektrone verhoog. p n grafiek van Ek(maks) teenoor frekwensie, dui die y-afsnit die drumpelfrekwensie aan. E K(maks) (J) Geen emissie f < f 0 Net so, op die grafiek van Ek(maks) teenoor golflengte, dui die y-afsnit die maksimum golflengte van lig wat 'n elektron kan uitstraal, aan (golflengte is omgekeerd eweredig aan frekwensie). E K(maks) (J) Emissie c/! > f 0 INTENSITEIT, FREKWENSIE EN STRM f (z) oe hoër die intensiteit van die bestraling, hoe meer elektrone word vrygestel per sekonde. Daarom sal n verhoogde intensiteit die stroom verhoog wat geproduseer word. oe hoër die frekwensie, hoe meer kinetiese energie word verskaf aan dieselfde hoeveelheid elektrone. Die tempo van elektron vloei BLY DIESELFDE. f 0 Emissie f > f 0 Maksimum golflengte Geen emissie c/! < f 0! (m) G Metaal Elektron Foton V Let daarop dat die energie van die elektrone dieselfde bly. As die frekwensie van die invallende bestraling onder die drumpelfrekwensie is, dan het die verhoging van die intensiteit van die bestraling geen effek nie m.a.w. dit veroorsaak nie dat elektrone vrygestel word nie. m die energie te verhoog, moet die frekwensie van die EM-golwe verhoog word. VERG INTENSITEIT TEEN KNSTANTE FREKWENSIE = EVEELEID VRYGESTELDE ELKERTNE NEEM TE VERG FREKWENSIE TEEN KNSTANTE INTENSITEIT = KINETIESE ENERGIE VAN VRYGESTELDE ELEKTNE NEEM TE oeveelheid elektrone vrygestel per sekonde (stroom) 3 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus f 0 oë-intensiteit lig Lae-intensiteit lig Frekwensie van lig op katode (z)

35 Emissie- en absorbsie spektra Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 KNTINUË (DEURLPENDE) SPEKTRUM Wanneer wit lig deur 'n prisma skyn, word die lig versprei in 'n spektrum van lig. Dit staan bekend as die kontinuë of deurlopende spektrum. Wit lig bestaan uit al die kleure van die spektrum, en wanneer dit versprei is ons in staat om die komponente van wit lig te sien. Dit is dieselfde reeks as die sigbare spektrum. R G G B I V rooi oranje geel groen blou indigo violet Die wit lig is afkomstig van 'n gloeilamp, daarom is die deurlopende spektrum 'n emissiespektrum. ATM EMISSIE SPEKTRA Wanneer 'n element in die gasfase verhit word, straal dit lig uit. As die lig wat geproduseer word deur 'n prisma beweeg, word 'n spektrum geproduseer. ierdie spektrum is nie deurlopend nie, maar bestaan uit slegs 'n paar lyne van kleur. Dit staan bekend as lynemissiespektrum. Elke element het n unieke fingerafdruk, aangesien geen twee elemente dieselfde spektrum het nie. (a) natrium (c) yster (e) waterstof blou golflengte rooi ENERGIE VLAKKE Die lyne op die atoom spektrum (lyn emissie spektrum) is as gevolg van elektron-oorgang tussen energievlakke. Soos elektrone energie (hitte) bykry beweeg hulle na 'n hoër energietoestand, dus n hoër energie vlak. Soos die element afkoel beweeg die elektrone terug na die laer energietoestand. Soos wat hulle dit doen straal hulle die geabsorbeerde energie in die vorm van lig (fotone) uit. Dus, elke elektron gee n frekwensie van lig af wat ooreenstem met die lynemissiespektrum. n = 4 n = 3 n = n = 1 Elektrone in die n=1 energievlak is die naaste aan die kern en het die laagste potensiële energie. Elektrone in die energievlak verste van die kern (bv. n=4) af het die hoogste potensiële energie. As 'n elektron vry is van die atoom dan het dit nul potensiële energie. Die potensiële energie word gegee as 'n negatiewe waarde as gevolg van 'n afname in potensiaal soos wat die elektrone nader aan die kern beweeg. Soos wat die elektrone vanaf hul energie toestand terug na hul normale toestand beweeg gee hulle energie af wat gelyk is aan die verskil in potensiële energie tussen die energievlakke. ΔE = E E 1 ΔE=verskil in potensiële energie tussen twee energievlakke E=die hoogste energietoestand E1=die laagste energietoestand Die hoeveelheid energie wat vrygestel word, is direk verwant aan 'n spesifieke frekwensie of golflengte (dus kleur) van die lig. E = hf E = hc λ VRBEELD: 'n Monster van waterstofgas word in 'n ontladingsbuis geplaas. Die elektron van die waterstofatoom straal energie uit soos wat dit van energievlak E6 ( 0, J) na E ( 5, ) beweeg. Bepaal die golflengte van die vrygestelde lig. ΔE = E 6 E = 0, ( 5, ) = 4, J E = hc λ 4, = (6, )( λ λ = 4, = 410 nm 33 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus ATM ABSRPSIE SPEKTRA Soos wat wit lig deur 'n koue gasagtige element beweeg, absorbeer die elektrone in die atome van die element die energie van die lig (fotone). Die energie word geabsorbeer in spesifieke bande wat ooreenstem met die energie wat nodig is vir elektrone om die oorgang tussen energievlakke te maak. Die geabsorbeerde energie stem ook ooreen met 'n spesifieke frekwensie van lig. Soos wat die elektrone energie absorbeer, verdwyn die spesifieke frekwensie van lig, wat lei tot 'n absorpsiespektrum. Die swart lyne hieronder verteenwoordig die energie geabsorbeer deur die element. Die absorpsiespektra vir 'n spesifieke element sal die omgekeerde van die emissiespektra wees. DEURLPENDE SPEKTRUM ATM ABSRPSIE SPEKTRA ATM EMISSIE SPEKTRA

36 Soos 'n klankbron deur die ruimte beweeg, beweeg dit in vergelyking met die golwe wat dit reeds vervaardig het. Dit veroorsaak 'n oënskynlike verandering in golflengte, en dus ook 'n verandering in die frekwensie. Doppler-Effek Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Doppler-effek: Die verandering in die frekwensie van 'n golf as gevolg van die relatiewe beweging tussen die bron en die waarnemer (luisteraar). Luisteraar weg van bron ( ) Afname in waargeneemde frekwensie. f L = v ± v L v ± v s f s f L = v v L f v s Bron weg van luisteraar ( + ) Afname in waargeneemde frekwensie. f L = v ± v L v ± v s f s f L = v v + v s f s x Wanneer n bron na n waarnemer toe beweeg F n waarnemer beweeg na n bron toe, neem die afstand tussen die golffronte (golflengte) af en die waargeneemde frekwensie neem toe. Wanneer n bron weg van n waarnemer af beweeg F wanneer n waarnemer weg van n bron af beweeg, neem die afstand tussen die golffronte (golflengte) toe en die waargeneemde frekwensie neem af. 'n Verandering in golflengte/frekwensie kan waargeneem word as: Klank- 'n verandering in toonhoogte (hoër frekwensie, hoër toonhoogte) Lig- 'n Verandering in kleur van lig (rooi-verskuiwing of blou-verskuiwing) f L = v ± v L v ± v s f s FRMULES fl = frekwensie van luisteraar (z) v = spoed van klank (m s 1 ) F spoed van lig ( m s 1 ) vl = snelheid van luisteraar (m s 1 ) vs = snelheid van bron (m s 1 ) fs = frekwensie van bron (z) m om te skakel tussen frekwensie en golflengte: NTU: Jy moet ALTYD met die VLLEDIGE oorspronklike formule begin (vanaf die formule blad)! Luisteraar na bron ( + ) Toename in waargeneemde frekwensie. f L = v ± v L v ± v s f s f L = v + v L f v s Bron na luisteraar ( ) Toename in waargeneemde frekwensie. f L = v ± v L v ± v s f s f L = v v v S f s DPPLER-EFFEK AS BEWYS VAN UITBREIDENDE EELAL Die sigbare reeks van die elektromagnetiese spektrum is soos volg: f R G G B I V Rooi lig het 'n langer golflengte as blou lig, dus 'n verskuiwing na die rooi spektrum (langer golflengte, laer frekwensie) dui aan dat die bron van die golf weg beweeg van die waarnemer. Rooi verskuiwing: voorwerp beweeg weg van waarnemer. Blou verskuiwing: voorwerp beweeg na waarnemer. Die verskuiwing kan waargeneem word deur die absorpsiespektra van bewegende sterre met 'n stilstaande verwysingspunt te vergelyk. Rooi verskuiwing Stilstaande verwysing Blou verskuiwing mdat die meeste sterre 'n rooi verskuiwing toon, kan ons aflei dat hulle weg beweeg van die aarde af en dus dat die heelal besig is om uit te brei. Materiaal golwe (bv. klank) v = fλ v = spoed van golf (m s 1 ) f = frekwensie van klank (z) # = golflengte (m) Elektromagnetiese bestraling c = fλ c = spoed van lig ( m s 1 ) f = frekwensie van lig (z) # = golflengte (m) Medisyne Meet bloed vloei tempo Waarneming van fetale hartklop TEPASSINGS VAN DIE DPPLER-EFFEK Maritieme nderwater SNAR posisionering Wetstoepassing Radar monitering van motors se spoed 34 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

37 www

38 DATA FR PYSIAL SIENES GRADE 1 PAPER (EMISTRY) GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 1 VRAESTEL (EMIE) TABLE 1: PYSIAL NSTANTS/TABEL 1: FISIESE KNSTANTES NAME/NAAM SYMBL/SIMBL VALUE/WAARDE Standard pressure Standaarddruk Molar gas volume at STP Molêre gasvolume by STD Standard temperature Standaardtemperatuur harge on electron Lading op elektron Avogadro's constant Avogadro-konstante p 1,013 x 10 5 Pa Vm,4 dm 3 mol -1 T 73 K e -1,6 x NA 6,0 x 10 3 mol -1 TABLE : FRMULAE/TABEL : FRMULES m n M n c or/of V c a v c v b b n n b m c MV n n N NA a a p = -log[3 + ] V Vm Kw = [3 + ][ - ] = 1 x at/by 98 K θ θ E / E E θ θ θ cell E cathode E anode sel katode E θ anode or/of θ θ θ θ E E / E E cell reduction E θ oxidation sel reduksie E θ oksidasie or/of θ θ θ θ E E / E E cell o x i d i s i n g agent E θ r e d u c i n g agent sel oksideermiddel E θ reduseermiddel

39 TABLE 3: TE PERIDI TABLE F ELEMENTS TABEL 3: DIE PERIDIEKE TABEL VAN ELEMENTE 1 (I) (II) (III) 14 (IV) 15 (V) 16 (VI) 17 (VII) 18 (VIII),1 1 1 e 4 1,0 3 Li 7 1,5 4 Be 9,0 5 B 11, ,0 7 N 14 3, ,0 9 F Ne 0 0,9 11 Na 3 1, 1 Mg 4 1,5 13 Al 7 1,8 14 Si 8,1 15 P 31,5 16 S 3 3,0 17 l 35,5 18 Ar 40 0,8 19 K 39 1,0 0 a 40 1,3 1 Sc 45 1,5 Ti 48 1,6 3 V 51 1,6 4 r 5 1,5 5 Mn 55 1,8 6 Fe 56 1,8 7 o 59 1,8 8 Ni 59 1,9 9 u 63,5 1,6 30 Zn 65 1,6 31 Ga 70 1,8 3 Ge 73,0 33 As 75,4 34 Se 79,8 35 Br Kr 84 0,8 37 Rb 86 1,0 38 Sr 88 1, 39 Y 89 1,4 40 Zr Nb 9 1,8 4 Mo 96 1,9 43 Tc, 44 Ru 101, 45 Rh 103, 46 Pd 106 1,9 47 Ag 108 1,7 48 d 11 1,7 49 In 115 1,8 50 Sn 119 1,9 51 Sb 1,1 5 Te 18,5 53 I Xe 131 0,7 55 s 133 0,9 56 Ba La 139 1,6 7 f Ta W Re s Ir Pt Au g 01 1,8 81 Tl 04 1,8 8 Pb 07 1,9 83 Bi 09,0 84 Po,5 85 At 86 Rn 0,7 87 Fr 0,9 88 Ra 6 89 Ac 58 e Pr Nd Pm 6 Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Th 3 91 Pa 9 U Np 94 Pu 95 Am 96 m 97 Bk 98 f 99 Es 100 Fm 101 Md 10 No 103 Lr Electronegativity Elektronegatiwiteit Approximate relative atomic mass Benaderde relatiewe atoommassa Atomic number Atoomgetal 9 u 63,5 1,9 Symbol Simbool KEY/SLEUTEL

40 Increasing oxidising ability/toenemende oksiderende vermoë TABLE 4A: STANDARD REDUTIN PTENTIALS TABEL 4A: STANDAARDREDUKSIEPTENSIALE alf-reactions/alfreaksies θ E (V) F(g) + e F +,87 o 3+ + e o + + 1, e +1,77 Mn e Mn ,51 l(g) + e l + 1,36 r e r ,33 (g) e + 1,3 Mn e Mn ,3 Pt + + e Pt + 1,0 Br(l) + e Br + 1,07 N e N(g) + + 0,96 g + + e g(l) + 0,85 Ag + + e Ag + 0,80 N e N(g) + + 0,80 Fe 3+ + e Fe + + 0,77 (g) e + 0,68 I + e I + 0,54 u + + e u + 0,5 S e S + + 0, e 4 + 0,40 u + + e u + 0,34 S e S(g) + + 0,17 u + + e u + + 0,16 Sn 4+ + e Sn + + 0,15 S e S(g) + 0, e (g) 0,00 Fe e Fe 0,06 Pb + + e Pb 0,13 Sn + + e Sn 0,14 Ni + + e Ni 0,7 o + + e o 0,8 d + + e d 0,40 r 3+ + e r + 0,41 Fe + + e Fe 0,44 r e r 0,74 Zn + + e Zn 0,76 + e (g) + 0,83 r + + e r 0,91 Mn + + e Mn 1,18 Al e Al 1,66 Mg + + e Mg,36 Na + + e Na,71 a + + e a,87 Sr + + e Sr,89 Ba + + e Ba,90 s + + e - s -,9 K + + e K,93 Li + + e Li 3,05 Increasing reducing ability/toenemende reduserende vermoë

41 Increasing oxidising ability/toenemende oksiderende vermoë TABLE 4B: STANDARD REDUTIN PTENTIALS TABEL 4B: STANDAARDREDUKSIEPTENSIALE alf-reactions/alfreaksies θ E (V) Li + + e Li 3,05 K + + e K,93 s + + e s,9 Ba + + e Ba,90 Sr + + e Sr,89 a + + e a,87 Na + + e Na,71 Mg + + e Mg,36 Al e Al 1,66 Mn + + e Mn 1,18 r + + e r 0,91 + e (g) + 0,83 Zn + + e Zn 0,76 r e r 0,74 Fe + + e Fe 0,44 r 3+ + e r + 0,41 d + + e d 0,40 o + + e o 0,8 Ni + + e Ni 0,7 Sn + + e Sn 0,14 Pb + + e Pb 0,13 Fe e Fe 0, e (g) 0,00 S e S(g) + 0,14 Sn 4+ + e Sn + + 0,15 u + + e u + + 0,16 S e S(g) + + 0,17 u + + e u + 0, e 4 + 0,40 S e S + + 0,45 u + + e u + 0,5 I + e I + 0,54 (g) e + 0,68 Fe 3+ + e Fe + + 0,77 N e N(g) + + 0,80 Ag + + e Ag + 0,80 g + + e g(l) + 0,85 N e N(g) + + 0,96 Br(l) + e Br + 1,07 Pt + + e Pt + 1,0 Mn e Mn ,3 (g) e + 1,3 r e r ,33 l(g) + e l + 1,36 Mn e Mn , e +1,77 o 3+ + e o + + 1,81 F(g) + e F +,87 Increasing reducing ability/toenemende reduserende vermoë

42 Graad 1 hemie Definisies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Intermolekulêre kragte ersiening Interatomiese kragte: die kragte tussen atome binne molekules. Intermolekulêre kragte: n swak aantrekkingskrag tussen molekules of tussen atome van edelgasse. Van der Waals kragte: swak Intermolekulêre kragte Dipool-Dipool kragte: kragte tussen twee polêre molekules. Geinduseerde dipool kragte (London/Dispersie): kragte tussen twee nie- polêre molekules. Watersto^inding: kragte tussen molekules waar waterstof kovalent gebind is met s>kstof, suurstof of fluoor ( n spesiale >pe dipool- dipool krag) rganiese chemie rganiese molekules: molekules wat koolstofatome bevat Funksionele groep: 'n binding of 'n atoom of 'n groep atome wat die fisiese en chemiese eienskappe van 'n groep organiese verbindings bepaal Koolwaterstof: organiese verbindings wat slegs uit waterstof en koolstof bestaan omoloë reeks: 'n reeks organiese verbindings wat deur dieselfde algemene formule beskryf kan word F waarin die een lid van die volgende verskil met 'n -groep Versadigde verbinding: 'n verbinding waarin alle bindings tussen koolstofatome enkelbindings is nversadigde verbinding: 'n verbinding waarin daar ten minste een dubbel en/of driedubbele binding tussen die koolstofatome is Molekulêre formule: 'n chemiese formule wat die >pe atome en die korrekte getal van elk in 'n molekuul aandui. Struktuurformule:'n struktuurformule van 'n verbinding toon aan wa?er atome in die molekuul aan mekaar gebind is. Atome word voorgestel deur hul chemiese simbole en lyne word gebruik om ALLE bindings wat atome bymekaar hou, aan te toon. Gekondenseerde struktuurformules: ierdie notasie toon die wyse aan waarop atome aan mekaar gebind is in die molekuul, maar toon NIE ALLE BINDINGSLYNE NIE. Struktuur isomeer: organiese molekule met dieselfde molekulêre formule, maar verskillende struktuurformules Funksionele isomere: organiese verbindings met dieselfde molekulêre formule, maar verskillende funksionele groepe. Polimere Makromolekule: 'n molekuul wat uit 'n groot getal atome bestaan Polimeer: 'n groot molekuul wat uit kleiner monomeer-eenhede bestaan wat kovalent aan mekaar gebind is in 'n herhalende patroon Monomeer: Klein organiese molekule wat kovalent aan mekaar gebind kan word in 'n herhalende patroon Polimerisasie: 'n chemiese reaksie waarin monomeermolekule verbind om 'n polimeer te vorm Addisie polimerisasie: n reaksie waarin klein molekule verbind om baie groot molekule te vorm deur byvoeging by dubbelbindings Addisie polimeer: 'n Polimeer wat gevorm word wanneer monomere (wat gewoonlik 'n dubbelbinding bevat) verbind deur 'n addisiereaksie Kondensasiepolimerisasie: Molekule van twee monomere met verskillende funksionele groepe ondergaan kondensasiereaksies met die verlies van klein molekule, gewoonlik water. Kondensasiepolimeer: 'n polimeer wat gevorm word deur twee monomere met verskillende funksionele groepe wat aan mekaar skakel in 'n kondensasiereaksie waarin 'n klein molekuul, gewoonlik water, verloor word Energieverandering hersiening Reaksiewarmte (Δ): die energie geabsorbeer of vrygestel in 'n chemiese reaksie Eksotermiese reaksie: reaksie wat energie vrystel Endotermiese reaksie: reaksie wat energie absorbeer Ak@veringsenergie: as die minimum energie benodig vir 'n reaksie om plaas te vind. Geak@veerde kompleks: die onstabiele oorgangstoestand van reaktante na produkte Tempo en omvang van reaksie Tempo van reaksie: as die verandering in konsentrasie per eenheid tyd van of 'n reaktant of produk. Posi@ewe katalisator: 'n stof wat die tempo van 'n chemiese reaksie verhoog sonder om self 'n permanente verandering te ondergaan. hemiese Ewewig op sisteem: een wat voortdurend in wisselwerking met sy omgewing is Geslote sisteem: een wat geïsoleerd is van sy omgewing hemiese ewewig: dit is 'n dinamiese ewewig waar die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse reaksie Le hatelier se beginsel: Wanneer die ewewig in 'n geslote sisteem versteur word, stel die sisteem 'n nuwe ewewig in deur die reaksie wat die versteuring teenwerk, te bevoordeel. Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus 40

43 Graad 1 hemie Definisies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Sure en Basisse Arrhenius teorie Suur: n stof wat waterstof ione ( + )/hidronium ione (3 + ) in water vorm. Basis: n stof wat hidroksied ione ( - )p in water vorm. Lowry-Brønsted teorie: Suur: n proton ( + ioon) skenker Basis: n proton ( + ioon) ontvanger Sterk suur: ioniseer volledig in 'n waterige oplossing om n hoë konsentrasie van 3 + ione te vorm Swak sure: ioniseer onvolledig in 'n waterige oplossing om n lae konsentrasie van 3 + ione te vorm. Sterk basis: dissosieer volledig in 'n waterige oplossing om n hoë konsentrasie van - ione te vorm. Swak basis: dissosieer onvolledig in 'n waterige oplossing om n lae konsentrasie van - ione te vorm. Gekonsentreerde suur/basis: bevat n groot hoeveelheid (mol) suur/basis in verhouding met die volume water. Verdunde suur/basis: bevat n klein hoeveelheid (mol) suur/basis in verhouding met die volume water. Amfoliet (amfipro@ese stof): n stof wat of as n suur of n basis kan optree. Bv. Water Auto-ionisasie van water: die reaksie van water met homself om 3 + -ione en - ione te vorm. Kw: die ewewigskonstante vir die ionisasie van water of die ioniese produk van water of die ionisasiekonstante van water Kw = [3 + ][ - ] = 1 x teen 98 K Elektrochemiese Reaksies ksidasie: verlies aan elektrone, oksidasietoestand neem toe. Reduksie: wins van elektrone, oksidasietoesatnd neem af. ksideermiddel: 'n stof wat geruduseer word / ontvang elektrone. Reduksie middel: n stof wat geoksideer word/ verloor elektrone. Anode: die elektrode waar oksidasie plaasvind. Katode: die elektrode waar reduksie plaasvind. Elektroliet: 'n stof waarvan die oplossing in water ione bevat F 'n stof wat in water oplos om 'n oplossing te vorm wat elektrisiteit gelei Elektrolise: Die chemiese proses waarin elektriese energie omgeskakel word in chemiese energie F die gebruik van elektriese energie om 'n chemiese verandering teweeg te bring. Galvaniese sel: 'n sel waarin chemiese energie omgeskakel word na elektriese energie. Elektroli@ese sel: 'n sel waarin elektriese energie omgeskakel word na chemiese energie. Kunsmis Eutrofikasie: die proses waardeur 'n ekosisteem, bv 'n rivier of dam, verryk raak met anorganiese voedingstowwe, veral fosfor en s>kstof, wat lei tot oorma>ge plantgroei. Soos plantegroei buitensporig raak, neem die hoeveelheid dooie en verro?ende plantmateriaal vinnig toe. Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus 41

44 rganiese verbindings bevat koolstof en waterstof atome. ierdie verbindings kan in die gasagtige, vloeistof, of vaste fase wees. Alle lewende materie bevat organiese verbindings. UNIEKEID VAN KLSTF Koolstof is baie uniek en is die basiese bousteen van alle organiese verbindings. Sy atome het 'n valensie van vier in 'n tetrahëdriese vorm. Dit beteken dat dit in staat is om vier bindings te maak. Koolstofatome kan enkel, dubbel of trippel bindings vorm rganiese molekules Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 nversadigde oplossing (alkeen of alkyn) plossing bly kleurloos/ ontkleur vinnig nbekende oplossing LET WEL: KLWATERSTWWE Koolstofatome moet vier bindings vorm, maar nie noordwendig met vier ander atome nie. n Koolwaterstof is 'n verbinding wat slegs koolstof en waterstof atome bevat. ierdie verbindings kan versadig (enkelbindings) of onversadigde (dubbel of trippel bindings) wees. Koolwaterstof: 'n Verbinding wat slegs koolstof en waterstof atome bevat. Versadigde bindings: 'n Verbinding waarin al die bindings tussen koolstofatome enkelbindings is. (Alkane) Toets om te onderskei tussen versadigde en onversadigde verbindings Br (aq) of KMn4 (aq) Primêre Een gebind aan die wat gebind is aan die R nversadigde verbindings: 'n Verbinding waarin daar ten minste een dubbel en/of trippelbinding tussen koolstofatome is. (Alkene en alkyne) KLASSIFIKASIE VAN ALKL Sekondêre Twee s gebind aan die wat gebind is aan die R Voeg toets middel by (Br/KMn4 ) R Versadigde oplossing (alkaan) oplossing verkleur/ ontkleur stadig Tersiêre Drie s gebind aan die wat gebind is aan die R R R Molekulêre formule Gekondenseerde formule Struktuurformule Toon geen bindings, slegs die hoeveelheid van elke atoom wat teenwoordig is in die verbinding. ierdie formule toon nie al die bindings nie, maar slegs die belangrikste bindings en algemene struktuur. ierdie formule toon al die bindings en atome in die molekule. 4 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus ISMERE Isomere: Verbindings met dieselfde molekulêre formule maar verskillende struktuurformules. Ketting isomere Posisionele isomere Funksionele isomere VRSTELLING VAN RGANIESE VERBINDINGS ns gebruik 'n verskeidenheid maniere om organiese verbindings te teken of te skryf. ns maak gebruik van die molekulêre formule, gekondenseerde formule of volle struktuurformule. Ketting isomere het dieselfde molekulêre formule maar verskillende kettings (vertakkings). Posisionele isomere het dieselfde molekulêre formule maar die funksionele groep is op n ander posisie. Funksionele isomere het dieselfde molekulêre formule maar verskillende funksionele groepe. Aldehiede en ketone is funksionele isomere asook karboksielsure en esters. butaan propan-1-ol propanoësuur -metielpropaan propan--ol metieletanoaat

45 rganiese molekules- Benaming Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Alle organiese verbindings behoort aan 'n spesifieke groep wat ons toelaat om die verbinding te identifiseer of te benoem. Die groep waaraan verbindings behoort, wat bekend staan as die homoloë reeks, hang van die funksionele groep van die verbinding af. omoloë reeks: 'n Reeks organiese verbindings wat deur dieselfde algemene formule beskryf kan word F waarin die een lid van die volgende verskil met 'n -groep. Funksionele groep: 'n Binding of 'n atoom of 'n groep atome wat die fisiese en chemiese eienskappe van 'n groep organiese verbindings bepaal. BENAMING VAN RGANIESE VERBINDINGS Elke afsonderlike verbinding het 'n unieke naam, en daar is net een moontlike struktuur vir enige IUPA (Internasionale Unie van Suiwer en Toegepaste hemie) naam. Die IUPA metode vir die benaming het 'n vaste patroon. Dit dui die langste ketting (die langste aaneenlopende ketting), die funksionele groep en name van substituent groepe (sykettings) of atome wat aan die langste ketting verbind is, aan. Drie dele van n IUPA naam: Substituent voorvoegsel Stam naam Funksionele groep agtervoegsel Die stam naam dui die aantal koolstofatome in die langste ketting aan. ierdie ketting moet die funksionele groep bevat. Die voorvoegsel dui op die aantal en posisie van atome of groepe (substituente kettings) aan wat verbind is aan die langste ketting. Die agtervoegsel identifiseer die funksionele groep. Stappe om organiese verbindings te benoem: 1. Identifiseer die langste aaneenlopende koolstofketting wat die funksionele groep bevat.. Nommer die langste koolstofketting. Begin by die koolstof naaste aan die funksionele groep met die alkielsubstituente (sy-kettings) op die laagste genommerde koolstofatome van die langste ketting. 3. Noem die langste ketting volgens die aantal koolstowwe in die ketting. (Die stam naam) 4. Die agtervoegsel van die verbinding se naam is afhanklik van die funksionele groep. 5. Identifiseer en benoem sy-kettings (alkiel en halogeen substituente), dui die posisie van die sy-kettings aan. 6. Vir identiese sykettings gebruik die voorvoegsel di, tri- of tetra- 7. Rangskik sy-kettings alfabeties in die naam van die verbinding, ignoreer die voorvoegsel di, tri-, tetra- (substituent voorvoegsel). 8. Dui posisie aan deur nommers oeveelheid koolstowwe in moeder ketting 1 met et 3 prop 4 but 5 pent 6 heks 7 hept 8 okt 9 non 10 dek oeveelheid substituente 3 4 Stam naam Substituent voorvoegsel di bv. dimetiel tri bv. trietiel tetra bv. tetrametiel LET WEL: n Maksimum van DRIE substituent kettings (alkiel substituente) word toegelaat op die moeder ketting LET WEL: komma tussen nommers koppelteken tussen letter en nommer Substituent (sy-ketting) 43 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Alkiel 3 etiel alogeen VRBEELD: Formule Struktuur formule Naam 3 3 X Skryf die naam van die molekule hieronder neer: Substituent 1 chloro,4 dietiel 3 metiel 5,6 dibromo Moeder ketting 7 = hept X metiel propiel X stel n halogeen voor: Fluoried: fluoro hloried: chloro Bromied: bromo Jodied: jodo Functional group 1,4 dieen 5,6 dibromo 1 chloro,4 dietiel 3 metielhept 1,4 dieen

46 rganiese Funksionele Groepe Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 omoloë reeks en algemene formule Alkane nn+ Alkene nn Alkyne nn aloalkane/ aloalkene (Alkielhalide) Alkohole nn+ Karboksielsure nn Esters R R Aldehiede nn+1 Ketone R R R R R R -een 3= propeen R R R Funksionele groep X R R -yn 3 propyn Br l R R R R Enkel bindings Dubbel bindings Trippel bindings alogene (Groep 17) idroksiel Karboksiel Karboniel Formiel Karboniel R R Agtervoegsel -oësuur 3 propanoësuur Struktuur formule 44 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus -aal 3 pronanaal -oon 33 propan oon Voorbeelde Gekondenseer de formule -aan 33 propaan fluoro chloro bromo jodo Brl3 -ol 3 propan 1 ol -iel -oaat (alk.) (karbok.) 33 (karbok.) (alk.) Naam 1 bromo chloropropaan etielpropanoaat Eienskappe Polariteit: Nie-polêr IMK: Swak London Reaksies: Substitusie, Eliminasie, Verbranding Polariteit: Nie-polêr IMK: London Reaksies: Addisie, Verbranding Polariteit: Nie-polêr IMK: London Reaksies: Addisie Polariteit: Polêr IMK: Dipool Dipool Reaksies: Eliminasie, Substitusie Polariteit: Polêr IMK: Sterk waterstofbindings Reaksies: Substitusie, Eliminasie, Esterfikasie, Verbranding Polariteit: Polêr IMK: Sterk waterstofbindings Reaksies: Esterifikasie Polariteit: Polêr IMK: Dipool Dipool Reaksies: Gevorm deur esterifikasie Polariteit: Polêr IMK: Dipool Dipool Polariteit: Polêr IMK: Dipool Dipool

47 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 rganiese Intermolekulêre kragte Intermolekulêre kragte is kragte wat bestaan tussen molekules in die vaste, vloeibare en gasagtige fases. IMF is elektrostatiese aantrekkingskragte. Die krag van die IMK sal die vryheid van die deeltjies bepaal, wat die fase van die stof (vaste stof, vloeistof, gas) bepaal. Intermolekulêre krag is 'n swak aantrekkingskrag tussen molekules of tussen atome van edelgasse Die tipes intermolekulêre kragte wat bestaan tussen verskillende tipes organiese molekules en die sterkte van die intermolekulêre kragte sal die fisiese eienskappe van 'n molekule beïnvloed. TIPES IMK Waterstofbinding Dipool-Dipool Kragte Geïduseerde dipoolkragte (London) Sterkste van al die intermolekulêre kragte Werk oor kort afstande. Tussen sterk polêre molekules wat n waterstof gebind aan 'n klein hoogs elektronegatiewe atoom soos N, of F, bevat. Sterker as dispersiekragte Tussen effens polêre molekules. aantrekkingskrag tussen die δ + punt van die een molekule en die δ punt van 'n ander. Baie swak Van der Waals kragte. Tussen nie-polêre molekules wat geïnduseerde (tydelike) dipole vorm. Tydelike dipole trek mekaar aan. VERUDING TUSSEN FISIESE EIENSKAPPE EN IMK FISIESE EIENSKAP Smeltpunt: Die temperatuur waarteen die vaste en vloeibare fases van 'n stof in ewewig is. Dit is die temperatuur waar soliede deeltjies 'n faseverandering (smelt) sal ondergaan en 'n vloeistof word. Kookpunt: Die temperatuur waarteen dampdruk van die stof gelyk is aan atmosferiese druk. Dit is die temperatuur waar vloeistof kook en verander in 'n damp (gas). Alkohole (1 bindings plek) Karboksielsure ( bindings plekke) Aldehiede Ketone Esters Alkielhaliede Alkane Alkene Alkyne VERUDING TT IMK Direk eweredig Direk eweredig VERGELYK IMK 1. Identifiseer die tipe intermolekulêre kragte.. Bespreek die verskille tussen die twee verbindings ( ). 3. Bespreek hoe die verskil die sterkte van die intermolekulêre kragte of. 4. Bespreek hoe die fisiese eienskap beïnvloed word ( of ). 5. Bespreek energie benodig om IMK te oorkom. Koolwaterstof aloalkaan Ester Alkohol Karboksielsuur IMK NEEM TE, MEER ENERGIE NDIG M TE RKM London Dipool-dipool Waterstof- (dispersie) binding TIPE FUNKSINELE GREP oe meer polêr die molekuul, hoe sterker die IMK EVEELEID FUNKSINELE GREPE n Toename in funksionele groepe, verhoog IMK IMK NEEM TE, MEER ENERGIE NDIG M TE RKM KETTING LENGTE: MLEKULÊRE GEWIG oe groter die aantal koolstof kettings in die molekule, hoe groter die molekulêre massa. Dit sal lei tot sterker intermolekulêre kragte. Dampdruk: Dit is die druk wat 'n ingeslote damp in ewewig uitoefen op die oppervlak van die vloeistof. PSINEEL Viskositeit: dit is die maatstaf van weerstand van 'n vloeistof om te vloei. 'n Vloeistof met 'n hoë viskositeit weerstaan beweging bv. stroop. 'n Vloeistof met 'n lae viskositeit is loperig bv. water. mgekeerd eweredig Direk eweredig IMK NEEM TE, MEER ENERGIE NDIG M TE RKM plosbaarheid: Stowwe sal slegs oplos in stowwe wat soortgelyk gebind is. 'n Nie-polêre stof sal oplos in 'n nie-polêre stof. n Polêre stof sal slegs oplos in polêre stowwe. Digtheid: digtheid is 'n maatstaf van die massa per eenheid volume. Die vaste fase van die stof is oor die algemeen meer dig as die gasvormige en vloeibare fase. Vlambaarheid: Die vermoë om te brand in die lug of om verbranding te begin. Die meeste organiese verbindings is vlambaar en brand in suurstof om koolstofdioksied en water te vorm. Reuk: verskillende funksionele groepe heg verskillend op verskillende reseptore in ons neus. Verskillende organiese stowwe gee reuk vinniger af op grond van hul intermolekulêre kragte en duidelike reuke. mgekeerd eweredig Direk eweredig mgekeerd eweredig mgekeerd eweredig KETTING LENGTE: VERTAKTE KETTINGS Meer vertakking lei tot 'n kleiner oppervlakte en verlaag die krag van die IMK IMK NEEM AF, MINDER ENERGIE NDIG M TE RKM 45 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

48 ADDISIE-REAKSIES (NVERSADIGDE VERSADIG) Addisiereaksies is reaksies waar atome aan 'n organiese molekule bygevoeg word. Die dubbel of trippel bindings breek oop en die nuwe atome word by die koolstofatome aan weerskante van die dubbel of trippel binding gevoeg. ns kan waterstof (), 'n halogeen (Group 7 bv. l ), n waterstofhalied of water () byvoeg. In addisiereaksies vorm alkene of alkyne 'n alkaan ketting as 'n produk. 1) idrogenering (hidrogenasie) voeg by + waterstof + alkeen/alkyn alkaan rganiese Reaksies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Reaksietoestande: Die alkeen moet ontbind word in 'n nie-polêre oplosmiddel en moet 'n katalisator teenwoordig hê bv. Pt, Ni of Pd. ELIMINASIE-REAKSIES (VERSADIG NVERSADIG) 'n Eliminasiereaksie is 'n reaksie waarin atome of groepe atome van 'n organiese molekule verwyder word om 'n dubbel of trippel binding verbinding te vorm. ierdie reaksie is die teenoorgestelde reaksie as die addisiereaksies en is die verwydering van waterstof (), 'n halogeen (Groep 7 - bv. l), 'n waterstofhalied of water (). In eliminasiereaksies, vorm alkane 'n alkeen of alkyn ketting as 'n produk. 1) Dehidrogenering (dehidrogenasie) verwyder + alkaan alkeen + waterstof Reaksietoestande: Die alkaan moet in die teenwoordigheid wees van 'n katalisator bv. Pt, Ni of Pd. ) alogenering voeg X by (X = alogeen: F, l, Br, I) X + X X halogeen + alkeen/alkyn haloalkaan Reaksietoestande: Geen water moet betrokke wees vir die reaksie om plaas te kan vind. ) Dehalogenering verwyder X (X = alogeen: F, l, Br, I) + X X X haloalkaan alkeen + halogeen Reaksietoestande: Vind plaas in 'n onreaktiewe oplosmiddel 3) idrohalogenering voeg X by (X = alogeen: F, l, Br, I) X + waterstofhalied + alkeen/alkyn (oofproduk) X (Neweproduct) X haloalkaan Reaksietoestande: Geen water moet betrokke wees vir die reaksie om plaas te kan vind. Markovnikov se reël: Die - atoom sal bind aan die koolstofatoom wat reeds die groter getal -atome het (vorm grootste groepe). 3) Dehidrohalogenering verwyder X (X = alogeen: F, l, Br, I) X haloalkaan X + (oofproduk) waterstofhalied + alkeen (Neweproduk) Reaksietoestande: Vind plaas in die teenwoordigheid van gekonsentreerde Na/K in etanol as die oplosmiddel. Zaitzev se reël: atoom word verwyder vanuit die koolstofatoom met die minste aantal atome. (behou grootste -groepe) 4) idrasie voeg by + (oofproduk) (Neweproduk) Reaksietoestande: Sterk, maar verdunde suur katalisator bv S4 of 3P4 itte in die vorm van stoom () reaktant. Markovnikov se reël: Die - atoom sal bind aan die koolstofatoom wat reeds die groter getal -atome het (vorm grootste groepe). 4) Dehidrasie verwyder + (oofproduk) (Neweproduk) Reaksietoestande: Vereis die verwarming van 'n alkohol met gekonsentreerde suur katalisator bv. S4 of 3P4. Die suur moet in oormaat wees. Swaelsuur staan bekend as 'n dehidreermiddel. Zaitzev se reël: atoom word verwyder vanuit die koolstofatoom met die minste aantal atome. (Behou grootste- groepe) water () + alkeen/alkyn alkohol alkohol water () + alkeen 46 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

49 rganiese Reaksies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 SUBSTITUSIE-REAKSIES (VERSADIG VERSADIG) Substitusiereaksies is wanneer 'n atoom of groep atome in 'n organiese molekuul vervang of omgeruil/ verruil word vir 'n ander atoom of groep atome. Substitusiereaksies vind plaas tussen verbindings van versadigde alkane, haloalkane en alkohole. 1) Alkane: alogenering- Vervang X (X = alogeen: F, l, Br, I) ) aloalkane: idrolise- Vervang 3) Alkohole: idrohalogenering- Vervang X (X = alogeen: F, l, Br, I) Tersiêre alkohole + X alkohol + waterstofhalied Primêre en sekondêre alkohole. + X + X X X + X alkaan + halogeen haloalkaan + waterstofhalied / X / + Na / + NaX / X K KX haloalkaan + /Na/K alkohol + X/NaX/KX haloalkaan + water X + + Reaksietoestande: Reaksie vind plaas in die teenwoordigheid van sonlig / hitte. Reaksietoestande: Die haloalkaan word opgelos in 'n etanol oplossing en word behandel met n warm waterige Na/K oplossing. Reaksietoestande: X teenwoordig by kamertemperatuur. Reaksietoestande: oë temperature en moet behandel word met NaBr en gekonsentreerde S4. VERBRANDING / KSIDASIEREAKSIES Koolwaterstowwe is die belangrikste bron van brandstof in die wêreld op die oomblik. ulle word gebruik in die vervaardiging van elektriese energie en as brandstof vir verskeie enjins. Wanneer koolwaterstowwe en alkohole met suurstof reageer vorm hulle water en koolstofdioksied. ierdie reaksies is eksotermies en stel groot hoeveelhede hitte vry. Volledige verbranding (oormaat suurstof): energie nvolledige verbrading (onvoldoende suurstof): energie Balansering: KRAKING Koolwaterstowwe kan gemaak word van baie lang kettings van honderde koolstowwe. Ru-olie is 'n mengsel van baie groot koolwaterstowwe en elke bron van ru-olie is anders wat lei tot verskillende tipes en hoeveelhede koolwaterstowwe. Korter ketting koolwaterstowwe is meer nuttig om te gebruik as brandstof omdat hulle meer geredelik brand en meer vlambaar is. Kraking is die opbreek van lang koolwaterstof kettings in kleiner meer bruikbare koolwaterstowwe. 'n Alkeen en alkaan sal die produkte van die kraking proses wees. Kraking is 'n tipe eliminasiereaksie. alkaan alkaan + alkeen Termiese kraking ierdie metode maak gebruik van 'n hoë druk en hoë temperature om die lang koolwaterstof kettings met geen katalisator te kraak. Katalitiese kraking Die metode gebruik 'n katalisator om lang koolstofkettings teen 'n lae druk en lae temperatuur te kraak. Die verhitte ru-olie beweeg deur 'n fraksionele distillasiekolom en deur 'n katalisator. Die kolom is warmste aan die onderkant en koelste aan die bokant. Die ru-olie skei volgens kookpunte en kondenseer soos wat die gas opstyg in die kolom. Die stowwe/kettings met die langste kettings sal hoër kookpunte hê en kondenseer aan die onderkant en omgekeerd. ESTERIFIKASIE Dit is 'n reaksie tussen 'n alkohol en 'n karboksielsuur in die teenwoordigheid van 'n gekonsentreerde suur katalisator, S4. ierdie reaksie is 'n tipe van 'n eliminasiereaksie en is ook bekend as 'n kondensasiereaksie omdat twee organiese molekules een organiese molekule vorm en water uit die reaktante verwyder word om dan as 'n produk in die reaksie te vorm. Esters is verantwoordelik vir die verskillende geure wat in die natuur voorkom en hulle is oor die algemeen aangename reuke soos piesang en appel ens alkohol + waterstofhalied haloalkaan + water 47 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus alkohol + karboksielsuur ester + water

50 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Alkaan + Alkeen Kraking Verbranding (reageer met ) Alkaan + psomming van rganiese Reaksies alogenering ( X, X byproduk ) idrogenasie ( + ) Dehidrogenasie ( ) aloalkaan met 1 halogeen Dehidrohalogenering ( X) Dehalogenering ( X ) idrohalogenering ( + X) alogenering ( + X ) aloalkaan met halogene Alkeen X idrolise ( /Na/K, X/NaX/KX byproduk ) alogenering( X, byproduk) idrasie ( + ) Dehidrasie ( ) Subs ( ) Add ( + ) Elim ( ) Alkohol Esterifikasie ( + Karboksielsuur ) + X X 48 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Ester

51 Polimere 49 PLIMERE Polimere is baie groot organiese molekules. ulle bestaan uit honderde of duisende atome. Polimere word saamgestel uit herhaalde kleiner eenhede genaamd monomere. Monomeer: Klein organiese molekule wat kovalent aan mekaar gebind kan word in 'n herhalende patroon Polimeer: 'n hemiese reaksie waarin monomeermolekule verbind om 'n polimeer te vorm ADDISIEPLIMERISASIE Addisie polimere word gevorm deur twee of meer monomere wat dubbel bindings bevat (onversadigde molekules) saam te heg. Dit is alkene en alkyne en vorm lang enkelbindingkettings. Die dubbelbinding breek en die elektrone verbind om die twee monomere saam te heg en die lang ketting te skep. Geen atome word bygevoeg of verloor nie. Monomere kan verskillende groepe besit wat aan die koolstofatome heg. eteen monomer eteen polimeer (politeen) Stappe van addisiepolimerisasie van politeen (poliëtileen) Politeen word gebruik om druk bottels, plastieksakke, films, speelgoed en gevormde voorwerpe, en elektriese isolering te maak. Politeen het die herwinning nommer 4. 1) Inisiasie Die teenwoordigheid van 'n vrye radikaal inisieer die dubbelbinding van die monomeer om oop te breek. 'n Vrye radikaal is 'n molekule wat 'n ongepaarde elektron het. Wanneer die monomeer reageer met die vrye radikaal skep dit 'n ander vrye radikaal. ) Voortplanting ierdie nuwe vrye radikale sal bydra tot die dubbelbinding van 'n ander monomeer en 'n ander vrye radikaal skep. Die proses herhaal en die ketting sal langer en langer word. ierdie toevoegings gee aanleiding tot 'n makromolekule. ierdie reaksie vind baie vinnig plaas. 3) Terminasie Daar is twee maniere waarop die polimerisasie kan eindig. Twee radikale kom bymekaar en polimerisasie stop. Een radikaal verwyder 'n waterstof van 'n ander radikaal en vorm 'n versadigde molekule (alkaan) en forseer die ander radikaal om 'n onversadigde molekule (alkeen) te vorm. Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus KNDENSASIEPLIMERISASIE Kondensasiepolimerisasie vind plaas wanneer twee verskillende monomere wat funksionele groepe (alkohole en karboksielsure) aan beide kante van hul molekule het, reageer. In hierdie reaksie word 'n watermolekuul elimineer. Vorming van poliësters n Poliëster vorm in 'n soortgelyke manier as 'n normale ester m.a.w. 'n alkohol en karboksielsuur reageer. Die enigste verskil is dat die alkohol en karboksielsure 'n funksionele groep aan albei kante het en is diole en dikarboksielsure. Monomeer (ester) vorming Polimeer vorming n R* * R + * R R * + R * * R R R + R R + R * * R + * : Vrye radikaal (ongepaarde elektron) * : Vrye radikaal (ongepaarde elektron) A B A B A B A B A B R R R + R Esterfikasie R R + + Esterfikasie

52 Polimere Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 MNMEER NAAM MNMEER STRUKTUUR INTERMEDIÊRE STAP PLIMEER STRUKTUUR PLIMEER NAAM Addisie Polimerisasie Propeen Polipropileen Stireen Polistireen Vinielasetaat PVA (Polivinielasetaat) l l l l l hlooreteen PV (polivinielchloried) Kondensasiepolimerisasie Melksuur Polimeer geform deur esterfikasie. NTU: Water word geform as n byproduk. PLA (poliaktiese suur) PLA monomeer word gevorm uit biologiese fermentasie van plantmateriaal en is bioafbreekbaar. Dit word gebruik vir verpakkingsmateriaal en het die potensiaal om probleme met stortingsterrein beskikking te verlig. 50 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

53 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Die Mol Atome, molekules en ione is te klein om te tel, en daar kom baie deeltjies in selfs die kleinste monster van n stof voor. n Mol deeltjies is n hoeveelheid van 6,0 x 10 3 deeltjies. 6,0 x 10 3 staan bekend as Avogadro se getal, NA. aantal deeltjies aantal mol (mol) n = N N A MLÊRE MASSA Deeltjies is te klein om afsonderlik geweeg te word. Molêre massa (M) word gedefinieer as die massa van een mol deeltjies (atome, molekules of formule-eenhede) en word in die eenheid g.mol 1 gemeet. massa stof (g) aantal mol (mol) n = m M Persentasie Samestelling molêre massa van element Persentasie samestelling van element= 100 M R van samestelling orweeg die volgende yster-ertse: hematiet en magnetiet watter erts bevat meer yster volgens massa? xzc MR van samestelling zxc % yster volgens massa magnetiet bevat meer yster Avogadro se getal (6,0 x 10 3 ) VRBEELD: Bepaal die hoeveelheid + ione in 3 mol S4. N( S 4 ) = nn A S 4 : + = 3(6, ) 1 : = 1, S 4 molekules 1, : 3, N( + ) = 3, ione VRBEELD: Bepaal die aantal mol in 13 g us4. M(uS 4 ) = 63, (16) = 159,5 g mol 1 n = m M = ,5 = 0,08 mol molêre massa (g mol 1 ) Erts ematiet Magnetiet Formule Fe3 Fe34 ( x 56) + (3 x 16) =160 [( x 56) /160] x 100 = 70% Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering (3 x 56) + (4 x 16) =3 [(3 x 56) / 3] x 100 = 7% KNSENTRASIES VAN PLSSINGS plossings is homogene (uniforme) mengsels van twee of meer stowwe. n plossing word gevorm wanneer n opgeloste stof in n oplosmiddel oplos. Die opgeloste stof en oplosmiddel kan n vloeistof, gas of vastestof wees. Die mees algemene oplosmiddel is water. ierdie oplossings word waterige oplossings genoem. plossing pgeloste stof plosmiddel sout water sout water sodawater koolstofdioksied water KNSENTRASIE Die konsentrasie van n oplossing is die hoeveelheid mol opgeloste stof per volume-eenheid van oplosmiddel. aantal mol (mol) konsentrasie (mol dm 3 ) c = n V Kan ook bepaal word deur: c = m MV Die aantal mol van opgeloste stof per 1 dm 3 oplosmiddel in mol dm 3. Indien n oplossing van kaliumpermanganaat KMn4 n konsentrasie van mol.dm 3 het, beteken dit dat vir elke 1 dm 3 oplosmiddel, daar mol KMn4 opgelos is in die oplosmiddel. VRBEELD: n plossing bevat 10 g natriumhidroksied, Na, in 00 cm 3 oplosmiddel. Bereken die konsentrasie van die oplossing. n(na) = = m M = 0,5 mol V = 00 cm 3 = 0, dm 3 c(na) = n V = VRBEELD: Bereken die massa van die opgeloste stof in 600 cm 3 van n 1,5 mol dm 3 natriumchloried oplossing. V = 600 cm 3 = 0,6 dm 3 M(Nal) = ,5 = 58,5 g mol 1 n = cv = 1,5 0,6 = 0,9 mol m = n M = 0,9 58,5 = 5,65 g 51 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus 0,5 0, = 1,5 mol dm 3 volume (dm 3 ) MLÊRE VLUMES VAN GASSE Indien verskillende gas monsters dieselfde volumes onder dieselfde toestande van temperatuur en druk beslaan, sal hulle dieselfde aantal molekules bevat. Die molêre volumes van n gas, VM, is die volume wat een mol gas beslaan. 1 VM vir alle gasse by STD is,4 dm3 mol Standaard Temperatuur en Druk (STD) is 73 K (0 ) en 1,01x10 5 Pa Dit beteken ook dat vir alle reaksies vy dieselfde temperatuur en druk, sal volumes van gasse in dieselfde verhouding as die molverhouding reageer. aantal mol (mol) VRBEELD: n Gassilinder met n volume van 4 cm 3 is vol chloorgas, by STD. oeveel mol chloorgas is daar in die silinder? n = N + N 1 mol + mol mol 1 dm 3 + dm 3 dm 3 n = V V M V V M 0,4 =,4 = 0,01 mol volume van gas (dm 3 ) molêre gas volume by STD (,4 dm 3 mol 1 )

54 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 BEREKENING VAN EMPIRIESE FRMULE VANAF DIE PERSENTASIE SAMESTELLING Die empiriese formule van n stof kan ook vanaf die persentasie samestelling bepaal word. Die aanname is dat 100 g van die stof ontleed word; dus verwys die persentasie ook die massa van daardie element in 100 g van die stof. n ksied van swael bevat 40% swael en 60% suurstof volgens massa. Bepaal die empiriese formule van hierdie oksied van swael. Empiriese formule: S3 BEREKENING VAN DIE EMPIRIESE FRMULE VANAF DIE MASSA 1.Bepaal die massa van die elemente.bereken die aantal mol van elke element 3.Vereenvoudig die atoomverhouding VRBEELD: n Monster van koperoksied bevat 8 g koper verbind met 1 g suurstof. Bepaal die empiriese formule van die verbiding. Stap 3: Atoom verhouding (deel deur die kleinste getal in die verhouding) Empiriese formule: u Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering Stappe Swael Suurstof Stap 1: % van element Stap : Massa van element (g) Stap 3: Massa na mol Stap 4: Kleinste mol verhouding n = m / M = 40 / 3 = 1.5 mol 1,5 / 1,5 =1 n = m / M = 60 / 16 = 3,75 mol 3,75 /1,5 =3 Empiriese formule is die chemiese formule van n verbinding wat die kleinste heelgetal-verhouding van atome aandui. Stap 1: Massa van element (g) Stappe Koper Suurstof Stap :Mol (deel deur massa van 1 mol) 8 g 1 g n = m / M = 8 / 63,5 = 0,16 mol 0,16/0,065 = n = m / M = 1 / 16 = 0,065 mol 0,065/0,065 =1 EMPIRIESE FRMULE MLEKULÊRE FRMULE Die empiriese formule is die eenvoudigste heelgetal verhouding in n molekule. Die molekulêre formule is die werklike verhouding van die atome in n verbinding. Die molekulêre formule kan vanaf die empiriese formule en relatiewe molekulêre massa bereken word. STAPPE M DIE MLEKULÊRE FRMULE TE BEPAAL: 1. Bepaal die empiriese formule (indien nie gegee nie). Bepaal die molêre massa van die empiriese formule 3. Bepaal die verhouding tussen die molekulêre formule en die empiriese formule 4. Vermenigvuldig die verhouding met die empiriese formule VRBEELD: n nbekende organiese verbinding het die empiriese formule. Die molekulêre massa van buteen is 56g mol 1. Bepaal die molekulêre formule van die verbinding. 1. Empiriese formule:. M( ) = = 14g mol 1 3. verhouding = molekul ere formule massa empiriese formule massa = 4. 4 = Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus = 4 BENADERING TT REAKSIE STIIMETRIE 1. Skryf n gebalanseerde chemiese vergelyking. Verander die gegewe na mol (gebruik die beperkte reaktant indien van toepassing) 3. Bepaal die hoeveelheid mol van die stof wat gevra is deur die molverhouding 4. Bepaal die hoeveelheid stof wat gevra is vanaf die hoeveelheid mol Konsentrasie ML + Konsentrasie ML Konsentrasie ML Massa Volume Massa Volume Massa Volume Massa + Konsentrasie ML Volume BEPERKTE REAKTANTE In n reaksie tussen twee stowwe is een stof meer geneig om voor die ander opgebruik te word. Die hoeveelheid produk wat gevorm kan word, word ook dus beperk. orweeg die reaksie tussen magnesium en verdunde swaelsuur. Die gebalanseerde chemiese reaksie is Mg(s) + S 4 (aq) MgS 4 (aq) + (g) Dit beteken dat 1 mol magnesium met 1 mol swaelsuur reageer. Albei reagense sal heeltemal opgebruik word teen die tyd wat die reaksie ophou. Wat sal gebeur indien 1 mol magnesium met mol swaelsuur reageer? Daar is nou onvoldoende magnesium om met al die swaelsuur te reageer. 1 mol swaelsuur bly oor na die reaksie. Al die magnesium word opgebruik en ons sê dat magnesium die beperkte reaktant is. Van die swaelsuur bly oor na die reaksie voltooi is. ns sê dat die swaelsuur in oormaat is. Die hoeveelheid beperkte reaktant sal die volgende bepaal: Die hoeveelheid produk wat vorm Die hoeveelheid ander (oormaat) reaktante wat gebruik word. Bepaling van die beperkte reaktant 1. Bereken die hoeveelheid mol van elke reaktant. Bepaal die verhouding tussen die reaktante 3. Bepaal die beperkte reaktant deur die verhoudings te gebruik NTA: Indien een reaktant in oormaat is, beteken dit dat daar meer as genoeg daarvan is. Indien daar slegs twee reaktante is en die een is in oormaat, beteken dit dat die ander een die beperkte reaktant is.

55 Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 VRBEELD: n 8,4 g monster stikstof reageer met 1,5 g waterstof. Die gebalanseerde chemiese vergelyking vir die reaksie is: N (g) + 3 (g) N 3 (g) Bepaal (a) watter reaktant die beperkte reaktant is en (b) die massa ammoniak wat vorm. (a) 1. n(n ) = n( ) = m M 8,4 = 8 = 0,3 mol m M 1,5 = = 0,75 mol. N : 1 : 3 0,3 mol : 0,9 mol 0,5 mol : 0,75 mol 3. As al die stikstof gebruik word sal 0,9 mol waterstof benodig word. Slegs 0,75 mol waterstof is beskikbaar. Die waterstof sal eerste opraak, en is dus die beperkte reaktant. (b) mdat waterstof die beperkte reaktant is, bepaal dit die massa ammoniak wat vervaardig kan word: : N 3 3 : 0,75 mol : 0,5 mol m(n3 ) = nm = (0,5)(17) = 8,5 g PERSENTASIE SUIWEREID Sommige chemikalieë is nie suiwer nie en daarom moet die persentasie suiwerheid bepaal word. Slegs die suiwer komponent van die stof sal reageer. Vir n onsuiwer monster van n stof: Persentasie suiwerheid = STAPPE M DIE PERSENTASIE SUIWEREID TE BEPAAL 1. Bepaal die hoeveelheid mol produkte. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding tussen die reaktante en produkte. 3. Deur gebruik te maak van die verhouding, bepaal die hoeveelheid mol reaktante. 4. Bepaal die massa van die suiwer reaktant. 5. Bereken die persentasie suiwerheid van die monster. VRBEELD: n nsuiwer monster van kalsiumkarbonaat, a3, bevat die onuiwerheid kalsiumsulfaat, as4. Wanneer oormaat soutsuur by 6 g van die monster gevoeg word, word 100 cm 3 gas geproduseer (gemeet teen STD). Bereken die persentasie suiwerheid van die kalsiumkarbonaat monster. Die vergelyking vir die reaksie is: a 3 (s) + l(aq) al (aq) + (l) + (g) 1. n( ) = V V M = 1,,4 = 0,054mol. 3. a 3 : 1 : 1 0,054mol a 3 reageer a 3 : 1 : 1 0,054 : 0, m(a 3 ) = n M = (0,054)( ) = 5,4g 5. Persentasie suiwerheid = Massa van suiwer stof Massa van onsuiwer monster 100 Massa van suiwer stof Massa van onsuiwer monster 100 5,4 Persentasie suiwerheid = 100 6,0 Persentasie suiwerheid = 90 % 53 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus PERSENTASIE PBRENGS Wanneer n chemikalieë in die laboratorium voorberei word, gaan van die chemikalieë altyd verlore as gevolg van verdamping of stof wat in oplossing agterbly. Sommige reaktante mag dalk nie reageer nie. ns sê dat die reaksie nie tot voltooiing verloop het nie. Vervolgens is die hoeveelheid chemikalië wat geproduseer word altyd minder as die maksimum teoretiese hoeveelheid wat verwag word. ns kan hierdie as die persentasie opbrengs uitdruk: Massa van produk vervaardig Persentasie opbrengs = Maksimum teoretiese massa van produk 100 Persentasie opbrengs word gewoonlik bepaal deur massa te gebruik, maar dit kan ook volgens mol en volume bepaal word. STAPPE M DIE PERSENTASIE PBRENGS TE BEPAAL 1. Bepaal die hoeveelheid mol reaktante. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding tussen reaktante en produkte 3. Gebruik die verhouding en bepaal die hoeveelheid mol produk 4. Bepaal die teoretiese massa van die produk 5. Bereken die persentasie opbrengs VRBEELD: 18 g van swaeldioksied, S, gereageer met suurstof om swaeltrioksied te vorm, S3. Die vergelyking vir die reaksie is: S (g) + (g) S 3 (g) 140 g van S3 was tydens die reaksie geproduseer. Bereken die persentasie opbrengs van die reaksie. 1. n(s ) = m M = = mol. 3. S : S 3 S : S 3 : 1 : 1 1 : 1 : mol S 3 4. m(s 3 ) = n M = ()( ) = 160g 5. Persentasie opbrengs = Massa van produk vervaardig Maksimum teoretiese massa van produk Persentasie opbrengs = Persentasie opbrengs = 87,5 %

56 Energie- en hemiese Verandering Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 ENERGIE VERANDERING Energie verandering vind plaas as gevolg van bindings wat breek en nuwe bindings wat vorm. Wanneer bindings gebreek word, word energie geabsorbeer vanuit die omgewing. Wanneer bindings gevorm word, word energie vrygestel aan die omgewing. Die netto energieverandering sal bepaal of die reaksie endotermies of eksotermies is. AKTIVERINGSENERGIE Vir n reaksie om te begin, moet energie eers geabsorbeer word om die bindings te breek. Dié energie staan bekend as die aktiveringsenergie- die minimum energie benodig vir n chemiese reaksie om plaas te vind. As die bindings eers gebreek is, vorm die atome in die chemiese sisteem n geaktiveerde kompleks- n onstabiele oorgangstoestand tussen die reaktante en produkte. ENDTERMIES Definisie: n Reaksie wat hitte energie absorbeer vanuit die omgewing Meer energie geabsorbeer as vrygestel Netto energieverandering is energie wat geabsorbeer word uit die omgewing Die chemiese sisteem se energie neem toe ($>0) Die omgewing se energie neem af Temperatuur van die omgewing neem af (proefbuis word kouer) Potensiele Energie- E P (kj) Reaktante Geak:veerde kompleks E A Reaksie verloop Effek van katalisator Produkte Δ 54 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus ENTALPIE EN ENTALPIEVERANDERING Entalpie () is die totale gestoorde chemiese energie (potensiële energie) van die reaktante en produkte. Tydens chemiese reaksies word energie geruil tussen die chemiese sisteem en die omgewing wat lei tot n verandering in die entalpie. Die verandering in entalpie, $, stel die hitte van die reaksie voor in kj mol 1. Die reaksiewarmte ($) is die netto verandering in chemiese potensiële energie van die sisteem. Δ = E produkte E reaktante EMIESE SISTEEM EN DIE MGEWING Die chemiese sisteem bestaan uit die reaktant en produk molekules. Die omgewing is dit wat die chemiese sisteem omring, insluitende die houer waarin die reaksie plaasvind, of die water waarin die molekules opgelos is. EKSTERMIES Definisie: n Reaksie wat hitte energie vrystel aan die omgewing Meer energie vrygestel as geabsorbeer Netto energieverandering is energie wat vrygestel word in die omgewing Die chemiese sisteem se energie neem af ($<0) Die omgewing se energie neem toe Temperatuur van die omgewing neem toe (proefbuis word warmer) Potensiële Energie- E P (kj) Reaktante Geak;veerde kompleks E A Reaksie verloop Effek van katalisator Δ Produkte KATALISATR Vir n reaksie om plaas te vind, moet daar genoeg energie (aktiveringsenergie) voorsien word vir die deeltjies om effektief te bots. Die hoeveelheid energie wat benodig word kan verminder word deur die gebruik van n katalisator. n Katalisator is n chemiese stof wat die aktiveringsenergie wat benodig word verlaag sonder om self deel te neem aan die reaksie. Deur die aktiveringsenergie te verlaag, kan die reaksietempo ook verhoog word. n Katalisator is n stof wat die reaksietempo verhoog, maar self onveranderd bly teen die einde van die reaksie. BELANGRIKE REAKSIES ENDTERMIES Fotosintese lig ; $>0 EKSTERMIES Sellulêre respirasie ; $<0 Verbranding ; $< ; $<0

57 TEMP VAN REAKSIES Die verandering in konsentrasie per eenheid tyd van óf 'n reaktant óf 'n produk. Tempo = Δ[produkte] Δt Tempo = Δ[reaktante] Δt Eenheid: Verandering in konsentrasie oor tyd (mol dm 3 s 1 ) Kan ook gegee word in terme van verandering in massa per eenheid tyd (g s 1 ) F verandering in volume per eenheid tyd (dm 3 s 1 ). Die helling van 'n konsentrasie/massa/volume teenoor tyd grafiek gee die tempo van 'n reaksie, dus 'n steiler helling beteken 'n hoër reaksietempo. BTSINGSTERIE Ten einde vir 'n reaksie om plaas te vind, moet molekules bots onder spesifieke omstandighede. Die voorwaardes vir suksesvolle botsings is: 1. Deeltjies moet bots met die korrekte oriëntasie. Die struktuur van die molekule en hul relatiewe oriëntasies met mekaar is belangrik vir effektiewe botsings. Sommige katalisators funksioneer deur die verbetering van molekulêre oriëntasie.. Deeltjies moet bots met genoeg energie (aktiveringsenergie). Die molekules moet bots met voldoende hoeveelheid energie (aktiveringsenergie) om bindings te breek en vir die reaksie om plaas te vind. MAXWELL-BLTZMAN VERSPREIDINGSKURWE Die Maxwell-Boltzmann verspreidingskurwe toon die verspreiding van die kinetiese energie van molekules. Die area onder die grafiek aan die regterkant van die EA lyn verteenwoordig die deeltjies met voldoende kinetiese energie. Tempo van reaksies Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Aantal deeltjies Sommige deeltjies het baie lae energie lae E K Meeste deeltjies het matige energie gemiddelde E K energie E A Sommige deeltjies het baie energie hoë E K Deeltjies met voldoende energie vir effektiewe botsings FAKTRE WAT DIE TEMP VAN REAKSIE BEïNVLED Temperatuur Toename in temperatuur verhoog reaksietempo. Wanneer die temperatuur verhoog word, het meer deeltjies genoegsame kinetiese energie om die aktiveringsenergie te oorkom en meer effektiewe botsings kan plaasvind. Aantal deeltjies Konsentrasie (slegs gasse en oplossings) Verhooging in konsentrasie verhoog reaksietempo. oe groter die konsentrasie, hoe meer deeltjies is beperk in 'n kleiner ruimte. Dit lei tot meer botsings, en daarom meer effektiewe botsings. As die konsentrasie van 'n beperkende reagens verhoog word, kan meer produk gevorm word. Aantal deeltjies Katalisator Die teenwoordigheid van 'n katalisator verlaag die aktiveringsenergie (EA). Die deeltjies vereis minder botsingsenergie om 'n effektiewe botsing te ondergaan, wat lei tot meer effektiewe botsings., Aantal deeltjies 1M 0,5M Energie E A Energie Energie E A E A (Katalisator) E A (Geen katalisator) oeveelheid produk (mol)/(mol dm 3 ) oeveelheid produk (mol)/(mol dm 3 ) oeveelheid produk (mol)/(mol dm 3 ) Tyd (s) Tyd (s) Tyd (s) 55 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Aard van reaktante Die fisiese en chemiese eienskappe van sekere molekules maak dat hulle meer geneig is om te reageer. Byvoorbeeld: het baie effektiewe oriëntasies F se elektronegatiwiteit maak dit meer reaktief Tersiêre alkohole se effektiewe oriëntasies is beperk as gevolg van molekulêre strukture. Eenvoudige (a + ) en ingewikkelde (4 ) ione. Toestand van verdeeldheid / oppervlakarea (slegs vastestowwe) Verhoog toestand van verdeeldheid (poeier in plaas van stukke) verhoog reaksietempo deur die verhoging van effektiewe oriëntasies en oppervlakarea. oeveelheid produk (mol)/(mol dm 3 ) Tyd (s) Druk (slegs gasse) Verhoog druk (deur 'n vermindering in volume) sodat konsentrasie van die gas verhoog en dus die tempo van die reaksie verhoog. oeveelheid produk (mol)/(mol dm 3 ) Tyd (s) MANIERE M TEMP TE MEET 1. Verandering in massa. Volume gas geproduseer 3. Verandering in kleur 4. Troebelheid (neerslag) 5. Verandering in p

58 'n oop sisteem is voortdurend in wisselwerking met sy omgewing. 'n Geslote sisteem is geïsoleerd van sy omgewing en is een waar geen reaktante of produkte die sisteem kan verlaat of betree nie. 'n Reaksie is 'n omkeerbare reaksie wanneer produkte terug na reaktante omgeskakel kan word. mkeerbare reaksies word voorgestel met dubbele pyle. Byvoorbeeld: Waterstof reageer met jodium om waterstofjodied te vorm: (g) + I (g) I(g) Waterstofjodied kan ontbind om waterstof en jodium te vorm: I(g) (g) + I (g) Daarom kan die omkeerbare reaksie geskryf word as: Voorwaartse reaksie (g) + I (g) I(g) Terugwaartse reaksie hemiese ewewig is 'n dinamiese ewewig wanneer die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse reaksie. hemiese ewewig kan slegs bereik word in 'n geslote sisteem. hemiese Ewewig Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Konsentrasie (mol dm 3 ) Tempo van reaksie (g) I (g) I(g) Tyd (min) Voorwaartse reaksie (g) + I (g) I(g) Terugwaartse reaksie I(g) (g) + I (g) Tyd (min) Ewewig bereik t 1 Ewewig bereik t 1 Ewewig: (g) + I (g) I(g) Tempo van reaksie bly konstant na ewewig bereik is Konsentrasie bly konstant nadat ewewig bereik is LE ATELIER SE BEGINSEL Wanneer die ewewig in 'n geslote sisteem versteur word, stel die sisteem 'n nuwe ewewig in deur die reaksie wat die versteuring teenwerk, te bevoordeel. Ewewig sal verskuif om 'n toename in die konsentrasie van óf reaktante of produkte te verminder. Reaktant bygevoeg: bevoordeel voorwaartse reaksie Produk bygevoeg: bevoordeel terugwaartse reaksie Ewewig sal verskuif om 'n afname in konsentrasie van óf reaktante of produkte te verhoog. Reaktant verwyder: bevoordeel terugwaartse reaksie Produk verwyder: bevoordeel voorwaartse reaksie. Die konsentrasie kan verander word deur die byvoeging/verwydering van reaktante/produkte wat in oplossing (aq) of gasvorm (g) is. Die verandering van die massa van suiwer vaste stowwe (s) of volume van vloeistowwe (l) sal nie die ewewig versteur of die tempo van die reaksie verander nie. Ewewig sal verskuif om 'n toename in druk te verminder deur rigting van die reaksie wat minder molekules produseer te bevoordeel. Ewewig sal verskuif om 'n afname in druk te verhoog deur die reaksie wat meer molekules produseer te bevoordeel. m die reaksie rigting te identifiseer, gebruik die verhoudings in die gebalanseerde vergelyking. Ewewig sal skuif na die endotermiese reaksie indien die temperatuur verhoog word. Ewewig sal skuif na die eksotermiese reaksie indien die temperatuur verlaag word. Die hitte van die reaksie, Δ, dui altyd die voorwaartse reaksie aan. LET WEL: 'n Toename in temperatuur verhoog die tempo van beide die voorwaartse en die terugwaartse reaksie, maar verskuif die ewewigsposisie. Faktore wat ewewigsposisie beïnvloed 1. Konsentrasie. Druk (slegs gasse) N (g) + 3 (g) N 3 (g) 3. Temperatuur LET WEL: Temperatuur verandering is N 4 (g) die enigste verandering wat Kc beïnvloed. Tyd (min) t 1 t 56 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Konsentrasie (mol dm 3 ) Konsentrasie (mol dm 3 ) N (g) (g) Konsentrasie (mol dm 3 ) N 3 (g) Tyd (min) N (g) (g) I (g) I(g) Druk verlaag t 1 t Druk verhoog N (g) N 4 (g); Δ = -57 kj Temperatuur verhoog (g) + I (g) I(g) Tyd (min) I verwyder Temperatuur verlaag t 1 t bygevoeg Verwyder I (t1): Wanneer I verwyder word, sal die sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie te bevoordeel wat meer I produseer. mdat die voorwaartse reaksie bevoordeel word, word van die reaktante gebruik. Voeg by (t): Wanneer bygevoeg word sal die sisteem ewewig herstel deur die reaksie te bevoordeel wat op gebruik. mdat die voorwaartse reaksie bevoordeel word, sal die reaktante gebruik word en meer produkte sal vorm. Druk afname (t1): Wanneer die druk verlaag word, sal die sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat meer mol gas produseer te bevoordeel. Die terugwaartse reaksie word bevoordeel, wat 4 mol reaktante vir elke mol produkte gebruik. Druk toename (t): Wanneer die druk verhoog word, sal die sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat minder mol gas produseer te bevoordeel. Daar word mol produk vir elke 4 mol reaktante gebruik. Temperatuur toename (t1): Wanneer die temperatuur verhoog word, sal die sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat die temperatuur verlaag (d.w.s die endotermiese reaksie) te bevoordeel. Die terugwaartse reaksie word bevoordeel omdat die voorwaartse reaksie eksotermies is. Die gasmengsel word bruin. Temperatuur afname (t): Wanneer die temperatuur verlaag word, sal die sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat die temperatuur verhoog (d.w.s die eksotermiese reaksie) te bevoordeel. Die voorwaartse reaksie word bevoordeel. Die gasmengsel word kleurloos.

59 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 GEMEENSKAPLIKE INEFFEK Wanneer ioniese stowwe in oplossing is, vorm dit ione: Nal(s) Na + (aq) + l (aq) wit k leurloos As l by hierdie oplossing gevoeg word, sal die konsentrasie van l ione verhoog omdat l 'n gemeenskaplike ioon is. Die stelsel sal probeer om weer ewewig te herstel deur die terugwaartse reaksie te bevoordeel, wat 'n wit natriumchloried neerslag vorm. Die versteuring van 'n stelsel in ewewig, wat plaasvind wanneer die konsentrasie van 'n gemeenskaplike ioon verhoog, staan bekend as die gemeenskaplike iooneffek. KATALISATR EN EWEWIG Wanneer 'n katalisator bygevoeg word, word die tempo van die voorwaartse sowel as die terugwaartse reaksie verhoog. Die gebruik van 'n katalisator het geen invloed op die ewewigsposisie of die Kc-waarde nie, maar laat die reaksie toe om ewewig vinniger te bereik. Voorwaartse reaksie (g) + I (g) I(g) Tempo van reaksie Terugwaartse reaksie I(g) (g) + I (g) Tyd (min) BESKRYF EWEWIGSVERSKUIWING VL- GENS LE ATELIER 1. Identifiseer die versteuring Byvoeging/verwydering van reaktante of produkte, druk verandering, temperatuur verandering.. Stel Le hatelier se beginsel 3. Stelsel se reaksie Gebruik/skep meer produkte of reaktante, maak meer/minder gasmolekules, toename/afname in temperatuur. 4. Stel bevoordeelde reaksie 5. Bespreek resultate Ewewig skuif, verandering van kleur/konsentrasie/ druk/temperatuur. t 1 Katalisator bygevoeg VRBEELD: EWEWIGSKNSTANTE (K) Algemene vergelyking: aa + bb c Waar A,B, chemiese stowwe is (SLEGS aq en g, NIE s of l!) en a,b,c is molverhouding nommers K c = []c [A] a [B] b Kc waarde is n verhouding en het daarom geen eenhede nie. As Kc > 1 lê ewewig na regs daar is meer produkte as reaktante. As Kc < 1 lê ewewig na links daar is meer reaktante as produkte. Kc waardes is konstant by sekere temperature. As die temperatuur van die stelsel verander sal Kc ook verander. Temperatuur Neem toe Neem af Beskou die volgende sisteem in ewewig: hemiese Ewewig Kc van Eksotermies Neem af Neem toe Kc van Endotermies Neem toe Neem af ol 4 (aq) + (l) o( ) 6 + (aq) + 4l (aq) Δ < 0 bl ou pien k Vir elke verandering wat gemaak word tot die sisteem stel en verduidelik die kleur verandering wat waargeneem word. a) Water word bygevoeg Byvoeging van water verminder die konsentrasie van al die ione. Volgens Le hatelier se beginsel saldie ewewig verskuif op so n manier om meer ione te produseer. Dus word die voorwaartse reaksie word bevoordeel, wat meer produk vorm en die oplossing word pienk. b) AgN3 word bygevoeg Byvoeging van AgN3 skep 'n onoplosbare presipitaat Agl. Dit verminder die l ioon konsentrasie. Volgens Le hatelier se beginsel sal die ewewig verskuif op so n manier om meer l ione te produseer. Dus word die voorwaartse reaksie word bevoordeel, meer produk vorm en die oplossing word pienk. VRBEELD: EWEWIGSKNSTANTE TABEL Die ewewigskonstante tabel help om die konsentrasie van reaktante en produkte te bereken wanneer die reaksie ewewig bereik. 3 mol N word in 'n 1,5 dm 3 houer geplaas en die volgende ewewig word ingestel: As geen volume gegee word nie, N(g) N4(g) neem volume aan as = 1 dm 3 By ewewig is gevind dat 0,3 mol N teenwoordig in die houer is. Bereken die waarde van die ewewigskonstante vir hierdie reaksie. c) Temperatuur word verhoog Die temperatuur van die sisteem word verhoog. Volgens Le hatelier se beginsel sal die ewewig verskuif op so 'n manier om die temperatuur te verminder. Die terugwaartse endotermiese reaksie word bevoordeel. Dus verminder die temperatuur, meer reaktant Katalisator: Vanadiumpentoksied (V5) vorm en die oplossing word blou. 57 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus N Verhouding 1 orspronklik (mol) 3 0 N4 Verandering (mol) ,35 Ewewig (mol) Ewewig konsentrasie in (mol dm 3 ) 0,3/1,5= 0, 1,35/1,5 =0,9 TEPASSING VAN EMIESE EWEWIG K c = [N 4 ] [N ] = (0,9) (0,) =,5 Die aber Proses: N(g) + 3(g) N3(g) Δ<0 Temperatuur: Die voorwaartse reaksie is eksotermies, daarom sal n afname in temperatuur die voorwaartse eksotermiese reaksie bevoordeel. n Afname in temperatuur sal egter ook die tempo van die reaksie laat afneem. Daarom word n kompromie tussen tempo en opbrengs gevind teen n temperatuur tussen 450 en 550. Druk: mdat daar minder reaktant gas deeltjies as produk gas deeltjies is, sal n toename in druk die produksie van die produk bevoordeel. Daarom word die reaksie onder n hoë druk van 00 atm uitgevoer. Katalisator: Yster of ysteroksied Die kontakproses: S(g) + (g) S3(g) Δ < 0 Temperatuur: Die voorwaartse reaksie is eksotermies, daarom sal n afname in temperatuur die voorwaartse eksotermiese reaksie bevoordeel. n Afname in temperatuur sal egter ook die tempo van die reaksie laat afneem. Daarom word 'n kompromie tussen tempo en opbrengs gevind teen 'n temperatuur van 450. Druk: Daar is meer reaktant gasdeeltjies as produk gasdeeltjies, dus 'n toename in druk sal die produksie van produkte bevoordeel. In die praktyk alhoewel sal 'n baie hoë opbrengs verkry word by atmosferiese druk.

60 hemiese Ewewig - Tempo en Konsentrasie Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 N + N <0 1: Toename in druk Le hatelier: Die voorwaartse reaksie word bevoordeel, minder gas deeltjies word gevorm en druk verlaag. : Afname in druk Le hatelier: Die terugwaartse reaksie word bevoordeel, meer gas deeltjies word gevorm en die druk verhoog. N Konsentrasie: Konsentrasie van alle gasse neem skerp toe. Die voorwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik toe, [N], [] neem geleidelik af. Konsentrasie: Konsentrasie van alle gasse neem skerp af. Die terugwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik af, [N], [] neem geleidelik toe. Reaksie Tempo Konsentrasie N Voorwaartse reaksie Tempo: Konsentrasie van alle gasse neem toe, daarom neem die tempo van beide die voorwaartse en terugwaartse reaksie toe. Volgens Le hatelier sal die voorwaartse reaksie bevoordeel word, daarom ervaar die voorwaartse reaksie n groter toename in tempo. 3: word bygevoeg Le hatelier: Die voorwaartse reaksie word bevoordeel om die [] te verlaag. Konsentrasie: Konsentrasie van neem skerp toe. Die voorwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik toe, [N], [] neem geleidelik af. Tempo: n Toename in konsentrasie van n reaktant lei tot n toename in die tempo van die voorwaartse reaksie. 5: Toename in temperatuur Le hatelier: Die terugwaartse (endotermiese) reaksie word bevoordeel om die temperatuur te verlaag. Konsentrasie: Die terugwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik af, [N], [] neem geleidelik toe. Tempo: Konsentrasie van alle gasse neem af, daarom neem die tempo van beide die voorwaatse en terugwaartse reaksie af. Volgens Le hatelier sal die terugwaartse reaksie bevoordeel word, daarom ervaar die terugwaartse reaksie n kleiner afname in tempo. 4: N word verwyder Le hatelier: Die terugwaartse reaksie word bevoordeel om die [N] te verhoog. Konsentrasie: Konsentrasie van N neem skerp af. Die terugwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik af, [N], [] neem geleidelik toe. Tempo: n Afname in konsentrasie van n reaktant lei tot n toename in die tempo van die terugwaartse reaksie. 6: Afname in temperatuur Le hatelier: Die voorwaartse (eksotermiese) reaksie word bevoordeel om temperatuur te verhoog. Konsentrasie: Die voorwaartse reaksie word bevoordeel. [N] neem geleidelik toe, [N], [] neem geleidelik af. Terugwaartse reaksie Tempo: n Toename in temperatuur verhoog die tempo van beide die voorwaartse en terugwaartse reaksies. Volgens Le hatelier sal die terugwaartse reaksie bevoordeel word, daarom ervaar die terugwaartse reaksie n groter toename in tempo. Tempo: n Afname in temperatuur verlaag die tempo van beide die voorwaartse en terugwaartse reaksies. Volgens Le hatelier sal die voorwaartse reaksie bevoordeel word, daarom ervaar die voorwaartse reaksie n kleiner afname in tempo. 58 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

61 Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 PLIPRTIESE SURE Sommige sure kan meer as een proton skenk. Die aantal protone wat n suur skenk staan bekend as die protisiteit. 1 proton- monoproties l l + + GEKNJUGEERDE SUUR-BASIS PARE n Suur vorm n gekonjugeerde basis wanneer dit n proton skenk. suur gekonjugeerde basis + + n Basis vorm n gekonjugeerde suur wanneer dit n proton ontvang. basis + + gekonjugeerde suur Gekonjugeerde suur-basispare is verbindings wat slegs met die teenwoordigheid van n proton, of +, verskil. AMFLIET/AMFTERIESE STWWE Amfoliet - n Stof wat as beide n suur of n basis kan optree. Amfoteriese/amfiprotiese stowwe kan dus n proton skenk of ontvang. Algemene amfoliete sluit, 3 en S4 in. S4 as n amfoliet: Suur: S4 + S Basis: S4 + S4 + protone- diproties S4 S4 + + S4 S4 + + VRBEELD: Identifiseer die gekonjugeerde suur-basispare in die volgende voorbeeld: Gekonjugeerde suur-basis paar 3 protone- triproties 3P4 P4 + + P4 P4 + + P4 P N 3 (g) + (l) N 3 (aq) (aq) suur SUUR / BASIS DEFINISIES Arrhenius: n Suur is n stof wat in water ioniseer om waterstofione ( + ) te vorm. n Basis is n stof wat in water dissosieër om hidroksiedione ( ) te vorm. Bronsted-Lowry: n Suur is n stof wat n proton ( + ) skenk. n Basis is n stof wat n proton ( + ) ontvang. + basis Gekonjugeerde suur-basis paar Gekonjugeerde basis Gekonjugeerde suur STERK TEENR SWAK Die sterkte van n suur/basis verwys na die vermoë van n stof om te ioniseer of dissosieer. SUUR n Sterk suur sal volledig in water ioniseer. l (g) + (l) 3 + (aq) + l (aq) (sterk suur swak gekonjugeerde basis) n Swak suur sal slegs gedeeltelik in water ioniseer. 3 (l) + (l) 3 + (aq) + 3 (aq) + 3 (aq) (Swak suur sterk gekonjugeerde basis) BASIS Sure en Basisse GEKNSENTREERD TEENR VERDUN Konsentrasie is die hoeveelheid opgeloste stof wat in n gegewe volume oplosmiddel opgelos is. n Gekonsentreerde suur is n suur met n groot hoeveelheid opgeloste stof (suur) wat in n klein volume oplosmiddel (water) opgelos is. n Verdunde suur is n suur met n klein hoeveelheid opgeloste stof (suur) wat in n groot volume oplosmiddel (water) opgelos is. Gekonsentreerde sterk suur - 1 mol.dm -3 van l Gekonsentreerde swak suur - 1 mol.dm -3 van 3 Verdunde sterk suur - 0,01 mol.dm -3 van l Verdunde swak suur - 0,01 mol.dm -3 van 3 n Sterk basis sal volledig in water dissosieer. Na (s) Na + (aq) + (aq) (sterk basis swak gekonjugeerde suur) n Swak basis sal slegs gedeeltelik in water dissosieer. Mg() (s) Mg + (aq) + (aq) + Mg() (aq) (swak basis sterk gekonjugeerde suur) N3 is n uitsondering, dit sal ioniseer. N3 (g) + (l) (aq) + N4 + (aq) 59 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus INVLED VAN SUUR/BASIS STERKTE Reaksietempo Reaksietempo sal toeneem soos die sterkte van die suur- of basiskonsentrasie toeneem. Sterker suur = hoër konsentrasie van ione = groter tempo van reaksie. Geleidingsvermoë Geleidingsvermoë neem toe soos die sterkte van die suur/ basis toeneem. Sterker suur = hoër konsentrasie van + = groter geleidingsvermoë. ALGEMENE SURE Soutsuur (l) Salpetersuur (N3) Swaelsuur (S4) Koolsuur (3) Asynsuur / etanoësuur (3) Fosforsuur (3P4) S T E R K S W A K p ALGEMENE BASISSE Natriumhidroksied (Na) Kaliumhidroksied (K) Natriumwaterstofkarbonaat (Na3) Kalsiumkarbonaat (a3) Natriumkarbonaat (Na3) Ammoniak (N3) S T E R K S W A K Die p van n oplossing is die getal wat die suurheidsgraad of alkaliniteit van n stof voorstel. Die p kan as die negatiewe logaritme van die waterstof-ioonkonsentrasie in die oplossing, gedefinieer word. oe groter die + konsentrasie in die oplossing, hoe meer suur is die oplossing en hoe laer is die p van die oplossing. oe laer die + konsentrasie in die oplossing, hoe meer alkalies is die oplossing en hoe hoër is die p van die oplossing. Die p-skaal strek van 0 tot 14. Neutraal

62 Sure en Basisse Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 PRTLITIESE REAKSIES Protolitiese reaksies is reaksies waartydens protone ( + ) oorgedra word. suur + metaal sout + A + M A + M + + N3(aq) + Na(s) NaN3(aq) + (g) suur + metaalhidroksied sout + A + M A + M + + S4(aq) + Mg()(aq) MgS4(aq) + (l) suur + metaaloksied sout + A + M A + M + + l (aq) + Mg(s) Mgl(aq) + (l) suur + metaalkarbonaat sout + + A + M3 A + M l (aq) + a3(s) al(aq) + (l) + (g) Die ioniese sout is uit A (van die suur) en M + (van die basis) opgemaak. IDRLISE VAN SUTE idrolise is die reaksie van n sout en water. Tydens SUUR BASIS SUT die hidrolise, sal die sout n suur, alkali of neutrale Sterk Swak Suur oplossing vorm. Die suurheidsgraad van die sout Sterk Sterk Neutraal hang af van die relatiewe Swak Swak Neutraal sterkte van die suur en basis wat gebruik word. Swak Sterk Alkalies oe om p van n sout te bepaal N4l N4l N4 + + l N4 + + N l + l + N3 is n swak basis Ewewig lê na regs oë konsentrasie 3 + l is n sterk suur Ewewig lê na links Lae konsentrasie oë [3 + ], lae [ ], N4l(aq) is suur (p<7) Na3 Na3 Na Na + + Na Na is n sterk basis Ewewig lê na links Lae konsentrasie + /3 + 3 is n swak suur Ewewig lê na regs oë konsentrasie Lae [3 + ], hoë [ ], Na3(aq) is alkalies (p>7) INDIKATRS n Indikator is n verbinding wat van kleur verander volgens die p van n oplossing. Tydens titrasies, moet die indikator volgens die suurheidsgraad/alkaliniteit, van die sout wat vorm, gekies word. (sien hidrolise) INDIKATR Neutraal: p 7 KLEUR IN SUUR KLEUR IN BASIS KLEUR BY EKWIVALENSIE PUNT Lakmoes Rooi Blou 4,5-8,3 Metieloranje Rooi Geel ranje 3,1-4,4 Bromotimolblou Geel Blou Groen 6,0-7,6 p REEKS VAN EKWIVALENSIE PUNT Fenolfthaleïen Kleurloos Pink Ligte pink 8,3-10,0 Neutralisasie is wanneer die ekwivalensiepunt bereik is. Die ekwivalensiepunt is NIE by n p van 7 nie, maar wanneer die molêre hoeveelheid van die suur en basis dieselfde is volgens die molverhouding. Die p by neutralisasie hang van die sout wat vorm af. (sien hidrolise) TITRASIE n Titrasie is n praktiese laboratoriummetode om die konsentrasie van n suur of n basis te bepaal. Die konsentrasie van n suur of n basis kan deur akkurate neutralisasie met n standaardoplossing bepaal word. n Standaardoplossing is n oplossing waarvan die konsentrasie bekend is. Neutralisasie vind by die ekwivalensiepunt plaas, wanneer die molêre hoeveelheid van suur en basis dieselfde is volgens die molverhouding. n a n b = c a V a c b V b n- aantal mol van n stof (mol)/molverhouding c- konsentrasie van suur/basis (mol.dm 3 ) V- volume van oplossing (dm 3 ) 1 ml = 1 cm 3 1 L = 1 dm ml = 1 L 1000 cm 3 = 1 dm 3 V b V a pstel van n titrasie Buret Suur 1. Pipeteer die bekende oplossing in die koniese fles (gewoonlik die basis).. Voeg die geskikte indikator by die koniese fles. Koniese fles Basis & Indikator 3. Voeg n onbekende konsentrasie van die oplossing in die buret (gewoonlik die suur). 4. Voeg die oplossing van die buret druppel vir druppel by die koniese fles (onthou om te meng). VRBEELD: 5. Stop wanneer die indikator die neutralisasie- of ekwivalensiepunt bereik het. 60 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus Tydens n titrasie word 5 cm 3 van n verdunde S4 oplossing, geneutraliseer deur 40 cm 3 Na oplossing. Indien die konsentrasie van die S4 oplossing 0,5 mol.dm 3 is, bereken die konsentrasie van die Na. Deur titrasie formule na = c ava n b c b V b 1 = (0,5)(0,05) c b (0,04) c b = 0,31 mol dm 3 S 4 + Na Na S 4 + n a = 1 c a = 0,5 mol dm 3 V a = 5 cm 3 n b = c b =? V b = 40 cm 3 Deur eerste beginsels: Suur: n = cv = (0,5)( ) Basis: c = = 6, mol n V 6,5 10 = = 0,31 mol dm 3

63 BEREKEN P WAARDES p = log[ 3 + ] p = [ ] p + p = 14 Sterk sure ioniseer volledig in water, wat beteken dat alle sure hul protone, +, skenk. Die konsentrasie van die + ione kan bepaal word vanaf die aanvanklike konsentrasie van die suur, deur die protisiteit van die suur in ag neem. Monoproties: l(g) + (aq) + l (aq) 1 mol : 1 mol : 1 mol 0,3 mol dm 3 : 0,3 mol dm 3 : 0,3 mol dm 3 Diproties: S4(g) +(aq) + S4 (aq) 1 mol : mol : 1 mol 0,3 mol dm 3 : 0,6 mol dm 3 : 0,3 mol dm 3 Triproties: 3P4(g) + (aq) + P4 3 (aq) VRBEELD: 1 mol : 3 mol : 1 mol 0,3 mol dm 3 : 0,9 mol dm 3 : 0,3 mol dm 3 Bereken die p van n S4 oplossing met n konsentrasie van 0,5 mol dm 3 Stap 1: Skryf die ionisasie reaksie neer: S S 4 Stap : Bepaal die verhouding van suur tot 3 + ione Stap 3: Bepaal die [3 + ] Stap 4: Bereken die p S 4 : 1 : [ 3 + ] = [ S 4 ] = (0,5) = 0,5mol dm 3 p = log[ 3 + ] = log(0,5) = 0,3 Sure en Basisse Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 UT-INISASIE VAN WATER EN KW Water ioniseer om hidronium en hidroksiedione in die volgende reaksie te vorm: (l) 3 + (aq) + (aq) Die konsentrasie van 3 + (aq) en (aq) is gelyk, en die ewewigskonstante vir die ionisasie van water (Kw) is 1, (by 'n temperatuur van 5 of 98 K), dus: [3 + ] [ ] = 1, mol dm 3 [3 + ] [ ] VRBEELD: Bereken die p van n Ba() oplossing met n konsentrasie van 0,35 mol dm 3. Stap 1: Skryf die dissosiasie reaksie neer Ba() (s) Ba + (aq) + (aq) Stap : Bepaal die molverhouding van basis tot ione 1 mol Ba() : mol Stap 3: Bepaal die [ ] [ ] = [Ba() ] = (0,35) = 0,7 mol dm 3 Stap 4: Bepaal die [3 + ] [ 3 + ][ ] = 1, [ 3 + ](0,7) = 1, Stap 5: Bereken die p p = log [3 + ] = log (1,43 x ) = 13,84 = 1, mol dm 3 = 1, mol dm 3 Wanneer die konsentrasie van 3 + (aq) en (aq) gelyk is, is die oplossing neutraal en het n p van 7. [ 3 + ] = 1, mol dm 3 61 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus KA EN KB WAARDES Wanneer swak sure of basisse in water opgelos word, vind slegs gedeeltelike ionisasie/dissosiasie plaas. Daar is 'n mengsel van die oorspronklike reaktante asook die ioniese produkte wat gevorm word. Die omvang van ionisasie kan op dieselfde wyse hanteer word as die mate waarin 'n ewewigsreaksie plaasvind. Die suur dissosiasiekonstante (Ka) en basis dissosiasiekonstante (Kb) waardes is soos die ewewigskonstante (Kc), maar beskryf spesifiek die omvang van ionisasie/ dissosiasie, en dus die sterkte van die suur/basis. Bereken Ka A + A K a = [A ][ 3 + ] [A] B + B + + K b = [B+ ][ ] [B] Bereken Kb BEPAAL KNSENTRASIE VANAF P m die [3 + ] te bepaal wanneer die p bekend is: VRBEELD: p = log[ 3 + ] [ 3 + ] = 10 p K a = [ 3 ][ 3 + ] [ 3 ] N 3 + N4 + + K b = [N+ 4 ][ ] [N 3 ] 0,1 mol F word opgelos in 1 dm 3 water. Bepaal die Ka van F as die p gevind is om,1 te wees. F dissosieer volgens die volgende chemiese vergelyking: (l) + F (aq) 3 + (aq) + F (aq) p = log[ + ] [ 3 + ] = 10,1 [ 3 + ] = 7, g mol 3 Ewewig konsentrasie in (mol dm 3 ) K a = [ 3 + ][F ] [F] = (7, )(7, ) 0,09 = 6, F 3 + F Verhouding orspronklike (mol) 0,1 0 Verandering (mol) 7, , , Ewewig (mol) 0,09 7, , ,09 7, ,

64 Elektrochemie-Redoks Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 REDKSREAKSIES n Redoksreaksie is n reaksie waarin elektronoordrag tussen verbindings en elemente plaasvind. ksidasie is die verlies van elektrone (oksidasietoestande neem toe) Reduksie is die wins van elektrone (oksidasietoestande neem af) Die oksideermiddel is die stof wat elektrone ontvang. (Dit is die stof wat gereduseer word en wat veroorsaak dat n ander stof oksideer.) Die reduseermiddel is die stof wat elektrone skenk.(dit is die stof wat geoksideer word en wat veroorsaak dat n ander stof reduseer.) Die anode is die elektrode waar oksidasie plaasvind. Die katode is die elektrode waar reduksie plaasvind. TABEL VAN STANDAARD REDUKSIEPTENSIALE (REDKSTABEL) Die oksidasie en reduksie reaksies kan ook bepaal word met behulp van die Tabel van Standaard Reduksiepotensiale. (ns gebruik Tabel 4B). Die reaksies op die tabel word almal geskryf as reduksie-halfreaksies, met die omkeerbare reaksie pyl ( ) getoon. Dit beteken dat elke reaksie omkeerbaar is. Wanneer die reaksie van die tabel af geskryf word, moet die pyltjie is slegs een rigting wys (bv. ). ksideermiddel (swak) (ksidasie reaksie) Li + + e - Li Positiewe helling Spontane reaksie Reduseermiddel (sterk) VE: Verlies aan elektrone is oksidasie WER: Wins aan elektrone is reduksie VELKS: Verlies aan elektone is oksidasie REDKAT: Reduksie by katode ANKS: ksidasie by anode (sterk) F + e - F - (Reduksie reaksie) (swak) Die reduksiehalfreaksie word vanaf die tabel geskryf van links na regs en die oksidasiehalfreaksie word geskryf van regs na links. Wanneer die halfreaksies geidentifiseer word, is dit moontlik om die gebalanseerde reaksie neer te skryf, sonder toeskouer ione. nthou dat die hoeveelheid elektrone wat bygekry of verloor word deur elke stof dieselfde moet wees. Wanneer die lyn wat geteken word n positiewe helling het, is die reaksie spontaan. Wanneer die lyn wat geteken word n negatiewe helling het, is die reaksie nie spontaan nie. STAPPE M GEBALANSEERDE REDKSREAKSIES TE SKRYF DEUR GEBRUIK TE MAAK VAN DIE REDKSTABEL. 1. IDENTIFISEER DIE REAKTANTE. NDERSTREEP REAKTANTE P DIE REDKSTABEL 3. TEKEN PYLTJIES IN DIE RIGTING VAN DIE REAKSIE 4. SKRYF DIE KSIDASIE- EN REDUKSIE ALF-REAKSIES 5. BALANSEER ELEKTRNE INDIEN NDIG 6. SKRYF DIE ALGEELE REAKSIE (LAAT TESKUER INE WEG) VRBEELD: Sinkmetaal reageer met 'n suur, + (aq) om waterstofgas te produseer. Deur gebruik te maak van die oksidasie- en reduksie halfreaksies skryf 'n gebalanseerde vergelyking vir hierdie reaksie neer. STAP 1: IDENTIFISEER DIE REAKTANTE Zn(s) en + (aq) STAP : NDERSTREEP REAKTANTE P DIE REDKSTABEL STAP 3: TEKEN PYLTJIES IN DIE RIGTING VAN DIE REAKSIE STAP 4: SKRYF DIE KSIDASIE- EN REDUKSIE ALF-REAKSIES ks halfreaksie: Red halfreaksie: Zn Zn + + e + + e STAP 5: BALANSEER ELEKTRNE INDIEN NDIG STAP 6: SKRYF DIE ALGEELE REAKSIE (LAAT TESKUER INE WEG) Algehele reaksie: Zn + + Zn + + VRBEELD: Magnesiumlint verbrand in 'n gassilinder wat chloorgas bevat. Deur gebruik te maak van halfreaksies skryf 'n gebalanseerde chemiese vergelyking vir hierdie reaksie. ks halfreaksie: Mg Mg + + e Red halfreaksie: l + e l Algehele reaksie: VRBEELD: Mg + l Mg + + l Deur gebruik te maak van halfreaksies, voltooi en balanseer die volgende reaksie: Pb + Ag + ks halfreaksie: Pb Pb + + e Red halfreaksie: Ag + + e Ag ks halfreaksie: Pb Pb + + e (x Red halfreaksie): Ag + + e Ag Algehele reaksie: Pb + Ag + Pb + + Ag 6 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus

65 n Galvaniese sel reaksie is altyd n spontane, eksotermiese reaksie waartydens chemiese energie omgeskakel word na elektriese energie. STRUKTUUR Twee halfselle (gewoonlik in afsonderlike houers): Anode - waar oksidasie plaasvind - negatiewe elektrode Katode - waar reduksie plaasvind - positiewe elektrode Die anode en katode word met mekaar verbind deur middel van 'n eksterne stroombaan, wat stroomvloei vanaf die anode na die katode moontlik maak. SUTBRUG Die soutbrug verbind die twee halfselle: Gevul met 'n versadigde ioniese sout van óf Kl, Nal, KN3 of NaS4 Die punte van die buise word gestop met 'n poreuse materiaal soos watte of glaswol. Funksies van die soutbrug: Voltooi die stroombaan (wat stroomvloei toelaat). andhaaf die neutraliteit van die elektroliet oplossings. Elektrochemie- Galvaniese/voltaïese sel Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Anode V Soutbrug + Elektroliet Voltmeter EWEWIG IN 'N SEL Elektroliet Katode Wanneer die stroombaan volledig is sal die stroom begin vloei. Die stroom en potensiaalverskil van die sel hou verband met die tempo van die reaksie en die mate waarin die reaksie in die sel ewewig bereik het. Soos die chemiese reaksie verloop, sal die tempo van die voorwaartse reaksie verlaag, sodat die tempo van oordrag van elektrone ook sal afneem wat lei tot die E θ sel waarde wat afneem. Wanneer die selpotensiaal daal sal die stroom in die stroombaan ook afneem. Die selpotensiaal sal voortgaan om geleidelik af te neem totdat ewewig bereik word waar die selpotensiaal dan nul is en die battery "pap" is. EMK VAN DIE SEL Die emk van die sel word bereken deur een van die volgende formules te gebruik: E θ sel = Eθ katode Eθ anode E θ sel = Eθ reduksie Eθ oksidasie E θ sel = Eθ oksideermiddel Eθ reduseermiddel Die emk van die halfselle word bepaal deur gebruik te maak van die standaard waterstof halfsel. Standaard waterstof-halfsel Die waterstof-halfsel word 'n verwysings potensiaal van 0,00 V toegeken. Alle ander halfselle het 'n potensiaal wat óf hoër of laer as die verwysing is. ierdie verskil is die lesing op die voltmeter wat geplaas word in die stroombaan. by 1 atm Platinum elektrode word deur die elektroliet oor die platinum elektrode geborrel. Reduksiepotensiale word gemeet onder standaardtoestande: temperatuur 5 ; 98 K konsentrasie van die oplossing 1 mol dm 3 druk 1 atm; 101,3 kpa. Die sel-notasie vir die waterstof halfsel is: Pt, (g) / + (aq) (1 mol dm 3 ) VRBEELD Beskou die selnotasie van die volgende elektrochemiese sel: Pt,(g)/S4(aq) (0,5 mol dm 3 )// us4(aq) (1 mol dm 3 )/u(s) Die eksperimenteel bepaalde selpotensiaal is 0,34 V by 5. As n waarde van 0,00 V gegee word aan die waterstof hafsel, beteken dit dat die waarde van die koper halfsel 0,34 V is. E θ sel = E θ katode E θ anode 0,34 = E θ (u) 0,00 E θ (u) = 0,34 V Temperatuur = 98 K Verdunde S 4 [ + ] = 1 mol dm 3 Die sink halfsel: Sink elektrode Sink soutoplossing (bv. sink (II) nitraat) ksidasie reaksie vind plaas: Zn Zn + + e Anode Anode Elektrode massa neem af 63 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus SINK-KPER SEL Voltmeter Die koper halfsel: Koper elektrode Koper soutoplossing (bv. koper (II) nitraat) Reduksie reaksie vind plaas: u + + e u Katode Elektrode massa neem toe ks: Zn (s) Zn + (aq) + e Red: u + (aq) + e u (s) Net sel: V Kl Soutbrug + Zn Zn(N 3 ) u(n 3 ) Zn (s) + u + (aq) Zn + (aq) + u (s) Vir die sink-koper sel: Die anode reaksie is: Zn (s) Zn + (aq) + e ; E θ = 0,76 V Die katode reaksie is: u + (aq) + e u (s); E θ = +0,34 V E θ sel = E θ katode E θ anode = 0,34 ( 0,76) = + 1,1 V SEL NTASIE u Anode Soutbrug Katode Katode Zn(s) / Zn + (aq) (1 mol dm 3 ) // u + (aq) (1 mol dm 3 ) / u(s) Zn(s) Zn + (aq) + e u + (aq) + e u(s) Wanneer die halfreaksie nie geleiers (metale) insluit nie, word onreaktiewe elektrodes gebruik, bv. koolstof of platinum. Pt(s)/(g)(1 atm)/ + (aq)(1 mol dm 3 )//Br(g)(1 atm)/br (aq)(1 mol dm 3 )/Pt(s) a(s)/a + (aq)(1 mol dm 3 )//Fe 3+ (aq)(1 mol dm 3 )/Fe + (aq)(1 mol dm 3 )/(s)

66 'n Elektrolitiese sel reaksie is altyd 'n nie-spontane, endotermiese reaksie wat 'n battery vereis. Die elektriese energie word omgeskakel na chemiese energie. STRUKTUUR Twee elektrodes (in dieselfde houer): Anode waar oksidasie plaasvind positiewe elektrode Katode waar reduksie plaasvind negatiewe elektrode Die anode en katode verbind aan n eksterne stroombaan, wat gekoppel is aan n GS kragbron. ELEKTRPLATERING Elektroplatering is die proses van deponering van 'n laag van een metaal op 'n ander metaal. VRBEELD: Silwer platering van 'n metaallepel Die anode is silwer, dit sal geoksideer word tot Ag + ione. Die massa van die silwer elektrode neem af. Die katode is die voorwerp (lepel) wat geplateer word. Die Ag + ione vanaf die elektroliet word gereduseer tot silwer metaal, wat geplateer word op die lepel. Die anode en elektroliet bevat altyd die plateermetaal. ksidasie (anode): Ag (s) Ag + (aq) + e Reduksie (katode): Ag + (s) + e Ag (s) Net sel: Ag + (aq) + Ag (s) Ag + (aq) + Ag (s) Elektrochemie - elektrolitiese selle Grade 1 Wetenskap Kernkonsepte SIENE LINI 018 Anioon ( ) Katioon (+) + Elektroliet Ag + Ag + AgN 3 (aq) RAFFINEERING VAN KPER Die proses wat gebruik word vir die raffineering van koper is soortgelyk aan die proses van elektroplatering. nsuiwer koper word as die anode gebruik en die katode is suiwer koper. By die anode word koper geoksideer om u + ione in die elektroliet te vorm. Die massa van die onsuiwer koper anode neem af. By die katode word die u + ione in die elektroliet gereduseer tot 'n suiwer koper laag wat op die katode vorm. Die massa van die katode neem toe. Die ander elemente en verbindings wat gevind word in die onsuiwer koper anode vorm n neerslag aan die onderkant van die reaksiefles. ksidasie (anode): u (s) u + (aq) + e Reduksie (katode): u + (aq) + e u (s) Net sel: u + (aq) + u (s) u + (aq) + u (s) ELEKTRLISE VAN KPER (II) LRIED ksidasie (anode): l (aq) l (g) + e Reduksie (katode): u + (aq) + e u (s) Net sel: Suiwer koper l (aq) + u + (aq) l (g) + u (s) hloorgas word geproduseer by die anode, terwyl kopermetaal geproduseer word by die katode. l u + ul (aq) + u + + u + Zn Ag Pt Au nsuiwer koper EKSTRAKSIE VAN ALUMINIUM (ALL-ERULT PRSES) Aluminium kom voor in mineraal vorm naamlik bauxiet wat hoofsaaklik aluminiumoksied (Al3) in 'n onsuiwer vorm bevat. Bauxiet kom nie in Suid-Afrika voor nie so dit word ingevoer vanuit Australië vir raffinering. Stap 1: mskakeling van onsuiwer Al3 na suiwer Al3 Bauxiet word behandel met Na - onsuiwer Al3 word Al()3 Al()3 word verhit (T > 1000 ) Al()3 word suiwer Al3 - genoem alumina Stap : Smelt Al3 Alumina word in krioliet opgelos (natrium-aluminiumheksafluoried - Na3AlF6). Smeltpunt verminder van meer as 000 tot Verminder energiebehoeftes, koste en omgewingsimpak. Stap 3: Gesmelte alumina (Al3) - krioliet mengsel word in reaksie houer geplaas Anodes (+) is koolstof stawe in mengsel Katode (-) is die koolstof voering van staal tenk By die katode word Al 3+ ione gereduseer na Al metaal ksidasie (Anode): (aq) (g) + 4e Reduksie (Katode): Al 3+ (aq) + 3e Al (l) Net sel: Koolstof anodes (+) Staal tenk plossing van aluminiumoksied in gesmelte krioliet Gesemlte aluminium Koolstof voering vir katode ( ) Al3 (aq) 4Al (l) + 3 (g) As gevolg van die hoë temperatuur van die reaksie, reageer die suurstof wat geproduseer word met die koolstof elektrodes om koolstofdioksiedgas te vorm. Die koolstof elektrodes moet dus gereeld vervang word. Aluminium ekstraksie maak gebruik van 'n groot hoeveelheid elektriese energie, daarom is die koste van aluminium ekstraksie baie hoog. 64 Vir verdere inligting oor Science linic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus