GENIE Chemie 3 leerschrift 2u

GENIE

GENIE

Via www.diddit.be heb je toegang tot het onlineleerplatform bij GENIE Activeer je account aan de hand van de onderstaande code en accepteer de gebruiksvoorwaarden. Kies je ervoor om je aan te melden met je Smartschool-account, controleer dan zeker dat je e-mailadres aan dat account gekoppeld is. Zo kunnen we je optimaal ondersteunen.

LET OP: ACTIVEER DEZE LICENTIE

PAS VANAF 1 SEPTEMBER; DE LICENTIEPERIODE START VANAF ACTIVATIE EN IS 365 DAGEN GELDIG.

!GENIE 3.2 Chemie ©VANIN

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën. Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hen dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen. Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be.

Ook voor het digitale lesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www.diddit.be.

© Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2024

De uitgever heeft ernaar gestreefd de relevante auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Wie desondanks meent zekere rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht zich tot de uitgever te wenden.

Credits

p.120 video ozon en broeikaseffect © Klimaatopschool.be, p. 131 applet energievormen © CC BY PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu, p. 139 applet coëfficiënten in reactievergelijking © CC BY PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu, p. 140 reactie tussen waterstofgas en zuurstofgas © JavaLab.org, p. 155 Jeremias Richter © Alamy/Imageselect, p. 175 elektronenmicroscoop © VUB, p. 183 elektrostatica © Imageselect, p. 184 applet atoommodellen Thomson Rutherford © CC BY PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu, p. 237 handen © Alamy/Imageselect, p. 259 Atomium © 2021 – www.atomium.be – SOFAM, p. 260 eigenschappen van metalen © www.metaalzoekworkshop.nl

Eerste druk, vierde bijdruk 2024

ISBN 978-90-306-9940-8

Vormgeving en ontwerp cover: Shtick

Tekeningen: Geert Verlinde, Tim Boers (Studio B) D/2021/0078/66

Art. 597486/05 NUR 126

Zetwerk: Barbara Vermeersch

` HOOFDSTUK 1: Hoe kunnen we een chemische stof voorstellen?

1 Namen en symbolen van elementen

2 Symbolische voorstelling van een chemische stof

3 Bolstaaf- en bolschilmodellen van een chemische stof

` HOOFDSTUK 2: Kunnen we zuivere stoffen nog verder indelen?

` HOOFDSTUK 3: Welke naam krijgen de enkelvoudige stoffen?

1 Onderverdeling binnen de enkelvoudige stoffen

THEMA 04: KENMERKEN VAN EEN CHEMISCHE REACTIE

` HOOFDSTUK 1: Wat is een chemische reactie?

` HOOFDSTUK 2: Hoe wordt een chemische reactie genoteerd?

` HOOFDSTUK 3: Welke types chemische reacties bestaan er?

` HOOFDSTUK 4: Wat gebeurt er met de massa voor en na een chemische reactie?

` HOOFDSTUK 5: Welk nut hebben chemische reacties als energiebron?

` HOOFDSTUK 1: Hoe evolueerde het atoommodel?

1 Van voorwerp tot atoom

2 Nog kleiner dan het atoom

` HOOFDSTUK 2: Wat weten we al over het atoom?

1 De elementaire deeltjes en hun lading

2 De massa van het atoom

` HOOFDSTUK 3: Hoe zitten elektronen verdeeld in een atoom

De Bohr-Rutherford elektronenverdeling

` HOOFDSTUK 4: Wat leren we uit de plaats van een element in het PSE?

1 Perioden en groepen

2 De a-groepen en hun naam

3 Waarom lijken atomen graag op een edelgas?

5 Zijn er naast de massa en elektronenconfiguratie nog andere indelingen in het PSE?

THEMA 06: CHEMISCHE BINDINGEN EN HUN ROOSTERS

` HOOFDSTUK 1: Zijn deeltjes in een verbinding altijd op eenzelfde manier gebonden?

1 Wat is het verschil tussen een binding en een verbinding?

2 Welke soorten bindingen bestaan er?

` HOOFDSTUK 2: Hoe wordt een ionbinding gevormd?

1 De ionbinding

2 De formule-eenheid van ionverbindingen

3 De neutraliteitsregel

` HOOFDSTUK 3: Hoe wordt een atoombinding gevormd?

1 De atoombinding 249

2 De molecuulformule van atoomverbindingen

` HOOFDSTUK 4: Hoe wordt een metaalbinding gevormd?

1 De metaalbinding

2 Verklaring van de eigenschappen van metalen

` VERDIEPING: Welk belang en voorkomen hebben enkelvoudige stoffen?

LABO’S

` ONDERZOEK 2: Massadichtheid (virtueel)

` ONDERZOEK 3: Het smeltpunt van paraffine

` ONDERZOEK 4: De geleidbaarheid van stoffen

` ONDERZOEK 5: De oplosbaarheid van stoffen

` ONDERZOEK 6: Scheidingstechnieken

` ONDERZOEK 7: Scheidingsschema’s

` ONDERZOEK 8: Bolstaafmodellen

` ONDERZOEK 9: Chemisch of fysisch proces

` ONDERZOEK 10: Analyse en synthese

` ONDERZOEK 11: De wet van Lavoisier

` ONDERZOEK 12: Exotherm of endotherm

` ONDERZOEK 13: De reactie tussen azijn en staalwol

` ONDERZOEK 14: Metalen herkennen

STEM-VAARDIGHEDEN (VADEMECUM)

METROLOGIE

• Grootheden en eenheden

• Machten van 10 en voorvoegsels

• Eenheden omzetten

• Nauwkeurig meten

• Afrondingsregels

• Formularium

STAPPENPLANNEN

• Grafieken tekenen

• NW-stappenplan

OPLOSSINGSSTRATEGIE

• Formules omvormen

• Vraagstukken oplossen

• Grafieken lezen

CHEMISCHE CONVENTIES / HET PERIODIEK SYSTEEM VAN DE ELEMENTEN

• Te kennen elementen/symbolen

• Groepsnamen en periodenummers

• Index en coëfficiënt

• Reagentia en reactieproducten

LABO’S

• Labomaterialen

• Labotechnieken

• Veiligheidsvoorschriften

• H- en P-zinnen

SOORTEN BINDINGEN

SCHEIDINGSTECHNIEKEN

Notities ©VANIN

STARTEN MET GENIE

1

Opbouw van een thema

©VANIN

CHECK IN

In de CHECK IN maak je kennis met het onderwerp van het thema. In het kadertje onderaan vind je een aantal vragen die je op het einde van het thema kunt beantwoorden.

VERKEN

In de verkenfase zul je merken dat je al wat kennis hebt over het onderwerp dat in het thema aan bod komt. Jouw voorkennis wordt hier geactiveerd.

Waarmee moet je rekening

DE HOOFDSTUKKEN

Na het activeren van de voorkennis volgen een aantal hoofdstukken Een thema bestaat uit meerdere hoofdstukken. Doorheen de hoofdstukken verwerf je de nodige kennis en vaardigheden om uiteindelijk een antwoord te geven op de centrale vraag of het probleem uit de CHECK IN.

SYNTHESE EN CHECKLIST

We vatten de kern van het thema voor je samen in de hoofdstuksynthese en themasynthese Vervolgens willen we graag dat je vorderingen maakt en dat je reflecteert op je taken en leert uit feedback. De checklist is een hulpmiddel om zelf zicht te krijgen of je de leerdoelen al dan niet onder de knie hebt.

CHECK IT OUT

In CHECK IT OUT pas je de vergaarde kennis en vaardigheden toe om terug te koppelen naar de vragen uit de CHECK IN.

©VANIN

AAN DE SLAG

In het onderdeel Aan de slag kun je verder oefenen. Je leerkracht beslist of je de oefeningen op het einde van het thema maakt of doorheen de lessen.

` Per thema vind je op adaptieve oefenreeksen om te leerstof verder in te oefenen.

LABO

LABO’S

Ga zelf op onderzoek! Bij het onlinelesmateriaal staan een aantal labo’s om verder experimenten uit te voeren.

LEREN LEREN

• In de linkermarge naast de theorie is er plaats om zelf notities te maken. Noteren tijdens de les helpt je om de leerstof actief te verwerken.

• Op vind je alternatieve versies van de themasynthese.

• Op vind je per themasynthese een kennisclip waarin we alles voor jou nog eens op een rijtje zetten.

2 Handig voor onderweg

In elk thema word je ondersteund met een aantal hulpmiddelen.

Kenniskader

We zetten doorheen het thema de belangrijkste zaken op een rijtje in deze rode kaders.

©VANIN

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Met GENIE ga je zelf experimenteren en op onderzoek. Daarbij moet je natuurlijk een aantal veiligheidsvoorschriften respecteren. Die vind je terug in dit kader.

WEETJE

Een weetjeskader geeft extra verduidelijking of illustreert de leerstof met een extra voorbeeld.

OPDRACHT 11 DOORDENKER

Nood aan meer uitdaging? Doorheen een thema zijn er verschillende doordenkers.

Niet altijd even makkelijk om op te lossen, maar het proberen waard!

In de tipkaders vind je handige tips terug bij het uitvoeren van de onderzoeken of opdrachten.

WOORDENLIJST

Moeilijke woorden worden uitgelegd in een woordenlijst op . Die woorden springen extra in het oog door de stippellijn

Bij het onlinelesmateriaal vind je een vademecum Dat vademecum ̒GENIE in STEM-vaardigheden omvat:

• stappenplannen om een grafiek te maken, opstellingen correct te bouwen, metingen uit te voeren …;

• stappenplannen om een goede onderzoeksvraag op te stellen, een hypothese te formuleren …;

• een overzicht van gevarensymbolen en P- en H-zinnen;

• een overzicht van grootheden en eenheden;

• een overzicht van labomateriaal en labotechnieken;

• …

TIP

GENIE EN DIDDIT

HET ONLINELEERPLATFORM

BIJ GENIE

©VANIN

Een e-book is de digitale versie van het leerschrift. Je kunt erin noteren, aantekeningen maken, zelf materiaal toevoegen ...

• De leerstof kun je inoefenen op jouw niveau.

• Je kunt vrij oefenen en de leerkracht kan ook voor jou oefeningen klaarzetten.

Hier vind je de opdrachten terug die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

Hier kan de leerkracht toetsen en taken voor jou klaarzetten.

Benieuwd hoever je al staat met oefenen en opdrachten? Hier vind je een helder overzicht van je resultaten.

Meer info over diddit vind je op https://www.vanin.diddit.be/nl/leerling.

• Hier vind je het lesmateriaal per thema.

• Alle instructiefilmpjes, kennisclips,

• demovideo’s en labo’s zijn ook hier verzameld.

In de uitgave bieden we bovenop het beeldmateriaal verschillende 3D-beelden aan.

Denk maar aan een 3D-voorstelling van een deeltje glucose. Zo ervaar je wetenschappen op een heel nieuwe manier!

DOWNLOAD 3D-APP

WAT IS CHEMIE?

fysicochemie biofysica natuurwetenschappen

biologie chemie

biochemie

De begrippen ‘chemie’ en ‘scheikunde’ worden weleens door elkaar gebruikt. In huis vind je heel wat ‘chemische’ producten. Maar wat betekent ‘chemie’ nu eigenlijk?

Wanneer je Wikipedia raadpleegt, vind je voor de term chemie de volgende definitie:

‘Scheikunde of chemie is een natuurwetenschap die zich richt op de studie van de samenstelling en bouw van stoffen, de chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden en de wetmatigheden die daaruit zijn af te leiden.’

Die definitie leert ons dat chemie en scheikunde eigenlijk synoniemen zijn. Al denk je bij de term scheikunde misschien eerder aan ‘de kunst van het scheiden’.

Chemie is sterk verwant met biologie en fysica. De takken van wetenschap die deze domeinen verbinden, zijn respectievelijk biochemie en fysicochemie.

• Biochemie onderzoekt onze stofwisselingsprocessen, voornamelijk bij moleculen van levende organismen.

• Fysicochemie verklaart verschillende mechanismen door onder andere de atoombouw te bestuderen.

Het is dus belangrijk dat je niet te veel in termen van aparte (school)vakken denkt, maar steeds de linken tussen wetenschappen legt. fysica

natuurwetenschappen

levende materie levenloze materie biologie chemie fysica

©VANIN

OPDRACHT 1

Waar denk jij aan bij het woord chemie?

Vul de mindmap aan. chemie

OPDRACHT 2

Welke van deze afbeeldingen sluit(en) het dichtst aan bij jouw beeld van chemie?

a Zet een kruisje bij de afbeelding(en).

b Bespreek je keuze daarna met je buur en tracht samen te bepalen wie gelijk heeft.

OPDRACHT 3

Scan de code en laat je meenemen in de wereld van chemie.

In het filmpje kwamen in een razendsnel tempo een aantal sectoren aan bod waarbij chemie een belangrijke rol speelt. We zetten ze even op een rijtje.

©VANIN

Geneeskunde

De geneesmiddelen- of farmaceutische industrie heeft een grote impact op ons dagelijks leven. Op zonnige dagen smeer je bijvoorbeeld zonnecrème om je huid te beschermen, je neemt een pijnstiller bij hevige hoofdpijn of je bent misschien gevaccineerd tegen COVID-19.

Landbouw en voeding

Onze voeding doorloopt heel wat processen voor ze op ons bord ligt. De opbrengst van een oogst hangt namelijk meestal voor een groot stuk af van chemische producten die de gewassen beschermen, het rijpingsproces controleren enzovoort.

Bouwsector

Iedereen wil het tijdens de koude wintermaanden lekker warm hebben binnen. En dat kan! De chemische industrie levert niet alleen brandstoffen om je huis te verwarmen, maar ontwikkelt ook isolatiematerialen om de warmte binnen te houden.

Energie

Wist je dat het zoeken naar hernieuwbare energiebronnen ook onderdeel is van chemisch onderzoek? Misschien rijden we straks met zijn allen op waterstof, geproduceerd via elektrolyse en gebruikt in brandstofcellen.

Verzorging en hygiëne

De cosmetica- en parfumindustrie genereert wereldwijd een enorme omzet. Ongetwijfeld gebruik je regelmatig shampoo, zeep, tandpasta, deodorant … Ook dat zijn creaties van de chemische sector. Met de nieuwste ‘nanotechnologie’ worden producten voortdurend verbeterd.

Textiel

Draag je een jeans of een T-shirt? De kans is groot dat je in feite kunststoffen draagt, door de mens vervaardigd uit polymeren. Polymeren zijn lange moleculen opgebouwd uit kleine bouwsteentjes. Nylon is bijvoorbeeld een polymeer en bestaat al sinds 1938. Ook het kleuren van textiel is een chemisch proces.

BEKIJK DE VIDEO

Kunststoffen

Naast polymeren (zoals nylon of polyester) gebruiken we nog honderden andere kunststoffen voor alledaagse voorwerpen. Het recycleren van die kunststoffen is een belangrijke sector in de chemie. Vele soorten kunststoffen zijn moeilijk afbreekbaar in de natuur. Gooi flesjes en dergelijke dus nooit zomaar weg in de natuur. Bij correcte inzameling maakt de chemiesector er misschien nog een zitbank van.

Milieubeheer

Vandaag staat de chemiesector voor zijn grootste uitdaging: duurzame en hernieuwbare materialen ontwikkelen en zoeken naar alternatieve bronnen van energie. Naast hernieuwbare en niet-vervuilende energie is ook zuiver water van het grootste belang voor de toekomst.

Chemie of scheikunde bracht dankzij onderzoek en ontdekkingen doorheen de tijd veel welvaart. De homo sapiens wist al dat hij met vuur voedsel kon garen. De Egyptenaren leerden ons de kunst van het metaal bewerken. Eeuwen later zou de kunststoffenindustrie zorgen voor kwalitatieve en goedkope oplossingen, door zeldzame materialen te vervangen en materialen te maken met verbeterde eigenschappen: denk maar aan de composietmaterialen die de tandarts nu gebruikt; gouden tanden zijn niet meer van deze tijd.

Chemische bedrijven hebben soms een slechte reputatie. Toch blijven we gretig allerlei producten van de chemiesector gebruiken voor ons comfort: auto’s, tv’s, computers, huishoudapparaten, wegwerpartikelen … We willen het mooiste fruit uit alle streken van de wereld, maar hebben tegelijkertijd ook een afkeer van insecticiden en bewaarmiddelen.

We worden inderdaad geconfronteerd met grote milieuproblemen. Niet alle chemische bedrijven evolueren tot schone, duurzame ondernemingen. Maar alleen door chemie te bestuderen, zullen we deze kwesties beter begrijpen. De wetenschap kan ons helpen om onze problemen aan te pakken en welvarend te blijven leven.

©VANIN

Scheikunde en chemie zijn synoniemen. Chemie speelt een belangrijke rol in ons leven en onze maatschappij. Geneeskunde, landbouw en voeding, bouw, energie, verzorging en hygiëne, kunststoffen en milieubeheer zijn allemaal in mindere of meerdere mate chemische sectoren.

HOE WERK JE VEILIG

Safety first!

Wat op school gebeurt in een labo, doet de industrie op grote schaal. Ze gebruiken en stockeren chemische stoffen volgens de richtlijnen die vanuit de overheid worden opgelegd. Hoewel er heel wat veiligheidsmaatregelen zijn, loopt er toch soms iets mis. Zo ontplofte in 1976 in Italië een chemische fabriek en kwamen er giftige dampen in het nabijgelegen stadje Seveso terecht.

In de video zie je hoe de ramp kon gebeuren en welke lessen eruit getrokken werden.

De overheid houdt een overzicht bij van alle bedrijven in België die gevaarlijke stoffen produceren, behandelen of transformeren: de Sevesobedrijven.

1 Scan de QR-code en zoek via de website op welke Sevesobedrijven bij jou in de buurt liggen.

Noteer ze hier.

2 De vier grootste gevaren voor de bevolking in de directe omgeving van een Sevesobedrijf zijn vastgelegd in vier veiligheidspictogrammen. Welke van de onderstaande pictogrammen zijn dat?

Ga op zoek op de website en kruis aan.

In het labo is het ook belangrijk om op te letten tijdens het uitvoeren van een proef.

` Wie of wat moet je beschermen?

` Welke veiligheidspictogrammen kun je in een labo op school terugvinden?

` Welke veiligheidsmaatregelen moet je in een labo op school respecteren?

BEKIJK DE VIDEO

OPEN DE WEBSITE

Hoe gevaarlijk zijn huishoudproducten?

OPDRACHT 1

Welke gevaren loop jij bij je thuis?

Waarom wordt er in reclame over huishoudproducten vermeld dat je ze buiten het bereik van kinderen moet houden?

Waarom zijn die producten zo gevaarlijk en hoe kunnen we dat gevaar beter inschatten?

1 Je leerkracht laat vijf chemische producten zien die je ook thuis kunt terugvinden, bijvoorbeeld producten om te poetsen, om te wassen of af te wassen, te koken, te tuinieren of jezelf te verzorgen. Bekijk de producten en de etiketten aandachtig.

2 Beantwoord de vragen.

a Welke pictogrammen vind je terug op de verpakkingen? Zet telkens een kruisje onder het pictogram per keer dat je het tegenkomt op een verpakking.

andere producteigen pictogrammen

b Op het etiket lees je niet alleen de ingrediënten van het product, je vindt er ook terug wat er mis kan lopen bij fout gebruik. Geef per product één voorbeeld van wat er mis kan gaan.

1 2 3 4 5

Lees altijd goed de etiketten en veiligheidspictogrammen van een product. De producten die je in huis gebruikt, kunnen gevaarlijker zijn dan je denkt. Kijk maar wat er met de ontstopper gebeurt in de video.

Om het etiket leesbaar te houden, is het belangrijk om tijdens het gieten het etiket naar je handpalm te richten. Zo kunnen eventuele druppels niet op het etiket terechtkomen en het etiket onleesbaar maken.

c Vaak zorgen de producenten ook voor een veilige sluiting, een kinderslot genoemd. Hoeveel van de producten die je bekijkt hebben een speciale dop of deksel?

Dikwijls lees je op een verpakking ook iets over het Antigifcentrum. Dat is een dienst die je kunt bellen als er iets misgelopen is met een product. Zij kunnen je vertellen hoe je dan het best reageert.

Het gratis nummer voor het Antigifcentrum is 070 245 245. Je kunt ook steeds terecht op hun website.

BEKIJK DE VIDEO

TIP

GA NAAR DE WEBSITE

WEETJE

Waarmee moet je rekening houden in een labo?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de gevaren inschatten bij het werken met chemische producten;

L jezelf en je omgeving beschermen voor gevaren;

L bewust omgaan met stoffen en hun gevaren en zo een veilige omgeving creëren.

Je leert nu:

L de veiligheidsmaatregelen in een labo kennen en juist toepassen;

L de meest gebruikte labomaterialen benoemen en hun functie beschrijven;

L een chemisch etiket lezen en naar de betekenis handelen;

L de veiligheidspictogrammen interpreteren en bespreken;

L de werking en het nut van H- en P-zinnen interpreteren en bespreken;

L de onderdelen van een verslag begrijpen en toepassen.

1 Het gebruikte veiligheidsmateriaal

OPDRACHT 2

Hoe ziet mijn labolokaal eruit?

1 Loop rond in het labolokaal en kruis aan welke materialen je ziet. Ontbreekt er iets? Vul dan gerust het lijstje aan.

 EHBO-kistje

 branddeken

 handblusser

 gaskranen

 nooddouche

 oogdouche

 trekkast

 aparte eilanden

 beschermende kledij: labojas, labobril, handschoenen

 brandblusser met label: A/B/C/D/E/F

 waterkranen

 noodstop

 aangepast tafelblad

In het labo kun je heel wat extra (veiligheids)materialen of voorwerpen terugvinden die je niet in een ander klaslokaal ziet. Ze zorgen ervoor dat je kunt werken in een veilige omgeving. Raadpleeg zeker altijd het reglement vóór het uitvoeren van een labo, zodat je altijd veilig te werk kunt gaan.

2 Overloop met je leerkracht de toepassingen of het gebruik van de materialen die je hebt teruggevonden.

OPDRACHT 3

Hoe blus je veilig een brand?

1 Aan welke drie voorwaarden moet voldaan zijn opdat een brand kan ontstaan? Overleg met je klasgenoten. Vul de branddriehoek aan.

©VANIN

ZUURSTOF

VUUR

VUURONTBRANDINGSTEMPERATUUR

BRANDSTOF

Afb. 1 EHBO-kistje

Afb. 2 Oogdouche

Afb. 3 Nooddouche

Afb. 4 Branddeken en brandblusser

Afb. 5 Trekkast

Afb. 6 Beschermende kledij

2 Bekijk het filmpje over de soorten brandblussers en hun toepassingen. Vul de tabel aan.

BEKIJK DE VIDEO

Brandklasse Brandend materiaal Te gebruiken brandblussers

3 Welke aspecten van de branddriehoek neem je weg als je een brandblusser gebruikt?

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Er zijn ook foute blusmethodes. Zo kan het blussen van een vetbrand met water resulteren in vuurspatten en steekvlammen.

Denk dus goed na voor je aan het blussen gaat. Een vetbrand moet je altijd blussen met een vochtige doek.

©VANIN

FOUTE BLUSMETHODE JUISTE BLUSMETHODE

Er zijn verschillende materialen in een labolokaal, elk met hun eigen gebruiksaanwijzing. Bij twijfel over correct gebruik spreek je de leerkracht aan.

` Maak oefening 1 op pag. 35.

2 Het chemisch etiket

Veiligheidspictogrammen zijn universeel, je vindt ze ook terug in andere landen. Dat kan omdat ze visueel zijn, je hoeft de taal niet te spreken om de symbolen te kunnen begrijpen.

Op een chemisch product zit een etiket, net als bij een voedingsproduct. Op een fles cola vind je bijvoorbeeld de hoeveelheid suikers of vetten. Voor een chemisch product hebben we meer specifieke informatie nodig. Het etiket geeft dan de richtlijnen weer die aangeven hoe je veilig kunt werken met de stof.

Bekijk op afbeelding 7 wat er allemaal op een chemisch etiket terug te vinden is.

Elke chemische stof heeft zowel een naam als een formule. Op het etiket kun je de beide terugvinden, evenals een referentienummer (CAS) waaronder je de stof in elke databank terugvindt.

©VANIN

CAS 1310-73-2

Gevaar

H314 veroorzaakt ernstige brandwonden en oogletsel

P 280.1+3-301+330+331-305+338 Beschermende handschoenen en oogbescherming dragen. NA INSLIKKEN: de mond spoelen. GEEN braken opwekken. BIJ CONTACT MET DE OGEN: voorzichtig afspoelen met water gedurende een aantal minuten; contactlenzen verwijderen indien mogelijk; blijven spoelen.

WGK1 M r : 40

Op een etiket kun je ook de WGK-code terugvinden. Die geeft aan hoe gevaarlijk een stof is als je ze zou lozen in de gootsteen. ‘WGK’ is een Duitse afkorting die je in het Nederlands kunt vertalen als ‘watergevarenklassen’. In het labo moeten we gevaarlijke stoffen dus apart inzamelen.

Signaalwoorden geven in het kort aan wat het grootste gevaar van de stof is.

H- en P-zinnen zijn zinnen die aangeven wat de gevaren zijn van het werken met een stof, of welke voorzorgsmaatregelen je moet nemen.

Natriumhydroxide NaOH

Afb. 7 Chemisch etiket

OPDRACHT 4

Waarvoor staan de letters H en P op een chemisch etiket?

1 Zoek op het internet op waarvoor de letter H staat in H-zinnen.

a Noteer de Engelse term:

b Vertaal die term naar het Nederlands:

c Welke van de volgende zinnen geeft een gevaar weer en zou dus een H-zin kunnen zijn?

 Kan irritatie aan de luchtwegen veroorzaken

 Niet in de buurt van een vlam brengen

 Op een koude plaats bewaren

2 Zoek op het internet op waarvoor de letter P staat in P-zinnen.

a Noteer de Engelse term:

b Vertaal die term naar het Nederlands:

c Welke van de volgende zinnen geeft een veiligheidsmaatregel weer en zou dus een P-zin kunnen zijn?

 Kan irritatie aan de luchtwegen veroorzaken

 Niet in de buurt van een vlam brengen

 Op een koude plaats bewaren

3 Scan de QR-code en ontdek de betekenis van alle H- en P-zinnen.

OPDRACHT 5

Wat betekenen de chemische veiligheidspictogrammen?

Vul de tabel aan door de correcte benaming te linken aan het veiligheidspictogram en de verklaring.

Kies uit:

corrosieve of bijtende stof – giftige stof – houder onder druk – lange termijn gezondheidsgevaarlijk –ontplofbare of explosieve stof – ontvlambare stof – oxiderende of brand bevorderende stof –schadelijke stof – schadelijk voor het (aquatische) milieu

Betekenis

1

©VANIN

2

3

Verklaring Dit zijn explosieve stoffen. Ze kunnen op verschillende manieren tot ontploffing gebracht worden.

Betekenis

Verklaring Deze stoffen worden onder een verhoogde druk opgeslagen.

Betekenis

Verklaring Deze stoffen zijn giftig, de manier van opname kan verschillen. Zo kun je de stof via de huid binnenkrijgen, via de neus ...

4

Betekenis

Verklaring Deze stoffen bevorderen brand.

©VANIN

5

Betekenis

Verklaring Deze stoffen zijn schadelijk voor het milieu en moeten na gebruik op de correcte manier verwerkt worden.

Betekenis

6

Verklaring Deze bijtende stof kan ernstige brandwonden veroorzaken.

Betekenis

7

8

9

Verklaring Deze stoffen zullen in de nabijheid van een vlam snel ontbranden.

Betekenis

Verklaring Deze stof brengt een gevaar met zich mee, bekijk de H- en P-zinnen voor verduidelijking.

Betekenis

Verklaring Deze stoffen veroorzaken schade op lange termijn (kankerverwekkend, giftig, beïnvloeden de vruchtbaarheid ...).

Het is belangrijk om een chemisch etiket te kunnen lezen. Zo kun je ook veilig omgaan met de stof.

Op het etiket kun je de volgende onderdelen terugvinden: naam en formule van de stof, veiligheidspictogrammen, signaalwoorden, H- en P-zinnen, WGK-code.

` Maak oefening 2 en 3 op p. 35.

3

Soor ten labomateriaal

In het labo vind je heel wat soorten materialen die je nodig hebt om proeven uit te voeren. Het is belangrijk dat je weet over welk materiaal er gesproken wordt tijdens een labo. Daarom moet je de namen van de labomaterialen goed kennen.

©VANIN

OPDRACHT 6

Wat zijn de namen van de meest gebruikte labomaterialen?

1 Hieronder zie je het meestgebruikte materialen in een chemielokaal. Noteer de juiste naam van het labomateriaal bij de afbeelding. Kies uit: afzuigerlenmeyer – balans – büchnertrechter – bunsenbrander – buret – draadnet – driepikkel –dubbele noot – erlenmeyer – gegradueerde pipet – horlogeglas – kookkolf – kroestang – liebigkoeler –maatbeker – maatcilinder – maatkolf – mortier en stamper – petrischaal – pijpaardendriehoek – pipetzuiger – pipetteerballon – proefbuis – proefbuisborstel – proefbuisklem – scheitrechter – spatel –spuitfles – statief – statiefklem – statiefring – thermometer – toestel van Hoffman – trechter –verbrandingskroes – verbrandingslepel – vigreuxkolom – volpipet – weegschuit

2 Ontdek via de ontdekplaat bij het onlinelesmateriaal de verschillende materialen en hun toepassing.

Een olifant weeg je niet met een keukenweegschaal, een scheutje azijn meet je niet af met een emmer. Om een zo precies mogelijke meting te doen, neem je een meetinstrument dat zo nauw mogelijk aansluit bij de hoeveelheid (kwantiteit) die je nodig hebt. Net daarom zijn er maatcilinders en maatkolven beschikbaar in verschillende groottes, die telkens zeer precies gegradueerd zijn. Om een welbepaald volume vloeistof precies te meten gebruiken we geen maatbekers of erlenmeyers, maar wel maatkolven. Maatkolven hebben slechts één maatstreepje, maar zijn het meest precieze glaswerk om één bepaald volume vloeistof af te meten. Het is aan jou om de juiste maatkolf te kiezen (100 mL, 250 mL, 500 mL, 1 L …).

©VANIN

Om een labo correct en veilig uit te voeren, moet je de namen en de toepassingen van labomaterialen kennen. Laat de keuze van het materiaal afhangen van de hoeveelheid stof die je nodig hebt en kies het juiste materiaal.

` Maak oefening 4 op p. 36.

4 Waar moet je op letten bij het uitvoeren van een laboproef?

Om een labo correct uit te voeren, moet je je voldoende voorbereiden voor de start. Tijdens het labo moet je alles goed noteren, nadien schrijf je een duidelijk verslag. We zetten alles op een rijtje.

1 Voor de start van het labo:

• Onderzoeksvraag formuleren

• Hypothese stellen indien mogelijk

• Nagaan of je alle materialen herkent

• Veiligheid van de chemische producten bekijken/opzoeken

• Nalezen en de werkwijze begrijpen

• Nagaan welke waarnemingen je zeker moet noteren

2 Tijdens het labo:

• Alle benodigdheden nemen

• Proefopstelling maken indien nodig

• Uitvoeren werkwijze

• Waarnemingen noteren

• Opruimen

3 Na het labo:

• Chemisch afval verwijderen volgens opgelegde richtlijnen

• Berekeningen maken

• Besluiten trekken

• Kijken of je besluit overeenstemt met je eventuele hypothese

• Reflecteren over je eigen labowerk, je resultaten en je voorbereiding

• Verslag inleveren

5 De algemene veiligheidsregels binnen een labo

OPDRACHT 7

Hoe ga je veilig te werk?

1 Waarom is een laboreglement belangrijk en wat houdt het in? Bekijk het filmpje.

2 Om te werken in een labo moet je vertrekken van goede afspraken. Die maak je samen met je leerkracht in een contract. Lees het contract. Vul aan met de schoolgebonden regels en onderteken het voor akkoord.

CONTRACT

Als leerling verbind ik mij ertoe om de volgende regels altijd toe te passen in het labo. Bij fouten tegen deze regels weet ik dat er gevolgen zijn voor mijn veiligheid en die van anderen rondom mij.

Ik draag steeds het juiste beschermingsmateriaal op de juiste manier: labojas dichtgeknoopt, veiligheidsbril op de neus, handschoenen indien nodig.

Losse haren bind ik samen.

Mijn labotafel is altijd ordelijk.

In het labo houd ik de doorgang vrij en leg ik alle onnodige materialen, zoals mijn boekentas, op de daartoe voorziene plaats.

Ik gedraag me steeds rustig, blijf zo veel mogelijk aan mijn werkbank en speel niet in het labo.

Ik neem geen materialen of stoffen mee uit het labo.

Eten of drinken doe ik niet in een labolokaal.

Als er iets misloopt, haal ik er meteen de leerkracht bij.

Ik giet een gebruikte stof nooit terug in de fles, maar verwerk ze als afval.

Wanneer ik aan een stof ruik, doe ik dat steeds op de correcte manier, door te wuiven.

Klaar met de proef? Dan maak ik alles schoon, berg alles correct op en was mijn handen grondig.

Ik kom steeds goed voorbereid naar het practicum.

Ik ken de brandprocedure en weet hoe ik moet reageren bij brand.

Als leerling van deze klas verklaar ik me tijdens een labo altijd te houden aan de bovenstaande regels.

Ik respecteer de extra maatregelen die in mijn school genomen worden.

Datum, Naam en handtekening,

BEKIJK DE VIDEO

Tot welke brandklassen behoren de voorbeelden van branden die in een chemisch labo kunnen ontstaan? Welke brandblusser zou je gebruiken?

Soort brand Brandklasse Brandblusser natrium

het gas dat je gebruikt om je bunsenbrander aan te steken (aardgas)

alcohol

olie in een oliebad

Geef aan of de zinnen H- of P-zinnen zijn.

Gevaar voor massa-explosie bij brand.

Beschermende kledij dragen.

In contact met water komen ontvlambare gassen vrij die spontaan kunnen ontbranden.

Schadelijk bij inslikken, bij contact met de huid en bij inademing.

Koel bewaren.

Explosieveilige elektrische/ventilatie-/verlichtings-/... apparatuur gebruiken.

Welke veiligheidspictogrammen kun je linken aan de H- en P-zinnen?

Zin

Giftig bij inslikken, bij contact met de huid en bij inademing.

Kan mogelijk de vruchtbaarheid of het ongeboren kind schaden.

Kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken.

Giftig voor in het water levende organismen, met langdurige gevolgen.

Verwijderd houden van warmte/vonken/open vuur/ hete oppervlakken en andere ontstekingsbronnen.Niet roken.

Veroorzaakt ernstige brandwonden en oogletsels.

Bijbehorend pictogram

Zin

H- of P-zin

Welke labomaterialen zou je gebruiken om …

a te voorkomen dat je morst tijden het mengen van vloeistoffen?

b exact 10 mL van een vloeistof te nemen?

c damp te condenseren naar een vloeistof?

d vaste fosfor te verbranden boven een bunsenbrander?

e vloeistof te koken boven een bunsenbrander?

f een verbrandingskroes boven een bunsenbrander te houden?

g een proefbuis boven een bunsenbrander te houden?

` Verder oefenen? Ga naar .

Hoe pas je enkele vaak gebruikte

labotechnieken toe?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L enkele toepassingen van labomaterialen in het dagelijks leven geven; bv. een balans, een trechter , een maatkolf …

L het belang om veilig te werk te gaan in een labo begrijpen.

Je leert nu:

L correct werken met een bunsenbrander;

L correct werken met een balans;

L correct werken met een trechter en filtreerpapier;

L correct het vloeistofniveau in glaswerk aflezen.

1 De bunsenbrander

OPDRACHT 8

Welke onderdelen heeft een bunsenbrander?

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op enkele vaak gebruikte labotechnieken. Die technieken ga je doorheen de jaren nodig hebben om proeven uit te voeren. Ben je tijdens het uitvoeren vergeten hoe je een bunsenbrander gebruikt of hoe je een filter moet plooien? Dan kun je dat hier terugvinden.

Op afbeelding 8 zie je een bunsenbrander. Noteer de verschillende onderdelen op de juiste plaats. Kies uit:

gasregelaar – gasslang (gastoevoer) – inkomend gas – inkomende lucht – luchtinlaat – schouw – voet

OPDRACHT 9

Hoe steek je een bunsenbrander aan?

De volgorde van het aansteken van een bunsenbrander is van groot belang voor de veiligheid.

1 Bekijk de instructievideo.

2 Rangschik de stappen in de juiste volgorde.

Lucifer aansteken en bovenaan naast de schouw houden. Gastoevoer en luchtinlaat sluiten. Gasregelaar openen (als die aanwezig is).

AANSTEKEN BUNSENBRANDER

Hoogte van de vlam afstellen door aan de gastoevoer te draaien, of de gastoevoer volledig openzetten (volgens instructie van de leerkracht).

De lucifer voldoende hoog boven de gasmond houden, zodat hij niet wordt uitgeblazen door de gasstroom.

Gasslang aansluiten op de gastoevoer.

Gaskraan opendraaien.

Luchtinlaat opendraaien tot de gewenste vlam bekomen wordt.

OPDRACHT 10

Welke vorm en kleur heeft de vlam van een bunsenbrander?

1 In het filmpje uit opdracht 9 zie je dat de vlam uit meerdere kleurschakeringen en vormen bestaat, afhankelijk van de luchttoevoer. Teken de vlam die je kunt zien, houd rekening met de verschillende kleuren.

Luchttoevoer dicht

Hoe ziet de vlam eruit?

Luchttoevoer open

Hoe ziet de vlam eruit?

2 De ruisende vlam kun je gebruiken om stoffen te verwarmen. Wat is het warmste deel van de vlam?

Zet een kruisje op je tekening.

OPDRACHT 11 DOORDENKER

Waarom kun je een wapperende vlam het best niet gebruiken om een stof te verwarmen? Leg uit.

Veilig omgaan met een bunsenbrander:

• Draag een veiligheidsbril en bind losse haren samen, zo voorkom je dat ze in de vlam terechtkomen.

• Verwarm niet onder aan een proefbuis, maar op de oppervlakte van de vloeistof. Zo kun je wegspatten voorkomen.

• Richt de opening van de proefbuis weg van jezelf of anderen, zo komen eventuele spatten niet op jezelf of je buur terecht.

• Neem het glaswerk steeds vast met een tang of klem en niet met je hand; glaswerk wordt geleidelijk warm tijdens het verwarmen.

• Ben je klaar met de proef? Opgelet, het glaswerk is nog warm!

• Laat een bunsenbrander nooit langer branden dan nodig.

Je kunt de onderdelen van een bunsenbrander benoemen. Ook weet je welke stappen je moet ondernemen om een bunsenbrander aan te steken, op welke manier je de bunsenbrander voor welke toepassing kunt gebruiken en hoe je er veilig mee moet omgaan.

2 De balans

©VANIN

De termen ‘massa’ en ‘gewicht’ worden in het dagelijks leven door elkaar gehaald.

• Massa is een hoeveelheid stof en heeft als eenheid kilogram.

• Gewicht is een maat voor de aantrekkingskracht op een massa en heeft als eenheid newton.

Om verwarring te vermijden, gebruiken we in de wetenschap de term ‘balans’ in plaats van ‘weegschaal’.

Een weegschaal kent veel toepassingen. Denk maar aan de weegschaal in de badkamer om jezelf te wegen, of de weegschaal in de keuken waarmee je bloem kunt afwegen. Je kunt die weegschalen natuurlijk niet zomaar door elkaar gebruiken.

Elke weegschaal heeft een zeker meetbereik. Personenweegschalen kunnen tot op 0,1 kg meten, de keukenweegschaal kan tot wel 0,0001 kg (ofwel 0,1 g).

In de wetenschappen gebruiken we de term ‘balans’ in plaats van ‘weegschaal’. In het labo moeten we heel kleine hoeveelheden afwegen. Vaak zijn er balansen met verschillende gevoeligheden aanwezig. Je kiest de balans naargelang de massa die je nodig hebt.

Hoe gebruik je een balans?

• Kijk na of de balans volledig schoon is. Is dat niet het geval, verwijder dan eerst de resten met een borsteltje.

• Zet de balans aan.

• Neem een weegschuitje en leg het op de balans.

• Breng de geregistreerde massa op nul door het weegschuitje te tarreren.

• Breng de af te wegen stof in het weegschuitje.

• Heb je naast het schuitje gemorst? Veeg op met het borsteltje.

• Wacht tot de balans aangeeft dat de weging compleet is.

• Noteer de massa.

• Schakel de balans uit en zorg dat je ze schoon achterlaat.

Bekijk de instructievideo.

Je kunt de balans correct gebruiken.

GEBRUIK BALANS

WEETJE

3 De trechter en het filtreerpapier

Om te filtreren met filtreerpapier moet je de filter op een correcte manier gebruiken.

Bekijk de instructievideo.

Om het papier beter te hechten aan de trechter kun je hem een beetje nat maken.

4 Hoe lees je het vloeistofniveau in glaswerk af?

Het vloeistofniveau lees je af via de meniscus. Dat is de naam van het grensvlak tussen de vloeistof en de lucht. Op afbeelding 9 zie je een voorbeeld.

Het vloeistofpeil is vaak geen rechte lijn. Afhankelijk van de krachten die spelen in de vloeistof, zal het vloeistofoppervlak een kromming naar boven of beneden maken. Je moet het vloeistofniveau steeds aflezen op de bodem van het kommetje of op de top van het bolletje. Daarbij is het belangrijk om het glaswerk op ooghoogte te brengen. Doe je dat niet, dan maak je een fout bij het aflezen.

OPDRACHT 12

ONDERZOEK

hoogte

Afb. 9

Aflezen vloeistofniveau in glaswerk via de meniscus

Je kunt het vloeistofniveau in glaswerk op een correcte manier aflezen door steeds op ooghoogte te werken en rekening te houden met de meniscus.

` Maak oefening 1 op p. 42.

Ontdek nu zelf enkele labotechnieken.

Voer het labo uit bij het onlinelesmateriaal

Hoeveel water zit er in de maatcilinder? Bekijk de afbeelding, teken de stippellijn van de afleeshoogte en noteer het aantal mL in de maatcilinder.

` Verder oefenen? Ga naar .

de algemene regels

CONTRACT

Als leerling verbind ik mij ertoe om de volgende regels altijd toe te passen in het labo. Bij fouten tegen deze regels weet ik dat er gevolgen zijn voor mijn veiligheid en die van anderen rondom mij.

Ik draag steeds het juiste beschermingsmateriaal op de juiste manier: labojas dichtgeknoopt, veiligheidsbril op de neus, handschoenen indien nodig. Losse haren bind ik samen.

Mijn labotafel is altijd ordelijk.

In het labo houd ik de doorgang vrij en leg ik alle onnodige materialen, zoals mijn boekentas, op de daartoe voorziene plaats.

Ik gedraag me steeds rustig, blijf zo veel mogelijk aan mijn werkbank en speel niet in het labo.

Ik neem geen materialen of stoffen mee uit het labo.

Eten of drinken doe ik niet in een labolokaal.

Als er iets misloopt, haal ik er meteen de leerkracht bij.

Ik giet een gebruikte stof nooit terug in de fles, maar verwerk ze als afval.

Wanneer ik aan een stof ruik, doe ik dat steeds op de correcte manier, door te wuiven. Klaar met de proef? Dan maak ik alles schoon, berg alles correct op en was mijn handen grondig.

Ik kom steeds goed voorbereid naar het practicum.

Ik ken de brandprocedure en weet hoe ik moet reageren bij brand.

Als leerling van deze klas verklaar ik me tijdens een labo altijd te houden aan de bovenstaande regels.

Ik respecteer de extra maatregelen die in mijn school genomen worden.

Datum,

LABOMATERIALEN de betekenis van H- en P-zinnen

H- EN P-ZINNEN

©VANIN

Naam en handtekening,

zie p. 34

de naam en toepassingen van het labomateriaal

om veilig in een labo te werken ken/kan ik:

de veiligheidspictogrammen de basishandelingen

BEKIJK DE

het laboverloop het chemisch etiket lezen

1 Begripskennis

• Ik kan de algemene regels binnen een labo opsommen.

• Ik kan de verschillende veiligheidsmaterialen in een lokaal benoemen en de functie bespreken.

• Ik kan de verschillende onderdelen van een chemisch etiket herkennen en de informatie gebruiken om veilig te werken in een labo.

• Ik herken de veiligheidspictogrammen en weet hoe ernaar te handelen.

• Ik kan de H- en P-zinnen opzoeken, interpreteren en ernaar handelen.

• Ik weet hoe een labo veilig verloopt.

• Ik weet dat een labo afval met zich meebrengt en verwerk dat op een correcte manier.

• Ik kan de verschillende onderdelen van een bunsenbrander benoemen.

• Ik kan de stappen om een bunsenbrander aan te steken in de juiste volgorde opsommen.

• Ik kan de verschillende vlammen van een bunsenbrander benoemen en de warmste plek aangeven.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een bunsenbrander aansteken.

• Ik kan een balans gebruiken.

• Ik kan werken met trechter en filtreerpapier.

• Ik kan het vloeistofniveau in glaswerk correct aflezen.

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

JANOG OEFENEN

Safety first!

Bekijk de tekening en bespreek wat er misloopt in het labo. Waarom is dat gevaarlijk?

In Sevesobedrijven houdt de regering vooral toezicht op de gevaren voor de wijde omgeving: de mogelijkheid tot ontploffing en brand, het vrijkomen van giftige dampen en de gevaren voor het milieu. In het labo houden we rekening met alle veiligheidspictogrammen.

In het labo moet je niet enkel rekening houden met de wijde omgeving, maar ook met gevaren voor jezelf, je klasgenoten, de leerkracht, het klaslokaal, de school ... Het is dan ook belangrijk dat je je bewust bent van de gevaren. Door het stellen van regels en wetten, zoals de overheid doet voor Sevesobedrijven, blijven we mogelijke ongevallen een stapje voor.

ZUIVERE STOFFEN

EN MENGSELS

Kun jij ook toveren?

Uitdaging!

Houd met deze reeks van experimentjes je ouders, broer of zus voor de gek.

WAT HEB JE NODIG?

 een glas

 een handvol kiezelsteentjes

 een pak keukenzout

 water

HOE GA JE TE WERK?

Stap 1

Neem een glas uit de kast en vul het tot aan de rand met kiezelsteentjes.

Is het glas helemaal vol? Als je die vraag stelt, krijg je als antwoord vast: ‘ja, hoor’.

Stap 2

Neem een pakje keukenzout uit de kast en probeer of je nog zout kunt toevoegen aan het glas.

Je zult merken dat er nog heel wat keukenzout in het glas kan toegevoegd worden. De zoutkorrels gaan de ruimte die er nog restte tussen de grotere kiezelsteentjes immers opvullen. In het glas zit nu een mengsel van keukenzout en kiezelsteentjes.

Is het glas nu helemaal vol? Opnieuw zal je publiek waarschijnlijk ‘ja’ antwoorden.

Stap 3

Probeer vervolgens om water toe te voegen aan het glas met de kiezelsteentjes en het keukenzout.

Gelukt? Dan was het glas dus toch niet vol. Een deel van het keukenzout is ook opgelost in het water. Je hebt nu het glas gevuld met verschillende soorten stoffen, een mengsel van stoffen.

Alles gelukt? Prima!

Nu komt het moeilijke werk: zou je de stoffen terug van elkaar kunnen scheiden?

Met enige kennis van mengsels en de nodige scheidingstechnieken moet dat zeker lukken.

` Welke mengsels zijn er?

` Welke scheidingstechnieken gebruiken we om de stoffen terug van elkaar te scheiden?

We zoeken het uit!

Materie, voorwerp of stof?

Het woord stof speelt een centrale rol in de chemie. Een chemicus maakt dan ook een duidelijk onderscheid tussen een voorwerp en een stof. Chemie houdt zich namelijk niet bezig met het bestuderen van voorwerpen, maar wel met de studie van stoffen waaruit alles wat leeft (mens, dier, plant …) en alles wat niet leeft (aarde, water, lucht …) is opgebouwd. Ken jij het verschil tussen een stof en een voorwerp nog?

©VANIN

OPDRACHT 1

Vul de tabel aan.

Het Van Dale-woordenboek geeft verschillende definities voor het woord ‘glas’. Is glas nu een stof of een voorwerp?

Betekenis 'glas'

Je hebt gezocht op het woord: glas. glas (het; o; meervoud: glazen; verkleinwoord: glaasje)

1 doorzichtige harde stof

2 glazen plaat = ruit: zijn eigen glazen ingooien, zijn eigen zaak bederven

3 glazen beker: een glas wijn; te diep in het glaasje kijken, zich bedrinken

stof

stof

stof

voorwerp

voorwerp

voorwerp

Het woord ‘glas’ kan dus zowel verwijzen naar het voorwerp waaruit we drinken, als naar de stof waaruit dat voorwerp is gemaakt.

Wanneer ‘glas’ duidt op een voorwerp, wordt het meestal gebruikt als een verzamelnaam van stoffen: een raam bevat niet alleen de stof glas, maar ook een aluminium kader. Voor chemici is het raam een voorwerp en zijn glas en aluminium de stoffen of de materialen waaruit het raam is opgebouwd.

OPDRACHT 2

Herken het verschil tussen een stof en een voorwerp.

Kijk eens rond in het klaslokaal en noteer enkele voorwerpen en stoffen.

Voorwerp

Stof

Een voorwerp is opgebouwd uit stoffen De verzameling van alle stoffen in de natuur wordt materie genoemd.

OPDRACHT 3

Wat is het verschil tussen materie, voorwerp en stof?

Vul de begrippen in het schema aan.

materie – voorwerp – stof

BAKSTENEN

WATER

KLEI

HUIS

Hoe onderscheiden we stoffen van elkaar?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het verschil tussen materie, voorwerp en stof toelichten.

Je leert nu:

L uitleggen wat stofeigenschappen zijn (en ze onderscheiden van voorwerpeigenschappen);

L de begrippen aggregatietoestand, massadichtheid, smeltpunt, kookpunt, deeltjesgrootte, geleidbaarheid, oplosbaarheid van een stof kennen;

L stoffen onderscheiden op basis van stofeigenschappen.

Stoffen kunnen verschillende eigenschappen hebben. Zo kun je thuis een glas met azijn en een glas gevuld met water van elkaar onderscheiden door eraan te ruiken

Suiker en zout herken je misschien door de vorm en de grootte van de kristallen. In je eigen keuken kun je de stof zelfs proeven, als je zeker bent dat het om eetbare stoffen gaat.

Kortom, door je zintuigen te gebruiken, zijn er al heel wat eigenschappen op basis waarvan je informatie kunt afleiden over de identiteit van de stof.

Maar wat als je je zintuigen niet mag gebruiken? Wat als het niet gaat over eetbare stoffen? In een chemisch labo is proeven niet toegestaan! Je zou een giftige stof kunnen aanraken of inslikken. Ook ruiken gebeurt op een veilige manier. Maar zo wordt het natuurlijk moeilijker om stoffen te onderscheiden.

1 Wat betekent de term ‘stofeigenschap’?

Je kent het verschil tussen een voorwerp en een stof, maar kunnen we stoffen ook onderling onderscheiden van elkaar?

OPDRACHT 4

Vergelijk olijfolie met water.

Op basis van welke eigenschappen maak je hier een onderscheid tussen de olijfolie en het water?

•

•

Meng nu beide vloeistoffen en noteer je waarneming.

•

OPDRACHT 5

Je hebt al enkele eigenschappen gebruikt om stoffen van elkaar te onderscheiden. Zo kun je olijfolie van water onderscheiden op basis van kleur, stroperigheid (viscositeit), oplosbaarheid in water ... Zoals hierboven beschreven, kon je azijn dan weer van water onderscheiden door zijn kenmerkende geur

Onderscheid de stoffen op basis van hun eigenschappen.

1 Noteer in de tweede kolom de stoffen die je in de eerste kolom ziet. Kies uit: bloem – goud – koper – olijfolie – plastic (pvc) – suiker – water

2 Noteer in de derde kolom de eigenschappen die je tot dat besluit brachten.

Afbeelding Stof Op basis van deze eigenschap(pen)

Om stoffen te herkennen heb je gebruikgemaakt van eigenschappen:

• Je hebt gekeken naar de aggregatietoestand van de stof. Zo zijn sommige stoffen immers vloeibaar bij kamertemperatuur en andere stoffen vast. Lucht bestaat voornamelijk uit gasvormige stoffen bij kamertemperatuur.

• Een metaal (zoals zilver, goud) onderscheid je van glas of plastic door zijn typische glans.

• Maar je hebt misschien ook gebruikgemaakt van de verdelingsgraad (de fijnheid van de korrels) van bloem ten opzichte van de verdelingsgraad van suiker om die van elkaar te onderscheiden.

We maken dan ook een onderscheid tussen twee soorten eigenschappen:

1 Eigenschappen die afhangen van het voorwerp (en dus veranderlijk zijn) = voorwerpeigenschappen

2 Eigenschappen die typisch (eigen) zijn aan een welbepaalde stof = stofeigenschappen

Voorwerpen kunnen uit een of meerdere stoffen bestaan.

Stoffen hebben eigenschappen of kenmerken die bij de stof horen en niet veranderen. Dat noemen we onveranderlijke eigenschappen of stofeigenschappen. Voorbeelden van stofeigenschappen zijn glans, verdelingsgraad, aggregatietoestand.

OPDRACHT 6

Gaat het om voorwerp- of stofeigenschappen?

1 Zet een kruisje bij het juiste type eigenschap.

Er bestaan blauwe, groene, gele, rode, paarse … legoblokken.

Water is gasvormig boven 100 °C, vloeibaar bij kamertemperatuur en vast onder 0 °C.

Suiker lost goed op in water, maar olie blijft drijven op water.

Mijn bril heeft een ronde vorm, de zonnebril van mijn buur is eerder hoekig.

2 Kun je de stofeigenschappen uit vraag 1 ook benoemen? Som op wat je weet.

Voorwerpeigenschap Stofeigenschap

Voor een chemicus zijn het uiteraard de stofeigenschappen die van belang zijn. Je maakte in de voorbije studiejaren, bij verschillende vakken, al kennis met stofeigenschappen zoals aggregatietoestand en glans

De stofeigenschap aggregatietoestand is de vorm waarin een stof bij een welbepaalde temperatuur voorkomt: vast, vloeibaar of gasvormig.

De stofeigenschap glans geeft weer of een stof een zachte schittering heeft als er licht op invalt. Zo hebben metalen (goud, zilver, koper …) een typische glans.

We bekijken nu nog enkele andere stofeigenschappen. Sommigen daarvan zul je ook nog in het vak fysica tegenkomen, of ben je misschien al eerder tegengekomen in de lessen natuurwetenschappen of STEM.

2 Stofeigenschap: massadichtheid

Twee voorwerpen met hetzelfde volume hebben niet noodzakelijk dezelfde massa: een liter water weegt immers meer dan een liter lucht. Twee voorwerpen met dezelfde massa hebben ook niet noodzakelijk eenzelfde volume: 1 kg pluimen en een 1 kg lood wegen evenveel, maar het volume pluimen zal natuurlijk groter zijn.

OPDRACHT 7

Ken je deze grootheden en eenheden nog?

Net als in fysica zijn er bij chemie grootheden en eenheden die je nodig hebt om berekeningen uit te voeren. Vul de tabel aan.

Grootheid

Massa en volume zijn twee voorwerpeigenschappen: ze verschillen immers naargelang het voorwerp. Een goudstaaf heeft een grotere massa en een groter volume dan een gouden ring, hoewel het bij beide over de stof goud gaat.

Massadichtheid is niets anders dan de hoeveelheid massa per volumeeenheid. Hoe meer deeltjes in hetzelfde volume voorkomen (hoe groter de massa), hoe groter de massadichtheid (zie afbeelding 11).

En dit is dan weer wél typisch voor een welbepaalde stof: het is een stofeigenschap.

©VANIN

kleine massadichtheid

grote massadichtheid

Deze nieuwe grootheid, massadichtheid, heeft dus ook weer haar eigen symbool en eenheid:

GrootheidSymbool - formuleSI-eenheidSymbool massadichtheid kilogram per kubieke meter

TIP t = m V kg m3

Denk aan je omzettingen! Zo is de eenheid = 10-3 en 1 liter = 1 dm3 en 1 m3 = 1 000 dm3 = 1000 L kg m3 g cm3

WEETJE

Wil je nog dieper ingaan op de formule? Bekijk dan de video.

Als je olijfolie en water samenbrengt in een proefbuis, merk je dat die stoffen niet mengen, maar twee laagjes vormen. De twee stoffen lossen immers niet op in elkaar. Maar als gevolg van een verschil in massadichtheid zal één stof gaan bovendrijven, namelijk de stof met de kleinste massadichtheid. Een mooie cocktail maken steunt volledig op de eigenschap van massadichtheid. Verschillende dranken hebben een verschillende massadichtheid en vormen dus mooie laagjes in je glas.

BEKIJK DE VIDEO

Afb. 11

Demonstratie van verschil in massadichtheid tussen twee voorwerpen door de massa te vergelijken voor hetzelfde volume

OPDRACHT 8

Vergelijk twee stoffen (bij kamertemperatuur) binnen één rij en vul de tabel aan.

Gevolg (vink aan wat past)

©VANIN

water 1,0 aluminium 2,70

ethanol (drankalcohol) 0,789 glazen knikker 2,2-2,6

water 1,0 olie 0,75-0,95

 Aluminium zinkt in water.

 Aluminium drijft in water.

 De knikker zinkt in alcohol.

 De knikker drijft in alcohol.

 De olielaag zit boven de waterlaag.

 De olielaag zit onder de waterlaag. kwik 13,55

 De kwiklaag zit boven de melklaag.

 De kwiklaag zit onder de melklaag.

 De laag glycerine zit boven de laag zeewater.

 De laag glycerine zit onder de laag zeewater.

OPDRACHT 9

ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je de massadichtheid van stoffen kunt bepalen.

Voer het virtueel labo rond massadichtheid uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

De stofeigenschap massadichtheid geeft de verhouding weer tussen de massa van een stof en het volume dat die stof inneemt bij een bepaalde temperatuur. Ook die stofeigenschap is specifiek en eigen aan de stof.

Voor de drie aggregatietoestanden worden de afkortingen v (vast), vl (vloeistof) en g (gas) gebruikt. Vaak worden echter ook de Engelse afkortingen gebruikt.

Aggregatietoestand Afkorting in het Nederlands Afkorting in het Engels vast v s (solid) vloeistof vl l (liquid) gas g g (gas)

3

Stofeigenschappen: kook- en smeltpunt

KOOKPUNT

SMELTPUNT

en kookpunt als scheidingslijn

OPDRACHT 10

Vul de tabel aan.

gasvormig boven het kookpunt is een stof meestal in de gasfase. vloeibaar tussen het smeltpunt en het kookpunt is een stof meestal in de vloeibare fase. vast onder het smeltpunt is een stof meestal in de vaste fase.

Je kunt stoffen niet alleen van elkaar onderscheiden op basis van hun massadichtheid, je kunt ook gebruikmaken van hun kookpunt en hun smeltpunt

©VANIN

OPDRACHT 11

ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf het smeltpunt van paraffine.

Je vindt het labo bij het onlinelesmateriaal.

Aggregatie-

Aggregatietoestand bij

Aggregatietoestand bij

Het kookpunt van een stof is de temperatuur waarbij de stof overgaat van de vloeibare fase naar de gasvormige fase. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de stof overgaat van de vaste fase naar de vloeibare fase.

4

Stofeigenschap: geleidbaarheid

Al ooit op kamp geweest en zelf een vuurtje moeten maken? Superleuk om dan je eten in een gamel op te warmen. Maar let op: het is geen goed idee om de gamel vervolgens met je blote handen vast te nemen. Of een lekkere lasagne in de oven: oppassen met het aluminium bakje. We spreken hier over thermische geleidbaarheid, of hoe makkelijk een stof de warmte gaat doorgeven.

©VANIN

De thermische geleidbaarheid (of warmtegeleiding) geeft aan hoe vlot warmte wordt doorgegeven doorheen de stof. Eigenlijk komt het neer op de vlotheid waarmee deeltjes kunnen bewegen door de stof.

(Elektrische) geleidbaarheid is de mogelijkheid van stoffen om, in gesmolten of opgeloste toestand, de elektrische stroom te geleiden. Aangezien niet elke stof de stroom kan geleiden (en dus een lampje kan doen branden), kun je op basis van die stofeigenschap stoffen van elkaar onderscheiden.

OPDRACHT 12

ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf de elektrische geleidbaarheid van enkele stoffen.

Voer het labo rond geleidbaarheid uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

De elektrische geleidbaarheid geeft aan hoe gemakkelijk geladen deeltjes door de stof kunnen bewegen. Bij bepaalde stoffen gaat dat vlotter dan bij andere. Bij sommige stoffen lukt het helemaal niet. Ook die stofeigenschap is, bij kamertemperatuur, een constante en dus een mogelijke manier om een stof verder te identificeren.

Afb. 13

Test geleidbaarheid vloeistoffen

Afb. 14 Test geleidbaarheid vaste stoffen

5

Stofeigenschap: oplosbaarheid van stoffen (in water)

Water is een belangrijk oplosmiddel, zowel in het dagelijks leven als in het chemielabo. Kijk maar naar je eigen lichaam: dat bestaat voor meer dan de helft uit water. Dat betekent dan ook dat er heel veel stoffen goed oplossen in het water in de cellen van je lichaam. Maar lossen alle stoffen even goed op in water?

Oplosbaarheid in water is een belangrijke stofeigenschap: je kijkt of de stof al dan niet oplost in water. Water dient dan als oplosmiddel, en de stof die je oplost wordt de opgeloste stof genoemd. We noemen de combinatie van opgeloste stof in een oplosmiddel een oplossing.

©VANIN

OPDRACHT 13

ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf de oplosbaarheid van enkele stoffen.

Voer het labo rond oplosbaarheid uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

WEETJE

Je kunt ondertussen stoffen al van elkaar onderscheiden op basis van verschillende stofeigenschappen. Zo leerde je over aggregatietoestand, glans, massadichtheid, kook- en smeltpunt, geleidbaarheid en oplosbaarheid (in water). Er zijn echter nog enkele andere stofeigenschappen die je zou kunnen gebruiken:

• geur

• smaak

• giftigheid

• brandbaarheid

• magnetische eigenschappen

Let op: geur, smaak en giftigheid van onbekende stoffen testen in een chemielabo op school of thuis, is uiteraard geen optie. Maar brandbaarheid en magnetische eigenschappen van stoffen ga je zeker nog tegenkomen in de lessen chemie en fysica.

Wanneer een stof oplost in een oplosmiddel, spreken we van de oplosbaarheid van die opgeloste stof. Niet alle stoffen lossen even goed op in water, hoewel het het meest gebruikte oplosmiddel is (zeker in een labo).

` Maak oefening 1 t/m 3 op p. 61.

Maak een mindmap over dit hoofdstuk.

We komen aan het einde van dit hoofdstuk, dus wordt het tijd dat je even samenvat wat je daaruit moet kennen.

Om je op weg te helpen, noteerden we alvast het basisbegrip uit dit thema: stofeigenschap.

Probeer nu zelf een mindmap rond dat begrip te maken.

STOFEIGENSCHAP

In de tabel vind je in elk vak twee stoffen. Geef voor elk duo:

• een stofeigenschap die ze gemeenschappelijk hebben;

• een stofeigenschap die verschillend is voor beide stoffen.

glas en diamant

- gemeenschappelijk:

- verschillend:

bloemsuiker en kristalsuiker

- gemeenschappelijk:

- verschillend:

goud en koper

- gemeenschappelijk:

- verschillend:

water en ether

- gemeenschappelijk:

- verschillend:

Stel: je hebt een voorwerp dat gemaakt is van een voor jou onbekende stof. Je onderzoekt het voorwerp en stelt de volgende eigenschappen vast:

a Het voorwerp zinkt in water.

b Het voorwerp is 12 cm lang.

c De massa van het voorwerp is 150 g.

d Het voorwerp geleidt de stroom.

Beantwoord nu de vragen.

1 Welke gegevens bieden geen nuttige informatie als je wilt weten uit welke stof het voorwerp is vervaardigd?

2 Welke gegevens zijn stofeigenschappen?

3 Welke belangrijke stofeigenschap zouden we kunnen afleiden als we in plaats van de lengte van het voorwerp het volume hadden bepaald?

Omcirkel de vreemde eend in de bijt en verklaar bondig.

• geldmunt – zilver – halsketting – oorring – bankbiljet

• kwik – schroef – goud – koolstof – zink

• volume – massa – vorm – kookpunt – grootte

• geleidbaarheid – kookpunt – aggregatietoestand – massadichtheid – massa ` Verder oefenen? Ga naar .

Is het een zuivere stof of een mengsel?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L stoffen van elkaar onderscheiden op basis van stofeigenschappen.

Je leert nu:

L een definitie geven voor het begrip zuivere stof;

L een definitie geven voor het begrip mengsel;

L zuivere stoffen en mengsels van elkaar onderscheiden;

L het onderscheid maken tussen homogene en heterogene mengsels;

L mengsels classificeren als homogeen of heterogeen mengsel;

L mengsels onderverdelen in rook, nevel, oplossing, schuim, suspensie of emulsie.

1 Onderscheid tussen zuivere stoffen en mengsels

OPDRACHT 14

Markeer wat volgens een chemicus een zuivere stof is.

goud ijzer leidingwater lucht zuurstofgas

We hebben het in het vorige hoofdstuk gehad over stofeigenschappen en hoe je dus stoffen van elkaar kunt onderscheiden. Maar eigenlijk hadden we het daar steeds over hoe je zuivere stoffen van elkaar kunt onderscheiden. In dit hoofdstuk gaan we nu ook mengsels van stoffen bekijken.

Sommige van die mengsels hebben een specifieke naam, en heb je vast al horen waaien: ‘rook’, ‘schuim’ … We onderzoeken eerst het onderscheid tussen zuivere stoffen en mengsels en bekijken vervolgens elk type mengsel eens van dichterbij.

Lucht bestaat eigenlijk uit een verzameling van stoffen, zoals N2 (stikstofgas), O2 (zuurstofgas), CO2 (koolstofdioxide), waterdamp, roetdeeltjes … Ook in het leidingwater dat wij drinken, zit meer dan alleen maar (zuiver) water. Net zoals in flessenwater trouwens: kijk maar eens op het etiket (afbeelding 15). Als we het in de lessen chemie over water hebben, bedoelen we dus de zuivere stof water!

WEETJE

Is het je al opgevallen dat je leerkracht tijdens een proef geen leidingwater, maar gedemineraliseerd water gebruikt? Zoals de term al aangeeft, zijn verschillende mineralen uit het water verwijderd, waardoor de graad van zuiverheid verhoogt. Op die manier verkleint je leerkracht het risico dat andere stoffen in het water een invloed hebben op de reactie.

©VANIN

Je leerkracht kan ook kiezen voor gedestilleerd water. Dat water is nog zuiverder; dankzij de scheidingstechniek destillatie zijn nog meer onzuiverheden uit het water verwijderd. Het wordt vaak gebruikt in het dagelijks leven, bv. voor het navullen van loodaccu’s of in strijkijzers om kalkvrij stoom te produceren (alhoewel dat met gedemineraliseerd water ook prima werkt).

Wil je meer weten over het verschil tussen zuiver water en kraantjeswater? Bekijk dan de video.

Zoals je hebt geleerd in de eerste graad, wordt een verzameling van verschillende stoffen een mengsel genoemd. Een mengsel bevat dus twee of meer stoffen, die we bestanddelen of componenten noemen.

Een (zuivere) stof wordt gekenmerkt door welbepaalde waarden voor een hele reeks stofeigenschappen (smeltpunt, kookpunt, massadichtheid …)

Bij een zuivere stof zijn die waarden constant en karakteristiek (typisch voor de stof).

Bij een mengsel van zuivere stoffen zullen de eigenschappen zoals kookpunt, smeltpunt, massadichtheid ... afhankelijk zijn van de samenstelling van het mengsel.

` Maak oefening 1 op p. 70.

WEETJE

Kookpunt versus kooktraject

Een zuivere stof heeft een constant, vast kookpunt: tijdens het koken blijft de temperatuur constant.

Een mengsel wordt gekenmerkt door een kooktraject: tijdens het koken verandert de temperatuur.

temperatuur (°C) kookpunt

vl vl+ g g

zuivere stof (bv. demiwater)

Grafiek 1

Zuivere stof met vast kookpunt

tijd (s)

temperatuur (°C) kooktraject

tijd (s) vl vl+ g g

mengsel (bv. zout + water)

Grafiek 2 Mengsel met kooktraject

BEKIJK DE VIDEO

2 Soor ten mengsels

Soms zie je aan een mengsel dat het bestaat uit meerdere componenten: we spreken dan over een heterogeen mengsel. Soms kun je de componenten niet meer onderscheiden: we spreken dan over een homogeen mengsel

2.1 Homogeen versus heterogeen

OPDRACHT 15

DEMO

Welke soorten mengsels worden gevormd?

Je leerkracht plaatst vier erlenmeyers op tafel. In elke erlenmeyer zit 20 mL zuiver water.

Aan erlenmeyer 1 wordt zand toegevoegd, aan erlenmeyer 2 zout, aan erlenmeyer 3 olijfolie en aan erlenmeyer 4 alcohol. De twee stoffen worden lichtjes gemengd, waarna ze op de tafel geplaatst worden.

1 Noteer je waarnemingen. Schrap wat niet past.

Erlenmeyer 1: water + zand

Lost op / Lost niet op Ik kan de twee stoffen onderscheiden: Ja / Nee

Erlenmeyer 3: water + olijfolie

Lost op / Lost niet op Ik kan de twee stoffen onderscheiden: Ja / Nee

2 Breng de vier mengsels onder in de juiste groep.

Homogeen mengsel

Voorbeeld

Erlenmeyer 2: water + zout

Lost op / Lost niet op Ik kan de twee stoffen onderscheiden: Ja / Nee

Erlenmeyer 4: water + alcohol

Lost op / Lost niet op Ik kan de twee stoffen onderscheiden: Ja / Nee

Heterogeen mengsel

Uit opdracht 15 kunnen we besluiten dat je na het mengen soms nog steeds de verschillende componenten van het mengsel ziet, maar soms ook niet.

Op basis van je waarnemingen kun je de mengsels in twee groepen indelen: homogene mengsels: slechts één soort component te zien; heterogene mengsels: verschillende soorten componenten te zien.

2.2 Homogene mengsels of oplossingen

OPDRACHT 16

Geef enkele voorbeelden van homogene mengsels

Vul de tabel aan.

Homogene mengsels kunnen onderverdeeld worden naar de aggregatietoestand van hun componenten.

Probeer van elke combinatie een voorbeeld te geven.

Aggregatietoestand component 1

Aggregatietoestand component 2

Voorbeeld

v v brons (een mengsel van koper en tin)

Een ander woord voor homogene mengsels is oplossingen (waarbij nog het onderscheid vaste, vloeibare en gasvormige oplossingen wordt gemaakt). Een homogeen mengsel van twee metalen heeft nog een specifiekere naam: dat noemen we een legering.

Afb. 16 Het beeld van Manneke Pis is uit brons vervaardigd. Brons is een legering van koper en tin.

Homogene mengsels of oplossingen zijn mengsels waarin je de verschillende componenten niet meer van elkaar kunt onderscheiden met het blote oog. Een homogeen mengsel van twee vaste metalen wordt een legering genoemd.

OPDRACHT 17

Vul de tabel aan.

Specifieke naam van het heterogene mengsel

2.3 Heterogene mengsels

Heterogene mengsels zijn mengsels waarin je de verschillende componenten met het blote oog kunt onderscheiden. In tegenstelling tot homogene mengsels, hebben de heterogene mengsels allemaal een specifieke naam. Bij die naamgeving hangt de indeling samen met de aggregatietoestand van de opgeloste stof in het oplosmiddel (= stof die overheerst).

©VANIN

Voorbeeld

een vinaigrette (van olie en azijn) voor op een slaatje

Aggregatietoestand opgeloste stof

Aggregatietoestand oplosmiddel (= stof die overheerst)

In opdracht 17 merk je dat verschillende soorten heterogene mengsels bestaan die we in een volgend schema kunnen weergeven:

Opgeloste stof Oplosmiddel

©VANIN

Heterogene mengsels zijn mengsels waarin je de verschillende componenten kunt onderscheiden met het blote oog.

• Rook is een heterogeen mengsel dat ontstaat bij verbranding. Rook bestaat uit vaste deeltjes, verdeeld in een oplosmiddel in de gasfase.

• Nevel is de specifieke naam voor een heterogeen mengsel van vloeistofdeeltjes in een gasfase. Net als bij rook is de gasfase hier het oplosmiddel.

• Schuim is de naam voor een heterogeen mengsel van gasdeeltjes in een vloeistoffase. We zien hier het tegenovergestelde van een nevel: bij schuim is de vloeistoffase het oplosmiddel, terwijl bij een nevel de gasfase het oplosmiddel is.

• Je spreekt van een suspensie als vaste deeltjes te onderscheiden zijn in een vloeistof.

• Een emulsie ten slotte, is een combinatie van twee te onderscheiden vloeistoffen.

` Maak oefening 2 t/m 5 op p. 70, 71 en 72.

Om een heterogeen mengsel van vloeistoffen (die moeilijk in elkaar oplossen) om te zetten in een meer homogeen geheel, wordt een emulgator toegevoegd. Zonder emulgator gaat het mengsel spontaan ontmengen. Zo wordt bijvoorbeeld eigeel toegevoegd als emulgator voor de bereiding van mayonaise (water in olie).

Meer weten over emulsies? Bekijk dan de video.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

OPDRACHT 18 DOORDENKER

Nu wordt het moeilijker: je hebt vast al weleens het woord aerosol horen vallen. Was je als kind vaak verkouden of moest je vaak hoesten? Dan zou het kunnen dat je ‘aan de aerosol’ moest. Ook mensen met astma moeten vaak hun puffer bovenhalen.

Een aerosol is een heterogeen mengsel waarin de opgeloste fase een vaste stof, vloeistof of combinatie van beide is en het oplosmiddel een gas (meestal lucht).

©VANIN

Markeer wat onder de noemer ‘aerosol’ valt.

Opgeloste stof Oplosmiddel rook

nevel

schuim

suspensie

emulsie

Smog in India en het effect van de maatregelen tegen COVID-19 in maart 2020

Door de grote hoeveelheid voertuigen (die vaak nog erg vervuilend zijn) in India, zitten er ongelooflijk veel microscopisch kleine deeltjes fijn stof in de lucht. Men noemt dat ‘smog’ (smoke + fog = rook + nevel). Dat is niet alleen heel vervelend als je de monumenten in New Delhi wilt bekijken, maar vooral erg schadelijk voor de gezondheid. De stofdeeltjes kunnen zich immers in de longen en andere organen nestelen en schade toebrengen.

De maatregelen die India in maart 2020 invoerde om de verspreiding van het coronavirus tegen te gaan (sluiten van markten, fabrieken en winkels; stilleggen van het openbaar vervoer), hadden een enorme positieve impact op de luchtkwaliteit van het land. Uit metingen bleek dat de hoeveelheid fijn stof in de lucht met maar liefst 71 % was gedaald.

Het begrip aerosol is een verzamelnaam voor heterogene mengsels van vaste stoffen of vloeistoffen in een gas. De begrippen rook en nevel zijn dus beide voorbeelden van aerosols.

Afb. 18 oktober 2019 vs. april 2020, New Delhi

WEETJE

HOOFDSTUKSYNTHESE

Maak een mindmap over dit hoofdstuk.

Om je op weg te helpen, noteerden we alvast enkele begrippen uit dit thema. Probeer nu zelf een mindmap rond die begrippen aan te vullen.

ZUIVERE STOF

Gaat het hier om mengsels of zuivere stoffen?

a brons:

b goud:

c zandstorm:

d zuurstofgas:

e gefilterd zeewater:

f gedestilleerd water:

g Zn + water:

Bekijk de voorstellingen van stoffen of mengsels. Omcirkel het juiste antwoord.

a Welke voorstelling stelt een homogeen mengsel voor?

1 - 2 - 3 - 4

b Welke voorstelling stelt een heterogeen mengsel voor?

1 - 2 - 3 - 4

c Welke voorstelling stelt een zuivere stof voor?

1 - 2 - 3 - 4

d Welke overgang stelt het oplossen van zout in water voor?

3 + 4  1 3 + 4  2

e Welke overgang stelt het mengen van zand in water voor? 3 + 4  1 3 + 4  2

Koppel het juiste mengsel aan de juiste naam. Vul de tabel aan.

3 nevel legering schuim suspensie

antibioticumoplossing: het antibioticumpoeder wordt gemengd met het water

B

zeepbellen: lucht gevangen in zeepoplossing

een bronzen beeld: een mengsel van tin en koper de stoom die ontstaat in een sauna als je water over hete stenen giet

Schrap in de tabel wat niet past en vul aan.

Mengsel

1

graffitispray: vloeibare verfdeeltjes in gas onder druk

schuimkraag op een frisse pint bier

Homogeen of heterogeen?

Aggregatietoestand overheersende stof

Aggregatietoestand verdeelde stof Specifieke naam

homogeen heterogeen vast vloeistof gas vast vloeistof gas

homogeen heterogeen vast vloeistof gas vast vloeistof gas 3

homogeen heterogeen vast vloeistof gas vast vloeistof gas

een glas wijn: de combinatie van water en drankalcohol

Omcirkel de vreemde eend in de bijt en verklaar bondig.

• zout – zink – zuurstofgas – brons – heliumgas

• CO2- gas in water – leidingwater – modder – wijn – gedestilleerd water

• suikerwater – soep – sangria – champagne – vinaigrette

• zoutwater – water en alcohol – brons – lucht – mayonaise

` Verder oefenen? Ga naar .

Hoe kunnen we een mengsel van stoffen scheiden?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L mengsels onderscheiden van zuivere stoffen;

L mengsels onderverdelen in heterogeen/homogeen;

L een verdere onderverdeling maken binnen de homogene en heterogene mengsels.

Je leert nu:

L voor een mengsel een geschikte scheidingstechniek voorstellen;

L voor de geschikte scheidingstechniek verklaren op welke eigenschap de scheiding gebaseerd is;

L een scheidingsschema voorstellen voor een mengsel;

L uitleggen wat een scheidingstechniek is;

L de principes zeven, filtreren, decanteren, centrifugeren, indampen, extraheren en destilleren beschrijven;

1 Scheidingstechnieken

©VANIN

Het vak dat je nu volgt is chemie, of in een oudere benaming: scheikunde. Dat betekent letterlijk: ‘de kunst om te scheiden’. De leerstof voor dit vak omvat uiteraard veel meer, maar we beginnen met inzoomen op het scheiden. We bekijken welke scheidingstechnieken er zijn, waarop ze gebaseerd zijn en wanneer je ze kunt toepassen. We eindigen dit hoofdstuk met het opstellen van scheidingsschema’s voor mengsels van meer dan twee stoffen.

Elk soort mengsel heeft een eigen scheidingstechniek. Als je thuis pasta hebt gekookt en die afgiet door een vergiet, dan ben je aan het scheiden: via het vergiet scheid je pasta van het water. Je baseert je daarbij op het verschil in aggregatietoestand tussen de pasta en het water.

Scheiden is het tegenovergestelde van mengen. De methodes die we gebruiken om mengsels te scheiden in hun afzonderlijke componenten steunen op verschillen in stofeigenschappen.

We gaan dieper in op enkele scheidingstechnieken: sorteren, zeven, filtreren, decanteren, centrifugeren, indampen, destilleren en extraheren Uiteraard bestaan er nog meer scheidingstechnieken, die mogelijk tijdens een ander labo met je leerkracht verder aan bod komen.

OPDRACHT 19

ONDERZOEK

Voer het labo rond scheidingstechnieken uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

1.1 Sor teren, zeven en filtreren

Even terug naar je prille jeugdjaren! Je hebt als kind misschien wel met zand en water gespeeld. Zonder dat je het besefte, was je als toekomstig scheikundige mengsels aan het scheiden op het strand. Je gebruikte eenvoudige methodes die de stoffen niet veranderden.

Allereerst liet je het emmertje even staan; op die manier zonken het zand en de schelpen naar de bodem en kon je het water al grotendeels afgieten. Je liet het zand en de schelpen dus bezinken. De schelpjes uit het zand halen kon je met je handen. Je kon ze opzij leggen en sorteren per soort, door het verschillend uitzicht. De schelpjes waren ook merkelijk groter dan de rest en je maakte gebruik van dat verschil in deeltjesgrootte om ze er makkelijk uit te pikken.

Maar eens je alle schelpjes eruit gehaald had, merkte je ongetwijfeld dat er nog onzuiverheden in het zand zaten. Omdat het verschil in deeltjesgrootte tussen de componenten van je mengsel nu kleiner was, was het niet meer zo eenvoudig om die kleine dingetjes met de hand van het zand te scheiden. Je speelgoedsetje zorgde waarschijnlijk voor de oplossing: door het mengsel te zeven was je in staat om uiteindelijk zand in je emmertje te verkrijgen.

Door te sorteren kun je stoffen met gelijkaardige eigenschappen onderverdelen. Zeven is een eenvoudige techniek om een heterogeen mengsel te scheiden. Die techniek steunt op een verschil in deeltjesgrootte tussen de twee componenten. De grotere korrels kunnen niet door de zeef, maar de kleinere component(en) wel.

Meer weten over grote zeven in de industrie? Bekijk dan de video.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

WEETJE

In de lessen aardrijkskunde heb je het vast al gehad over verschillende soorten bodems: kleibodems, zandbodems, leembodems, of een combinatie daarvan. Om de bodemsamenstelling te bepalen, maakt een bodemkundige onder andere gebruik van een set zeven met een verschillende zeefopening. Zo zijn kleikorrels kleiner dan 2 µm, leem zit tussen 2 en 50 µm en zandkorrels zijn groter dan 50 µm

©VANIN

In veel gevallen moeten we echter componenten scheiden met een nog veel kleiner verschil in deeltjesgrootte. We kiezen dan voor de techniek van filtreren. Een goed gekozen filter heeft net de juiste structuur om de ene component, het filtraat, wel door te laten en de andere component, het residu, tegen te houden.

mengsel van een vaste stof en een vloeistof

staaf

filtreerpapier

trechter residu filtraat

Afb. 19

Filtreren

Filtreren of filtratie is een eenvoudige scheidingstechniek om een heterogeen mengsel te scheiden. Die techniek steunt op het verschil in deeltjesgrootte: vaste korrels zijn immers groter dan vloeistof- of gasdeeltjes. De vaste korrels kunnen niet door de poriën van de filter, maar de vloeistof of het gas wel. De vaste deeltjes die achterblijven, worden het residu genoemd. Wat door de filter gaat, is het filtraat.

WEETJE

Filtreren met mondmaskers (vl-g)

Filtreren of filteren gebeurt met vaste stoffen en vloeistoffen, maar ook met gassen. Denk maar aan het dragen van mondmaskers om vochtdeeltjes die mogelijke virussen meedragen, te scheiden van de ingeademde lucht. Tegen het zeer besmettelijke coronavirus beschermden mensen overal ter wereld zich met een dergelijk ‘filtermasker’.

©VANIN

Ook het regelmatig reinigen van bv. de filters in je huis (dampkap, droogkast, ventilatiesysteem ...) is uiteraard erg belangrijk; zo blijven de filters hun werk doen en ongewenste deeltjes scheiden van de rest.

Meer weten over filtratie in de industrie? Bekijk dan de video.

Als de deeltjes in je suspensie erg fijn verdeeld zijn, merk je dat het filtreren al snel moeizamer gaat: het filtreerpapier wordt bedekt met een laagje van het residu (een filterkoek). In dat geval maakt men gebruik van een büchnertrechter. Die trechter wordt aangesloten op een waterstraalpomp, waardoor een vacuüm gecreëerd wordt in de afzuigerlenmeyer.

WEETJE

Wil je weten hoe dat werkt? Bekijk dan de video.

VOORFILTER KOOLSTOFFILTER HEPA-FILTER

Afb. 20

BEKIJK DE VIDEO

BEKIJK DE VIDEO

Afb. 21 Filtreren met een büchnertrechter

1.2 Decanteren

Tijdens een filtratie bekom je zowel de vloeistof als de vaste stof uit het heterogene mengsel. Een variant daarop is het decanteren (of afschenken). Bij die techniek gebruik je geen filter. Door de vloeistof voorzichtig af te gieten, worden beide fasen van elkaar gescheiden. Dat er twee (of meer) lagen gevormd worden, die je van elkaar kunt scheiden door af te gieten, komt door het verschil in massadichtheid van de componenten.

De afzonderlijke componenten (of fasen) zullen niet even zuiver zijn als bij een filtratie, maar misschien volstaat het resultaat wel voor jou. Een extra filtratie achteraf is nog altijd een mogelijkheid.

Misschien heb je al van deze techniek gehoord bij het schenken van rode wijn? De vaste deeltjes zinken naar de bodem en door de wijn voorzichtig te schenken (decanteren) blijven de vaste deeltjes achter in de wijnfles.

©VANIN

Decanteren is een scheidingstechniek om een heterogeen mengsel (vast-vloeibaar of vloeibaar-vloeibaar) te scheiden. De techniek steunt op het feit dat elke stof zijn eigen massadichtheid heeft en daardoor afzonderlijke lagen zal vormen (eventueel na verloop van tijd). Die lagen kunnen, min of meer, van elkaar gescheiden worden door het afgieten van de bovenste laag.

Wanneer men twee vloeistoffen met een verschillende massadichtheid van elkaar wil scheiden (in een heterogeen mengsel), maakt men gebruik van een scheitrechter. Door tijdig het kraantje te sluiten na het doorlopen van een van de vloeistoffen van het heterogene mengsel, kun je betere resultaten verkrijgen dan door gewoon afgieten of decanteren.

Wil je weten hoe dat werkt? Bekijk dan de video.

Afb. 23

Decanteren met een scheitrechter

BEKIJK DE VIDEO

Afb. 22

Decanteren van wijn

1.3 Centrifugeren

Decanteren hangt onder andere af van de handigheid van de gebruiker (snel genoeg de kraan van de scheitrechter dichtdraaien, de fles rode wijn niet te snel uitgieten en onder de juiste hoek ...). Maar ook het geduld van de wetenschapper wordt soms op de proef gesteld: je mengsel moet immers lang genoeg in rust blijven om voldoende scheiding van de verschillende componenten te krijgen. De zwaartekracht moet zijn werk kunnen doen.

Het is daarom soms interessant om de scheiding van de componenten te versnellen. We helpen de zwaartekracht dan een beetje door het mengsel snelle cirkelvormige bewegingen te laten maken. Bij een slazwierder scheiden we zo de sla van het waswater. Ook de droogkast bij je thuis gaat de inhoud van de machine zeer snel ronddraaien, zodat het linnen wordt gedroogd doordat het water uit je kleren wordt gezwierd.

Die speciale techniek om componenten te scheiden op basis van massadichtheid noemen we centrifugeren. De deeltjes met de grootste massadichtheid worden bij de draaibeweging tegen de buitenwand geduwd. Met speciale apparaten, centrifuges, kan men zo in een labo componenten met een gering verschil in dichtheid scheiden. Die techniek wordt onder andere gebruikt om bloedcellen en bloedplasma van elkaar te scheiden.

Afb. 24

Centrifugeren van bloed

WEETJE

©VANIN

Afb. 25

De componenten van bloed na centrifuge rode bloedcellen plasma bloedplaatjes + witte bloedcellen

Wil je meer weten over centrifugatie in de industrie?

Bekijk dan de video.

BEKIJK DE VIDEO

Centrifugeren of centrifugatie is een scheidingstechniek om een heterogeen mengsel (vast-vloeibaar of vloeibaar-vloeibaar) te scheiden in verschillende componenten (net zoals decanteren).

Ze steunt op het feit dat elke stof zijn eigen massadichtheid heeft en er daardoor afzonderlijke lagen gevormd zullen worden. Met behulp van machines (die het effect van de zwaartekracht versterken) zullen die lagen beter en sneller van elkaar gescheiden kunnen worden dan via decanteren alleen.

1.4 Indampen

Het is mogelijk dat je door filtreren of decanteren een helder filtraat bekomt. Hoewel het lijkt alsof dat een zuivere stof is, kan dat filtraat nog steeds andere opgeloste stoffen bevatten. Het filtraat kan immers zelf nog een oplossing zijn (= homogeen mengsel van een vaste en vloeibare fase of twee vloeibare fasen). Als de opgeloste stof en het oplosmiddel een voldoende groot verschil in kookpunt hebben, is dat echter geen probleem. Door op te warmen tot de temperatuur van de fase met het laagste kookpunt (‘de meest vluchtige stof’), kun je beide fasen van elkaar scheiden. Zo verdampt water veel sneller dan keukenzout. Door een zoutoplossing op te warmen tot 100 °C, zal enkel het water verdampen en het zout (als kristallen) achterblijven. Op die manier kunnen oplossingen dus ook gescheiden worden in de opgeloste stof en het oplosmiddel.

©VANIN

Afb. 26

Opwarmen van zoutoplossing

De techniek van indampen wordt onder meer gebruikt voor het scheiden van zout uit zeewater. Daardoor ontstaan de bekende zoutbanken, die je vaak ziet in de Vendée-streek aan de Franse kust, of in Bolivia.

Wil je de indamping van zout (NaCl) zien gebeuren onder een microscoop? Bekijk dan de video.

Indampen is een scheidingstechniek die gebruikt wordt om een homogeen mengsel (vast-vloeistof of vloeistof-vloeistof) te scheiden. Door het opwarmen van het mengsel en het verschil in kookpunt, verdampt de vloeistof (met het laagste kookpunt) en blijven enkel de vaste deeltjes of de vloeistof met het hogere kookpunt over.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

1.5 Destilleren

De techniek van indampen maakt gebruik van het verschil in kookpunt tussen de componenten om een oplossing te scheiden. De ene stof is veel vluchtiger dan de andere omdat ze een groot verschil in kookpunt hebben. Dat is bijvoorbeeld het geval bij een zoutoplossing in water.

Bovendien focus je bij indampen slechts op een van beide componenten. Bij het indampen van zoutoplossing in water, houd je alleen het zout over. Daarnaast geldt een groot verschil in kookpunt niet voor alle oplossingen. Als de kookpunten van de componenten dichter bij elkaar liggen, maar ook als je beide componenten later apart wilt gebruiken, gaan we onze techniek moeten verfijnen. We maken opnieuw gebruik van het verschil in kookpunt van de componenten, maar gaan nu destilleren Destilleren is het mengsel verhitten tot boven het kookpunt van een van de componenten, maar we blijven onder het kookpunt van de andere component. Het component dat uit het mengsel gekookt wordt en apart wordt opgevangen, wordt het destillaat genoemd.

©VANIN

OPDRACHT 20

Wijn destilleren

Wijn is een mengsel van vele componenten. Om het niet te moeilijk te maken, houden we het nu even op een mengsel van water (druivensap) en drinkalcohol (ethanol C2H5OH). Je leerkracht bouwt de proefopstelling zoals op de tekening. De wijn wordt verwarmd tot ongeveer 80 °C. Dat is net boven het kookpunt van ethanol (78 °C), maar onder het kookpunt van water (100 °C). De liebigkoeler wordt continu gekoeld met kraantjeswater.

Wat neem je waar?

thermometer liebigkoeler klem uitlaat koelwater

destilleerkolf met mengsel vigreuxkolom

bunsenbrander

erlenmeyer met destillaat

inlaat koelwater

Besluit

Uit de wijn verdampt enkel de alcohol, die vervolgens condenseert omdat het koude stromende water in de liebigkoeler de alcoholdampen afkoelt. De verkregen heldere vloeistof die we opnieuw opvangen, noemen we het destillaat.

Destilleren is een scheidingstechniek die gebruikt wordt om homogene mengsels van vloeistoffen of vloeistof en vaste stof, van elkaar te scheiden. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het verschil in kookpunt tussen de aanwezige stoffen. Wanneer het mengsel aan de kook wordt gebracht, zal de component met het laagste kookpunt eerst verdampen. De gassen die zo ontstaan worden door een liebigkoeler geleid, zodat ze terug condenseren. Zo verkrijg je het destillaat.

DEMO

Afb. 27

OPDRACHT 21 DOORDENKER

Gefractioneerde destillatie van aardolie: wat is dat precies?

1 Bekijk de video over gefractioneerde destillatie van aardolie.

2 Aardolie wordt ook wel het ‘zwarte goud’ genoemd.

Het is een mengsel dat bestaat uit vele componenten, die allemaal een nuttige toepassing hebben.

De meeste componenten gebruiken we als brandstoffen. Na de destillatie worden verschillende ‘fracties’ gevormd.

3 Waarom spreken we hier van fracties?

©VANIN

dalende dichtheid en kookpunt

4 Vul de tekst aan. Schrap wat niet past.

De ruwe aardolie wordt verhit tot ongeveer 400 °C, zodat een groot gedeelte .

oplopende dichtheid en kookpunt ruwe olie

kerosine voor vliegtuigen paraffine voor verlichting en verwarming 170 °C petroleum voor auto’s 120 °C chemicaliën 70 °C

smeerolie, glansen boenproducten diesel 270 °C

brandstof voor schepen, industrie en centrale verwarming 600 °C asfaltfractie voor wegen

De dampen stijgen op in de toren, koelen daarbij geleidelijk af en opnieuw.

Fracties met een laag / hoog kookpunt worden al snel gasvormig en stijgen hoog in de toren op alvorens te condenseren. Fracties met een laag / hoog kookpunt condenseren al onderaan in de toren. Om de verschillende fracties op te vangen, zijn op verschillende hoogten in de toren borrelkappen aangebracht. De bouw ervan zorgt ervoor dat opstijgende dampen door de openingen kunnen en de neerstromende vloeistof opgevangen wordt. Op verschillende plaatsen in de toren kan men dan de gewenste fracties aftappen.

Hoe lager / hoger een fractie in de toren wordt afgetapt, hoe lager het kookpunt van de verbindingen is en hoe korter / langer de koolstofketens zijn. Hoe lager / hoger in de toren afgetapt, hoe hoger het kookpunt van de verbindingen is en hoe korter / langer de koolstofketens zijn.

Wil je meer weten over de destillatie van aardolie en het principe van gefractioneerde destillatie? Bekijk dan de video.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

BEKIJK DE VIDEO

Afb. 28

OPDRACHT 22

1.6 Extraheren

Een andere veelgebruikte scheidingstechniek is extraheren of extractie: geur-, kleur- en smaakstoffen (het extract) kunnen worden onttrokken (geëxtraheerd) met behulp van een oplosmiddel (het extractiemiddel) waarin ze beter oplossen. We maken gebruik van het verschil in oplosbaarheid in verschillende oplosmiddelen.

Je hebt vast en zeker al op het etiket van een yoghurt- of frisdrankverpakking of andere voedingswaren deze zin gelezen: ‘met natuurlijke extracten’. De producent heeft dan een natuurlijke kleur-, geur- of smaakstof aan het product toegevoegd.

Maar hoe krijgt bv. Fanta die mooie oranje kleur? De producent voegt caroteen als kleurstof toe. Caroteen is een oranje kleurstof die in veel natuurlijke producten voorkomt, zoals in wortelen. Kunnen we dergelijke kleurstoffen dan uit die producten halen? Zeker en vast!

Extraheer de geur- en kleurstoffen uit een sinaasappel.

1 Neem de schil van een sinaasappel en snijd ze in stukjes in een mortier.

2 Voeg nog wat sap van de sinaasappel toe en stamp alles verder fijn met de vijzel.

3 Voeg nu de alcohol toe die je destilleerde uit wijn in opdracht 21.

Wat neem je waar?

Door extractie met alcohol van de geur-, smaak en kleurstoffen uit de sinaasappel heb je nu een basis voor likeur gemaakt.

Ook bij het koffiezetten worden op die manier met behulp van heet water geur, kleur en smaak uit de koffiebonen in je koffie gebracht. Je past hier dus twee scheidingstechnieken tegelijkertijd toe: extractie en filtratie.

Afb. 29

Koffiezetten: extractie en filtratie

Geur-, kleur- en smaakstoffen (het extract) kunnen worden onttrokken (geëxtraheerd) met behulp van een oplosmiddel (het extractiemiddel) waarin ze beter oplossen. We maken gebruik van het verschil in oplosbaarheid in verschillende oplosmiddelen.

` Maak oefening 1 t/m 6 op p. 87 en 88.

WEETJE

De techniek van extractie wordt vaak ook gebruikt in de parfumindustrie, waarbij de geur van bloemen zoals rozen als extract wordt toegevoegd aan het parfum. Let op! Niet alle kleurstoffen zijn van natuurlijke oorsprong. Waar Fanta bijvoorbeeld wel met het natuurlijke caroteen wordt gekleurd, is dat voor Coca-Cola niet het geval. Cola dankt zijn zwarte kleur aan karamellisatie. De gebruikte kleurstof wordt bij voedingsmiddelen aangegeven op het etiket met een zogenaamde E-code. Op het etiket van een fles Fanta zul je zo E160a terugvinden, de code voor caroteen.

Je hebt nu meerdere scheidingstechnieken leren kennen en misschien zelfs enkele technieken uitgeprobeerd. De componenten werden gescheiden op basis van verschillende stofeigenschappen maar de componenten zelf bleven onveranderd. We maakten gebruik van verschillen in fysische eigenschappen van de stoffen en spreken over fysische scheidingstechnieken.

OPDRACHT 23

Herhaal even.

1 Vul de tekst aan.

Een eerste scheidingstechniek die we zagen, was zeven. Die techniek is gebaseerd op een verschil in . Een voorbeeld is schelpjes en zand scheiden. Een tweede scheidingstechniek, ook gebaseerd op het verschil in , is

Zo kun je bijvoorbeeld kalk uit kalkwater halen met behulp van Daarnaast is er ook , gebaseerd op een verschil in massadichtheid.

Op die manier kun je olie van water scheiden. Indampen steunt dan weer op het verschil in , waardoor je bijvoorbeeld zout uit zeewater haalt. Het water zelf verdampt uiteraard. Wil je toch beide componenten behouden, dan maak je gebruik van de scheidingstechniek . Op die manier kun je uit wijn halen. Ten slotte weet je nu ook wat is: het onttrekken van geur-, kleur- en smaakstoffen met behulp van een waarin ze goed oplossen. Die techniek steunt dus op het verschil in in verschillende oplosmiddelen.

Zo kun je bijvoorbeeld olie uit pindanoten halen, vetten uit chips of de lekkere geur uit bloemen.

2 Welke scheidingstechniek kun je gebruiken voor welk soort mengsel en hoe doen ze dat in de industrie?

Ontdek het via de ontdekplaat bij het onlinelesmateriaal.

VERDIEPING

1.7

Andere scheidingstechnieken

Uiteraard zijn er nog veel meer scheidingstechnieken. Zo is er adsorptie. Met die techniek kunnen bv. de blauwe inktmoleculen uit water gehaald worden, doordat ze beter hechten aan de actieve kool (het adsorptiemiddel) dan watermoleculen. Bij die scheidingstechniek maken we gebruik van het verschil in hechting aan een oppervlak.

WEETJE

Gasmaskers bestaan al sinds het einde van de negentiende eeuw. Ze sturen de ingeademde lucht eerst door een filter met actieve koolstof, die de giftige stoffen adsorbeert. Tijdens de Eerste Wereldoorlog gebruikten het Duitse leger en de geallieerden mosterdgas, een giftig chloorgas dat door verontreinigingen in het mengsel de kleur en geur van mosterd kreeg. Dat gas was ook bekend onder de naam yperiet (naar de stad Ieper). Gasmaskers redden toen de levens van duizenden soldaten.

moleculen

Let op! Verwar de termen adsorptie en absorptie niet met elkaar. Absorptie is het opnemen van een stof in een andere stof. Zo kun je gemorst water opkuisen met een spons. De spons kan heel wat water absorberen.

Afb. 30

We vermelden ook nog chromatografie, waarbij we ons baseren op het verschil in adsorptiesnelheid van componenten van een adsorptiemiddel enerzijds en anderzijds het verschil in oplosbaarheid in het oplosmiddel. Chromatografie wordt heel vaak toegepast in de industrie. De douane en politie kan met de techniek drugs zoals cocaïne en heroïne opsporen. Voedingsanalisten kunnen met die techniek dan weer de samenstelling van voedingswaren analyseren.

actieve koolstof

2 Scheidingsschema’s

OPDRACHT 24

Je hebt nu kennisgemaakt met enkele belangrijke scheidingstechnieken. In de industrie, maar ook in het dagelijkse leven, worden vaak meerdere scheidingstechnieken tegelijkertijd of na elkaar uitgevoerd.

Scheid het mengsel olie – water – krijt met behulp van een scheidingsschema.

1 Beantwoord de vragen.

a Welk soort mengsel ontstaat als je olie, water en krijt bij elkaar voegt en roert?

b Wat gebeurt er met het krijt?

c Wat gebeurt er met het water en de olie?

d Welke scheidingstechniek zou je (op school) toepassen om de volgende mengsels te scheiden:

• olie en water:

• krijt en water:

2 Stel het scheidingsschema op.

` Maak oefening 7 op p. 88.

OPDRACHT 25

ONDERZOEK

We proberen eerst theoretisch een scheidingsschema op te stellen, waarna we het schema uittesten in een labo. Je kunt kiezen uit deze scheidingstechnieken: zeven – filtreren – decanteren – indampen – destilleren.

Voer het labo rond scheidingsschema uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

Maak een mindmap over dit hoofdstuk.

Om je op weg te helpen, noteerden we alvast het basisbegrip uit dit thema: scheidingstechniek.

Probeer nu zelf een mindmap rond dat begrip te maken.

Scheidingstechniek

Op welke stofeigenschap steunen de volgende scheidingstechnieken?

a destillatie:

b filtratie:

Noteer een gepaste scheidingstechniek om de bestanddelen van deze mengsels te isoleren.

a olie en azijn:

b bezinksel in wijn:

c goudklompje en zand:

d bier (alcohol en water):

In het schema zie je verschillende soorten mengsels. Geef voor elk mengsel één voorbeeld.

Geef daarnaast ook weer met welke algemene scheidingsmethode de afzonderlijke componenten bekomen kunnen worden.

Vermeld in de laatste kolom aan de hand van welk kenmerk die scheiding gebeurt.

Type mengsel Voorbeeld ScheidingsmethodeSteunt op verschil in … heterogeen vast-vloeibaar homogeen vast-vloeibaar homogeen vloeibaar-vloeibaar

Met welke scheidingsmethodes kunnen homogene en heterogene mengsels gescheiden worden?

Plaats telkens een kruisje in de juiste kolom.

Scheidingsmethode

filtratie

destillatie

Markeer de juiste scheidingstechniek. Welke techniek gebruik je om de volgende mengsels te scheiden? Kies telkens voor de meest eenvoudige techniek.

Mengsel

Een mengsel van stof A (smeltpunt –10 °C; kookpunt 80 °C) en stof B (smeltpunt 420 °C; kookpunt 1 280 °C).

Stof B is goed oplosbaar in stof A. Je wilt stof B verder onderzoeken.

Een oplossing van kopersulfaat (smeltpunt: 200 °C; kookpunt: 650 °C) in ethanol (smeltpunt: –117 °C ; kookpunt 78 °C). Beide vloeistoffen heb je nodig voor verder onderzoek.

Een mengsel van looddichloride (smeltpunt: 501 °C; kookpunt: 950 °C) en water. Looddichloride lost niet op in water.

Scheidingstechniek (markeer)

zeven – filtreren –decanteren – centrifugeren –indampen – destilleren

zeven – filtreren –decanteren – centrifugeren –indampen – destilleren

zeven – filtreren –decanteren – centrifugeren –indampen – destilleren

Met welke methodes zijn de volgende mengsels te scheiden in hun bestanddelen? azijn en water – jenever – kleideeltjes die zweven in water – zand en water

a filtratie:

b destillatie:

Stel een logisch scheidingsschema op voor deze heterogene mengsels, zodat je de samenstellende componenten overhoudt. Water moet je bekomen als een vloeistof! Vermeld bij elke techniek die je gebruikt het kenmerk (bv. deeltjesgrootte) dat gebruikt wordt om de bestanddelen te scheiden.

a een mengsel van water, zand, benzine en zout

b een mengsel van water, een witte vaste stof en een groene vaste stof (geen van beide stoffen lost op in water en enkel de witte stof lost op in olie)

` Verder oefenen? Ga naar

Kernbegrippen

Kernvragen

ZUIVERE STOFFEN EN MENGSELS

HOOFDSTUK 1: Hoe onderscheiden we stoffen van elkaar?

Notities

Eigenschappen, die specifiek zijn voor een stof en waarmee je stoffen van elkaar kunt onderscheiden, noemt men stofeigenschappen.

©VANIN

Soorten stofeigenschappen:

- massadichtheid

- kookpunt

- smeltpunt

- geleidbaarheid

- oplosbaarheid

HOOFDSTUK

(zuivere) stof

- massadichtheid: geeft de verhouding weer tussen de massa van een stof en het volume dat die stof inneemt bij een bepaalde temperatuur. Als gevolg van een verschil in massadichtheid zal één stof gaan bovendrijven.

- kookpunt van een vloeistof: de temperatuur waarbij een vloeistof overgaat van de vloeibare fase naar de gasvormige fase

- smeltpunt van een vaste stof: de temperatuur waarbij de stof overgaat van de vaste fase naar de vloeibare fase

- (elektrische) geleidbaarheid: de mogelijkheid van stoffen om, in gesmolten of opgeloste toestand, de elektrische stroom te geleiden.

- thermische geleidbaarheid: de mogelijkheid van stoffen om warmte te transporteren

- oplosbaarheid: Je kijkt of de stof al dan niet oplost in water. Water dient dan als oplosmiddel en de stof die je oplost wordt de opgeloste stof genoemd. Samen vormen ze dan een oplossing.

2: Is het een zuivere stof of een mengsel?

- Een zuivere stof wordt gekenmerkt door welbepaalde waarden voor een hele reeks stofeigenschappen (smeltpunt, kookpunt, massadichtheid …). Die waarden zijn constant en karakteristiek (typisch voor de stof).

mengsel van zuivere stoffen

homogene mengsels

heterogene mengsels

- Een mengsel van stoffen bevat meerdere stoffen. Als we naar kookpunt enz. kijken, zijn de waarden voor die grootheden afhankelijk van de samenstelling van het mengsel.

- Homogene mengsels = mengsels waarin je de verschillende componenten met het blote oog niet meer van elkaar kunt onderscheiden (oplossingen).

- Heterogene mengsels = mengsels waarin je ten minste een van de componenten kunt onderscheiden

Kernbegrippen

Kernvragen

ZUIVERE STOFFEN EN MENGSELS

HOOFDSTUK 2: Is het een zuivere stof of een mengsel?

heterogene mengsels

- rook - nevel - schuim - suspensie - emulsie aerosol

Notities

Op basis van de aggregatietoestand van de twee componenten krijgen sommige heterogene mengsels nog een specifieke naam:

vast in gasfase = rook vloeistof in gasfase = nevel gas in vloeistoffase = schuim vast in vloeistoffase = suspensie vloeistof in vloeistoffase = emulsie

Vast of vloeistof in gasfase = aerosol (bv. rook, nevel)

HOOFDSTUK 3: Hoe kunnen we een mengsel van stoffen scheiden?

Scheidingstechnieken op basis van:

- verschil in deeltjesgrootte

Zeven

De grotere korrels kunnen niet door de zeef, maar de kleinere component(en) wel.

Gebruikt voor: heterogene mengsels (v + v, v + vl)

Filteren, filtratie

Vaste korrels zijn groter dan vloeistof- of gasdeeltjes. De vaste korrels kunnen niet door de poriën van de filter, maar de vloeistof of het gas wel. De vaste deeltjes die achterblijven, worden het residu genoemd. Wat door de filter gaat, is het filtraat.

Gebruikt voor: heterogene mengsels (v + vl, vl + g, v + g)

- verschil in massadichtheid

Decanteren

Elke stof heeft zijn eigen massadichtheid, waardoor zich afzonderlijke lagen zullen vormen (eventueel na verloop van tijd). Die lagen kunnen, min of meer, van elkaar gescheiden worden door het afgieten van de bovenste laag.

Gebruikt voor: heterogene mengsels (v + vl, vl + vl)

Centrifugeren

Met behulp van machines (die het effect van de zwaartekracht versterken) zullen die lagen beter van elkaar gescheiden kunnen worden dan via decanteren.

Gebruikt voor: heterogene mengsels (v + vl, vl + vl)

Kernbegrippen

Kernvragen

ZUIVERE STOFFEN EN MENGSELS

Notities

HOOFDSTUK 3: Hoe kunnen we een mengsel van stoffen scheiden?

- verschil in kookpunt

Indampen

Door het opwarmen van het mengsel en het verschil in kookpunt, verdampt de vloeistof en blijven enkel de vaste deeltjes (of de vloeistof met het hogere kookpunt) over.

Gebruikt voor: homogene mengsels (v + vl, vl + vl)

Destilleren

Wanneer het mengsel aan de kook wordt gebracht, zal de component met het laagste kookpunt eerst verdampen. De gassen die zo ontstaan worden door een liebigkoeler geleid, zodat ze terug condenseren. Zo verkrijg je een destillaat. In tegenstelling tot indampen, worden beide componenten behouden.

Gebruikt voor: homogene mengsels (v + vl, vl + vl)

- verschil in oplosbaarheid

Extraheren

Geur-, kleur- en/of smaakstoffen kunnen onttrokken worden aan een stof omdat ze beter oplossen in een ander oplosmiddel.

Gebruikt voor: homogene mengsels (v + vl, vl + vl)

Mijn samenvatting

BEKIJK DE KENNISCLIP

JANOG OEFENEN

1 Begripskennis

Ik kan de volgende begrippen uitleggen:

• aerosol

• centrifugeren

• decanteren

• destilleren

• emulsie

• extraheren

• filtreren

• heterogeen mengsel

• homogeen mengsel

• indampen

• kookpunt

• massadichtheid

• nevel

• oplossing

• rook

• scheidingstechniek

• schuim

• smeltpunt

• stof

• stofeigenschap

• suspensie

• voorwerp

• zeven

• zuivere stof

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan stoffen onderscheiden op basis van stofeigenschappen.

• Ik kan zuivere stoffen onderscheiden van mengsels op basis van het aantal soorten deeltjes.

• Ik kan typische voorbeelden van homogene en heterogene mengsels herkennen en benoemen als oplossing, emulsie of suspensie.

• Ik kan specifieke soorten mengsels benoemen zoals rook, nevel, schuim, aerosol ...

• Ik kan voor een mengsel een geschikte scheidingstechniek voorstellen.

• Ik kan voor de geschikte scheidingstechniek verklaren op welke eigenschap de scheiding gebaseerd is.

• Ik kan een scheidingsschema voorstellen voor een mengsel.

©VANIN

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

Kun jij ook toveren?

Je maakte tijdens de CHECK IN een mengsel van kiezelsteentjes, zout en water. Je hebt toen weliswaar niet echt getoverd, maar wel gebruikgemaakt van chemische mengsels en scheidingstechnieken.

1 Benoem de mengsels. Schrap wat niet past.

• Het mengsel kiezelsteentjes-zout is een homogeen / heterogeen mengsel.

• Het mengsel kiezelsteentjes-water is een homogeen/ heterogeen mengsel.

• Het mengsel zout-water is een homogeen/ heterogeen mengsel.

We noemen dat ook een oplossing.

2 Bovendien ben je nu ook in staat om dit mengsel te scheiden in zijn afzonderlijke (zuivere) stoffen volgens het juiste scheidingsschema.

Vul het scheidingsschema verder aan. Misschien vind je meer dan een oplossing?

KIEZELSTENEN + ZOUT + WATER

Op basis van:

Scheidingstechniek:

Op basis van:

Scheidingstechniek:

Er zijn homogene en heterogene mengsels. We gebruiken verschillende scheidingstechnieken om de stoffen terug van elkaar te scheiden: zeven, filtreren, decanteren, centrifugeren, indampen, extraheren en destilleren.

VERDERE STUDIE VAN

EEN CHEMISCHE STOF

` HOOFDSTUK 1: Hoe kunnen we een chemische stof voorstellen?

en bolschilmodellen

` HOOFDSTUK 2: Kunnen we zuivere stoffen nog verder indelen?

` HOOFDSTUK 3:

Klein detail, groot verschil.

H2O of H2O2?

Vraag zeker niet naar H2O2 als je dorst hebt bij de tandarts. H2O2 wordt wel eens zuurstofwater genoemd, maar die bijnaam is misleidend. Zo zal je tandarts jou water (H2O) geven om je mond te spoelen, terwijl zuurstofwater (H2O2) wordt gebruikt om je tanden mooi wit te maken (‘bleachen’).

Dat bleekmiddel kun je beter niet inslikken!

O2 of O3?

CO of CO2?

Je hebt misschien al gehoord over koolstofmonoxidevergiftiging. De weerman waarschuwt er regelmatig voor in de winter. Als koolstof (element C in hout, aardgas …) verbrand wordt, ontstaat er koolstofdioxide (CO2), tenminste als er voldoende zuurstof (O2) beschikbaar is voor de reactie. Als dat niet zo is, ontstaat er koolstofmonoxide (CO). Koolstofmonoxide is een giftig, geurloos gas. Die ene O extra in de formule maakt dus een groot verschil! Iets verbranden moet dus altijd in een goed geventileerde ruimte waar voldoende zuurstof aanwezig is. Een slecht afgestelde boiler in een kleine ruimte zoals een badkamer heeft al tot veel noodlottige gevolgen geleid.

Zuurstofgas (O2) ken je vast en zeker. We ademen zuurstof in om vervolgens onder andere koolstofdioxide (CO2) uit te ademen. O3 (ozon) inademen is dan weer een slecht idee! Dat gas is erg schadelijk voor de gezondheid. Aan de andere kant beschermt ozon ons in de hogere atmosfeer wel tegen de schadelijke uv-straling van de zon.

Wetenschappers proberen al eeuwen verschijnselen in de natuur te verklaren. Daarvoor is het belangrijk om de samenstelling van stoffen te kennen. Elke stof krijgt daarom een unieke formule en accuraatheid is daarbij erg belangrijk.

` Hoe noteert een chemicus een stof?

` Welke informatie wordt in de formule van een chemische stof weergegeven?

We zoeken het uit!

Hoe noteren we een zuivere stof?

OPDRACHT 1

Bekijk enkele voorstellingen van zuivere stoffen en mengsels in de tabel.

1 Kruis bij elke voorstelling aan of het gaat om een zuivere stof of om een mengsel.

 mengsel  zuivere stof

 mengsel  zuivere stof

 mengsel  zuivere stof

2 Leg in je eigen woorden het verschil uit tussen een zuivere stof en een mengsel.

 mengsel  zuivere stof

OPDRACHT 2

Een chemicus geeft een (zuivere) stof weer met een formule. Beantwoord de vragen.

1 Elke formule bevat verschillende symbolen. Vul in de laatste kolom de volledige naam in die bij het symbool hoort.

Stof Formule Symbool element Naam element

2 In de formule van een stof vind je soms een getal in subscript. Bijvoorbeeld "2" in CO2.

a Wat geeft dat getal volgens jou weer? Verklaar.

b Soms staat er geen getal, bijvoorbeeld bij C in CO2. Wat valt je op in de formule?

Hoe kunnen we een chemische stof voorstellen?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L zuivere stoffen en mengsels van elkaar onderscheiden.

Je leert nu:

L de namen en symbolen van de elementen;

L de symbolische voorstelling van een chemische stof schrijven en interpreteren;

L wat een index en een coëfficiënt zijn;

L een bolstaaf- en bolschilmodel herkennen en interpreteren.

1 Namen en symbolen van elementen

Misschien ben je onder de indruk van de voorstelling van de stof die hier staat? Het is een voorstelling van azijnzuur, het zuur dat opgelost in water azijn genoemd wordt. Zoals je merkt komen er in de voorstelling verschillende bolletjes en kleuren voor. We zoeken uit waarom!

We maken een onderscheid tussen een element en een atoom. Een element is een type of een atoomsoort. Een atoom is een deeltje van dat type. Een element is dus een verzamelnaam voor alle atomen van dezelfde soort.

Stoffen kunnen uit verschillende atoomsoorten of elementen bestaan. Om die te onderscheiden hebben we duidelijke afspraken nodig.

Elk bolletje in de voorstelling van bv. koolstofdioxide (afb. 31) wordt in de formule (CO2) weergegeven door een symbool dat identiek is in de hele wereld. Zo wordt het gas dat we uitademen over de hele wereld voorgesteld als CO2 (koolstofdioxide).

Afb. 31 Voorstelling koolstofdioxide (CO2)

OPDRACHT 3

Vergelijk de webpagina’s.

1 Bekijk deze webpagina’s voor ‘koolstof’ in het Nederlands, Italiaans en Fins.

Carbonio

Algemeen

Naam: koolstof / carbonium

Symbool: C

Atoomnummer: 6

Groep: koolstofgroep

Periode: periode 2

Blok: p-blok

Reeks: niet-metaal

Kleur: kleurloos of zwart

Afb. 32 Pagina in het Nederlands

Generale

Nome: carbonio

Symbolo: C

Numero: 6

Serie: non metalli

Durezza: 0,5 (grafite), 10 (diamante)

Blocco: p

Serie: non metalli

Colore: / diamante grafite

Afb. 33 Pagina in het Italiaans

2 Wat valt je op als je de drie pagina’s vergelijkt?

Yleinen

Nimi: hiili

Tunnus: C

Järjestysluku: 6

Luokka: epämetalli

Lohko: p

Jakso: 2

Ryhmä: 14

Kovuus: 0,5 (grafiitti), 10,0 (timantti)

Väri: musta (grafiitti), väritön (timantti)

Afb. 34 Pagina in het Fins

Elk element (of elke atoomsoort) heeft een naam en een symbool. Die symbolen zijn in alle talen hetzelfde. De naam van het element verschilt volgens de taal, maar is meestal afgeleid van de oorspronkelijke Latijnse benaming.

Nederlands

Frans

Engels Duits

Spaans Latijn koolstof carbon carbon kohlenstoff carbono carbonium

Nederlands Frans

Engels Duits

Spaans Latijn chloor chlore chlorine chlor cloro chlorum

Dat uniforme gebruik van dezelfde symbolen maakt het uitwisselen van informatie makkelijker. De verschillende symbolen vind je trouwens terug in het Periodiek Systeem van de Elementen (PSE).

De tabel op p. 100 bevat de voor ons belangrijkste elementen en hun symbolen. Voor een goed begrip van de rest van de leerstof chemie is het belangrijk dat je de namen en symbolische voorstelling van deze elementen onthoudt en kunt toepassen.

Carbonio

SymboolNaamSymboolNaamSymboolNaam HwaterstofSisiliciumHgkwik

HeheliumPfosfor Pb lood

LilithiumSzwavel Co cobalt

Beberyllium Cl chloorIjood

BboorArargonNinikkel

CkoolstofKkalium Pt platina

Nstikstof Ca calcium Cd cadmium

Ozuurstof Fe ijzerUuraan

Ffluor Cu koperSntin

Neneon Zn zink Cr chroom

NanatriumBrbroom Mnmangaan

MgmagnesiumAgzilver Asarseen

AlaluminiumAugoud Babarium

` Maak oefening 1 op p. 107.

Je ziet dat:

• sommige elementen één hoofdletter als symbool hebben;

• sommige elementen twee letters als symbool hebben, bestaande uit een hoofdletter gevolgd door een kleine letter.

WEETJE

Sommige elementen zijn genoemd naar een land (polonium, francium), een stad (dubnium: Dubna in Rusland; strontium: Strontian in Schotland), een wetenschapper (einsteinium: Albert Einstein; curium: Marie Curie), Romeinse goden (neptunium, plutonium) of een eigenschap (broom: Gr. bromos = stank; chloor: Gr. chloros = groen).

Meer weten? Bekijk het overzicht via de QR-code. NAAMGEVING ELEMENTEN

©VANIN

• Een element is synoniem voor een atoomsoort. Het is de verzamelnaam voor alle atomen die dezelfde chemische eigenschappen hebben.

• Een atoom is het kleinste deeltje van een element dat nog steeds alle eigenschappen van het element heeft.

• Elk element heeft een naam en symbool.

2 Symbolische voorstelling van een chemische stof

Wanneer we een chemische stof weergeven, gebruiken we een opeenvolging van de symbolen van de elementen. Zo een voorstelling noemen we een formule.

In de fotosynthesereactie zie je vier formules. Je herkent hier onder andere de formule van water (H2O) en glucose (C6H12O6).

6 CO2 + 6 H2O

C6H12O6 + 6 O2

De formule van water (H2O) geeft weer dat één waterdeeltje bestaat uit 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom. Twee atomen waterstof en 1 atoom zuurstof binden tot 1 verbinding: de stof (of molecule) water.

Afb. 37 Voorstelling water (H2O)

Het aantal van elk atoom binnen één deeltje wordt aangegeven door een index:

• 2 bij H;

• 1 bij O, maar die 1 moeten we niet als index in de formule noteren. Een index wordt altijd rechts onder het symbool van het atoom vermeld.

H2O(1)

Een deeltje water bevat 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom.

C6H12O6

Een deeltje glucose bevat 6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen.

WEETJE

Wanneer de index na een groep van atomen staat, omringd door haakjes, dan wijst de index naar het geheel. Dat zie je hier bv. bij calciumhydroxide:

Ca(OH)2

Dit deeltje bevat 1 x het element calcium, 2 x het element waterstof en 2 x het element zuurstof.

In de fotosynthesereactie zien we ook andere cijfers verschijnen: de coëfficiënt of het voorgetal.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Dat cijfer wordt vermeld voor een formule en geeft het aantal deeltjes van die stof weer.

6 CO2

Zes deeltjes koolstofdioxide bevatten elk 1 koolstofatoom en 2 zuurstofatomen.

Opgelet: CO2 is de formule van koolstofdioxide. Een coëfficiënt, hier het getal 6, is geen onderdeel van de formule. Het geeft enkel aan hoeveel deeltjes van de stof reageren.

Laten we nu de fotosynthesereactie uit ons voorbeeld eens opnieuw bekijken.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

index coëfficiënt formule

Let op: het cijfer 1 wordt zowel bij de index als de coëfficiënt niet weergegeven.

OPDRACHT 4

Bekijk de tabel.

In de eerste kolom vind je de coëfficiënten en indexen van een stof.

Vul de tabel verder aan.

Coëfficiënten en indexen van de stof Aantal deeltjes Aantal atomen van elk element

3 C6H12O6 3

4 NH3

Een formule geeft de samenstelling van een stof weer. Het bevat deze onderdelen:

• het symbool van elke aanwezige atoomsoort of element;

• de index: geeft het aantal atomen van elke soort weer en wordt rechts onder het symbool vermeld.

Een coëfficiënt geeft aan hoeveel deeltjes er aan de reactie deelnemen.

Voorbeeld: 3 O2: 3 deeltjes zuurstofgas met telkens 2 zuurstofatomen

` Maak oefening 2 en 3 op p. 107 en 108.

OPDRACHT 5 DOORDENKER

Bekijk de tabel.

Vul aan.

Coëfficiënten en indexen van de stof Aantal deeltjes Aantal deeltjes van elk element

Al(NO3)3

2 Ca3(PO4)2

3 Bolstaaf- en bolschilmodellen van een chemische stof

Je ziet hier twee mogelijke modellen om een deeltje water (H2O) voor te stellen: links het bolstaafmodel en rechts het bolschilmodel

• In het bolstaafmodel worden de bindingen visueel via een staafje weergegeven.

• In het bolschilmodel worden de bindingen niet visueel weergegeven.

Je merkt dat in beide modellen de waterstofatomen (H) wit zijn en het zuurstofatoom (O) rood is. De witte en rode kleur voor de waterstof- en zuurstofatomen is geen vrije keuze. Bolvoorstellingen worden overal ter wereld op dezelfde manier weergegeven.

Afb. 38 Bolstaafmodel van water

Afb. 39 Bolschilmodel van water

WEETJE

Elk element heeft zijn eigen kleurcode. De meest voorkomende vind je hier.

Element

waterstof (H)wit

koolstof (C)zwart (grijs)

zuurstof (O)rood

jood (I) paars

zwavel (S) geel

OPDRACHT 6

Bekijk de bolstaaf- en bolschilmodellen.

Vul de tabel verder aan.

stikstof (N)donkerblauw

chloor (Cl) groen

broom (Br)roodbruin

fosfor (P) oranje

fluor (F) lichtblauw

Model Bolstaafmodel of bolschilmodel Formule Aantal atomen per element

bolstaafmodel

OPDRACHT 7

ONDERZOEK

Wat kunnen we leren uit de ruimtelijke structuur van enkele chemische stoffen?

In dit onderzoek bouw je bolstaafmodellen van enkele chemische stoffen uit het dagelijks leven. Ga met de bouwdozen aan de slag en voer het labo uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

©VANIN

Atomen kunnen met elkaar binden en moleculen vormen; moleculen worden voorgesteld met bolvoorstellingen die aangeven uit welke atomen de molecule bestaat.

Een bolstaafmodel en een bolschilmodel zijn driedimensionale voorstellingen van een deeltje. Beide modellen geven weer hoeveel atomen van alle elementen er voor komen.

` Maak oefening 4 t/m 6 op p. 108 en 109.

Vul de tabel aan met de juiste naam of het juiste symbool voor elk element.

Universeel symbool

Vul de tabel aan. In de eerste kolom vind je de coëfficiënten en indexen van een stof.

Coëfficiënten en indexen van de stofTotaal aantal atomen van elk element

Cl2O7 3 HNO3 5 NH3

PCl3

Vul de tabel aan.

a Noteer in kolom 2 de formule.

b Noteer in kolom 3 de coëfficiënten en indexen van de stof.

Omschrijving

1 molecule van een samengestelde stof, bestaande uit 2 waterstofatomen, 1 zwavelatoom en 4 zuurstofatomen.

3 moleculen van een enkelvoudige stof, elk bestaande uit 4 fosforatomen.

2 moleculen van een samengestelde stof, bestaande uit 1 stikstofatoom en 2 zuurstofatomen.

4 moleculen van een enkelvoudige stof, elk bestaande uit 3 zuurstofatomen.

Formule

Coëfficiënten en indexen van de stof

Bekijk de bolstaaf- of bolschilmodellen. Duid het juiste antwoord aan.

Model Bolstaafmodel of bolschilmodel

 bolstaafmodel

 bolschilmodel

 bolstaafmodel  bolschilmodel

 bolstaafmodel

 bolschilmodel

Bekijk de bolstaaf- of bolschilmodellen. Vul de tabel verder aan.

Model en chemische formule

Bolstaafmodel of bolschilmodel

 bolstaafmodel

 bolschilmodel

Chemische formule

 bolstaafmodel

 bolschilmodel

Leid de chemische formule af op basis van de modellen.

Bolstaaf- of bolschilmodel

boterzuur

` Verder oefenen? Ga naar .

Voorkomen in dagelijks leven

Boterzuur ontstaat wanneer boter ‘slecht’ wordt. We zeggen dat de boter ranzig wordt.

Citroenzuur komt voor in citrusvruchten en is een natuurlijk conserveermiddel.

Chemische formule

Azijn wordt in de keuken bv. gebruikt voor de bereiding van mayonaise of rodekool.

Een keten van vinylchloridemoleculen aan elkaar vormt polyvinylchloride of pvc. Dat materiaal wordt gebruikt in de bouwsector voor de aanmaak van ramen, dakgoten, riolering …

citroenzuur

azijnzuur

vinylchloride

Kunnen we zuivere stoffen nog verder indelen?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L zuivere stoffen en mengsels onderscheiden;

L de symbolische voorstelling van elementen weergeven;

L een chemische formule interpreteren.

Je leert nu:

L het verschil tussen een enkelvoudige en samengestelde stof kennen;

L wat een analyse en synthese is.

Vorig jaar leerde je het onderscheid tussen een voorwerp en stof definiëren. Je weet dus dat een voorwerp is opgebouwd uit stoffen. Bovendien is er een verschil tussen een zuivere stof en een mengsel. Mengsels heb je ondertussen verder leren onderverdelen in homogene en heterogene mengsels. Vervolgens heb je geleerd hoe mengsels in zuivere stoffen kunnen gescheiden worden. Kunnen we ook de zuivere stoffen verder onderverdelen? We zoeken het uit aan de hand van een experiment.

STOF

HOMOGEEN

MENGSEL

OPDRACHT 8

Ontleding van water (H2O)

1 Onderzoeksvraag

Is water nog verder te ontleden in andere stoffen?

2 Hypothese

Ik denk dat water wel / niet verder ontleed kan worden in andere stoffen, want ...

3 Benodigdheden

 toestel van Hofmann + gelijkstroombron

 kraantjeswater

 twee proefbuizen

 lucifers

 houtspaander (of satéstokje)

 vloeistoftrechter

 kabeltjes

4 Werkwijze 5

Waarnemingen

1 Je leerkracht vult het toestel van Hofmann met water met behulp van de vloeistoftrechter.

2 Er wordt gedurende enkele minuten een gelijkstroom door de vloeistof gestuurd.

3 Aan beide polen wordt gas gevormd, maar hoe zit het met de hoeveelheid gas?

positieve pool negatieve pool

Afb. 40 Opstelling proef van Hofmann

4 Je leerkracht vangt het gevormde gas aan de positieve pool op in een proefbuis.

5 Hij/zij brengt een gloeiende houtspaander in die proefbuis.

6 Wat neem je waar?

Het gas ter hoogte van de positieve pool:

7 Je leerkracht vangt nu het gas aan de negatieve pool op in een proefbuis.

9 Hij/zij brengt een brandende lucifer in die proefbuis.

10 Wat neem je waar?

Het gas ter hoogte van de negatieve pool:

6 Verwerking

Het gas dat aan de positieve pool gevormd wordt, is zuurstofgas. Zuurstofgas bevordert de verbranding en kan op die manier geïdentificeerd worden. Een smeulende houtspaander begint terug te branden als je er zuurstofgas aan toevoegt.

Het gas dat aan de negatieve pool gevormd wordt, is waterstofgas. In combinatie met zuurstofgas en een brandende lucifer geeft dat een luide knal. Vandaar dat waterstofgas ook wel knalgas genoemd wordt. Er wordt water gevormd.

7 Besluit

Formuleer een antwoord op de onderzoeksvraag.

8 Reflectie

©VANIN

Stoffen die nog verder ontleed kunnen worden, noemen we samengestelde stoffen. Samengestelde stoffen bevatten meerdere soorten atomen. Water is dus een voorbeeld van een samengestelde stof, het kan verder ontleed worden in zuurstofgas en waterstofgas. Wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat waterstofgas en zuurstofgas niet meer verder ontleed kunnen worden. Stoffen die niet meer verder ontleed kunnen worden, noemen we enkelvoudige stoffen. Enkelvoudige stoffen bevatten één soort atomen. Een reactie waarbij een samengestelde stof wordt omgezet in meer eenvoudige (al dan niet enkelvoudige) stoffen, heet een ontleding of analyse In opdracht 8 heb je gebruikgemaakt van elektrische energie om water te splitsen in waterstofgas en zuurstofgas. Dat proces wordt elektrolyse genoemd (elektro: elektriciteit; lysis: stukmaken). Ook voor analysetechnieken met behulp van andere energiebronnen bestaan specifieke termen:

• warmte: thermolyse (stukmaken met warmte),

• licht: fotolyse (stukmaken met licht).

Stoffen kunnen dus (naar analogie van homogene en heterogene mengsels) verder opgedeeld worden in enkelvoudige en samengestelde stoffen.

Om het verhaal volledig te maken: waterstofgas en zuurstofgas zijn niet meer te ontleden (omdat het enkelvoudige stoffen zijn), maar het is wel mogelijk om waterstofgas en zuurstofgas te combineren en zo opnieuw water te bekomen. Daarom heeft zich waterdamp in de proefbuis gevormd na de knal bij het aansteken van het waterstofgas. Die chemische reactie waarbij stoffen zich met elkaar verbinden tot een (complexere) samengestelde stof, noemen we een synthese. Analyse en synthese zijn tegengestelde chemische reacties. In thema 4 gaan we verder in op de analyse en synthese van stoffen.

OPDRACHT 9

Bij de elektrolyse van water, heb je ontdekt dat water een samengestelde stof is, terwijl waterstofgas en zuurstofgas enkelvoudige stoffen zijn. Hieronder zie je de symbolische en visuele voorstelling van deze stoffen.

©VANIN

Naam

Symbolische voorstelling

Visuele voorstelling

Het valt op dat een samengestelde stof bestaat uit één soort / meerdere soorten deeltjes, terwijl een enkelvoudige stof bestaat uit één soort / meerdere soorten deeltjes (schrap wat niet past).

ENKELVOUDIG

STOF

MENGSEL

HOMOGEEN

HETEROGEEN SAMENGESTELD

• Stoffen die nog verder ontleed kunnen worden, noemen we samengestelde stoffen. Ze bevatten meerdere soorten atomen.

• Stoffen die niet meer verder ontleed kunnen worden, noemen we enkelvoudige stoffen. Ze bevatten één soort atomen.

• Een reactie waarbij een samengestelde stof wordt omgezet in meer eenvoudige (al dan niet enkelvoudige) stoffen, heet een ontleding of analyse.

• Een ontleding met behulp van elektrische energie, wordt een elektrolyse genoemd.

• Een ontleding met warmte heeft de specifieke naam thermolyse, terwijl fotolyse een ontleding met behulp van licht is.

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 114 en 115.

Duid aan of het een enkelvoudige of samengestelde stof is.

Chemische stof

CH3COOH (formule van azijn)

Enkelvoudige of samengestelde stof?

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

(modelstructuur van cholesterol)

(bolstaafmodel van chloorgas)

S8 (formule van octazwavel)

Duid aan: enkelvoudige stof of samengestelde stof.

waterstofgas (H2)

zuiver water

Bij de verbranding van suiker wordt koolstof, water en CO2 gevormd. Suiker is een …

Na een kampvuur blijft er van de houtblokken enkel nog roet over. Roet is een …

Plaats in de juiste kolom:

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

gedestilleerd water – kraantjeswater – koolstof – waterstofgas – zuurstofgas – wijn –zand in een glas water – zout in een glas water

Enkelvoudige stofSamengestelde stofHomogeen mengselHeterogeen mengsel

Duid bij elke tekst het juiste antwoord aan.

CH4 of methaangas is het gas in de scheetjes van mensen en de darmgassen van koeien. Omdat dat gas zorgt voor opwarming van de aarde, wordt er al eens inventief mee omgegaan. Zo vangen Nederlandse boeren het gas van de koeien op om later de stallen mee te verwarmen.

Jaarlijks sterven honderd Belgen aan CO-vergiftiging

Chloorgas of Cl2 is een geel gas dat tijdens de Eerste Wereldoorlog werd ingezet als giftig wapen: het tastte de slijmvliezen aan, waardoor verstikking optrad. Omdat het zwaarder is dan lucht, bleef het in de loopgraven hangen.

Zwavel (S8) herken je aan zijn specifieke geur. Je treft het vooral aan in actieve vulkanische gebieden.

` Verder oefenen? Ga naar .

Als je graag een ballon laat zweven op je verjaardagsfeestje, vul je hem best met helium (He).

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

 samengestelde stof

 enkelvoudige stof

Welke naam krijgen de enkelvoudige stoffen?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L enkelvoudige en samengestelde stoffen onderscheiden;

L de symbolische voorstelling van elementen weergeven;

L een chemische formule interpreteren.

Je leert nu:

L de naam van enkele enkelvoudige stoffen kennen;

L het verschil kennen tussen een wetenschappelijke naam en een triviale naam.

1 Onderverdeling binnen de enkelvoudige stoffen

Slechts enkele elementen komen op aarde voor als enkelvoudige stoffen; dat zijn voornamelijk gassen. Tot die gassen mogen we al zeker de edelgassen rekenen. Maar er zijn nog elementen die als enkelvoudige stof voorkomen. We geven in dit hoofdstuk een overzicht van de enkelvoudige stoffen en hun namen.

We hebben al kort naar het Periodiek Systeem van de Elementen (PSE) verwezen. Je vindt er alle symbolen terug van de al gekende elementen.

Je weet nu dat enkelvoudige stoffen slechts één soort atomen bevatten. In het PSE maken we voor de enkelvoudige stoffen een onderscheid tussen:

• niet-metalen (nM): in het geel ingekleurd op het PSE. Daartoe behoren ook de edelgassen (laatste kolom);

• metalen (M): in het rood ingekleurd op het PSE. He

OPDRACHT 10

Gebruik het PSE achteraan in je boek en vul de tabel aan.

1 Vul de eerste twee kolommen verder aan met het symbool of de naam van het element.

2 Is het element een metaal (M) of niet-metaal (nM)? Omcirkel in de laatste kolom.

3 Markeer het edelgas (E).

Symbool

Fe

©VANIN

Naam

stikstof

M / nM

M / nM

M / nM

P M / nM

argon

M / nM

S M / nM

magnesium

M / nM

Sn M / nM

broom

Ag

2 Niet-metalen

M / nM

M / nM

TIP

Wil je al meer ontdekken over de edelgassen?

Scan de QR-code en bekijk het filmpje.

BEKIJK VIDEO

2.1 Niet-metalen die als enkelvoudige stof voorkomen als ongebonden atomen

Edelgassen komen altijd apart voor in de natuur: ze bestaan uit één atoom. Ze zijn met andere woorden monoatomair

Bij edelgassen draagt de stof dan ook gewoon de naam van het element.

Voorbeeld: wat kan He betekenen?

• het element helium

• de stof helium

• een atoom helium

Opmerking: Ook koolstof wordt voorgesteld door het symbool van het element (C) en draagt gewoon de naam van het element. Nochtans verbindt koolstof als enkelvoudige stof vaak met andere koolstofatomen. Het koolstofatoom doet dat echter op meerdere manieren: de afbeeldingen tonen het voorkomen van grafiet en diamant. Die twee stoffen bevatten enkel koolstofatomen.

2.2 Niet-metalen die als enkelvoudige stof voorkomen als verbindingen van meerdere atomen

Zoals je al weet, wordt het aantal atomen in een verbinding weergegeven door een index

Voor de niet-metalen die uit meerdere atomen in een verbinding voorkomen, gelden deze regels:

• de formule wordt gevormd door het symbool van het atoom te gebruiken, vergezeld van een index die aangeeft hoeveel atomen er in de verbinding zitten;

• de stof draagt de naam van het element, maar de naam van het element wordt voorafgegaan door een Grieks telwoord dat het aantal atomen in de molecule weergeeft.

We sommen die bewuste Griekse telwoorden even op. De gemarkeerde moet je kennen, de andere komen later aan bod.

Voorbeeld: •

Afb. 41 Grafiet

Afb. 42 Diamant

Let op! Van sommige enkelvoudige niet-metalen bestaan er meerdere verbindingen. Naast dizuurstof of O2 bevat de hogere atmosfeer bijvoorbeeld ook trizuurstof of O3

De meeste niet-metalen zullen echter verbindingen van 2 atomen vormen (O2, N2, I2, Cl2 …). We spreken daarom ook over diatomaire moleculen

©VANIN

• Het woord BrINClHOF bevat alle niet-metalen die in een enkelvoudige stof diatomair voorkomen.

• Om de niet-metalen S8, P4 en O3 te onthouden, zul je je geheugen moeten gebruiken! TIP

Naast de wetenschappelijke naam wordt vaak een triviale naam voor de stof gebruikt, een soort bijnaam voor de stof zeg maar.

De enkelvoudige niet-metalen die bij kamertemperatuur gasvormig zijn, krijgen vaak een triviale naam waarbij het Griekse telwoord wordt weggelaten en het woordje ‘gas’ aan de naam wordt toegevoegd. In deze tabel vind je enkele voorbeelden:

Enkelvoudige stofWetenschappelijke naamTriviale naam

O2 dizuurstof zuurstofgas

H2 diwaterstof waterstofgas

N2 distikstof stikstofgas

Cl2 dichloor chloorgas

Let op: het Griekse telwoord wordt weggelaten in de triviale naam. Zo is distikstofgas een foute benaming voor N2. Je zegt ofwel distikstof (wetenschappelijke naam) of stikstofgas (triviale naam), maar geen combinatie.

Afb. 43 Wetenschappelijke en triviale naam van stoffen

Afb. 44 Stikstofgas of distikstof (N2)

O3 of trizuurstof ken je misschien beter onder zijn triviale naam: ozon. Hoge ozonconcentraties die we bij ons in de zomer kennen, zijn niet goed voor onze gezondheid en wijzen meestal op vervuiling van de lucht. Maar de ozonlaag op grote hoogte in onze atmosfeer is wel goed. Die werkt als een filter voor het ultraviolet licht dat in zonnestralen zit. De ozonlaag beschermt ons tegen onder andere huidkanker.

Chloorproducten uitgestoten door invloeden van de mens breken echter die ozonlaag af.

Gaten in de ozonlaag zijn een seizoensgebonden fenomeen. Ze ontstaan telkens op het einde van de plaatselijke winter. Op dat moment activeren de zonnestralen in de winter opgehoopte chloorverbindingen om ozon (O3) af te breken. Die chloorverbindingen op grote hoogte in de atmosfeer zijn voornamelijk afkomstig van menselijke activiteit: cfk’s (chloorfluorkoolwaterstofverbindingen) werden onder andere gebruikt als drijfgassen in spuitbussen en in airco’s, diepvriezers en koelkasten. De industriële productie daarvan is enkele tientallen jaren geleden stopgezet om de ozonlaag te beschermen. Dat heeft ook geholpen.

Bekijk het volgende filmpje als je meer wilt weten over het effect van ozon op het milieu en over het broeikaseffect.

BEKIJK VIDEO

OPDRACHT 11

Bekijk het bolschil- of bolstaafmodel van een aantal niet-metalen.

Vul de bijbehorende formule, wetenschappelijke naam én triviale naam in (als die laatste bestaat).

De stoffen in deze tabel moet je goed kennen! Die zul je later nog veel gebruiken.

3

Van alle bekende metalen wordt ijzer het meest gebruikt. Omdat ijzer goedkoop, sterk en makkelijk bewerkbaar is, kent het veel toepassingen in vervoermiddelen, schepen en voor het bouwen van grote constructies.

Zuivere metalen bestaan in enkelvoudige vorm uit slechts één atoomsoort.

• De stof krijgt de naam van het element, soms gevolgd door het achtervoegsel ‘-metaal’.

• Als formule wordt het symbool van het betreffende metaal gebruikt.

Voorbeeld

Fe kan dus verschillende betekenissen hebben:

• het element ijzer

• de stof ijzermetaal

• een atoom ijzer Afb. 45 Een smid bewerkt de stof ijzermetaal om een hoefijzer voor een paard te maken.

Enkelvoudige stoffen krijgen een wetenschappelijke naam:

Niet-metalen

• De wetenschappelijke naam wordt gevormd door de index te lezen als Grieks voorvoegsel, gevolgd door de naam van het element. Voorbeeld: O2 = dizuurstof.

• De meeste niet-metalen zijn diatomair, bv. O2.

• Uitzonderingen zijn C, S8 en P4 en de edelgassen.

• Voor edelgassen wordt de naam van het element gebruikt om de stof te benoemen; zij zijn monoatomair.

• Sommige niet-metalen krijgen een triviale naam. Daarbij wordt de naam van het element meestal gevolgd door ‘gas’. De index wordt daarbij niet gelezen. Voorbeeld: O2= zuurstofgas

• Ozon is de triviale naam voor O3

Metalen

Bij metaal wordt het achtervoegsel ‘metaal’ soms toegevoegd aan de naam van het element. Voorbeeld: Fe = de stof ijzermetaal.

` Maak oefening 1 op p. 123.

Vul de volgende tabel aan met de wetenschappelijke en triviale namen van enkelvoudige stoffen.

Enkelvoudige stof Wetenschappelijke naam Triviale naam

kopermetaal stikstofgas

` Verder oefenen? Ga naar .

HOE KUNNEN WE EEN CHEMISCHE STOF VOORSTELLEN?

• element of atoomsoort = de verschillende atomen of deeltjes

• atoom = deeltje dat tot bepaalde atoomsoort behoort

Namen en symbolen van elementen

Symbolische voorstelling van een chemische stof

Elk element heeft universeel hetzelfde symbool. Die universele symbolentaal zorgt ervoor dat wetenschappers over de hele wereld met elkaar kunnen communiceren.

• Het aantal atomen in een molecule wordt weergegeven door een index.

• De index 1 wordt niet vermeld.

• Een coëfficiënt geeft weer wat het aantal moleculen is.

3 SO2

©VANIN

Bolstaaf- en bolschilmodellen van een chemische stof

• 3 SO2 staat voor 3 moleculen SO2.

• SO2 is de formule.

• 3 moleculen met 1 zwavelatoom en 2 zuurstofatomen

• Met een specifieke kleurcode worden de elementen weergegeven.

• Het aantal atomen wordt duidelijk weergegeven.

• In het bolstaafmodel worden de bindingen tussen de atomen visueel getoond.

Afb. 46

Het bolstaafmodel (L) en het bolschilmodel (R) van water

KUNNEN WE ZUIVERE STOFFEN NOG VERDER INDELEN?

analyse of ontleding

elektrolyse thermolyse fotolyse

synthese enkelvoudige stof

samengestelde stof

ontleding of analyse = chemische reactie waarbij een complexe stof wordt omgezet in eenvoudigere stoffen

- met elektrische energie = elektrolyse

- met warmte = thermolyse

- met licht = fotolyse

©VANIN

synthese = het combineren van verschillende stoffen tot 1 nieuwe stof

Zuivere stoffen worden verder onderverdeeld in:

- enkelvoudige stoffen  kunnen niet meer verder ontleed worden, ze bestaan uit één soort deeltjes;

- samengestelde stoffen  kunnen meestal verder ontleed worden, ze bestaan uit meerdere soorten deeltjes.

WELKE NAAM KRIJGEN DE ENKELVOUDIGE STOFFEN?

Niet-metalen

Niet-metalen bestaan uit 1 of meerdere atomen.

De meeste niet-metalen zijn diatomair

De wetenschappelijke naam wordt gevormd door de index te lezen als Grieks voorvoegsel, gecombineerd met de naam van het element.

Bv.: O2 = de stof dizuurstof

Sommige niet-metalen krijgen een triviale naam. Daarbij wordt de naam van het element gevolgd door ‘gas’. Griekse voorvoegsels worden dan weggelaten.

Bv.: O2 = zuurstofgas

Koolstof komt als enkelvoudige stof in meerdere vormen voor; het wordt voorgesteld door het symbool C en de naam van het element: koolstof.

Edelgassen zijn monoatomair.

De wetenschappelijke naam wordt gevormd door de naam van het element.

Bv.: He = de stof helium

Metalen

Metalen hebben als formule het symbool van het betrokken metaal.

De wetenschappelijke naam wordt gevormd door achter de naam van het element ‘metaal’ toe te voegen.

Bv.: Fe = ijzermetaal

1 Begripskennis

• Ik ken de symbolen van de elementen.

• Ik ken de namen van enkelvoudige stoffen (metalen, niet-metalen en edelgassen).

• Ik ken de betekenis van een index en een coëfficiënt.

• Ik ken het verschil tussen een enkelvoudige en een samengestelde stof.

• Ik kan zuivere stoffen verder onderverdelen in enkelvoudige en samengestelde stoffen.

• Ik ken het verschil tussen een analyse en een synthese.

• Ik ken het verschil tussen een wetenschappelijke naam en een triviale naam.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een chemische formule interpreteren.

• Ik kan een bolstaaf- en bolschilmodel herkennen en interpreteren

• Ik kan de symbolische voorstelling van een chemische stof schrijven en interpreteren.

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

JANOG OEFENEN

Klein detail, groot verschil.

1 De twee kinderen van de tandarts hebben dorst. Ze lopen naar binnen en zien in de koelkast twee glazen staan. Van welk glas drinken ze best niet?

2 Een koppel is aan het barbecuen wanneer het plots begint te regenen. Ze zetten de barbecue binnen. Na een tijdje vallen ze beiden flauw. Door zuurstofgebrek is er een gevaarlijk gas gevormd.

a Welk van de onderstaande voorstellingen zou dat gas kunnen zijn? b Ken je de naam van het gevaarlijke gas, dat ook wel de stille moordenaar genoemd wordt?

3 Jouw leerkracht werd getroffen door het coronavirus en komt terecht in het ziekenhuis met ademhalingsproblemen. Welke fles gas moet de verpleging toedienen?

Kleine fouten in formules kunnen grote gevolgen hebben. Een stof wordt genoteerd in een formule. Ze geeft informatie over het soort atomen dat in de stof voorkomt en het exacte aantal waarin dat gebeurt. Een stof wordt driedimensionaal voorgesteld in een model waarbij elk element een specifieke kleur heeft.

KENMERKEN VAN EEN

CHEMISCHE REACTIE

` HOOFDSTUK 1: Wat is een chemische reactie?

` HOOFDSTUK 2: Hoe wordt een chemische reactie genoteerd?

` HOOFDSTUK 3: Welke types chemische reacties bestaan er?

` HOOFDSTUK 4: Wat gebeurt er met de massa voor en na een

` HOOFDSTUK 5: Welk nut hebben chemische reacties als energiebron?

Waarom rijst brood?

Als je een brood bakt, is het rijzen van het deeg belangrijk om een luchtig brood te krijgen. Maar wat gebeurt er dan eigenlijk precies? We testen welke reactie/stof ervoor zorgt dat brood rijst.

WAT HEB JE NODIG?

balans – erlenmeyer – proefbuis – ballon – maatcilinder – één koffielepel bakpoeder – 10 mL azijn

HOE GA JE TE WERK?

1 Plaats de erlenmeyer, de proefbuis en de ballon (die je eerder al eens opblies) naast elkaar op de balans.

2 Breng de balans op nul door te tarreren

3 Breng een koffielepel bakpoeder in de erlenmeyer.

4 Breng met behulp van de maatcilinder 10 mL azijn in de proefbuis.

5 Plaats de proefbuis in de erlenmeyer.

6 Plaats de ballon zoals op afbeelding 47 op de erlenmeyer.

7 Weeg het geheel en noteer de totale massa voor de reactie in de tabel, in de kolom ‘Eigen meting’

WAT VERWACHT JE?

Schrap wat niet past.

Nadat de stoffen bij elkaar zijn gebracht, zal de gemeten massa lager / gelijk / hoger zijn.

WAT GEBEURT ER?

• Kantel de erlenmeyer, waardoor de azijn in contact komt met het bakpoeder. Je merkt dat er een chemische reactie optreedt. Weeg het geheel en noteer de totale massa na de reactie in de tabel.

• Bereken het verschil in massa voor en na de reactie.

• Verwijder de ballon en leg hem op de balans. Noteer de massa.

• Verzamel gegevens van twee andere klasgenoten in de derde en vierde kolom. Wat stel je vast?

Meting

massa voor de reactie (g)

massa na de reactie (g)

verschil in massa voor en na de reactie (g) massa na verwijderen ballon (g)

HOE ZIT DAT?

Eigen metingMeting klasgenoot 1Meting klasgenoot 2

Welk gas zorgt voor het rijzen van het brood? Misschien kan dit helpen: bakpoeder bevat een stof met formule

NaHCO3

Welke belangrijke wet geldt tijdens een chemische reactie en heb je nu bewezen tijdens deze proef?

` Wat gebeurt er tijdens een chemische reactie?

` Welke wetten zijn geldig tijdens een chemische reactie?

` Hoe kan een chemische reactie nuttig zijn voor ons? Wanneer vormt ze een probleem?

Energiebronnen in de natuur

OPDRACHT 1

Wat weet je nog over energiebronnen uit de lessen natuurwetenschappen?

1 Welke energiebron herken je? Vul aan.

2 Komt de beschikbare energie rechtstreeks uit een chemische reactie? Kruis aan.

Energiebron

 komt uit een chemische reactie.

 komt niet uit een chemische reactie.

 komt uit een chemische reactie.

 komt niet uit een chemische reactie.

 komt uit een chemische reactie.

 komt niet uit een chemische reactie.

 komt uit een chemische reactie.

 komt niet uit een chemische reactie.

 komt uit een chemische reactie.

 komt niet uit een chemische reactie.

3 Bekijk de applet waarin de verschillende energiebronnen eenvoudig worden voorgesteld.

OPDRACHT 2

Bekijk de energieomzettingen op de afbeeldingen.

Duid aan welke energieomzetting er plaatsvindt bij de volgende afbeeldingen. Er zijn meerdere antwoorden mogelijk.

©VANIN

stralingsenergie

fotosynthese

 stralingsenergie  chemische energie

 chemische energie  stralingsenergie

 thermische energie  chemische energie

 stralingsenergie  thermische energie

 chemische energie  elektrische energie

 chemische energie  kinetische energie

 thermische energie  chemische energie

 chemische energie  thermische energie

Stoffen bezitten chemische energie. Chemische energie kan omgezet worden in andere energievormen, en omgekeerd.

Afb. 49

Energieomzetting

Wat is een

chemische reactie?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het verschil tussen een enkelvoudige en een samengestelde stof toelichten;

L de formule van zuurstofgas (O2) toelichten.

Je leert nu:

L het principe van een chemische reactie begrijpen;

L een chemische reactie duiden als een herschikking van atomen.

Heb je met vrienden of familie al eens een kampvuur gemaakt? Misschien heb je tijdens een koude winteravond marshmallows gekaramelliseerd of chocolademelk verwarmd? Wist je toen dat je twee verschillende wetenschappen beoefende: chemie en fysica? Je hebt met andere woorden een chemisch of fysisch proces uitgevoerd.

• Tijdens een chemisch proces worden nieuwe stoffen gevormd.

• Tijdens een fysisch proces worden geen nieuwe stoffen gevormd maar veranderen stoffen eventueel van aggregatietoestand.

OPDRACHT 3

DEMO

IJzer en magnesium

Je leerkracht houdt achtereenvolgens een ijzeren spijker en een stukje magnesiumlint met behulp van een klem in de vlam van een bunsenbrander.

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Kijk niet rechtstreeks in de vlam.

1 Wat neem je waar? Noteer in de tabel.

ijzeren spijker

magnesiumlint

Waarneming

Verbranden van magnesium

Soort proces?

 chemisch proces

 fysisch proces

 chemisch proces  fysisch proces

2 Is dit een chemisch of een fysisch proces? Kruis aan in de tabel.

OPDRACHT 4

Beantwoord de vragen.

1 Voer je bij de volgende acties een fysisch of chemisch proces uit? Duid aan en verklaar je antwoord.

Actie Soort proces Verklaring

a hout in een kampvuur verbranden

b chocolademelk verwarmen

c marshmallows karamelliseren

©VANIN

 chemisch proces

 fysisch proces

 chemisch proces

 fysisch proces

 chemisch proces

 fysisch proces

2 Waarom is ‘marshmallows smelten’ wetenschappelijk niet correct? Leg uit.

OPDRACHT 5

ONDERZOEK

Kun je chemische en fysische processen van elkaar onderscheiden?

Voer het labo uit bij het onlinelesmateriaal.

WEETJE

fysica

fysicochemie biofysica natuurwetenschappen biochemie

Je leerde een chemisch proces duidelijk onderscheiden van een fysisch proces. Maar net als andere wetenschappen, hebben chemie en fysica ook verschillende raakvlakken. Zo leerde je in de vorige thema’s begrippen kennen die ook bij fysica belangrijk zijn, bv. de relatie elektronen – elektriciteit – geleidbaarheid en de coulombkracht.

biologie chemie

Ook chemie en biologie staan niet naast elkaar, maar ondersteunen elkaar. Zo is water het belangrijkste oplosmiddel in ons lichaam, waarin bv. hormonen verplaatst worden naar de organen. Dat leidt tot overkoepelende vakken in het hoger onderwijs, zoals biochemie, fysicochemie of biofysica.

Denk dus niet in vakjes, maar bundel de wetenschappen tot één geheel. Ook in de industrie werken verschillende wetenschappers samen. In het filmpje kun je zo’n samenwerking zien bij ExxonMobil. Je zult merken dat STEM-vakken een centrale rol spelen in het bedrijf.

• Tijdens een chemisch proces ontstaan nieuwe stoffen.

• Tijdens een fysisch proces worden geen nieuwe stoffen gevormd. De aanwezige stof verandert bv. van aggregatietoestand.

BEKIJK DE VIDEO

De verandering die bij een chemisch proces plaatsvindt, noemen we een chemische reactie. In opdracht 3 heb je bij magnesium een verbrandingsreactie uitgevoerd.

Een verbranding is een reactie tussen een stof en zuurstofgas (O2).

• Bij de verbranding van een enkelvoudige stof ontstaat er een binding tussen het atoom van de enkelvoudige stof en de zuurstofatomen van zuurstofgas. Die gevormde stof wordt een oxide genoemd.

©VANIN

O 2 CO 2

Afb. 51

De verbranding van koolstof

• Bij de verbranding van een samengestelde stof zal met elk atoom van de samengestelde stof een oxide gevormd worden. Zo ontstaat bij de volledige verbranding van methaangas (CH4) koolstofdioxide of CO2 en water of H2O.

De verbranding van methaangas

Een verbrandingsreactie is een reactie tussen een stof en zuurstofgas waarbij oxiden gevormd worden.

Tijdens een verbrandingsreactie van een brandstof wordt meestal koolstofdioxide (CO2) gevormd. We spreken dan van een volledige verbranding. Tijdens een onvolledige verbranding wordt er koolstofmonoxide (CO) gevormd. CO ontstaat door een tekort aan zuurstofgas (O2) in de ruimte: niet alle koolstofatomen kunnen binden met voldoende zuurstofatomen, waardoor er naast koolstofdioxide (CO2) ook koolstofmonoxide (CO) ontstaat. Een slecht functionerende schoorsteen of boiler kan aan de basis liggen van de vorming van koolstofmonoxide. In het weerbericht wordt vaak gewaarschuwd voor koolstofmonoxideof CO-vergiftiging. Koolstof-monoxide is een geurloos gas en wordt vaak ‘de stille doder’ genoemd. Om die reden wordt het aangeraden om CO-melders aan te brengen in een woning.

Tijdens een chemische reactie, zoals een verbrandingsreactie, worden de aanwezige atomen herschikt. Er worden geen atomen extra gevormd en er verdwijnen geen atomen. Er ontstaan nieuwe stoffen met een specifieke formule.

Een chemische reactie wordt genoteerd in een reactievergelijking, waarbij een eenrichtingspijl aanduidt welke stoffen worden omgezet en welke stoffen worden gevormd. Formules van stoffen mogen niet aangepast worden in een reactievergelijking. In opdracht 6 leer je hoe je een chemische reactie noteert in een reactievergelijking.

WEETJE

OPDRACHT 6

Stel reactievergelijkingen op.

1 Denk nog eens terug aan de verbrandingsreactie van magnesium. Probeer stapsgewijs een reactievergelijking uit te schrijven.

a Noteer het symbool voor magnesium.

TIP

Een reactievergelijking wordt genoteerd als gebruikte stof(fen) → gevormde stof(fen) Het aantal stoffen voor en na de pijl kan natuurlijk variëren.

b Welke chemische stof voeg je toe bij een verbranding? Noteer de formule.

c Het witte poeder dat gevormd is, heeft als formule MgO. Schrijf de reactievergelijking op.

2 + → 2

2 Je leerkracht herhaalt de verbrandingsreactie van magnesium (demo-opdracht 3) en voegt water toe aan het witte poeder dat gevormd werd tijdens de verbrandingsreactie.

a Na de proef voegt je leerkracht fenolftaleïne toe aan het gevormde product. Noteer je waarneming.

b De kleur die je observeert, wijst op het ontstaan van een basisch milieu. Door het toevoegen van water is immers een nieuwe stof gevormd, magnesiumhydroxide met als formule Mg(OH)2

c Schrijf de reactievergelijking op. →

3 Noteer nog eens de twee reactievergelijkingen.

4 Wat stel je vast met betrekking tot de atomen?

©VANIN

5 Bij de eerste reactievergelijking waren er al cijfers gegeven in de oplossing. Wat is daarvoor de reden, denk je?

Tijdens een chemische reactie worden de aanwezige atomen herschikt om zo nieuwe stoffen met nieuwe stofeigenschappen te vormen.

Een chemische reactie wordt genoteerd in een reactievergelijking. gebruikte stof(fen) → gevormde stof(fen)

` Maak oefening 1 en 2 op p. 137.

Zijn de verschijnselen fysisch of chemisch? Zet een kruisje in de juiste kolom.

Verschijnsel

ijzer laten roesten fruit laten rotten inkt verwijderen met een inktwisser potlood verwijderen met een gom ontkleuren met bleekwater linnen drogen groenten gaarkoken voedsel verteren boter smelten boter bruinen ijs smelten en water vormen een blok hout verbranden een trui laten verkleuren door langdurige blootstelling aan zonlicht ijzer smelten

FysischChemisch

Zijn de modelvoorstellingen voorbeelden van fysische of chemische processen? Leg uit.

Modelvoorstelling

Fysisch of chemisch proces

Verder oefenen?

Hoe wordt een chemische reactie genoteerd?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat tijdens een chemische reactie atomen herschikt worden ter vorming van nieuwe stoffen;

L toelichten dat een index in een formule van een chemische stof het aantal atomen van dat element (of van de atoomgroep) in de verbinding weergeeft.

L een onderscheid maken tussen een index en een coëfficiënt.

Je leert nu:

L de opbouw van een reactievergelijking begrijpen en de onderdelen aanduiden;

L een aflopende reactie herkennen;

L een reactievergelijking in evenwicht brengen door rekening te houden met behoud van atomen.

1 Reagentia en reactieproducten

In hoofdstuk 1 heb je geleerd dat de verandering die plaatsvindt tijdens een chemisch proces een chemische reactie wordt genoemd. In de opdrachten heb je telkens een bijhorende reactievergelijking genoteerd. Welke onderdelen kun je herkennen in een reactievergelijking?

In de toekomst zul je leren dat sommige reacties niet volledig aflopen. Je zult dan gebruikmaken van een dubbele pijl ⇄ en we spreken van een evenwichtsreactie.

In een reactievergelijking worden de gebruikte stoffen, uitgangsstoffen of reagentia (enkelvoud: reagens) omgezet en worden andere stoffen gevormd: de reactieproducten

In een reactievergelijking wordt gebruikgemaakt van een enkele eenrichtingspijl (→) die de overgang aanduidt van de reagentia naar de reactieproducten. Zo wordt aangeduid dat zeker één reagens volledig omgezet wordt in reactieproducten: we spreken van een aflopende reactie. Dat wordt benadrukt door de pijl die enkel van links naar rechts wijst. gebruikte stof(fen) → gevormde stof(fen) reagentia reactieproducten

Let op:

Je mag als pijl niet ⇒ gebruiken. Gebruik ook niet het gelijkheidsteken (=), want de reactieproducten zijn andere stoffen dan de reagentia.

WEETJE

Een reactievergelijking wordt als volgt genoteerd: gebruikte stof(fen) → gevormde stof(fen) reagentia reactieproducten

©VANIN

OPDRACHT 7

Bekijk opnieuw de reactievergelijkingen uit opdracht 6.

1 Omcirkel de reagentia met rood.

2 Omcirkel de reactieproducten met blauw.

2 Mg + O2 → 2 MgO MgO + H2O → Mg(OH)2

2 Wet van behoud van atomen

OPDRACHT 8

Leg uit.

In een reactievergelijking staat soms een getal voor de formule van een reagens of reactieproduct, bv. 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3

Waarom? Verklaar.

In thema 3 leerde je al dat voor een stof in een reactievergelijking geplaatst wordt, een coëfficiënt of voorgetal wordt genoemd. Door het toevoegen van de juiste coëfficiënten in een reactievergelijking houd je rekening met een belangrijke wet: de wet van behoud van atomen.

De wet van behoud van atomen

In een reactievergelijking zijn links en rechts van de reactiepijl evenveel atomen van elke soort aanwezig. Er worden geen nieuwe atomen gecreëerd, er gaan ook geen atomen verloren.

In deze applet leer je op een eenvoudige manier waarom je coëfficiënten plaatst in een reactievergelijking, bv. door het maken van een croque-monsieur.

OPDRACHT 9

Noteer de volledige reactievergelijking van de verbranding van magnesium.

1 Pas de wet van behoud van atomen toe op de verbranding van magnesium. Wanneer we de reagentia en de reactieproducten in een reactievergelijking schrijven, krijgen we:

Mg + O2 → MgO

a In de formule van zuurstofgas staat een 2. Wat is de wetenschappelijke term voor dat getal?

©VANIN

b Hoeveel O-atomen komen er voor:

• bij de reagentia?

• bij de reactieproducten?

c Is de wet van behoud van atomen voor O gerespecteerd?

 Ja  Nee

2 Opdat een reactievergelijking zou kloppen, worden de getallen voor de formules, de coëfficiënten, aangepast. Het getal 1 wordt niet vermeld.

a Pas de coëfficiënten aan zodat voor en na de pijl evenveel O-atomen voorkomen.

Mg + O2 → MgO

b Is de wet van behoud van atomen voor Mg gerespecteerd?

 Ja  Nee

c Pas de coëfficiënten aan zodat voor en na de pijl evenveel Mg-atomen voorkomen.

Mg + O2 → MgO

3 Zo krijg je de finale reactievergelijking van de verbranding van magnesium.

4 Scan de QR-code. Op deze website kun je een reactie tussen waterstofgas (H2) en zuurstofgas (O2) uitvoeren. Lukt het je om water (H2O) te vormen?

BEKIJK DE WEBSITE

In een reactievergelijking worden altijd de juiste formules van een chemische stof genoteerd. Je hebt in thema 3 geleerd dat een index aangeeft hoeveel atomen van een bepaald element voorkomen in een verbinding.

Een index mag je niet veranderen om het behoud van atomen toe te passen. Een formule is een vaste combinatie van atomen in een molecule.

• Betekenis van de getallen in een reactievergelijking 3 CO2

Dit getal noem je de coëfficiënt. Het geeft aan hoeveel deeltjes er gaan reageren.

Dit getal noem je de index Het geeft aan hoeveel atomen van de voorafgaande atoomsoort per molecule of formuleenheid aanwezig zijn.

• Om de wet van behoud van atomen in orde te brengen, moet je in een reactievergelijking de coëfficiënten aanpassen.

• De indices in een formule mag je niet veranderen.

OPDRACHT 10

Stel de reactievergelijking van de chemische reactie op.

Waterstofchloride (HCl) reageert met calciumhydroxide (Ca(OH)2), waarbij calciumchloride (CaCl2) en water (H2O) gevormd worden.

1 Welke stoffen zijn de reagentia?

2 Welke stoffen zijn de reactieproducten?

3 Noteer de stoffen in de reactievergelijking.

4 Vul het aantal atomen van elk element in, zowel bij de reagentia als bij de reactieproducten.

Bij de reagentiaBij de reactieproducten

Bij het plaatsen van coëfficiënten eindig je met het gelijkstellen van de O- en de H-atomen.

5 Je merkt dat het behoud van Ca in orde is. Plaats coëfficiënten zodat het behoud van Cl in orde is.

6 Vul het nieuwe aantal atomen van elk element in, zowel bij de reagentia als bij de reactieproducten.

Bij de reagentiaBij de reactieproducten

OPDRACHT 10 (VERVOLG)

7 Plaats coëfficiënten zodat het behoud van O in orde is.

8 Vul het aantal atomen van elk element in, zowel bij de reagentia als bij de reactieproducten. Bij de reagentiaBij de reactieproducten

©VANIN

9 Wat merk je bij de H-atomen?

10 Noteer de finale reactievergelijking.

OPDRACHT 11

Lees de chemische reacties en beantwoord de vragen. Het stappenplan kan je daarbij helpen.

1 IJzer reageert met zuurstofgas, waarbij di-ijzertrioxide (Fe2O3) gevormd wordt.

a Welke stoffen zijn de reagentia?

b Welke stoffen zijn de reactieproducten?

c Noteer de stoffen in de reactievergelijking.

d Pas de wet van behoud van atomen toe.

BEKIJK HET STAPPENPLAN

2 Magnesium reageert met waterstofchloride (HCl of zoutzuur), waarbij magnesiumchloride (MgCl2) en waterstofgas (H2) gevormd worden.

a Welke stoffen zijn de reagentia?

b Welke stoffen zijn de reactieproducten?

c Noteer de stoffen in de reactievergelijking.

d Pas de wet van behoud van atomen toe.

OPDRACHT 12

Je leerkracht verbrandt methaangas. Hij of zij leidt methaangas onderaan een omgekeerde trechter binnen via een gasslangetje. Vervolgens wordt de gastoevoer gesloten en laat je leerkracht het gas ontvlammen dat bovenaan de trechter ontsnapt.

1 Wat neem je waar?

2 Welke chemische stof wordt verbruikt bij een verbrandingsreactie?

3 Er is een volledige verbranding. Geef de formule van de twee stoffen die gevormd worden (de formule van methaangas is CH4).

4 Geef de reactievergelijking van de chemische reactie. Pas het behoud van atomen toe.

Je hebt in de vorige opdrachten enkele reactievergelijkingen opgesteld en de wet van behoud van atomen toegepast. Zo vond je bij opdracht 11:

4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3. Die coëfficiënten moeten zo laag mogelijk zijn. De reactievergelijking

8 Fe + 6 O2 → 4 Fe2O3 is fout. Alle coëfficiënten kunnen immers gedeeld worden door 2. Het kan dus dat je op het einde alle coëfficiënten nog moet delen door een gelijke factor.

Een chemische reactie wordt voorgesteld door een reactievergelijking: reagentia → reactieproducten

Het aantal atomen van elk element moet zowel links als rechts van de pijl gelijk zijn (wet van behoud van atomen). Daarom worden coëfficiënten geplaatst voor de formules van de reagentia en reactieproducten. Die moeten zo laag mogelijk zijn.

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 145 en 146.

OPDRACHT 13 DOORDENKER

Lees de chemische reacties en beantwoord de vragen.

1 Bijtende soda (NaOH) reageert met waterstofsulfaat (H2SO4 of zwavelzuur), waarbij natriumsulfaat (Na2SO4) en water (H2O) gevormd worden.

a Welke stoffen zijn de reagentia?

b Welke stoffen zijn de reactieproducten?

c Noteer de stoffen in de reactievergelijking.

d Pas de wet van behoud van atomen toe.

2 Magnesiumhydroxide (Mg(OH)2) reageert met waterstoffosfaat (H3PO4 of fosforzuur), waarbij nog magnesiumfosfaat (Mg3(PO4)2) en water (H2O) gevormd worden.

a Welke stoffen zijn de reagentia?

b Welke stoffen zijn de reactieproducten?

c Noteer de stoffen in de reactievergelijking.

d Pas de wet van behoud van atomen toe.

Schrijf de chemische reactie.

De synthese van waterstofchloride (HCl) uit diwaterstof en dichloor.

Schrijf de chemische reactie.

De chemische reactie tussen salpeterzuur (HNO3) en soda (NaOH), waarbij natriumnitraat (NaNO3) en water gevormd worden.

Schrijf de chemische reactie.

De analyse van glucose (C6H12O6) in water en koolstof.

Vul de reactievergelijkingen aan.

Al + O2 → Al2O3

Al2O3 + Na → Na2O + Al

H2S + O2 → H2O + SO2

NH3 → N2 + H2

CO2 + H2O → C6H12O6 + O2

Fe + O2 → Fe2O3

PCl5 → P + Cl2

Hg + l2 → Hgl

SnS2 → Sn + S

Pb + O2 → PbO

HCl + O2 → Cl2 + H2O

C2H4 + O2 → CO2 + H2O

Na2O + H2O → NaOH

N2 + H2 → NH3

Al + PbO2 → Al2O3 + Pb

KClO3 → KCl + O2

NH3 + HCl → NH4Cl

NH3 + O2 + → NO + H2O

Fe + S → FeS

Cr2O3 + Zn → ZnO + Cr

C12H22O11 → C + H2 + O2

C12H22O11 + O2 → CO2 + H2O

Vul de reactievergelijkingen aan en beantwoord de vragen.

a Bij een onvolledige verbranding van aardgas (bv. bij een gaskachel in een badkamer) wordt het giftige koolstofmonoxide gevormd.

CH4 + O2 → CO + H2O

b Bakpoeder reageert met azijn.

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2 + H2O

Hoe kun je visueel waarnemen dat het om een chemische reactie gaat?

c Met glucose kan drankalcohol (ethanol) gevormd worden. De zogenaamde ‘moonshiners’, mensen die illegaal alcohol stoken, maken gebruik van deze reactievergelijking.

C6H12O6 → C2H5OH + CO2

d In grotten worden langzaam druipstenen gevormd. Regenwater dat de grotten binnensijpelt, bevat het oplosbare Ca(HCO3)2. Door de lage concentratie aan CO2 in de grot treedt een reactie op. Naast CO2 en water wordt daarbij ook het onoplosbare CaCO3 gevormd, waaruit de druipstenen zijn opgebouwd.

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O

Leid uit de volgende reactievergelijkingen de waarden van x, y en z af.

a C x H y + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O x = y =

b 3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgxNyOz+ NO + 2 H2O x = y = z =

c 4 FeS + 7 O2 → 2 Fe x O y + z SO2 x = y = z =

d 2 Fe + 3 Cl2 → 2 Fe x Cl y x = y =

Waarom mag je de indexen bij de formules niet wijzigen?

` Verder oefenen? Ga naar .

Welke types chemische reacties bestaan er?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat samengestelde stoffen bestaan uit meerdere atoomsoorten of elementen;

L toelichten dat je een samengestelde stof kunt ontleden in enkelvoudige stoffen;

L toelichten wat de termen elektrolyse, thermolyse en fotolyse betekenen.

Je leert nu:

L het verschil uitleggen tussen analyse en synthese.

OPDRACHT 14

DEMO

In hoofdstuk 1 van dit thema leerde je dat er tijdens een chemische reactie nieuwe stoffen ontstaan door atomen te (her) combineren. Daarbij kunnen stoffen onder andere ontleed of gevormd worden.

• Wanneer een stof ontleed wordt in andere stoffen, spreken we van een analyse

• Wanneer uit verschillende stoffen nieuwe stoffen gevormd worden, spreken we van een synthese

In thema 3 heb je al kennisgemaakt met deze twee reactietypes. Zo hebben we in opdracht 8 water ontbonden in waterstofgas en zuurstofgas (analyse). Wanneer het gevormde waterstofgas bij een lucifer (zuurstofgas) gebracht werd, ontstond water (synthese).

Je leerkracht verbrandt een hoeveelheid suiker.

1 Breng een kleine hoeveelheid suiker in een vuurvaste proefbuis.

2 Breng de proefbuis met behulp van een klem of tang in de vlam van een bunsenbrander.

3 Noteer je waarneming.

4 De suiker ondergaat eerst een analyse / synthese (schrap wat niet past) tot koolstof en waterstof en er wordt nadien via analyse / synthese (schrap wat niet past) koolstofdioxide en water gevormd.

Water en suiker werden telkens ontleed door gebruik te maken van een andere energiebron, respectievelijk elektriciteit en warmte.

OPDRACHT 15

Welke soorten analysereacties bestaan er? Vul de tabel verder in.

Energievorm

Soort analyse elektriciteit

warmte

licht

Zoals bij de analyse gebruiken we afhankelijk van de gebruikte energievorm een specifieke term voor de synthese:

licht → fotosynthese warmte → thermosynthese elektriciteit → elektrosynthese

Analyse en synthese zijn tegengestelde chemische reacties. We kunnen het echter niet zwart-wit voorstellen. Uit de definitie van analyse blijkt immers dat er tijdens een analyse ook nieuwe stoffen gevormd worden. De analyse van water kun je dus ook bekijken als de synthese van waterstofen zuurstofgas.

De volgende jaren zul je leren dat er naast synthese en analyse nog andere chemische reacties bestaan. Zo wordt tijdens een substitutiereactie een atoom of atoomgroep vervangen door een ander atoom of atoomgroep.

OPDRACHT 16

Je leerkracht voert de synthesereactie tussen ijzer en zwavel uit.

7 g ijzer en 4 g zwavel worden afgewogen.

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

1 Observeer de eigenschappen van de stoffen en breng een magneet bij elk van de stoffen. Noteer je waarnemingen.

Stof Eigenschappen Magnetisch ijzer  ja  nee zwavel  ja  nee

DEMO

OPDRACHT 16 (VERVOLG)

2 De stoffen worden samen in een kroesje gebracht en verwarmd met de bunsenbrander. Er ontstaat een nieuwe stof, ijzersulfide (FeS). Noteer je waarnemingen.

Stof Eigenschappen Magnetisch reactieproduct (FeS)  ja  nee

3 Noteer je besluit.

©VANIN

4 Bepaal eens de massa van het reactieproduct. Wat stel je vast?

Een verbrandingsreactie is een voorbeeld van een synthesereactie. Afhankelijk van de snelheid van de reactie spreken we over een trage, gewone of snelle verbranding. Het roesten van ijzer is een voorbeeld van een trage verbrandingsreactie. Het ijzer vormt immers roest (Fe2O3) door de reactie met zuurstofgas en water.

Een snelle verbrandingsreactie werd bijvoorbeeld toegepast tijdens de Golfoorlog in Irak (1990-1991): brandende olieputten werden geblust door er springstof in te werpen.

De aanwezige zuurstof werd door de explosie zeer snel verbruikt, waardoor de olieputten doofden.

Wanneer een stof ontleed wordt in andere stoffen, spreken we van analyse.

Wanneer uit verschillende stoffen één nieuwe stof gevormd wordt, spreken we van synthese.

• Synthese met behulp van licht is fotosynthese.

• Synthese met behulp van warmte is thermosynthese

• Synthese met behulp van elektriciteit is elektrosynthese

` Maak oefening 1 /m 4 op p. 151.

WEETJE

DEMO

De klimaatverandering is een van de grote zorgen van de huidige maatschappij. Ook chemie kan hier een oplossing bieden, meer bepaald met de synthese van water uit waterstofgas en zuurstofgas.

©VANIN

De laatste decennia heeft de industrie zich, onder meer onder impuls van de ruimtevaart, toegelegd op de ontwikkeling van zogenaamde brandstofcellen.

Brandstofcellen zijn elektrochemische toestellen die chemische energie van een voortdurende reactie direct omzetten in elektrische energie. De chemische energie hoeft dus niet eerst omgezet te worden in thermische en mechanische energie (bv. verbruik van fossiele brandstoffen), waardoor er nauwelijks verliezen optreden en de brandstofcel op een heel efficiënte manier energie kan leveren. Ook in de autosector wordt er druk met brandstofcellen geëxperimenteerd; ze moeten de huidige verbrandingsmotoren vervangen omdat ze milieuvriendelijker en zelfs zuiniger zijn.

In principe is een brandstofcel een toestel waarin waterstofgas en zuurstofgas reageren met vorming van water, waarbij de vrijkomende energie rechtstreeks (zonder warmte-effect of explosie) wordt geleverd als elektrische energie. Een bijkomend voordeel van een brandstofcel is dat ze enkel water vormt en dus de natuur niet vervuilt.

De brandstofcel is dus een ecologische oplossing voor het grote verbruik van aardolieproducten, zoals benzine, aardgas … Dat roept natuurlijk tegenwerking op in de petroleumindustrie, die haar sterke positie niet wil afstaan. Ze probeert dan ook de politiek te beïnvloeden (het zogenaamde lobbywerk) om haar economische tak te beschermen.

Bekijk het filmpje als je wilt weten hoe een brandstofcel werkt.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

Bekijk de reactievergelijkingen. Is het een synthese of een analyse? Kruis aan.

Analyse

Synthese

2 H2 + O2 → 2 H2O

Fe + S → FeS

Li2CO3 → CO2 + Li2O

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

NH4Cl → NH3 + HCl

Vul de reactievergelijkingen aan en beantwoord de vragen.

a Het ijzer in boten, auto’s en fietsen roest.

Fe + O2 → Fe2O3

Is dit een analyse of een synthese? Verklaar.

b Aluminium en zuurstof reageren tot vorming van di-aluminiumtrioxide (Al2O3).

Is dit een analyse of een synthese?

Stel dat ammoniak (NH3) aan elektrolyse wordt onderworpen, welke gassen zouden er dan ontstaan?

Schrijf de bijbehorende reactievergelijking.

Is dit een synthese en/of een analyse?

Pas de chemische reacties aan indien nodig. Noteer telkens of het om een synthese of analyse gaat.

P2O5 + H2O  H3PO4

HClO2  H2 + Cl2 + 2 O2

Welke wet pas je toe?

Hoe heten de getallen die je aanbrengt?

` Verder oefenen? Ga naar .

Wat gebeurt er met de massa voor en na een chemische reactie?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de wet van behoud van atomen toelichten.

Je leert nu:

L de wet van behoud van massa bij chemische reacties formuleren en toepassen (wet van Lavoisier).

OPDRACHT 17

ONDERZOEK

Tijdens een chemische reactie verandert de soort en het aantal atomen niet tussen de reagentia en de reactieproducten: de wet van behoud van atomen. Welke wet is nog van toepassing tijdens een chemische reactie?

Voer de reactie uit tussen natriumcarbonaat (Na2CO3) en verdund zoutzuur (HCl).

1 Onderzoeksvraag

Welke wetmatigheid kunnen we bewijzen tijdens de reactie tussen natriumcarbonaat (Na2CO3) en verdund zoutzuur (HCl)?

2 Hypothese

Schrap wat niet past.

Bij een chemische reactie is de massa van de reagentia kleiner dan / gelijk aan / groter dan de massa van de reactieproducten.

3 Benodigdheden

Materialen

 balans

 erlenmeyer (50 mL)

 proefbuizenrek

 proefbuizen

 maatcilinder (10 mL)

 trechter

Stoffen

 HCl (verdund)

 Na2CO3

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

HCl HCl en Na2CO3

4 Werkwijze

Proef 1

1 Plaats een proefbuizenrek met één proefbuis op de balans.

2 Breng de balans op nul door te tarreren.

3 Breng met behulp van de maatcilinder 10 mL HCl in de proefbuis en noteer de massa in de tabel (proef 1). Verwijder het proefbuizenrek.

4 Plaats een erlenmeyer op de balans.

5 Breng de balans op nul door te tarreren.

6 Breng een koffielepel Na2CO3 in de erlenmeyer en noteer de massa in de tabel.

7 Giet de 10 mL HCl in de erlenmeyer (die nog op de balans staat).

8 Noteer de massa in de tabel (proef 1).

Proef 2

1 Plaats een proefbuizenrek met één proefbuis op een balans.

2 Breng de balans op nul door te tarreren.

3 Breng met behulp van de maatcilinder 10 mL HCl in de proefbuis en noteer de massa in de tabel (proef 2). Verwijder het proefbuizenrek.

4 Plaats een erlenmeyer en een ballon op de balans.

5 Breng de balans op nul door te tarreren.

6 Breng met behulp van een trechter een koffielepel Na2CO3 in de ballon en noteer de massa in de tabel (proef 2).

7 Breng de 10 mL HCl in de erlenmeyer (die nog op de balans staat).

8 Span de ballon over de erlenmeyer en giet de inhoud van de ballon in de erlenmeyer.

9 Noteer de massa na de reactie in de tabel (proef 2).

5 Waarnemingen 6

massa HCl (g)

massa Na2CO3 (g)

massa na reactie (g)

7 Besluit

Proef 1

Verwerking

Proef 1: zonder ballon

Proef 2: met ballon

Proef 2

ONDERZOEK

8 Reflectie

a De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat:

b Vergelijk je hypothese met je besluit.

c Waarom werd er een ballon gebruikt bij proef 2?

Tijdens een chemische reactie is de massa van de reagentia altijd gelijk aan de massa van de reactieproducten. We spreken over de wet van behoud van massa of de wet van Lavoisier:

De totale massa voor en na een chemische reactie is gelijk.

mreagentia = mreactieproducten

Was het je al opgevallen in demo-opdracht 16 dat de massa voor en na de reactie gelijk was gebleven?

Wil je weten wat de link is tussen Lavoisier, Einstein en het ontstaan van de aarde? Bekijk de video!

Dat de wet van behoud van massa bijzonder belangrijk is, kun je illustreren met tal van voorbeelden uit het dagelijks leven. Zo kunnen er in de natuur noch atomen noch atoomsoorten ‘verdwijnen’ door chemische processen. Het ontstaan van industrieel afval is dus een onontkoombaar gevolg van de wet van massabehoud. De chemische industrie houdt zich dan ook steeds bezig met het recycleren van allerlei restmateriaal. Daarnaast wordt er gezocht naar nieuwe processen om zo weinig mogelijk afval te produceren.

Bekijk de video’s over de rol van chemie in de recyclage van stoffen.

BEKIJK VIDEO 2

BEKIJK VIDEO 1

WEETJE

BEKIJK DE VIDEO

De wet van Lavoisier

De totale massa voor en na een chemische reactie is gelijk.

mreagentia = mreactieproducten

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 156.

Lavoisier is niet de enige wetenschapper die een wet definieerde voor een chemische reactie. Zo toonde Proust aan dat stoffen altijd in een vaste massaverhouding met elkaar reageren: de wet van de massaverhoudingen of de wet van Proust.

Die wet heb je toegepast bij opdracht 16: ijzer en zwavel zullen steeds in een massaverhouding van 7 g : 4 g met elkaar reageren ter vorming van ijzersulfide. Wanneer bijvoorbeeld 10 g ijzer bij 4 g zwavel wordt gebracht, zal er 3 g ijzer niet wegreageren. IJzer is in overmaat aanwezig, terwijl zwavel te weinig aanwezig is. In chemie wordt zwavel dan het ‘limiterend reagens’ genoemd.

Dan is er nog de wet van de veelvuldige massaverhoudingen: de wet van Dalton en Richter stelt dat wanneer twee elementen met elkaar reageren ter vorming van een verschillende zuivere stof, de breuk van de massaverhoudingen van die reacties een vast getal is.

Zo kan koolstof met zuurstofgas koolstofmonoxide (CO) of koolstofdioxide (CO2) vormen. CO-vorming heeft een massaverhouding van 0,75, terwijl dat bij CO2 0,375 is (wet van Proust). Volgens de wet van Dalton en Richter zal dus de onderlinge verhouding van de massaverhoudingen steeds gelijk zijn: 0,75 : 0,375 = 2.

John Dalton

Louis Joseph Proust

Jeremias Richter

WEETJE

Een reepje magnesiumlint wordt verbrand. Bij die reactie ontstaat een wit poeder: magnesiumioxide. De massa daarvan is groter dan die van het oorspronkelijke magnesium. Wil dat zeggen dat de wet van Lavoisier niet geldig is? Motiveer je antwoord.

Je verbrandt een stuk magnesiumlint van 0,25 gram tot een witte vaste stof MgO.

a Pas de wet van behoud van atomen toe in de reactievergelijking:

Mg + O2 → MgO

b Duid het juiste antwoord aan.

 Er wordt minder dan 0,25 g MgO gevormd.

 Er wordt exact 0,25 g MgO gevormd.

 Er wordt meer dan 0,25 g MgO gevormd.

Waarom is een proef waarbij een gas ontstaat minder geschikt om de wet van Lavoisier aan te tonen? Waar moet je op letten? Verklaar.

a Bekijk de reactievergelijking tussen magnesiumoxide (MgO) en water, waarbij magnesiumhydroxide (Mg(OH)2) wordt gevormd.

b Bereken welke massa water gereageerd heeft met 40,3 g MgO als je weet dat er 58,3 g Mg (OH)2 wordt gevormd.

` Verder oefenen? Ga naar .

Welk nut hebben chemische reacties als energiebron?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat chemische energie tijdens een chemische reactie omgezet kan worden naar een andere energievorm;

L toelichten wat de termen synthese, analyse, thermolyse, fotolyse en elektrolyse betekenen.

Je leert nu:

L dat chemische reacties gebruikt kunnen worden als energiebron voor toepassingen in het dagelijks leven;

L het verschil duiden tussen exo- en endo-energetische reacties;

L begrijpen dat de interactie tussen materie en energie kan leiden tot gewenste of ongewenste chemische reacties.

1 Chemische energie

In dit thema werd al verschillende keren verwezen naar de verbranding van magnesium. Het is je zeker opgevallen dat er een fel wit licht verschijnt tijdens de reactie.

Tijdens een chemische reactie kan dus een energievorm (in dit geval licht- of stralingsenergie) vrijkomen, maar waar komt die energie vandaan? Welke energievormen zijn er nog?

Kan ook het omgekeerde gebeuren, met andere woorden kan er tijdens een chemische reactie energie opgenomen worden?

Energie kan niet ontstaan, noch gevormd worden. Dat is de wet van behoud van energie, waar je meer over zult leren in de lessen fysica. Die wet is ook van toepassing op een chemische reactie. Wanneer we ons huis verwarmen door een open haard aan te steken, hebben we geen warmte ‘gemaakt’. De energie is vrijgekomen vanuit de verbranding van het hout: hout is een energiebron. De energie die een chemische stof bevat, noemen we de chemische energie (of inwendige energie) (E).

Grootheid Symbool Eenheid chemische energie E J (joule)

OPDRACHT 18

Vul de tabel aan.

1 Noteer enkele voorbeelden van energievormen.

2 Noteer een proces uit het dagelijks leven waarbij die energie beschikbaar wordt.

©VANIN

Energievorm

Voorbeeld uit het dagelijks leven

Bij glowsticks of handwarmers worden stoffen gebruikt om een energievorm te verkrijgen, respectievelijk licht en warmte.

Tijdens een chemische reactie is er meestal sprake van een verschil in chemische energie in de stoffen voor en na de reactie.

• De reactieproducten bezitten minder chemische energie dan de reagentia. = er is energie vrijgekomen tijdens de chemische reactie.

= exo-energetische reactie

• De reactieproducten bezitten meer chemische energie dan de reagentia. = er is energie opgenomen tijdens de chemische reactie.

= endo-energetische reactie

WEETJE

Sommige reacties zijn energieneutraal, omdat er geen energieverschil is tussen de energie-inhoud van de reagentia en de reactieproducten. Een energieneutraal proces noemen we ook een adiabatisch proces.

Chemische stoffen bezitten een specifieke chemische energie-inhoud of inwendige energie (E)

Tijdens een chemische reactie geldt de wet van behoud van energie: energie gaat niet verloren of wordt niet bijgemaakt. Energie kan wel worden omgezet van de ene energievorm in de andere of overgedragen van het ene systeem naar het andere.

Tijdens een chemische reactie wordt dus meestal energie afgegeven (exo-energetische reactie) of opgenomen (endo-energetische reactie).

2 Exo-energetische reacties

Soms is iets zo vanzelfsprekend dat je er niet bij stilstaat: chemische reacties kunnen ons energie leveren.

Enkele voorbeelden:

• Tijdens een labo gebruik je een bunsenbrander om een proef uit te voeren (aardgas verbranden).

• Voor vuurwerk wordt gebruikgemaakt van verschillende metalen, zoals aluminium, natrium, magnesium en koper. Die zorgen voor het licht- en knaleffect.

Tijdens die chemische reacties komt er energie vrij: we spreken van een exo-energetische reactie. Uit de wet van behoud van energie kun je dan concluderen dat de reagentia meer chemische energie hebben dan de reactieproducten (ER > EP, de reactie levert energie).

De reactie-energie (∆E) wordt gedefinieerd als het verschil tussen de chemische energie-inhoud van de reactieproducten (EP) en de chemische energie-inhoud van de reagentia (ER):

∆E = EP – ER

Een exo-energetische reactie wordt bijgevolg gekenmerkt door een negatieve reactie-energie: er komt energie vrij tijdens de reactie.

exo-energetische reactie: ∆E < 0

Een exo-energetische chemische reactie kan worden weergegeven in een energiediagram.

reactieenergie ΔE < 0 t (s)

Grafiek 3

Energiediagram van een exo-energetische reactie

Wanneer warmte vrijkomt, spreekt een chemicus van een exotherme reactie Een bekende toepassing daarvan is de hotpack. Door het activeren van de hotpack start een exotherme reactie: de omgevingstemperatuur stijgt.

Afb. 54 De bunsenbrander bij een labo

Afb. 55 Vuurwerk

Valt het je op dat er altijd geredeneerd wordt vanuit de stoffen? De term ‘exo’ is afgeleid van het Latijn en betekent ‘uit’. Tijdens een exo-energetische reactie zal dus energie uit de stoffen komen. Kijk je naar de omgeving, dan zal de energie toenemen: bv. de omgevingstemperatuur stijgt.

©VANIN

OPDRACHT 19

DEMO

Je leerkracht voert enkele exo-energetische reacties uit.

1 Hij/zij voert de proeven uit.

2 Noteer je waarneming in de tabel.

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Proef 1

• Voeg bijtende soda-oplossing (NaOH) toe aan de zoutzuuroplossing (HCl).

• Voel tijdens de hele proef aan de proefbuis.

Waarneming:

Proef 2

• Vul een proefbuis voor 1/3 met zoutzuur (HCl).

• Rol het lintje Mg op en breng het in de oplossing.

• Voel tijdens de hele proef aan de proefbuis.

Waarneming:

WEETJE

Magnesium wordt ook gebruikt in een vuurstarter. Door met een mes of de bijgeleverde schraper over het magnesium staafje te schrapen, komen vonken vrij die het vuur kunnen doen starten. Een tip: gebruik berkenbast, die is zeer geschikt als brandstof.

Een voorbeeld van een exo-energetische reactie is de reactie van cement met water. Het samenvoegen van water en cement is immers een chemische reactie. Strikt genomen mag je dus niet zeggen dat je cement enkel met water mengt. Tijdens de reactie ontstaat beton, dat water in zijn kristalstructuur opneemt. Daarbij komt warmte vrij.

©VANIN

De vrijgekomen warmte zorgt ervoor dat grote constructies zoals stuwdammen voor elektriciteitscentrales niet in één keer gegoten kunnen worden. De vrijgekomen warmte door de reactie tussen cement en water kan er namelijk voor zorgen dat er scheurtjes ontstaan.

Soms is een exo-energetische reactie net iets wat je níet wilt meemaken, ze worden namelijk ook weleens gebruikt in een foute context. Denk maar aan de grote hoeveelheid energie die vrijkomt bij de explosie van buskruit. Tijdens die reactie komt er niet alleen warmte vrij, maar ook kinetische energie die grote schade kan aanbrengen.

In een bedrijf ontstaan soms explosies omdat bepaalde stoffen niet (meer) goed gestockeerd worden. Twee bekende voorbeelden zijn de vuurwerkramp in Enschede in 2000 en de ontploffing van ammoniumnitraat in Beiroet in 2020. Wil je de indrukwekkende beelden van de explosie in Beiroet zien? Scan dan de QR-code.

WEETJE

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

Een exo-energetische reactie is een chemische reactie waarbij een vorm van energie vrijkomt

• Een reactie waarbij warmte vrijkomt, is een exotherme reactie.

• Een exo-energetische reactie kan voor grote schade zorgen bij verkeerd gebruik.

OPDRACHT 20

Wat gebeurt er als je Mentos-muntjes aan cola light toevoegt?

Voer deze proef uit op de speelplaats! Je kunt de proef ook thuis uitvoeren en er een filmpje van maken.

1 Verzamel de benodigdheden.

 Mentos-muntjes

 blad papier

 kaartje

 fles cola light

2 Ga aan de slag.

1 Maak met een blad papier een koker waarin de Mentos-muntjes gestapeld worden.

2 Gebruik een kaartje als basis voor de snoepjestoren, of plaats je hand eronder.

3 Schroef de fles cola light open en plaats de koker boven de fles. Trek nu het kaartje (of je hand) weg , zodat de snoepjes in de fles vallen.

3 Noteer je waarneming.

4 Hoe verklaar je dat?

DOORDENKER

Grafiek 4

3

Endo-energetische reacties

Analyse en synthese zijn tegengestelde reacties. Kunnen we dat doortrekken naar energie-reacties? We weten nu dat sommige chemische reacties energie leveren: ze zijn exo-energetisch. Wanneer we die reacties omdraaien, zal er energie nodig zijn om de reactie uit te voeren. Tijdens zo’n reacties wordt er dus energie opgenomen: het zijn endo-energetische reacties Uit de wet van behoud van energie kun je concluderen dat de reagentia minder chemische energie hebben dan de reactieproducten (ER< EP). In de eerste graad heb je al kennisgemaakt met zo’n reactie: de fotosynthese.

©VANIN

OPDRACHT 21

Bekijk de chemische reactie en los de vragen op.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

1 Welk biologisch proces wordt hier weergegeven?

2 Welke energievorm wordt er gebruikt tijdens de reactie?

3 Kruis de juiste uitspraak aan.

 Fotosynthese is een exo-energetische reactie.

 Fotosynthese is een endo-energetische reactie.

Een endo-energetische reactie wordt bijgevolg gekenmerkt door een positieve reactie-energie: er wordt energie toegevoegd tijdens de reactie.

Endo-energetische reactie: ∆E = E n - E voor > 0

Een endo-energetische chemische reactie kan worden weergegeven in een energiediagram reactieenergie t (s)

Grafiek 5

Energiediagram van een endo-energetische reactie

OPDRACHT 22

Je leerkracht voert een endo-energetische reactie uit.

1 Je leerkracht voert de proef uit.

2 Noteer je waarneming in de tabel. Gebruik een thermometer.

©VANIN

Proef

• Meng enkele citroenzuurkristallen met een beetje bakpoeder in een proefbuis.

• Voeg eventueel een beetje water toe.

• Monitor de temperatuursverandering tijdens de hele proef.

Waarneming:

In opdracht 22 daalt de omgevingstemperatuur. De reactie heeft energie nodig om te kunnen plaatsvinden: ze neemt warmte op uit de omgeving. We spreken dan van een endotherme reactie. Een bekende toepassing is het coldpack.

Bij sporters wordt vaak een zakje ijs gebruikt om bij een kwetsuur de zwelling tegen te gaan. Zulke zakjes sluiten echter niet goed af rond de kwetsuur en werken minder efficiënt. Daarom werden coldpacks ontwikkeld. De meeste bevatten een gel die niet bevriest in een diepvries. Zogenaamde instant coldpacks bestaan intern uit twee zakjes; in het ene zit water, in het andere ammoniumnitraat (NH4NO3). Wanneer de stoffen bij elkaar komen, treedt er een endotherme reactie op waardoor de omgeving, in dit geval dus het gebied rond de kwetsuur, kouder wordt.

Net als bij een exo-energetische reactie kunnen bij een endo-energetische reactie niet alleen warmte-energie maar ook andere energievormen opgenomen worden. Bij bijvoorbeeld een fotolyse start lichtenergie een reactie op.

Sommige reacties hebben geen zichtbaar licht nodig, maar maken gebruik van uv-straling. Een bekende toepassing heb je misschien al ervaren bij de tandarts. De uv-lamp die op een pas behandelde tand wordt geplaatst, zorgt ervoor dat de vulling uithardt. Dit is een endo-energetische reactie.

WEETJE

WEETJE

Naast licht- en warmte-energie kunnen ook andere energievormen een chemische reactie doen ontstaan. Zo werd er in thema 3 elektrische energie gebruikt om water te splitsen in waterstofgas en zuurstofgas.

Het spontaan initiëren van een reactie door de opname van energie is niet altijd gewenst

Lichtenergie kan reacties opstarten die nadelig zijn.

Voorbeelden:

• Stoffen worden vaak bewaard in een bruine fles om te voorkomen dat licht de chemische stof aantast. Wijn wordt bijvoorbeeld bewaard in een gekleurde fles omdat blootstelling aan zonlicht de wijn een azijnsmaak geeft.

• Krantenpapier wordt geel als het te lang in de zon ligt.

• Lange blootstelling aan licht kan ervoor zorgen dat de lange moleculen in kunststoffen worden gebroken in steeds kleinere moleculen. In de volksmond zegt men dat de kunststoffen ‘verduren’, een fenomeen dat vaak voorkomt bij oude pvc-dakgoten.

Een endo-energetische reactie is een chemische reactie waarbij een vorm van energie wordt opgenomen

energie t (s)

6

• Een reactie waarbij warmte wordt opgenomen, is een endotherme reactie.

• Een endo-energetische reactie kan voor grote schade zorgen bij verkeerd gebruik.

` Maak oefening 1 t/m 6 op p. 167 en 168.

Grafiek

OPDRACHT 23

1 Lees de artikels.

Is dit een exotherme of een endotherme reactie? Kruis aan.

Artikel 1

Warmtepakken of hot packs stralen gedurende een halfuur tot maximaal een uur warmte uit. Nadien kunnen ze weer gebruiksklaar gemaakt worden door ze ongeveer zes minuten in kokend water te plaatsen.

In elke heat pack zit een muntje en een vloeistof die iets dikker is dan water. Buig je het muntje, dan stolt de vloeistof en wordt er warmte gecreëerd.

Na vijftien seconden is de vloeistof veranderd in een halfharde vulling die ongeveer dertig minuten nodig heeft om helemaal hard te worden. Tijdens dit proces blijft de plak warmte uitstralen.

 exotherm  endotherm

Artikel 2

De meeste auto’s rijden nog altijd met zogenaamde verbrandingsmotoren. Daarin wordt een mengsel van brandstof en lucht tot ontploffing gebracht (een heel snelle verbranding is een ontploffing).

Bij de ontploffing zet het mengsel uit, waardoor arbeid geleverd wordt en de wielen van de auto worden aangedreven.

Het rendement van een verbrandingsmotor is beperkt: slechts 25 % van de energie die vrijkomt bij de verbranding wordt nuttig gebruikt. Bij de ontploffing komt immers ook warmte vrij en die kunnen we niet gebruiken om de wielen aan te

De heat packs bereiken ongeveer 55 °C en zijn geschikt om bv. spierpijn te verhelpen. De inhoud van de plakken is niet giftig of gevaarlijk. Hij bestaat uit water en natriumacetaat, een stof die ook in voedsel gebruikt wordt.

©VANIN

drijven. Bovendien gaat er door wrijving veel energie verloren.

 exotherm  endotherm

2 Bekijk de ontdekplaat bij het onlinelesmateriaal en ontdek verschillende exotherme en endotherme reacties in het dagelijkse leven.

OPDRACHT 24

ONDERZOEK

Voer het labo rond exotherme en endotherme reacties uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

Vul bij elk verschijnsel het bijbehorende begrip in. Opgelet: een van de gegeven begrippen is niet van toepassing. Je mag elk begrip slechts één keer gebruiken.

analyse – endo-energetisch – endotherm – exo-energetisch – exotherm – fysische reactie – synthese

a een vijver die bevriest

b Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2 + warmte

c samengestelde stoffen  enkelvoudige stoffen

d het opnemen van warmte tijdens een reactie

e een Mg-lint verbranden (het vrijkomen van licht)

f eenvoudige moleculen  complexere moleculen

Vul de reactievergelijkingen aan en beantwoord de vragen.

Waterstofgas wordt gebruikt in brandstofcellen.

H2 + O2 → H2O

a Is dit een endo-energetische of een exo-energetische reactie? Verklaar.

b Is dit een analyse of een synthese? Verklaar.

Vervolledig de reactievergelijkingen en beantwoord de vragen.

a Planten voeren een fotosynthesereactie uit.

+ → C6H12O6 + O2

Is dit een endo-energetisch of een exo-energetisch proces? Verklaar.

Welke energie-omzettingen vinden hierbij plaats?

b Methaangas (CH4) wordt gebruikt om woningen te verwarmen.

CH4 + O2 → CO2 + H2O

Is dit een endo-energetisch of een exo-energetisch proces? Verklaar.

Welke energie-omzettingen vinden hierbij plaats?

Beoordeel de stellingen. Duid aan met juist (J) of fout (F).

Juist of fout? Stelling

Tijdens een chemische reactie worden nieuwe stoffen gevormd.

Verbetering:

Tijdens een exo-energetische reactie hebben de stoffen na de reactie de grootste energie-inhoud.

Verbetering:

Als je een endotherme reactie uitvoert in een waterbad dan zal de temperatuur van het water rond de reactiebeker stijgen.

Verbetering:

De stoffen verliezen energie tijdens een exotherme reactie.

Verbetering:

Wat hoort er bij elkaar? Noteer het juiste getal in de tweede tabel.

1fotosynthese

2smelten

3 De reactieproducten bevatten meer energie dan de reagentia.

4De stoffen verliezen energie.

5glimwormen

chemische energie naar lichtenergie exo-energetische reactie endo-energetische reactie lichtenergie naar chemische energie fysische reactie

Teken een energietijddiagram van een exo-energetische reactie. Vermeld de volgende gegevens: energieniveau van de reactieproducten (EP); energieniveau van de reagentia (ER); ΔE < 0 of ΔE > 0 (teken een pijl). Benoem de assen.

WAT IS EEN CHEMISCHE REACTIE?

Tijdens een chemische reactie worden de aanwezige atomen herschikt ter vorming van nieuwe stoffen.

Voor de reactie

Bij samenvoegen

HOE WORDT EEN CHEMISCHE REACTIE GENOTEERD?

De reactievergelijking

reagentia → reactieproducten

WELKE TYPES CHEMISCHE REACTIES BESTAAN ER?

1 Analyse

Een chemische reactie waarin een samengestelde stof wordt ontleed.

Dat kan met behulp van:

• warmte (thermolyse),

• licht (fotolyse),

• elektriciteit (elektrolyse).

Na de reactie

Behoud van atomen

• Per atoomsoort is het aantal atomen voor en na de reactie gelijk.

• Voor stoffen worden coëfficiënten geplaatst om het aantal atomen per soort gelijk te stellen.

2 Synthese

Een chemische reactie waarbij een samengestelde stof gevormd wordt.

Dat kan met behulp van:

• warmte (thermosynthese),

• licht (fotosynthese),

• elektriciteit (elektrosynthese).

WAT GEBEURT ER MET DE MASSA’S VOOR EN NA EEN CHEMISCHE REACTIE?

De wet van Lavoisier (behoud van massa)

De totale massa voor en na een chemische reactie blijft gelijk.

WELK NUT HEBBEN CHEMISCHE REACTIES ALS ENERGIEBRON?

• Stoffen bevatten een specifieke hoeveelheid energie: de chemische of inwendige energie (E)

• Chemische reacties kunnen nuttig zijn als energiebron in het dagelijks leven (bv. warmte, elektriciteit), maar kunnen ook nadelig zijn (bv. verduren van materialen).

• Er bestaan exo- en endo-energetische reacties. mreagentia = mreactieproducten

Exo-energetische reactie

Een chemische reactie waarbij energie vrijkomt tijdens de reactie.

De reagentia hebben meer chemische energie dan de reactieproducten. ER > E p

(J) reactieenergie ΔE < 0 t (s) E P E R

Voorbeeld: verbranden van magnesium

Endo-energetische reactie

Een chemische reactie waarbij energie opgenomen wordt tijdens de reactie.

De reagentia hebben minder chemische energie dan de reactieproducten.

(J)

R E P ΔE > 0

> E p reactieenergie t (s)

Voorbeeld: elektrolyse van water

Mijn samenvatting

BEKIJK DE KENNISCLIP

1 Begripskennis

• Ik ken het verschil tussen een chemisch en een fysisch proces.

• Ik ken het verschil tussen een coëfficiënt en een index.

• Ik ken het verschil tussen een analyse en een synthese.

• Ik ken de begrippen elektrolyse, thermolyse en fotolyse.

• Ik ken het begrip chemische energie.

• Ik ken het verschil tussen exo- en endo-energetische reacties.

• Ik ken de termen endotherm en exotherm.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan een reactievergelijking opstellen.

• Ik kan reagentia en reactieproducten toelichten.

• Ik kan de wet van behoud van atomen uitleggen en toepassen

• Ik kan een synthese/analyse herkennen en er voorbeelden van geven.

• Ik kan de wet van behoud van massa uitleggen en toepassen

• Ik kan een exo- en endo-energetische reactie grafisch weergeven

• Ik kan een exo- endo-energetische reactie herkennen en er voorbeelden van geven

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

JANOG OEFENEN

Waarom rijst brood?

CO2-vorming zorgt voor het rijzen van brood, maar er gebeurt zoveel meer. Bekijk de video en beantwoord de vragen.

1 Vul de tabel aan.

Temperatuur

33 °C

62 °C

100 °C

154 °C

Wat gebeurt er?

2 Wat is de formule en de naam van het rijsmiddel in bakpoeder?

3 Tijdens de Maillard-reacties ontstaan nieuwe biomoleculen.

a Kruis aan.

 Dit is een analysereactie.

 Dit is een synthesereactie.

b Waarvoor zorgen die nieuwe chemische stoffen?

c Kruis aan.

 Dit is een exo-energetische reactie.

 Dit is een endo-energetische reactie.

d Wat is de naam van de laatste reactie?

• Dit is een analyse / synthese (schrap wat niet past).

Proces

fysisch proces

chemisch proces

fysisch proces

chemisch proces

fysisch proces

chemisch proces

fysisch proces

chemisch proces

• Dit is een endo-energetische / exo-energetische reactie (schrap wat niet past).

e Op welke temperatuur moet je de oven instellen om dit proces te laten plaatsvinden?

Bij het bakken van koekjes ontstaan tijdens de chemische reacties nieuwe stoffen zoals CO2 (door herschikking van de atomen). CO2 zorgt voor het rijzen van het deeg. Er zijn tijdens het bakken geen nieuwe atomen gecreëerd: dat is de wet van behoud van atomen.

Tijdens een chemische reactie geldt ook de wet van behoud van massa. Omdat er gassen gevormd worden tijdens het bakken van koekjes, zal er massa verloren gaan. De koekjes wegen minder.

Tijdens het bakken zullen eiwitten veranderen van structuur of omgezet worden. Die nieuwe stoffen zorgen voor de specifieke smaken. Wanneer de koekjes te lang gebakken worden, zullen de eiwitten stukgaan en de koekjes verbranden.

En nu maar echt koekjes bakken!

BEKIJK DE VIDEO

EN RANGSCHIKKING

VAN ATOMEN

` HOOFDSTUK 1: Hoe evolueerde het atoommodel?

1 Van voorwerp tot atoom

2 Nog kleiner dan het atoom

` HOOFDSTUK 2: Wat weten we al over het atoom?

1

` HOOFDSTUK 3: Hoe zitten elektronen verdeeld in een atoom?

De Bohr-Rutherford elektronenverdeling

` HOOFDSTUK 4: Wat leren we uit de plaats van een element op het PSE?

1 Perioden en groepen

2 De a-groepen en hun naam

3 Waarom lijken atomen graag op een edelgas?

5 Zijn er naast de massa en elektronenconfiguratie nog andere indelingen op het PSE?

zie, ik zie wat jij niet ziet!

De wetenschap is continu op zoek naar een ruimer beeld van het heelal.

Sinds 2018 wordt ‘de planetenjager’ TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) gebruikt om op zoek te gaan naar leven en bewoonbare planeten buiten ons zonnestelsel. Het is de krachtigste telescoop tot nog toe. In januari 2020 werd voor het eerst een bewoonbare planeet ontdekt buiten ons zonnestelsel. De planeet kreeg voorlopig de naam ‘TOI700d’ en is meer dan 100 lichtjaar van onze aarde verwijderd.

Met preciezere apparatuur slagen wetenschappers er ook in om steeds kleinere deeltjes te bekijken. In de lessen natuurwetenschappen heb je vast al gehoord of gebruikgemaakt van een microscoop.

wat je hier uitvergroot ziet!

Atomen zijn voor de mens niet zichtbaar met het blote oog, maar ondertussen zijn we in staat steeds kleinere deeltjes te bekijken. Organismen, onderdelen van planten … die je normaal niet kunt zien met het blote oog, worden plots zichtbaar.

In 1931 werd de eerste elektronenmicroscoop gebouwd. We zijn daardoor nu in staat om kleine cellulaire onderdelen tot een paar miljoen keer of meer groter te zien.

Afb. 60 De elektronenmicroscoop van de Vrije Universiteit Brussel

` Hoever hebben we stoffen al kunnen ontleden?

` Zijn we al beland bij het kleinste deeltje?

We zoeken het uit!

Raad

Afb. 57

Afb. 58

Afb. 59

Atoom of element?

OPDRACHT 1

Wat weet je al over de elementen?

1 Elementen worden voorgesteld door een symbool. Vul de volgende tabel verder aan.

2 Welke twee grote groepen van elementen kunnen we onderscheiden in het PSE?

3 Tot welke groep behoren de edelgassen?

4 Markeer op het volgende PSE de metalen in het rood, de niet-metalen in het groen. Omcirkel vervolgens specifiek de edelgassen.

5 We gebruiken tijdens de lessen chemie de begrippen ‘atoom’ en ‘element’. Verklaar kort het verschil tussen die twee begrippen.

6 Staan er in de onderstaande figuur deeltjes waarvan jij misschien al gehoord hebt en waarvan je denkt dat ze in een atoom aanwezig zijn? Schrap de deeltjes waarvan je denkt dat ze niet in een atoom voorkomen.

chips

molecule virus

quarks ozon neutrino

proton elektron zout

aerosol hemoglobine neten

hadronen neutron

stuifmeel

Je hebt nu eigenlijk al kleinere deeltjes benoemd dan dat je met de microscoop kunt waarnemen. In dit thema gaan de betekenis en het voorkomen van al die deeltjes duidelijk worden.

Hoe evolueerde het atoommodel?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L begrijpen dat wetenschappelijke kennis het resultaat is van voortdurend onderzoek.

Je leert nu:

©VANIN

L de historische evolutie van de atoommodellen van Dalton tot en met Bohr begrijpen en de evolutie chronologisch weergeven;

L de bouw van een atoom (volgens het gecombineerde atoommodel van Bohr-Rutherford) toelichten;

L het atoommodel met een tekening weergeven.

1 Van voorwerp tot atoom

Net als wij willen wetenschappers steeds kleinere deeltjes ontleden. De kennis die we vandaag hebben, is te danken aan eeuwen van voortbouwend onderzoek en wetenschappelijke proeven. Een ontdekking is vaak het werk van één wetenschapper of één team, maar een wetenschappelijke theorie is het resultaat van vele bijdragen.

Elk mengsel bestaat uit een of meerdere soorten stoffen. In het voorbeeld van spuitwater (afbeelding 61) zien we dat stoffen – of materie – bestaan uit nog kleinere verbindingen. En ook die verbindingen kunnen nog verder opgedeeld worden tot we uiteindelijk bij atomen uitkomen.

spuitwater

zuivere stof mengsel

Afb. 61 Spuitwater

atomen verbindingen

Een voorwerp is opgebouwd uit een bepaalde materie.

• Materie is opgebouwd uit stoffen.

• Stoffen zijn verbindingen van deeltjes of atomen.

• Een element is een type of atoomsoort.

• Een atoom is een deeltje van dat type.

2 Nog kleiner dan het atoom

OPDRACHT 2

Bekijk de afbeeldingen en vul de tabel aan.

Begrip Afbeelding 62

Afbeelding 63 voorwerp materie stoffen

verbindingen van onder meer … C12H22O11 atoomsoorten of elementen

©VANIN

In thema 3 heb je geleerd dat er dus verschillende soorten elementen bestaan. Van een handvol daarvan ken je intussen het symbool en de naam. Elke stof is opgebouwd uit bouwstenen: de atomen. Maar hoe is zo’n atoom zelf opgebouwd?

OPDRACHT 3

Teken hoe jij denkt dat een atoom eruitziet en beschrijf aan je buur.

Onze wetenschappelijke kennis is er in de loop der tijd sterk op vooruitgegaan. Nieuwe technologieën zorgden ervoor dat onze inzichten in de bouw van het atoom veranderden doorheen de eeuwen. Bijgevolg moesten de modellen die we gebruiken om een atoom voor te stellen, aangepast worden. Er is ondertussen al een hele weg afgelegd, waarbij wetenschappers steeds verder bouwden op de kennis van hun voorgangers.

Bekijk de chemische tijdlijn waarbij de belangrijkste mijlpalen in de evolutie van het atoommodel worden aangestipt. Maar denk eraan: met nieuwe technieken komen nieuwe inzichten. Deze tijdlijn kan dus in de toekomst (of in komende schooljaren) nog verder aangevuld worden. Scan de QR-code voor een meer uitgebreide versie van de tijdlijn.

Afb. 62

Afb. 63

De Griekse filosofen Democritus en Leucippus formuleren de grondbeginselen van het atomisme, de leer die stelt dat alle stoffen zijn opgebouwd uit ontelbare minuscule en ondeelbare blokjes: atomen (Grieks: atomos = ondeelbaar).

De Engelsman John Dalton stelt in navolging van de filosofen uit de Oudheid dat een stof bestaat uit kleine ‘bollen’. Deze bollen, die nog alle eigenschappen van de stof bezitten, noemt ook hij atomen.

De Engelsman William Prout stelt dat waterstof het lichtste element is en dat de massa van alle andere elementen een veelvoud van de massa van waterstof is. Hij stelt dat waterstof het elementaire deeltje is en geeft het de naam ‘protyle’ mee.

De Rus Dimitri Mendelejev rangschikt de elementen in groepen met soortgelijke eigenschappen. Op basis van die gegevens plaatste hij de elementen onder elkaar: het periodiek systeem der elementen.

De Belg Jean-Servais Stas, steunend op het werk van Prout, ontdekt dat de atoommassa van koolstof twaalfmaal groter is dan de atoommassa van waterstof.

In navolging van de Engelsman Crookes gebruikt de Duitser Eugen Goldstein fluorescerende lampen om negatief geladen en positief geladen deeltjes te onderscheiden. Met de Crookes-buis bewijst hij dat de positief geladen deeltjes vastzitten in een kern, terwijl de negatief geladen deeltjes vrij kunnen bewegen.

410 V.C.

Democritus, afgebeeld door Hendrik ter Brugghen

John Dalton

Pierre en Marie Curie zetten het werk van Becquerel verder. Ze bestuderen uranium en ontdekken polonium en radium.

Bovendien stellen ze vast dat dergelijke zware atomen in staat zijn om positieve deeltjes uit de kern weg te zenden als straling.

Joseph John Thomson is de eerste om het elektron te ‘meten’. De Brit beschrijft een atoom als een licht positief geladen bol met binnenin zeer kleine elektronen. Voortbouwend op de experimenten van Crookes en Goldstein heeft hij het over vrij bewegende elektronen.

©VANIN

De Fransman Antoine

Henri Becquerel ontdekt dat sommige elementen een zeer sterke straling afgeven en spontaan vervallen in andere elementen. Hij is een pionier in het onderzoeksdomein radioactiviteit. Tot op vandaag is de SI-eenheid voor radioactiviteit nog steeds de ‘becquerel’.

De Deen Niels Bohr stelt dat elektronen niet willekeurig rond de positieve kern bewegen, maar dat ze zich op zogenaamde elektronenschillen bevinden, die groter worden naarmate ze verder van de kern verwijderd zijn. En hoe verder van de kern, hoe meer elektronen de schil kan bevatten. Het aantal elektronen op de buitenste schil bepaalt de eigenschappen van het atoom.

Een schematische voorstelling van het atoommodel van Bohr

De Nieuw-Zeelander

Ernest Rutherford verenigt alle voorgaande theorieën in het idee dat een atoom bestaat uit een centrale positief geladen kern, omgeven door een elektronenmantel met negatief geladen elektronen. Hij komt tot dat besluit aan de hand van het beroemde bladergoudexperiment.

1932

Sir James Chadwick ontdekt het neutron, een elementair deeltje zonder elektrische lading dat zich in de kernen van alle atomen bevindt (uitgezonderd waterstof). De massa van een neutron is ongeveer gelijk aan de massa van een proton. In tegenstelling tot een proton, is een neutron echter ongeladen.

Rutherfords experiment

James Chadwick

Pierre en Marie Curie

1902

Het krentenbolmodel

Antoine Henri Becquerel

Zoals je ziet in de tijdlijn, komen wetenschappers steeds tot een besluit op basis van waarnemingen. Met behulp van proeven en opzoekwerk krijgen ze inzicht in hun onderzoeksvragen en hypotheses, om zo een denkbeeld of model te vormen. Een model is een voorstelling van de werkelijkheid, gebaseerd op wetenschappelijke waarnemingen. Het is geen letterlijke weergave van de werkelijkheid. Zolang experimenten verklaard kunnen worden met het bestaande model, blijft dat model gelden. Maar omdat er steeds nieuwe inzichten ontstaan (en meer nauwkeurige meetapparatuur), worden de bestaande modellen voortdurend aangepast en verfijnd. Modellen zijn dan ook dynamisch

©VANIN

In de wetenschappen gebruiken we modellen die een voorstelling van de werkelijkheid bieden op basis van wetenschappelijke waarnemingen. Een atoommodel is op die manier een voorstelling van een atoom, op basis van de wetenschappelijke waarnemingen van dat moment. Omdat de wetenschappelijke kennis toeneemt, wordt het model aangepast aan de nieuwe inzichten. Het atoommodel is dus dynamisch

Laten we nu enkele belangrijke waarnemingen en experimenten nader bekijken. Die waarnemingen zorgden er immers voor dat eerst Thomson, dan Rutherford en ten slotte Bohr met een nieuwe voorstelling van het atoommodel kwamen.

OPDRACHT4 DEMO

Bekijk de proeven die tot de huidige voorstelling van het atoommodel hebben geleid.

Proef 1 – Elektrostatica

1 Je leerkracht neemt een pvc-buis en brengt ze in de buurt van enkele materialen. Noteer wat je waarneemt in de tabel.

PapierKersenpit aan een touw

Waterstraal pvc-buis

2 Je leerkracht wrijft vervolgens snel met de pvc-buis over een wollen lap en brengt de buis opnieuw in de buurt van de materialen. Noteer opnieuw wat je waarneemt.

PapierKersenpit aan een touw

pvc-buis na wrijven

Besluit

Waterstraal

Op deze manier toon je zoals Thomson aan dat het atoommodel van Dalton moest aangepast worden. Je kunt neutrale atomen immers opeens toch positief of negatief geladen maken: er komen deeltjes vrij uit de atomen. Met andere woorden: atomen zijn deelbaar. Die deeltjes die makkelijk vrijkomen, kregen de naam elektronen. Thomson herdefinieert zo het atoommodel:

1 Atomen zijn massief en elektrisch neutraal.

2 Aan de buitenzijde van het atoom bevinden zich negatief geladen elektronen

3 Het atoom bevat een positieve, geleiachtige massa die het hele atoom omvat.

Proef 2 – Goudfolie-experiment van Rutherford

1 Bekijk het filmpje met de uitleg in verband met het goudfolie-experiment van Rutherford.

2 Beantwoord de vragen.

a Wat verwachtte Rutherford op basis van het atoommodel van Thomson dat er met de stralen ging gebeuren?

Afb. 64 Elektrostatica

BEKIJK VIDEO

OPDRACHT4 (VERVOLG) DEMO

b Waarom ketsen sommige stralen af en keren ze zelfs terug?

c Bekijk nu de applet. De atoommodellen van Thomson en Rutherford worden daar vergeleken.

d Pas eventueel je antwoorden bij vraag a en b aan. Je kunt de aanpassingen hier noteren.

Besluit

Rutherford toonde aan dat de geleiachtige positieve massa waarover Thomson het had, eigenlijk een centrale positieve, massieve kern was met daarrond een grote ijle ruimte (waarin de elektronen vrij rondzweefden).

Proef 3 – Vlamproeven van Bohr

1 Je leerkracht brengt enkele zouten (in poedervorm) aan op een ijzeren nagel en houdt ze in de vlam van de bunsenbrander.

2 Noteer je waarnemingen in de tabel.

vlamkleur

Besluit

De vlam voegt aan de atomen extra energie toe waardoor de elektronen naar een hoger energieniveau springen. Wanneer ze terugvallen naar hun oorspronkelijk energieniveau, sturen de elektronen lichtstralen (energie) uit met een welbepaalde kleur. Door het waarnemen van verschillende kleuren, en dus verschillende energieniveaus, kon Bohr besluiten dat elektronen zich op welbepaalde energieniveaus bevinden.

Je ontdekt hier, net zoals Bohr, dat die kleur specifiek is voor een welbepaalde stof. Daaruit besloot Bohr dat elektronen niet zomaar willekeurig rondzweefden in de ijle ruimte rond de kern, maar op welbepaalde afstanden (energieniveaus) van de kern: de schillen

OPDRACHT 5

Vul de tabel aan op basis van de chemische tijdlijn en de drie anker-experimenten.

1 Vul in de tweede kolom aan welke kennis de wetenschapper toevoegde aan het model van zijn voorganger. Haal de gegevens eventueel uit de uitgebreide tijdlijn, die je terugvindt achter de QR-code op p. 180.

Wetenschapper

Dalton

Kennis

• Stoffen bestaan uit onzichtbaar kleine, ondeelbare deeltjes: atomen.

• Een atoom is bolvormig.

• Een atoom is massief en ondeelbaar.

• Een atoom is een element met een massa en grootte die specifiek is voor elk deeltje.

Model aanpassen omdat uit experimenten bleek dat

Model aanpassen omdat uit experimenten bleek dat

Voorstelling atoom

Model aanpassen omdat uit experimenten bleek dat

OPDRACHT 5 (VERVOLG)

Wetenschapper Kennis Voorstelling atoom Bohr

Het model van Bohr werd verder verfijnd door Chadwick, die aantoonde dat de kern van een atoom niet alleen positieve deeltjes (protonen) bevat, maar ook ongeladen deeltjes (neutronen).

Chadwick

TIP

Je kunt het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford in 3D bekijken via de app.

2 Ga naar het onlinelesmateriaal en ontdek nog meer over de geschiedenis van het atoom.

Een atoom bevat positief geladen protonen en ongeladen neutronen in de kern, elektronen zijn verdeeld op schillen rond die kern.

` Maak oefening 1 t/m 3 op p. 187.

Uit welke deeltjes is een atoom opgebouwd, wat is hun lading en waar in het atoom bevinden die deeltjes zich?

Deeltje van het atoom Lading Plaats in het atoom

Zet een kruisje bij het passende atoommodel.

Deeltje van het atoom

Een atoom is elektrisch neutraal en bevat evenveel positieve als negatieve ladingen.

Een atoom bestaat vooral uit ijle ruimte

Een atoom heeft een bolle vorm.

Een atoom is massief.

Een atoom bevat elektronen.

Naast elektronen bevat een atoom ook protonen en neutronen.

Elektronen bewegen zich niet zomaar willekeurig rond de kern, maar op welbepaalde afstanden.

Benoem de delen van de figuur.

` Verder oefenen? Ga naar

DaltonThomsonRutherfordBohr

Wat weten we al over het atoom?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat wetenschappers van oudsher geïnteresseerd zijn in de samenstelling en opbouw van materie;

L uitleggen dat atomen bestaan uit protonen, neutronen en elektronen.

Je leert nu:

L de samenstelling van atomen afleiden uit het atoomnummer en het massagetal.

1 De elementaire deeltjes en hun lading

We gaan op zoek naar nog kleinere deeltjes en proberen het atoom zelf te ontleden. Dat kan al lang niet meer met voor ons beschikbaar materiaal, maar gelukkig zoeken wetenschappers voor ons uit hoe het zit!

Het atoom is de bouwsteen van materie. Het is niet meer deelbaar via chemische processen. Toch is een atoom opgebouwd uit nog kleinere deeltjes.

In de negentiende eeuw maakt de kennis over het atoom en zijn structuur grote sprongen. We bouwen hierbij verder op het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford.

De kern of nucleus van een atoom is opgebouwd uit protonen en neutronen. De protonen en neutronen worden samen de nucleonen genoemd:

• de protonen zijn positief geladen deeltjes, ze hebben een eenheidslading +1;

• de neutronen hebben geen lading.

Rond de nucleus bevinden zich negatief geladen elektronen

De elektronen bewegen zich op vaste afstanden rond de atoomkern of nucleus. Op afbeelding 65 zie je dat ze zich voortbewegen op zogenaamde schillen.

Een atoom bevat trouwens evenveel elektronen rond de kern als protonen in de kern. Een atoom is bijgevolg ongeladen.

Protonen, elektronen en neutronen vormen samen een atoom. Een atoom in zijn geheel heeft geen lading.

Vermits een atoom ongeladen is, moet het evenveel negatieve als positieve ladingen hebben. Dat betekent dat het aantal elektronen rond de kern gelijk moet zijn aan het aantal protonen in de kern.

©VANIN

Om te weten hoeveel protonen er in de atoomkern zitten, kijken we naar het atoomnummer Z. Je vindt het atoomnummer Z links bovenaan bij elk element in het periodiek systeem van de elementen (PSE).

• Een element met bijvoorbeeld atoomnummer Z = 8 heeft enerzijds dus altijd 8 protonen.

• Anderzijds zijn atomen met 8 protonen in de atoomkern altijd zuurstofatomen.

• Aangezien het aantal elektronen rond de kern gelijk moet zijn aan het aantal protonen in de kern, is het aantal elektronen bijgevolg ook gelijk aan het atoomnummer Z. In ons voorbeeld heeft zuurstof dus ook 8 elektronen.

• In een periodiek systeem zijn alle gekende atoomsoorten weergegeven door hun symbool.

• De eenheidslading van protonen is +1, de eenheidslading van elektronen is -1, neutronen zijn ongeladen.

• Atomen met hetzelfde aantal protonen zijn atomen van hetzelfde chemische element.

• Het aantal elektronen rond de kern van een atoom moet gelijk zijn aan het aantal protonen in de kern.

• Elk element heeft een uniek atoomnummer (Z). Dat getal geeft het aantal protonen weer in de kern.

• Het aantal elektronen is bijgevolg ook gelijk aan het atoomnummer Z, het getal linksboven in elk vakje van het PSE.

2 De massa van het atoom

De weegschaal op de foto geeft 130 kg aan. We noemen dat de absolute massa van die persoon (uitgedrukt in de eenheid kilogram). Maar stel nu dat een andere persoon 65 kg weegt. De persoon op de weegschaal weegt dan twee keer zoveel als de tweede persoon: '2' is dan de relatieve massa van persoon 1 ten opzichte van persoon 2. Omdat je de verhouding tussen de twee massa's genomen hebt, is deze relatieve massa een onbenoemd getal: je vergelijkt de massa van persoon 1 met die van persoon 2.

Ook in de chemie spreken we over de absolute atoommassa (A a) en relatieve atoommassa (A r) van een atoom. Hoe klein een atoom ook is, het heeft immers wel degelijk een massa. Zo is de absolute atoommassa van één C-atoom 1,992 . 10-23 g of

A a(C) = 0,000 000 000 000 000 000 000 019 92 g.

Met zo’n kleine getallen werken is bijzonder onhandig. Daarom wordt de massa van elk atoom vergeleken met een gelijk referentiepunt: de eenheidsmassa of atomaire massaeenheid.

Die eenheidsmassa is bepaald als 1/12de van de absolute atoommassa van een koolstofatoom (= of 1,66 . 10-24 g).

1,992 . 10-23 g

Dat getal wordt gedefinieerd als 1 unit (1 u).

eenheidsmassa = 1/12 van A a(C) = 1 u

Zowel protonen als neutronen hebben een massa van 1 unit. De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein (slechts van de massa van een proton).

©VANIN

Atoomdeeltjes Lading Massa

De (absolute) massa van een atoom wordt dus bepaald door de massa van de protonen en de neutronen. De verhouding tussen die massa van een atoom en de eenheidsmassa noemen we de relatieve atoommassa A r Dat is een onbenoemd getal.

Bv.:

A r (C) = 12,0 ⇒ één koolstofatoom heeft een A r van 12,0 (12,0 x 1/12 van A a(C)).

Grootheid SymboolEenheidSymbool

absolute atoommassa A a gram g

relatieve atoommassa A r - -

De absolute atoommassa A a van een atoom is de massa van het atoom en wordt uitgedrukt in gram.

De eenheidsmassa is 1/12de van de massa van een C-atoom = 1,66.10-24 g.

De verhouding tussen de absolute atoommassa van een atoom en de eenheidsmassa, is de relatieve atoommassa A r van een atoom. Dat is een onbenoemd getal.

Wanneer we het aantal elementaire deeltjes in een atoom bepalen, maken we gebruik van het massagetal A. Het massagetal en de relatieve atoommassa zijn dus synoniemen, afgerond tot 1 cijfer voor de komma. Dat getal wordt samen met het atoomnummer Z vermeld bij een atoom. Het massagetal geeft het aantal deeltjes in de kern weer (de nucleonen = aantal protonen (Z) + aantal neutronen (N)).

A X A = # nucleonen = # protonen + # neutronen

Z

Z = # protonen = # elektronen

We kunnen dus stellen dat:

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

Als we de formule omvormen, kunnen we ook steeds het aantal neutronen in de kern berekenen als A gekend is.

N = A – ZOPDRAC

OPDRACHT 6

Ga met het periodiek systeem aan de slag. Je vindt het achteraan in je boek.

1 Zoek het juiste atoomnummer op voor de volgende elementen.

• broom:

• natrium:

• helium:

• magnesium:

OPDRACHT 6 (VERVOLG)

2 Bereken het aantal neutronen in de kern van de atomen met het gegeven massagetal.

• een broomatoom met massagetal 79

• een natriumatoom met massagetal 23

• een heliumatoom met massagetal 4

• een magnesiumatoom met massagetal 24

3 Vul de zinnen aan.

a Een atoom met Z = 6 is altijd een

b Een chlooratoom heeft altijd protonen in de kern.

c Een atoom met 7 protonen is een met als symbool .

d Een atoom met 11 elektronen is een atoom van het element .

OPDRACHT 7

Oefen met behulp van het periodiek systeem op de samenstelling van een element.

Vul de tabel aan.

Symbool van het element Type van dat element

Naam van het element

elektronen Mg 25Mg

27Al

37Cl

19F

35Cl

Is het je in opdracht 7 opgevallen dat van het element chloor twee types voorkomen, elk met zijn eigen massagetal (en dus ook relatieve atoommassa)? In de natuur komen er zo voor elk element meerdere types voor. Die verschillen altijd in het aantal neutronen. Het aantal protonen en elektronen blijft gelijk omdat ze gelinkt zijn aan het element. Als het atoomnummer stijgt of daalt, hebben we immers een ander element.

In het PSE vind je daarom niet de Ar van één type, maar de gemiddelde relatieve atoommassa <A r >: die massa wordt berekend op basis van het procentueel voorkomen van elk type en zijn relatieve atoommassa.

TIP

Dat getal zul je in de toekomst vaak gebruiken tijdens berekeningen. Daarbij zullen we <A r> altijd afronden op één cijfer na de komma.

OPDRACHT 8

Magnesium komt onder de volgende vormen voor: 24Mg ,25Mg en 26Mg. Welk type zul je het vaakst aantreffen als je weet dat de gemiddelde relatieve atoommassa van magnesium 24,305 bedraagt? Verklaar je antwoord.

WEETJE

De verschillende types van één element worden ook wel isotopen genoemd. Die term is afgeleid van ‘isos’ (gelijk) en ‘topos’ (plaats). Ze staan op dezelfde plaats, in hetzelfde vakje, in het PSE. 37Cl en 35Cl zijn dus isotopen van elkaar.

De gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> vind je in het PSE onder het betreffende element.

atoomnummer (Z)

gemiddelde relatieve atoommassa <Ar>

Grootheid SymboolEenheidSymbool gemiddelde relatieve atoommassa <A r > - -

A = massagetal (links bovenaan bij een notitie van een element: bv. A X)

Daarbij geldt: A = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

Z = aantal protonen = aantal elektronen

A r = relatieve atoommassa van een specifiek atoom

<A r > = gemiddelde relatieve atoommassa (in het PSE, onder het element) = gewogen gemiddelde relatieve atoommassa van alle atoomtypes.

PERIODIEK 1 2 3 4 IIIb 3 IVb 4 Ia 1 IIa 2 waterstof

Hoe zitten elektronen verdeeld in een atoom?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat een atoom ongeladen is, het heeft evenveel elektronen als protonen;

L toelichten dat het aantal elektronen dus ook wordt gegeven door het atoomnummer Z;

L toelichten dat elektronen niet in de kern zitten, maar errond;

L toelichten dat de massa van de elektronen verwaarloosbaar klein is;

L toelichten dat elektronen een negatieve lading hebben.

Je leert nu:

L de regels voor elektronenverdeling toepassen;

L het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford tekenen;

L de elektronenconfiguratie van de eerste twintig elementen schrijven.

In hoofdstuk 2 leerde je al hoeveel elektronen een specifiek atoom heeft. Maar waar zitten die elektronen nu precies? Zit er een patroon achter, of mogen ze gaan en staan waar ze willen? Ook dat namen wetenschappers al onder de loep.

1 De Bohr-Rutherford elektronenverdeling

1.1 Schillen rond de nucleus

We zagen dat Niels Bohr, een Deense fysicus, de theorie van Rutherford uitdiepte door te stellen dat elektronen op cirkelvormige schillen rond de atoomkern of nucleus bewegen. Elektronen bewegen dus niet willekeurig rond de kern.

schil 7

schil 6

schil 5

schil 4

Afhankelijk van het aantal elektronen, kan een atoom tot 7 schillen bevatten. Die schillen worden aangeduid met een letter Afb.

schil 3

schil 2

schil1

De eerste schil, die zich dus het dichtst bij de kern bevindt, wordt aangeduid met de letter K. De tweede schil met de letter L, de derde met de letter M enzovoort.

WEETJE

Bohr duidde zijn eerste schil niet aan met de letter A, omdat een logische volgorde verloren zou gaan als later nog extra schillen dichter bij de kern zouden worden ontdekt. Door te beginnen met de letter K, kon hij eventuele nieuwe schillen dichter bij de kern aanduiden met J, L enzovoort, waarbij een logische volgorde van opeenvolgende letters behouden blijft. Uiteindelijk bleek dat er geen schillen dichter bij de kern bestaan.

Elektronen bevinden zich op schillen, maar het maximale aantal elektronen per schil is beperkt. Dat maximumaantal vind je in deze tabel:

Schilnummer nLetterMaximumaantal elektronen op de schil

2n2

Je kunt het aantal elektronen voor de eerste 4 schillen onthouden aan de hand van de formule 2n² (waarbij n het schilnummer is).

1.2 Elektronen op een schil

Elektronen verspreiden zich niet willekeurig over bepaalde schillen. De opvulling van de schillen volgt een bepaald patroon

Met de onderstaande ‘regels’ kun je de opvulling van de schillen voor heel wat elementen opstellen. Later zul je zien dat er afwijkingen of uitzonderingen op bestaan.

1 Elektronen plaatsen zich zo veel mogelijk op de schillen het dichtst bij de nucleus. Dus eerst de K-schil, pas daarna de L-schil enzovoort.

2 Op de buitenste schil bevinden zich maximaal 8 elektronen.

3 Op de voorlaatste schil bevinden zich maximaal 18 elektronen.

4 Bij de andere schillen gaan de eerste 4 elektronen zich zo ver mogelijk van elkaar plaatsen. De volgende 4 elektronen vormen steeds met een ander elektron een elektronenpaar.

TIP

schil 7, n = 7

schil 6, n = 6

schil 5, n = 5

schil 4, n = 4

schil 3, n = 3

schil 2, n =2

schil 1, n =1

©VANIN

Als de buitenste schil volledig is opgevuld, bevat ze twee (voor de eerste schil) of acht elektronen. Wanneer een atoom een volledig gevulde buitenste schil heeft, spreken we van de edelgasconfiguratie

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

Oefen de plaatsing van elektronen.

Teken het schillenmodel voor de eerste twintig elementen uit het PSE, oefen nog eens de juiste symbolen en vul de tekst aan.

• Element: waterstof

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = , het elektron bevindt zich op de

• Element: helium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = , de elektronen bevinden zich op de . Merk op dat er een elektronenpaar gevormd wordt. Helium heeft een volledig gevulde buitenste schil: het bezit de

• Element: lithium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat , het derde elektron bevindt zich op de .

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

• Element: beryllium Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat , de andere elektronen bevinden zich op de

• Element: boor Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat , de andere elektronen bevinden zich op de

• Element: koolstof Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat , de andere elektronen bevinden zich op de . Ze vormen geen paren en plaatsen zich zo ver mogelijk van elkaar (als het ware elk kwartier van een klok).

• Element: stikstof Symbool:

Z =

Stikstof heeft 5 elektronen op de L-schil. De eerste 4 elektronen plaatsen zich zo ver mogelijk van elkaar, vanaf het vijfde elektron zal er een elektronenpaar gevormd worden. Stikstof heeft nog ongepaarde elektronen.

• Element: zuurstof Symbool:

Z = Zuurstof heeft elektronen op de L-schil. De eerste 4 elektronen plaatsen zich zo ver mogelijk van elkaar, vanaf het vijfde elektron zullen er elektronenparen gevormd worden. Zuurstof heeft op de L-schil  elektronenparen en nog ongepaarde elektronen.

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

• Element: fluor  Symbool:

Z = Fluor heeft elektronen op de L-schil. De eerste 4 elektronen plaatsen zich zo ver mogelijk van elkaar, vanaf het vijfde elektron zullen er elektronenparen gevormd worden. Fluor heeft nog ongepaard elektron.

©VANIN

• Element: neon Symbool:

Z =

Neon heeft elektronen op de L-schil. De eerste 4 elektronen plaatsen zich zo ver mogelijk van elkaar, vanaf het vijfde elektron zullen er elektronenparen gevormd worden. Neon heeft ongepaarde elektronen, enkel  elektronenparen of doubletten op de L-schil. Elementen met een volledig gevulde buitenste schil bezitten .

• Element: natrium Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. Het laatste elektron bevindt zich op de

• Element: magnesium Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 2 elektronen bevinden zich op de , zij vormen geen elektronpaar.

• Element: aluminium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 3 elektronen bevinden zich op de . Het zijn 3 ongepaarde elektronen.

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

• Element: silicium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 4 elektronen bevinden zich op de , er zijn geen elektronenparen gevormd op de buitenste schil.

• Element: fosfor

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 5 elektronen bevinden zich op de , er wordt nu opnieuw een elektronenpaar gevormd op de buitenste schil. Fosfor heeft nog  ongepaarde elektronen.

• Element: zwavel

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 6 elektronen bevinden zich op de , er worden  elektronenparen gevormd op de buitenste schil. Zwavel heeft nog  ongepaarde elektronen.

• Element: chloor Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De laatste 7 elektronen bevinden zich op de , er worden  elektronenparen gevormd op de buitenste schil. Chloor heeft nog  ongepaard elektron.

• Element: argon Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. Ook de derde schil (M) is nu volledig en bevat 8 elektronen. Argon heeft opnieuw

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

• Element: kalium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De derde schil (M) is eveneens volledig en bevat 8 elektronen. Het laatste elektron komt terecht op de . Kalium heeft ongepaard elektron.

©VANIN

• Element: calcium

Symbool:

Z =

Aantal elektronen = . De eerste schil (K) bevat 2 elektronen, ook de tweede schil is volledig en bevat 8 elektronen. De derde schil (M) is eveneens volledig en bevat 8 elektronen. Calcium bevat  ongepaarde elektronen.

OPDRACHT 10

Bekijk de elementen van opdracht 9 opnieuw aandachtig en beantwoord de vragen.

1 In het periodiek systeem staan de elementen H, Li, Na en K onder elkaar. Ook C en Si staan onder elkaar.

a Wat stel je vast als je de verdeling van de elektronen van H-Li-Na-K met elkaar vergelijkt?

b En C en Si?

c Geldt dat ook voor N en P?

2 De elementen Li-Be-B-C-N-O-F-Ne staan naast elkaar op de tweede rij van het periodiek systeem.

a Wat stel je vast als je de verdeling van de elektronen van die elementen met elkaar vergelijkt?

b Geldt dat ook voor Na-Mg-Al-Si-P-S-Cl-Ar?

Uit opdracht 10 blijkt dat er een duidelijk verband bestaat tussen:

• de verdeling van de elektronen op de schillen,

• de plaats van de elementen in het periodiek systeem

Elementen naast elkaar in het PSE vormen een periode en hebben hetzelfde aantal schillen

Elementen onder elkaar in het PSE vormen een groep en hebben evenveel elektronen op de buitenste schil. Dat noemen we valentie-elektronen.

14 Va 15 VIa 16 VIIa 17 0 18

Moeten we altijd een schillenmodel tekenen om de elektronenverdeling over de schillen weer te geven? Gelukkig niet. Vaak noteren we het eenvoudiger door het aantal elektronen per schil in volgorde achter het elementensymbool te zetten. We spreken dan simpelweg van de elektronenconfiguratie

Bekijk het voorbeeld van zwavel met:

• atoomnummer Z = 16,

• gemiddelde relatieve atoommassa <A r > (afgerond op één cijfer na de komma) <A

Niet vergeten: het aantal elektronen is gelijk aan het atoomnummer Z.

Een zwavelatoom heeft dus ook 16 elektronen. Als we de regels respecteren, weten we dat de elektronen als volgt verdeeld zijn over de schillen:

K-schil: 2 elektronen

L-schil: 8 elektronen

M-schil: 6 elektronen

In plaats van het schillenmodel te tekenen, noteert men de elektronenconfiguratie als volgt: 16S 2 8 6. Die notatie geeft uiteindelijk evenveel informatie als een schillenmodel.

©VANIN

Wil je de regels nog even opfrissen? Scan dan de QR-code. OPVULLING

OPDRACHT 11

Noteer de elektronenconfiguratie.

Elektronenconfiguratie

3

Lewisstructuren of elektronenstipmodel

Is het altijd nodig om het uitgebreide schillenmodel of een volledige elektronenconfiguratie weer te geven, of kunnen we onszelf heel wat werk besparen?

Chemici hebben al vroeg ontdekt dat wanneer atomen zich binden met andere atomen, vooral de valentie-elektronen (de elektronen op de buitenste schil) een rol spelen. Gilbert Newton Lewis kwam zo met een verkorte schrijfwijze door enkel die elektronen in een aparte notatie op te nemen: de lewisstructuur

TIP

OPDRACHT 12

Herhaal het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford.

1 Teken de elektronen op de schillen van helium, neon en argon.

2 Markeer de elektronen die je zowel bij helium, neon als argon kunt terugvinden met groen.

3 Markeer vervolgens de elektronen die je zowel bij neon als argon, maar niet bij helium kunt terugvinden met rood.

4 Als laatste markeer je de elektronen die je enkel bij argon kunt terugvinden met geel.

Beantwoord de vragen.

5 Hoeveel elektronen per schil hebben deze elementen? Vul de tabel aan.

6 Vergelijk helium en neon. Wat stel je vast?

• De -schil is gelijkend.

• De -schil wijkt af.

• De elektronen die aanwezig zijn bij zijn ook aanwezig bij , maar dat is omgekeerd niet zo.

7 Vergelijk neon en argon. Wat stel je vast?

• De -schil en de -schil zijn gelijkend

• De -schil wijkt af.

• De elektronen die aanwezig zijn bij zijn ook aanwezig bij , maar dat is omgekeerd niet zo.

OPDRACHT 13

Noteer het juiste antwoord.

We kunnen dus besluiten dat de elektronenverdeling van elementen die in een periode op een lagere positie in het PSE staan, identiek blijft voor onderliggende schillen. Als het atoomnummer (en dus het aantal protonen in de kern en het aantal elektronen op de schillen) stijgt, komt er telkens een elektron bij op de buitenste schil. Deze valentie-elektronen zullen belangrijk zijn bij het vormen van bindingen tussen atomen. We kunnen daarom de afspraak maken dat we de onderliggende elektronen niet meer tekenen; we nemen enkel de elektronen van de buitenste schil in beschouwing.

1 Vul in de tabel het aantal elektronen per schil aan.

beryllium stikstof fluor

2 Vul de zinnen aan.

• Voor alle drie de atomen is de buitenste schil de -schil.

• De valentie-elektronen verschillen wel. Beryllium heeft er , stikstof en fluor .

3 Teken de valentie-elektronen op de buitenste schil van de atomen. Laat dus de onderliggende K-schil weg. Be F N

4 Vergelijk de tekeningen nu. Wat kun je nog als overbodig beschouwen?

5 Teken de valentie-elektronen rond de elementen zonder de schillen te tekenen.

Be N F

Bij stikstof en fluor zien we dat de puntjes die de elektronen voorstellen bij een elektronenpaar al snel in elkaar kunnen overlopen als we de schil zelf niet tekenen. Ook daar had Lewis een oplossing voor. Een elektronenpaar, 2 elektronen dus, wordt dan voorgesteld met een streepje of twee bolletjes naast elkaar. Dat wordt voor het voorbeeld uit opdracht 13, vraag 5 dan:

Be N F

In de lewisstructuur tekenen we enkel de elektronen van de buitenste schil: de valentie-elektronen. Ongepaarde elektronen stellen we voor met een bolletje, gepaarde elektronen (elektronenparen) met een streepje.

` Maak oefening 1 t/m 11 op p. 206 t/m 210.

Een element heeft 20 neutronen in de kern en een atoommassa van 40 u. Over welk element gaat het?

Hoeveel neutronen vind je in een lithiumkern?

Hoeveel elektronen heeft een loodatoom?

Vervolledig de tabel.

a Geef de samenstelling van de kern van een zwavelatoom (met atoomnummer 16 en massagetal 32).

b Geef de samenstelling van het kwikatoom met A = 200.

Teken het schillenmodel voor aluminium.

Schrijf de elektronenconfiguratie en teken ernaast de lewisstructuur voor de volgende elementen.

koolstof:

magnesium:

zuurstof:

chloor:

zwavel:

fosfor:

Durf je het aan om het schillenmodel en de elektronenconfiguratie te tekenen van een atoom met een hoger atoomnummer, zoals lood of kwik?

Vraag tips aan je leerkracht of scan de QR-code voor meer informatie.

Vul aan.

In het periodiek systeem zijn de elementen horizontaal gerangschikt volgens

naam element: chloor

symbool:

naam element:

symbool:

naam element:

symbool:

schillenmodel: schillenmodel: 14+ schillenmodel:

atoomnummer Z: atoomnummer Z: atoomnummer Z: elektronenconfiguratie: elektronenconfiguratie: elektronenconfiguratie:

aantal bezette schillen: aantal bezette schillen: aantal bezette schillen: aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen: elektronenstipmodel of Lewisnotatie: elektronenstipmodel of Lewisnotatie: elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

groepsnummer: groepsnummer: groepsnummer: periodenummer: periodenummer: periodenummer: massagetal A: massagetal A: massagetal A: aantal elektronen: aantal elektronen: aantal elektronen: 12 aantal protonen: aantal protonen: aantal protonen: aantal neutronen: aantal neutronen: aantal neutronen: metaal / niet-metaal / edelgasmetaal / niet-metaal / edelgasmetaal / niet-metaal / edelgas

Vul de tabel aan voor de schillenmodellen.

schillenmodel

schillenmodel

schillenmodel

atoomnummer Z: atoomnummer Z: atoomnummer Z: naam element: naam element: naam element: (cijfermatige) elektronenconfiguratie: (cijfermatige) elektronenconfiguratie: (cijfermatige) elektronenconfiguratie:

aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

massagetal A: massagetal A: massagetal A: aantal protonen: aantal protonen: aantal protonen: aantal neutronen: aantal neutronen: aantal neutronen:

schillenmodel

schillenmodel

schillenmodel

atoomnummer: atoomnummer: atoomnummer: naam element: naam element: naam element: (cijfermatige) elektronenconfiguratie: (cijfermatige) elektronenconfiguratie: (cijfermatige) elektronenconfiguratie:

aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen: aantal valentie-elektronen:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

elektronenstipmodel of Lewisnotatie:

massagetal A:

massagetal A: massagetal A: aantal protonen: aantal protonen: aantal protonen: aantal neutronen: aantal neutronen: aantal neutronen:

` Verder oefenen? Ga naar .

Wat leren we uit de plaats van een element in het PSE?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L toelichten dat elementen worden voorgesteld met een uniek symbool;

L toelichten dat elektronen zich op schillen rond de kern bevinden;

L toelichten dat we in de lewisstructuur enkel de elektronen van de buitenste schil voorstellen;

L toelichten dat elektronen negatief geladen zijn en protonen positief geladen;

L toelichten dat een atoom evenveel elektronen als protonen bevat en dus elektrisch neutraal is.

Je leert nu:

L de opbouw van het PSE gebruiken om eigenschappen van atomen en ionen af te leiden.

L een verband leggen tussen de plaats van een element in het PSE en de eigenschappen ervan;

L elementen ordenen en plaatsen op de tabel volgens metalen en niet-metalen (classificatie);

L toelichten dat elk element een specifieke plaats heeft in het PSE;

L toelichten dat de periode waarin het element voorkomt het aantal schillen weergeeft;

L toelichten dat de groep waarin het element staat de elektronenconfiguratie van de buitenste schil verraadt.

Je hoort vaak spreken over ‘de tabel van Mendelejev’ in plaats van ‘het periodiek systeem van de elementen’. Nochtans klopt de naam ‘tabel van Mendelejev’ niet helemaal, want ook andere wetenschappers zoals Henry Mosely, Lothar Meyer, William Ramsey en Niels Bohr hebben hun steentje bijgedragen. Maar goed, ere wie ere toekomt, Mendelejev is en blijft de grondlegger van het PSE.

Het PSE en de plaats van de elementen bevatten heel wat nuttige informatie voor de chemicus. Heb je die kennis onder de knie, dan start je met een flinke basis om later de verbindingen tussen atomen te verklaren. Atomen binden immers tot verbindingen. Er bestaan zeer eenvoudige verbindingen, maar ook heel complexe.

1 Perioden en groepen

OPDRACHT 14

Bekijk het PSE achteraan in je leerschrift en los de vragen op.

• Hoeveel rijen tel je?

• Hoeveel kolommen met elementen tel je?

• Zijn er verschillende kleuren gebruikt in het periodiek systeem?

• Hoeveel vakjes telt het periodiek systeem?

• Hoe wijzigt het atoomnummer Z als je van links naar rechts vordert in het periodiek systeem?

• Hoe wijzigt de gemiddelde relatieve atoommassa <A r > als het atoomnummer Z toeneemt?

De elementen zijn gerangschikt volgens oplopende atoommassa. Omdat het atoomnummer steeds toeneemt, kon Mendelejev destijds alle elementen op één lange rij plaatsen, waarbij de gemiddelde relatieve atoommassa telkens toeneemt. Toch plaatste hij de elementen op verschillende rijen. De zeven rijen die zo gevormd werden, worden perioden genoemd.

Hij had toen immers al ontdekt dat bijvoorbeeld lithium en natrium gelijkaardige chemische eigenschappen vertonen in reacties, net als bv. fluor en chloor.

Die gelijkaardige chemische eigenschappen zijn een rechtstreeks gevolg van hun elektronenconfiguratie, die je leerde kennen in hoofdstuk 3. Door elementen met gelijkaardige chemische eigenschappen onder elkaar te plaatsen, werden er ook groepen gevormd: de verticale kolommen. Die elementen worden gekenmerkt door een gelijk aantal elektronen op de buitenste schil, de valentie-elektronen.

OPDRACHT 15

Vul de tabellen aan door gebruik te maken van je kennis van het atoommodel.

1 Vul de tabel aan met de elektronenverdeling per schil voor waterstof, lithium, natrium en kalium; stuk voor stuk elementen uit de eerste kolom van het PSE.

Symbool element

Atoomnummer

Aantal elektronen op schil 1

2 Wat hebben deze elementen gemeen?

Aantal elektronen op schil 2

Fris je kennis van de regels voor elektronenverdeling op.

Aantal elektronen op schil 3

Aantal elektronen op schil 4

ELEKTRONENVERDELING

Totaal aantal elektronen

Merk op dat lithium onder waterstof werd geplaatst. Natrium werd ook weer op een volgende rij geplaatst, in dezelfde kolom en onder lithium. Kalium werd om dezelfde reden onder natrium geplaatst. Per periode in het PSE komt er telkens een extra schil bij.

3 Maak dezelfde oefening voor de elementen fluor en chloor, uit kolom VIIa.

Symbool element Atoomnummer

Aantal elektronen op schil 1

4 Wat hebben deze elementen gemeen?

Aantal elektronen op schil 2

Aantal elektronen op schil 3

Aantal elektronen op schil 4

Totaal aantal elektronen

Chloor kwam zo onder fluor terecht.

5 Herhaal nogmaals de oefening, maar nu met elementen die in kolom IVa staan.

Symbool element Atoomnummer

Aantal elektronen op schil 1

Aantal elektronen op schil 2

Aantal elektronen op schil 3

Aantal elektronen op schil 4

Totaal aantal elektronen

6 Wat hebben deze elementen gemeen?

7 Welk gevolg heeft dat voor de plaats van silicium in het PSE?

©VANIN

De rijen in het PSE worden perioden genoemd. Bij elke nieuwe periode komt er een extra schil bij de atomen. De kolommen worden groepen genoemd. Het zijn groepen elementen met hetzelfde aantal elektronen op de buitenste schil (de valentieelektronen), en daarom met dezelfde chemische eigenschappen.

` Maak oefening 1 op p. 226.

Bij de rangschikking van de elementen in perioden en groepen stuitte men op een probleem na het element calcium. Tussen het element calcium (met twee elektronen in de buitenste schil) en gallium, (met drie elektronen in de buitenste schil) moesten nog tien elementen hun plaats vinden, met een atoommassa die tussen die van calcium en gallium ligt:

Ook bij de volgende perioden moest dat opgelost worden. De tabel moest dus worden opengetrokken om er telkens tien elementen tussen te plaatsen. Die groepen elementen krijgen doorgaans een Romeins cijfer met lettertje b. We noemen ze de b-groepen. De elementen uit de b-groepen kregen de verzamelnaam overgangselementen; ook de termen transitie-elementen of nevenelementen worden weleens gebruikt.

De overige elementen behoren tot de a-groepen. Er zijn dus acht a-groepen en tien b-groepen. Die indeling verwatert stilaan, tegenwoordig worden de kolommen vaak gewoon doorlopend genummerd van 1 tot en met 18.

Een gelijkaardig probleem in de rangschikking deed zich voor met de elementen na lanthaan, in periode zes, en actinium, in periode zeven.

©VANIN

De 28 (of 2 keer 14) afgezonderde elementen onderaan zijn de elementen die in periode zes volgen op het element lanthaan en in periode zeven op het element actinium. Zo verkregen ze de naam lanthaniden en actiniden. Samen worden ze ook wel ‘zeldzame aarden’ genoemd.

WEETJE

Men kiest er vaak voor om de zeldzame aarden onderaan de tabel te plaatsen met een verwijzing. Dat is handiger omdat het beter past in de verhoudingen van een pagina of poster.

2 De a-groepen en hun naam

Sommige groepen hebben een specifieke naam, andere groepen worden genoemd naar het bovenste element uit de groep.

• Ia: de alkalimetalen (Li, Na, K …)

• IIa: de aardalkalimetalen (Be, Mg, Ca …)

• IIIa: de aardmetalen (B, Al, Ga …)

• IVa: de koolstofgroep (C, Si, Ge …)

• Va: de stikstofgroep (N, P, As …)

• VIa: de zuurstofgroep (O, S, Se …)

• VIIa: de halogenen (F, Cl, Br, I …)

• VIIIa: de edelgassen (He, Ne, Ar …)

De laatste kolom, de edelgassen, wordt ook aangeduid als de nulgroep.

OPDRACHT 16

1 Vul de tabel aan met behulp van het PSE.

Symbool Naam element Behoort tot welke groep

2 Ontdek via de ontdekplaat bij het onlinelesmateriaal enkele nuttige toepassingen van elk element in het dagelijks leven.

WEETJE

Wil je op het volgende feestje uitpakken met een origineel nummer?

Scan de QR-code en ontdek het lied The Elements

THE ELEMENTS

3 Waarom lijken atomen graag op een edelgas?

OPDRACHT 17

Bekijk de lewisstructuur en vul de tabel aan.

1 Bekijk het PSE. Boven elke kolom van de a-groepen staat de lewisstructuur van de elementen uit die kolom (groep) weergegeven.

Niet vergeten: elk atoom is elektrisch neutraal (aantal negatief geladen elektronen = aantal positief geladen protonen).

Je merkt dat Mendelejev het belangrijk vond om elementen met hetzelfde aantal elektronen in de buitenste schil onder elkaar in groepen te plaatsen.

Atomen zijn het meest stabiel als hun buitenste schil volledig gevuld is met acht elektronen (of twee als er maar één schil is). Ze streven er dan ook naar om die buitenste schil volledig te maken, de zogenaamde edelgasconfiguratie

De edelgasconfiguratie wordt daarom ook wel de octetstructuur genoemd, al zou voor helium ‘duetstructuur’ een beter gekozen term zijn.

De edelgasconfiguratie kan bekomen worden door extra elektronen aan te trekken of elektronen af te staan.

Door elektronen (negatief geladen deeltjes) op te nemen of af te staan, krijgt het atoom zelf een lading. Het atoom is niet langer elektrisch neutraal, want het aantal protonen is niet langer gelijk aan het aantal elektronen. We spreken nu niet langer over een atoom maar over een ion

Een geladen atoom wordt een ion genoemd

• Negatief geladen ionen worden anionen genoemd en bevatten meer elektronen dan protonen. De atomen hebben elektronen opgenomen.

Dit anion draagt als lading 2– Afb. 69 Ladingsverhouding bij anionen

• Positief geladen ionen worden kationen genoemd en bevatten meer protonen dan elektronen. De atomen hebben elektronen afgegeven.

Dit kanion draagt als lading 2+ Afb. 70 Ladingsverhouding bij kationen

Een atoom zal altijd de makkelijkste weg kiezen om de edelgasconfiguratie te bekomen, zoals het voorbeeld van natrium en chloor aantoont:

Natrium heeft één elektron in de buitenste schil en kan een octetstructuur bereiken door:

• één elektron af te staan;

• zeven elektronen op te nemen.

Het natriumatoom kiest de gemakkelijkste weg: met één elektron minder wordt de voorlaatste schil nu de buitenste schil en bereikt het atoom de edelgasconfiguratie.

Afb. 68 Elektrisch neutraal atoom

Z = 11

N = 12

Afb. 71 Natrium: van atoom tot ion

Z = 11 N = 12

Atoom Ion

aantal protonen 11 11

aantal elektronen 11 10

lading neutraal positief elektronenconfiguratie 2, 8, 1 2, 8

Met dat ene elektron (negatief geladen deeltje) minder wordt tegelijkertijd het positieve natriumion gevormd: Na+

Merk op dat het natriumion, dat we nu noteren als Na+, dezelfde elektronenconfiguratie krijgt als het edelgas neon.

Na+ 2 8 1

Ne 2 8

Chloor heeft zeven elektronen in de buitenste schil, om een volledige buitenste schil te bekomen kan het:

• één elektron opnemen;

• zeven elektronen afstaan.

Ook chloor kiest voor de makkelijkste oplossing en zal één elektron (negatief geladen deeltje) opnemen.

= 17

= 18

= 17

= 18

72 Chloor: van atoom tot ion Atoom Ion

aantal protonen 17 17

aantal elektronen 17 18

lading neutraal negatief elektronenconfiguratie 2, 8, 7 2, 8, 8

Chloor zal daarom het negatieve chloride-ion vormen, of kortweg Cl–

4

Elektronegativiteit

Het chloride-ion, dat we nu noteren als Cl–, krijgt door de opname van een extra elektron de configuratie van het edelgas argon.

Cl– 2 8 7 8

Ar 2 8 8

©VANIN

Metalen zijn dus geneigd om elektronen af te staan: ze zijn elektropositief, terwijl de niet-metalen, met uitzondering van de edelgassen, er heel graag extra elektronen zouden bij willen: ze zijn elektronegatief. De mate waarin een atoom er naar streeft om extra elektronen op te nemen noemen we de elektronegativiteit van een element. De elektronegativiteit of EN-waarde is een getal tussen 0,7 en 4, dat we ook bij elk element op het PSE terugvinden, in de rechterbovenhoek. Merk op dat de EN-waarde ontbreekt bij de edelgassen. Zij hebben de edelgasconfiguratie al bereikt en zijn niet geneigd extra elektronen aan te trekken.

atoomnummer (Z) elektronegatieve waarde (EN)

1,2

symbool naam

gemiddelde relatieve atoommassa <Ar>

Door het streven naar een volledige buitenste schil gaat een atoom elektronen afstaan of opnemen, het atoom wordt zo een ion. Positieve ionen noemen we kationen, negatieve ionen noemen we anionen. Het atoom bereikt zo de configuratie van het dichtstbijzijnde edelgas in het periodiek systeem. Daarom spreken we van een edelgasconfiguratie

Elementen die elektronen afstaan om tot de edelgasconfiguratie te komen, noemen we elektropositief; ze vormen kationen. Doorgaans zijn dat metalen

Elementen die elektronen opnemen om tot de edelgasconfiguratie te komen, noemen we elektronegatief; ze vormen anionen. Doorgaans zijn dat niet-metalen

De mate waarin een atoom ernaar streeft om extra elektronen op te nemen, noemen we de elektronegativiteit (EN) van een element.

OPDRACHT 18

Vergelijk de EN-waarde van elk element in het PSE.

1 Hoe verandert de EN-waarde binnen één periode?

2 Hoe verandert de EN-waarde binnen één groep?

©VANIN

3 Waar staan dan de meest elektronegatieve elementen op het PSE?

4 Waar staan de minst elektronegatieve (of elektropositieve) elementen?

WEETJE

De Amerikaan Linus Carl Pauling (1901-1994) was de allereerste scheikundige die de term elektronegativiteit gebruikte. Aan het element dat het hardst elektronen naar zich toe kan trekken (fluor) kende Pauling een EN-waarde van 4,0 toe. De overige elementen werden vergeleken met fluor en kregen een overeenkomstige elektronegativiteit, tussen 0,7 en 4,0. De elektronegativiteit is dus specifiek voor elke atoomsoort.

OPDRACHT 19

Vul de juiste gegevens aan en schrap wat niet past.

Welke ionen vormen de atomen om de edelgasconfiguratie te bereiken?

• Magnesium zal elektronen opnemen / afstaan en een ion vormen.

• Stikstof zal elektronen opnemen / afstaan en een ion vormen.

• Zuurstof zal elektronen opnemen / afstaan en een ion vormen.

• Aluminium zal elektronen opnemen / afstaan en een ion vormen.

• Zwavel zal elektronen opnemen / afstaan en een ion vormen.

• Neon zal elektronen opnemen / afstaan en ion vormen.

• Lithium zal elektron opnemen / afstaan en een ion vormen. Denk eraan dat je het aantal elektronen in de buitenste schil van elk atoom kunt afleiden uit de plaats in het periodiek systeem.

TIP

Elementen uit groep

Verschil in elektronen met atoom

Ionlading

Ia geven 1 af 1+

IIa geven 2 af 2+

IIIa geven 3 af 3+

Va nemen 3 op 3-

VIa nemen 2 op 2-

VIIa nemen 1 op 1VIIIa geen Ze vormen geen ionen; ze hebben al de edelgasconfiguratie.

Dit overzicht vormt een zeer belangrijke basis om later chemische formules te schrijven.

` Maak oefening 2 t/m 8 op p. 226 en 227.

Opgelet, er worden twee belangrijke afspraken gemaakt:

©VANIN

1 De overgangselementen laten we nog even links liggen, voorlopig onthouden we dat deze elementen uit de b-groepen bijna allemaal een 2+ ion gaan vormen

2 De elementen uit kolom IVa (C: koolstof, Si: silicium, Ge: germanium, Sn: tin en Pb: lood) worden ook overgeslagen. Die elementen kunnen immers twee kanten uit om tot een edelgasconfiguratie te komen: 4 elektronen opnemen en dus een 4– ion vormen, of 4 elektronen afstaan en een ion met lading 4+ vormen. Vaak zullen zij 4+ ionen vormen

5 Zijn er naast de massa en elektronenconfiguratie nog andere indelingen in het PSE?

OPDRACHT 20

In thema 3 leerde je dat het PSE kan worden onderverdeeld in metalen en niet-metalen. De edelgassen horen op hun beurt bij de niet-metalen. Als we over metalen spreken denk je vast aan ijzer, koper … Of misschien heb je een wat duurdere smaak en denk je aan zilver, goud …

Er bestaan natuurlijk nog veel meer metalen die je regelmatig tegenkomt in het dagelijks leven, denk maar aan aluminium en chroom in je fiets, en bij de auto van je ouders.

De indeling metalen en niet-metalen is vooral gebaseerd op hun stofeigenschappen. We onderzoeken enkele van die stofeigenschappen, die je al leerde in thema 2.

Sorteer de metalen en de niet-metalen.

Je leerkracht heeft een aantal stoffen klaargezet.

1 Van welke stoffen denk je dat het metalen zijn? Haal ze ertussenuit.

2 Noteer waarom jij denkt dat het om een metaal gaat. Met andere woorden: van welke eigenschappen heb je gebruikgemaakt?

©VANIN

OPDRACHT 21

Je leerkracht onderzoekt welke stoffen stroom geleiden.

1 Werkwijze

• Verbind een testlamp met een stroombron.

• Sluit de stroomkring door de connectoren met de stof te verbinden.

 Lampje brandt: stof geleidt stroom.

 Lampje brandt niet: stof geleidt geen stroom.

DEMO

OPDRACHT 21 (VERVOLG)

2 Wat neem je waar? Zet een kruisje in de juiste kolom.

Stof Lampje brandtLampje brandt niet ijzer (Fe) lood (Pb) octazwavel (S8) distikstof (N2, de lucht aanwezig) koper (Cu) grafiet (C)

3 Wat kun je hieruit besluiten?

OPDRACHT 22

Je leerkracht onderzoekt welke stoffen warmte geleiden door een metalen en een glazen staaf in de vlam van een bunsenbrander te houden.

metaal glas

1 Wat neem je waar?

2 Wat kun je hieruit besluiten?

OPDRACHT 23

Bekijk de tabel en los de vragen op.

StofSmeltpunt (°C)Kookpunt (°C)

ijzer 1 538 2 750dijodium

lood 327 1 740octazwavel

kwik –39 357 dizuurstof

©VANIN

–196

–183 koper 1 085 2 566distikstof

98 884diwaterstof –259 –253

64 774 koolstof - diamant 3 550 4 827 calcium 839 1 485koolstof - grafiet 3 652 4 827 chroom 1 860 2 675 tetrafosfor

1 Markeer de stoffen die bij kamertemperatuur vast zijn met rood, vloeibaar met groen en gasvormig met geel.

2 Vergelijk de verschillende stoffen in de tabel aan de hand van hun smelt- en kookpunten. Wat valt er op bij de metalen?

3 Welke aggregatietoestand hebben ze bij kamertemperatuur?

OPDRACHT 24 ONDERZOEK

Hoe kun je metalen herkennen? Voer het labo uit. Je vindt het bij het onlinelesmateriaal.

meestal vloeibaar of gasvormig, maar kunnen ook vast zijn

Stofeigenschappen metalenStofeigenschappen niet-metalen geleiden de elektrische stroomgeleiden de elektrische stroom niet (met uitzondering van grafiet) zacht broos plooibaar, rekbaar, pletbaar, smeedbaar niet plooibaar, niet rekbaar, niet pletbaar, niet smeedbaar goede warmtegeleiders slechte warmtegeleiders glanzend uitzicht meestal dof uitzicht vaste stoffen op kamertemperatuur (met uitzondering van kwik, een vloeibaar metaal)

` Maak oefening 9 t/m 12 op p. 227.

Vul de tabel aan. Naam element

Waarom vormen edelgassen geen ionen?

Vul aan.

• De overgangselementen vormen ionen met lading

• Negatieve ionen worden ook genoemd.

• Positieve ionen worden ook genoemd.

Vul aan.

Een element dat een ion vormt met lading 2– zal altijd behoren tot

Een element dat een ion vormt met lading 2+ zal altijd behoren tot

Een element dat een ion vormt met lading 3– zal altijd behoren tot

Een element dat een ion vormt met lading 1+ zal altijd behoren tot .

Een element dat geen ionen vormt, zal altijd behoren tot

Welk ion bezit 117 neutronen en 74 elektronen?

• 195Pt4+

• 191Pt4+

• 191W4+

• 195W4+

Een 2+ geladen ion bevat nog 24 elektronen. Om welk element gaat het?

Beantwoord de vragen.

a Welk ion van een alkalimetaal heeft 4 schillen en 18 elektronen?

b Welk ion van een aardalkalimetaal heeft 4 schillen en 18 elektronen?

Welke van de onderstaande reeks atomen en ionen heeft een ander aantal elektronen dan de rest?

• N3–

• Al3+

• Na+

• Mg2+

• Cl–

• O2–

• Ne

• F–

Noem minstens vier stofeigenschappen van metalen.

Vul aan.

• Metalen vormen altijd positieve ionen, ze zijn

• Niet-metalen vormen altijd negatieve ionen, ze zijn

Welke zuivere stof is geen metaal maar geleidt toch de stroom?

Wat is het enige metaal dat vloeibaar is bij kamertemperatuur?

Kernbegrippen

BOUW, EIGENSCHAPPEN EN RANGSCHIKKING VAN ATOMEN

Kernvragen Notities

HOOFDSTUK 1: Hoe evolueerde het atoommodel?

voorwerp: opgebouwd uit materie

materie: stof of mengsel van stoffen

stof: verbinding van deeltjes of atomen

• Historische evolutie van de atoommodellen van Dalton tot en met Bohr: elke keer weer voortbouwen op de ontdekking van de voorganger.

CHEMISCHE TIJDLIJN

• Het schillenmodel van Bohr-Rutherford

HOOFDSTUK 2: Wat weten we al over een atoom?

atoomkern = nucleus

• bevat twee soorten elementaire deeltjes: protonen (+) en neutronen

• deze elementaire deeltjes hebben een eenheidslading

• rond atoomkern heb je elektronen (–)

atoomnummer Z

= aantal protonen

= aantal elektronen

massagetal A

= Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

absolute atoommassa A a

eenheidsmassa

= 1/12 van A a(C) = 1 unit relatieve atoommassa A r

gemiddelde relatieve atoommassa

<A r >

• Het atoom bestaat uit een atoomkern en een elektronenmantel waarin protonen en neutronen voorkomen (behalve H: enkel 1 proton).

• Protonen, elektronen en neutronen vormen samen een atoom. Een atoom in zijn geheel heeft geen lading.

• Protonen zijn positief geladen (+). Elektronen zijn negatief geladen (–). Neutronen zijn neutraal.

• Rond de kern bewegen elektronen (–) op schillen.

• Het aantal elektronen rond de kern is in een atoom gelijk aan het aantal protonen in de kern.

• Atomen met hetzelfde aantal protonen zijn atomen van hetzelfde chemische element.

• Uit het atoomnummer Z en het massagetal A kunnen we de hoeveelheid van elk van de deeltjes in een atoom berekenen.

• De absolute atoommassa A a van een atoom is de massa van het atoom en wordt uitgedrukt in gram.

• De eenheidsmassa is 1/12de van de massa van een C-atoom = 1,66.10-24 g.

• De verhouding tussen de absolute atoommassa van een atoom en de eenheidsmassa, is de relatieve atoommassa A r van een atoom. Dat is een onbenoemd getal.

• In het PSE wordt onder elk element de gemiddelde relatieve atoommassa <A r > vermeld. Dat is de gewogen gemiddelde massa van alle atoomtypes van eenzelfde element.

elektronenschillen

protonen en neutronen

Kernbegrippen

Kernvragen

BOUW, EIGENSCHAPPEN EN RANGSCHIKKING VAN ATOMEN

Notities

HOOFDSTUK 3: Hoe zitten elektronen verdeeld in een atoom?

elektronenconfiguratie

edelgasconfiguratie

lewisstructuur

• De verdeling van de elektronen op schillen gebeurt volgens een aantal regels.

• Wanneer de buitenste schil volledig bezet is, dan spreken we over de edelgasconfiguratie.

• Het schillenmodel kan eenvoudiger genoteerd worden als de elektronenconfiguratie.

• Bij de lewisstructuur vereenvoudigen we die elektronenconfiguratie nog en worden enkel de elektronen van de buitenste schil weergegeven.

HOOFDSTUK 4: Wat leren we uit de plaats van een element op het PSE?

valentie-elektronen

groepen

= kolommen in het PSE perioden

= rijen in het PSE a- en b-groepen

ion (+: kation; -: anion)

= geladen atoom elektropositief

elektronegatief

elektronegativiteit (EN)

• Elementen met een gelijk aantal elektronen op de buitenste schil (de valentie-elektronen) hebben gelijkaardige chemische eigenschappen.

• Elementen met gelijke chemische eigenschappen worden in het PSE onder elkaar geplaatst, in een gelijke groep (# = 18).

• In het PSE komen er 7 perioden voor. Binnen een periode heeft elk element een gelijk aantal schillen in gebruik (periode 3 ⇒ 3 schillen in gebruik).

• Het PSE wordt opgedeeld in a- en b-groepen.

8 a-groepen

 elk een naam:

Ia: alkalimetalen

IIa: aardalkalimetalen

IIIa: aardmetalen

IVa: koolstofgroep

Va: stikstofgroep

VIa: zuurstofgroep

VIIa: halogenen

VIIIa/0: edelgassen (of nulgroep)

10 b-groepen

 één verzamelnaam: overgangselementen

• Atomen streven naar een stabiele edelgasconfiguratie

• Metalen geven elektronen af ter vorming van positieve ionen (kation): ⇒ metalen zijn elektropositief.

• Niet-metalen nemen elektronen op ter vorming van negatieve ionen (anion):

⇒ niet-metalen zijn elektronegatief.

• De mate waarin een atoom ernaar streeft om extra elektronen op te nemen, noemen we de elektronegativiteit (EN) van een element.

• De groep waartoe een element behoort bepaalt welke lading het ion draagt:

Kernbegrippen

Kernvragen

stofeigenschappen

metalen en niet-metalen

BOUW, EIGENSCHAPPEN EN RANGSCHIKKING VAN ATOMEN

Notities

Stofeigenschappen metalenStofeigenschappen niet-metalen geleiden de elektrische stroomgeleiden de elektrische stroom niet (met uitzondering van grafiet)

©VANIN

zacht broos

plooibaar, rekbaar, pletbaar, smeedbaar niet plooibaar, niet rekbaar, niet pletbaar, niet smeedbaar

goede warmtegeleiders slechte warmtegeleiders glanzend uitzicht meestal dof uitzicht vaste stoffen op kamertemperatuur (met uitzondering van kwik, een vloeibaar metaal)

meestal vloeibaar of gasvormig, maar kunnen ook vast zijn

Mijn samenvatting

BEKIJK DE KENNISCLIP

1 Begripskennis

• Ik ken de kernbegrippen (element, atoom, voorwerp, materie, stof, atoomsoort, nucleonen, atoomkern, atoomnummer, massagetal, gemiddelde relatieve atoommassa, elektronenconfiguratie, lewisstructuur, eenheidslading, elementair deeltje) en kan ze toelichten.

• Ik ken de historische evolutie van de atoommodellen van Dalton tot en met Chadwick.

• Ik ken de lewisstructuur en kan die toepassen bij de eerste 20 elementen.

• Ik kan toelichten hoe en waarom een atoom een ion vormt.

• Ik kan toelichten hoe een ion aan zijn lading komt.

• Ik kan toelichten waarom metalen positieve ionen en niet-metalen negatieve ionen vormen.

• Ik kan een verband leggen tussen de plaats van een element in het PSE en de eigenschappen (massa, elektronenconfiguratie, EN-waarde ...) ervan.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan de bouw van een atoom toelichten (volgens het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford).

• Ik kan de samenstelling van atomen afleiden uit het atoomnummer en het massagetal.

• Ik kan de regels voor elektronenverdeling toepassen om het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford te tekenen en de elektronenconfiguratie van de eerste 20 elementen te schrijven.

• Ik kan toelichten hoe het schrijven van elektronenconfiguraties een vereenvoudigde weergave is van het schillenmodel.

• Ik kan het PSE gebruiken om eigenschappen van atomen en ionen af te leiden, ook op basis van atoomnummer, massagetal en lewisformule.

• Ik kan elementen ordenen en plaatsen op de tabel.

• Ik kan metalen herkennen aan de specifieke eigenschappen.

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

JANOG OEFENEN

Wat zie jij onder deze elektronenmicroscoop? Vul in.

Zou je graag nog verder inzoomen? Je bent niet alleen.

Wetenschappers uit de hele wereld doen continu fundamenteel onderzoek naar elementaire deeltjes in het CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, of de Europese Raad voor Kernonderzoek). Onze landgenoot François Englert kreeg in 2013 de Nobelprijs voor Natuurkunde voor zijn onderzoek naar de allerkleinste deeltjes.

Heeft dit thema jouw interesse opgewekt? Ga naar en bekijk de filmpjes over het onderzoek bij CERN.

Stilaan zijn we in staat om na te gaan of het gecombineerd atoommodel van Bohr-Rutherford overeenstemt met de realiteit. Steeds sterkere microscopen stellen ons in staat het met het blote oog te checken. We ontdekken alsmaar meer.

Afb. 75 CERN

Afb. 76 François Englert

CHEMISCHE BINDINGEN

EN HUN ROOSTERS

` HOOFDSTUK 1: Zijn deeltjes in een verbinding altijd op eenzelfde manier gebonden?

1 Wat is het verschil tussen een binding en een verbinding?

2 Welke soorten bindingen bestaan er?

` HOOFDSTUK 2: Hoe wordt een ionbinding gevormd?

1

` HOOFDSTUK 3: Hoe wordt een atoombinding gevormd?

1 De atoombinding

2 De molecuulformule van atoomverbindingen

` HOOFDSTUK 4: Hoe wordt een metaalbinding gevormd?

1 De metaalbinding

2 Verklaring van de eigenschappen van metalen

` VERDIEPING: Welk belang en voorkomen hebben enkelvoudige stoffen?

Alle beetjes helpen!

Deze situaties schetsen telkens een probleem. Hoe kun je ervoor zorgen dat de personen alsnog in een comfortabele situatie terechtkomen?

Situatie 1

Kalvin en Fleur

Situatie 2

Jody en Jodi

Situatie 3

Ali en Alisson

Situatie 1:

Wat kan Kalvin doen zodat zowel hij als Fleur het comfortabel krijgen?

Situatie 2:

Wat moeten Jody en Jodi doen om het beiden comfortabel te krijgen?

Situatie 3:

Wat moeten Ali en Allison doen om het beiden comfortabel te krijgen?

` Is er een gelijkenis tussen deze situaties en de vorming van bepaalde chemische bindingen?

We zoeken het uit!

De samenstelling van een stof

OPDRACHT 1

Ken je alle termen nog?

1 Vul in de tweede kolom het nummer van de juiste verklaring in.

Term Verklaring Verklaringen

atoom

edelgasconfiguratie

element

1 atoomsoort

2 de buitenste schil van het atoom is volledig bezet

3 scheikundige vorm voor materie met een bepaalde chemische samenstelling negatief ion

4 kleinste deeltje van een element dat nog alle eigenschappen van het element heeft

samengestelde stof

5 ontstaat door het afstaan van elektronen positief ion

stof

enkelvoudige stof

2 Zet in de afbeelding de juiste letters bij de pijlen.

6 ontstaat door het opnemen van elektronen

7 stof opgebouwd uit één element

8 stof opgebouwd uit meer dan één element

A de stof water – B het deeltje water – C een atoom waterstof – D een atoom zuurstof

OPDRACHT 2

Hoe worden ionen gevormd?

Vul de zinnen aan en schrap wat niet past.

a Metalen om de edelgasconfiguratie te bereiken.

Ze vormen zo positieve / negatieve ionen.

b Niet-metalen om de edelgasconfiguratie te bereiken.

Ze vormen zo positieve / negatieve ionen.

c Magnesium is een metaal / niet-metaal met 2 elektronen op de buitenste schil.

Dat atoom zal dus elektronen en zo het ion vormen.

d Chloor is een metaal / niet-metaal met elektronen op de buitenste schil.

Dat atoom zal dus elektron en zo het ion vormen.

e Aluminium is een metaal / niet-metaal met elektronen op de buitenste schil.

Dat atoom zal dus elektronen en zo het ion vormen.

f Zuurstof is een metaal / niet-metaal met elektronen op de buitenste schil.

Dat atoom zal dus elektronen en zo het ion vormen.

OPDRACHT 3

Onderstreep de enkelvoudige stoffen en omcirkel de samengestelde stoffen.

H2O – (C) grafiet – N2O (lachgas) – HCl (waterstofchloride) – O2 (zuurstofgas) – CH4 (methaan) – O3 (ozon) –

CO2 (koolstofdioxide) – He – C6H12O6 (glucose) – Fe (ijzer)

Zijn deeltjes in een verbinding altijd op eenzelfde manier gebonden?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het verschil tussen een element en een atoom toelichten;

L toelichten dat atomen streven naar de edelgasconfiguratie;

L begrijpen dat stoffen zijn opgebouwd uit één of meerdere atomen of elementen.

Je leert nu:

L dat de aard van de deeltjes bepaalt welke verbinding gevormd zal worden;

L wanneer een ionbinding tot stand komt;

L wanneer een atoombinding tot stand komt;

L wanneer een metaalbinding tot stand komt.

Als je om je heen kijkt, zie je allerhande voorwerpen die uit bepaalde stoffen zijn gemaakt. Een balpen uit plastic, een kast uit hout, een schrift uit papier. Ook de lucht om je heen bevat allerhande deeltjes. Al die stoffen zijn opgebouwd uit een of meerdere atoomsoorten.

1 Wat is het verschil tussen een binding en een verbinding?

Je weet al dat een stof bestaat uit kleinere deeltjes (stofdeeltjes) die nog steeds de eigenschap van de stof bezitten. Zo bestaat de stof suiker bijvoorbeeld uit allemaal kleine suikerdeeltjes.

Bij edelgassen bestaan die stofdeeltjes uit vrije, losse atomen: het zijn mono-atomische, enkelvoudige stoffen (bv. Ne). De atomen van edelgassen hebben een volledig bezette buitenste schil, waardoor ze niet reageren met andere atomen.

Atomen van andere atoomsoorten zullen de stabiele edelgasconfiguratie proberen te bereiken door met elkaar te binden. Zo ontstaan nieuwe stoffen die bestaan uit meerdere atomen of ionen: het zijn verbindingen Het kunnen polyatomische (meeratomige) enkelvoudige stoffen (bv. Cl2) of samengestelde stoffen (bv. H2O) zijn.

In thema 3 leerde je al dat enkelvoudige stoffen verbindingen zijn van atomen of ionen van eenzelfde atoomsoort; samengestelde stoffen zijn verbindingen van atomen of ionen van verschillende atoomsoorten.

De atomen of ionen in een verbinding worden samengehouden door aantrekkingskrachten, die we een (chemische) binding noemen.

Een verbinding is een stof die bestaat uit meerdere atomen of ionen. De binding is de aantrekkende kracht die de atomen of ionen in een verbinding samenhoudt.

` Maak oefening 1 op p. 240.

OPDRACHT 4

Wat is het onderscheid tussen binding en verbinding?

Bekijk afbeelding 77 en beantwoord de vragen.

a Hoeveel bindingen zie je op de afbeelding?

b Hoeveel unieke verbindingen zie je op de afbeelding?

2 Welke soorten bindingen bestaan er?

Afb. 77

Atomen streven naar de edelgasconfiguratie. Om dat te bereiken moeten atomen (behalve de edelgassen) met elkaar binden ter vorming van een verbinding.

Naargelang de aard van de atoomsoort (metaal en/of niet-metaal) kunnen verschillende soorten bindingen en verbindingen worden gevormd:

• In een verbinding opgebouwd uit metalen en niet-metalen worden de gevormde ionen samengehouden door een ionbinding Die stof noemen we een ionverbinding.

• In een verbinding die bestaat uit een of meerdere soorten niet-metalen, worden de atomen samengehouden door een atoombinding. Een stof met enkel atoombindingen noemen we een atoomverbinding

• Als de verbinding uitsluitend is opgebouwd uit één of meerdere soorten metalen, houdt een metaalbinding de gevormde metaalionen samen. Een stof met enkel metaalbindingen noemen we een metaalverbinding.

OPDRACHT 5

Op welke manier zijn de deeltjes gebonden in een verbinding?

Welk soort binding zal gevormd worden bij een verbinding die is opgebouwd uit de volgende elementen?

Vul in de tabel eerst de symbolen van de elementen aan en duid daarna het soort binding aan.

Verbinding opgebouwd uit de volgende elementen

©VANIN

Symbolen elementen

Zijn de samenstellende elementen metalen (M) of niet-metalen (nM)?

Soort binding

aluminium en fluor ionbinding - atoombinding - metaalbinding

calcium en jood ionbinding - atoombinding - metaalbinding

jood en jood

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

kalium en broom ionbinding - atoombinding - metaalbinding

koolstof ionbinding - atoombinding - metaalbinding

koolstof en waterstof ionbinding - atoombinding - metaalbinding

koolstof en zuurstof ionbinding - atoombinding - metaalbinding

koper en tin (samen: brons)

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

koper en zink (samen: messing) ionbinding - atoombinding - metaalbinding

magnesium en zuurstof ionbinding - atoombinding - metaalbinding

natrium en chloor ionbinding - atoombinding - metaalbinding

stikstof en zuurstof ionbinding - atoombinding - metaalbinding

tin en lood (samen: soldeertin)

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

zink ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Het soort binding dat ontstaat, hangt af van de aard van de deeltjes:

Stof is opgebouwd uitSoort verbindingSoort binding metalen en niet-metalen ionverbindingionbinding uitsluitend niet-metalen atoomverbindingatoombinding uitsluitend metalen metaalverbindingmetaalbinding

` Maak oefening 2 t/m 5 op p. 240 en 241.

Vul de tabel aan om een overzicht te maken van de bouw van stoffen. Kies uit: enkelvoudig – mono-atomisch – verbinding – samengesteld

Let op: sommige begrippen kun je meermaals gebruiken.

Aantal atomen

Stof

Aantal verschillende atomen

Stof

Welk soort binding zal gevormd worden tussen een verbinding die is opgebouwd uit de elementen in de tabel? Omcirkel het juiste antwoord.

Symbolen van de opbouwende elementen in de verbinding Soort binding

Mg S

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

P H ionbinding - atoombinding - metaalbinding

H Cl ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Al F

Cu Zn

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Ca S ionbinding - atoombinding - metaalbinding

K Cl ionbinding - atoombinding - metaalbinding

N H ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Cu Sn ionbinding - atoombinding - metaalbinding

H F ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Zn Al Mg Cu

ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Au Ag ionbinding - atoombinding - metaalbinding

Welke soort binding is aanwezig in de stoffen? Vul de juiste kolom aan.

KBr – Mg – Al2O3 – MgF2 – Fe – BaI2 – propaan (C3H8) – Na2S –zwaveldioxide (SO2) – Cu – N2O – S8 – H2O – Zn

Tussen welke atomen ontstaat een atoombinding?

 C & H

 Na & Br

 C & Fe

 H & O

 S & Cl

 Zn & Cu

Welke bindingen treffen we aan in een deeltje SO3?

 atoombindingen

 metaalbindingen

 ionbindingen

Verder oefenen? Ga naar .

`

Hoe wordt een ionbinding gevormd?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L beschrijven dat atomen verbindingen vormen omdat ze streven naar de edelgasconfiguratie;

L aanduiden dat tussen een metaal en een niet-metaal een ionbinding wordt gevormd;

L een chemische formule interpreteren m.b.v. de aangegeven indices;

L beschrijven hoe metalen en niet-metalen ionen vormen.

Je leert nu:

L wat een ionbinding is;

L hoe een ionbinding wordt gevormd;

L hoe een ionverbinding wordt voorgesteld;

L de formule-eenheid van een ionverbinding opstellen.

1 De ionbinding

OPDRACHT 6

Voer de proefjes uit en noteer je waarneming.

Je hebt misschien op het etiket van sommige stoffen al formules zien staan zoals NaCl, CaCl2 of K2S. Al die stoffen zijn ionverbindingen, want ze zijn opgebouwd uit metalen en niet-metalen. Zoals de naam doet vermoeden, vormen de metalen en nietmetalen ionen. Maar wat houdt die ionen samen? Waarom draagt elk element een specifieke index? We zoeken het uit.

1 Blaas een ballon op en houd die boven het haar van een medeleerling.

Waarneming:

2 Wrijf met de ballon over het haar van een medeleerling (bij voorkeur iemand met lang haar).

Verwijder de ballon dan langzaam van het haar.

Waarneming:

3 Wrijf de ballon nogmaals over het haar van dezelfde leerling en houd hem boven het haar van een andere leerling.

Waarneming:

Door een ballon over haren te wrijven, springen elektronen over van de haren naar de ballon. De ballon wordt zo negatief geladen en de haren positief geladen. De ballon trekt de haren aan door de aantrekkingskracht tussen tegengestelde ladingen. De haren stoten elkaar onderling af en klitten niet samen door de afstotingskracht tussen gelijke ladingen.

In het eerste en het derde deel van de proef zijn de haren of de ballon niet geladen, waardoor er geen aantrekking tussen beide is.

Wanneer een metaal met een niet-metaal een binding maakt, zal het metaal één of meerdere elektronen overdragen aan het niet-metaal. Zo ontstaan positieve en negatieve ionen. Metalen en niet-metalen werken dus samen om de edelgasconfiguratie te bereiken. Metalen kunnen het makkelijkst één of meerdere elektronen ‘missen’, de niet-metalen willen die er graag bij. Eens de ionen gevormd zijn, zorgen de elektrostatische aantrekkingskrachten tussen de tegengesteld geladen ionen voor een sterke ionbinding tussen de ionen.

Wanneer een ion gevormd wordt, krijgt een metaal het woord ion achter zijn naam: natrium wordt zo bijvoorbeeld het natriumion. Een niet-metaal krijgt de uitgang ‘ide’+ ‘ion’ achter zijn stamnaam: chloor wordt zo het chloride-ion. Bij de elementen stikstof, zuurstof en zwavel krijgt het ion een aparte naam: we spreken dan respectievellijk over het nitride-ion, het oxide-ion en het sulfide-ion.

©VANIN

Afb. 78

Vorming van een ionbinding tussen natrium en chloor. Natrium staat een elektron af aan chloor. Daardoor ontstaat een positief natriumion en negatief chloride-ion, die beide de edelgasconfiguratie hebben.

Bekijk de video over de ionbinding tussen een natriumion en chloride-ion.

De ionbinding houdt positieve metaalionen en negatieve niet-metaalionen bij elkaar. Ze is het gevolg van de elektrostatische aantrekking tussen tegengestelde ladingen. De naam van een ionverbinding wordt gevormd door de naam van het metaal, gevolgd door de stam van de naam van het niet-metaal +ide. Bij zuurstof spreken we over oxiden en bij zwavel over sulfiden.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

2 De formule-eenheid van ionverbindingen

We weten nu dat metalen en niet-metalen een ionbinding vormen. Maar in welke verhouding gebeurt dat en wat bepaalt die verhouding? Hoe stellen we de stof dan voor?

OPDRACHT 7

Bouw je eigen keukenzoutkristal.

Je krijgt van je leerkracht een set lego- of duploblokken in twee kleuren, die de positieve natriumionen en negatieve chloride-ionen voorstellen. Je weet inmiddels dat positieve ionen de negatieve aantrekken en dat gelijksoortige ladingen elkaar afstoten. Gebruik de stenen om samen met een klasgenoot een ‘zoutkristal’ te bouwen. De basis moet bestaan uit 3 x 4 stenen en elke laag moet volledig zijn. Er mogen geen stenen overblijven.

1 Maak hier je tekening.

2 Hoeveel stenen van elke kleur gebruikte jij?

Kleur 1: Kleur 2:

3 Bereken de verhouding van de aantallen van beide stenen.

aantal stenen kleur 1

aantal stenen kleur 2 =

4 Hoeveel stenen van elke kleur gebruikte de andere leerling?

Kleur 1: Kleur 2:

5 Bereken de verhouding van de aantallen van beide stenen.

aantal stenen kleur 1

aantal stenen kleur 2 =

6 Wat stel je vast over de verhouding van de stenen van de ene kleur ten opzichte van de andere kleur?

Proficiat, je hebt zopas je eerste ionrooster gebouwd! Als gevolg van de elektrostatische aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ionen, rangschikken ionen zich op een regelmatige manier. Die regelmatige rangschikking van positieve en negatieve ionen, samengehouden door ionbindingen, noemen we een ionrooster. Een zoutkristal is opgebouwd uit een ionrooster. Hoeveel positieve ionen en negatieve ionen aanwezig zijn in het ionrooster, hangt af van de grootte van het ionrooster, maar zelfs in een klein ionrooster zijn het er snel vele miljarden. De kleinste verhouding waarin de metaal- en niet-metaalionen voorkomen in het rooster, ligt echter vast. De regelmatige rangschikking van de ionen in het rooster zorgt ervoor dat het rooster gezien kan worden als een herhaling van een kleinere eenheid. Die kleinste verhouding van de ionen die zich telkens herhaalt in het rooster, noemen we de formule-eenheid of roostereenheid

Afb. 79

Eén ionverbinding zoals keukenzout bestaat uit miljarden positieve en negatieve ionen in één keukenzoutkristal, gerangschikt in een ionrooster.

Als je het ionrooster van keukenzout of natriumchloride goed bekijkt, dan zie je dat het is opgebouwd uit steeds wederkerende eenheden die bestaan uit 1 natriumion en 1 chloride-ion.

De formule-eenheid schrijven we door de symbolen van de elementen van de ionen, vergezeld van een index, die het aantal van elk van de ionen in de kleinste herhalende eenheid weergeeft. Zoals je geleerd hebt in thema 3 schrijven we een index van 1 niet. Voor keukenzout wordt dat dus: NaCl.

Stoffen die opgebouwd zijn uit positieve en negatieve ionen die in een ionrooster zijn gerangschikt, noemen we ionverbindingen

Ionverbindingen zijn stoffen opgebouwd uit positieve en negatieve ionen die afwisselend gerangschikt zijn in een ionrooster

©VANIN

De ionbinding is de kracht die de ionen samenhoudt. De kleinste herhalende eenheid in het rooster noemen we de formule-eenheid of roostereenheid

Ze wordt voorgesteld door de symbolen van de elementen van de ionen, samen met een index. De index geeft het aantal weer van dat element in de formule-eenheid.

verlies

opname van een elektron

3 De neutraliteitsregel

In keukenzout is het aantal positieve ionen gelijk aan het aantal negatieve ionen. Dat is echter niet in alle ionverbindingen het geval.

©VANIN

OPDRACHT 8

Bekijk de figuur van de zouten natriumjodide en kaliumsulfide.

1 Omcirkel een formule-eenheid in het rooster.

2 Schrijf de formule-eenheid van deze ionverbindingen.

Formule-eenheid 1:

Formule-eenheid 2:

Hoeveel ionen van elke soort aanwezig zijn in de formule-eenheid is afhankelijk van de lading van de ionen

De formule van een ionverbinding moet altijd neutraal zijn. We spreken daarom ook van de neutraliteitsregel: de som van alle positieve en negatieve ladingen moet gelijk zijn aan nul

Natriumjodide bestaat uit natriumionen en jodide-ionen. De natriumionen dragen een lading 1+ en de jodide-ionen een lading 1–. De lading van 1 natriumion neutraliseert de lading van 1 jodide-ion, daarom is de formule-eenheid NaI.

Kaliumsulfide bestaat uit kaliumionen en sulfide-ionen. De kaliumionen dragen een lading 1+. Er zijn 2 kaliumionen nodig om de lading van het sulfide-ion (2–) te ‘neutraliseren’. Daarom is de formule-eenheid K2S.

Opmerking: We zouden ook kunnen redeneren dat 4 kaliumionen nodig zijn om de lading van 2 sulfide-ionen te ‘neutraliseren’, maar bij het schrijven van de formule-eenheid werken we steeds met de kleinst mogelijke verhouding. index

OPDRACHT 9

Schrijf de formule-eenheid van een aantal ionverbindingen.

Vul de tabel aan.

Stof Elementen Ionen Formule-eenheid

calciumoxide Ca O

zinksulfide Zn S

natriumbromide Na Br

kaliumoxide K O

magnesiumsulfide Mg S

aluminiumfluoride Al F

aluminiumoxide Al O

©VANIN

Om te bepalen welke indexen geschreven worden in een formuleeenheid gebruiken we de neutraliteitsregel: de som van de lading van de positieve ionen en negatieve ionen moet aan elkaar gelijk zijn. Die indexen worden in de kleinst mogelijke verhouding geplaatst. De index ‘1’ wordt niet geschreven.

` Maak oefening 1 op pag. 248.

Schrijf de formule-eenheid van de ionverbindingen.

Stof Elementen

aluminiumsulfide Al S

magnesiumjodide Mg l

bariumoxide Ba O

lithiumbromide Li Br

kaliumsulfide K S

calciumbromide Ca Br

natriumfluoride Na F

lithiumjodide Li I

magnesiumchloride Mg Cl

natriumoxide Na O

` Verder oefenen? Ga naar .

Hoe wordt een atoombinding gevormd?

LEERDOELEN

Je kunt al:

L beschrijven dat atomen verbindingen vormen omdat ze streven naar de edelgasconfiguratie;

L aanduiden dat tussen twee niet-metalen atoombindingen worden gevormd;

L aangeven dat niet-metalen, met uitzondering van de edelgassen, elektronen willen opnemen.

Je leert nu:

L hoe een atoombinding wordt gevormd;

L hoe we moleculen voorstellen door een structuurformule;

L hoe een molecule wordt voorgesteld door een molecuulformule.

1 De atoombinding

Onze atmosfeer bestaat uit 78 % stikstofgas (N2), 21 % zuurstofgas (O2) en 0,03 % koolstofdioxide (CO2). Al die stoffen zijn opgebouwd uit niet-metalen. Stoffen die uitsluitend uit niet-metalen zijn opgebouwd, noemen we atoomverbindingen. Je hebt al geleerd dat niet-metalen elektronegatief zijn en de edelgasconfiguratie willen bereiken door extra elektronen op hun buitenste schil op te nemen. Maar hoe kunnen twee niet-metalen, die allebei elektronen willen opnemen, de edelgasconfiguratie bereiken?

Om te begrijpen hoe niet-metalen elkaar helpen om de edelgasconfiguratie te bereiken, kijken we even naar waterstofgas, dat opgebouwd is uit twee waterstofatomen. Beide waterstofatomen hebben 1 elektron op de eerste (en tevens enige) schil en streven naar een volledig bezetting van de buitenste schil: 2 elektronen. Beide waterstofatomen willen echter een elektron opnemen en geen van beide atomen is bereid om elektronen over te dragen. De twee waterstofatomen kunnen de edelgasconfiguratie bereiken door een gemeenschappelijk elektronenpaar te vormen. Deze twee elektronen worden gedeeld en kunnen nu bij beide atomen gerekend worden, waardoor de buitenste schil van de beide waterstofatomen volledig is gevuld.

Afb. 80

Vorming van een molecule H2: een atoombinding ontstaat door het gemeenschappelijk stellen van een elektronenpaar.

Dit gemeenschappelijk elektronenpaar wordt de atoombinding of de covalente binding genoemd. Ze wordt voorgesteld door een streepje tussen beide atomen: het bindend elektronenpaar

Deeltjes van een stof opgebouwd uit niet-metalen die door atoombindingen aan elkaar gebonden zijn, vormen samen een apart deeltje: het zijn

individuele moleculen. Bij een ionverbinding spreken we niet over moleculen, omdat de ionen niet uniek aan elkaar gelinkt zijn maar een steeds herhalende eenheid in een rooster vormen.

WEETJE

De naam ‘covalente binding’ komt van het Latijnse ‘co’ en ‘valere’: samen van tel zijn, gelijkwaardig zijn. Het slaat dus op het feit dat de twee gemeenschappelijke elektronen de atomen stevig aan elkaar binden. In sommige boeken of bronnen gebruikt men vooral de naam ‘covalente binding’, in andere hanteert men het synoniem ‘atoombinding’. Je zorgt er dus best voor dat je ze beide goed kent.

Omdat er maar één atoombinding tussen twee waterstofatomen zit, spreken we van een enkelvoudige atoombinding. De voorstelling van de manier waarop de atomen aan elkaar gebonden zijn, noemen we de structuurformule

Andere elementen, zoals zuurstof, streven naar een edelgasconfiguratie met 8 elektronen op de buitenste schil. De molecule zuurstofgas is opgebouwd uit 2 atomen O. Je zag al dat het element zuurstof 6 elektronen heeft op de buitenste schil, waarvan 2 ongepaarde elektronen. Je leerde al in thema 5 hoe de elektronen verdeeld worden over het symbool van het element: eerst individueel, vanaf het vijfde elektron als een paar. Om aan 8 elektronen te geraken op de buitenste schil, zal elk ongepaard elektron van een zuurstofatoom een bindend elektronenpaar vormen met een ongepaard elektron van het andere zuurstofatoom. Zo ontstaat in de structuurformule een dubbele atoombinding tussen beide atomen.

©VANIN

Afb. 81

De vorming van een molecule zuurstofgas

Atomen van het element stikstof beschikken over 3 ongepaarde elektronen en 1 vrij elektronenpaar op hun buitenste schil. In een molecule opgebouwd uit 2 stikstofatomen zal elk ongepaard elektron van een stikstofatoom een bindend elektronenpaar vormen met een ongepaard elektron van het andere stikstofatoom. Zo ontstaat een drievoudige atoombinding in de structuurformule.

N N N N NN

Afb. 82

De vorming van een molecule stikstofgas

Koolstofdioxide (CO2), een belangrijk broeikasgas in de atmosfeer, bestaat uit twee soorten niet-metalen: 2 zuurstofatomen en 1 koolstofatoom. De zuurstofatomen hebben elk 6 elektronen op de buitenste schil, waarvan 2 ongepaard. Het koolstofatoom heeft 4 ongepaarde elektronen in de buitenste schil. Door het vormen van gemeenschappelijke bindende elektronenparen kan elk atoom ook de edelgasconfiguratie bereiken. In deze molecule heeft elk zuurstofatoom nog 2 vrije elektronenparen.

©VANIN

Merk op dat we gaandeweg een elektronenpaar voorstellen door een streepje in plaats van twee bolletjes naast elkaar te tekenen.

Een stof enkel opgebouwd uit niet-metalen noemen we een atoomverbinding. De bindingen die de niet-metalen aan elkaar binden, worden atoombindingen of covalente bindingen genoemd. Een atoombinding ontstaat door de vorming van een gemeenschappelijk elektronenpaar. Tussen twee atomen kunnen enkelvoudige, dubbele of drievoudige atoombindingen voorkomen. De structuurformule geeft aan op welke manier de atomen in een molecule aan elkaar gebonden zijn.

OPDRACHT 10

Teken de structuurformule van de moleculen.

Vul in de tabel aan hoeveel atoombindingen je in elk van de moleculen aantreft.

Wil je de notatie met de lewisstructuur opfrissen? Scan de QR-code.

stof waterstofsulfide (H2S)chloorgas (Cl2) water (H2O) structuurformule

aantal atoombindingen

stof methaangas (CH4)ammoniak (NH3)waterstofchloride (HCl) structuurformule

aantal atoombindingen

BEKIJK DE PDF

OPDRACHT 11 DOORDENKER

Teken de structuurformule van de moleculen.

Vul in de tabel aan hoeveel atoombindingen je in elk van de moleculen aantreft. stof zwavelmonoxide (SO)fosfortrichloride (PCl3) tetra (CCl4) structuurformule

©VANIN

aantal atoombindingen

2 De molecuulformule van atoomverbindingen

Moleculen zijn opgebouwd uit meerdere atomen van niet-metalen die verbonden zijn door een atoombinding. Maar hoe stellen we een atoomverbinding voor met een formule?

OPDRACHT 12

Bepaal de bouw van een atoomverbinding.

Bekijk hieronder de voorstellingen van de stof mierenzuur (een kleurloze stof die zuur smaakt), glucose (een witte, vaste stof die zoet smaakt) en keukenzout. Beantwoord de vragen.

1 Welke stof of welke stoffen zijn atoomverbindingen?

2 Welke stof is een ionverbinding?

OPDRACHT 12 (VERVOLG)

3 Wat stel je vast als je de bouw van een atoomverbinding vergelijkt met een ionverbinding?

4 Vul in de tabel aan hoeveel atomen van elk element zich in een stofeenheid mierenzuur en glucose bevinden.

©VANIN

Mierenzuur

Glucose elementen

aantal atomen van elk element

Als mieren bedreigd worden, proberen ze een wondje te bijten in hun belager, waar ze dan met hun achterlijf mierenzuur in spuiten. Dat is pijnlijk, want mierenzuur is een corrosieve stof. Ook andere organismen zoals bijen, wespen, hommels en brandnetels gebruiken dat zuur ter verdediging.

De moleculen van mierenzuur en glucose zijn beide opgebouwd uit de elementen koolstof, waterstof en zuurstof, maar ze bevatten een verschillend aantal atomen. De samenstelling van een molecule wordt weergegeven door de molecuulformule. De molecuulformule geef je weer door de symbolen van de elementen te noteren, samen met een index: zo krijgt de formule een kwalitatief en een kwantitatief aspect.

De molecuulformule van een atoomverbinding ziet er gelijkaardig uit als de formule-eenheid van een ionverbinding. De formule-eenheid geeft echter de verhouding tussen de elementen weer in het ionrooster (bv. NaCl), terwijl de moleculeformule de werkelijke samenstelling weergeeft van één molecule van de stof (bv. H2O).

Een stof waarvan een molecule bestaat uit x atomen van element A, y atomen van element B en z atomen van element C, stellen we dus voor als AxByCz.

WEETJE

Atoomverbindingen zijn stoffen opgebouwd uit moleculen. Moleculen bestaan uit een welbepaalde combinatie van twee of meer atomen die tot verschillende atoomsoorten kunnen behoren. De molecuulformule bestaat uit de symbolen van de atoomsoorten die ze bevat, vergezeld van een index die het aantal atomen van elke atoomsoort weergeeft.

©VANIN

OPDRACHT 13

Schrijf de molecuulformule van atoomverbindingen.

1 Noteer de molecuulformules van de stoffen in de tabel.

Aantal atomen van verschillende atoomsoorten in de molecule Molecuulformule

8 zwavelatomen

2 waterstofatomen, 1 zwavelatoom, 4 zuurstofatomen

1 waterstofatoom, 1 stikstofatoom, 3 zuurstofatomen

6 koolstofatomen, 8 waterstofatomen, 7 zuurstofatomen

2 joodatomen

2 Schrijf met behulp van de gegeven structuren de molecuulformule van paracetamol (pijnstiller) en cafeïne (blauw = stikstof; rood = zuurstof; zwart = koolstof; wit = waterstof).

Molecuulformule:

Molecuulformule:

De moleculen van een vaste stof, zoals glucose, kunnen zich ook ordenen in een rooster. Een dergelijk rooster noemen we een molecuulrooster Bij atoomverbindingen kunnen ook zogenaamde atoomroosters voorkomen, zoals bij koolstof. Doordat koolstof over 4 ongepaarde valentie-elektronen beschikt, kunnen miljarden koolstofatomen zich met elkaar verbinden tot twee- of driedimensionale netwerken (op elk ‘knooppunt’ van het netwerk bevindt zich dan een koolstofatoom).

Afb. 87 Paracetamol

Afb. 88 Cafeïne

Koolstof komt in de natuur als vaste, enkelvoudige stof in twee verschijningsvormen voor: grafiet en diamant. Grafiet bestaat uit een opeenstapeling van tweedimensionale netwerken, waarin elk koolstofatoom gebonden is aan 3 andere. Diamant bestaat uit een driedimensionaal netwerk waarin elk koolstofatoom gebonden is aan 4 andere.

©VANIN

WEETJE

Het verschijnsel dat van een enkelvoudige, vaste stof verschillende verschijningsvormen bestaan, noemen we allotropie

De verschijningsvormen noemen we allotropen. Zo zijn diamant en grafiet allotropen van koolstof.

Bij vaste stoffen die uit moleculen zijn opgebouwd, zijn de moleculen op een regelmatige manier gerangschikt in een molecuulrooster

Sommige elementen, zoals koolstof, vormen enkelvoudige stoffen en kunnen atoomroosters vormen. In een atoomrooster zijn een groot aantal atomen met atoombindingen verbonden tot twee- of driedimensionale netwerken.

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 256 en 257.

Afb. 89

Koolstof in verschijningsvorm grafiet

Afb. 90

Koolstof in verschijningsvorm diamant

Vul de tabel aan met de structuurformule en geef aan hoeveel atoombindingen er in elke verbinding of molecule zitten.

stof waterstofsulfide (H2S)chloorgas (Cl2) waterstofchloride (HCl)

structuurformule

aantal atoombindingen

stof zwaveldichloride (SCl2)fosfortrichloride (PCl3)tetra (CCl4)

structuurformule

aantal atoombindingen

stof waterstoffluoride (HF)zuurstofdifluoride (OF2)methanal (H2CO)

structuurformule

aantal atoombindingen

stof azijnzuur (CH3COOH)ethyn (C2H2)

structuurformule

aantal atoombindingen

Plaats de juiste formule bij elke stof. Je kunt thuis online zoeken of in de klas kijken in brochures/boeken of op de etiketten van flessen of verpakkingen.

Te gebruiken formules C6H14

dijood sucrose

ethanol water

glucose

hexaan

waterstofperoxide

zoutzuur

ozon zwavelzuur

In welke stof zitten deeltjes in een atoomrooster?

 ijzermetaal

 grafiet

 diamant

 CO2

 CaI2

Welke formules stellen een structuurformule, molecuulformule of formule-eenheid voor?

Noteer het nummer van de formule bij het juiste begrip.

Hoe wordt een metaalbinding gevormd?

©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L beschrijven dat atomen streven naar de edelgasconfiguratie;

L beschrijven hoe tussen een metaal en een niet-metaal een ionbinding wordt gevormd;

L beschrijven hoe tussen twee niet-metalen atoombindingen worden gevormd;

L aangeven dat metalen elektropositief zijn.

Je leert nu:

L hoe metaalatomen in een metaal als stof gebonden zijn;

L de eigenschappen van enkele metalen te verklaren aan de hand van hun bouw.

1 De metaalbinding

IJzer moet je smeden als het heet is. In films zie je soms nog hoe een smid met een hamer en aambeeld een gloeiend hete staaf tot een zwaard klopt. Maar in tegenstelling tot een stuk glas, splijt het metaal niet. Hoe komt dat? En waarom draagt een smid die metaal bewerkt altijd dikke handschoenen?

Metaalatomen hebben maar een beperkt aantal elektronen op hun buitenste schil. Metalen proberen de edelgasconfiguratie te bereiken door de elektronen van hun buitenste schil af te staan. Daarom zijn metalen elektropositief. Maar hoe kunnen meerdere metaalatomen met elkaar binden, als alle atomen hun elektronen willen afstaan?

Bij kamertemperatuur hebben bijna alle metalen de vaste aggregatietoestand. In de vaste aggregatietoestand zijn metaalatomen op een regelmatige manier gerangschikt in een metaalrooster en ze geven daarbij de elektronen van hun buitenste schil af. Het metaalrooster is dus opgebouwd uit positieve metaalionen met daartussen een zee van elektronen. Die elektronen kunnen zich vrij tussen de positieve metaalionen bewegen en vormen als het ware een lijm die alles in het metaalrooster stevig bij elkaar houdt. Er zijn sterke elektrostatische krachten tussen de negatieve en positieve ladingen in het metaalrooster, de coulombkrachten, die het geheel bij elkaar houden: de metaalbinding. Die metaalbinding is een zeer sterke binding.

Vaste metalen als zuivere stof zijn opgebouwd uit miljarden ionen van eenzelfde atoomsoort. De formule van een dergelijke stof stellen we voor door het symbool van de atoomsoort

Het Atomium is een van de gekendste monumenten in Brussel. Het werd in 1958 gebouwd in het kader van de Wereldtentoonstelling in Brussel (Expo 58). De metalen constructie bestaat uit 9 bollen en stelt de herhalende eenheid van het metaalrooster van ijzer voor (weliswaar 165 miljard keer vergroot). De bollen zijn van aluminium gemaakt omdat aluminium beter bestand is tegen verwering (corrosie) dan staal. Hoewel het de bedoeling was om de constructie na zes maanden af te breken, besloot men ze te laten staan omwille van haar populariteit.

Metalen in vaste aggregatietoestand bestaan uit een metaalrooster. In een metaalrooster bevinden zich positieve metaalionen en een zee van vrij bewegende elektronen, afkomstig van de buitenste schil van de metaalatomen. De aantrekkingskrachten tussen de positieve ionen en de vrij bewegende elektronen vormen de metaalbinding. De metaalbinding is een sterke binding. De formule van een metaal als zuivere stof bestaat uit het symbool van het metaal.

Ontdek meer over de roosters en hun toepassingen via de ontdekplaat bij het onlinelesmateriaal.

TIP

2 Verklaring van de eigenschappen van metalen

Veel specifieke eigenschappen van metalen die je in thema 5 zag, kunnen nu verklaard worden op basis van hun bouw.

• Metalen zijn goede geleiders van elektriciteit. Elektriciteit is namelijk de beweging van geladen deeltjes, en in een metaalrooster kunnen elektronen vrij bewegen.

WEETJE

Alle metalen zijn goede geleiders van elektriciteit, maar in elektrische leidingen gebruikt men vrijwel uitsluitend het metaal koper. Dat heeft vooral te maken met een combinatie van gunstige eigenschappen. Niet alleen geleidt koper de elektriciteit zeer goed, het kent ook een lage warmtevervorming en is vrij goed bestand tegen ongunstige omgevingsinvloeden (vocht, industriële vervuiling …). Bovendien is koper hard en tegelijkertijd plooibaar. Een gebroken of doorgesneden draad kan ook gemakkelijk hersteld worden door de uiteinden aan elkaar te solderen of smelten.

©VANIN

Nu weet je waarom een smid dikke handschoenen draagt! Bekijk de video over warmtegeleiding bij metalen.

• Metalen zijn goede geleiders van warmte. Wanneer een stof opwarmt, beginnen deeltjes (atomen, ionen of moleculen) harder te trillen. Door botsingen wordt de warmte-energie doorgegeven aan naburige atomen of ionen. Doordat in een metaalrooster de metaalionen zeer dicht opeen zitten, verspreidt de warmte zich snel. Maar doordat de elektronen – die ook warmte-energie kunnen opnemen – vrij kunnen bewegen tussen de metaalionen, gebeurt de warmtegeleiding sneller dan bij de meeste andere stoffen.

• De hoge massadichtheid (massa per volume-eenheid) van metalen is een gevolg van de zeer dichte, compacte stapeling van de metaalionen in het rooster.

• De meeste metalen hebben een hoog smeltpunt en kookpunt, omdat de metaalbinding een sterke binding is. Het kost dus veel energie om de metaalbindingen in een rooster te verbreken.

BEKIJK DE VIDEO

WEETJE

Bekijk deze boeiende video over metalen.

• Metalen zijn gemakkelijk vervormbaar omdat ze allemaal zijn opgebouwd uit positieve ionen. De positieve ionen kunnen ten opzichte van elkaar verschuiven en elkaars plaats innemen zonder dat ze elkaar afstoten, wat ervoor zou zorgen dat het rooster breekt of splijt.

©VANIN

BEKIJK DE VIDEO

Afb. 92

Metaalbindingen: metalen zijn gemakkelijk vervormbaar omdat de ionen elkaars plaats kunnen innemen.

Doordat alle metalen opgebouwd zijn uit positieve metaalionen, kunnen de metaalionen van de ene atoomsoort zich schikken in een metaalrooster van een andere atoomsoort. Zo ontstaan legeringen, zoals je al weet uit thema 2. Brons is bijvoorbeeld een legering van tin en koper. Als de atomen van de atoomsoorten niet even groot zijn, zijn de ionen minder regelmatig geordend. Daardoor is het moeilijker om lagen metaalionen te verschuiven, waardoor de legering sterker is dan de zuivere metalen (zie afbeelding 93). Legeringen worden dus gemaakt om bepaalde minder goede eigenschappen te verbeteren.

Afb. 93

Een legering is een mengsel van twee metalen. Als de ionen van de twee atoomsoorten niet even groot zijn, is de rangschikking van de ionen minder regelmatig. Zo kunnen lagen van ionen minder goed schuiven ten opzichte van elkaar.

Heel wat eigenschappen van metalen, zoals geleidbaarheid van elektriciteit en warmte, massadichtheid, hoog smelt- en kookpunt, vervormbaarheid en de vorming van legeringen, kunnen verklaard worden op basis van de bouw van metalen.

` Maak oefening 1 en 2 op p. 262 en 263.

Verklaar waarom een metaal vervormbaar is als je erop slaat met een hamer, terwijl een ionrooster van een ionverbinding breekt/splijt.

Los het kruiswoordraadsel op. Let op: gebruik ook begrippen uit de weetjes.

Horizontaal

1 In diamant en grafiet zitten atomen in een ...

4 Een voorstelling van het aantal atomen van elke soort in een atoomverbinding

7 Elektrostatische aantrekkingskracht

8 Binding tussen C en H

10 Positief ion

12 Binding tussen Na en F

15 Het hebben van een volledig bezette buitenste schil

16 Positieve en negatieve ionen zitten in een ... ionrooster

17 Het verschijnsel dat een enkelvoudige, vaste stof in meerdere verschijningstoestanden kan voorkomen

18 Negatief ion

19 Binding tussen Fe en Fe

Verticaal

2 Alle atomen van eenzelfde soort

3 Een deeltje dat bestaat uit een welbepaald aantal atomen, die met een atoombindingen aan elkaar hangen

5 Een schematische voorstelling die weergeeft welke atomen aan elkaar gebonden zijn in een molecule

6 Mengsel van twee of meer metalen

9 Vaste metalen bestaan uit positieve metaalionen die gerangschikt zitten in een ...

11 Kracht die twee atomen/ionen samenhoudt

13 Geladen atoom

14 Geladen deeltjes die vrij bewegen in een metaalroost

` Verder oefenen? Ga naar .

Met uitzondering van de edelgassen, zijn stoffen verbindingen van meerdere atomen die ontstaan omdat atomen of elementen streven naar de edelgasconfiguratie. In een verbinding zijn atomen of ionen gebonden door een bepaald type binding

In een stof samengesteld uit metaal en niet-metaal, staat het metaal één of meerdere elektronen af aan het niet-metaal. Zo ontstaan positieve en negatieve ionen. Door de elektrostatische aantrekkingskracht tussen tegengesteld geladen ionen ontstaat een ionbinding. Door de regelmatige rangschikking van ionen ontstaat een ionrooster dat miljarden ionen bevat. Een ionverbinding stellen we voor met de formule-eenheid: dat is de kleinste verhouding van de positieve en negatieve ionen. Het is tevens het kleinste neutrale groepje van ionen in het rooster. Om te bepalen welke indexen geschreven worden in de formule-eenheid, gebruiken we de neutraliteitsregel

Als een stof opgebouwd is uit niet-metalen zijn de atomen verbonden door gemeenschappelijke elektronenparen Die gemeenschappelijke elektronenparen vormen de atoombindingen of covalente bindingen. Tussen twee atomen van niet-metalen kan een enkelvoudige, tweevoudige of drievoudige atoombinding worden gevormd. Meestal bestaat een atoomverbinding uit moleculen: deeltjes die opgebouwd zijn uit een welbepaald aantal verbonden atomen. De molecuulformule geeft de aard en het aantal (met een index) van elke atoomsoort in de molecule weer. De structuurformule geeft weer welke atomen aan elkaar gebonden zijn. Sommige enkelvoudige stoffen, zoals grafiet en diamant, bestaan uit een groot aantal atomen die verbonden zijn in een netwerk: een atoomrooster. De stof dijood vormt een moleculerooster.

Een metaal in vaste aggregatietoestand is opgebouwd uit een metaalrooster van positieve metaalionen met daartussen elektronen – afkomstig van de buitenste schil van de metaalatomen – die zich vrij kunnen bewegen. De aantrekking tussen de vrij bewegende elektronen en de metaalionen vormt de metaalbinding. Heel wat typische eigenschappen van metalen, zoals geleidbaarheid van warmte, elektriciteit, massadichtheid, vervormbaarheid, hoog smeltpunt en het vormen van legeringen, zijn te verklaren aan de hand van de bouw van metaalroosters.

Enkele niet-metalen en metalen hebben een belangrijk voorkomen of toepassing:

• zo bevat een potlood grafiet (koolstof) en zijn zuurstof- en stikstofgas hoofdbestanddelen van de atmosfeer;

• metalen zoals ijzer, koper en aluminium kennen dan weer verschillende toepassingen in de industrie.

©VANIN

Mijn samenvatting

BEKIJK DE KENNISCLIP

1 Begripskennis

• Ik kan beschrijven wat het verschil is tussen een binding en een verbinding.

• Ik kan bepalen in welke gevallen een ionbinding, atoombinding of metaalbinding wordt gevormd.

• Ik kan aangeven dat een atoombinding bestaat uit een gemeenschappelijk elektronenpaar.

• Ik kan een onderscheid maken tussen enkelvoudige, dubbele of drievoudige binding.

• Ik kan beschrijven wat een ionbinding, atoombinding en metaalbinding is.

• Ik kan de bouw van een ionverbinding, atoomverbinding en metaalverbinding beschrijven.

• Ik kan de bouw van een ionverbinding, atoomverbinding en metaalverbinding met elkaar vergelijken

• Ik ken het onderscheid tussen een ionrooster, atoomrooster, molecuulrooster en metaalrooster.

2 Onderzoeksvaardigheden

• Ik kan bepalen of een stof een ionverbinding, atoomverbinding of metaalverbinding is.

• Ik kan de formule-eenheid in een ionrooster aanduiden.

• Ik kan de neutraliteitsregel gebruiken om de formule-eenheid van een ionverbinding te schrijven.

• Ik kan de formule-eenheid van een ionverbinding en de molecuulformule van een atoomverbinding schrijven

` Je kunt deze checklist ook op invullen bij je Portfolio.

JANOG OEFENEN

Alle beetjes helpen!

Net zoals mensen elkaar kunnen helpen, doen atomen dat ook. Alle atomen streven een volledige bezette buitenste schil na.

Denk even terug aan de drie situaties in de CHECK IN. Over welk soort bindingen gaat het daar? Vul aan.

Situatie 1

Atomen met weinig elektronen op hun buitenste schil helpen atomen met een bijna volledige bezette buitenste schil, door elektronen naar hen over te dragen. Zo gaf in het voorbeeld op p. 234 Kalvin zijn dekentje af aan Fleur, net zoals een kalium een elektron overdraagt aan fluor.

Soort binding:

Situatie 2

Twee atomen die elk een bijna volledig bezette buitenste schil hebben, zullen elkaar helpen door elektronen met elkaar te delen. Net zoals Jody en Jodi een deken delen om het warm te krijgen, gaan twee jood-atomen elektronen delen.

Soort binding:

Situatie 3

Twee atomen met weinig elektronen op hun buitenste schil, staan beide hun elektronen af. Die elektronen bewegen vrij van het ene ion naar het andere, en het ‘spel’ van de elektronen houdt alles samen.

Soort binding:

Een metaal en een niet-metaal vormen een ionbinding, waarbij het metaal één of meer elektronen afstaat en een positief ion vormt; terwijl het niet-metaal die extra elektronen opneemt en een negatief ion vormt, zo konden ook Kalvin en Fleur elkaar helpen. Twee niet-metalen delen een elektronenpaar en gaan een atoombinding aan, net als Jodi en Jody. Metaalatomen kunnen ook onderling een metaalbinding aangaan door alle positieve metaalionen te vormen, net als Ali en Allison deden.

Notities