GENIE Chemie GO! - Leerschrift 4.2 by VAN IN

Chemie GO!

GENIE VA

4.2

LEER SCHRIFT

GENIE Chemie

VA N

GO!

4.2

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.

Chemie

4.2

VA N

GO!

GENIE

LET OP: ACTIVEER DEZE LICENTIE PAS VANAF 1 SEPTEMBER; DE LICENTIEPERIODE START VANAF ACTIVATIE EN IS 365 DAGEN GELDIG.

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, 2022

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. 32 Fast & Furious © Steve Lagreca / Shutterstock, p. 33 Archeologen © ANDREAS ARNOLD/DPA/AFP / Getty Images, p. 39 Destop © RVillalon / Shutterstock, p. 62 CaSO4.2H2O © molekuul.be / Alamy / Imageselect, p. 63 Baking Soda © DW labs Incorporated / Shutterstock, p. 111 Tankstation © DarSzach / Shutterstock, p. 145 Jupiler © defotoberg / Shutterstock, p. 150 Festival © Christian Bertrand / Shutterstock, p. 168 Voedingswaarden frisdrank © kiliweb per Open Food Facts / CC BY-SA 3.0, p. 172 Bier © Chones / Shutterstock, p. 181 Robert Boyle © Heinz-Dieter Falkenstein AGE / Imageselect, p. 181 Henri-Victor Regnault © Alamy / Imageselect, p. 181 Joseph Gay-Lussac © Neveshkin Nikolay / Shutterstock, p. 235 Jezushagedis Scott Linstead © Science Source/Imageselect

Eerste druk 2022 ISBN 978-94-641-7450-2 D/2022/0078/78 Art. 600384/01 NUR 126

Vormgeving en ontwerp cover: Shtick Tekeningen: Geert Verlinde, Tim Boers (Studio B) Zetwerk: Barbara Vermeersch

INHOUD THEMA 01: ANORGANISCHE STOFKLASSEN

` HOOFDSTUK 5: Zuurtegraad van een oplossing 1 12

VERKEN

` HOOFDSTUK 1: Verdere indeling van de materie

Organische en anorganische stoffen

Ionladingen van de elementen

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

` HOOFDSTUK 2: De oxiden

Wat is een oxide?

De metaaloxiden

1.1 pH-indicatoren

1.2 pH-meter

Buffer

` HOOFDSTUK 6: De zouten

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijke

ionlading

2.2 Metalen met meerdere mogelijke

ionladingen

De niet-metaaloxiden

Gebruik en toepassingen van oxiden

Reactiepatronen

5.1 Vorming metaaloxiden

5.2 Vorming niet-metaaloxiden

` HOOFDSTUK 3: De hydroxiden

Wat is een hydroxide?

Formule- en naamvorming

Gebruik en toepassingen van hydroxiden

Reactiepatroon

` HOOFDSTUK 4: De zuren

Wat is een zout?

Formule- en naamvorming

Waterstofzouten en hydraten

Gebruik en toepassingen van zouten

Reactiepatroon

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

VA N

pH en zuurtegraad van een oplossing

CHECK IN

PORTFOLIO CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

OEFEN OP DIDDIT

THEMA 02: ORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

VERKEN

` HOOFDSTUK 1: Organische chemie of koolstofchemie

Wat is een zuur?

Binaire zuren

Ternaire zuren

Gebruik en toepassingen van zuren

Reactiepatronen

Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

Notatiemogelijkheden van een organische stof

2.1 De brutoformule

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur 90 3

De stofklassen

` HOOFDSTUK 2: Alkanen Formule en systematische naam

1.1 Onvertakte alkanen

CHECK IN

138

1.2 Vertakte alkanen

VERKEN

139

Vertakte alkanen met 1 zijketen

B Vertakte alkanen met meerdere zijketens 99 2

Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

103

2.1 Fysische eigenschappen

103

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

107

Methaan

107

Ethaan

109

Propaan en n-butaan

109

n-octaan

111

` HOOFDSTUK 3: Alkenen 1

Formule en systematische naam

Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

112

117

2.1 Etheen

117

2.2 Propeen

118

Atoommassa

Molecuulmassa

142

Formulemassa

143

De mol als eenheid en de molaire massa

145

Omrekeningen gram/mol/aantal deeltjes

151

` HOOFDSTUK 3: Stoichiometrische vraagstukken 155 1

De molverhouding

155

Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

157

Vraagstukken waarbij 2 stofhoeveelheden

165

120

1.1 Methanol

120

Massaconcentratie

167

1.2 Ethanol

121

Molaire concentratie

169

Carbonzuren

124

Oplossingen verdunnen en indampen

173

2.1 Methaanzuur

125

2.2 Ethaanzuur

125

Oplossingen met verschillende concentraties aan opgeloste stof mengen

176

THEMASYNTHESE

127

CHECKLIST

129

PORTFOLIO CHECK IT OUT

AAN DE SLAG OEFEN OP DIDDIT

` HOOFDSTUK 4: Concentratie van een oplossing

160

Alcoholen

140

` HOOFDSTUK 2: De mol en het getal van Avogadro 145

zijn gegeven

` HOOFDSTUK 4: Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen 119

140

VA N

` HOOFDSTUK 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

THEMA 03: CHEMISCH REKENEN

Wat is een concentratie van een oplossing? 165

` HOOFDSTUK 5: Chemisch rekenen met gassen 1

178

Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

178

130

De algemene ideale gaswet

181

131

Omzettingen

183

De gaswet bij constante molhoeveelheid

185

187

THEMASYNTHESE

190

CHECKLIST

192

PORTFOLIO CHECK IT OUT

193

AAN DE SLAG

194

OEFEN OP DIDDIT

Ionisatie van zuren en ammoniak

243

3.1 Ionisatie van zuren

245

3.2 Ionisatie van ammoniak

248

Verband tussen zuurtegraad en concentratie van protonen

248

THEMASYNTHESE

252

CHECKLIST

254

` HOOFDSTUK 6: Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen

PORTFOLIO CHECK IT OUT

255

AAN DE SLAG

256

OEFEN OP DIDDIT

THEMA 04: POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

THEMA 05: REACTIESOORTEN

214

VERKEN

215

VA N

CHECK IN

` HOOFDSTUK 1: Polaire en apolaire bindingen en moleculen

216

CHECK IN

264

VERKEN

265

` HOOFDSTUK 1: Oplosbaarheid en mogelijke reacties

267

Het dipoolkarakter van water

216

De elektronegativiteit

218

Oplosbaarheid

267

Oplossingen mengen: mogelijke reacties

270

Polariteit van de binding

220

Polariteit van moleculen

222

` HOOFDSTUK 2: Intermoleculaire krachten Invloed van massa en polariteit op het kookpunt van een stof

228

Intermoleculaire krachten

230

2.1 De Londonkracht of Londondispersiekracht

230

2.2 Dipoolkracht

232

2.3 Waterstofbruggen

233

271

` HOOFDSTUK 3: Protonenoverdrachtsreacties

276

228

` HOOFDSTUK 3: Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen

` HOOFDSTUK 2: Ionuitwisselingsreacties

Zuur-base-neutralisatiereactie

Neutralisatie van een metaaloxide met een zuur

280

Neutralisatie van een niet-metaaloxide met een base

276

283

Protonenoverdracht met gasontwikkelingsreactie

286

236

Oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen

236

Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen

240

289

Definitie oxidatie en reductie

289

Oxidatiegetallen

292

Bepalen van de oxidator en reductor

297

Redoxreacties opstellen

299

THEMASYNTHESE

303

CHECKLIST

305

PORTFOLIO CHECK IT OUT

306

AAN DE SLAG

307

OEFEN OP DIDDIT

VA N

LABO'S

` HOOFDSTUK 4: Elektronenoverdrachtsreacties of redoxreacties

STEM-VAARDIGHEDEN (VADEMECUM)

STARTEN MET GENIE Opbouw van een thema CHECK IN

CHECK IN

Meten is weten?

In de CHECK IN maak je kennis

Goede mayonaise maken is niet gemakkelijk! Wil je het zelf eens proberen? Doe 4 eierdooiers in een maatbeker. Voeg er 1 eetlepel mosterd, 1 eetlepel azijn en een snuifje zout aan toe. Klop of mix dat door elkaar met de staafmixer.

met het onderwerp van het thema.

Voeg nu traag, beetje bij beetje, 4 dL olie toe tot het geheel een homogeen mengsel vormt. De zelfgemaakte mayonaise serveer je bijvoorbeeld bij frieten, smakelijk!

In het kadertje onderaan vind

Om zelf mayonaise te maken, is het belangrijk om de juiste hoeveelheden van de ingrediënten af te meten: 4 eierdooiers, 1 eetlepel mosterd, een snuifje zout …

je een aantal vragen die je op

mosterd zout

VERKEN

het einde van het thema kunt

suiker

beantwoorden.

ei olie

Een hoeveelheid stof afmeten OPDRACHT 1

Hoe meten we een hoeveelheid stof of stofhoeveelheid? 1

Weeg 4 g keukenzout af met de balans. In welke eenheid lees je de stofhoeveelheid op de weegschaal af?

Meet 50 mL water af in een maatcilinder. In welke eenheid lees je het volume van een vloeistof af?

Breng de 50 mL water over in een erlenmeyer en los er de 4 g keukenzout in op. Kun je een eenheid bedenken om aan te duiden hoeveel keukenzout er opgelost is?

citroensap Eenheden zoals een ‘snuifje’ of een ‘eetlepel’ zullen we echter in de chemielessen niet gebruiken. In de keuken

Hoewel we een aantal gram van een vaste stof wel vrij

VERKEN

kun je nog spelen met de hoeveelheden van ingrediënten, in de chemie is dat niet zo. Reagentia moeten in zeer nauwkeurige hoeveelheden worden samengevoegd. Zonder dat je het goed beseft, heb je als een echte chemicus misschien al vaak over concentraties van oplossingen nagedacht, iets wat tijdens het experimenteren in een labo heel vaak gebeurt.

nauwkeurig kunnen meten, moeten we nog het verband proberen te leggen met het aantal deeltjes van die stof,

want de voorgetallen in een reactievergelijking leren ons enkel hoeveel deeltjes van het ene reagens reageren met hoeveel deeltjes van het andere reagens. Ook bij vloeistoffen is dat een probleem: 1 druppel water bevat

In de verkenfase zul je

? ` Hoe kun je te weten komen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren? ` En hoe ga je die stofhoeveelheden afwegen? De massa van atomen is immers veel te klein.

bijvoorbeeld al oneindig veel moleculen water. Hoewel we een volume water vrij exact kunnen afwegen, moeten we dat nog kunnen uitdrukken in het aantal moleculen water.

merken dat je al wat kennis

VA N

We zoeken het uit!

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

hebt over het onderwerp

CHECK IN

dat in het thema aan bod komt. Jouw voorkennis

wordt hier geactiveerd.

Om stoffen beter te doen reageren, werken we in de chemie vaak met oplossingen. Maar dan hebben we nog een probleem: de massa van de oplossing afwegen

hoge druk – laag volume

of het volume van de oplossing afmeten zal ons nooit leiden tot de hoeveelheid stof die daarin werd opgelost. Tenslotte zijn er de gasvormige stoffen. Ook hier kunnen we alweer een bepaald volume afmeten, maar hoeveel gasdeeltjes zijn dat dan? Bovendien is het volume van

lage druk – hoog volume

een bepaalde hoeveelheid gas afhankelijk van andere parameters zoals druk en temperatuur. We leren in dit thema voor elke stof, in eender welke aggregatietoestand, een verband te leggen tussen de stofhoeveelheid en de massa of het volume. Eenmaal we zover zijn, kunnen we precies berekenen welke stofhoeveelheden van de reagentia moeten worden samengevoegd om een reactie optimaal te laten verlopen, zonder dat er verspilling optreedt.

HOOFDSTUK 2

De mol en het getal van Avogadro

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

VERKEN

139

LEERDOELEN Je kunt al:

DE HOOFDSTUKKEN

6,02 · 1023 atomen in 12 gram koolstof

L de atoommassa, molecuulmassa en formulemassa berekenen, uitgedrukt in unit.

Je leert nu:

L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro;

L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd;

De massa van een molecule of formule-eenheid is

onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan

Na het activeren van de voorkennis volgen een aantal hoofdstukken.

naar een veelvoud moleculen of formule-

eenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel

meetinstrument is immers in staat om, met zo’n

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

Een thema bestaat uit meerdere hoofdstukken. Doorheen de hoofdstukken

precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen.

verwerf je de nodige kennis en vaardigheden om uiteindelijk een antwoord

De mol als eenheid en de molaire massa

te geven op de centrale vraag of het probleem uit de CHECK IN.

OPDRACHT 4

Vul kolom 3 van de tabel aan met het juiste aantal eenheden. Voorwerp

Verzamelnaam

Aantal deeltjes

een paar schoenen

een dozijn eieren

THEMASYNTHESE een bak bier CHEMISCH REKENEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

138

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

145

gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> = het

A (massagetal) =

gewogen gemiddelde van alle relatieve

Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

atoommassa’s van de voorkomde isotopen

Grootheid

de relatieve massa van een molecule = de som van alle relatieve atoommassa's in de molecule

stofhoeveelheid (aantal deeltjes) stofhoeveelheid

molecuulmassa = de massa van een molecule

(aantal gram)

formulemassa = de massa van een formule-eenheid = de som van alle relatieve atoommassa's van de

stofhoeveelheid (aantal mol)

Symbool

Eenheid

deeltjes

mol

formule

CHECKLIST

stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveelheid JA

SYNTHESE EN CHECKLIST

— Ik kan het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van

We vatten de kern van het thema voor je samen

— Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

van een stof. Dat kan in aantal deeltjes, aantal gram

NOG OEFENEN

of aantal mol.

1 Begripskennis

Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro

atomen.

constante van Avogadro = een grootheid

— Ik kan uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de

symbool: NA

constante van Avogadro.

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

eenheid:

2 Onderzoeksvaardigheden

Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

— Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven.

molaire massa = molecuulmassa of

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen.

in de themasynthese. Vervolgens willen we graag

formulemassa, aangevuld met de eenheid

— Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de

g mol

waarin de stoffen reageren

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

Volg het stappenplan op p. 159.

op je taken en leert uit feedback. De checklist is

vraagstukken met 2 gegeven stofhoeveelheden

Extra stap in het stappenplan op p. 162:

een hulpmiddel om zelf zicht te krijgen of je de

— een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in

 Je kunt deze checklist ook op

deeltjes mol

zie schema op p. 154

molverhouding = de verhouding (in mol)

stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

— Ik kan het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie

dat je vorderingen maakt en dat je reflecteert

deeltjes mol

NA = de constante van Avogadro= 6,02 · 1023

invullen bij je Portfolio.

eerst beperkende reagens bepalen Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

een hoeveelheid oplosmiddel

leerdoelen al dan niet onder de knie hebt.

— concentratie = de verhouding opgeloste stof per

— massaconcentratie c =

m g ( ) V L

— molaire concentratie c =

n mol (eenheid: ) V L

zie schema op p. 172

hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale volume van de oplossing

190

192

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

GENIE Chemie GO! 4.2

STARTEN MET GENIE

CHECK IT OUT

Meten is weten?

In CHECK IT OUT pas je de vergaarde kennis en vaardigheden

Bekijk de video waarin 4 g ijzerpoeder en 7 g zwavel worden samengevoegd om ijzer(II)sulfide te bereiden volgens de reactie Fe + S → FeS. Die specifieke hoeveelheden zijn niet zomaar gekozen. Ze worden voorheen perfect stoichiometrisch berekend, zodat er niets overblijft van de reagentia en alles wordt omgezet naar ijzer(II)sulfide. De stofhoeveelheden werden nauwkeurig

toe om terug te koppelen naar de vragen uit de CHECK IN.

uitgerekend. Vanaf nu ben je daartoe zelf ook in staat. Ga maar eens na of de gekozen massa’s

Demovideo: ijzer(II)sulfide

ijzer en zwavel correct waren.

Maar wat gebeurt er als we diezelfde proef opnieuw uitvoeren met andere stofhoeveelheden? Je leerkracht maakt in 3 verbrandingskroesjes volgende mengsels klaar om ijzer(II)sulfide te bereiden: — mengsel 1: 7 g ijzerpoeder en 4 g zwavel — mengsel 2: 7 g ijzerpoeder en 7 g zwavel

— mengsel 3: 10 g ijzerpoeder en 4 g zwavel

Je leerkracht mengt beide reagentia goed en plaatst een dekseltje op de verbrandingskroesjes. De leerkracht zet de kroesjes op een driepikkel boven de bunsenbrander en wacht tot de mengsels reageren tot ijzer(II)sulfide. Zal dat steeds even goed werken, denk je? Waarneming:

Merk je enig visueel verschil tussen de 3 bekomen producten ?

Wat kun je daaruit afleiden?

AAN DE SLAG

Noteer de correcte naam van de verbindingen en bereken hun molecuul- of formulemassa. a

In het onderdeel Aan de slag

IN 3

Bereken de molecuul- of formulemassa van de moleculen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

van het thema maakt of

In de keuken kun je hoeveelheden meten of wegen om een gerecht te bereiden, maar voor een chemicus is een goede kennis van stoichiometrie onmisbaar. Zo kan die exact bepalen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren en hoe je de massa van atomen kunt berekenen.

CHECK IT OUT

Ag2S:

Twee van de ternaire zuren die je in thema 01 leerde kennen, hebben een massa van ongeveer 98 u. Over welke zuren gaat het?

de oefeningen op het einde

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

MgF2:

d Fe2O3:

Je leerkracht beslist of je

Is er een mengsel waarbij zowel alle zwavel als ijzer is weg gereageerd?

Besluit:

CaSO4:

b NaNO3:

kun je verder oefenen.

Na het afkoelen test je leerkracht bij de 3 kroesjes of het bekomen product wordt aangetrokken door een magneet. Wat kun je waarnemen?

AAN DE SLAG

H2:

d MgO:

doorheen de lessen.

193

O2:

b S8:

e f

SiCl4:

H2SO4:

Al(lO3)3:

Bereken de molecuul- of formulemassa van de onderstaande chemische stoffen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

CaCO3:

b Sil4: c

Be(OH)2:

d Al2(HPO4)3:

` Per thema vind je op

adaptieve

Wat bevat het grootste aantal moleculen: 1 mol stikstofgas of 1 mol zuurstofgas?

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

oefenreeksen om de leerstof verder in te oefenen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

VA N

194

LABO Naam:

ONDERZOEK

klas:

AAN DE SLAG

LABO’S

nummer:

Metalen herkennen 1

Ga zelf op onderzoek! Op

Onderzoeksvraag

Op basis van welke eigenschappen kun je metalen van elkaar onderscheiden?

Hypothese

Ik denk dat …

Scan de QR-code om je te helpen bij de hypothese.

staan een aantal labo’s

om verder experimenten uit te voeren.

TIP

EIGENSCHAPPEN METALEN

Benodigdheden

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

Check steeds goed de veiligheidsmaatregelen en gevaren van alle stoffen en materialen! Materiaal

Stoffen

magneet

ijzer (Fe)

maatbeker

lood (Pb)

bunsenbrander kroestang

magnesiumlint (Mg) koper (Cu) zink (Zn)

inox staal (legering van Fe) aluminium (Al)

H- en P-ZINNEN

2 onbekende metalen kraantjeswater

OPDRACHT 23

Werkwijze

Onderzoek welke metalen uit de lijst: a

b c

d e f

Schrijf de reactievergelijking voor de verbanding van koper tot koper(I)oxide.

Noteer de ladingen van de atomen voor en na de reactie:

zinken in een maatbeker met water; roest vertonen;

aangetrokken worden door een magneet; buigzaam zijn;

metaal

een bepaalde kleur hebben;

GEBRUIK BUNSENBRANDER

kroestang

snel ontvlammmen in de bunsenbrander.

Noteer je waarnemingen.

CuO

lading koper

bunsenbrander

Houd de stukjes metaal een voor een

lading zuurstof

in de vlam van de bunsenbrander. Noteer je waarnemingen.

LABO

597485_Genie CHEMIE KOV 3_1_LABOS.indd 245

ONDERZOEK 8

245

23/06/2021 12:57

Merk op dat zowel koper als zuurstof nu geladen ionen geworden zijn. Het koperion is na de reactie positief geladen en heeft dus elektronen afgestaan. Het oxide-ion is negatief geladen en heeft dus elektronen opgenomen. Er is dus een overdracht geweest van elektronen. We spreken daarom van een elektronenoverdrachtsreactie. Koperatomen werden dus omgezet in Cu2+-ionen door het afstaan van elektronen: ze werden geoxideerd. Oxidatie in haar elementaire betekenis

(opnemen van zuurstof) houdt dus eigenlijk de afgifte van elektronen in. Het deeltje dat de elektronen afstaat, noemen we de reductor. In deze reactie is kopermetaal de reductor: Cu –2 e- → Cu2+ Zuurstofatomen werden omgezet in oxide-ionen door de opname van elektronen: ze werden gereduceerd. Het deeltje dat de elektronen opneemt, noemen we de oxidator. In deze reactie is zuurstof de oxidator: O2 + 4 e- → 2 O2Oxidatie en reductie zullen steeds tegelijkertijd moeten plaatsvinden: als een element elektronen kwijt wil, dan moet er ook een element zijn dat

LEREN LEREN •

de elektronen wil ontvangen. Omdat de reductie en oxidatie altijd samen gebeuren, spreken we ook wel over redoxreacties. Bij de oxidatie van koper door zuurstofgas staat de reductor (Cu) de elektronen af aan de oxidator (O2). De afzonderlijke oxidatie en reductie

In de linkermarge naast de theorie is er plaats om zelf

noemen we halfreacties of deelreacties. Voor de verbranding van koper zijn dit:

notities te maken. Noteren tijdens de les helpt je om de

— oxidatie: Cu - 2 e- → Cu2+

— reductie: O2 + 4 e- → 2 O2-

leerstof actief te verwerken.

•

waarin we alles voor jou nog eens op een rijtje zetten.

We kunnen het volledige proces voorstellen in een schema (zie afb. 150).

vind je per themasynthese een kennisclip

GENIE Chemie GO! 4.2

STARTEN MET GENIE

De twee halfreacties worden dan aangeduid door middel van twee pijlen.

290

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

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

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

deze rode kaders.

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

TIP

In de tipkaders vind je handige tips terug bij het

illustreert de leerstof met een extra voorbeeld.

uitvoeren van de onderzoeken of opdrachten.

VA N

Een weetjeskader geeft extra verduidelijking of

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!

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;

•

…

•

GENIE Chemie GO! 4.2

STARTEN MET GENIE

GENIE EN DIDDIT Het onlineleerplatform bij GENIE Chemie GO! 4.2 Materiaal

Hier vind je het lesmateriaal en de online-oefeningen. Gebruik de filters bovenaan, de indeling aan de linkerkant of de zoekfunctie om snel je materiaal te vinden.

Lesmateriaal

Hier vind je het extra lesmateriaal bij GENIE Chemie GO! 4.2, zoals video’s, audio’s, pdf's, ontdekplaten …

Oefeningen

De leerstof kun je inoefenen op jouw niveau. Je kunt hier vrij oefenen.

VA N

• •

Opdrachten

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

Evalueren

Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten

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

Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en evaluaties? Hier vind je een helder overzicht van je resultaten.

Portfolio

Hier kun je je eigen vaardigheden en kennis inschatten. Je leerkracht geeft vervolgens feedback op jouw zelfevaluatie – zodat je weet waar je nog extra op kunt oefenen – en kan op basis daarvan ook opdrachten geven.

E-book

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

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!

GENIE Chemie GO! 4.2

STARTEN MET GENIE

DOWNLOAD 3D-APP

VA N

THEMA 01 ANORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

Spreek jij chemisch? Eind 1997 werd door het ESEF (European Science and Environment Forum) een enquête gedaan in de straten van Londen. Aan toevallige voorbijgangers werd het volgende voorgelegd:

'De industrie maakt veelvuldig gebruik van diwaterstofmonoxide. Deze chemische stof wordt in grote hoeveelheden teruggevonden in rivieren en wordt aangetroffen in voedingsmiddelen.

— Ze is het hoofdbestanddeel van zure regen. — Ze draagt bij tot erosie.

— Ze verlaagt het remmend vermogen van een auto. De stof beïnvloedt ook de gezondheid van de mens:

Ze heeft daarnaast een grote invloed op het milieu:

— In gastoestand kan ze ernstige brandwonden veroorzaken. — Ze kan overvloedig zweten en braken veroorzaken. — In de longen kan ze de dood veroorzaken.

VA N

— Ze wordt ook teruggevonden in kankercellen.'

Vind jij dat dat product aan een strikte reglementering zou moeten worden onderworpen of misschien zelfs

verboden zou moeten worden door de Europese Unie? En wat denken je klasgenoten? Jouw antwoord:

JA / NEE

Antwoord klasgenoten: aantal leerlingen JA:

aantal leerlingen NEE:

Wat denk je dat de meeste mensen van Londen geantwoord hebben? Ontdek het via de

QR-code!

bijlage: enquête

? ` Zit er een logica in de naamgeving van stoffen? ` Kan een chemicus over de taalgrenzen heen duidelijk maken over welke stof die het heeft? We zoeken het uit!

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

CHECK IN

VERKEN

Voorstelling van chemische stoffen OPDRACHT 1

Verbind elke omschrijving met het juiste begrip. ⦁

⦁

opgebouwd uit verschillende soorten moleculen

mengsel

⦁

opgebouwd uit 1 soort atomen

enkelvoudige stof

⦁

opgebouwd uit 1 soort moleculen/formule-eenheden

samengestelde stof

⦁

opgebouwd uit verschillende atoomsoorten

OPDRACHT 2

Bekijk de volgende voorstellingen.

zuivere stof

Wat kun je uit deze voorstellingen afleiden?

— Dit is een voorstelling van een zuiver(e) stof / mengsel. — Het aantal atoomsoorten is:

VA N

— Het aantal moleculen is:

— Dit is een voorstelling van een enkelvoudige stof / samengestelde stof. — De chemische formule die bij deze voorstelling hoort is:

OPDRACHT 3

Noteer het gevraagde. a

het symbool van het metaal met het kleinste aantal elektronen uit periode 2:

b het symbool van het deeltje met 2 bezette schillen en 7 valentie-elektronen:

de formule van het ion dat gevormd wordt als magnesium de edelgasconfiguratie bereikt heeft:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

VERKEN

OPDRACHT 4

Fris je kennis rond de elektronenconfiguratie op. Teken de elektronenconfiguratie van stikstof.

b Welke edelgasconfiguratie wil stikstof bereiken? c

Op welke manier kan stikstof deze elektronenconfiguratie bekomen?

d Wat is de symbolische voorstelling van het deeltje dat dan gevormd wordt? OPDRACHT 5

VA N

Via welk bindingstype worden de volgende elementen aan elkaar gebonden? En welke formule wordt er gevormd? Vul de tabel aan.

Binding tussen:

Ca en O

N en H C en O

Al en Cl

OPDRACHT 6

Atoombinding of ionbinding?

atoombinding ionbinding

Formule-eenheid of molecuulformule

Teken de structuurformule van de atoomverbindingen uit opdracht 5.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

VERKEN

HOOFDSTUK 1

Verdere indeling van de materie LEERDOELEN Je kunt al:

L zuivere stoffen verder indelen in enkelvoudige en samengestelde stoffen; L ionvorming van metalen en niet-metalen noteren.

L zuivere stoffen en mengsels van elkaar onderscheiden;

Vorig schooljaar lag de focus op de

enkelvoudige stoffen. We zijn gestart met

het onderzoeken van de materie. We hebben de materie ingedeeld in mengsels en zuivere

Je leert nu:

stoffen. De zuivere stoffen konden nog

L de samengestelde stoffen verder indelen in anorganische en organische samengestelde stoffen;

verder ingedeeld worden in samengestelde stoffen en enkelvoudige stoffen.

L de anorganische stoffen indelen in hun stofklasse;

Dit jaar gaan we dieper in op de

VA N

L formules opstellen aan de hand van de ionlading;

samengestelde stoffen. De samengestelde

L de algemene principes van naamgeving bij anorganische

stoffen kunnen nog verder ingedeeld

stoffen.

worden in anorganische en organische stoffen.

Organische en anorganische stoffen

Alle stoffen die afkomstig zijn van de levende natuur worden ingedeeld bij de organische stoffen. Vetten, eiwitten, suiker … behoren allemaal tot de organische stoffen. Maar ook alle aardolieproducten behoren tot de organische stoffen. Ze ontstaan uit afgestorven, kleine organismen die onder hoge druk en een hoge temperatuur in fossiele brandstoffen omgezet worden, zoals steenkool, aardolie of aardgas. Voorbeelden van organische stoffen zijn aardgas en eiwitten in vlees:

Afb. 1 Eiwitten in vlees zijn organische stoffen.

Afb. 2 Aardgas is een organische stof.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

WEETJE Vroeger ging men ervan uit dat organische stoffen niet in een laboratorium konden worden gemaakt. In 1828 werd dat idee ontkracht: toen werd ureum, een stof aanwezig in urine, gemaakt uit alleen maar anorganische stoffen. En er zijn zelfs een heleboel stoffen die, omwille van hun chemische structuur, tot de organische stoffen behoren, maar zelfs niet door levende organismen worden gemaakt. Dat zijn de kunststoffen.

Een andere, betere naam voor organische stoffen is koolstofverbindingen,

want dat hebben al die stoffen gemeenschappelijk: ze bevatten allemaal het element koolstof. Maar de indeling ‘organische en anorganische stoffen’ is zodanig ingeburgerd dat die nog steeds wordt gebruikt.

Een andere naam voor anorganische stoffen is minerale verbindingen. Die

stoffen zijn afkomstig van de levenloze natuur. Denk maar aan bijvoorbeeld mineralen en gesteenten.

De onderstaande tabel geeft de eigenschappen van de anorganische en de

VA N

organische stoffen weer: Anorganische stoffen (minerale verbindingen)

afkomstig van de levenloze natuur

Organische stoffen (koolstofverbindingen)

afkomstig van de levende of afgestorven natuur

uitgebreide keuze uit atoomsoorten:

beperkte keuze uit atoomsoorten:

92 elementen van het PSE

steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen)

beperkt aantal atomen per

aantal atomen per molecule kan

verbinding

gaan van heel weinig (5) tot enorm veel (>100 000)

totale verzameling van verbindingen

is beperkt

is zeer uitgebreid

atoombindingen, ionbindingen,

voornamelijk atoombindingen

metaalbindingen

Tabel 1 Eigenschappen van anorganische en organische stoffen

OPDRACHT 7

Omcirkel alle anorganische stoffen. a

NaOH

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

C5H12

HOOFDSTUK 1

CH3OH

NH3

Je vindt het misschien raar dat de groep van organische verbindingen veel uitgebreider is dan die van de anorganische verbindingen. Voor de organische verbindingen kun je maar gebruikmaken van een zeer beperkt aantal elementen, terwijl je voor de anorganische verbindingen gebruik kunt maken van ongeveer alle elementen uit het PSE. Je kunt dat gemakkelijk begrijpen als je aan legoblokjes denkt. Om de organische verbindingen te vormen, kun je kiezen uit ongeveer 10 kleuren. Om de anorganische verbindingen te maken, mag je gebruikmaken van 92 verschillende kleuren legoblokjes. Hoe komt het dan dat je veel meer verschillende bouwwerken kunt maken met slechts zo’n beperkt aantal kleuren van blokjes? Je kunt misschien maar kiezen uit 10 kleuren, maar je kunt wel heel veel blokjes in eenzelfde bouwwerk steken. Voor de anorganische verbindingen mag een bouwwerk (formule-eenheid of

molecule) slechts uit een zeer beperkt aantal blokjes bestaan. Daarom is de groep van de anorganische verbindingen minder uitgebreid.

De indeling in organische en anorganische stoffen is niet altijd even

gemakkelijk. Zo zul je bijvoorbeeld CO2 waarschijnlijk bij de organische

verbindingen indelen. Het is namelijk afkomstig van de levende natuur –

we ademen het uit – en de formule bevat ook het element koolstof. Toch zul je ontdekken dat de stof tot de anorganische stoffen behoort. Naast

CO2 zijn er nog moleculen die, ook al bevatten ze het element koolstof, toch

niet tot de organische verbindingen behoren. We gaan later verder in op die

VA N

uitzonderingen. WEETJE

Het is niet omdat organische stoffen afkomstig zijn van levende organismen, dat er in een levend organisme geen anorganische stoffen aanwezig zijn. Zoals je kunt zien op afb. 3, bestaat het menselijk lichaam zelfs voor het

anorganische samenstelling 6%

grootste deel uit anorganische

organische samenstelling 24 %

stoffen: water is namelijk een

water 70%

anorganische stof.

Afb. 3 Ons lichaam bestaat voor 70 % uit water.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Anorganische stoffen (minerale verbindingen) afkomstig van de levenloze natuur

Organische stoffen (koolstofverbindingen) afkomstig van de levende of afgestorven natuur

uitgebreide keuze uit atoomsoorten:

beperkte keuze uit atoomsoorten:

92 elementen van het PSE

steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen)

beperkt aantal atomen per

aantal atomen per molecule kan

verbinding

gaan van heel weinig (5) tot enorm veel (>100 000) totale verzameling verbindingen is

beperkt

zeer uitgebreid

totale verzameling verbindingen is atoombindingen, ionbindingen, metaalbindingen

Ionladingen van de elementen

VA N

voornamelijk atoombindingen

Je leerde al dat de ionlading van een element af te leiden is uit de positie op het periodiek systeem. Alle elementen streven naar een edelgasconfiguratie en gaan daarom ofwel elektronen afstaan (positieve ionlading) of opnemen (negatieve ionlading). Je leerde dat: elementen uit groep Ia

alkalimetalen

ionlading 1+

elementen uit groep IIa

aardalkalimetalen

ionlading 2+

elementen uit groep IIIa

aardmetalen

ionlading 3+

elementen uit groep IVa

C-groep

ionlading 4+

elementen uit groep Va

N-groep

ionlading 3-

elementen uit groep VIa

O-groep

ionlading 2-

elementen uit groep VIIa

halogenen

ionlading 1-

Maar wat met de overgangselementen? Je leerde dat de overgangselementen ionlading 2+ hebben, maar hun naam zegt het zelf: die elementen durven al eens overgaan naar een andere lading. Bijvoorbeeld: — Koper zal voorkomen als Cu2+ en Cu+.

— IJzer komt dan weer voor als Fe2+ en Fe3+.

Voor die elementen zul je dus in de naam moeten verduidelijken over welk ion het gaat.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Er zijn ook een paar niet-overgangselementen met verschillende mogelijke ionladingen, elementen die dus afwijken van de kolomregel hierboven. Lood en tin zijn daarvan voorbeelden. Waarom dat sommige elementen in ‘afwijkende’ ionladingen voorkomen, leer je in de derde graad. We sommen de belangrijkste elementen die meerdere ionen vormen, waarbij je dus goed moet opletten bij de naamgeving van de stoffen, even op in een tabel: Element

Mogelijke ionlading

ijzer Fe

Fe , Fe

lood Pb

Pb4+, Pb2+

koper Cu

Cu2+, Cu+

tin Sn

Sn4+, Sn2+

TIP

zilver Ag

Ag+

Ook zilver (Ag) wijkt als overgangselement af van de 2+ ionlading. Zilver vormt altijd een 1+ ion, maar omdat het element dus maar

1 mogelijke ionlading heeft, zorgt dat niet voor extra moeilijkheden

VA N

bij de naamgeving.

OPDRACHT 8

Vul de ionlading aan van de overeenkomstige elementen. Element

zuurstof

ijzer zink

fosfor

chloor zilver

magnesium koper

zwavel

Symbool met ionlading

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

Je weet nu dat we stoffen kunnen indelen in anorganische stoffen (minerale verbindingen) en organische stoffen (koolstofverbindingen). In dit thema zul je ook leren hoe de moleculevorming en naamgeving gebeurt bij anorganische samengestelde stoffen. In thema 02 leer je alles over de organische stoffen. Verbindingen vertonen analoge chemische eigenschappen door de

aanwezigheid van eenzelfde atoom of atoomgroep: de chemische functie

of functionele groep. Dat laat toe de verbindingen te ordenen in chemische verbindingsklassen of stofklassen. De anorganische samengestelde stoffen worden onderverdeeld in 4 stofklassen: de oxiden, de hydroxiden, de

zuren en de zouten. In de volgende tabel vind je de basisstructuur van elke stofklasse. Stofklasse functionele

Oxiden

Hydroxiden

Zuren

VA N

groep

algemene

Zouten

geen functionele groep

MO of nMO

MOH

-oxide

-hydroxide

-ide

-aat

-iet

formule

uitgang naam

M = metaal, nM = niet-metaal, O = zuurstof, H = waterstof, Z = zuurrest (zie verder bij de zuren) = nM of nMO Tabel 2 Overzicht opbouw anorganische stofklassen

Opmerking:

Stoffen waarvan de formule bestaat uit slechts 2 elementen noemen we binaire stoffen. Stoffen die bestaan uit 3 elementen noemen we ternaire verbindingen. Zouten die het ammoniumion NH4+ bevatten,

worden zeer specifiek ook ammoniumzouten genoemd.

OPDRACHT 9

Deel de onderstaande stoffen aan de hand van hun formules in de juiste stofklasse in. Verklaar je antwoord door te verwijzen naar de algemene formule uit tabel 2. Cl2O3: AlCl3:

Mg(OH)2: HNO3: CaO: Al2(SO4)3:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Indien je een formule van een samengestelde stof krijgt, dan kun je op basis van de algemene formule uit de bovenstaande tabel de stof in de juiste stofklasse indelen. Het volgende schema kan je helpen om dat efficiënt aan te pakken: Bestaat de formule uit 2 elementen en eindigt het op 'O'? JA

NEE

Het is een oxide

Begint de formule met een metaal of NH4+ en eindigt het op 'OH'? NEE

Begint de formule met 'H'?

Het is een hydroxide

NEE

Het is een zuur

Het is een zout

VA N

Eindigt de formule op 'O'? NEE

Het is een

binair zuur

ternair zuur

binair zout

ternair zout

Schema 1 indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule

OPDRACHT 10

Vul aan met de juiste stofklasse voor de gegeven formules. Gebruik schema 1.

Formule

Al2O3

Zn(OH)2 P205 HCl

HNO3 CaS

Mg(NO3)2

Stofklasse

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Wanneer we de naam van verschillende anorganische stoffen bekijken, valt het op dat we ze in 3 groepen kunnen indelen: Groep 1 Ionverbindingen waarbij het metaal slechts 1 mogelijke ionlading heeft De naam is zo beknopt mogelijk: de naam van het metaal (in deze voorbeelden respectievelijk natrium en aluminium) + de juiste uitgang afhankelijk van de stofklasse (in deze voorbeelden oxide). Na2O

natriumoxide aluminiumoxide

Al2O3

Zowel natrium als aluminium hebben slechts 1 mogelijke ionlading in een samengestelde stof. Met behulp van de kennis van de

ionladingen en de neutraliteitsregel kun je gemakkelijk zelf de

formule opstellen, daarom bevat de naam alleen de essentiële onderdelen.

Groep 2 Ionverbindingen waarbij het metaal meerdere mogelijke ionladingen heeft

VA N

Er zijn 2 manieren om de naam weer te geven: — Voor de systematische naam noteer je het Griekse telwoord voor de index dat bij het eerste element staat. Vervolgens noteer je de naam van het eerste element. Daarna het Griekse telwoord

voor de index dat bij het laatste deel van de formule staat en tot slot de juiste uitgang.

— Voor de stocknotatie noteer je de naam van het metaal. Achter dat metaal schrijf je tussen haakjes de waarde van de lading (in Romeinse cijfers) en je eindigt met de juiste uitgang.

FeO

ijzermonoxide of ijzer(II)oxide

Fe2O3

diijzertrioxide of ijzer(III)oxide

Van ijzer bestaan er 2 mogelijke oxiden. Om verwarring te vermijden, moet er extra informatie in de naam aanwezig zijn: met de naam 'ijzeroxide' kun je niet weten of je de formule FeO

of Fe2O3 moet schrijven.

Groep 3 De atoomverbinding tussen niet-metalen Twee niet-metalen kunnen onderling verschillende verbindingen vormen. Voor de naam wordt ook hier de systematische naam gebruikt: je noteert het Griekse telwoord voor de index dat bij het eerste element staat. Vervolgens noteer je de naam van het eerste element, dan het Griekse telwoord voor de index dat bij het laatste deel van de formule staat, en tot slot de juiste uitgang.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

koolstofmonoxide

CO2

koolstofdioxide

Ook hier zijn er verschillende oxiden van koolstof mogelijk. Er is een zeer groot verschil tussen die 2 stoffen. Omdat het echt belangrijk is dat er geen twijfel bestaat, wordt het Griekse telwoord 'mono' vaak expliciet geschreven. Je hebt al het schema gezien waarmee je op basis van een gegeven formule de stof kunt indelen in de juiste stofklasse. Het volgende schema helpt je om op basis van een gegeven naam de stof in te delen in de juiste stofklasse:

Eindigt de naam op 'hydroxide'? JA

NEE

Het is een hydroxide

Eindigt de naam op 'oxide'? JA

NEE

Het is een oxide

Eindigt de naam op 'zuur'

of begint de naam met 'waterstof'? NEE

VA N

JA Het is een zuur

Het is een zout

Eindigt de

Eindigt de naam

Eindigt de

Eindigt de naam

naam op -ide?

NIET op -ide?

naam op -ide?

NIET op -ide?

Het is een

binair zuur

ternair zuur

binair zout

ternair zout

Schema 2 Indeling van anorganische stoffen op basis van een naam

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 11

Vul aan met de juiste stofklasse voor de gegeven stofnamen. Gebruik schema 2. Naam

Stofklasse

magnesiumoxide

calciumhydroxide

distikstofpentaoxide

waterstofbromide

waterstofsulfaat

natriumsulfide magnesiumnitraat

dichloorheptaoxide

ammoniumhydroxide

waterstofsulfaat

koper(II)oxide

natriumoxide

calciumnitraat

ammoniumchloride

VA N

waterstofsulfide

waterstofnitriet

koolstofdioxide

OPDRACHT 12

DOORDENKER

Combineer de elementen. Gegeven elementen:

Welke elementen moet je combineren om een formule, die tot de volgende stofklasse behoort, te vormen? Zet ze ook in de juiste volgorde: niet-metaaloxide:

metaaloxide: hydroxide:

ternair zuur:

ternair zout:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 13 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je anorganische stoffen kunt indelen op basis van analoge chemische eigenschappen. Ga naar

en voer het labo uit.

De functionele groep is een atoomgroep die bepaalt dat verbindingen analoge chemische eigenschappen vertonen. Op basis van die functionele 4 stofklassen:

oxiden: MO of nMO

groep kunnen we anorganische samengestelde stoffen onderverdelen in

hydroxiden: MOH

zuren: HZ

zouten: MZ

Naamgeving van anorganische samengestelde stoffen:

— Voor metalen met slechts 1 mogelijke ionlading ga je als volgt te werk om

VA N

de naam te geven: •

naam van het metaal + juiste uitgang (oxide, hydroxide …) afhankelijk

van de stofklasse

— Voor metalen met meerdere mogelijke ionladingen heb je 2 opties om de naam te geven: •

systematische naam: je maakt gebruik van de Griekse voorvoegsels

om de indexen weer te geven:

Grieks telwoord + naam van het metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

•

stocknotatie: je noteert de ionlading van het eerste element tussen

haakjes achter de naam van dat element, maar zonder het plusteken: naam van het metaal (ionlading van het element zonder plusteken) + juiste uitgang

— Voor atoombindingen maak je altijd gebruik van de Griekse voorvoegsels: Grieks telwoord + naam van het eerste niet-metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 70-71.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

De oxiden

10,81 13 LEERDOELEN

12,01

Al-

L een formule opstellen met behulp van ionladingen; L de algemene formule van een oxide schrijven. Je leert nu: L de algemene formule van een oxide; L de oxiden verder indelen in metaaloxiden en

Ga gallium

69,72

niet-metaaloxiden;

32,07 34

ium

german

72,64

arseen

74,92

seleen

78,96

Je hebt misschien al wel eens gehoord over

VA N

L de eigenschappen en toepassingen van oxiden;

L de formule van oxiden opstellen; L de naam van oxiden opstellen;

oxideren en ook vorig jaar maakte je al kennis met het gevarenlogo voor oxiderende stoffen. Wanneer ijzer roest, ontstaat er een oxide. De gevormde stof is een zeer brosse

L via welke chemische reactie je een oxide kunt vormen.

verbinding: het heeft andere eigenschappen dan het oorspronkelijke metaal.

Wat is een oxide?

Wanneer een element een binding aangaat met zuurstof, ontstaat er een oxide. Concreet kun je dat doen door een stof te verbranden. Oxiden zijn binaire verbindingen en zijn dus opgebouwd uit 2 atoomsoorten:

een metaal of niet-metaal enerzijds en zuurstof anderzijds, waarbij zuurstof

Cl2O3

Fe2O3 zilveroxide

koolstofmonoxide magnesiumoxide

N2O

CO2

Li O

3 lithiumoxide 2

ijzeroxide CrO 3 looddioxide

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

altijd als laatste wordt geschreven. We spreken respectievelijk dan ook over metaaloxiden en niet-metaaloxiden. Aangezien alle oxiden het element zuurstof gemeenschappelijk hebben, is zuurstof de functionele groep. De oxiden kunnen nog verder worden ingedeeld: — metaaloxiden MO

— niet-metaaloxiden nMO

De metaaloxiden zijn ionverbindingen aangezien ze opgebouwd zijn uit een metaal en een niet-metaal terwijl de niet-metaaloxiden atoombindingen zijn, want ze zijn opgebouwd uit 2 niet-metalen.

HOOFDSTUK 2

Cl-

chloor

zwavel

fosfor

30,97

19,00

28,09

16,00

basis van een gegeven naam of formule;

silicium

m aluminiu

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse ,9 op8

14,01

fluor

f zuursto

stikstof

koolstof

boor

Je kunt al:

35,45 35

broom

79,90

Ne neon

20,18 2 18

De metaaloxiden

Zoals we in hoofdstuk 1 al hebben vermeld, moeten we bij de ionverbindingen, wat metaaloxiden zijn, een onderscheid maken tussen:

argon

39,95

— metalen met meerdere mogelijke ionladingen.

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijke ionlading

krypton

Die metalen kunnen slechts 1 oxide vormen. Van zodra je weet over welk

83,80

metaal het gaat, kun je gemakkelijk zelf door middel van de neutraliteitsregel of kruisregel de formule vormen. Het is dus niet nodig om het aantal ionen

van elke soort in de naam te vermelden. De naam bevat alleen de naam van het metaalion met als uitgang ‘oxide’.

VOORBEELD FORMULE EN NAAM VAN EEN METAAL MET 1 LADING De naam en formule van het oxide van natrium (Na)

VA N

— natrium: 1+

want in groep Ia

— zuurstof: 2-

want in groep VIa

Omwille van de neutraliteitsregel heb je 2 natriumionen nodig en

1 oxide-ion:

TIP

2- 1+

Bij de kruisregel plaats

Of je gebruikt de kruisregel:

je de lading van het

— Natrium staat in groep Ia en heeft dus een ionlading van 1+.

eerste element als index bij het tweede element en omgekeerd.

— metalen met slechts 1 mogelijke ionlading;

— Zuurstof staat in groep VIa en heeft een ionlading van 2-.

— Je noteert de waarde van de ionlading van natrium bij zuurstof en omgekeerd.

Hierdoor bekom je: Na2O1 → Na2O De waarde 1 mag je weglaten. Als je nog kunt vereenvoudigen, dan doe je dat ook. De formule-eenheid is dus Na2O en de naam natriumoxide.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

De formule van aluminiumoxide Uit de naam halen we al dat de formule Al en O bevat. Aluminium heeft slechts 1 mogelijke ionlading, daarom moeten we de neutraliteitsregel of kruisregel toepassen om de formule te vormen. — aluminium: 3+ — zuurstof: 2-

want groep IIIa want groep VIa Al

Hierdoor bekom je als formule-eenheid voor aluminiumoxide: Al2O3. Je ziet dus dat je moet opletten wanneer de naam gegeven is voor metalen met slechts 1 mogelijke ionlading. Uit de naam

aluminiumoxide kun je namelijk niet gemakkelijk de formule Al2O3

afleiden. OPDRACHT 13

Oefen de formule en naam van een metaal met 1 ionlading.

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het oxide van magnesium.

VA N

Wat is de juiste formule van lithiumoxide?

2.2 Metalen met meerdere mogelijke ionladingen Hier zijn er meerdere oxiden mogelijk. Het is dus belangrijk dat er in de naam extra informatie wordt gegeven om te weten over welk oxide het juist gaat. Elke stof moet namelijk een unieke naam krijgen en bij elke naam hoort er slechts 1 stof: — Ofwel wordt er gebruik gemaakt van de stocknotatie waarbij de

ionlading van het metaal tussen haakjes achter de naam van het metaal wordt genoteerd met een Romeins cijfer. Dus: metaal + (ionlading) + oxide

— Ofwel wordt de systematische naam gebruikt: hierbij wordt het aantal

ionen van elke soort weergegeven met behulp van Griekse telwoorden. Dus: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 14

Oefen de formule en naam van metalen met meerdere mogelijke ionladingen. 1

Bepaal de formule van alle mogelijke oxiden van ijzer (Fe). +III

+II Kruisregel

Formule-eenheid

Stocknotatie Systematische naam

Geef een correcte naam voor de volgende metaaloxiden, gebruik de stocknotatie waar nodig: Stofklasse

VA N

Naam Fe2O3

MgO CaO

Ag2O

Cu2O

Al2O3

Vorm de formule-eenheid via de kruisregel en geef de systematische naam van lood(II)oxide.

Wat is de stocknotatie van dikoperoxide? a

Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bereken de ionlading van koper in deze stof:

Noteer de stocknotatie van deze stof: GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

De niet-metaaloxiden

Niet-metaaloxiden zijn atoombindingen die in veel verschillende verhoudingen kunnen binden. Je zult dus altijd een systematische naam krijgen met Griekse telwoorden die aangeven hoeveel keer je elk atoom moet nemen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + niet-metaal OPDRACHT 15

Formule

Noteer de naam en formule van alle oxiden van chloor (Cl).

Systematische naam

dichlooroxide

dichloorpentaoxide

Cl2O3

Cl2O7

VA N

OPDRACHT 16

Geef een correcte naam voor de volgende niet-metaaloxiden. Vul de tabel aan.

Formule

Naam

CO2

P2O5

N2O4

SO3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

— Oxiden zijn binaire verbindingen: ze zijn opgebouwd uit een metaal of een niet-metaal en zuurstof. Er bestaan 2 soorten oxiden: •

metaaloxiden: MO

•

niet-metaaloxiden: nMO

— De functionele groep is zuurstof. — Metaaloxiden:

→ metalen met slechts 1 mogelijke ionlading: •

formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal + oxide

→ metalen met meerdere mogelijke ionladingen: formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

•

systematische naam = Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

•

stocknotatie = metaal + (ionlading) + oxide

— Niet-metaaloxiden: •

formule: meerdere mogelijkheden, uit de systematische naam weet je over welk niet-metaaloxide het gaat.

•

altijd de systematische naam: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

Gebruik en toepassingen van oxiden

VA N

•

Je staat er waarschijnlijk niet altijd bij stil, maar je wordt omringd door oxiden. Scan de QR-code en ontdek de belangrijkste toepassingen van oxiden via de ontdekplaat.

Eén van de meest gekende oxiden is ongetwijfeld koolstofdioxide of koolzuurgas CO2. Het is een zeer belangrijk broeikasgas, dat ontstaat bij de volledige verbranding van fossiele brandstoffen. Verder wordt het ook

gebruikt in drank met prik. Je hebt thuis misschien een toestel om zelf spuitwater of limonade te maken. Dat is gevuld met koolstofdioxide onder hoge druk.

ontdekplaat: anorganische stofklassen

Afb. 4 Koolstofdioxide ontstaat bij heel wat verbrandingsprocessen.

Maar dat gas zit ook in sommige brandblusapparaten. Aangezien koolstofdioxide een hogere dichtheid heeft dan lucht, stijgt het gas niet en zorgt het ervoor dat er geen zuurstofgas meer aan het vuur kan waardoor het vuur dooft.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

Wanneer koolstofdioxide zodanig wordt afgekoeld dat het vast wordt, wordt het droogijs genoemd. Dat wordt vooral als koelmiddel gebruikt, maar ook als ‘showeffect’ bij optredens, bepaalde cocktails … Pas toch op met die stof. Zoals gezegd: koolstofdioxide heeft een hogere dichtheid dan lucht, dus bij heel grote hoeveelheden kun je sterven door zuurstofgebrek. Afb. 5 Koolstofdioxide als droogijs

Wanneer fossiele brandstoffen verbrand worden in zuurstofarme omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer een schoorsteen onvoldoende lucht en dus ook zuurstofgas doorlaat, ontstaat het zeer giftige koolstofmonoxide CO. Aangezien dat een kleurloos en geurloos gas is, wordt het vaak de stille sluipdoder genoemd. Spijtig genoeg sterven er in België nog jaarlijks veel

mensen aan een CO-vergiftiging. Afb. 6 Een schoorsteen moet geregeld worden gereinigd.

Een ander gasvormig oxide dat je misschien kent, is distikstofoxide N2O of

lachgas. Die stof wordt onder andere gebruikt in slagroompatronen en om het vermogen van een motor op te drijven (denk maar aan de filmreeks ‘Fast and

VA N

Furious’).

Afb. 7 Slagroomspuit

Afb. 8 Nitrofles om het vermogen van wagens op te drijven

Afb. 9 Snelle auto’s in Fast and Furious

WEETJE

Vroeger werd lachgas als verdovingsmiddel gebruikt, maar de laatste jaren wordt het vooral misbruikt: het wordt nu als drug gebruikt en is zeer gevaarlijk. Daarom is de verkoop van lachgas sinds 5 maart 2021 verboden aan minderjarigen. Scan de QR-code en bekijk de ‘Rij ballonvrij’-campagne in Nederland over

video: rij ballonvrij

de gevaren van lachgas. .

Wanneer je kijkt naar de ingrediëntenlijst van voedingsstoffen, dan zie je vaak E-nummers staan. Zo verwijst E220 naar zwaveldioxide SO2. Het wordt

toegevoegd aan bijvoorbeeld rozijnen of gedroogde abrikozen. Gedroogde abrikozen

Ingrediënten: Abrikozen, antioxidant: zwaveldioxide (E220) Gemiddelde voedingswaarde Per 100 g 1 Portie (30 g) % GDA* (30 g) 1156 kJ

347 kJ

273 kcal

82 kcal

2,7 g

0,8 g

Koolhydraten

61,1 g

18,3 g

waarvan suikers

36,5 g 0,3 g

11,0 g 0,1 g

12 % <1 %

waarvan verzadigd vet

0,1 g

0,03 g

<1 %

Voedingsvezels

7,5 g

2,3 g

<0,01 g

<1 %

Energie Eiwitten

Vet

Natrium

Afb. 10 Zwaveldioxide in gedroogde abrikozen

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

Een vast metaaloxide dat spijtig genoeg heel gemakkelijk wordt gevormd, is diijzertrioxide of roest Fe2O3. Van zodra er lucht en water aan een niet-

beschermd ijzeren voorwerp kunnen, begint het ijzer te roesten. Het metaal verliest zijn eigenschappen zoals sterkte en plooibaarheid en de stof wordt zeer bros en verpulvert gemakkelijk. Afb. 11 Roest is een vast metaaloxide.

Calciumoxide of ongebluste kalk wordt vaak gebruikt als droogmiddel of zuiveringsmiddel omdat het graag water en/of koolstofdioxide opneemt.

Beton zal sneller uitharden door er calciumoxide aan toe te voegen.

Afb. 12 Beton met calciumoxide hardt sneller uit.

WEETJE

In de stad Mainz in het westen van Duitsland hebben archeologen na jaren onderzoek het deksel gelicht van een 1 000 jaar oude sarcofaag. In de grafkist vonden ze de bijna volledig vergane

resten van een persoon aan, mogelijk een geestelijke uit de 11de

eeuw. De wetenschappers vermoedden dat de overledene allicht

VA N

met ongebluste kalk werd bedekt om het ontbindingsproces te versnellen.

Bron: Het Laatste Nieuws

Formule

TIP

Oefen je kennis van de oxiden met flashcards.

flashcards: oxiden

Systematische naam

Stocknotatie

Toepassing/ eigenschap

Triviale naam

CO2

koolstofdioxide

N2O

distikstofoxide

Fe2O3

diijzertrioxide

SO2

zwaveldioxide

bewaarmiddel

koolstofmonoxide

ontstaat bij slechte

koolzuurgas

— brandblusapparaat

lachgas

anesthesie

ijzer(III) roest

— drank met prik

roesten van ijzer

oxide

verbranding en is zeer giftig CaO

calciumoxide

ongebluste kalk

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

Reactiepatronen

5.1 Vorming metaaloxiden OPDRACHT 17 DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een metaal. Werkwijze

Je leerkracht neemt een stukje magnesiumlint vast met een tang en steekt het in brand. Vervolgens voegt je leerkracht er een beetje water met universeel-indicatoroplossing aan toe. Waarnemingen

VA N

Besluit

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd. Het bevat geen concrete stoffen op zuurstofgas, water … na. De coëfficiënten moeten dus niet worden aangepast.

— reactiepatroon:

metaal

zuurstofgas →

metaaloxide

(M)

(O2)

(MO)

→

De reactievergelijking bevat wel concrete stoffen en volgt het reactiepatroon.

Hierbij moeten natuurlijk de coëfficiënten in orde worden gebracht:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

— reactievergelijking: 2 Mg

HOOFDSTUK 2

→

2 MgO

5.2 Vorming niet-metaaloxiden OPDRACHT 18 DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een niet metaal. Werkwijze Je leerkracht neemt een oude glazen pot met plastieken deksel en steekt een verbrandingslepel door het deksel door de achterzijde van de verbrandingslepel even te verwarmen. Vervolgens wordt een bodempje water met universeel-indicatoroplossing toegevoegd in de glazen pot. Je leerkracht vult de verbrandingslepel met zwavel, steekt de zwavel aan en brengt de brandende zwavel

boven het vloeistofoppervlak. De pot wordt gesloten. Waarnemingen

Besluit

VA N

— reactiepatroon:

niet-metaal

— reactievergelijking: S8 +

zuurstofgas

→

niet-metaaloxide

→

nMO

→

8 SO2

8 O2

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd. reactiepatroon vorming metaaloxiden: metalen

zuurstofgas

→

metaaloxiden

→

reactiepatroon vorming niet-metaaloxiden: niet-metalen

zuurstofgas

→

niet-metaaloxiden

→

nMO

` Maak oefening 8 t/m 15 op p. 71-72.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

HOOFDSTUK 3

De hydroxiden

LEERDOELEN Je kunt al: van een gegeven naam of formule; L een formule opstellen met behulp van ionladingen; L de naam en formule van oxiden opstellen. Je leert nu: L de algemene formule van een hydroxide schrijven; L de eigenschappen en toepassingen van hydroxiden;

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis

VA N

L de formule van hydroxiden opstellen; L de naam van hydroxiden opstellen;

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op

L via welke chemische reactie je een hydroxide kunt vormen.

de hydroxiden. In hoofdstuk 1 heb je al kennisgemaakt met die stofklasse.

Wat is een hydroxide?

Een hydroxide is een verbinding van een metaal met 1 of meerdere hydroxidegroepen (OH--groepen). Het zijn dus allemaal ionverbindingen.

De functionele groep is het hydroxide-ion: OH-. De lading van het

hydroxide-ion is -I, aangezien zuurstof een lading van -II heeft en waterstof een lading van +I. De algemene formule van een hydroxide is dus MOH.

Er komt nooit een andere index dan 1 voor bij het metaal. In de plaats van een metaalion kan ook het ammoniumion (NH4+) gebonden worden.

WEETJE Ook al zijn hydroxiden ionverbindingen, toch is er ook een atoombinding aanwezig. De binding tussen het metaal en zuurstof is een binding tussen een metaal en een niet-metaal, en bijgevolg een ionbinding. Maar zuurstof is ook gebonden met waterstof. Dat zijn 2 niet-metalen en die vormen dus samen een atoombinding. Zuurstof en waterstof vormen samen een apart gecombineerd ion: het hydroxide- ion OH-.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

Formule- en naamvorming

De formule- en naamvorming verloopt analoog aan die van de metaaloxiden. Voor hydroxiden met het ammoniumion of met een metaalion dat slechts 1 mogelijke ionlading heeft, lees je de lading af uit het PSE en vorm je de formule door de kruisregel toe te passen. De naamgeving is: metaal

OPDRACHT 19

Oefen de naam en formule van hydroxiden. 1

(of ammonium) + hydroxide

Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van magnesium.

VA N

Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van ammonium.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

Vul de volgende tabel voor de hydroxiden van koper aan. lading koperion 2+

lading koperion 1+ Kruisregel

Systematische naam

Stocknotatie 4

Wat is de stocknotatie van loodtetrahydroxide? — Vorm eerst de formule-eenheid:

— Bepaal de ionlading van lood in deze stof:

Formule-eenheid

VA N

— Noteer de stocknotatie:

— Hydroxiden zijn ionverbindingen tussen een metaalion en het hydroxide-ion.

— Het hydroxide-ion is de functionele groep en heeft een ionlading van -I: OH-

— NH4+ = ammoniumion

— Indien het metaal slechts 1 mogelijke ionlading heeft:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

•

formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium) + hydroxide

— Wanneer het metaal meerdere mogelijke ionladingen heeft: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

•

systematische naam: metaal + Grieks telwoord + hydroxide

•

stocknotatie: metaal + (ionlading) + hydroxide

HOOFDSTUK 3

Gebruik en toepassingen van hydroxiden

In het dagelijks leven worden veel hydroxiden gebruikt bij het poetsen. Zo is natriumhydroxide of bijtende soda NaOH een zeer sterke ontstopper. Een oplossing van natriumhydroxide lost haren en zeepresten op. Doe bijvoorbeeld een aantal haren in een bekerglas. Voeg er een beetje vloeibare ontstopper aan toe. Laat de oplossing even staan. De haren lossen langzaamaan op: ze worden eerst dunner, worden dan afgebroken in kortere stukjes en lossen uiteindelijk op. Wanneer je die stof gebruikt, moet je extra

Afb. 13 In ontstopper zit natriumhydroxide.

voorzichtig zijn. Het is namelijk een zeer corrosieve stof en ze kan dus brandwonden veroorzaken.

Een speciaal geval is ammoniak NH3. Wanneer je NH3 oplost in water,

ontstaat er ammoniumhydroxide NH4OH. In thema 04 gaan we dieper in op

dat oplosproces. Die oplossing wordt vooral gebruikt voor haar ontvettende eigenschappen om bijvoorbeeld ramen te poetsen. Als je de stof eenmaal

geroken hebt, zul je ze nooit meer vergeten. De stof staat bekend voor zijn

zeer indringende geur. Maar let op, het kan je slijmvliezen irriteren. Dezelfde

VA N

doordringende geur kun je in stallen ruiken. Ammoniak komt namelijk ook in

Afb. 14 Ammoniak werkt ontvettend.

mest voor.

Tijdens de labo’s zul je geregeld gebruikmaken van calciumhydroxide, gebluste kalk of kalkwater Ca(OH)2. Die oplossing kan gebruikt worden om koolstofdioxide aan te tonen!

OPDRACHT 20 DEMO

Je leerkracht onderzoekt wat er gebeurt wanneer je koolstofdioxide aan kalkwater toevoegt. Werkwijze

Je leerkracht maakt een oplossing van kalkwater door calciumoxide in water op te lossen. Die schenkt ongeveer 2 mL van die oplossing in een proefbuis en blaast voorzichtig met een rietje in de oplossing.

Waarnemingen

Besluit

Wanneer je kalkwater met koolstofdioxide mengt, ontstaat er een Je kunt kalkwater gebruiken om koolstofdioxide aan te tonen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

Formule

flashcards: hydroxiden

Triviale naam gebluste kalk

Toepassing/eigenschap

Ca(OH)2

calciumhydroxide

indicator voor

NaOH

natriumhydroxide

bijtende soda

ontstopper

NH4OH

ammoniumhydroxide

ammonia

ontvetter

koolstofdioxide

Reactiepatroon

Systematische naam

Bij het experiment met kalkwater hebben we zelf kalkwater gemaakt door calciumoxide in water op te lossen: — reactiepatroon:

metaaloxide +

water

→

hydroxide

H2O

→

MOH

→

Ca(OH)2

H2O

VA N

— reactievergelijking: CaO OPDRACHT 21

Bij opdracht 17 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing blauw-groen kleurt na toevoegen van magnesiumoxide. Welke pH komt met deze kleur overeen?

— reactiepatroon:

metaaloxide (MO) + water (H2O) → hydroxide (MOH) + H2O

— reactievergelijking: MgO

→ Mg(OH)2

Doordat er bij de reactie van een metaaloxide met water een hydroxide gevormd wordt, noemt men de metaaloxiden ook wel basevormende oxiden (zie ook hoofdstuk 5).

Reactiepatroon voor de vorming van hydroxiden:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

metaaloxide

water

→

hydroxide

(MO) +

(H2O)

→

(MOH)

Metaaloxiden zijn basevormende oxiden. ` Maak oefening 16 t/m 25 op p. 73-74.

HOOFDSTUK 3

HOOFDSTUK 4

De zuren LEERDOELEN Je kunt al: L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen; L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen. Je leert nu:

Je hebt misschien al wel eens

iets zuurs gegeten: een schijfje

L de algemene formule van een zuur;

citroen of een zuur snoepje.

L de zuren verder indelen in binaire en ternaire zuren; L de eigenschappen en toepassingen van zuren; L de formule van binaire en ternaire zuren;

Tijdens de lessen chemie mag je natuurlijk niet proeven,

daarom hebben we tijdens het practicum andere manieren

geleerd om te bepalen of een

VA N

L de naam van binaire en ternaire zuren; L via welke chemische reactie je een binair en ternair zuur kunt vormen.

niet. In dit hoofdstuk gaan we verder in op die stofklasse.

Wat is een zuur?

stof tot de zuren behoort of

Een zuur is opgebouwd uit een waterstofatoom en een zuurrest. Het waterstofatoom is de functionele groep. De zuurrest kan een niet-metaal zijn of een niet-metaal en 1 of meerdere zuurstofatomen. De algemene formule van een zuur is HZ.

Aangezien alle zuren een vaste formule hebben, moet de index bij het waterstofatoom nooit vermeld worden in de naam. Afhankelijk van de samenstelling van de zuurrest, kunnen de zuren in 2 groepen ingedeeld worden: 1

Zuren waarbij de zuurrest alleen uit een niet-metaal bestaat, zijn de binaire zuren (ze bestaan uit 2 atoomsoorten). De algemene formule van een binair zuur is HnM.

Dat in tegenstelling tot de ternaire zuren, waarbij de zuurrest naast een niet-metaal ook nog zuurstof bevat. De algemene formule voor een ternair zuur is HnMO.

Zowel de binaire als de ternaire zuren zijn alleen opgebouwd uit niet-metalen. Het zijn dus allemaal atoombindingen. Zuren vormen dus steeds aparte moleculen. Aangezien de zuurrest heel belangrijk is voor zouten, zal er in het deel van de zuren al extra aandacht gespendeerd worden aan de zuurresten. GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Binaire zuren

Een binair zuur is opgebouwd uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal. HZ of HnM is de algemene formule voor een binair zuur. De lading van waterstof is steeds +I en ook die van het niet-metaal kun je makkelijk terugvinden op het PSE. Op die manier kun je zeer gemakkelijk de

formule van de binaire zuren afleiden. OPDRACHT 22

Bepaal de formule van het binaire zuur met zwavel.

VA N

De naam van de binaire zuren is als volgt: waterstof + verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’. Omdat de formule voor de zuren vastligt, wordt er nooit met Griekse telwoorden gewerkt. De zuurrest is heel belangrijk voor de vorming van zouten. Merk op dat de getalwaarde van de negatieve lading van de zuurrest steeds overeenstemt met het aantal waterstofatomen in de formule van het zuur. Voorbeeld: HCl -1 H+

→

Cl-

H2S -2 H+

→

S2-

De naam voor de zuurrest is volledig analoog aan de naam van het zuur zelf, alleen worden de waterstoffen niet meer vermeld, omdat die eraf gehaald zijn. De naam van de zuurrest wordt gevormd door de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’.

De extra uitgang ‘-ion’ wijst erop dat het over een geladen deeltje gaat en dat het geen volledige verbinding is: er is nog een positief deel nodig om de

formule compleet te maken. Het is belangrijk om de zuurrest te kennen: Brutoformule

Systematische naam

Zuurrest

waterstoffluoride

HCl

Naam zuurrest fluoride-ion

waterstofchloride

chloride-ion

HBr

waterstofbromide

Br-

bromide-ion

waterstofjodide

I-

jodide-ion

H2S

waterstofsulfide

sulfide-ion

Tabel 3 Binaire zuren en zuurresten

Van 1 binair zuur moet je ook de triviale naam kennen. De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur. 42

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Ternaire zuren

De naam zegt het zelf: de ternaire zuren zijn opgebouwd uit 3 atoomsoorten. Naast waterstof en een niet-metaal is er ook altijd minstens 1 zuurstofatoom aanwezig: HnMO is de algemene formule voor een ternair zuur. Ook hier is de functionele groep het waterstofatoom. De ternaire zuren kun je indelen in de stamzuren, die het vaakst voorkomen,

en de afgeleide zuren. Het aantal waterstof- en zuurstofatomen in de formule kun je niet afleiden uit

het PSE of uit de naam. Je moet de formule van de zuren dus zeer goed uit het hoofd leren!

De naam voor de stamzuren is analoog aan die van de binaire zuren, alleen is de uitgang niet -ide, maar -aat: waterstof + verkorte Latijnse naam + ‘-aat’. De meeste ternaire zuren hebben ook een triviale naam.

De zuurrest vorm je analoog aan die van de binaire zuren. Je haalt een of

VA N

meer waterstofionen uit de formule. Per waterstofion krijgt de zuurrest een lading van -1. In de naam laat je ‘waterstof’ weg, maar voeg je ‘ion’ toe om aan te geven dat het een geladen deeltje is.

Ook hier is het heel belangrijk om de zuurrest te kennen: die hebben we nog nodig om de zouten te vormen: Brutoformule

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

Naam zuurrest

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3-

nitraation

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

fosfaation

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

sulfaation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3-

chloraation

HBrO3

waterstofbromaat

broomzuur

BrO3-

bromaation

HIO3

waterstofjodaat

joodzuur

IO3

jodaation

Tabel 4 Ternaire zuren en zuurresten

Van verschillende ternaire zuren bestaan er afgeleide zuren omdat ze meer of minder zuurstofatomen in de formule hebben in vergelijking met het stamzuur. De formule hiervan ziet er hetzelfde uit als die van de stamzuren, alleen verschilt het aantal zuurstofatomen. Als je de stamzuren goed kent, kun je de naam en de formule van alle andere afgeleide zuren opstellen:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Brutoformule +O -O -2 O

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

Naam zuurrest

HClO4

waterstofperchloraat

perchloorzuur

ClO4-

perchloraation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3-

chloraation

HClO2

waterstofchloriet

chlorigzuur

ClO

chlorietion

HClO

waterstofhypochloriet hypochlorigzuur ClO

2 -

hypochlorietion

Afb. 5 Afgeleide namen van het standaardzuur

Wanneer het afgeleide zuur 1 zuurstofatoom meer bevat dan het stamzuur, dan wordt er ‘per’ toegevoegd aan de naam.

Wanneer het afgeleide zuur 1 zuurstofatoom minder bevat dan het stamzuur, dan wordt de stamuitgang ‘-aat’ vervangen door ‘-iet’ (of ‘-ig’ in de triviale naam).

Wanneer het afgeleide zuur nog een zuurstofatoom minder bevat, dan wordt er ‘hypo’…’iet’ toegevoegd aan de naam.

Het totale overzicht van ternaire zuren ziet er dan als volgt uit:

Systematische naam

Triviale naam

VA N

Brutoformule

TIP

In de lewisstructuur wordt rond het symbool van het element de valentie-elektronen weergegeven.

Zuurrest

Naam zuurrest

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3-

nitraation

HNO2

waterstofnitriet

salpeterigzuur

NO2-

nitrietion

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

PO43-

fosfaation

H3PO3

waterstoffosfiet

fosforigzuur

PO33-

fosfietion

H3PO2

waterstofhypofosfiet

hypofosforigzuur PO23-

hypofosfietion

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

SO42-

sulfaation

H2SO3

waterstofsulfiet

zwaveligzuur

SO32-

sulfietion

HClO4

waterstofperchloraat

perchloorzuur

ClO4-

perchloraation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3

chloraation

HClO2

waterstofchloriet

chlorigzuur

ClO2-

chlorietion

HClO

waterstofhypochloriet hypochlorigzuur

ClO-

hypochlorietion

Tabel 6 Ternaire zuren en zuurresten

De afgeleide zuren van HBrO3 en HIO3 zijn volledig analoog aan die van HClO3. Je hebt vorig jaar geleerd om lewisstructuren te tekenen. Hoe ziet de lewisstructuur van ternaire zuren eruit? Om de structuurformule van ternaire zuren te tekenen, moeten we er rekening mee houden dat elk atoom in de molecule een edelgasconfiguratie bezit. Bij de ternaire zuren staat het kenmerkende niet-metaal altijd centraal. De zuurstofatomen zijn gebonden aan het kenmerkende niet-metaal en de waterstofatomen zijn gebonden aan een zuurstofatoom.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Je komt tot een goed resultaat door deze stappen te volgen: 1

Je schrijft telkens het centraal niet-metaal en daarrond het aantal zuurstofatomen uit in de formule. De waterstofatomen schrijf je vervolgens altijd bij een zuurstofatoom.

Je tekent het aantal elektronen bij elk element.

Je vormt vrije elektronenparen en atoombindingen zodat elk atoom de edelgasconfiguratie bekomt (8 elektronen dus, 2 in het geval van

waterstof).

VOORBEELD H2CO3 EN HNO2 — koolzuur (H2CO3)

Het koolstofatoom wordt omgeven door 3 zuurstofatomen. 2

waterstofatomen worden getekend bij respectievelijk 2 verschillende zuurstofatomen.

Het koolstofatoom heeft

4 ongepaarde elektronen,

het zuurstofatoom 2 en

VA N

het waterstofatoom 1.

Koolstof moet dus 4 covalente bindingen aangaan, zuurstof 2 en waterstof 1. Aangezien bij koolzuur 2 zuurstofatomen gebonden zijn met koolstof én waterstof, blijven op het resterende O-atoom en op C 2 vrije

elektronen over. Die worden gebruikt om een dubbele binding te vormen.

H O C

Elk atoom heeft nu de edelgasconfiguratie.

O O

— salpeterigzuur (HNO2) 1

Stikstof wordt omgeven door 2 zuurstofatomen, 1 waterstofatoom

tekenen we naast een zuurstofatoom.

Het stikstofatoom heeft 3 ongepaarde elektronen, het zuurstofatoom 2 en het waterstofatoom 1.

H 3

N moet dus 3 covalente bindingen aangaan, zuurstof 2 en waterstof 1. Aangezien bij salpeterigzuur 2 zuurstofatomen gebonden zijn met koolstof én waterstof, blijven op het resterende O-atoom en op N 2 vrije elektronen over. Die worden gebruikt om een dubbele binding te vormen. Elk atoom heeft nu de edelgasconfiguratie.

N O

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

VOORBEELD H2SO4 EN H3PO4: DATIEVE (OF DONOR-ACCEPTOR) BINDING Opgelet! Wanneer je nu de lewisvoorstelling van zwavelzuur (H2SO4) of fosforzuur (H3PO4) tekent door elektronenparen te vormen en atoom-

bindingen, merk je dat er een probleem is om 4 zuurstofatomen aan het zwavelatoom (respectievelijk fosforatoom) en een waterstofatoom te binden. — H2SO4 : datieve binding

Zwavel wordt omgeven door 4 zuurstofatomen, 2 waterstofatomen

tekenen we naast een zuurstofatoom. Het zwavelatoom en de zuurstofatomen hebben 2 ongepaarde

elektronen en het waterstofatoom 1. 3

Nadat de waterstofatomen met zuurstof binden, en die zuurstofatomen aan het centrale zwavelatoom worden gebonden, zijn er bij de

resterende 2 zuurstofatomen telkens 2 ongepaarde elektronen aanwezig om een binding mee te vormen, maar het zwavelatoom heeft al de

octetstructuur en heeft enkel nog elektronenparen ter beschikking.

VA N

datieve binding

Om toch een zwavelzuurmolecule te kunnen vormen, nemen we aan dat

de 2 vrije elektronen op zuurstof samen een elektronenpaar vormen en dat het zwavelatoom zijn vrije elektronenparen zal delen met telkens 1 zuurstofatoom. Op die manier zal elk atoom in de molecule de octetstructuur bereiken.

O S O H

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

— H3PO4: datieve binding

Fosfor wordt omgeven door 4 zuurstofatomen, 3 waterstofatomen

tekenen we naast een zuurstofatoom.

Het fosforatoom heeft 3 ongepaarde elektronen, de zuurstofatomen hebben 2 ongepaarde elektronen en het waterstofatoom 1.

O datieve binding

Opgelet! Er is opnieuw een probleem om 4 zuurstofatomen aan een fosforlatoom en een waterstofatoom te binden. Nadat de

waterstofatomen met zuurstof binden en die zuurstofatomen aan

VA N

het centrale fosforatoom worden gebonden, zijn er bij het resterend zuurstofatoom telkens 2 ongepaarde elektronen aanwezig om een binding mee te vormen, maar het fosforatoom heeft al de octetstructuur en heeft enkel nog elektronenparen ter beschikking.

H O P O H O

We nemen opnieuw aan dat de 2 vrije elektronen op zuurstof samen een elektronenpaar vormen en dat het fosforatoom zijn vrij elektronenpaar zal delen met 1 zuurstofatoom. Op die manier zal elk atoom in de molecule de octetstructuur bereiken.

Een binair zuur: — bestaat uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal. — De ionlading van het niet-metaal leidt je af uit het PSE.

— Om de naam te vormen, vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -ide.

— De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur.

— Je kunt de zuurrest vormen door 1 of meerdere waterstofionen uit de formule van het zuur te verwijderen. Per waterstofion dat je verwijdert, krijgt de zuurrest een extra lading van 1-.

— De te kennen binaire zuren en zuurresten zijn:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Brutoformule

Systematische naam

Naam zuurrest

Zuurrest

waterstoffluoride

HCl

fluoride-ion

waterstofchloride

chloride-ion

HBr

waterstofbromide

Br-

bromide-ion

waterstofjodide

I-

jodide-ion

H2S

waterstofsulfide

sulfide-ion

Een ternair zuur: — bevat, naast waterstof en een niet-metaal, ook altijd minstens

1 zuurstofatoom.

— Om de naam van een stamzuur van de ternaire zuren te vormen,

vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -aat.

— De te kennen stamzuren en hun zuurresten zijn: Brutoformule

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3-

nitraation

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

PO43-

fosfaation

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

sulfaation

HClO3

waterstofchloraat

HBrO3 HIO3

VA N

H2CO3

chloorzuur

ClO3

chloraation

waterstofbromaat

broomzuur

BrO3-

bromaation

waterstofjodaat

joodzuur

IO3-

jodaation

— De te kennen afgeleide zuren en hun zuurresten:

Brutoformule

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

Naam zuurrest

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

Naam zuurrest

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3-

nitraation

HNO2

waterstofnitriet

salpeterigzuur

NO2-

nitrietion

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

PO43-

fosfaation

H3PO3

waterstoffosfiet

fosforigzuur

PO33-

fosfietion

H3PO2

waterstofhypofosfiet

hypofosforigzuur PO23-

hypofosfietion

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

SO42-

sulfaation

H2SO3

waterstofsulfiet

zwaveligzuur

SO32-

sulfietion

HClO4

waterstofperchloraat

perchloorzuur

ClO4-

perchloraation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3

chloraation

HClO2

waterstofchloriet

chlorigzuur

ClO2-

chlorietion

HClO

waterstofhypochloriet hypochlorigzuur

ClO-

hypochlorietion

HOOFDSTUK 4

Gebruik en toepassingen van zuren

Het zuur dat aanwezig is in je maag, is zoutzuur of HCl. Het helpt bij de vertering van voedingsstoffen. Zoutzuur is vrij corrosief. Dat kun je gewaarworden ontdekplaat: anorganische stofklassen

wanneer je regelmatig moet overgeven of wanneer de klep tussen je slokdarm en je maag niet meer goed werkt. Je maag is

gezonde gezonde maagmaag

beschermd tegen die zure brij, maar je

slokdarm kan er serieus door aangetast worden.

refluxreflux

door onder andere een slijmvlieslaag

Afb. 15 Zoutzuur in de maag helpt bij de vertering. Relfux is een aandoening waarbij de zure maaginhoud terugvloeit in de slokdarm.

Bij vulkaanuitbarstingen komt waterstof-

sulfide of H2S vrij. Mogelijk heb je die zeer specifieke geur ook al waargenomen bij rotte eieren of stinkbommen.

VA N

Afb. 16 Giftige zoutzuurdampen en waterstofsulfidedampen

WEETJE

Bij de vulkaanuitbarsting op La Palma in 2021 werd de bevolking gewaarschuwd voor giftige zoutzuurdampen. Als lava met een temperatuur van 1 000 °C in contact komt met zout water, dan kunnen er giftige dampen ontstaan. De chemische reactie resulteert dan in een zoutzuurhoudende gaswolk. Dat fenomeen is gekend als ‘laze', een samentrekking tussen ‘lava' en ‘haze' (nevel). De giftige dampen kunnen ademhalings- en huidproblemen veroorzaken. Bron: De Standaard

Onder de ternaire zuren is koolzuur of

H2CO3 ongetwijfeld het zuur dat het meest

gekend is. Het is het zuur dat gevormd

wordt wanneer koolstofdioxide in water wordt opgelost.

Maar ook van zwavelzuur of H2SO4 heb je

waarschijnlijk al gehoord. Het is aanwezig

Afb. 17 In spuitwater zit koolzuur.

in een autobatterij, maar komt spijtig genoeg vooral in het nieuws omwille van zijn corrosieve eigenschappen. De krant bericht soms over mensen die verminkt werden door een zwavelzuuraanval. Het is een sterk hygroscopische stof. Dat wil zeggen dat zwavelzuur water heel hard aantrekt. Zo hard dat het al het vocht uit je cellen trekt met zware brandwonden tot gevolg.

Afb. 18 Zwavelzuur veroorzaakt ernstige brandwonden.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

TIP Bij het maken van oplossingen van geconcentreerd zuur start je met een bodempje water waaraan je de benodigde hoeveelheid zuur

water

toevoegt. Als je water aan geconcentreerd zuur toevoegt, kan er namelijk zoveel warmte vrijkomen

geconcentreerd

dat het spat! 'Water op zuur geeft vuur', zegt men weleens.

Afb. 19 Water op zuur geeft vuur.

WEETJE Wil je weten wat er gebeurt nadat je cola

Vandaag gebruiken we nog de oude benaming voor suiker: koolhydraten.

Wetenschappers dachten vroeger dat suiker was opgebouwd uit koolstof en 1 of meerdere moleculen water. Cola is de enige frisdrank die niet alleen koolzuur, maar ook fosforzuur of H3PO4 bevat.

VA N

gedronken hebt?

GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H4_Overgieten.ai

bijlage: lees het artikel

Afb. 20 4 foto’s van dezelfde wijsheidstand: linksboven in zijn oorspronkelijke staat, rechtsboven na onderdompeling in cola gedurende één dag, linksonder na een week en rechtsonder na een maand. Het fosforzuur in cola tast het tandemail aan en de kleurstoffen zorgen ervoor dat de wortel bruin wordt.

Formule

flashcards: zuren

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

Systematische naam

Toepassing

Triviale naam

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

aanwezig in cola

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

frisdrank

HCl

waterstofchloride

zoutzuur

maag

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

autobatterij

HOOFDSTUK 4

Reactiepatronen

Een binair zuur kun je vormen door een niet-metaal met waterstofgas te laten reageren. niet-metaal

waterstofgas

→ binair zuur

→ HnM

— reactievergelijking: Cl2

— reactiepatroon:

→ 2 HCl

Ternaire zuren kun je vormen door een niet-metaaloxide met water te laten — reactiepatroon:

reageren. Daarom noemen ze niet-metaaloxiden zuurvormende oxiden. niet-metaaloxide +

water

→ ternair zuur

nMO

H2O

→ HnMO

— reactievergelijking: CO2

OPDRACHT 23

H2O

→ H2CO3

VA N

Bij opdracht 18 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing oranje-rood kleurt na toevoegen van de verbrandingsgassen van octazwavel. Welke pH komt met deze kleur overeen?

Reactiepatronen voor de vorming van zuren — niet-metaal nM

— niet-metaaloxide nMO

waterstofgas

→

binair zuur

→

HnM

water

→

ternair zuur

H2O

→

HnMO

+ +

→ Niet-metaaloxiden zijn zuurvormende oxiden.

` Maak oefening 26 t/m 34 op p. 74-76.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

HOOFDSTUK 5

ZUUR

BASISCH

Zuurtegraad van een oplossing LEERDOELEN Je kunt al: L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

NEUTRAAL

L anorganische stoffen indelen op basis van de kleur van een indicator; L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen; L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd. L

VA N

Je leert nu:

L het begrip zuurtegraad en pH van een oplossing bespreken in voorbeelden;

L het verband leggen tussen zuur, basisch en neutraal en de pH of zuurtegraad van een oplossing;

We hebben in hoofdstuk 1 gebruikgemaakt

L de manier waarop je de pH of de zuurtegraad van een

van indicatoren om de anorganische

oplossing experimenteel kunt bepalen;

stoffen in te delen in hun stofklasse. In

L het nut van een bufferoplossing.

dit hoofdstuk gaan we verder in op die indicatoren.

pH en de zuurtegraad van een oplossing

banaan

azijn

ontdekplaat: pH

geconcentreerd zoutzuur

bleekmiddel

citroen zuiveringszout

meest zuur

Afb. 21 De pH-schaal

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

broccoli

zuiver water

tomaat

appel

ontstopper

bloed

maagzuur

HOOFDSTUK 5

zeep

natriumhydroxide

melk

minst zuur neutraal

minst basisch

meest basisch

De pH-schaal gaat van 0 tot 14. Hoe lager de pH, hoe zuurder een oplossing is. Een oplossing met een hoge pH noemen we een basische oplossing. De tegenhanger van zuur in de lessen chemie is dus niet zoet of zout, maar basisch! Een oplossing met een pH-waarde van 7 is een neutrale oplossing: de oplossing is dus niet zuur, maar ook niet basisch. Let op: de zuurtegraad en de pH zijn dus tegengesteld: hoe zuurder een oplossing is, hoe hoger de zuurtegraad, hoe lager de pH. Vroeger werd de zuurtegraad van een oplossing bepaald door de stof te proeven. Een oplossing met een lage pH proeft ook zuur en een oplossing zeepachtig.

met een hoge pH proeft eerder

Afb. 22 Cola heeft een pH van 2,4. Een frisdrank met een pH van <4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

OPDRACHT 24

Waarom is proeven niet geschikt om te bepalen of een stof zuur of basisch is?

VA N

Geef 2 argumenten. —

—

OPDRACHT 25 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf of een oplossing zuur, basisch of neutraal is. Ga naar

en voer het labo uit.

WEETJE

Lightfrisdranken zijn voor erosie van je tanden even slecht als gewone frisdranken, omdat ze evenveel zuur bevatten. Voor het ontstaan van gaatjes zijn ze wel minder schadelijk. Hoe zuur mag een frisdrank dan zijn? Al bij een pH-waarde minder dan 5,5 in de mondholte kan het tandglazuur oplossen. Hoe zuurder de drank, hoe erosiever voor het gebit. Een frisdrank met een pH van minder dan 4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

1.1 pH-indicatoren Een gemakkelijke manier om te bepalen of een oplossing zuur of basisch is, is met behulp van pH-indicatoren. Die stoffen komen vaak voor in de natuur en hebben een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing. Een pH-indicator die je gemakkelijk zelf kunt maken, is rodekoolsap. Hiervoor leg je een paar stukjes rodekool in kokend water of plet je ze met behulp van een stamper met een beetje water in een mortier. Het water zal heel snel blauwpaars kleuren. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels citroensap (een zuur) toevoegt, verandert de kleur naar rood. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels natriumhydroxide-oplossing (een base) toevoegt, verandert de kleur

naar groengeel. De resultaten van experimenten met andere indicatoren vind je in de volgende tabel:

pH Indicator rodekoolsap methyloranje lakmoes

Kleur in basisch midden

rood

blauwpaars

groengeel

rood

geel

rood

roodblauw

blauw

kleurloos

fuchsia

VA N

fenolftaleïne

Kleur in neutraal midden

Kleur in zuur midden

broomthymolblauw geel

groen

blauw

Maar ook in het dagelijks leven kom je dat effect tegen. Wanneer je rodekool maakt, wordt er vaak een scheutje azijn toegevoegd aan de paarse rodekool. Hierdoor krijgt het gerecht een mooie rode kleur. Maar ook een hortensia krijgt een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de grond. Zo is het perfect mogelijk dat een roze hortensia na een aantal jaren blauwe bloemen geeft wanneer de grond te zuur geworden is.

Afb. 23 Een hortensia verandert van kleur door de zuurtegraad van de grond.

Ook al zijn die indicatoren heel gemakkelijk te gebruiken, het nadeel is dat je soms geen onderscheid kunt maken tussen bijvoorbeeld 2 zure oplossingen: een oplossing met pH-waarde 1 en met pH-waarde 2 geeft eenzelfde kleur. Dat kun je vrij eenvoudig oplossen door een mengsel te maken van verschillende indicatoren. Zo kun je gebruikmaken van pH-strips om de zuurtegraad van een zwembad te controleren. Dat is filtreerpapier dat in een

Afb. 24 Met een universeel-indicatoroplossing kan de pH van een oplossing bepaald worden.

oplossing van universeel indicator is ondergedompeld. Je kunt de universeelindicatoroplossing ook gewoon als vloeistof gebruiken en de kleur van de bekomen oplossing vergelijken met een kleurenschaal.

1.2 pH-meter Voor sommige toepassingen (vooral in het labo) is het belangrijk om de pH-waarde heel exact te kennen. Je kunt dat gemakkelijk meten met een pH-meter. Je steekt dan een elektrode in de oplossing en kunt snel en nauwkeurig de pH-waarde aflezen. Een pH-meter moet wel regelmatig geijkt worden. Hiervoor gebruik je dan weer een bufferoplossing.

Afb. 25 Een pH-meter

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

Buffer

Je hebt misschien al over het woord buffer gehoord in een andere context. Zo spreekt men bij een voetbalmatch vaak over een buffervak in de tribune. Dat is een leeg vak om 2 rivaliserende groepen supporters uit elkaar te houden. Ook in economische termen wordt er soms over een buffer gesproken. In die context gaat het over een financieel reservepotje. In een chemische context spreken we over een buffer wanneer de pH van een oplossing binnen welbepaalde pH-grenzen blijft, ook al voegt men andere stoffen (een zuur,

een base of water) toe. Bufferoplossingen zijn zeer belangrijk, omdat veel chemische, maar ook veel biologische processen beter opgaan bij een welbepaalde ideale pH-waarde. De meeste lensvloeistoffen

bevatten een buffer die ervoor zorgt dat de pH-waarde tussen 7,2 en 7,4 blijft. Bij die pH-waarde werkt de vloeistof namelijk het best. Om geen irritatie aan de ogen te

VA N

veroorzaken, mag de pH ook niet te veel afwijken van die van het

Afb. 26 Lensvloeistoffen hebben een buffer.

traanvocht. Daarom moet de

pH-waarde in ieder geval boven 6,6 blijven en onder 7,8.

Ook aan het water van een aquarium moet je een bufferoplossing toevoegen. Grote veranderingen in de zuurtegraad zijn namelijk slecht voor de vissen. In je lichaam zijn veel buffersystemen aanwezig, maar ook in de oceanen, de aarde … Wanneer je bijvoorbeeld een glas cola drinkt, is het niet de bedoeling dat de zuurtegraad van je bloed gaat veranderen. Daarom is een buffersysteem in je bloed noodzakelijk.

Afb. 27 Aan het water van een aquarium moet je een bufferoplossing toevoegen.

WEETJE De pH van het bloed bij gezonde personen ligt tussen 7,35 en 7,45. Zowel de longen als de nieren zijn betrokken bij het regelen van de zuurtegraad van het bloed. Bij mensen met hyperventilatie geraakt de pH-waarde van het bloed verstoord. Maar ook hevig braken of buikloop hebben een effect op de

menselijk bloed

zuurtegraad van je lichaam.

Door onder andere de verzuring van het milieu komen veel buffersystemen de laatste jaren steeds meer onder druk te staan. Het water van de oceanen wordt zuurder, waardoor bepaalde organismen het moeilijker krijgen om te overleven, koraalriffen beginnen op te lossen … GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

Buffers worden ook gebruikt om een pH-meter te ijken. Hiervoor gebruik je een bufferoplossing met een lage pH en een bufferoplossing met een hoge pH. Je meet de pH van beide oplossingen en met behulp van die 2 meetpunten wordt een ijkcurve opgesteld. Het is natuurlijk belangrijk om hiervoor een oplossing te gebruiken waarvan de pH niet verandert ook al worden er een aantal druppels water of iets anders aan toegevoegd (die nog eventueel

VA N

aan de sonde van de pH-meter waren blijven hangen).

Afb. 28 pH-meter ijken door middel van bufferoplossingen

— Hoe zuurder een oplossing, hoe groter de zuurtegraad en hoe lager de pH-waarde.

— De pH-schaal gaat van 0 tot 14: •

Een oplossing met pH < 7 is een zure oplossing.

•

Een oplossing met pH = 7 is een neutrale oplossing.

•

Een oplossing met pH > 7 is een basische oplossing.

— Je kunt de pH bepalen met behulp van pH-indicatoren: dat zijn stoffen

die een andere kleur vertonen afhankelijk van de pH of de zuurtegraad van de oplossing.

— Een pH-meter is een digitale en zeer nauwkeurige manier om de pH van een oplossing te bepalen.

— Een buffer is een oplossing waarvan de pH amper verandert, zelfs na

het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur of hydroxide.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

` Maak oefening 35 t/m 44 op p. 76-78.

HOOFDSTUK 5

HOOFDSTUK 6

De zouten

LEERDOELEN Je kunt al: van een gegeven naam of formule; L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen;

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd. Je leert nu: L de algemene formule van een zout;

Wanneer je in het dagelijks leven

L de eigenschappen en toepassingen van zouten;

praat over zout, bedoel je natuurlijk

VA N

L de zouten verder indelen in binaire en ternaire zouten;

L de naam van zouten opstellen;

keukenzout. Voor een chemicus is zout een volledige stofklasse. Er zijn dus

L via welke chemische reactie je een zout kunt vormen.

verschillende stoffen die tot de zouten behoren.

Wat is een zout?

Een zout is een ionverbinding die opgebouwd is uit een positief ion (metaalion of het ammoniumion) en een zuurrestion. De algemene formule van een zout is MZ. Afhankelijk van de zuurrest kun je de zouten verder indelen in binaire zouten MnM, ternaire zouten MnMO en ammoniumzouten (NH4 nM of NH4 nMO).

Afb. 29 Zouten zijn niet altijd witte, vaste stoffen, maar kunnen in verschillende kleuren voorkomen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

Formule- en naamvorming

De algemene formule van een zout is MZ. Afhankelijk van de zuurrest heb je te maken met een binair of een ternair zout. Als de zuurrest alleen uit een niet-metaal bestaat, dan is het een binair zout: MnM. Bevat de zuurrest ook nog een of meerdere zuurstofatomen, dan is het een ternair zout: MnMO. Als het metaal vervangen is door het

ammoniumion NH4+ spreken we specifiek over ammoniumzouten. Voor de vorming van de formule van de zouten heb je de formule van de zuurresten nodig (zie p. 43).

Net zoals bij de oxiden en de hydroxiden moet je ook hier een onderscheid maken tussen metalen met slechts 1 mogelijke lading en metalen met

meerdere mogelijke ladingen. De lading van de zuurrest ligt vast, aangezien die afgeleid is van de formule van het zuur.

VA N

OPDRACHT 26

Oefen de naam en formule van zouten. 1

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen calcium en de jodide-zuurrest.

Is dit een voorbeeld van een binair of een ternair zout?

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen aluminium en de sulfaat-zuurrest.

VA N

Is dit een binair of een ternair zout?

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen ammonium en de fosfaat-zuurrest. Dit is een (quaternair) ammoniumzout.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

OPDRACHT 27

Vul aan. 1

Noteer de formule van alle zouten tussen ijzer en de sulfide-zuurrest.

lading ijzerion: 3+

lading ijzerion: 2+

Formule-eenheid

Stocknotatie

Systematische naam

VA N

→ Dit zijn allebei voorbeelden van

Kruisregel

Wat is de formule-eenheid van lood(II)nitraat?

Wat is de stocknotatie van dikopercarbonaat? — Vorm eerst de formule-eenheid:

— Bepaal de ionlading van koper in deze stof:

— Noteer de stocknotatie:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

Waterstofzouten en hydraten

Naast de indeling in binaire en ternaire zouten zijn er nog 2 speciale groepen van zouten: de waterstofzouten en de hydraten. Waterstofzouten zijn zouten waarbij er nog één of meerdere waterstofatomen in de zuurrest aanwezig zijn. We beperken ons tot de waterstofzouten met de HCO3--zuurrest. De lading voor die zuurrest is 1-, aangezien er één

waterstofatoom onttrokken is aan H2CO3.

VOORBEELD WATERSTOFZOUT VAN NATRIUM EN WATERSTOFCARBONAAT Na: ionlading = 1+

want natrium staat in groep IA

De lading van de waterstofcarbonaat-zuurrest is 1-, want het is afkomstig van H2CO3.

HCO3

VA N

→ De formule-eenheid is dan NaHCO3.

Aangezien er in de zuurrest nog een waterstofatoom staat, moet dat natuurlijk ook in de naam vermeld worden.

→ De naam is natriumwaterstofcarbonaat. Een andere triviale naam daarvoor is natriumbicarbonaat. Het wordt toegevoegd aan bakmeel als rijsmiddel.

Je hebt misschien al wel over hydrateren gehoord. Zo is het belangrijk om, zeker na het sporten, voldoende water te drinken zodat je lichaam voldoende gehydrateerd is. Maar ook je huid kun je hydrateren: er bestaan tal van hydraterende crèmes. Hydrateren wil zeggen 'vocht inbrengen' of water toevoegen.

Afb. 30 Structuur en uitzicht van CoCl2

En zo ook bij de zouten: een hydraat is een zout waar water in gevangen zit. Die zouten nemen water op in hun ionrooster. Dat water noemen we kristalwater. De algemene formule van een hydraat is dan ook MZ.nH2O.

De formule van het zout wordt gevormd zoals hierboven beschreven is. In de naam wordt aangegeven door het voorvoegsel dat voor hydraat staat hoeveel keer water voorkomt per formule-eenheid van het zout.

Afb. 31 Structuur en uitzicht van CoCl2 ∙ 6H2O

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

De formule van calciumsulfaatdihydraat is CaSO4 ∙ 2 H2O want er zijn 2 (di)

watermoleculen (hydraat) aanwezig per formule-eenheid calciumsulfaat.

VA N

Afb. 32 Structuur en uitzicht van CaSO4.2H2O

— Zouten zijn ionverbindingen: opgebouwd uit een metaal

(of ammonium) en een zuurrest (die bestaat uit een niet-metaal al dan niet gecombineerd met 1 of meerdere zuurstofatomen)

— algemene formule: MZ — 3 soorten: •

binair zout (MnM): zuurrest bevat enkel een niet-metaal, de naam

•

ternair zout (MnMO): zuurrest bevat een niet-metaal en zuurstof,

•

ammoniumzouten

eindigt op -ide

de naam eindigt niet op -ide

— een metaal met slechts 1 mogelijke ionlading: •

formule: ionlading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium)+ juiste zuurrest

— een metaal met meerdere mogelijke ionladingen:

•

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

•

systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + zuurrest

•

stocknotatie: metaal + ionlading + zuurrest

— Waterstofzouten bevatten in hun zuurrest nog 1 of meerdere

waterstofatomen. We beperken ons tot zouten met HCO3- als zuurrest.

— Hydraten bevatten kristalwater in hun formule: MZ.nH2O.

HOOFDSTUK 6

Gebruik en toepassingen van zouten

Het bekendste zout is natuurlijk keukenzout of natriumchloride NaCl. Het wordt vooral als smaakmaker en bewaarmiddel gebruikt. In de winter wordt het ook gebruikt om op een glad wegdek te strooien. Het is niet aan te raden om Afb. 33 Natriumchloride is het bekendste zout.

strooizout in je eten te gebruiken. Er is namelijk een anti-klontermiddel aan

ontdekplaat: anorganische stofklassen

toegevoegd.

Bij heel lage temperaturen (in Noorwegen, Zweden ...) wordt vaak calciumchloride CaCl2 als strooizout gebruikt.

VA N

Afb. 34 Strooizout bevat calciumchloride.

Van de ternaire zouten heb je ongetwijfeld calciumcarbonaat CaCO3 in huis. Marmer,

maar ook eierschalen en mosselschelpen, bestaan uit dat zout. Als je weet dat je een eischaal kunt oplossen met een zuur, dan besef je ongetwijfeld onmiddellijk waarom

Afb. 35 Eierschalen bestaan uit calciumcarbonaat.

het niet zo interessant is om een marmeren werkblad in de keuken te laten installeren. Ook al komen we zuren in een keuken meestal in een verdunde oplossing tegen zodat ze minder corrosief zijn.

Baksoda bevat zuiver natriumwaterstofcarbonaat NaHCO3 en wordt gebruikt

als rijsmiddel. Het is dus een waterstof-

zout. Wist je trouwens dat er een verschil is tussen bakpoeder en baksoda? Bakpoeder bevat naast natriumwater-

Afb. 36 In baksoda zit natriumwaterstofcarbonaat.

stofcarbonaat ook nog citroenzuur of wijnsteenzuur. Let bij het bakken zeer goed op dat je de juiste stof gebruikt. Verder kun je een aantal zouten in de badkamer tegenkomen. Wratten kun je verwijderen door ze te laten bevriezen, maar je kunt hier ook zilvernitraat AgNO3

voor gebruiken. En in tandpasta zit heel

vaak natriumfluoride NaF, dat zorgt voor Afb. 37 In de meeste tandpasta's zit natriumfluride.

sterker glazuur.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

De kans is ook groot dat je soda of badzout of natriumcarbonaat Na2CO3 in

huis hebt. Dat wordt vaak aan water toegevoegd als waterverzachter of

waterontharder. Verwar het zeker niet met baksoda of bijtende soda. Baksoda zijn we Afb. 38 Met natriumcarbonaat kun je water ontharden.

net tegengekomen: het is aanwezig in bakpoeder. En bijtende soda zijn we al tegengekomen bij de hydroxiden: dat is een ontstopper. Gips of calciumsulfaatpentahydraat

CaSO4.5H2O is een gekend voorbeeld van een hydraat. Het wordt gebruikt om een breuk te spalken, maar je hebt er

misschien ook in je kinderjaren mee

geknutseld. Het hydraat is harder dan het oorspronkelijke zout. Ook cement is een

Afb. 39 Gips is een hydraat.

voorbeeld van een hydraat.

Maar ook de droogmiddelen die aan

bijvoorbeeld elektronica en lederwaren

VA N

toegevoegd worden, zijn zouten waarvan hydraten bestaan. Die zouten hebben net als doel om vocht uit de lucht op te nemen.

Afb. 40 Droogmiddelen zijn zouten.

Formule

Systematische naam

Toepassing/voorkomen

NaF

natriumfluoride

tandpasta

NaHCO3

natriumwaterstofcarbonaat

bakpoeder

rijsmiddel

AgNO3

zilvernitraat

wratten verwijderen

CaSO4.5H2O

calciumsulfaatpentahydraat

gips

breuken zetten

NaCl

natriumchloride

keukenzout

smaak, bewaarmiddel

CaCO3

calciumcarbonaat

krijt

marmer, eierschaal

Na2CO3

natriumcarbonaat

soda of badzout

water-verzachter

Triviale naam

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

flashcards: zouten

HOOFDSTUK 6

Reactiepatroon

— Reactiepatroon:

zuur

hydroxide

→

zout

water

MOH

→

NaOH

→

NaCl

H2O

— Reactievergelijking: HCl

H2O

OPDRACHT 28 DEMO

Werkwijze

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de reactie van een zuur en een hydroxide.

Je leerkracht voegt 2 mL zoutzuur toe aan een proefbuis. Nadien voegt die enkele druppels universeel-

indicatoroplossing toe aan de oplossing en bepaalt de pH van de oplossing. Vervolgens voegt je leerkracht druppelsgewijs natriumhydroxideoplossing toe en bepaalt ook regelmatig de pH. Wanneer de pH 7 is

geworden, stopt je leerkracht met het toevoegen van natriumhydroxideoplossing. Vervolgens plaatst je

VA N

leerkracht het bekerglas op een draadnet en dampt die de oplossing uit. Waarnemingen

Besluit

Je kunt een zout vormen door een zuur met een hydroxide te laten reageren. Hierbij verandert de zuurtegraad of de pH. We noemen die reactie ook een neutralisatiereactie. reactiepatroon zout:

zuur (HZ) + hydroxide (MOH) → zout (MZ) + water (H2O)

` Maak oefening 45 t/m 51 op p. 78-79.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

THEMASYNTHESE

ANORGANISCHE STOFFEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

kennisclip

HOOFDSTUK 1 Verdere indeling van de materie naamgeving

Metaal heeft 1 mogelijke ionlading: metaal + uitgang Metaal heeft meerdere mogelijke ionladingen: — stocknotatie: metaal + (ionlading) + uitgang

— systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + uitgang

Atoomverbindingen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

Schema 1: indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule, zie p. 21

Schema 2: indeling van anorganische stoffen op basis van een naam, zie p. 23 HOOFDSTUK 2 De oxiden oxiden

— MO (metaaloxide) of nMO (niet-metaaloxide) — Functionele groep: O2-

— M + O2

→

nMO

VA N

— nM + O2

hydroxiden

HOOFDSTUK 3 De hydroxiden

— MOH

— Functionele groep: OH-

— MO + H2O

→

MOH

— MO = basevormend oxide

zuren

HOOFDSTUK 4 De zuren

— HnM (binair zuur) of HnMO (ternair zuur) — Functionele groep: H+

— H2 + nM

— nMO + H2O

→

HnM

→

HnMO

— nMO = zuurvormend oxide

HOOFDSTUK 5 Zuurtegraad van een oplossing

zuurtegraad buffer

pH:

0-7

= zuur

= neutraal

7-14

= base

— Hoe lager de pH, hoe zuurder de oplossing

— Oplossing waarvan de pH niet of amper wijzigt, zelfs na toevoeging van een zuur,

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

base of water

THEMASYNTHESE

HOOFDSTUK 6 De zouten zouten

— Algemeen: MZ of NH4Z

MnM (binair zout) of MnMO (ternair zout)

waterstofzout hydraat

— Wanneer in de zuurrest nog 1 of meerdere waterstofatomen aanwezig zijn.

— Wanneer er 1 of meerdere moleculen water in het kristalrooster van het zout vastgehecht zijn HZ

MOH

→

H2O

Tijdens de reactie verandert de pH. Die reactie wordt ook een neutralisatiereactie

baseneutralisatie

genoemd.

VA N

zuur-

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik ken het begrip organische en anorganische stoffen.

— Ik ken de algemene formule van de oxiden, hydroxiden, zuren en zouten. — Ik ken de functionele groep van de oxiden, hydroxiden en zuren. — Ik ken de indeling in metaaloxiden en niet-metaaloxiden.

— Ik ken de indeling in binair en ternair bij zuren en zouten.

— Ik ken de verdere indeling in waterstofzouten en hydraten bij de zouten.

— Ik ken toepassingen van een aantal oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

zouten.

— Ik ken reactiepatronen voor het vormen van oxiden, hydroxiden, zuren en — Ik kan de begrippen pH-schaal, zuur, basisch en neutraal uitleggen.

— Ik ken manieren om de pH van een oplossing te bepalen: pH-meter, pH-indicator.

— Ik ken het nut van een bufferoplossing.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan stoffen indelen in organische en anorganische stoffen. — Ik kan formules vormen via ionladingen en de kruisregel.

VA N

— Ik kan stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule.

— Ik kan formules van oxiden, hydroxiden en zouten vormen.

— Omzettingen tussen naam en formule bij oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

— Bij ionverbindingen: omzettingen tussen stocknotatie en de naam met Griekse telwoorden.

— Ik kan het verband toelichten tussen de pH-schaal, de begrippen zuur – basisch – neutraal en de kleur van een pH-indicator.

— Ik kan reactiepatronen herkennen in concrete reactievergelijkingen. invullen bij je Portfolio.

` Je kunt deze checklist ook op

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

CHECKLIST

CHECK IT OUT

Spreek jij chemisch? 1

Bekijk deze oefening uit een Franstalig leerboek over anorganische stofklassen. Nom oxyde de sodium

Na2O

hémioxyde de chlore

Cl2O

hydroxide de sodium

NaOH

sulfure d’hydrogène

H2S

oxyde de magnésium

MgO

monoxyde de carbone

hydroxide de magnésium

Mg (OH)2

fluorure d’hydrogène

sulfite d’hydrogène

H2SO3

oxyde d’aluminium

Al2O3

Formule

Welke kolom is het gemakkelijkst te begrijpen voor jou?

VA N

b Wat is de beste manier om over chemische stoffen te communiceren over alle taalgrenzen heen? Waarom?

Denk nu even terug aan de enquête uit de CHECK IN en beantwoord de vragen. a

Zou je nu nog hetzelfde antwoorden op deze enquête?

b Wat is de beste manier om over chemische stoffen te communiceren over alle taalgrenzen heen? Waarom?

Er zit heel wat logica vervat in de naamgeving van stoffen. Elke stof krijgt een universele, unieke naam en bij elke naam hoort een unieke, universele formule. Hoewel de naam van enkele atomen kan verschillen in andere talen, blijven de formules en symbolen overal hetzelfde. Een chemicus kan zich dus overal ter wereld duidelijk maken!

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

Zijn de volgende stoffen organisch of anorganisch? a

O H3C

CH3

H H

CH3

N+

O-

H H

haar

stenen

olijfolie

VA N

H C C O H

Al3+

Behoren volgende formules tot de oxiden, hydroxiden, zuren of zouten? a

CO:

d KCl:

b H2CO3: c

KOH:

Al(OH)3: Na2O:

(NH4)3PO4:

Behoren de volgende stoffen tot de organische of anorganische stoffen?

CaCl2

H2O

citroenzuur:

kunststof PVC:

C C C C C

vliegtuigbrandstof

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

Organisch

Anorganisch

H H H H H Cl H Cl H Cl

HI:

AAN DE SLAG

Zijn de volgende stellingen over organische en anorganische stoffen juist of fout? Indien fout, verbeter alleen het onderlijnde deel. a

Maïsolie behoort tot de anorganische stoffen, want het is afkomstig van de dode natuur.

b De verzameling van de minerale verbindingen is zeer uitgebreid en bevat moleculen met een grote keuze uit atoomsoorten.

Zijn de volgende voorstellingen zuivere stoffen of mengsels? c

VA N

Noteer de juiste stofklasse achter de volgende formules/namen. Wees zo specifiek mogelijk: bij oxiden maak je een onderscheid tussen metaal- en niet-metaaloxiden, bij zuren en zouten maak je een onderscheid tussen binair en ternair. a

AlPO4

b Na2O c

H2CO3

d Cl2O e

ijzer(II)oxide

b calciumhydroxide

d koper(I)hydroxide

zwavelzuur

salpeterigzuur

Verbind de formules met de juiste naam. KOH

⦁

chloorzuur

K2O

⦁

kaliumchloride

HClO3

⦁

kaliumoxide

HCl

⦁

waterstofchloride

KCl

⦁

kaliumhydroxide

Fe(OH)2

Zijn de volgende stoffen metaaloxiden (MO), niet-metaaloxiden (nMO) of behoren ze tot een andere stofklasse (/)? a

aluminiumhydroxide

b dibroomtrioxide c

waterstofcarbonaat

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Vorm de formule van het oxide van de volgende elementen. Als een bepaald element meerdere mogelijke ionladingen heeft, schrijf je alle opties. a

aluminium

b cadmium

Noteer de juiste naam naast de formules van de vorige oefening.

Van volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven. Schrijf telkens de andere naam/namen en/of formule. Indien er van een bepaalde stof geen stocknotatie bestaat, a

kaliumoxide

b lood(IV)oxide c

koolstofmonoxide

d koperoxide e

Br2O3

leg je uit waarom niet.

Schrijf de juiste formule van alle oxiden die bij de ingrediënten hieronder vermeld worden.

VA N

magnesiumoxide; Vulstof: Hydroxypropylmethylcellulose (E464);

Bevochtigingsmiddel: Sorbitol; Antiklontermiddel: Magnesiumstearaat (E470b); Kleurstof: E171; Verdikkings-middel: Siliciumdioxide. 1 capsule bevat 450 mg MAGNESIUM ELEMENT (120% Referentie inname).

Behoren de volgende stoffen tot de metaaloxiden (MO) of de niet-metaaloxiden (nMO)? a

lachgas

b roest

ongebluste kalk

d koolzuurgas

Schrijf het reactiepatroon voor de vorming van: a

een niet-metaaloxide:

b een metaaloxide:

Hoort bij de volgende reacties reactiepatroon a of b (uit de vorige oefening)?

5 O2

→

2 P2O5

b 4 Al

3 O2

→

2 Al2O3

→

2 CO

2 C

d de reactie beschreven in volgende tekst: Alkalimetalen zijn zo zacht dat je ze met een mes kunt snijden. Natrium reageert zo snel

met zuurstofgas in de lucht dat het oppervlak al na enkele minuten dof wordt.

Afb. 41 Natrium: een zacht alkalimetaal

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Vorm de formule van de hydroxiden van Cu.

Ook al heeft chloor een mogelijk ionlading van +VII en kun je door de kruisregel correct toe te passen de formule Cl(OH)7 bekomen, toch is dit geen juiste formule voor een hydroxide. Leg uit waarom niet.

Van de volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven. Noteer telkens de andere naam/namen en/of formule. Als er van een bepaalde stof geen stocknotatie a

ijzer(III)hydroxide

b CuOH c

KOH

d aluminiumhydroxide

ammoniumhydroxide

VA N

bestaat, leg je uit waarom niet.

Wat is de systematische naam van de volgende triviale namen? a

gebluste kalk

b ontstopper

Omcirkel alle basevormende oxiden. a

SO2

b NaOH

K2O

d CO2

Omcirkel alle basevormende oxiden. a

koolstofdioxide

b zwaveltrioxide

natriumoxide

d natriumhydroxide

Verklaar waarom Ca(OH)2 ook wel gebluste kalk genoemd wordt.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Vul de tabel aan: Formule

Systematische naam

zinkhydroxide

looddihydroxide

ijzer(III)hydroxide

Vorm de naam en formule van alle hydroxiden van chroom: lading Cr: 2+ Formule-eenheid

Systematische naam

Stocknotatie

lading Cr: 3+

Omcirkel alle juiste formules van hydroxiden. a

Cl(OH)3

b CuOH

b HIO3 c

d Fe(OH)3

HBrO

d HNO2

waterstofsulfide

b waterstofbromaat c

fosforzuur

d waterstofsulfiet

Noem 1 overeenkomst en 1 verschil tussen een binair en een ternair zuur.

H2S

Horen de volgende namen bij een binair (B) of bij een ternair (T) zuur? a

MgOH

Zijn de volgende formules binaire (B) of ternaire (T) zuren? a

lading Cr: 6+

VA N

Stocknotatie

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Welke formule hoort bij welke toepassing of eigenschap? 1 H3PO4

2 HCl

3 H2CO3

Vervolledig de volgende reactiepatronen. a

niet-metaaloxide + water →

b c

4 H2S

C aanwezig in de maag D aanwezig in cola

A aanwezig in spuitwater B geur van rotte eieren

+ waterstofgas →

metaaloxide + water →

Welk reactiepatroon uit de vorige oefening hoort bij de volgende reacties: a of b? a

3 H2O

→

2 H3PO4

b I2

→

2 HI

VA N

P2O5

de onderlijnde reactie in het volgende artikel:

Na oxidatie van zwaveldioxidegas

(uitstootgas van verbrandingsprocessen)

ontstaat SO3. Wanneer SO3 in de vochtige lucht komt, ontstaat zure regen.

d CaO

H2O

→

Ca(OH)2

Naast de 2 afgeleide zuren die we gezien hebben, bestaan er nog andere afgeleide zuren.

Beredeneer zelf wat de formule is van waterstoffosfiet.

b Noteer je redenering:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Vul de tabel aan. Formule

Systematische naam

H2SO4

waterstofnitriet

zoutzuur

Triviale naam

fosforzuur

Horen de stellingen, namen of formules bij binaire of ternaire zuren of bij beiden? Voor nieuwe namen/ formules, mag je ervan uitgaan dat ze juist zijn. Formule

Binair zuur

hypofosforigzuur

H is de functionele groep

H3PO2 kan gevormd worden uit de reactie van

Beide

VA N

een niet-metaal met waterstofgas

Ternair zuur

Je voegt aan de volgende oplossingen lakmoes toe. Welke kleur kun je waarnemen? Maak gebruik van de tabel op p. 54. a

een oplossing met een pH-waarde 2

b een oplossing waarin HCl is opgelost c

een oplossing die groen kleurt in de aanwezigheid van rodekoolsap

d een oplossing waarin ongebluste kalk is opgelost

Bepaal bij elk van de volgende pH-waarden of de oplossing zuur, basisch of neutraal is. Noteer ook de juiste kleur na het toevoegen van de opgegeven indicator. a

7 + rodekoolsap

b 4 + lakmoes c

12 + fenolftaleïne

d 2 + broomthymolblauw

Welke kleur neem je waar als je de volgende stoffen aan een oplossing van lakmoes toevoegt? a

CO2

b Na2O c

NaCl

d Zoutzuur e

Bijtende soda

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Zijn de volgende stellingen juist of fout? Indien fout, verbeter dan het onderlijnde deel. a

In de chemie is het tegengestelde van zuur zoet.

b Een oplossing met een pH-waarde 2 is zuurder dan een oplossing met een pH-waarde 3. c

Elke bufferoplossing vertoont een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing.

Waarom wordt er een bufferoplossing gebruikt om een pH-meter te ijken?

Welke soort van chemische stof is aanwezig in deze lippenstift? a

De Essence ‘Kiss The Frog’-lippenbalsem belooft ‘magische, roze lippen’: na het aanbrengen van de balsem verandert de kleur van vreemd groen

naar prachtig roze. De lippenbalsem kan dus de functie overnemen van ...

VA N

b Beschrijf een proef waarmee je de kleur in zuur en in basisch midden van de lippenbalsem ‘Kiss The Frog’ kunt bepalen.

Is de pH van de volgende oplossingen groter, kleiner of gelijk aan 7? Omcirkel het juiste antwoord. a

een basische oplossing

pH < 7

pH = 7

pH > 7

b frisdrank met opgelost CO2

pH < 7

pH = 7

pH > 7

met broomthymolblauw

pH < 7

pH = 7

pH > 7

d een oplossing van MgO in water

pH < 7

pH = 7

pH > 7

pH < 7

pH = 7

pH > 7

met fenolftaleïne

pH < 7

pH = 7

pH > 7

pH < 7

pH = 7

pH > 7

een oplossing die geel kleurt

een oplossing van azijn in water

een oplossing die roze kleurt een oplossing keukenzout

Op een advertentie zie je het volgende staan: ‘stabiliseert de pH tot 8.3 in zeewater aquarium.’ Over welke stof gaat het? Wat is de functie ervan?

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Omcirkel telkens het juiste antwoord. a

de meest zure oplossing:

rood met methyloranje / geel met methyloranje

b de oplossing met de hoogste pH:

fuchsia met fenolftaleïne / kleurloos met fenolftaleïne

blauwe kleur / rode kleur

KOH + lakmoes:

d blazen in een oplossing van broom thymolblauw: blauwe kleur / gele kleur

Je hebt 4 flessen met telkens een andere kleurloze, heldere oplossing in, namelijk NaOH, HCl, water of fenolftaleïne. Bedenk een experiment om te bepalen in welke fles fenolftaleïne zit. Je mag enkel de inhoud van deze flessen gebruiken.

VA N

Noteer de naam en de formule van de gevraagde zouten.

kalium en sulfidezuurrest

b aluminium en carbonaatzuurrest alle zouten van ijzer en de ternaire stamzuurrest

met chloor

d ammonium en waterstofzuurrest van koolzuur

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Noteer bij de volgende reactievergelijkingen het juiste reactiepatroon dat erbij hoort. a

→

b 2Ca +

→

2HI

Ca(OH)2

2HI

2CaO →

CaI2

2H2O

d 2 NaOH

H2SO4

→

Na2SO4 +

2H2O

Welke stoffen moet je samenvoegen om via een neutralisatiereactie Al(NO3)3 te bekomen?

Vorm de formule van de volgende zouten: a

aluminium en de zuurrest van zoutzuur

b ijzer (+II) en de zuurrest van fosforzuur c

lithium en waterstofzuurrest van koolzuur

d koper(+I) en sulfide-zuurrest

Wat is de naam voor FeSO3? Omcirkel de juiste naam.

VA N

ijzer(III)sulfiet ijzer(II)sulfiet ijzer(III)sulfide ijzer(II)sulfide

Welke karakteristieken horen bij CoCl2 . 6 H2O ? Formule

Juist

Het is een waterstofzout.

Het is een hydraat.

Van dat zout bestaat GEEN stocknotatie.

Het is een binair zout.

Fout

Horen de volgende toepassingen bij een binair of een ternair zout? a

smaakmaker

b aanwezig in eischalen

gips

d zorgt voor sterker glazuur e

bakpoeder

` Meer oefenen? Ga naar

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

Notities

VA N

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 01

VA N

THEMA 02 ORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

Klein verschil, grote gevolgen Je bent nog geen 16 jaar (of net geworden), dus hopelijk ga je verstandig om met het gebruik van alcohol.

Weet je welke chemische stof bedoeld wordt als men het heeft over de alcohol die aanwezig is in bier, wijn …? Tip: Het antwoord is niet ‘alcohol’, want voor een chemicus is de term ‘alcohol’ een stofklasse, zoals zuren en oxiden bij anorganische chemie.

We geven je 2 opties: methanol en ethanol. Welke stof is volgens jou het juiste antwoord? Omcirkel het antwoord: Ik denk dat de alcohol in onder andere bier methanol / ethanol is.

VA N

Tip: Misschien kunnen de veiligheidsvoorschriften, die bij deze stoffen horen, je helpen. Methanol

onder andere

Ethanol

onder andere

P: verwijderd houden van warmte

P: stof/nevel/damp niet inademen

P: verwijderd houden van warmte

Besluit: Je merkt dat 1 letter (‘m’) een wereld van verschil kan betekenen …

` Hoe kun je specifieke stofklassen van organische stoffen herkennen? ` Hoe vorm je de systematische naam en chemische formule van die stoffen? ` Wat zijn enkele eigenschappen en toepassingen van die organische stoffen? We zoeken het uit!

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

CHECK IN

VERKEN

Stoffen onderverdelen OPDRACHT 1

Wat is het verschil tussen anorganische en organische stoffen? In de volgende tabel vind je enkele eigenschappen van anorganische en organische stoffen. Omcirkel de juiste eigenschappen. Anorganische stoffen afgestorven natuur

— worden gevormd door combinaties van veel soorten elementen / vooral C- en H-atomen

— zijn combinaties uit een uitgebreide / beperkte keuze aan atoomsoorten

— één molecule bevat een beperkt aantal / heel veel atomen

afgestorven natuur

— worden gevormd door combinaties van veel soorten elementen / vooral C- en H-atomen

— combinaties uit een uitgebreide /

beperkte keuze aan atoomsoorten

— één molecule bevat een beperkt aantal / heel veel atomen

— de totale verzameling is minder / heel uitgebreid

VA N

— de totale verzameling is minder / heel uitgebreid

— bevinden zich in de levenloze / levende /

Organische stoffen

OPDRACHT 2

De systematische naam van een anorganische stof bevat veel informatie over de stofklasse waartoe de stof behoort. We komen hetzelfde tegen bij de organische stoffen. In de tabel zijn enkele systematische namen van anorganische stoffen gegeven. a

Onderstreep telkens welk deel in de naam verwijst naar de stofklasse waartoe de stof behoort.

b Vermeld in de tweede kolom de stofklasse.

Verklaar tenslotte in de laatste kolom je keuze.

Anorganische stof

magnesiumoxide

aluminiumhydroxide

waterstofnitraat

calciumchloride

kaliumsulfaat

Stofklasse

Verklaring

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

VERKEN

HOOFDSTUK 1

Organische chemie of koolstofchemie LEERDOELEN

Je kunt al: L organische stoffen onderscheiden van anorganische stoffen; L anorganische stoffen onderverdelen in oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Je kent ondertussen het verschil tussen een anorganische

Je leert nu: L organische stoffen classificeren in alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren op basis van een gegeven

gebruikt als synoniem voor organische stoffen. Zo spreekt

men ook over koolstofchemie in plaats van over organische chemie, omdat organische stoffen minstens 1 koolstofatoom

VA N

formule of naam;

en een organische stof. De term koolstofverbindingen wordt

bevatten. De binding(en) die dat atoom aangaat, bepaalt tot

L de structuurformule, brutoformule

welke stofklasse een organische stof behoort:

en skeletnotatie van een organische

stof herkennen, weergeven, in elkaar

—

Welk atoom is gebonden aan het koolstofatoom?

omzetten en interpreteren.

—

Hoeveel bindingen worden er gevormd tussen het koolstofatoom en het volgende atoom?

Bij de anorganische stoffen beschreven we 4 stofklassen: de oxiden, de hydroxiden, de zuren en de zouten. Omwille van de verscheidene bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom, bestaan er meer dan 10 stofklassen in de organische chemie. Voordat we enkele van die stofklassen bespreken, bekijken we eerst de bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom.

Bovendien ken je het begrip brutoformule al uit thema 01. In dit hoofdstuk bestuderen we hoe een organische stof

wordt voorgesteld. Naast de brutoformule worden organische stoffen ook nog op andere manieren voorgesteld.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

Het koolstofatoom speelt een centrale rol binnen de organische chemie. Het atoom komt voor in elke verbinding en zal steeds omgeven worden door 1 of meerdere atomen, zoals H, O, N … OPDRACHT 3

Vul aan.

Teken in de volgende tabel de lewisstructuur van een C-atoom en geef ook de elektronenconfiguratie weer. Atoom

Lewisstructuur

VA N

Elektronenconfiguratie

Hoeveel valentie-elektronen heeft het C-atoom?

Hoeveel atoombindingen moet een alleenstaand C-atoom aangaan om een edelgasconfiguratie te

verkrijgen?

Met hoeveel waterstofatomen moet een alleenstaand C-atoom een binding aangaan? Schrijf de brutoformule van de meest eenvoudige C-H-verbinding (H’s achteraan!)

Organische stoffen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van minstens 1 koolstofatoom. Een koolstofatoom heeft 4 vrije valentie-elektronen en gaat 4 bindingen aan om de octetstructuur te bereiken. Bekijk enkele formules van organische stoffen: 2

H H H

H C H

H C C C H

6 elektronen

H H H

6 protonen

6 neutronen Afb. 42 Een koolstofatoom heeft 4 valentie-elektronen.

H H H C C O H H H

H H

C C

H H C C H

H C C H

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

O O H

HOOFDSTUK 1

Het valt op dat elk koolstofatoom 4 bindingen aangaat, maar dat wil niet zeggen dat het 4 bindingspartners nodig heeft! Zo zie je in de derde, vijfde en zesde voorstelling dat een atoom meerdere (dubbele of drievoudige) bindingen kan aangaan met een ander atoom waardoor er minder waterstofatomen nodig zijn om de edelgasconfiguratie te bereiken. Wanneer het koolstofatoom 4 bindingspartners heeft en dus 4 enkelvoudige bindingen, dan spreekt men van verzadigde verbindingen. Als het koolstofatoom een binding vormt met 2 of 3 andere atomen, dan zijn er meervoudige bindingen aanwezig (dubbele of drievoudige) en spreken we van

onverzadigde verbindingen. Wanneer de C-atomen alleen binden met andere C-atomen en met H-atomen, dan noemen we de stoffen koolwaterstoffen. Ook hier wordt dan het

onderscheid gemaakt tussen verzadigde koolwaterstoffen en onverzadigde koolwaterstoffen.

OPDRACHT 4

Bekijk de onderstaande organische verbindingen.

VA N

Zijn deze verbindingen verzadigd of onverzadigd? Vul de tabel aan. Organische verbinding

H H

C C

H H

H C C H H H

CH3 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Verzadigd (V) of onverzadigd (O)?

Zoals je weet, heeft het koolstofatoom 4 valentie-elektronen. Om de octetstructuur te bereiken, zal het atoom dus met nog 4 extra elektronen moeten binden. Dat kan op een aantal manieren: het koolstofatoom kan zich binden aan 4, 3 of 2 atomen. Binding met 4 atomen

Binding met 2 atomen

Binding met 3 atomen Koolstof kan de octetstructuur ook

Als het koolstofatoom slechts aan

aangaan met 4 atomen, die elk 1

bereiken door slechts aan 3 atomen

2 atomen bindt, dan kan het de

ongepaard elektron bezitten.

te binden. Omdat het C-atoom

octetstructuur bereiken door 2

Zowel waterstof als de halogenen

4 ongepaarde elektronen heeft,

dubbele bindingen aan te gaan of

zijn niet-metaalatomen met

moet het dan een dubbele binding

een enkelvoudige en een drievoudige

1 ongepaard elektron.

aangaan met 1 atoom.

binding aan te gaan.

We bekijken de molecule methaan

We bekijken de molecule etheen

We bekijken de molecule ethyn

(CH4):

(C2H4):

(C2H2):

— lewisstructuur:

H C H

Koolstof kan een atoombinding

— lewisstructuur:

H H C C

H C C H

H H

De molecule heeft een lineaire

met waterstofatomen rondom zich

2 koolstofatomen. De bindingen van

structuur, wat betekent dat de

in de ruimte maximaal spreiden.

het koolstofatoom vormen nu een

bindingshoeken 180° bedragen.

Hierdoor ontstaat een 3D-molecule,

trigonale structuur: de bindingen

een tetraëder met hoeken tussen de

liggen in een vlak met onderlinge

C-H-bindingen die 109° bedragen.

bindingshoeken van 120°.

— ruimtelijke structuur:

VA N

Het koolstofatoom zal de 4 bindingen Er is een dubbele binding tussen de

C H H

H H

C C

— ruimtelijke structuur:

H C C H

In een organische stof zal het koolstofatoom altijd 4 atoombindingen aangaan met andere atomen. Dat kunnen andere koolstofatomen zijn, maar evengoed atomen van andere elementen (H, Cl, O …). Een koolstofatoom heeft dus altijd 4 bindingen, maar niet noodzakelijk 4 bindingspartners. Organische verbindingen die alleen bestaan uit C-atomen en H-atomen, worden ook wel koolwaterstoffen genoemd. — Verzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij elk koolstofatoom steeds 4 bindingspartners heeft. — Onverzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij

sommige koolstofatomen 2 of 3 verschillende bindingspartners hebben.

` Maak oefening 1 op p. 131.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Notatiemogelijkheden van een organische stof

Een organische stof bestaat dus uit koolstofatomen, die steeds 4 bindingen aangaan. Vaak ontstaat er een binding met een waterstofatoom. Organische stoffen worden op meerdere manieren weergegeven.

2.1 Brutoformule

Eén manier ken je al uit thema 01: de brutoformule. De brutoformule van een organische stof geeft de aanwezige elementen weer en het aantal van elk

element met een index. De index 1 wordt niet genoteerd. In de organische chemie worden de elementen bovendien als volgt gerangschikt: eerst C

(koolstof), dan H (waterstof) en ten slotte de overige elementen alfabetisch. VOORBEELD BRUTOFORMULE CH4 C2H6

C2H4 C3H8O

VA N

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule Over de manier waarop de atomen met elkaar verbonden zijn, krijg je geen informatie in de brutoformule. Hiervoor werken we met de structuurformule. In die formule wordt het aantal atomen van elke soort weergegeven. Ze worden rond elk koolstofatoom apart geordend, waardoor de bindingen tussen de koolstofatomen zichtbaar zijn. De structuurformule is dus een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule waarbij de bindingen worden weergegeven tussen de verschillende koolstofatomen. De bindingen met waterstof worden, na een goede beheersing van het schrijven van een structuurformule, vaak weggelaten. We spreken dan van de beknopte structuurformule. Wanneer de C-H-bindingen wel nog worden getoond,

spreekt men over een uitgebreide structuurformule.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

VOORBEELD STRUCTUURFORMULE Uitgebreide structuurformule

Brutoformule

Beknopte structuurformule

H H C H

CH4

H H H H C C H

C2H6

CH3 – CH3

H H C2H4

H H

C C

CH2 = CH2

H H H

C3H8O

H C C C O H

CH3 – CH2 – CH2 – OH

H H H

Merk op dat in het laatste voorbeeld het lijkt alsof het zuurstofatoom

VA N

gebonden is aan 1 van de 2 waterstofatomen rond het koolstofatoom, maar het is gebonden aan het koolstofatoom zelf.

OPDRACHT 5

Vul de volgende koolstofverbindingen met waterstofatomen aan, zodat elk C-atoom 4 bindingen aangaat. Je noteert op die manier zowel de structuurformule als de brutoformule van de verbindingen. Aantal gebonden C-atomen

Structuurformule van de verbinding

Brutoformule van de verbinding

C–C–C

CH3 – CH2 – CH3

C3H8

C–C–C–C–C–C–C

C–C–C–C

C=C C–C–C C

C–C–C–C=C–C

TIP Wanneer er in een structuurformule een atoomgroep, bijvoorbeeld CH2, vaak voorkomt, dan kan het als volgt verkort worden weergegeven:

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

→

CH3 - (CH2)5 - CH3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

WEETJE Isomerie De brutoformule kan, in tegenstelling tot bij een anorganische stof, niet altijd 1 op 1 gelinkt worden aan een organische stof. Ze wordt daarom ook minder gebruikt om een organische stof weer te geven. Zo kunnen er vanuit de brutoformule C4H10 2 verschillende organische

stoffen worden gevormd, zoals te zien is in de onderstaande (beknopte) structuurformules: CH3 - CH2 - CH2 - CH3

CH3 - CH - CH3 CH3

Omdat beide organische stoffen opgebouwd zijn uit dezelfde atomen en ook van elk eenzelfde aantal bevatten, worden de 2 stoffen

isomeren van elkaar genoemd. Ze verschillen echter in fysische en

chemische eigenschappen (bv. kooktemperatuur en reactiviteit). De

isomere eigenschap ligt mee aan de basis van de grote hoeveelheid

moleculen binnen de koolstofchemie. In de 3de graad komen we hier zeker op terug.

VA N

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur Bij de organische stoffen maakt men ten slotte ook nog gebruik van een derde notatie de skeletnotatie of zaagtandstructuur. De skeletnotatie toont enkel het skelet van een organische molecule, die heeft 2 onderdelen: — de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen; — de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen en andere (niet-waterstof) atomen.

OPDRACHT 6

Vul de skeletnotatie aan. Brutoformule

C4H10

Uitgebreide structuurformule

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

C3H6

CH2 = CH – CH3

C2H6O

CH3 – CH2 – OH

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Skeletnotatie

OPDRACHT 7

Vul de tabel aan. Je krijgt steeds 1 notatiemogelijkheid en vult de andere voorstellingen aan. Brutoformule

Skeletnotatie

Uitgebreide structuurformule

CH3 – (CH2)5 – CH3

VA N

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

WEETJE

Skeletnotaties worden vooral gebruikt om grote organische moleculen voor te stellen. Denk bijvoorbeeld aan koolstofverbindingen uit het dagelijks leven, zoals fructose en glucose. Die suikers heb je misschien in de lessen biologie al gezien onder de vorm van hun skeletnotatie:

CH2OH

OH CH OH 2

Afb. 43 De skeletnotatie van fructose

OH OH

Afb. 44 De skeletnotatie van glucose

Fructose en glucose zijn trouwens ook isomeren van elkaar. Ze hebben beiden dezelfde brutoformule (C6H12O6) maar een specifieke structuurformule of skeletnotatie.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Een organische stof kan op verschillende manieren voorgesteld worden: Uitgebreide structuurformule

Brutoformule

Beknopte structuurformule

Skeletnotatie of zaagtandstructuur

= een lineaire weergave

= een tweedimensionale

van de aanwezige

weergave van de

weergave van de structuur weergave van de

elementen, met een

structuur van een

van een molecule

structuur van een

index die het aantal per

molecule waarbij alle

waarbij de bindingen

molecule, waarbij alle

element weergeeft.

bindingen worden

worden weergegeven

bindingen worden

Volgorde: C – H – andere

weergegeven.

= een tweedimensionale

weergegeven, maar de

koolstofatomen.

C- en H-atomen

volgorde

De C-H-bindingen worden (gebonden aan de

tussen de verschillende

elementen in alfabetische

niet weergegeven.

C-atomen) niet meer genoteerd worden.

H H H

bv. C3H8

H C C C H H H H

CH2

CH3

CH2

H H H C C O H

VA N

C2H6O

CH3

H H

C3H4

H C C C H H

` Maak oefening 2 en 3 p. 131.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

CH3

De stofklassen

Bij de anorganische stoffen hebben we 4 stofklassen beschreven. Door de verschillende bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom bestaan er meer dan 10 stofklassen in de organische chemie. Elk van die stofklassen wordt gekenmerkt door een specifieke binding of een functionele groep. Die functionele groep is een kenmerkende groep van atomen.

Dit schooljaar zullen we 4 stofklassen bespreken: alkanen, alkenen, alcoholen en carbonzuren.

OPDRACHT 8

Zie jij overeenkomsten? 1

Bekijk enkele structuurformules, skeletnotaties en namen van die 4 stofklassen: 1

ethaanzuur

methanol

VA N

methaan

CH3 – COOH

CH4

ethaanzuur

CH3COOH

n-butaan

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3OH methaanzuur HCOOH

H3C C

propaan

H H

CH3 – CH2 – CH3

H C C C H

ethanol

propeen

CH3 – CH2 – OH

n-hexaan

H H

n-octaan

H H H H H H H H

H C C C C C C C C H H H H H H H H H

etheen CH2 = CH2

Probeer, eventueel in overleg met je buur, alle voorbeelden in 4 groepen onder te brengen.

Welke kenmerken ga je hiervoor gebruiken?

Kijk nu naar de indeling van enkele andere werkgroepjes en vul jouw indeling verder aan.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Zo komen we tot de volgende onderverdeling in 4 stofklassen: 1

→ enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

alkaan

alleen maar C- en H-atomen aanwezig

= verzadigde koolwaterstof

→ dubbele binding tussen 1 paar C-atomen

alkeen

alleen maar C- en H-atomen aanwezig

= onverzadigde koolwaterstof

→ enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

alcohol

hydroxylfunctie (-OH-groep) in de molecule

→ enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

carbonzuur

→ carboxylfunctie (-COOH-groep) in de molecule

TIP

Opgelet! Verwar de hydroxylfunctie niet met hydroxide. Het gaat allebei wel over de OH-groep, maar bij hydroxiden is er een ion gebonden via ionbinding. Bij de hydroxylfunctie zal de OH-groep via atoombinding

VA N

aan de koolstof vastzitten.

Stofklasse

alkanen

alkenen

alcoholen

Systematische naam

-aan

-een -ol

carbonzuren -zuur

Skeletnotatie of zaagtandstructuur

alleen C/H-atomen

alleen maar enkelvoudige bindingen

alleen C/H-atomen

dubbele binding aanwezig

C/H/O-atomen

OH als functionele groep aanwezig

C/H/O-atomen

COOH als functionele groep aanwezig

` Maak oefening 4 t/m 6 op p. 132.

Dit schooljaar beperken we ons tot die 4 stofklassen. In de volgende hoofdstukken bespreken we dan ook telkens 1 van die stofklassen. De kennis die je dit jaar verzamelt, vormt de basis voor het volgende jaar waarin je meer stofklassen zult leren en waarin je binnen 1 stofklasse het aantal stoffen uitgebreider zult bespreken.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

Alkanen

LEERDOELEN

L enkelvoudige stoffen en anorganische samengestelde stoffen voorstellen m.b.v. de brutoformule; L de naam formuleren van anorganische stoffen als je de brutoformule krijgt;

Je kunt al:

L de brutoformule noteren van anorganische stoffen als je de systematische naam of stocknotatie krijgt; L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen bespreken.

Een eerste stofklasse die we uitgebreider bekijken, zijn de alkanen. Die

moleculen bevatten alleen koolstof- en waterstofatomen. We geven ze daarom

dan ook vaak de naam koolwaterstoffen. Tussen de koolstofatomen komt telkens maar één binding voor; we spreken van een

VA N

Je leert nu:

L de naam van een alkaan formuleren op basis van een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

enkelvoudige atoombinding. Hierdoor heeft elk koolstofatoom een maximaal aantal waterstofatomen en kunnen er geen extra

L enkele toepassingen van alkanen uit het dagelijks leven en de industrie bespreken.

atomen opgenomen worden in de molecule. We noemen alkanen daarom ook verzadigde koolwaterstofverbindingen.

Stofklasse

alkanen

‘C-C’

Formule en systematische naam

Typisch kenmerk

enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

Centraal in de molecule staat de koolstofketen, de stam van de molecule. De lengte van de stam bepaalt de naam van de molecule. We bespreken eerst de onvertakte alkanen: er komen geen zijketens voor in de moleculen.

1.1 Onvertakte alkanen Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alkaan juist gevormd? — De stam ‘alk-‘ verwijst naar het specifieke aantal C-atomen in de molecule. — Het achtervoegsel ‘-aan’ verwijst naar de het feit dat er alleen maar enkelvoudige bindingen tussen alle C-atomen bestaan.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

TIP De eerste 3 alkanen

Het is dus belangrijk dat je de stammen goed kent, want ze vormen de basis voor het grote aantal moleculen dat je de volgende jaren zult leren kennen. Aantal C-atomen

Stam

Aantal C-atomen

Stam

meth-

hex-

eth-

hept-

prop-

oct-

Om de namen van die

but-

non-

moleculen te onthouden,

pent-

dec-

onthoud je misschien met het ezelsbruggetje ‘MEP’. Vanaf het vijfde alkaan herken je de Griekse telwoorden.

bestaat er ook een eerste letters van de alkanen keren terug

Vanaf 4 koolstofatomen kan met dezelfde bouwstenen ook een vertakt alkaan

geheugensteuntje. De

gevormd worden, bv. C4H10:

in de volgende zin: ‘Mama en papa bakken pannenkoeken, heel heerlijk of niet dan?’

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH – CH3

CH3

Vanaf butaan wordt de alkaannaam daarom ook als een verzamelnaam

gezien. Wanneer men het specifiek over de niet-vertakte molecule heeft, dan WEETJE

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 wordt dan n-butaan, omdat het onvertakt is.

VA N

De ‘n’ in de naam voor

plaatst men ‘n-’ voor de naam. De systematische naam van

de onvertakte alkanen staat voor ‘normal’, maar je kunt het misschien beter onthouden als ‘niet-vertakt’.

VOORBEELD SYSTEMATISCHE NAAM ONVERTAKTE ALKANEN

We formuleren de systematische naam van enkele (onvertakte) alkanen vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie. 1

CH4

— stam = 1 koolstofatoom: METH

— Het C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN.

De systematische naam van dat molecule is methaan.

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

— stam = 5 koolstofatomen: PENT

— Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN.

— Het is een onvertakt alkaan met meer dan 4 C-atomen, dus met ‘n’

voor de naam. De systematische naam van dat molecule is n-pentaan. 3 — stam = 8 koolstofatomen: OCT — Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN. — Het is een onvertakt alkaan met > 4 C-atomen, dus met ‘n’ voor de naam. De systematische naam van dat molecule is n-octaan.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 9

Formuleer nu zelf de systematische naam vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie. Voorstelling

Systematische naam

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

Hoe worden de brutoformule, structuurformule of skeletnotatie van een specifiek (onvertakt) alkaan gevormd?

Bij het opstellen van de structuurformule van een onvertakt alkaan overloop je best het volgende stappenplan:

VA N

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen.

Stap 2: Plaats een enkelvoudige binding tussen de C-atomen.

Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

OPDRACHT 10 VOORBEELDOEFENING

Vorm de structuurformule en skeletnotatie van n-heptaan. Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen.

Stam = HEPT dat wil zeggen 7 C-atomen + afkorting ‘n’ wil zeggen een onvertakt alkaan. C

Stap 2: Plaats tussen alle koolstofatomen een enkelvoudige binding.

C–C–C–C–C–C–C Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen, tot elk C-atoom 4 bindingspartners heeft. Uitgebreide structuurformule:

Beknopte structuurformule: Brutoformule:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 11

Skeletnotatie:

Stel nu zelf de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie op van de onderstaande onvertakte alkanen. Systematische naam n-nonaan

Brutoformule

Skeletnotatie

VA N

propaan

Structuurformule

Uit de bovenstaande voorbeeldoefening blijkt dat in de brutoformule van een alkaan het aantal waterstofatomen steeds gelijk is aan tweemaal het aantal koolstofatomen plus 2. Dat leidt tot de volgende algemene brutoformule voor de alkanen:

CnH2n+2

(met n = natuurlijk getal)

1.2 Vertakte alkanen

De 10 alkanen die we al gezien hebben, zijn maar een deel van de beschikbare alkanen. Er zijn alkanen die meer dan 10 koolstofatomen bezitten en bovendien zijn er vertakkingen mogelijk. Omdat er enorm veel mogelijke

combinaties zijn, zijn er internationaal duidelijke afspraken gemaakt over de naamgeving van die vertakte alkanen. Zijketengroepen verkrijgen we door bij een alkaan 1 H-atoom weg te nemen. De namen ervan worden gevormd door aan de stamnaam het achtervoegsel -yl toe te voegen. Voorbeeld: – CH2 – CH2 – CH3 → propyl-zijketen

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

A Vertakte alkanen met 1 zijketen De namen van die moleculen worden gevormd als volgt: Stap 1: Zoek de langste, niet-vertakte koolstofketen (hoofdketen) en tel het aantal koolstofatomen in die keten. Stap 2: Gebruik de overeenstemmende stamnaam met de uitgang -aan. Stap 3: Voor de zijketen gebruik je de gepaste zijketennaam als voorvoegsel. Stap 4: Indien nodig schrijf je voor die zijketennaam een plaatsnummer gevolgd door een koppelteken (-). De nummering van de hoofdketen gebeurt op zo’n manier dat het plaatsnummer zo klein mogelijk is. 2 6

3 5

Voorbeeld: 1 7

De langste niet-vertakte C-keten = 7 C-atomen → HEPTAAN De zijketen bestaat uit 1 C-atoom → METHYL

De nummering van de zijketen op de hoofdketen moet zo laag mogelijk zijn → 2. De systematische naam van de molecule is 2-methylheptaan.

B Vertakte alkanen met meerdere zijketens

Zijn er meerdere identieke zijketens, dan wordt de zijketennaam als

VA N

voorvoegsel geplaatst, voorafgegaan door telvoorvoegsels di-, tri-, tetra- ... Indien nodig schrijf je zoveel plaatsnummers als er zijketens zijn. Tussen 2 opeenvolgende plaatsnummers wordt een komma geschreven. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven. Zijn er verschillende zijketens, dan worden de zijketennamen als voorvoegsels geplaatst in alfabetische volgorde, voorafgegaan door hun plaatsnummers. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven. Met andere woorden: De hoofdketen wordt zodanig genummerd dat de eerste zijketen een zo klein mogelijk plaatsnummer krijgt. Bij gelijkheid kijk je naar de volgende zijketen. De zijketen die alfabetisch eerst gerangschikt staat, krijgt, indien mogelijk, het kleinste plaatsnummer. Het alfabetisch rangschikken van de zijketens gebeurt enkel op basis van de zijketennaam. Met de telvoorvoegsels wordt geen rekening gehouden. Voorbeeld:

— De langste niet-vertakte C-keten = 10 C-atomen → DECAAN — Er zijn 3 zijketens: •

2 zijketens bestaande uit 1 C-atoom → DIMETHYL

•

1 zijketen bestaande uit 2 C-atomen → ETHYL

— De zijketens worden alfabetisch gerangschikt en de nummering is zo laag mogelijk → 5-ethyl-2,3-dimethyl. — De systematische naam van de molecule is 5-ethyl-2,3-dimethyl-decaan.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

Hoe worden nu de brutoformule, structuurformule of skeletnotatie van een specifiek vertakt alkaan gevormd? Bij het opstellen van de structuurformule van een vertakt alkaan overloop je het volgende stappenplan:

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen op dat je afleidt uit de stamnaam.

Stap 2: Plaats de zijketens op de juiste plaats.

Stap 3: Plaats een enkelvoudige binding tussen de C-atomen.

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom

VA N

4 bindingen heeft.

OPDRACHT 12 VOORBEELDOEFENING

Stel de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie van enkele vertakte alkanen op.

— 3-methylhexaan

100

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

— 3 ethyl-3-methyl-heptaan

VA N

OPDRACHT 13

Stel nu zelf de, structuurformule, skeletnotatie en brutoformule op van de onderstaande vertakte alkanen. Systematische naam

2,3,4-trimethylpentaan

5-ethyl-2-methylheptaan

Structuurformule

Skeletnotatie

Brutoformule

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

101

ORGANISCHE STOFFEN ALKANEN

onvertakt

vertakt

Formulevorming

Naamgeving

Formulevorming

stam = aantal

— brutoformule:

stam = aantal

zie stappenplan

C-atomen

op p. 100

C-atomen + achtervoegsel ‘aan’

CnH2n+2

— structuurformule:

— vanaf 4 C-atomen met

zie stappenplan op p. 97

Naamgeving

langste keten +

achtervoegsel ‘aan’ — zijketens: - yl

— positienummer zijketens: zo

symbool ‘n’

laag mogelijk

vooraan

— volgorde

VA N

zijketens in naam:

alfabetisch

102

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

2.1 Fysische eigenschappen

Paraffine, het hoofdbestanddeel van kaarsen, is een mengsel van n-alkanen met 17 tot 57 koolstofatomen.

Alkanen komen in groot aantal voor in de natuur. Wanneer we de kook- en smelttemperatuur bekijken op de onderstaande grafiek, wordt duidelijk dat korte alkanen zoals methaan (CH4), ethaan (CH3 - CH3), propaan (CH3 - CH2 -

CH3) en butaan (CH3 - CH2 - CH2 - CH3) gasvormig zijn bij kamertemperatuur. Naarmate de molecule langer wordt, stijgt het kookpunt van het alkaan. Alkanen met 5 tot 16 C-atomen zijn vloeibaar bij kamertemperatuur en

WEETJE

alkanen met 17 of meer C-atomen zijn vast bij kamertemperatuur. De laatste

VA N

noemen we de hogere alkanen of paraffinen.

Afb. 45 Kook- en smelttemperatuur van alkanen

Alkanen zijn goed brandbaar. Methaan (aardgas) wordt als brandstof gebruikt voor het verwarmen van onze huizen en het koken van eten op een gasvuur. Lagere alkanen zijn bovendien licht ontvlambaar. Daarom moet je thuis altijd goed controleren of je de gasaansluiting van je gasfornuis goed hebt afgesloten wanneer je klaar bent met koken.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

103

OPDRACHT 14 DEMO

Zijn alkanen licht ontvlambaar? watje met pentaan

Werkwijze Je leerkracht bevochtigt een propje watten met

emmer met water en vochtige handdoek

n-pentaan. Een gehalveerde plastic staaf wordt onder een hoek van 45° opgesteld met behulp van een statief. Het andere uiteinde rust op tafel in de

gehalveerde plastic buis

buurt van een theelichtje of brandende kaars.

kaarsje

Waarnemingen a

Wat neem je waar?

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

b Hoe kun je dat verklaren?

VA N

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

Juiste blusmethode

— Neem het natte doek met 2 handen vast aan de bovenste hoekpunten (de handpalmen naar boven).

— Draai de handen zodat het blusdoek de handen en onderarmen bedekt.

— Benader het vuur met gestrekte armen en

demovideo: juiste blusmethode

het blusdoek voor je.

— Plaats het blusdoek over de brand, beginnende met de onderkant van het blusdoek.

— Zorg ervoor dat het blusdoek de vuurhaard volledig bedekt. Laat het blusdoek liggen want de brandstof kan opnieuw ontvlammen.

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

WEETJE

Een stof is licht ontvlambaar als ze met een vlam of klein vonkje gaat branden bij kamertemperatuur in de aanwezigheid van lucht. Let op: ontvlambaarheid mag je niet verwarren met brandbaarheid van een stof. Een stof kan goed brandbaar zijn, maar toch slecht ontvlambaar.

104

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

De wereldindustrie steunt voor haar energievoorziening grotendeels op

TIP

alkaanmengsels, zoals petroleum en aardgas. Die grondstoffen vormen ook

Scan de QR-code en ontdek waar fossiele koolstofbronnen precies vandaan komen.

de basis van de petrochemie, waaruit allerlei producten ontstaan die niet meer uit het moderne leven zijn weg te denken. Vorig jaar leerde je al dat ruwe aardolie in fracties wordt gescheiden door gefractioneerde destillatie. gasfractie

dalende dichtheid en kookpunt

chemicaliën 70 °C

bijlage: koolstofbronnen

petroleum voor auto’s 120 °C

oplopende dichtheid en kookpunt ruwe olie

kerosine voor vliegtuigen paraffine voor verlichting en verwarming 170 °C diesel 270 °C

VA N

smeerolie, glansen boenproducten

brandstof voor schepen, industrie en centrale verwarming 600 °C

asfaltfractie voor wegen

Afb. 46 Gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie.

OPDRACHT 15 DEMO

Welke fracties die we verkrijgen door een gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie, zijn het best ontvlambaar? Werkwijze

Je leerkracht giet 4 fracties in een porseleinen kroesje en onderzoekt hun brandbaarheid.

benzine

pertroleum

kerosine

brandstof voor centrale verwarming

Waarneming

Omcikel het juiste antwoord

— De benzinefractie brandt met een grote / kleine vlam.

— De andere fracties branden met een grotere / kleinere vlam. Besluit

Wat kun je besluiten?

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

105

WEETJE Kraken van langere alkanen Je leerde dat de kortere alkanen vlugger ontvlammen en dus goed bruikbaar zijn als brandstof. Petrochemici proberen langere ketens dan ook te splitsen in meerdere kortere ketens. Dat heet het kraken van alkanen. Om dat resultaat te bereiken, worden de langere alkaanketens verhit in een omgeving zonder zuurstofgas, waardoor er kortere brokstukken ontstaan: kortere alkanen, maar ook alkenen.

H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C C C C C C H T H H

C C

H C C C H

H H

H C C H H H

H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H

H C C C C C C C C H H H H H H H H H

VA N

Afb. 47 Kraken van C15H32. Let op de dubbele bindingen die hierbij worden gevormd.

Alkanen zijn verzadigd: elk koolstofatoom bindt al 4 andere atomen aan zich en kan dus geen extra bindingen meer aangaan. Een of meerdere waterstofatomen kunnen wel vervangen worden door een ander atoom of een atoomgroep. Dat atoom of die atoomgroep noemen we een substituent en de reactie is een substitutiereactie.

Het waterstofatoom kan bijvoorbeeld vervangen worden door een halogeenatoom (behorend tot groep VIIa van het periodiek systeem: fluor, chloor, jood of broom). Alkanen reageren met dihalogenen in aanwezigheid van ultraviolet licht. Er kunnen verschillende H-atomen vervangen worden en er zullen dus ook meerdere reactieproducten ontstaan. De chlorering van pentaan levert het volgende:

H H H H H

Cl C C C C C H + H Cl H H H H H

1-chloorpentaan

H H H H H H C C C C C H H H H H H

Cl Cl

H H H H H H C C C C C H + H Cl H Cl H H H

2-chloorpentaan

H H H H H H C C C C C H + H Cl H H Cl H H

3-chloorpentaan Afb. 48 Pentaan vormt onder invloef van uv-licht o.a. 1-chloorpentaan, 2-chloorpentaan of 3-chloorpentaan.

106

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

Na substitutie ontstaan zogenaamde halogeenalkanen. Die moleculen hebben veel nuttige toepassingen. Subsitutiereactie

Toepassing halogeenalkaan

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH3Cl (chloormethaan) is een koelmiddel (freon).

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 (dichloormethaan) is een afbijtmiddel.

CH3Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl

CHCl3 (trichloormethaan) ken je als chloroform.

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl

CCl4 (tretrachloormethaan) wordt vaak

vlekkenwater genoemd, ook al heeft die

watje met pentaan

ontvlekker niets met water te maken.

emmer met water en vochtige handdoek

gehalveerde plastic buis

VA N

Afb. 49 Freon kaarsje wordt gebruikt in koelkasten, terwijl chloroform vroeger als verdovend middel diende bij operaties.

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven A Methaan

Methaan is het voornaamste bestanddeel van aardgas en wordt soms aangetroffen samen met aardolie en andere fossiele brandstoffen. Methaangas ontstaat wanneer bacteriën onder anaerobe omstandigheden (= omgeving zonder

ontdekplaat: organische stofklassen

zuurstofgas) afgestorven organismen afbreken. Omdat anaerobe omstandigheden vooral in moerasbodems voorkomen, wordt methaan vaak

Afb. 50 Een molecule methaan GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

moerasgas genoemd. Het gas ontstaat ook bij de

verwerking van o.a. tuinafval. Door die gassen over generatoren te sturen, wordt elektrische energie opgewekt. Methaan wordt daarom ook vaak een biogas genoemd. Veel gezinnen gebruiken aardgas als brandstof voor het verwarmen van hun woning. Gasleidingen komen dan ook overal in Vlaanderen voor. Methaan is echter geur- en kleurloos. Om een gaslek tijdig op te merken, voegen gasleveranciers daarom sterk geurende organische stoffen toe. De verbrandingsreactie van methaan verloopt dan als volgt (bij volledige verbranding): CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

107

OPDRACHT 16 DEMO

Wat ontstaat er bij de verbranding van een alkaan? Werkwijze Je leerkracht houdt gedurende 20 seconden een omgekeerde erlenmeyer boven de blauwe vlam van een bunsenbrander. Die bunsenbrander is aangesloten op aardgas (methaan/ethaan). Je leerkracht giet enkele mL van de Ca(OH)2-oplossing in de erlenmeyer en schud even. Die herhaalt de proef met een brandende aansteker (propaan- of n-butaangas). Ten slotte herhaalt je leerkracht de proef met

20’

schud

een brandende kaars.

doe de waarnemingen Afb. 51 Omgekeerde erlenmeyer boven bunsenbrander

VA N

Waarneming Wat neem je waar? 20’

schud

20’

doe de waarnemingen

schud

doe de waarnemingen

Besluit

Geef de verbrandingsreactie van methaangas: — uitgangsproducten:

— gevormde producten: CO2 en H2O — reactievergelijking:

b De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst op de vorming van calciumcarbonaat of CaCO3. Vul aan de hand van dat gegeven de volgende reactie verder aan.

Ca(OH)2 +

→ CaCO3 + H2O

De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst dus op de vorming van een alkaan.

108

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

tijdens de verbranding van

WEETJE De grootste methaanvoorraad bevindt zich echter nog in de aarde. Belangrijke methaanrijke moerasgebieden zijn te vinden in het hoge noorden van Europa, Siberië en Amerika. In die gebieden

Afb. 52 Moerasgebieden bevatten methaan.

is de bodem permanent bevroren:

op enige diepte bevindt zich ijs. Dat heet permafrost. Alleen de bovenste decimeters van de bodem ontdooien elke zomer. Omdat het water niet weg kan zakken door het ijs in de bodem, wordt het vooral in

vlakke gebieden nat met veel moerasvorming tot gevolg. Er wordt nu gevreesd dat de temperatuurstijging op aarde zal zorgen voor het

ontdooien van de permafrost. Dat zou kunnen leiden tot het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan, en een verdere toename van het broeikaseffect.

B Ethaan

Aardgas bevat naast methaan ook

VA N

nog andere koolwaterstoffen. De 2de belangrijkste organische fractie is ethaan, hoewel het beduidend minder in aardgas voorkomt dan methaan. Aangezien ook ethaan als brandstof wordt gebruikt, schrijven we ook hiervoor de verbrandingsreactie:

Afb. 53 Een molecule ethaan

2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O

Ethaan is een belangrijke grondstof voor de productie van andere organische stoffen zoals etheen, ethanol en ethaanzuur.

C Propaan en n-butaan

Afb. 54 Een molecule propaan

Afb. 55 Een molecule n-butaan

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

109

Propaan en n-butaan zijn gasvormige alkanen, die gebruikt worden om bijvoorbeeld huizen te verwarmen of om fornuizen aan te steken in de keuken. De gassen worden als vloeistoffen onder druk in de handel gebracht onder de benamingen propagas en butagas. Beide

Afb. 56 Propaantank

gassen worden in een school ook vaak gebruik als mobiele opstelling bij het

gebruik van een bunsenbrander. Ook voor propaan en n-butaan schrijven we een (volledige) verbrandingsreactie: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O OPDRACHT 17 DEMO

VA N

Wat gebeurt er als je propaan of n-butaan verbrandt? Werkwijze

Je leerkracht vult een bekerglas met water en voegt afwasmiddel toe. Door middel van een lepel wordt voor een goede schuimvorming gezorgd. Die leidt met behulp van een slang gedurende enkele seconden gas in de oplossing en schept met natte handen een klein beetje schuim van de zeepoplossing. Je leerkracht steekt vervolgens het schuim in brand met behulp van lucifers. Waarnemingen

Wat neem je waar?

Besluit

Omcirkel het juiste antwoord en vul aan.

— Het propaan en n-butaan uit de gasleiding ontbranden goed / ontbranden slecht.

— Dat bevestigt dat ze kunnen worden gebruikt als

Als je houdt van kamperen, heb je zeker al eens gekookt op een gasvuurtje. De bekende blauwe bussen zijn gevuld met butaan. Het gas staat onder verhoogde druk, waardoor het vloeibaar is. Wanneer zo’n bus wordt opengedraaid, ontsnapt eerst het n-butaangas dat zich boven de vloeistof bevindt. Vervolgens verdampt een gedeelte van het vloeibare n-butaan. Die omzetting kan pas voldoende snel gebeuren als de temperatuur van het samengeperste n-butaan hoger ligt dan het kookpunt: -0,5 °C. Om die reden is butaan niet bruikbaar bij vriesweer. Bergbeklimmers en wintersporters gebruiken daarom propaan als campinggas. Het kookpunt van propaan is

Afb. 57 Koken met butaangas

110

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

-42 °C en dat geeft dus geen problemen bij lage temperaturen.

HOOFDSTUK 2

D n-octaan Benzine bevat ongeveer 300 verschillende koolstofverbindingen, waarvan de meeste alkanen zijn, onder andere octaan. Octaan is een ideale brandstof voor verbrandingsmotoren: hoe hoger het octaangehalte, hoe beter. De verbrandingsreactie noteren we als volgt: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O WEETJE Octaangehalte versus octaangetal aan de benzinepomp

Er is een verschil tussen

het octaangehalte en het

octaangetal. Het octaangehalte

duidt op de hoeveelheid octaan in benzine. Het octaangetal is

een maat voor de klopvastheid

van de brandstof (de mate waarin die brandstof in een brandstof-

luchtmengsel kan worden samengeperst zonder tot zelfontbranding te komen). De cijfers 95 of 98 die je op de benzinepomp aantreft, geven

VA N

het octaangetal weer.

Toepassing

n-alkaan

methaan

— brandstof om woningen te verwarmen

ethaan

— brandstof om woningen te verwarmen — grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur ...

propaan

— brandstof om woningen te verwarmen — in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

n-butaan

— brandstof om woningen te verwarmen — in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

De 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar. Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in permafrost. n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur. n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren. ` Maak oefening 7 t/m 12 op p. 132-134.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

111

HOOFDSTUK 3

Alkenen

LEERDOELEN Je kunt al: L enkelvoudige stoffen, anorganische samengestelde L de naam formuleren van anorganische stoffen en alkanen als je de brutoformule krijgt; L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen en alkanen bespreken.

stoffen en alkanen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

Een tweede stofklasse die we bespreken, zijn de alkenen. Die moleculen bevatten meestal

Je leert nu: L de naam van een alkeen geven aan de hand van een gegeven structuurformule of skeletnotatie en

ook alleen koolstof- en waterstofatomen, net zoals de alkanen. Niet elke koolstof is gebonden aan 4 andere atomen. Er

omgekeerd;

komen dus dubbele bindingen voor tussen de koolstofatomen. We noemen

VA N

L enkele toepassingen van alkenen uit het dagelijks

alkenen daarom ook wel onverzadigde

leven en de industrie bespreken.

koolwaterstofverbindingen.

Stofklasse

Typisch kenmerk

alkanen

enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

‘C - C’

alkenen

dubbele binding tussen een paar C-atomen

‘C = C’

Formule en systematische naam

Zoals bij de alkanen bevat de systematische naam van een alkeen alle

informatie die nodig is om een formule te noteren: alkeen →

→

aantal C-atomen (stam) dubbele binding tussen een paar C-atomen

De kleinste alkenen zijn: Systematische naam etheen propeen

Structuurformule

C2H4

CH2 = CH-CH3

C3H6

CH3-CH = CH2

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

Brutoformule

CH2 = CH2 of

112

Skeletnotatie

We stellen vast dat: — de algemene brutoformule van alkenen is: CnH2n

(n = natuurlijk getal)

— propeen op 2 manieren kan worden voorgesteld. De 2 voorstellingen zijn aan elkaar gelijk. De dubbele binding staat bij beide voorstellingen op plaats 1. Ze zijn elkaars spiegelbeeld en door de voorstelling 180° te draaien, kun je opmerken dat het om dezelfde molecule gaat. Maar wat bedoelen we eigenlijk met plaats 1? De plaats van de dubbele binding wordt bepaald door het nummer van het koolstofatoom waar de

dubbele binding start. Het nummer kan worden bepaald via 2 leesrichtingen: — van links naar rechts:

— van rechts naar links:

CH2 = CH - CH3

We spreken af dat de plaats van de dubbele binding wordt weergegeven

met het laagste cijfer, hier is dat dus 1 (links  rechts). Dat zogenaamde positiecijfer wordt in de systematische naam geplaatst vlak voor het

VA N

achtervoegsel waarnaar het verwijst. Hier is dat de plaats van de dubbele binding. Op basis van de leesrichting wordt de naam dus: prop-1-een

Wanneer we die afspraak toepassen op de tweede voorstelling van propeen, bekomen we:

— van links naar rechts

CH3 – CH = CH2

— van rechts naar links

CH3 – CH = CH2 3

Ook hier is het positiecijfer gelijk aan 1 (rechts  links) en wordt de naam opnieuw:

prop-1-een Wanneer langs de 2 leesrichtingen hetzelfde positiecijfer verschijnt, moet het cijfer niet weergegeven worden in de systematische naam. De naam propeen is voldoende voor dat alkeen. Vanaf 4 koolstofatomen is een positiecijfer wel verplicht. We bekijken het alkeen met 5 C-atomen. We kunnen 4 structuurformules opstellen en plaatsen op elke formule de positiecijfers in de 2 leesrichtingen. Met behulp van de regel van het laagste cijfer bepaal je de mogelijke systematische namen:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

113

— structuurformule 1: CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH3 5

— structuurformule 2: CH3 – CH = CH - CH2 - CH3 5

— structuurformule 3: CH3 - CH2 – CH = CH - CH3 4

(pent-4-een)

pent-2-een (pent-3-een)

(pent-3-een) pent-2-een

pent-1-een

— structuurformule 4: CH3 - CH2 - CH2 – CH = CH2 5

(pent-4-een) pent-1-een

Je krijgt 2 verschillende namen: pent-1-een en pent-2-een. De systematische

naam penteen is dus niet eenduidig. Pent-1-een en pent-2-een hebben andere chemische en fysische eigenschappen. Je bent dus verplicht het positiecijfer

VA N

te vermelden zodat je naar de juiste organische stof verwijst.

Opmerking:

We komen tot 2 belangrijke regels over het plaatsen van een positiecijfer: 1

Indien er verschillende nummeringen voor de plaats van de dubbele bindingen mogelijk zijn, moet die plaats in de naam aangeduid worden met een positiecijfer.

Een positiecijfer is zo laag mogelijk.

Bij het opstellen van de structuurformule van een alkeen overloop je het volgende stappenplan:

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen op.

Stap 2: Plaats op de aangegeven positie een dubbele binding tussen de twee C-atomen.

Stap 3: Plaats een enkelvoudige binding tussen de andere C-atomen.

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

114

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

WEETJE Plaatsisomeren Isomeren zijn moleculen met dezelfde brutoformule, maar een andere structuurformule. In het geval van plaatsisomeren zit het verschil in de plaats van bv. de dubbele binding (zoals het geval was in het voorbeeld hierboven: pent-2-een versus pent-1-een). Een ander voorbeeld van plaatsisomeren is but-1-een versus but-2-een. Ze hebben dezelfde brutoformule (C4H8), maar een andere structuur-

H H

formule omdat de dubbele binding zich op een andere plaats bevindt:

H H H

H H H H

C C C C H

H C C C C H

H H

CH2 = CH - CH2 - CH3 Afb. 58 But-1-een

CH3 - CH = CH - CH3 Afb. 59 But-2-een

VA N

OPDRACHT 18 VOORBEELDOEFENING

Stel de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie van hex-3-een op.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

115

OPDRACHT 19

Stel nu zelf de structuurformule, skeletnotatie en brutoformule op van de onderstaande alkenen. Systematische naam

Structuurformule

Skeletnotatie

Brutoformule

hept-3-een

pent-2-een

ORGANISCHE STOFFEN

ALKENEN

VA N

ALKANEN

onvertakt

vertakt

naamgeving:

formulevorming:

stam = aantal C-atomen

zie stappenplan

langste keten mét

p. 114

dubbele binding in de keten + positiecijfer dubbele binding +

achtervoegsel ‘een’

116

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

Met alkenen zijn, naast verbrandingsreacties, ook polymerisatiereacties mogelijk omwille van hun onverzadigd karakter. Polymerisatie is het aaneenschakelen van verschillende onverzadigde bouwsteentjes (de monomeren) tot een lange molecule (het polymeer). Door kleine variaties in de monomeren ontstaan andere polymeren met andere nuttige toepassingen.

In bepaalde omstandigheden is het mogelijk de dubbele binding van

het alkeen te breken, zodat 2 ongepaarde elektronen ontstaan en een enkelvoudige binding overblijft. Elk koolstofatoom waarop zich een

ongepaard elektron bevindt, zal hierna een binding aangaan met een ander atoom of atoomgroep. Na dat proces is de koolwaterstof verzadigd. We noemen dat proces een additiereactie.

2.1 Etheen

Etheen vormt de basisgrondstof voor het polymeer polyetheen of PE. Tijdens de synthese worden de verschillende etheenmoleculen aan elkaar gehecht.

VA N

We noemen etheen daarom het monomeer van polyetheen. Polyetheen, ook gekend onder de oudere naam poylethyleen, kent verschillende toepassingen, o.a. in het huishouden als afdekfolie en verpakkingsmateriaal (huisvuilzakken, plastic flesjes, vershoudfolie) of in de industrie bijvoorbeeld mantels van elektrische kabels of gas-, drinkwater- en rioolwaterleidingen.

Afb. 60 Een molecule etheen.

In de natuur speelt etheen een volledig andere rol. Het is namelijk een hormoon in planten en de aanwezigheid ervan stimuleert stofwisselingsprocessen zodat vruchten beginnen te rijpen. Importeurs voeren vaak onrijp fruit in en laten het bij aankomst versneld rijpen door blootstelling aan etheengas.

Afb. 61 Bananen rijpen snellen door etheengas.

Etheen kan ook additiereacties ondergaan. Zo wordt etheen door de reactie met een halogenide omgezet naar bv. 1,2-dichloorethaan of 1,2-dibroomethaan.

H H

C C

H H

Cl Cl

H Cl Cl C C H H H 1,2-dichloorethaan

H H

C C

H H

H Br +

Br Br

Br C C H H H 1,2-dibroomethaan

Afb. 62 Additie van een dihalogeen aan etheen. De plaatsing van de halogeenatomen boven, onder of opzij in de vlakke tekening is willekeurig.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

117

De reactie tussen water en etheen zorgt voor de vorming van ethanol, het bekende drinkalcohol.

C C

H H

H H H C C O H

H2O

H H

ethanol

Afb. 63 Additie van water aan etheen.

2.2 Propeen

Afb. 64 Een molecule propeen.

Afb. 65 Flesdopjes zijn gemaakt van propeen.

Propeen is de basisgrondstof voor de kunststof polypropeen (PP). Die

kunststof wordt gebruikt bij de productie van yoghurtpotjes, flesdoppen en

tuinmeubels. Overheden zetten sterk in op de recyclage van die kunststoffen. Gerecycleerd PP kent bijvoorbeeld toepassingen in bloembakken en

VA N

auto-onderdelen.

De verschillende kunststoffen kun je op een verpakking herkennen op basis van een Europese code:

ANDERE

Afb. 66 Europese codes voor kunststoffen.

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

ALKENEN

bestaan

bestaan enkel uit

enkel uit C-en

C-en H-atomen;

H-atomen

bevat een dubbele

ALCOHOLEN

binding goed brandbaar

onvertakt

vertakt

Etheen CH22 = CH2

— grondstof voor de kunststof

polyetheen (PE)

— plantenhormoon 118

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

CARBONZUREN

HOOFDSTUK 3

Propeen CH3 - CH = CH2

— grondstof voor de kunststof

polypropeen (PP)

HOOFDSTUK 4

LEERDOELEN Je kunt al: L enkelvoudige stoffen, anorganische samengestelde stoffen, alkanen en alkenen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen

L de naam formuleren van anorganische stoffen, alkanen en alkenen als je de brutoformule krijgt; L het belang, voorkomen en toepassingen van

VA N

In dit laatste hoofdstuk bespreken we kort

anorganische stoffen, alkanen en alkenen bespreken.

twee andere stofklassen: de alcoholen en

Je leert nu:

de carbonzuren. Alkanen waar een H-atoom vervangen wordt door een OH-groep noemt

L de naam van methanol en ethanol geven o.b.v. een

men alcoholen. De functionele groep voor

gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

de alcoholen is dus de OH-groep.

L de naam van methaanzuur en ethaanzuur geven o.b.v.

De carbonzuren bevatten zoals alcoholen

een gegeven structuurformule of skeletnotatie en

ook C-, H- en O-atomen. Een alkaanzuur

omgekeerd;

bevat echter twee O-atomen en heeft als functionele groep de carboxylgroep

L enkele toepassingen van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur in het dagelijks

(COOH-groep), die zich steeds in het molecule

leven en de industrie.

eindstandig (= achteraan in de molecule) bevindt.

Stofklasse

Typisch kenmerk

enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

‘C - C’

alkenen

dubbele binding tussen een paar C-atomen

‘C = C’

alcoholen

H-atoom vervangen door -OH groep

‘- OH’

carbonzuren

C-atoom gebonden aan een O-atoom en een OH-groep.

‘- COOH’

alkanen

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

119

Alcoholen

De organische stofklasse 'alcoholen' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de hydroxylfunctie, of de OH-groep. De hydroxylfunctie in een alcohol neemt de plaats in van een waterstofatoom in een alkaan en is ook enkelvoudig gebonden aan dat koolstofatoom. Alcoholen bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in

de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep, geen hydroxiden. De OH-groep is covalent gebonden aan het niet-metaal

koolstof. In een hydroxide ontstaat een ionbinding tussen de OH-groep en het metaalion.

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alcohol nu gevormd? Voor de naamgeving van de alcoholen blijven de basisafspraken van de alkanen behouden:

— De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen.

VA N

— Het achtervoegsel ‘aan’ (verkort 'an') verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

— In de naam wordt de functionele groep (de hydroxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘-ol’.

Dit jaar onthouden we de 2 alcoholen met de kortste structuur: Systematische naam

Structuurformule

methanol

CH3 – OH

ethanol

CH3 – CH2 – OH

1.1 Methanol

Methanol is een kleurloze, zeer giftige vloeistof (kookpunt 65 °C). Het kent

verschillende toepassingen.

Afb. 67 Een molecule methanol.

Je vindt het in de handel vooral als methylalcohol, (brand)spiritus of brandalcohol. Waarschijnlijk ken je methanol nog het best als brandstof voor de sfeervolle fonduestelletjes tijdens de kerstperiode. Sommige mensen gebruiken methanol om hun barbecue aan te steken, maar dat is geen goed idee. Methanol is heel licht ontvlambaar en brandt met een bijna kleurloze vlam.

Afb. 68 Methanol als brandstof in een fonduestel.

120

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

Er wordt momenteel heel wat wetenschappelijk onderzoek gedaan naar meer ecologische brandstoffen. Fijn stof maar vooral de CO2-uitstoot zorgt voor

milieuproblemen en klimaatverandering. De wetenschap focust zich daarbij op het gebruik van nieuwe technologie (brandstofcellen), maar ook op nieuwe

Afb. 69 Methanol als ecologische brandstof voor auto’s

brandstoffen. Door bijvoorbeeld het gebruik van methanol als brandstof in auto’s kan de CO2-uitstoot gehalveerd worden. Methanol wordt door middel van een ingenieus motorsysteem gesplitst in koolstof, waterstofgas en

zuurstofgas. Via brandstofcellen wordt er vervolgens energie geleverd voor de aandrijving van de wagen. Je leert alles over brandstofcellen in de derde

graad.

Methanol is heel goed oplosbaar in water en is een oplosmiddel voor organische stoffen, zoals lijmen, verven en vetten.

Afb. 70 Methanol als oplosmiddel voor verf

In de industrie wordt methanol gebruikt als grondstof voor het maken van

VA N

oplosmiddelen, kunststoffen (bv. bakeliet), kleurstoffen en geneesmiddelen.

Afb. 71 Methanol als grondstof voor het maken van geneesmiddelen

1.2 Ethanol

Ethanol is een kleurloze vloeistof (kookpunt 78 °C), die zich in alle verhoudingen mengt met water.

Afb. 72 Een molecule ethanol

Wat men in de omgangstaal met ‘alcohol’ bedoelt, is bijna altijd ethanol. Daarom duiden we het vaak aan met de naam ‘gewone alcohol’. Het is één van

de oudst bekende stoffen.

Afb. 73 Ethanol is een synoniem voor alcohol.

Het bekendste bereidingsproces van ethanol wordt gebruikt bij de productie van alcoholische dranken, zoals bier. Via een ingewikkeld proces wordt glucose vrijgemaakt uit granen, vooral uit gerst. Gistcellen gebruiken die glucose als voedingsbron en breken het (in de afwezigheid van zuurstofgas) af

Afb. 74 Ethanol ontstaat bij de productie van bier.

tot ethanol en koolstofdioxide: C6H12O6 glucose

→

2 C2H5OH

2 CO2 ↑

→

ethanol

koolstofdioxide

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

121

WEETJE Het alcoholgebruik bij jongeren is de laatste jaren sterk toegenomen. Vooral het bingedrinken (meer dan 5 alcoholconsumpties op korte tijd voor mannen en 4 voor vrouwen) komt meer en Afb. 75 Jongere is bewusteloos door alcoholgebruik.

meer voor. Jongeren spreken vooral over ‘comazuipen’.

Alcohol wordt nog steeds sociaal aanvaard als genotsmiddel. Er bestaat

echter een onmiskenbare relatie tussen alcoholgebruik en het aantal

verkeersdoden. Ook alcoholisme komt meer en meer voor en dat in alle lagen van de bevolking.

Ons bloed neemt heel snel

ethanol op en verspreidt het

vervolgens over de weefsels, dus

ook de hersenen. De concentratie aan alcohol in de uitgeademde lucht is evenredig met het

VA N

alcoholgehalte in het bloed. Een eenvoudige ademtest volstaat

Afb. 76 Alcoholcontrole bij bestuurders

dan ook voor een snelle controle. Een rechter kan een alcoholslot laten plaatsen in de auto van een chauffeur die regelmatig werd betrapt op dronken rijden. Pas wanneer een alcoholtest negatief is, kan de chauffeur zijn auto starten.

Ethanol wordt ook gebruikt als ontsmettingsmiddel. Volgens de aanbevelingen van de WHO (Wereldgezondheids-organisatie) moeten desinfecterende hydroalcoholische oplossingen, bedoeld voor gebruik in de gezondheidszorg, ten minste 70 % ethanol bevatten om doeltreffend te zijn tegen bacteriën en bepaalde virussen.

Afb. 77 Ethanol als ontsmettingsmiddel

Onder de naam biobrandstof wordt ethanol ook steeds meer gebruikt als energiebron voor wagens. Soms wordt in auto’s ook een mengsel

van verschillende brandstoffen gebruikt, bv. 60 % ethanol, 33 % methanol en 7 % benzine.

Afb. 78 Ethanol als brandstof

Ethanol wordt ook ingezet als oplosmiddel, bijvoorbeeld in cosmetica en parfums.

Afb. 79 Ethanol als oplosmiddel voor cosmetica en parfum

122

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

WEETJE Hoe leid je uit een formule de systematische naam af van alcoholen? CH3 - OH

— stam = 1 C-atoom → METH — allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid hydroxylgroep → OL De systematische naam van de molecule is methanol.

— stam = 2 C-atomen → ETH

CH3 - CH2 - OH

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid hydroxylgroep → OL De systematische naam van de molecule is ethanol.

In de structuurformule wordt de hydroxylfunctie meestal apart weergegeven. CH3 - CH2 - OH

VA N

In de skeletnotatie worden de binding met de functionele groep én de OH-groep zelf volledig weergeven.

Correcte formule? Opmerking 1:

We bekijken de structuurformule van ethanol: CH3 - CH2 - OH

Hierbij valt op dat het waterstofatoom apart wordt weergegeven bij het zuurstofatoom waar het een binding mee aangaat. CH3 - CH3O wordt dus niet toegepast als structuurformule om duidelijk de functionele groep te

benadrukken, omdat het simpelweg niet juist is. De structuurformule geeft weer welke atomen aan elkaar

gebonden zijn; CH3 - CH3O zou betekenen dat aan het linkse C-atoom 3 H-atomen gebonden zijn en 1 C-atoom en aan de rechtse C een C-atoom, 3 H-atomen én een O-atoom, wat uiteraard niet kan. Opmerking 2:

De binding tussen het koolstofatoom en de hydroxylfunctie moet niet worden weergegeven. De onderstaande voorstelling van ethanol is dus ook correct:

CH3 - CH2OH Opmerking 3:

De molecule ethanol moet natuurlijk wel juist gelezen worden: de hydroxylfunctie is gebonden aan het tweede C-atoom (en dus niet aan de H-atomen). Een andere mogelijke weergave is dan ook: CH3 - CH2 |

OH Schrijf zeker niet deze foute structuur: CH2 - OH - CH3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

123

Carbonzuren

De organische stofklasse 'carbonzuren' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de carboxylfunctie of de COOH-groep:

O O H

Carbonzuren bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in

de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep, geen hydroxiden of alcoholen. De OH-groep is namelijk covalent gebonden aan een koolstofatoom dat ook nog een dubbel gebonden zuurstofatoom heeft.

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek carbonzuur gevormd? Voor de naamgeving van de carbonzuren blijven de basisafspraken van de alkanen behouden:

— De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen.

VA N

— Het achtervoegsel ‘aan’ verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

— In de naam wordt de functionele groep (de carboxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘zuur’.

— Er wordt geen positiecijfer genoteerd, omdat we de nummering van de keten starten aan de kant van de carboxylfunctie.

Dit jaar onthouden we de 2 kleinste carbonzuren:

Systematische naam

Structuurformule

Triviale naam

Zuurrest

Naam zuurrest

methaanzuur

HCOOH

mierenzuur

HCOO-

formiaation

ethaanzuur

CH3 – COOH

azijnzuur

CH3COO-

acetaation

WEETJE

Hoe leid je uit een formule de systematische naam af van carbonzuren? H - COOH — stam = 1 C-atoom → METH

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR

De systematische naam van die molecule is methaanzuur. Methaanzuur wordt triviaal ook mierenzuur genoemd. Wanneer mierenzuur een H+ van de carboxylgroep heeft

afgestaan, dan ontstaat de zuurrest HCOO-. Dat wordt het formiaation genoemd. CH3 - COOH

— stam = 2 C-atomen → ETH — allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR De systematische naam van die molecule is ethaanzuur. Ethaanzuur wordt triviaal ook azijnzuur genoemd. Wanneer azijnzuur een H+ van de carboxylgroep heeft afgestaan, dan ontstaat de zuurrest CH3COO-. Dat wordt het acetaation genoemd.

Merk op dat het koolstofatoom uit de carboxylfunctie wordt meegeteld in de stamnaam. 124

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

2.1 Methaanzuur 3D

Afb. 80 Een molecule methaanzuur.

Afb. 81 Een mier spuit methaanzuur of mierenzuur.

Methaanzuur is een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur die de huid kan aantasten. Misschien denk je dat je methaanzuur niet kent, maar je bent zeker weleens gebeten door een mier. De irriterende jeuk die je dan voelt, wordt veroorzaakt door de chemische stof die het insect op je huid spuit: methaanzuur. Daarom spreken we ook van mierenzuur. Mierenzuur komt ook voor in de haren van de brandnetel en is verantwoordelijk voor het

brandende gevoel als je huid met die plant in

VA N

contact komt. Afb. 82 In de haren van de brandnetel zit mierenzuur.

WEETJE

In het verleden onttrokken leerlooiers mierenzuur aan mierennesten; men meende toen dat het de urine van mieren was om de huiden te bewerken. Naast mieren gebruiken nog andere insecten, zoals bijen en wespen, mierenzuur om zich te verdedigen.

2.2 Ethaanzuur 3D

Net als methaanzuur is ethaanzuur een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur. Door de langere koolstofketen heeft het een iets hoger kookpunt dan methaanzuur. De triviale naam is azijnzuur. Zuiver ethaanzuur wordt ook ijsazijn

Afb. 83 Een molecule ethaanzuur

genoemd. Het stolt bij 17 °C en heeft dan het uitzicht van ijs. Keukenazijn is een verdunde oplossing (5-8 %) van ethaanzuur. Het wordt o.a. gebruikt om mayonaise en vinaigrettes te maken. In de Oosterse keuken wordt vaak gebruikgemaakt van rijstazijn van

Afb. 84 In keukenazijn zit een verdunde oplossing van ethaanzuur

gefermenteerde rijst.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 4

125

Azijn wordt ook vaak gebruikt als conserveermiddel voor voedingswaren. Op de verpakking vind je het terug onder de code als bewaarmiddel: E260. Enkele voedingswaren worden zelfs bewaard in

ontdekplaat: organische stofklassen

Afb. 85 Augurken worden bewaard in een azijnzuuroplossing.

een volledige azijnzuuroplossing: augurken, haring, olijven, uien. De kenmerkende zure smaak herken je zeker.

OPDRACHT 20 ONDERZOEK

Onderzoek de pH-waarden van organische en anorganische stoffen. Voer het labo uit. Je vindt het op

VA N

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

ALKENEN

ALCOHOLEN

CARBONZUREN

bestaan enkel uit

bestaan enkel uit C-en

bestaan uit C,H,O-atomen;

C-en H-atomen

H-atomen; bevat een

bevat een -OH-groep

bevat een -COOH-groep

— Methanol

H – COOH

dubbele binding

vertakt

onvertakt

— Etheen

CH2 = CH2 •

•

grondstof voor

• oplosmiddel

polyetheen (PE)

• grondstof voor

plantenhormoon

CH3 – CH = CH2

• grondstof voor de kunststof

• brandstof (spiritus)

de kunststof

— Propeen

polypropeen (PP)

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

oplosmiddelen, kunststoffen …

• ecologische

brandstof (auto)

— Ethanol

CH3 – CH2 – OH

• drankalcohol • ontsmettingsmiddel • oplosmiddel • brandstof

— Methaanzuur

• triviale naam: mierenzuur • zuur bij verdediging insecten • plantenextract (netels) • gebruikt bij het looien van leer • HCOO- zuurrest: formiaation

— Ethaanzuur

CH3 – COOH

• triviale naam: azijnzuur • conserveermiddel • CH3COO- zuurrest acetaation

` Maak oefening 13 t/m 19 op p. 134-136.

126

CH3 – OH

HOOFDSTUK 4

THEMASYNTHESE

ORGANISCHE STOFKLASSEN — bindingsmogelijkheden C-atoom: 4 bindingen, niet noodzakelijk 4 bindingspartners

kennisclip

— soorten formules: brutoformule, (beknopte) structuurformule, skeletnotatie — telwoorden stam naamgeving (indicatie voor het aantal C-atomen): 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 meth-eth-prop-but-pent-hex-hept-oct-non-dec ALKANEN Vertakt

Onvertakt

— bestaan enkel uit C- en H-atomen

— enkelvoudige bindingen

methaan

— bestaan enkel uit C- en H-atomen

ethaan

— brandstof om woningen te verwarmen

— naamgeving en formulevorming onvertakte alkanen: •

ALK = stam (aantal C-atomen)

•

AAN (= alleen maar enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen) n-alkaan

— naamgeving en formulevorming vertakte alkanen: •

X = positiecijfer zijketen

•

alkyl = naam zijketen

•

alkaan = naam alkaan

Toepassing

— brandstof om woningen te verwarmen

VA N

— grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur …

propaan

— brandstof om woningen te verwarmen — in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

n-butaan

— brandstof om woningen te verwarmen — in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

De 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar. Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in de permafrost.

n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur.

n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

THEMASYNTHESE

127

THEMASYNTHESE

ALKENEN

ALCOHOLEN

CARBONZUREN

Kenmerken — bestaan enkel uit C- en H-atomen

— bestaan uit C-, H- en O-atomen

— bevat een dubbele binding

— bevat een -OH-groep

— bevat een -COOH-groep

— bestaan enkel uit C-en H-atomen — bevat een dubbele binding •

ALK = stam (aantal C-atomen)

•

X = positiecijfer dubbele binding = zo laag mogelijk

•

EEN = aanwezigheid dubbele binding tussen 2 C-atomen

— naam en formulevorming:

Eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven Etheen

Methanol

CH2 = CH2

CH3 - OH

— grondstof voor de kunststof

— brandstof (spiritus)

polyetheen (PE)

— grondstof voor oplosmiddelen,

H - COOH

— triviale naam: mierenzuur

— zuur bij verdediging insecten — plantenextract (netels)

VA N

— plantenhormoon

— oplosmiddel

Methaanzuur

kunststoffen …

— ecologische brandstof (auto)

van leer

Propeen

Ethanol

CH3 - CH = CH2

CH3 - CH2 - OH

CH3 - COOH

— grondstof voor de kunststof

— drankalcohol

— triviale naam: azijnzuur

polypropeen (PP)

— ontsmettingsmiddel — oplosmiddel

— brandstof

128

— wordt gebruikt bij het looien

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

THEMASYNTHESE

Ethaanzuur

— conserveermiddel

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik kan verzadigde en onverzadigde koolstofverbindingen definiëren en van elkaar onderscheiden.

— Ik ken het begrip koolwaterstoffen.

— Ik kan de brutoformule van een organische stof geven op basis van naam, structuurformule of skeletnotatie.

— Ik kan de beknopte en uitgebreide structuurformule van een organische stof geven op basis van een naam of skeletnotatie. basis van een naam of structuurformule.

— Ik kan de skeletnotatie of zaagtandstructuur van een organische stof geven op

— Ik kan organische stoffen indelen als alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren. — Ik kan de hydroxylfunctie en carboxylfunctie als functionele groepen herkennen. — Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van alkanen.

— Ik kan de structuurformule of skeletnotatie van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de systematische naam.

— Ik kan de systematische naam van etheen, propeen, methanol, ethanol,

methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de skeletnotatie of structuurformule.

— Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van etheen, propeen,

VA N

methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren op basis van een gegeven formule.

— Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren op basis van een naam.

— Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de naam vormen als de formule gegeven is. — Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de formule vormen als de naam gegeven is. — Ik kan van vertakte alkanen de systematische naam vormen als de formule

gegeven is.

— Ik kan van vertakte alkanen de formule vormen als de naam gegeven is. — Ik kan van alkenen de naam vormen als de formule gegeven is. — Ik kan van alkenen de formule vormen als de naam gegeven is. invullen bij je Portfolio.

` Je kunt de checklist ook op

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

CHECKLIST

129

CHECK IT OUT

Klein verschil, grote gevolgen. 1

In de CHECK IN stelden we de vraag of de alcohol die je drinkt, ethanol of methanol is. Weet je ondertussen het antwoord? a

Welke stof zit in alcoholische drank?

En wat is er identiek bij beide stoffen?

b Wat is precies het verschil tussen methanol en ethanol?

d Schrijf hieronder de structuurformule van beide stoffen: Stof methanol

VA N

ethanol

Structuurformule

Je weet nu welke systematische naam bij alcoholische drank hoort. Kun je ook een toepassing geven van de

andere stof?

Scan de QR-code en bekijk de video over brandend geld.

Welke stoffen werden gebruikt om het geld in te dompelen?

b Werkt de proef ook met andere stoffen denk je? Leg uit.

video: brandend geld

Bij het vormen van de naam en de formule van organische stoffen komt heel wat logica kijken. Net zoals bij de anorganische stofklassen krijgt elke stof een unieke, universele naam en formule. Hoewel de naam kan verschillen in andere talen, blijven de formule of symbolen overal ter wereld gelijk. Daarnaast heeft elke stof (en stofklasse) zijn eigen toepassingen en eigenschappen. Zo wordt bijvoorbeeld methaan gebruikt als brandstof, terwijl methaanzuur voorkomt in de haren van de brandnetel wat zorgt voor jeuk.

130

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

Lees de volgende stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn. Verbeter de onderlijnde tekst indien fout. a

In een organische verbinding heeft elk koolstofatoom vier bindingspartners.

b Bij een organische stof wordt tussen een C- en H-atoom steeds een enkelvoudige binding gevormd.

CH2 – CH2 – CH2 – CH2 is een juiste weergave van een organische verbinding met alleen enkelvoudig gebonden C- en H-atomen.

d CH2 = CH – CH2 – CH3 is een juiste weergave van een organische verbinding met enkel C- en H-atomen en één dubbele binding.

Noteer de brutoformule en skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Structuurformule van de verbinding

VA N

Brutoformule van de verbinding

CH3 – CH2 – CH3

b CH3 – (CH2)4 – CH3 c

CH3 – CH2 – CH2OH

d CH2 = CH – CH2 – CH3 e

CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH – CH3

Geef de brutoformule, structuurformule en/of skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Vraag a werd al ingevuld als voorbeeld.

Brutoformule van de verbinding

Skeletnotatie van de verbinding

C5H12

Structuurformule van de verbinding CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – COOH

Skeletnotatie van de verbinding

CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

131

Binnen de organische verbindingen komen de stofklassen alkanen en alkenen voor. Waarin verschillen die 2 stofklassen van elkaar?

Plaats de onderstaande koolstofverbindingen in de juiste stofklasse (alkaan, alkeen, alcohol of carbonzuur).

hexaan

b c

CH2 = CH – CH2 – CH3

OH e

mierenzuur

Stofklasse

Koolstofverbinding (systematische naam, structuurformule of skeletnotatie)

VA N

H H

H C C O H

H H

methanol

Plaats de volgende stoffen in de juiste kolom en vermeld elke keer de stofklasse waartoe de stof behoort: CO2 – CH3OH – NaOH – NH4OH – C3H8 – H2CO3 – Al(OH)3

Anorganische stoffen

Stoffen

Stofklasse

Stoffen

132

Stofklasse

CO 2

Organische stoffen

Beoordeel de stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn.

Een organische stof bestaat alleen uit C- en H-atomen.

Een organische stof bevat alleen atoombindingen.

Een organische stof bevat minstens één C-atoom.

Een organische stof bevat alleen enkelvoudige bindingen.

Een organische stof behoort tot de levenloze materie.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

Geef de systematische naam, structuurformule, skeletnotatie en/of brutoformule van de gegeven alkanen. Systematische naam a

propaan

Skeletnotatie

Brutoformule

CH3 – (CH2)3 – CH3

n-butaan

b c

CH3 – CH3

CH3 – (CH2)6 – CH3

CH3 – (CH2)8 – CH3

heeft geen skeletnotatie

Koppel de juiste alkanen aan de juiste toepassing(en) of het juiste voorkomen. 1 etheen

•

• a komt voor in de permafrost van Siberië

2 propaan

•

• b grondstof voor kunststoffen

3 methaan

•

• c campinggas

VA N

Structuurformule

Geef de aggregatietoestand van de gegeven alkanen bij 21 °C en -10 °C. In de grafiek zie je de smelten kookpunten van n-alkanen in functie van het aantal koolstofatomen in de keten. a

octaan

b propaan c

butaan

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

133

Methaan wordt gebruikt als brandstof. Uit het derde jaar weten we dat verbranden eigenlijk het reageren met zuurstofgas is. Schrijf nu zelf de verbrandingsreactie.

Schrijf de verbrandingsreactie van octaan. Wat heeft autorijden met het versterkt broeikaseffect te maken?

Vul de volgende tabel aan. Systematische naam

Structuurformule

CH4

ethaan

CH3 – CH2 – CH3

n-butaan

CH3 – (CH2)3 – CH3

VA N

n-hexaan

CH3 – (CH2)5 – CH3

n-octaan

CH3 – (CH2)7 – CH3

n-decaan

CH3OH

ethanol

HCOOH

ethaanzuur

Schrijf hieronder de reactievergelijkingen van de volgende verbrandingsreacties.

n-butaan methanol

134

Volledige verbranding

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

Vul de tabel met toepassingen van organische stoffen verder aan. Organische stof Structuurformule

CH3OH

CH4

methaanzuur

n-butaan

CH3COOH

Toepassing

Systematische naam

Geef de systematische naam, structuurformule en/of brutoformule van de onderstaande alkenen. Systematische naam a

but-2-een

CH2 = CH – CH3

Brutoformule

VA N

Structuurformule

d dec-5-een e

pent-1-een

h hex-2-een

CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

C2H4

Is prop-2-een een correcte naam?

CH3 – (CH2)4 – CH = CH2

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

135

Schrijf de juiste naam bij de gegeven structuurformules. Structuurformule

Naam

H H C H H H H H H H H H H C H

H H H C H H H H H H H C C C C C C H H H H H H H

Zoek uit welke 3 alkanen de brutoformule C5H12 hebben.

VA N

H C C C C C H

Structuurformule

Naam

` Meer oefenen? Ga naar

136

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 02

THEMA 03

CHEMISCH REKENEN mosterd

zout

suiker

VA N

olie

citroensap

CHECK IN

Meten is weten? Goede mayonaise maken is niet gemakkelijk! Wil je het zelf eens proberen? Doe 4 eierdooiers in een maatbeker. Voeg er 1 eetlepel mosterd, 1 eetlepel azijn en een snuifje zout aan toe. Klop of mix dat door elkaar met de staafmixer. Voeg nu traag, beetje bij beetje, 4 dL olie toe tot het geheel een homogeen mengsel vormt. De zelfgemaakte mayonaise

serveer je bijvoorbeeld bij frieten, smakelijk!

Om zelf mayonaise te maken, is het belangrijk om de juiste hoeveelheden van de ingrediënten af te meten: 4 eierdooiers, 1 eetlepel mosterd, een snuifje zout …

mosterd

VA N

zout

suiker

olie

citroensap

Eenheden zoals een ‘snuifje’ of een ‘eetlepel’ zullen we echter in de chemielessen niet gebruiken. In de keuken

` Hoe kun je te weten komen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren? ` En hoe ga je die stofhoeveelheden afwegen? De massa van atomen is immers veel te klein. We zoeken het uit!

138

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

CHECK IN

VERKEN

Een hoeveelheid stof afmeten OPDRACHT 1

Hoe meten we een hoeveelheid stof of stofhoeveelheid? 1

Weeg 4 g keukenzout af met de balans. In welke eenheid lees je de stofhoeveelheid op de weegschaal af?

Meet 50 mL water af in een maatcilinder. In welke eenheid lees je het volume van een vloeistof af?

Breng de 50 mL water over in een erlenmeyer en los er de 4 g keukenzout in op. Kun je een eenheid bedenken om aan te duiden hoeveel keukenzout er opgelost is?

Hoewel we een aantal gram van een vaste stof wel vrij nauwkeurig kunnen meten, moeten we nog het verband proberen te leggen met het aantal deeltjes van die stof,

VA N

want de voorgetallen in een reactievergelijking leren ons enkel hoeveel deeltjes van het ene reagens reageren

met hoeveel deeltjes van het andere reagens. Ook bij

vloeistoffen is dat een probleem: 1 druppel water bevat bijvoorbeeld al oneindig veel moleculen water. Hoewel

we een volume water vrij exact kunnen afwegen, moeten we dat nog kunnen uitdrukken in het aantal moleculen water.

Om stoffen beter te doen reageren, werken we in de chemie vaak met oplossingen. Maar dan hebben we

nog een probleem: de massa van de oplossing afwegen of het volume van de oplossing afmeten zal ons nooit

hoge druk – laag volume

leiden tot de hoeveelheid stof die daarin werd opgelost.

Tenslotte zijn er de gasvormige stoffen. Ook hier kunnen we alweer een bepaald volume afmeten, maar hoeveel gasdeeltjes zijn dat dan? Bovendien is het volume van

lage druk – hoog volume

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

VERKEN

139

HOOFDSTUK 1

Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa LEERDOELEN

L de massa van een atoom berekenen uit de hoeveelheid protonen (Z) en neutronen (N), uitgedrukt in unit.

Je kunt al:

Het atoom is het kleinste deeltje dat nog alle

Je leert nu:

eigenschappen van het element bezit. Niet-metalen

L het verband aantonen tussen de relatieve en

binden via atoombinding tot moleculen, tot zuren

absolute massa van atomen;

en niet-metaaloxiden bijvoorbeeld. Metalen en

L de molecuulmassa van een molecuulverbinding

niet-metalen binden onderling via een ionbinding. De metaaloxiden, de hydroxiden en de zouten

de atoommassa’s berekenen.

binden op die manier, zoals je in thema 01 al hebt

VA N

of de formulemassa van een ionverbinding uit

geleerd.

Atoommassa

Je weet al dat het gecombineerde atoommodel van Bohr-Rutherford een atoom beschrijft met een kern, bestaande uit neutronen en protonen, en schillen met elektronen rond die kern. — Atomen van hetzelfde element hebben altijd hetzelfde aantal

elektronenschillen

3D elektronen

protonen en elektronen, maar

kunnen een verschillend aantal

neutronen bevatten.

— De relatieve atoommassa Ar van een element is de verhouding

tussen de absolute atoommassa en de eenheidsmassa (u).

protonen en neutronen Afb. 86 Het schillenmodel van Bohr-Rutherford.

Een proton heeft een massa van 1,6726231 · 10-27 kg, net iets minder dan de massa van een neutron. De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein: slechts

1 van de massa van een proton. Om het rekenen wat te 2 000

vereenvoudigen, werd de unit (u) als eenheid gedefinieerd:

140

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

— De unit is de standaard om massa aan te duiden op atomair of moleculair niveau. Het werd gedefinieerd als 1 de van de massa van het 12C-isotoop 12 en bedraagt 1,66 · 10−27 kg. — Bij benadering kunnen we de unit gelijkstellen aan de massa van een proton of aan die van een neutron.

Vorig jaar leerde je al dat het volstaat om de massa van het aantal protonen en neutronen van een atoom samen te tellen om het massagetal te berekenen: — De massa van het atoom (massagetal A) is de som van het aantal proto-

nen (Z) en van het aantal neutronen (N).

A Z

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

VOORBEELD ABSOLUTE ATOOMMASSA BEREKENEN

We berekenen de absolute atoommassa, uitgedrukt in unit, van een magnesiumatoom met 12 neutronen: 24

Mg heeft 12 protonen (Z) en dus 12 (A-Z) neutronen. De massa is dus:

VA N

A = Z + N = 24 u

Omgerekend naar kg is dat dan: Aa(Mg) = 24 u · 1,66 · 10−27 kg = 4 · 10-26 kg u

Zo’n kleine massa is onmeetbaar voor om het even welk instrument. Daar moeten we een oplossing voor vinden.

Bovendien kunnen atomen van hetzelfde chemische element, dus met hetzelfde aantal protonen, een verschillend aantal neutronen in de kern hebben. Zo zullen niet alle magnesiumatomen 12 neutronen in de kern hebben. We spreken in dat geval over isotopen. Als er meerdere isotopen bestaan van eenzelfde element, dan kunnen we de atoommassa van een element niet zomaar gelijkstellen aan die van 1 bepaalde isotoop. We moeten de atoommassa van een element dan bepalen door rekening te houden met het procentueel voorkomen van elke isotoop. We spreken dan over de gemiddelde relatieve atoommassa. We ronden in berekeningen de gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> steeds af op 1 cijfer na de komma.

De gemiddelde relatieve

atoomnummer (Z)

atoommassa is het ‘gewogen gemiddelde’ van alle relatieve atoommassa’s van de voorkomende isotopen. In het PSE wordt bij elk element <Ar> vermeld.

elektronegatieve waarde (EN) 12

symbool naam

1,2

Mg magnesium

24,31

gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>)

Afb. 87 De gemiddelde relatieve atoommassa van magnesium.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

141

Molecuulmassa

Je weet nu hoe de massa van een atoom wordt berekend, maar hoe bereken je de massa van een molecule die uit verschillende soorten atomen bestaat? Vergelijk het met een zak snoepjes: om de totale massa van de snoepjes te berekenen zul je de massa van elk soort snoepje moeten kennen en het aantal snoepjes per soort.

Ook moleculen bestaan uit een welbepaalde combinatie van meerdere atomen. Die atomen kunnen tot verschillende elementen behoren.

Om de gemiddelde massa van een molecule of de molecuulmassa te

berekenen, volstaat het de som te nemen van de gemiddelde atoommassa's van alle atomen in de molecule.

VOORBEELD MOLECUULMASSA BEREKENEN De molecuulmassa van 1 molecule zwavelzuur (H2SO4) bestaat uit:

VA N

— 2 waterstofatomen; — 1 zwavelatoom;

— 4 zuurstofatomen.

Afb. 88 Zwavelzuur

m(H2SO4) = (2 · 1,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 98,1 u

Uitgedrukt in kg is dat: m = 98 · 1 u · 1,66 · 10−27

kg = 1,63 · 10-25 kg u

OPDRACHT 2

Bereken de massa van 1 molecule salpeterzuur (HNO3). Gegeven: HNO3

Gevraagd: m(HNO3) Oplossing:

Afb. 89 Salpeterzuur

142

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

Formulemassa

In een verbinding opgebouwd uit metalen en niet-metalen worden de gevormde ionen samengehouden door een ionbinding. Die stof noemen we een ionverbinding. Voor ionverbindingen kunnen we dezelfde methode toepassen, alleen gebruiken we nu de formule-eenheid: de steeds wederkerende eenheid uit het ionrooster.

Zouten vormen bijvoorbeeld geen aparte moleculen. We spreken hier dan

ook beter over de formule-eenheidsmassa of kortweg de formulemassa. Die

wordt bepaald door de som van de gemiddelde massa’s van de ionen die we

uit die formule-eenheid nemen. De berekening van de formulemassa verloopt analoog aan die van de molecuulmassa. We maken geen onderscheid tussen de massa van een ion en een atoom. Het verschil tussen beide is namelijk maar een aantal elektronen meer of minder, en elektronen hebben een verwaarloosbare massa.

VA N

VOORBEELD FORMULE-EENHEID NATRIUMSULFAAT (Na2SO4) m(Na2SO4) = (2 · 23,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 142,1 u

Uitgedrukt in kg is dat: m = 142,1 u · 1,66 · 10−27

kg = 2,36 · 10-25 kg u

Afb. 90 Natriumsulfaat

OPDRACHT 3

Bereken de massa van 1 formule-eenheid magnesiumcarbonaat (MgCO3) in unit en in kilogram. Gegeven: MgCO3

Gevraagd: m(MgCO3) met eenheid u en kg

Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

143

— massagetal (A) = som van het aantal protonen en neutronen

— gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>) = gewogen gemiddelde van de atoommassa's van de voorkomende isotopen

— molecuulmassa = som van de atoommassa's van de samenstellende atomen

— formulemassa = som van de massa's van de ionen in de formule-eenheid

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 194.

Opnieuw merken we dat de massa van een molecule of formule-eenheid

onmeetbaar klein is, net als de atoommassa. Hoe meten we het dan wel?

VA N

We zoeken een oplossing!

144

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

De mol en het getal van Avogadro LEERDOELEN Je kunt al: berekenen, uitgedrukt in unit. Je leert nu: L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro; L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd;

6,02 · 1023 atomen in 12 gram koolstof

L de atoommassa, molecuulmassa en formulemassa

De massa van een molecule of formule-eenheid is

onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan naar een veelvoud moleculen of formule-

eenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel

meetinstrument is immers in staat om, met zo’n precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten

VA N

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen.

De mol als eenheid en de molaire massa

OPDRACHT 4

Vul kolom 3 van de tabel aan met het juiste aantal eenheden.

Voorwerp

Verzamelnaam

Aantal deeltjes

een paar schoenen

een dozijn eieren

een bak bier

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

145

Verzamelnaam

een riem papier

in de chemie: 1 mol keukenzout

Aantal deeltjes

6,02 · 1023

Voorwerp

De mol is de hoeveelheid materie die evenveel deeltjes bevat (atomen, moleculen …) als er atomen zijn in 12 gram van het 12C-isotoop. Talloze

experimenten tonen aan dat 1 mol = 6,02 · 1023 deeltjes. Dat aantal is beter

gekend als het getal van Avogadro (NA), vernoemd naar de Italiaanse fysicus

VA N

Amadeo Avogadro.

Als we het getal samen met zijn eenheid beschouwen, spreken we over de constante van Avogadro: 6,02 · 1023 deeltjes mol

WEETJE

Mol komt van het Latijnse woord moles wat ‘stapel’ of ‘hoop’ betekent.

Welke soort materie je ook wilt afmeten, het gaat telkens over hetzelfde aantal deeltjes. Het aantal mol slaat dus op het aantal deeltjes van een stof. Dat kunnen erg zware atomen zijn (zoals uranium) maar ook erg lichte atomen (zoals waterstof). We gebruiken het symbool ‘n’ om het aantal mol (de stofhoeveelheid) aan te duiden, maar de getalwaarde van de constante

van Avogadro heeft nog een groter voordeel. Dat wordt zo dadelijk duidelijk.

146

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

Een hoeveelheid van een stof kunnen we dus op meerdere manieren omschrijven: — via de massa van die stof (m), uitgedrukt in gram (g)

— via het aantal deeltjes van die stof (N), uitgedrukt in het aantal moleculen, atomen, formule-eenheden …

— via het aantal mol van die stof (n), uitgedrukt in mol

HOOFDSTUK 2

De mol is een eenheid, een verzameling van NA of 6,02 · 1023 deeltjes. Stofhoeveelheid

Symbool

Eenheid

aantal deeltjes

deeltjes

massa

molhoeveelheid

mol

constante van Avogadro

deeltjes mol

Let op: De hoeveelheid mol gaat over een gigantisch groot aantal deeltjes! Zoals je weet, maken 6 nullen een miljoen, 1 000 miljoen is een miljard.

Verder is 1 000 miljard een biljoen, 1 000 biljoen is een biljard en 1 000 biljard is een triljoen. 1 000 triljoen is dan weer een triljard. We komen dus aan 602 triljard deeltjes in 1 mol.

106 = 1 000 000

109 = 1 000 000 000 10 = 1 000 000 000 000

VA N

1015 = 1 000 000 000 000 000

1018 = 1 000 000 000 000 000 000

1021 = 1 000 000 000 000 000 000 000

OPDRACHT 5

Schrijf nu zelf het getal van Avogadro voluit met het juiste aantal nullen.

WEETJE

Als je 1 mol papier, hoe

Als je 1 mol basketballen bezit,

dun de vellen ook zijn,

kun je er een nieuwe planeet

opeenstapelt, kun je 80 keer

mee vormen, even groot als de

de afstand tussen de aarde

aarde.

en de maan (384 400 km) overbruggen, heen én terug. Als je 1 mol donuts verdeelt

Als je 1 mol euromunten krijgt

over het aardoppervlak,

op de dag van je geboorte en je

wordt de aarde bedekt met

elke seconde van je leven

een mantel donuts van 8 km

1 miljoen munten uitgeeft, dan

hoog.

heb je op je sterfdatum nog steeds 99,99 % van je kapitaal in bezit.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

147

Nu we weten hoeveel deeltjes een mol omvat, kunnen we steeds de omzettingen tussen het aantal mol (n) en het aantal deeltjes (N) makkelijk maken door gebruik te maken van de formule: aantal deeltjes = aantal mol · N = n · NA

aantal deeltjes mol

Let wel goed op dat het aantal deeltjes en de stofhoeveelheid in mol over

hetzelfde gaat!

VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 3 mol CO2 ? Gegeven: n(CO2) = 3,00 mol Gevraagd: N(O) Oplossing:

Uit de stofhoeveelheid CO2 die gegeven is in mol, berekenen we het aantal deeltjes

CO2

Afb. 91 Koolstofdioxide

VA N

(moleculen) CO2. N(CO2) = n · NA

= 3,00 mol · 6,02 · 1023 moleculen mol = 1,81 · 1024 moleculen CO2

Maar elke molecule CO2 bevat 2 atomen zuurstof. Het aantal atomen

zuurstof in 3 mol CO2 of in 1,81 · 1024 moleculen CO2 is dus gelijk aan 1,81 · 1024 · 2 = 3,62 · 1024.

Er zitten dus 3,62 · 1024 atomen zuurstof in 3 mol CO2.

TIP

Vergelijk met een zak kersensnoepjes:

Je kunt enerzijds het aantal snoepjes berekenen, maar er kan ook gevraagd worden naar het aantal kersen, dan moet je de hoeveelheid

snoepjes nog met 2 vermenigvuldigen.

148

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 6

Bereken hoeveel atomen stikstof er in 2 mol distikstofpentaoxide (N2O5) zitten. Gegeven: n(N2O5) = 2,00 mol Gevraagd: N(N)

Oplossing:

Bij berekeningen ronden we tussenresultaten niet af: we rekenen steeds

VA N

verder met de exacte uitkomst van een vorige bewerking. Zorg er wel voor dat je uiteindelijke resultaat de juiste hoeveelheid beduidende cijfers heeft! De getalwaarde 6,02 · 1023 , of 1 mol, is zeer precies berekend: de massa van 1 12

⇩

van het 12C-atoom = 1 unit

· 12

de massa van 1 C-atoom

⇩

· NA

de massa van 1 mol 12C-atomen

⇩

12 unit

⇩

6,02 · 1023 · 12 unit

⇩

1 unit = 1,66 · 10−27 kg

6,02 · 1023 · 12 · 1,66 · 10−27

= 12 · 10-3 kg

de massa van 1 mol 12C-atomen

kg u

= 12 g

Op het eerste gezicht is dat een ingewikkelde berekening om te komen tot een zeer bruikbare conclusie: De massa van 1 mol deeltjes is gelijk aan de getalwaarde van de massa van een atoom, molecule of formule-eenheid, met de eenheid gram in plaats van unit. De massa van 1 mol deeltjes noemen we in het kort ook wel de molaire massa (M).

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

149

VOORBEELD MOLECUULMASSA OMZETTING IN MOLMASSA 1 molecule fosforzuur (H3PO4)

⇩

heeft een massa van

Stofhoeveelheid n 65,4 g

1 mol Fe

55,8 g = m(Cu) + m(S) + 4 . m(O)

De molaire massa:

98,0 g

Massa m

1 mol Zn

1 mol MgCl2

⇩

· NA

1 mol fosforzuur

1 mol CuSO4

98,0 unit

= 63,6 g + 32,1 g + 4 . 16,0 g = 159,7 g = m(Mg) + 2 . m(Cl)

= 24,3 g + 2 . 35,5 g = 95,3g

— De grootheid krijgt het symbool M.

g . mol — De numerieke waarde van de molaire massa van een atoom is steeds

VA N

— De eenheid voor de molaire massa is

dezelfde als die van de atoommassa, maar de eenheid unit kan g . gewoon vervangen worden door mol

WEETJE

Je vraagt je misschien af hoe Avogadro

aan dat getal 6,02 · 1023 is gekomen. Is hij

beginnen tellen? Nee, Avogadro kwam tot

die waarde door de dichtheid van een stof, de relatieve atoommassa van de bindende elementen en de grootte van de eenheidscel in het ionrooster te

vergelijken. Met de huidige nauwkeurigste

Afb. 92 Ionrooster

meetapparatuur kan het getal van

Avogadro nu al tot 8 cijfers na de komma

bepaald worden: de meest nauwkeurig gemeten waarde is 6,02214179 · 1023.

Afb. 93 Toeschouwers op een festival.

Je kunt het vergelijken met de schatting van het aantal toeschouwers op een plein waar een evenement plaatsvindt. Als je weet hoe groot het plein is en hoe dicht de toeschouwers bij elkaar staan, kun je bij benadering bepalen hoeveel volk er aanwezig is. Gelukkig zijn atomen in een kristal ordelijker gerangschikt dan toeschouwers op een plein en kunnen wetenschappers daarom precieze berekeningen uitvoeren. Naargelang de bron (de politie of de organisator) lopen de schattingen over het aantal toeschouwers soms ver uiteen. Het aantal atomen per mol is echter altijd NA!

150

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

Omrekeningen gram / mol / aantal deeltjes Als we dezelfde methode gebruiken als bij de berekening van de massa (in unit) van 1 molecule of formule-eenheid, kunnen we ook de molaire massa van stoffen berekenen door de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende atomen in een molecule. Bij ionverbindingen wordt met 1 mol van de stof 1 mol formule-eenheden bedoeld, want die stoffen vormen geen aparte moleculen. De werkwijze om te komen tot de molaire massa M van een formule-eenheid is identiek. We berekenen de molaire massa M opnieuw door formule-eenheid.

de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende ionen in een

VOORBEELDVRAAGSTUKKEN 1

Wat is de molaire massa van 1 mol chloorgas (Cl2)?

Gegeven: n(Cl2) = 1 mol Gevraagd: M(Cl2) Oplossing:

VA N

1 mol Cl2-moleculen bevat 2 mol Cl-atomen. M(Cl2) = 2 · 35,5

g g = 71 mol mol

Afb. 94 Chloorgas

Wat is de molaire massa van 1 mol calciumchloride (CaCl2)?

Gegeven: n(CaCl2) = 1 mol Gevraagd: M(CaCl2)

Oplossing:

Afb. 95 Calciumchloride

1 mol formule-eenheden CaCl2 bestaat uit 1 mol Ca2+-ionen en 2 mol

Cl--ionen. Herinner je je dat de massa van elektronen verwaarloosbaar is? De massa van ionen en atomen kunnen we dus aan elkaar gelijkstellen.

M(CaCl2) = 1 · 40,1

g g g m(Ca) + 2 · 35,5 m(Ca) = 111,1 mol mol mol

OPDRACHT 7

Bereken de molaire massa van perchloorzuur (HClO4). Gegeven: HClO4

Gevraagd: M(HClO4) Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

151

Er wordt niet altijd naar de molaire massa gevraagd. Soms gaat het over een grotere stofhoeveelheid dan 1 mol. Het volstaat dan natuurlijk om het aantal mol (n) te vermenigvuldigen met de molaire massa (M). m=n·M — m = massa (g) — n = stofhoeveelheid (mol) g ) — M = molaire massa ( mol

VOORBEELDVRAAGSTUK Wat is de massa van 3 mol zwavelzuur (H2SO4)?

Gegeven: n(H2SO4) = 3 mol Gevraagd: m(H2SO4) Oplossing:

1 mol H2SO4 bevat:

— 2 mol H-atomen — 1 mol S-atomen

— 4 mol O-atomen

We berekenen de molaire massa van H2SO4:

VA N

Afb. 96 Zwavelzuur

g g g + 1 · m(S) + 4 · m(O) mol mol mol g g g + 1 · 32,1 + 4 · 16,0 = 2 · 1,0 mol mol mol g = 98,1 mol

M(H2SO4) = 2 · m(H)

b Nu we de molaire massa (M) van H2SO4 berekend hebben, kunnen we ook de massa (m) van 3,0 mol berekenen door gebruik te maken van g = 294,3 g de formule m = n · M: m(H2SO4) = 3 mol · 98,1 mol

OPDRACHT 8

Bereken de massa van 2,5 mol magnesiumsulfaat (MgS04). Gegeven: n(MgSO4) = 2,5 mol Gevraagd: m(MgSO4)

Oplossing:

152

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

We kunnen nu dus een gegeven stofhoeveelheid in mol omzetten naar zowel een aantal deeltjes van die stof, als naar de massa in gram van die stof. Als we echter een aantal deeltjes van een stof willen omzetten naar een aantal gram, dan zullen we altijd eerst de eenheid mol moeten omrekenen! aantal deeltjes (N) → mol (n) → massa (m) of massa (m) → mol (n) → aantal deeltjes (N)

VOORBEELDVRAAGSTUK P fosfor O zuurstof

Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 426,0 gram difosforpentaoxide (P2O5)? Gegeven: m(P2O5) = 426,0 g

Gevraagd: N(O) Oplossing: a

Afb. 97 Difosforpentaoxide

We berekenen de molaire massa van P2O5:

g g ) + 5 · m(O) ( ) mol mol g g m(P) + 5 · 16,0 m(O) = 2 · 31,0 mol mol g = 142,0 mol

M(P2O5) = 2 · m(P) (

VA N

b We zetten de gegeven stofhoeveelheid (massa m, in gram) nu om naar het aantal mol door het te delen door de molaire massa van P2O5:

m M

n(P2O5) =

426,0 g = 3,0 mol g 142,0 mol

Die molhoeveelheid (n) zetten we vervolgens om naar het aantal

moleculen P2O5 door het te vermenigvuldigen met NA:

N = n · NA

N(P2O5) = 3,0 mol P2O5 · 6,02 · 1023

moleculen = 1,806 · 1024 moleculen mol

Er zitten 1,806 · 1024 moleculen P2O5 in 426,0 g P2O5. Er zitten 5 atomen

zuurstof in 1 molecule P2O5. Het aantal atomen zuurstof zal dus 5 keer

zo groot zijn:

N(O) = 1,806 · 1024 moleculen P2O5 · 5

atomen O = 9,03 · 1024 atomen O molecule

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

153

OPDRACHT 9

Bereken de massa in gram van 2,408 ∙ 1024 moleculen stikstofgas (N2). Gegeven: N(N2) = 2,408 ∙ 1024 moleculen

Gevraagd: m(N2) Oplossing:

VA N

g ) met de mol stofhoeveelheid (n, in mol) krijgen we de totale massa uitgedrukt in gram.

Door vermenigvuldiging van de molaire massa (M, in

Door de totale massa uitgedrukt in gram te delen door de molaire massa, krijgen we de stofhoeveelheid.

Als we van mol naar het aantal deeltjes willen overschakelen, vermenigvuldigen we de stofhoeveelheid (aantal mol) met NA (6,02 . 1023 deeltjes). Als we het aantal deeltjes willen omzetten

in mol, delen we door NA. n= m M

delen door molaire massa (g /mol)

154

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

aantal gram m

aantal mol n

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

` Maak oefening 5 t/m 19 op p. 194-197.

HOOFDSTUK 2

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

n=N NA

HOOFDSTUK 3

Stoichiometrische vraagstukken LEERDOELEN Je kunt al: L een gegeven stofhoeveelheid in gram of aantal deeltjes omrekenen naar mol en omgekeerd;

L een reactievergelijking schrijven en balanceren met de wet van behoud van atomen. Je leert nu: L het verband leggen tussen mol, molaire massa en

Het is belangrijk dat we bij een chemische reactie

molaire concentratie aan de hand van eenvoudige

weten welke hoeveelheid van een bepaalde stof

stoichiometrische berekeningen;

reageert met een hoeveelheid van een andere stof.

L stoichiometrische vraagstukken oplossen.

De berekening van de verhoudingen waarin stoffen

VA N

reageren noemen we stoichiometrie.

De molverhouding

VOORBEELD VERBRANDINGSREACTIE VAN MAGNESIUM

WEETJE

Wanneer we magnesium (Mg) verbranden, vormt er zich een fel wit licht en ontstaat

Stoichiometrie is

een wit poeder: magnesiumoxide (MgO).

afkomstig van de

De reactie ziet er als volgt uit:

Griekse woorden

2 Mg

→ 2 MgO

+ O2

Wat leren we uit de reactievergelijking? 2 atomen Mg

+ 1 molecule O2

→ 2 moleculen MgO

stoicheion, wat 'element' betekent, en metron, wat 'verhouding' betekent.

b Als we alles vermenigvuldigen met bijvoorbeeld een factor 500, dan kunnen we

verhoudingsgewijs stellen dat: 2 atomen Mg

+ 1 molecule O2

· 500

1 000 atomen Mg c

→ 2 moleculen MgO

· 500

+ 500 moleculen O2

· 500

→ 1 000 moleculen Mg

Als we die redenering doortrekken, kun je ook stellen dat: 2 · 6,02 · 1023 atomen Mg + 6,02 · 1023 moleculen 02 → 2 · 6,02 · 1023 moleculen MgO of nog korter:

2 mol Mg reageert met 1 mol O2

tot 2 mol MgO GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

155

Ia 1

De molverhouding, oftewel de verhouding waarin stoffen met elkaar reageren,

IIa hebt! 2

wordt gegeven door de voorgetallen uit de reactie. Let op: die voorgetallen

2,1

atoomnummer (Z)beschikking geven echter nooit informatie over de stofhoeveelheid die je ter

H waterstof

1,01 3

1,0

IIIa 13

IVa 14

lithium

6,94

Va0,9 15

3 Na

natrium

22,99 5

2,0

2,5

koolstof

kalium stikstof

10,81

12,01

39,10 14,01 37 0,8 15 2,1

1,5

1,8

Si5 Rb P

Al-

IIb 12 30

aluminium

silicium

26,98

1,6

1,8

Ga gallium

germanium

65,38

69,72

72,64

zink

1,7

7,0

1,8

Tl-

kwik

200,6

nium

285

1,2

berekeningen, altijd de 66

(1,2)

wet van behoud van

dysprosium

1,2

holmium

van de reagentia 164,9 = de 162,5

som van 98 van de massa’s 99 de reactieproducten

berkelium

247

flerovium

de som van de massa’s

156

Fl-

als controle bij je 289 287

158,9

Merk op dat je, nihonium

californium

209,0

1,0 3,5

21 9

1,3 4,0

Ca O

Sc F

40,08 16,00 38 1,0 16 2,5

44,96 19,00 39 1,2 17 3,0

calcium scandium zuurstof fluor M(MgO)

2 Mg

22 10

Y Cl

Sr S

1,5

1,6

g g = 32,0 mol mol

Ti Ne

einsteinium

moscovium

288 68

1,2

erbium

167,3 100

fermium

1,6

VIIb 7

Zr Ar

1,6

→ 2 MgO

1,8

strontium zwavel

87,62 32,07

Ba Se

yttrium chloor

zirkonium argon

88,91 35,45

91,22 39,95

g g 57 72 1,3 73 35 1,1 2,81 mol 36 · 32,0 mol mol

La Br

= 48,6 g magnesium barium seleen

Hf Kr

hafnium krypton

138,9 79,90

Ra Te

54,94

55,85

1,9

molybdeen

technetium

92,91

95,94

g →1,5 2 mol 74 · 40,3 1,7 75 mol

178,5 83,80

Ac I

Rf Xe

Po At lanthaniden

101,1 1,9

2,2

osmium

180,9

183,9

186,2

190,2

Rn6

elektrische auto’s:

polonium Twee moleculen astaat waterstofgasradon

210

117

222

118

zuurstofgas tot 2 moleculen water.

renium

106

107

Og7

Bij uitbreiding is dat ook zo voor een groot aantal deeltjes:

1,1

108

bohrium

hassium

264 demovideo: 60 1,2 elektrolyse

277

praseodymium

neodymium

promethium

140,1

140,9

144,2

(145)

1,5

O2 + 2 H2

→

1,4

2 H2O

1,3

livermorium

tennessine

ganesson

thorium

protactinium

uraan

neptunium

289

232,0

231,0

238,0

237

2 mol waterstofgasmoleculen zullen

dus met 1 mol zuurstofgasmoleculen reageren tot 2 mol water. 69

1,2

1,1

1,2

thulium

ytterbium

lutetium

168,9

173,0

175,0

Je leerde ook al de molhoeveelheid omzetten in de massahoeveelheid met de formule: m = n · M

g g zal reageren met 1 mol · 32,0 = En101 dus 2 · 2,0 102 = 4 g waterstofgas 103 mol mol g 32 g zuurstofgas tot 2 mol · 18,0 = 36 g water. mol

mendelevium

251 252 257 258 GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03 HOOFDSTUK 3

nobelium

lawrencium

259

262

cerium

1,3

ruthenium

226,0 227 261 262 reactie 266 127,6 131,3 in zuurstofgas en126,9 waterstofgas. De omgekeerde

actiniden

2,2

waarbij behulp van elektriciteitdubnium werd gesplitst radium actinium rutherfordium seaborgium telluurwater met jood xenon

{

wolfraam

105

ijzer

tantaal

Vorig schooljaar heb je de elektrolyse van water uitgevoerd,

209

1,8

= 32,0 g zuurstofgas → = 80,6 g magnesiumoxide

lanthaan broom

137,3 78,96

niobium

VIlIb V 8

mangaan

20,18

1,4

1,5

We berekenen de massa’s door gebruik te maken van de formule m = n · M

116

VIb 6

g g g vanadium= 40,3 chroom + 16,0 = mol mol mol 47,87 50,94 52,00 titaan neon 24,3

40 O2 18

groepenreageren met 1 molecule

115

massa kunt toepassen:

terbium

7,3

TIP

copernicium

20 8

M(O2) = 2 · 16,0

Vb 5

1,9 wordt 84 85 2,2 gebruikt 86 in2,0 brandstofcellen bij hybride of 58 1,1

bismut

207,2 114

nium

relatieve atoommassa (Ar)

9,01

VIa1,2 VIIa 2 g M(Mg) = 24,3 mol 16 17 Mg He IIIb IVb magnesium helium 3 4 24,31 4,00 12

0,7 88 0,9 89 1,1 104 1,9 VOORBEELD 52 2,1 SYNTHESE 53 2,5 VAN 54 WATER

lood

204,4 113

1,8

thallium

112

87 51

223 121,8

114,8

1,8

118,7

112,4

1,9

francium antimoon

7,9

beryllium halen we volgende info:

132,9 74,92

tin

indium

1,5

cesium arseen

Fr Sn7 Sb

cadmium

mol · 24,3 0,9 0,7 2,0 256 34 2,4

85,47 30,97

55 33

Ge6 Cs As

rubidium fosfor

28,09

2,2

Mg 0 naam Hoeveel gram magnesium reageert met hoeveel gram zuurstofgas en 24,31 hoeveel Begram magnesiumoxide18ontstaat er? Uit het periodiek systeem symbool

VOORBEELD MAGNESIUMOXIDE

VA N

b 1

K N

boor

1,9

0,8 3,0

1,9

19 7

1,2

magnesium

elektro

PERIODIEK SYSTEEM VAN D

OPDRACHT 10

Kwikoxide (HgO) ontbindt door verhitting in kwik en zuurstofgas. Hoeveel gram kwik en dizuurstof kan er gevormd worden na verhitting

TIP

van 6,00 gram kwikoxide bij die reactie?

Balanceer eerst de reactie.

Gegeven: m(HgO) = 6,00 g Gevraagd: m(Hg) en m(O2)

Oplossing:

VA N

TIP

— Als je wilt controleren of je berekeningen juist zijn, dan kun je de wet van behoud van massa toepassen: ∑ massa’s reagentia = ∑ massa’s reactieproducten.

— De gegeven stofhoeveelheid is niet altijd in gram opgegeven, zo kan er ook een aantal deeltjes zijn opgegeven. Om dat dan om te rekenen naar mol, gebruiken we het getal van Avogadro.

Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

vademecum: vraagstukken oplossen

VOORBEELDVRAAGSTUK

Gebluste kalk of calciumhydroxide reageert met 4,5 mol salpeterzuur tot calciumnitraat en water. Hoeveel gram gebluste kalk (Ca(OH)2) kan hiermee reageren en hoeveel gram calciumnitraat (Ca(NO3)2) kan er dan ontstaan? We schrijven de reactie met de correcte formules en voorgetallen, zodat de reactievergelijking klopt. Gegeven: Ca(OH)2

2 HNO3 →

Ca(NO3)2 +

2 H2O

— Uit de reactievergelijking, en meer bepaald uit de voorgetallen, leid je de molverhouding af: 1 mol calciumhydroxide reageert met 2 mol

salpeterzuur. Er wordt dan 1 mol calciumnitraat gevormd en 2 mol water.

— Je hebt m(HNO3) = 283,5 g

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

157

Gevraagd:

— m(Ca(OH)2)

— m(Ca(NO3)2)

Oplossing: a

Schrijf onder de reactievergelijking de molverhouding waarin de stoffen reageren: +

Ca(OH)2 1 mol

2 HNO3

2 mol

→ →

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

2 H2O

2 mol

b Schrijf de gegeven stofhoeveelheid (in dit geval massa m) onder de betreffende stof : +

Ca(OH)2

2 HNO3

2 mol

→ →

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

2 H2O

2 mol

1 mol

283,5 g

Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar aantal mol via de molaire massa:

Ca(OH)2

1 mol

2 mol

→

m = M

Ca(NO3)2

1 mol

2 H2O

2 mol

283,5 g

g g g g + 14,0 + (16,0 · 3) = 63 mol mol mol mol

VA N

M(HNO3) = 1,0

2 HNO3

283,5 g = 4,5 mol g 63,0 mol

d Met de berekende stofhoeveelheid in mol (n) vinden we, door gebruik te maken van de molverhouding, de andere stofhoeveelheden in mol: +

Ca(OH)2

1 mol

2,25 mol

2 HNO3

2 mol

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

2 H 20

2 mol

283,5 g

4,5 mol

→

2,25 mol

4,5 mol

/2 ·1

Zet tenslotte de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde

eenheid gram door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa M.

g g g g + 2 · 16,0 + 2 · 1,0 = 74,1 mol mol mol mol g = 166,7 g m(Ca(OH)2) = n · M = 2,25 mol · 74,1 mol

M(Ca(OH)2) = 40,1

g g g g + 2 · 14,0 + 6 · 16,0 = 164,1 mol mol mol mol g = 369,2 g m(Ca(NO3)2) = n · M = 2,25 mol · 164,1 mol M(Ca(NO3)2) = 40,1

We weten dus nu dat er 166,7 g gebluste kalk of Ca(OH)2 kan reageren met de

283,5 g salpeterzuur of HNO3 en dat er dan maximaal 369,2 g calciumnitraat of Ca(NO3)2 kan gevormd worden.

Let op: de berekende hoeveelheid calciumnitraat is inderdaad de maximale hoeveelheid die we zouden kunnen bekomen. In de praktijk zal een reactie nooit een rendement van 100 % hebben. Voorlopig laten we dat buiten beschouwing en berekenen we steeds de maximale hoeveelheden. 158

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

OPDRACHT 11

Zoutzuur (HCl) reageert met 80 gram magnesiumhydroxide (Mg(OH)2). Er wordt magnesiumchloride (MgCl2) en water (H2O) gevormd. Schrijf de reactie op en bereken hoeveel gram magnesiumchloride er wordt gevormd. Gegeven: m(Mg(OH)2) = 80 g

Gevraagd: m(MgCl2) Oplossing:

VA N

TIP

Bij het oplossen van vraag-

Voor het oplossen van vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid gebruik je het onderstaande stappenplan:

stukken zul je ook vaak ‘de regel van drie’ toepassen. Als je weet wat de

molverhouding is waarin

Stap 1: Lees het vraagstuk.

de stoffen A en B reageren (uit de voor-getallen), dan kun je ook berekenen

hoeveel mol van stof B er

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

met 1 mol van stof A

reageert. En vervolgens

bereken je hoeveel mol B

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

er reageert met de gegeven molhoeveelheid A. Bekijk het voorbeeld achter de QR-code.

Stap 4: Zet de gegeven stofhoeveelheid om naar mol.

Stap 5: Pas de molverhouding toe. bijlage: de regel van drie

Stap 6: Zet dat om naar de gevraagde eenheid.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

159

Vraagstukken waarbij 2 stofhoeveelheden zijn gegeven

VOORBEELD RECEPT CAKE In het recept voor cake staan de juiste hoeveelheden van de ingrediënten en dus de juiste verhouding waarin ze moeten worden samengevoegd. Volgens het recept heb je 4 eieren en 250 g bloem nodig om één cake te bakken, maar in de kast vind je 8 eieren en 1 kg bloem. Hoeveel cakes kun

je dan in totaal bakken? Als je alle 8 eieren wilt gebruiken, heb je 500 g bloem nodig. Je hebt dan

wel 500 g bloem over. Om al de bloem te gebruiken, zou je 16 eieren nodig hebben, maar die heb je niet. Het aantal eieren bepaalt hier dus hoeveel cakes je kunt bakken.

Recept voor cake 4 eieren 250 g bloem 250 g suiker 250 g boter 16 g bakpoeder Snuifje zout

VA N

Klop de suiker en boter samen op tot een gladde crème. Voeg de eieren hieraan toe en meng goed. Zeef de bloem in delen en voeg toe aan het cakebeslag. Voeg ten slotte ook het bakpoeder en een snuifje zout toe. Meng alles goed. Verwarm de oven voor tot 180 °C. Giet het beslag in een bakblik en bak gedurende 45 minuten in de voorverwarmde oven. Smakelijk!

Als er van 2 reagerende stoffen een stofhoeveelheid is opgegeven, dan moeten we controleren of ze wel degelijk in een ‘stoichiometrische’ verhouding aanwezig zijn. Als dat niet het geval is, zal slechts 1 van beide stoffen volledig wegreageren. De reactie stopt als die stof is opgebruikt. Die stof noemen we het beperkende of limiterende reagens (BR). Van het andere reagens zeggen we dat het in overmaat aanwezig is: er is meer dan genoeg

van die stof aanwezig. Om te weten hoeveel reactieproduct wordt gevormd,

160

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

passen we dezelfde werkwijze toe als voorheen, maar rekenen we met de gegeven hoeveelheid van het beperkende reagens. De stof die in overmaat aanwezig is, zou geen correcte berekeningen opleveren, want die stof reageert niet volledig. In ons stappenplan voegen we dus nu 1 stap toe, waarbij we het beperkende reagens bepalen.

HOOFDSTUK 3

VOORBEELDVRAAGSTUK

We beschikken over 100,0 g NaOH en 100,0 g HCl. Na reactie ontstaan natriumchloride en water. Hoeveel gram zout kan maximaal gevormd worden? Hoeveel gram van welke stof blijft over?

Gevraagd:

—

NaOH

—

m(NaOH) = 100 g

—

m(HCl) = 100 g

—

HCl

→

H2O

m(NaCl) en m(H2O)

—

m(NaOH) na de reactie

—

m(HCl) na de reactie

Oplossing: a

NaCl

Gegeven:

Schrijf onder de vergelijking de molverhouding waarin de stoffen reageren: NaOH

HCl

→

NaCl

1 mol

→

1 mol

H2O

1 mol

b Schrijf de gegeven stofhoeveelheden onder de betreffende stof: NaOH

HCl

→

NaCl

1 mol

→

1 mol

100,0 g

VA N

100,0 g

H2O

Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar het aantal mol via de molaire massa: NaOH

HCl

→

NaCl

1 mol

→

1 mol

100,0 g n=

100,0 g g 40,0 mol

= 2,50 mol

H2O

1 mol

100,0 g

100,0 g g 36,5 mol

= 2,74 mol

d Zoek uit wat het beperkende reagens is. In dit geval stopt de reactie wanneer NaOH is opgebruikt. Die stof is het beperkende reagens. HCl is in overmaat aanwezig: voor 2,50 mol NaOH is ook maar 2,50 mol HCl nodig, omdat de molverhouding 1:1 is (zie stap a).

Via de berekende stofhoeveelheid van het beperkende reagens vinden we nu de andere stofhoeveelheden in mol door gebruik te maken van de molverhouding:

NaOH

HCl

→

NaCl

1 mol

→

1 mol

100,0 g

H2O

1 mol

100,0 g

2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

161

Zet de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde eenheid (gram) door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa: NaOH

HCl

→

NaCl

H2O

2,50 mol

g 2,50 mol · 36,5 mol

g 2,50 mol · 58,5 mol

2,50 mol · 18,0

100,0 g

= 91,3 g

= 146,3 g

= 45,0 g

g mol

Bepaal de overmaat:

In het voorbeeld is er dus 0,24 mol (2,74 mol - 2,50 mol) over van het waterstofchloride. Ook die hoeveelheid g ). kan ter controle omgezet worden naar gram aan de hand van de molaire massa van zoutzuur (36,5 mol De overmaat aan HCl is dus m = n · M g = 8,8 g = 0,24 mol · 36,5 mol Bij vraagstukken met 2 gegeven stofhoeveelheden komt er een stapje bij in het stappenplan:

VA N

Stap 1: Lees het vraagstuk.

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

Stap 4: Zet de gegeven massa om naar mol.

Stap 5: Zoek het beperkende reagens.

Stap 6: Pas de molverhouding toe.

Stap 7 : Zet dat om naar de gevraagde eenheid en bereken indien gevraagd de overmaat.

Let goed op bij het bepalen van het beperkende reagens en de stof die in overmaat aanwezig was. Het beperkende reagens is niet noodzakelijk de stof waarbij de gegeven stofhoeveelheid in gram het kleinst is. Allereerst moeten die stofhoeveelheden omgezet worden in de eenheid mol! Maar zelfs dan is het niet noodzakelijk de kleinste molhoeveelheid die het beperkende reagens vormt.

162

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

Om het beperkende reagens te weten te komen, moeten we ook nog rekening houden met de molverhouding, gegeven door de voorgetallen. We verduidelijken dat in een moeilijker voorbeeld.

VOORBEELD OVERMAAT BEREKENEN 200,0 gram calciumhydroxide (Ca(OH)2) reageert met 196,0 gram fosforzuur (H3PO4) tot calciumfosfaat en water. Bereken hoeveel gram calciumfosfaat er gevormd wordt en hoeveel gram van welke stof er in overmaat aanwezig was.

3 Ca(OH)2

2 H3PO4

→

2 mol

→

De molverhouding leert ons: 3 mol

De gegeven stofhoeveelheden: m/M

= n

Ca3(PO4)2

6 H20

1 mol

6 mol

196,0 g = 2,0 mol

VA N

200,0 g = 2,7 mol

m/M

We schrijven eerst de reactievergelijking:

Let op: op het eerste gezicht zou je denken dat fosforzuur hier het beperkende reagens is, maar de molverhouding leert ons hier dat je voor de reactie van 2 mol fosforzuur, 3 mol calciumhydroxide nodig zult hebben, terwijl we maar 2,7 mol hebben. Niet H3PO4 maar Ca(OH)2 zal hier dus het beperkende reagens zijn! We rekenen dus verder met het juiste beperkende reagens. 2,7 mol

= 1,8 mol

/3 · 2 /3

= 0,9 mol

= 5,4 mol

·2

Nu we alle stofhoeveelheden gevonden hebben, rekenen we om naar de gevraagde eenheid: M(Ca3(PO4)2) = 3 · 40,1

g g g g + 2 · 31 + 8 · 16,0 = 310,3 mol mol mol mol

dan m = n · M = 0,9 mol · 310,3

g = 279,3 g mol

We berekenen vervolgens de overmaat: Er is 2,0 mol (196,0 g) - 1,8 mol (176,4 g) = 0,2 mol overmaat aan fosforzuur. 0,2 mol · 98

g = 19,6 g mol

TIP

Als extra controle kun je altijd nagaan of al de berekeningen kloppen door de wet van behoud van massa toe te passen: de som van de massa’s van de reagentia = de som van de massa’s van de reactieproducten. Let op dat je ook hier niet met de overmaat rekent.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

163

OPDRACHT 12

We voegen 100,0 gram natriumhydroxide (NaOH) samen met 196,2 gram zwavelzuur. Er ontstaat natriumsulfaat (Na2SO4) en water (H2O). Bereken hoeveel gram zout er ontstaat en hoeveel gram van welk reagens in overmaat aanwezig was. Gegeven: —

m(NaOH) = 100,0 g

—

m(H2SO4) = 196,2 g

Gevraagd: —

—

m(Na2SO4)

aantal gram overmaat

Oplossing:

VA N

Om stoichiometrische vraagstukken op te lossen, zet je altijd eerst de gegevens om naar de stofhoeveelheid. Nadat je de molverhouding hebt toegepast, zet je je antwoord om in de gevraagde grootheid. Volg daarvoor het stappenplan op p. 162. ` Maak oefening 20 t/m 29 op p. 197-202.

164

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

HOOFDSTUK 4

Concentratie van een oplossing LEERDOELEN Je kunt al: gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen. Je leert nu: L de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven;

de handen Om voldoende werkzaam te zijn, moet de

hoeveelheid alcohol die wordt opgelost in de gel, een voldoende hoge concentratie hebben.

In een labo gaan we vaak stoffen oplossen in een

oplosmiddel (meestal water), omdat ze dan beter

reageren. Maar het aantal gram van de oplossing geeft

niet de nodige informatie over de stofhoeveelheid van het opgeloste reagens. We moeten weten hoeveel mol of gram van de opgeloste stof er in de oplossing zit.

VA N

L het verband tussen stofhoeveelheid en

Alcoholgel wordt veel gebruikt voor het ontsmetten van

L stofhoeveelheden omzetten naar de

massaconcentratie toepassen;

In ons voorbeeld van de alcoholgel is de hoeveelheid

L het verband tussen mol en molaire

alcohol (opgeloste stof) belangrijk, niet zozeer de

concentratie gebruiken in eenvoudige

hoeveelheid alcoholgel (oplossing). We willen weten

stoichiometrische berekeningen.

hoeveel alcohol er in de alcoholgel zit, dus wat de concentratie aan alcohol is.

Wat is een concentratie van een oplossing?

Een oplossing is een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel. Neem het voorbeeld van een tas koffie waarin een klontje suiker wordt gebracht:

— Het oplosmiddel is hier de koffie. — De opgeloste stof is de suiker.

— De oplossing bestaat uit gesuikerde koffie.

Je weet natuurlijk al dat de koffie zoeter zal smaken naargelang je er 1, 2 of 3 klontjes suiker in oplost. Het is dus belangrijk om

Afb. 98 Gesuikerde koffie is een oplossing.

de concentratie van de oplossing goed te kennen. Als we de concentratie van de opgeloste stof willen kennen, dan moeten we de hoeveelheid van de opgeloste stof en de hoeveelheid oplossing kennen. Suiker, net als vele andere stoffen, kan in verschillende hoeveelheden opgelost worden in water. Niet alle stoffen zijn trouwens even goed oplosbaar in water. Daar komen we later op terug. GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

165

De maximale oplosbaarheid kan sterk verschillen van stof tot stof. Ook voor stoffen die wel oplossen in water is de hoeveelheid stof die kan opgelost worden, niet onbeperkt. Vanaf een bepaalde concentratie treedt verzadiging op: extra toegevoegd zout zal dan niet meer oplossen maar bezinken in de oplossing. DEMO

Concentratie van oplossingen Werkwijze

Je leerkracht maakt vier oplossingen van koper(II)sulfaat. Die oplossingen herkennen we aan de blauwe kleur.

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

VA N

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

— bekerglas 1: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

— bekerglas 2: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

— bekerglas 3: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

— bekerglas 4: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

Waarnemingen

Je merkt aan de helderblauwe kleur van de oplossing hoe geconcentreerd de oplossing is (hoe donkerder blauw, hoe hoger de concentratie CuSO4). Merk op dat de inhoud van bekerglas 1 en 4 dezelfde kleur hebben. Dat

komt doordat voor die bekers de verhouding van de hoeveelheid opgeloste stof tot de hoeveelheid oplossing, de concentratie dus, gelijk is:

1 g CuSO4 2 g CuSO4 = 0,5 L 1L

Er zijn verschillende manieren om de concentratie van een oplossing uit te drukken, afhankelijk van in welke eenheid de hoeveelheid opgeloste stof wordt uitgedrukt. Zo kunnen we onze hoeveelheid CuSO4 uit het voorbeeld

uitdrukken in gram of in mol. We spreken dan respectievelijk over de massaconcentratie of de molaire concentratie.

De verhouding tussen de hoeveelheid opgeloste stof (aantal mol n of massa m) en de hoeveelheid oplossing (V) noemen we de concentratie van de oplossing (c). m g n mol c = met eenheid of c = met eenheid V L V L

166

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

Massaconcentratie

Het begrip mol is natuurlijk niet bij iedereen bekend. Daarom staat voornamelijk op voedingswaren de hoeveelheid opgeloste stof vaak aangeduid in een aantal gram. Als we de hoeveelheid opgeloste stof in gram uitdrukken en de hoeveelheid oplossing in

liter, bekomen we voor de concentratie een g eenheid van , we spreken dan over de L massaconcentratie. Zo zit in 1 glas cola van 250 mL maar liefst 27 gram suiker. De concentratie suiker is dus

27 g g of 108 . 250 mL L

Afb. 99 Een glas cola bevat veel suiker.

VOORBEELDVRAAGSTUK

VA N

Bereken hoeveel kaliumchloride (KCl) je moet afwegen als g je 3,5 L oplossing wil maken met een concentratie van 60 . Gegeven:

—

Gevraagd:

m(KCl)

V(oplossing) = 3,5 L g c(KCl) = 60 L

Oplossing:

m en dus m = c · V V g m = 60 · 3,5 L = 210 g L c=

TIP

Let op dat je bij vloeistoffen de dichtheid niet verwart met de massaconcentratie. Dichtheid heeft niets te maken met de concentratie van de opgeloste stof.

DICHTHEID MASSACONCENTRATIE ρ=

massa oplossing volume oplossing

massa opgeloste stof volume oplossing

De verwarring tussen beiden gebeurt omdat beide grootheden dezelfde eenheid kunnen hebben.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

167

OPDRACHT 13

Hoeveel gram keukenzout (NaCl) moet je afwegen om 200 mL oplossing te maken met een g concentratie van 18 L ? Gegeven:

Gevraagd:

g L

—

c(NaCl) = 18

—

V = 200 mL = 0,200 L

m(NaCl)

Oplossing:

VA N

WEETJE

Bij voedingswaren wordt de hoeveelheid oplossing vaak herleid naar 100 mL, waardoor de eenheid

g wordt. Het etiket vermeldt dan de concentratie 100 mL

in % (per 100 mL dus). Voor de suikerconcentratie in het voorbeeld van het glas cola wordt dat dan 108

g 10,8 g = of 10,8 %. L 100 mL

Afb. 100 Voedingswaarden frisdrank

Op het etiket van een blikje Ice Tea lezen we bijvoorbeeld hoeveel gram er van verschillende stoffen zijn opgelost in 100 ml van de drank (oplossing). Zo zit er per 100 mL Ice Tea 4,5 g suiker opgelost. In de tweede kolom staat dan hoeveel suiker er in het totale flesje van 33 cl zit. 4,5 g = 4,5 %. 100 mL

De massaconcentratie is altijd

168

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

Molaire concentratie

Chemici zullen de stofhoeveelheid altijd aanduiden met de eenheid mol. We zullen in het labo de concentratie van de oplossing daarom ook uitdrukken in het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing: de molaire concentratie of molariteit van de oplossing

— formule: c

aantal mol opgeloste stof aantal liter oplossing n V

— molaire concentratie = =

— eenheid molaire concentratie: Opmerkingen:

mol of M L

M is het symbool voor de eenheid van molaire concentratie.

—

M is het symbool voor de grootheid molaire massa.

VA N

—

VOORBEELD COLA

We berekenen de molaire concentratie van suiker in cola. Uit het vorige voorbeeld weet je al dat een glas van 250 mL 27 gram suiker bevat. We rekenen de noemer om naar het volume van 1 liter: 27 g 108 g g = = 108 . 250 mL 1 000 mL L

Dat is dus de massaconcentratie. Het volstaat nu om bij de teller het aantal gram om te zetten naar mol om de molaire concentratie te berekenen. Er zitten verschillende soorten suikers in de drank, maar om het eenvoudig te houden, gebruiken we de molaire massa van de sucrose (C12H22O11):

M = 12 · 12,0 n=

m = M

g g g g + 22 · 1,0 + 11 · 16,0 = 342,0 mol mol mol mol

108 g = 0,316 mol g 342,0 mol

De molaire suikerconcentratie in cola is dus 0,316 mol. L

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

169

OPDRACHT 14

Een kok voegde 1,00 kg keukenzout toe bij de bereiding van 50 L soep in een grootkeuken. Bereken de molaire concentratie aan keukenzout. Gegeven: — —

m(NaCl) = 1,00 · 103 g V = 50 L

Gevraagd: c(NaCl) Oplossing:

VA N

De molaire concentratie c wordt berekend door de stofhoeveelheid uitgedrukt in mol (n) te delen door het volume oplosmiddel, uitgedrukt in L. formule: c = n V

Om massaconcentratie om te zetten in molaire concentratie, moet de massa

170

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

omgerekend worden naar aantal mol.

In stoichiometrievraagstukken waarbij de reagerende stoffen opgelost zijn, kan de stofhoeveelheid berekend worden uit het volume en de concentratie van de oplossing. Je weet nu hoe je die stofhoeveelheid kunt omzetten naar n aantal mol. Aangezien c = kun je het aantal mol n berekenen door de V formule anders te schikken: n = c · V

HOOFDSTUK 4

VOORBEELDVRAAGSTUK

200 mL van een zilvernitraatoplossing van 0,0295 mol wordt L samengevoegd met voldoende natriumchlorideoplossing. Daarbij ontstaan zilverchloride en natriumnitraat. Bereken hoeveel gram zilverchloride ontstaat: Gegeven:

— AgNO3

— c(AgNO3) = 0,0295 mol L

— V = 200 mL

NaCl

→

AgCl

NaNO3

Gevraagd:

m(AgCl)

Oplossing: c · V = n

0,0295 mol · 0,200 L L

0,0059 mol

VA N

= 0,0059 mol

Door de molverhouding toe te passen, weten we dat er dus ook maximaal 0,0059 mol zilverchloride wordt gevormd. Met behulp van de molaire massa g g g + 35,5 = 143,4 ) berekenen we de van AgCl (M = 107,9 mol mol mol massa gevormd zilverchloride AgCl: m(AgCl) = n · M

= 0,0059 mol · 143,4

= 0,846 g

g mol

Antwoord: Er zal in die reactie 0,846 g zilverchloride ontstaan.

OPDRACHT 15 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen maakt. en voer het labo uit.

Ga naar

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

171

oplossingen (c, V) c= n V n= m M delen door molaire massa (g /mol)

aantal gram m

n=c·V

aantal mol n

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

aantal deeltjes N

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

` Maak oefening 30 t/m 34 op p. 202-204.

WEETJE

Andere uitdrukkingen voor de concentratie

Voor een oplossing van een vloeistof in een andere vloeistof is het natuurlijk logischer om te spreken van het aantal ml opgeloste

VA N

stof per aantal liter oplossing. In dat geval spreken we over een volumeconcentratie met als eenheid mL. L Ook hier wordt bij levensmiddelen vaak gebruikgemaakt van het volumeprocent: de hoeveelheid (mL) opgeloste stof per 100 mL oplossing. Als de hoeveelheid wordt herrekend per 100 mL oplossing, spreken we dus over het volumeprocent.

Voorbeeld: een fles azijn vermeldt vaak dat het gaat over een oplossing van 7 %, oftewel 7 mL opgelost azijnzuur per 100 mL oplossing. Ook een fles wijn of bier vermeldt op die manier de concentratie aan ethanol. Voor pilsbier

is dat vaak 5,2 % of 5,2 mL ethanol per 100 mL bier. Afb. 101 Azijn

Afb. 102 Het alcoholpercentage in alcoholische dranken wordt uitgedrukt in volumepercentage: het aantal mL ethanol per 100 mL. Voor bier bedraagt dat volumepercentage ongeveer 5 % en voor wijn ongeveer 13 %.

Ook de massaconcentratie in

g g kan omgerekend worden naar , L 100 mL

dan spreken we over massavolumepercentage. Tot slot kunnen we bij een mengsel van 2 vaste stoffen (bv. zout en zand) ook nog het massapercentage gebruiken: het aantal gram opgeloste stof per 100 g oplossing. Al die grootheden behandelen we in de derde graad.

172

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

Oplossingen verdunnen en indampen

In een labo worden veel zoutoplossingen gebruikt. Maar voor verschillende proeven zijn vaak ook verschillende concentraties van de oplossing vereist. Je leerkracht zal vast en zeker wel ergens een oplossing op voorraad houden, maar de concentratie is niet altijd diegene die nodig is in een volgend experiment. Gelukkig kunnen we de concentratie van een oplossing

aanpassen door: een extra hoeveelheid opgeloste stof toe te voegen: de concentratie zal

VA N

nu stijgen

b een extra hoeveelheid oplosmiddel toe te voegen: de concentratie zal nu dalen

Dat noemen we het verdunnen van de oplossing.

applet: concentratie

+ V(s)

een hoeveelheid oplosmiddel laten verdampen: de concentratie zal nu stijgen

Dat noemen we het indampen van de oplossing.

In een keuken proeft de kok heel vaak van zijn gerechten. Is de soep niet zout genoeg of net te zout? In het eerste geval zal die een snuifje zout toevoegen, in het tweede geval kan die de soep aanlengen met water. Indampen zou wat meer tijd in beslag nemen bij het op smaak brengen van soep, maar dat komt wel van pas bij de bereiding van sauzen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

173

WEETJE Indampen is het laten verdampen van een hoeveelheid oplosmiddel zodat de concentratie van de opgeloste stof stijgt.

Merk op dat zowel bij het verdunnen van een oplossing door toevoeging van extra oplosmiddel, als bij het indampen van een oplossing, de hoeveelheid opgeloste stof ongewijzigd blijft. Samen met de eerder geziene formule voor n concentratie (c = ) kunnen we zo de verdunningsformule afleiden: V n1 = n2

c1 · V1 = c2 · V2

OPDRACHT 16 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen verdunt. Ga naar

en voer het labo uit.

VA N

VOORBEELDVRAAGSTUK Hoeveel mL water moet je toevoegen aan 150 mL waterstofchlorideoplossing (HCl) van 0,250 mol L om een oplossing van 0,200 mol te bekomen? L Gegeven:

—

de beginconcentratie c1 = 0,250 mol L het beginvolume V1 = 0,150 L

de gewenste eindconcentratie c2 = 0,200 mol L

Gevraagd: Welk volume oplosmiddel moet je toevoegen (V2 - V1) ?

Oplossing:

c1 · V1 = c2 · V2 toepassen: 0,250 mol · 0,150 L = 0,200 mol · V2 L L

Hieruit berekenen we V2 = 0,188 L of 188 mL: V2 - V1 = 188 mL - 150 mL = 38 mL

174

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

Antwoord: Er moet 38 mL water worden toegevoegd om de concentratie te verminderen naar 0,200 mol . L

Bij het indampen van een oplossing geldt dus precies dezelfde formule c1 · V1 = c2 · V2, maar omdat het volume van de oplossing na het indampen (V2)

nu kleiner is dan het oorspronkelijk volume V1, zal de concentratie c2 groter

worden dan de concentratie voor het indampen (c1).

HOOFDSTUK 4

OPDRACHT 17

Een student laat per ongeluk een keukenzoutoplossing van 600 mL met een concentratie van 1,0 mol een hele L nacht op een verwarmplaat staan. Hierdoor is er de dag nadien 350 mL water verdampt uit de oplossing. Bereken de nieuwe concentratie van de zoutoplosssing.

—

V1 = 600 mL = 0,600 L c1 = 1,0 mol L

Gegeven: —

Gevraagd: c2 Oplossing:

VA N

WEETJE

Als je een oplossing blijft indampen tot de maximale oplosbaarheid is bereikt, dan zal de opgeloste

stof opnieuw kristalliseren. Op die techniek berust

bijvoorbeeld de winning van zout uit zeewater.

video: zoutproductie

Afb. 103 Zoutproductie

Het aantal mol opgeloste stof ... voor verdunning

= n2

c1 · V1

= c2 · V2

na verdunning

c1 · V1 = c2 · V2 In die formule is: — c1 = beginconcentratie van de oplossing — V1 = beginvolume van de oplossing

— c2 = concentratie van de oplossing na verdunning — V2 = Volume van de oplossing na verdunning

Let op: V2 is het eindvolume na verdunning. Vaak wordt het toe te voegen

volume water gevraagd. We trekken het beginvolume er dan dus weer af (V2 - V1)! ` Maak oefening 35 t/m 37 op p. 204-205.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

175

Oplossingen met verschillende concentraties aan opgeloste stof mengen

Door zuiver oplosmiddel toe te voegen, wijzigt de hoeveelheid opgeloste stof dus niet. Maar dat zal natuurlijk wel het geval zijn als we aan een oplossing een andere oplossing toevoegen, die ook een hoeveelheid van die opgeloste stof bevat. Als de toegevoegde oplossing hier een lagere concentratie heeft dan de

eerste, zal de concentratie na samenvoegen van de oplossingen ook lager

worden. Op die manier kunnen we een oplossing dus ook verdunnen. Maar let op: nu is de hoeveelheid opgeloste stof voor en na verdunning niet meer aan

VA N

elkaar gelijk: n1 ≠ n2

We moeten onze verdunningsformule in dit specifiek geval herwerken: Als je bij het aantal mol voor verdunning (n1) het aantal mol uit de

verdunnende oplossing (n3) optelt, krijg je een nieuw aantal mol opgeloste stof (n2):

n1 + n3 = n2

Vermits het aantal mol steeds gegeven wordt door n = c . V, kun je besluiten dat:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · V2

Het bekomen volume V2 is de som van de samengevoegde volumes V1 en V3,

wat voor onze formule betekent:

176

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3) Merk op dat de bekomen concentratie c2 altijd lager is dan de

beginconcentratie c1, maar hoger blijft dan de concentratie van de

verdunnende oplossing c3:

c3 < c2 < c1

HOOFDSTUK 4

WEETJE Vind je de koffie in de pot maar aan de slappe kant? Dan kan het helpen om een tas extra sterke espresso toe te voegen aan de pot. De koffie zal uiteindelijk sterker smaken dan de originele koffie, maar vanzelfsprekend minder sterk dan de espresso.

VOORBEELDVRAAGSTUK

Welk volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol moet je bij L mol 80,0 mL zilvernitraatoplossing van 0,500 voegen om een L oplossing van 0,200 mol te bekomen? L Gegeven: —

c1 = 0,500 mol L

V1 = 80,0 mL of 0,0800 L

—

c3 = 0,100 mol L c2 = 0,200 mol L

VA N

—

Gevraagd: V3 Oplossing:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

(0,500 mol · 0,0800 L ) + (0,100 mol · V3) = 0,200 mol · (0,0800 L + V3) L L L

Als we de vergelijking oplossen naar V3, dan bekomen we: 0,0400 mol + 0,100 mol · V3 = 0,0160 mol + 0,200 mol · V3 L L

0,024 mol = 0,100 mol · V3 L V3 =

0,0240 mol = 0,240 L of 240 mL mol 0,100 L

Antwoord: Het volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol dat je moet L toevoegen is 240 mL.

Bij het mengen van oplossingen met verschillende concentraties zal de concentratie van de nieuwe oplossing tussen de 2 concentraties van de oorspronkelijke oplossingen liggen. Het aantal mol opgeloste stof verandert nu, net als het volume: c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3) ` Maak oefening 38 t/m 40 op p. 206-207.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

177

HOOFDSTUK 5

Chemisch rekenen met gassen LEERDOELEN Je kunt al:

L stofhoeveelheden omzetten naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen en vloeibare

Stoichiometrie leert ons wat de kwantitatieve verhoudingen zijn

waarin stoffen reageren. Dat is vrij eenvoudig te berekenen met vaste

oplossingen.

stoffen en oplossingen met een gekende concentratie. Bij sommige

Je leert nu:

reacties reageren of ontstaan echter gassen. De massa van een

L het verband gebruiken tussen

gas is moeilijk te bepalen. We kunnen wel het volume van een gas

meten, maar dat gasvolume is dan weer afhankelijk van de heersende

druk, volume en absolute

temperatuur en druk. Hier zullen we rekening mee moeten houden bij

temperatuur om de toestand

de omzetting van de stofhoeveelheid naar de eenheid mol.

VA N

de toestandsgrootheden

van een ideaal gas en de veranderingen ervan te

Uit het deeltjesmodel weet je al dat gassen bij een bepaalde druk en

beschrijven.

temperatuur een groter volume innemen per stofhoeveelheid dan vloeistoffen of vaste stoffen.

Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

Ook het volume gas zullen we moeten omzetten naar een stofhoeveelheid, uitgedrukt in mol. Een gelijke molhoeveelheid van verschillende gassen

neemt bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. Als we het volume van 1 mol gas kennen, het molaire gasvolume Vm, (eenheid L ), mol dan kunnen we het aantal mol gas berekenen door het volume gas te delen

178

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

door het molaire gasvolume:

n= V Vm

Als we de stofhoeveelheid (aantal mol n) van een gas kennen, dan kunnen we door het omvormen van de formule ook het volume berekenen dat dat gas inneemt, zie afbeelding 104 op de volgende pagina.

HOOFDSTUK 5

V = n · Vm V = 22.4 L

1 mol O2 32.0 g O2 273° K 1 atm

1 mol N2 28.0 g N2 273° K 1 atm

1 mol He 4.0 g He 273° K 1 atm

Afb. 104 Molair gasvolume

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in:

VA N

V = n · Vm

We beschouwen een gas onder normomstandigheden (n.o.). We spreken over normomstandigheden als de temperatuur i = 0 °C en de druk p = 1 013 hPa. Het molaire gasvolume is dan steeds 22,4 L . mol

Als we dat getal onthouden, is het eenvoudig om vraagstukken op te lossen waarbij de reactie onder normomstandigheden plaatsvindt. We kunnen dan schakelen tussen het volume van het gas en het aantal mol door gebruik te V maken van dit molaire gasvolume: Vm = 22,4 L waarbij n = V = Vm 22,4 L mol mol VOORBEELDVRAAGSTUK

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden. Gegeven: —

m(H2) = 15,0 g

n.o.

—

Gevraagd: V(H2) Oplossing: m(H2) 15,0 g = n(H2) = = 7,5 mol M(H2) 2,0 g mol n.o. : Vm = 22,4 L mol V = n · Vm V(H2) = 7,5 mol · 22,4 L = 1,7 · 102 L mol GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

179

OPDRACHT 18

Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden. Gegeven: — —

m(CO2) = 25,0 g

n.o.

Gevraagd: V(CO2) Oplossing:

VA N

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g/mol)

aantal mol n

aantal gram m

n=c·V N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

180

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

n= V Vm bij n.o. Vm = 22,4 L

HOOFDSTUK 5

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

V = n · Vm bij n.o. 1 mol = 22,4 L

gassen (V, Vm ) ` Maak oefening 41 t/m 46 op p. 207-209.

aantal deeltjes N

De algemene ideale gaswet

Het molaire gasvolume is alleen onder normomstandigheden gelijk aan 22,4 L . Het gasvolume is afhankelijk van de temperatuur en de druk. mol We kunnen Vm steeds berekenen door gebruik te maken van de ideale gaswet. Het deeltjesmodel van stoffen ken je al een tijdje. In gassen zitten de deeltjes ver van

elkaar. Bij gewone druk en temperatuur oefenen ze geen krachten uit op elkaar

(afstotend of aantrekkend). Bij gewone druk

en temperatuur is hun volume bovendien te verwaarlozen ten opzichte van het volume van de ruimte die het gas inneemt. Onder

die omstandigheden gedraagt het gas zich volgens de zogenaamde ideale gaswet:

Afb. 105 Deeltjesmodel gas

we spreken van een ideaal gas, waarbij de

VA N

gasmoleculen elkaar niet beïnvloeden. Uit de fysicalessen lenen we een paar wetten:

— de gaswet bij constante temperatuur (de wet van Boyle-Mariotte): p · V = constant

voor eenzelfde hoeveelheid gas

Afb. 106 Robert Boyle

— de gaswet bij constant volume (de drukwet van Regnault): P T = constant

voor eenzelfde hoeveelheid gas

Afb. 107 Henri Victor Regnault

— de gaswet bij constante druk (de volumewet van Gay-Lussac): V = constant T voor eenzelfde hoeveelheid gas Afb. 108 Joseph Gay-Lussac

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

181

Die drie wetten werden door Avogadro gecombineerd waarbij hij bovendien een verband legde tussen het aantal mol van een gas en het volume bij een gegeven druk en temperatuur. Die ideale gaswet gebruiken we in de chemie om een volume gas om te zetten naar een aantal mol of omgekeerd. Ze beschrijft het gedrag van ideale gassen onder invloed van druk, volume, temperatuur en aantal deeltjes: p · V = n · R · T

hierin is: — p = de druk in Pa (N/m2) — V = het volume in m3

— n = de hoeveelheid gas in mol

— R = de gasconstante (8,31 J · K−1mol−1)

— T = de absolute temperatuur in K

De Kelvinschaal voor temperatuuraanduiding gaat niet uit van het vriespunt of kookpunt van water, zoals de Celsiusschaalverdeling. Kelvin ging uit van het absolute nulpunt: de koudste temperatuur die ooit werd gemeten: -273 °C (-273,15 °C om precies te zijn). Die temperatuur heeft in de

Kelvinschaal dus de waarde 0 K. Atomen en moleculen gaan steeds minder bewegen als de temperatuur daalt en bij -273 °C mogen we aannemen dat

VA N

ze volledig stilstaan. Daarom noemde Kelvin die temperatuur het absolute nulpunt, lager kan namelijk niet! Qua schaalverdeling lopen de Celsiusschaal en Kelvinschaal gelijk: daarom is 273 K = 0 °C en kunnen we dus ook stellen dat 100 °C = 373 K. Let op: bij temperaturen uitgedrukt in Kelvin wordt het ° of gradensymbool weggelaten.

Als we nu het molaire gasvolume willen berekenen, dan vormen we onze ideale gaswet om: p·V=n·R·T T Vm = R · p

herwerken we tot

n· R· T p

(n = 1, V = Vm)

Je kunt er dus voor kiezen om steeds Vm te berekenen en

vervolgens het aantal mol in rekening te brengen of om meteen alle gegevens in de algemene gaswet te plaatsen.

TIP

De ideale gaswet kun je alleen gebruiken bij gassen. Laat je niet verleiden om een volume vloeistof, dat ook in liter of m³ is opgegeven, om te zetten naar mol via de gaswet!

De juiste stofhoeveelheid (in mol) ga je ook alleen bekomen als elke variabele in de formule in de juiste eenheid wordt gezet. Merk ook op dat in de ideale gaswet nergens sprake is van het soort gas of de massa. Die variabelen doen er niet toe. Het molaire gasvolume is bij eenzelfde druk en temperatuur voor om het even welk gas altijd hetzelfde.

182

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

WEETJE Hoe wisten we dat bij normomstandigheden het volume van 1 mol gas = 22,4 L? Als we alle gegevens in de juiste eenheden zetten (p = 1013 102 Pa, T = 273 K) en de waarden invullen in de ideale gaswet, dan kunnen we het volume berekenen van 1 mol gas onder normomstandigheden: V=

n·R·T 1 mol · 8,31 J · K-1 · mol-1 · 273 K = = 0,0224 m³ of 22,4 L p (1013 102 Pa)

Dus Vm = 0,0224 m³ of 22,4 L bij n.o.

Omzettingen

De gegevens in een vraagstuk zullen vaak nog moeten worden omgezet naar de juiste eenheden alvorens de waarden in te vullen in de algemene ideale

VA N

gaswet. Daarom herhalen we even de omzettingen die je al leerde kennen doorheen je studiejaren: ‒

1 m³ = 1 000 dm³ = 1 000 L

‒

1 bar = 105 Pa = 103 hPa

‒

1 hPa = 100 Pa

‒

1 mbar = 1 hPa

‒

273 K = 0 °C

VOORBEELDVRAAGSTUKKEN 1

Welk volume neemt 12 g stikstofgas in bij 15 °C en 1 018 hPa?

Gegeven: —

m(N2) = 12 g

—

T = 15 °C

—

p = 1 018 hPa

Gevraagd: V(N2) Oplossing:

Eerst zetten we de gegevens om in de juiste eenheden, zodat we de ideale gaswet kunnen toepassen: — n(N2) = 12 g : 28,0

g = 0,43 mol mol

— 15 °C = 288 K

— 1 018 hPa = 1 018 · 102 Pa

Wanneer we die waarden invullen in de gaswet, krijgen we: V =

= 0,010 m3 of 10 L.

n·R·T p

Antwoord: In de gegeven omstandigheden zal 12 g stikstof een volume innemen van 10 L.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

183

Bereken de massa van 5,5 L waterstofsulfidegas (H2S) bij een

temperatuur van 23 °C en een druk van 1 025 hPa. Gegeven: —

T = 23 °C = 296 K

—

p = 1 025 hPa = 1 025 · 102 Pa

—

V(H2S) = 5,5 L = 0,0055 m3

Gevraagd: m(H2S)

Oplossing: p V n(H2S) = · = 102 500 Pa · 0,0055 m3 : (8,31 J · K-1 · mol-1 · 296 K) = R·T 563,75 : 2 459,76 = 0,23 mol m(H2S) = n(H2S) · M(H2S) = 0,23 mol · 34,1 3

g = 7,8 g mol

Bereken het volume van 28 g stikstofgas en van 32 g zuurstofgas bij 20 °C en 1 013 hPa.

m(N2) = 28 g

—

m(O2) = 32 g

—

T = 20 °C

—

p = 1 013 hPa

VA N

Gegeven: —

Gevraagd: V(N2) en V(O2) Oplossing:

We zetten de gegevens om in de juiste eenheid: — temperatuur: 20 °C = 293 K

— druk: 1 013 hPa = 101 300 Pa

N2 O2 m = n = 28 gram = 1 mol N2 en 32 gram = 1 mol O2 M 28 g 32 g mol mol

Hoewel de massa’s van beide gassen verschillen, gaat het over dezelfde molhoeveelheid. Het omvormen van de formule geeft voor beide gassen hetzelfde resultaat:

V(N2) = V(O2) =

n · R · T 1 · 8,31 · 293 = = 0,024 m³ = 24 L p 101 300

Als een reactie niet bij normomstandigheden plaatsvindt, moeten we altijd informatie krijgen over de druk en temperatuur. Zonder die gegevens kunnen we een gasvolume niet omzetten naar een aantal mol stofhoeveelheid. Het verband tussen druk, temperatuur, volume en aantal mol gas wordt gegeven door de algemene gaswet: p · V = n · R · T, hierin is: — p = de druk in Pa (N/m2) — V = het volume in m3

— n = de hoeveelheid gas in mol

— R = de gasconstante (8,31 J · K−1 · mol−1)

— T = de absolute temperatuur in K

` Maak oefening 47 t/m 54 op p. 209-212.

184

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

De gaswet bij een constante molhoeveelheid

Wanneer er geen chemische reactie optreedt en/of het totaal aantal mol gas bij een reactie onveranderd blijft, kunnen we de ideale gaswet ook gebruiken om volumeveranderingen in functie van temperatuursveranderingen te berekenen of omgekeerd. De gaswet kan dan in een andere vorm worden geschreven:

p1 · V1 R · T1

p2 · V2 R · T2

Omdat n1 = n2 ( aantal mol gas verandert niet) en omdat, na het omvormen p·V , van de formule, de molhoeveelheid steeds gegeven is door n = R·T kunnen we stellen dat

Schrappen van de gasconstante R aan beide kanten van de vergelijking geeft dan: p1 · V1

p2 · V2 T2

Meer algemeen schrijven we

p· V = constante. T

VA N

WEETJE

Van het feit dat druk, temperatuur en volume van een gas op die manier elkaar beïnvloeden, wordt gebruikgemaakt in de koeltechniek:

koelkasten, diepvriezers, airco’s … Ze bevatten allemaal een gas dat zich makkelijk laat

comprimeren en makkelijk terug uitzet. Vroeger werden hier vaak cfk’s (chloorfluorkool-

waterstoffen) voor gebruikt. Maar omdat die cfk’s schadelijk zijn voor het milieu (aantasting ozonlaag die ons beschermt tegen uv-straling van de zon), werden ze vervangen door andere koelgassen. Toch moeten die toestellen apart worden ingezameld

op het einde van hun levensduur om de gassen te recycleren.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

185

VOORBEELDVRAAGSTUK

Een heteluchtballon heeft een volume van 3 200 m³ en het gas in de ballon heeft een temperatuur van 130 °C. Bij welke temperatuur (°C) zal het volume dalen tot 3 000 m³ als de druk constant blijft? Gegeven: — — — —

V1 = 3 200 m³

T1 = 130 °C

V2 = 3 000 m³ p = constant

Oplossing:

Gevraagd: T2

We gebruiken hier dus de tweede vorm van de gaswet, want n = constant (geen chemische reactie): p1 · V1 p2 · V2 = T1 T2

Omdat bij dit vraagstuk ook de druk constant blijft (p1 = p2), wordt de

formule nog eenvoudiger:

VA N

V1 V = 2 T1 T2

We zetten alles om in de juiste eenheden (V1 = 3 200 m³, T1 = 403 K, V2 =

3 000 m³) en lossen de vergelijking op door de gevraagde temperatuur T2 te berekenen: T2 =

V2 · T1 403 K = 3 000 m³ · = 378 K 3200 m3 V1

Omgezet naar °C is dat 105 °C.

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g/mol)

aantal gram m

n=c·V

aantal mol n

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

p·V n= R·T bij n.o. 1 mol = 22,4 L

p·V=n·R·T bij n.o. 1 mol = 22,4 L

gassen (p, V, T)

Nu we zowel de stoichiometrische hoeveelheden van vaste stoffen (in gram), vloeistoffen (volume en concentratie) en gassen (volume) kunnen berekenen, zijn we in staat om zowat elk stoichiometrisch vraagstuk op te lossen. 186

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

HOOFDSTUK 6

Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen LEERDOELEN Je kunt al:

L de stofhoeveelheden omrekenen in eender welke gevraagde eenheid; L de massaconcentratie en de molaire

We weten dat de stofhoeveelheid mol steeds slaat op

concentratie van een oplossing berekenen.

eenzelfde aantal deeltjes: 6,02 · 1023. In de 1ste graad

Je leert nu:

leerde je dat deeltjes bij een gas verder uit elkaar zitten

L verhoudingen en evenredigheden tussen

dan bij een vloeistof. Bij een vaste stof zijn de deeltjes

massa’s, volumes en stofhoeveelheden

nog dichter op elkaar gepakt. Daaruit volgt dus dat

gebruiken om dichtheden beschrijven.

het ingenomen volume van eenzelfde aantal deeltjes

VA N

verschilt van stof tot stof.

Als we het aantal deeltjes per volume-eenheid naar de massa van die deeltjes omzetten, bekomen we de verhouding m . Die verhouding noemen we de V dichtheid van een stof. De dichtheid van een stof in de gastoestand zal dus kleiner zijn dan de dichtheid van diezelfde stof in vloeibare toestand, die op haar beurt kleiner is dan de dichtheid in vaste toestand. Niet alleen het verschil in aggregatietoestand speelt daarbij een rol. Ook de massa van elk deeltje en de onderlinge schikking

(roostering) van de deeltjes zorgt voor een

verschil in dichtheid. De dichtheid is daarom een stofeigenschap voor elke zuivere stof. Neem bijvoorbeeld blokjes met eenzelfde volume van verschillende metalen. Het blokje lood zal merkelijk zwaarder zijn dan het blokje aluminium.

De verhouding tussen de massa en het volume noemen we de dichtheid (ρ) van de stof: ρ =

m V

De dichtheid kan in meerdere eenheden worden weergegeven (

g g kg kg , …) , , m3 L dm3 L

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 6

187

OPDRACHT 19 DEMO

Dichtheid van vloeistoffen Werkwijze Je leerkracht brengt achtereenvolgens gelijke volumes van de volgende stoffen samen in een beker: ethanol olijfolie

— water (zuivere stof)

water

— ethanol (zuivere stof)

1 L zuiver water weegt exact 1 kg.

kg De dichtheid van zuiver water is dus ρ = m = 1 L V Stof

— olijfolie (mengsel)

Afb. 109 Dichtheid van vloeistoffen

Dichtheid ( 1,000 kg L kg 0,920 L kg 0,789 L

water olijfolie

VA N

ethanol

kg ) L

Waarnemingen

— De stof met

zit onderaan de beker.

— De stof met

zit bovenaan.

Met de formule van dichtheid kunnen we dus steeds schakelen tussen de massa en het volume van een zuivere stof of oplossing: ρ =

m het omvormen van de formule geeft V

m V = ρ of

m=V·ρ

TIP

Let op dat je bij vloeistoffen de dichtheid niet verwart met de massa-concentratie. Dichtheid heeft niets te maken met de concentratie van de opgeloste stof. DICHTHEID MASSACONCENTRATIE ρ=

massa oplossing volume oplossing

massa opgeloste stof volume oplossing

De verwarring tussen beiden gebeurt omdat beide grootheden dezelfde eenheid kunnen hebben.

188

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 6

WEETJE De dichtheid van het mengsel berekenen is niet gemakkelijk omwille van het feit dat wateren ethanolmoleculen zich niet ideaal gedragen (zie ideale gaswet). Ze interageren met elkaar waardoor het samenvoegen van 50 mL ethanol en 50 mL water uiteindelijk slechts een totaalvolume van 98 mL oplevert. Hoewel je dat moeilijk uitgelegd krijgt aan je wiskundeleerkracht: in deze chemieles is 50 + 50 = 98! De dichtheid van ons mengsel is dus: 89,5 g 91,3 g = 98 mL 100 mL

VA N

ρ=

demovideo: water en ethanol

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 6

189

THEMASYNTHESE

CHEMISCH REKENEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa gewogen gemiddelde van alle relatieve

atoommassa’s van de voorkomde isotopen de relatieve massa van een molecule = de som van alle relatieve atoommassa's in de molecule molecuulmassa = de massa van een molecule formulemassa = de massa van een formule-eenheid = de som van alle relatieve atoommassa's van de formule stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveelheid van een stof. Dat kan in aantal deeltjes, aantal gram

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen) Grootheid stofhoeveelheid (aantal deeltjes) stofhoeveelheid

Symbool

Eenheid deeltjes

gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> = het

(aantal gram)

stofhoeveelheid (aantal mol)

mol

VA N

of aantal mol. Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro

constante van Avogadro = een grootheid

symbool: NA

eenheid:

deeltjes mol

NA = de constante van Avogadro= 6,02 · 1023 Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

molaire massa = molecuulmassa of

formulemassa, aangevuld met de eenheid

g mol

deeltjes mol

zie schema op p. 154

molverhouding = de verhouding (in mol) waarin de stoffen reageren

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

Volg het stappenplan op p. 159.

vraagstukken met 2 gegeven stofhoeveelheden

Extra stap in het stappenplan op p. 162:

vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

eerst beperkende reagens bepalen Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

— een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel

— concentratie = de verhouding opgeloste stof per

hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale volume van de oplossing

190

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

THEMASYNTHESE

— massaconcentratie c =

m g ( ) V L

— molaire concentratie c = zie schema op p. 172

n mol (eenheid: ) V L

THEMASYNTHESE

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing — verdunningsformule met water

c1 · V1 = c2 · V2

— Een oplossing kun je verdunnen of indampen.

— Verdunnen met oplosmiddel: aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie daalt c2 < c1 — Indampen: oplosmiddel verdampt, aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie stijgt c2 > c1

— oplossingen mengen

Mengen met andere oplossing, aantal mol opgeloste stof verandert wel n1 + n3 = n2

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

concentratie daalt of stijgt maar c3 < c2 < c1

Hoofdstuk 5: Chemisch rekenen met gassen — normomstandigheden

i = 0 °C

p = 1 013 hPa

— de ideale gaswet:

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij

VA N

— molair gasvolume

→ molair gasvolume = 22,4

p·V=n·R·T

L mol

een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. V = n · Vm

N ) m2 — Vm: het volume in m3

p: de druk in Pa (

— n: de hoeveelheid gas in mol

— R: de gasconstante (8,31 J · K−1mol−1)

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

n=c·V

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal mol n

aantal gram m

aantal deeltjes N

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

n= V Vm bij n.o. Vm = 22,4 L

V = n · Vm bij n.o. 1 mol = 22,4 L

gassen (V, Vm ) Hoofdstuk 6: Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen — dichtheid van een stof = de verhouding tussen de massa en het volume

ρ=

m V

Dichtheid is geen concentratiegrootheid! GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

THEMASYNTHESE

191

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik kan het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van atomen.

— Ik kan uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro.

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen. — Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven.

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen.

— Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

— Ik kan het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie

VA N

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

invullen bij je Portfolio.

` Je kunt deze checklist ook op

192

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

CHECKLIST

CHECK IT OUT

Meten is weten? Bekijk de video waarin 4 g ijzerpoeder en 7 g zwavel worden samengevoegd om ijzer(II)sulfide te bereiden volgens de reactie Fe + S → FeS. Die specifieke hoeveelheden zijn niet zomaar gekozen. Ze worden voorheen perfect stoichiometrisch berekend, zodat er niets overblijft van de reagentia en alles wordt omgezet naar ijzer(II)sulfide. De stofhoeveelheden werden nauwkeurig Demovideo: ijzer(II)sulfide

uitgerekend. Vanaf nu ben je daartoe zelf ook in staat. Ga maar eens na of de gekozen massa’s ijzer en zwavel correct waren.

— mengsel 3: 10 g ijzerpoeder en 4 g zwavel

VA N

Zal dat steeds even goed werken, denk je? Waarneming:

Merk je enig visueel verschil tussen de 3 bekomen producten ?

Wat kun je daaruit afleiden?

Na het afkoelen test je leerkracht bij de 3 kroesjes of het bekomen product wordt aangetrokken door een magneet. Wat kun je waarnemen?

Is er een mengsel waarbij zowel alle zwavel als ijzer is weg gereageerd?

Besluit:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

CHECK IT OUT

193

AAN DE SLAG

Noteer de correcte naam van de verbindingen en bereken hun molecuul- of formulemassa. a

CaSO4:

b NaNO3: c

MgF2:

d Fe2O3: e

Twee van de ternaire zuren die je in thema 01 leerde kennen, hebben een massa van ongeveer 98 u. Over welke zuren gaat het?

Ag2S:

Bereken de molecuul- of formulemassa van de moleculen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

O2:

b S8:

H2:

VA N

d MgO: e f

SiCl4:

H2SO4:

Al(lO3)3:

Bereken de molecuul- of formulemassa van de onderstaande chemische stoffen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

CaCO3:

b Sil4: c

Be(OH)2:

d Al2(HPO4)3:

Wat bevat het grootste aantal moleculen: 1 mol stikstofgas of 1 mol zuurstofgas?

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

194

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Hoeveel mol vertegenwoordigt 6,00 g zuurstofgas?

Wat is de massa van 0,1 mol waterstofgas?

Hoeveel moleculen bevat 3,55 g chloorgas?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 3,4 g ammoniak (NH3)?

VA N

Wat is de massa van 2,8 mol ammoniumfosfaat ((NH4)3PO4)?

Van de volgende stoffen is telkens een gegeven bekend: a

HNO3: N = 2,41 · 1024 formule-eenheden

b K2SO3 : n = 1,5 mol c

NaCl: n = 3,2 mol

d H2O: m = 1 000,0 g

C3H8 : m = 176,0 g

Bereken van elke stof de ontbrekende grootheden: molaire massa (M), stofhoeveelheid, aantal deeltjes

(N), massa (m).

Formule

Molaire massa (M)

Aantal mol (n)

Aantal moleculen of formule-eenheden (N)

Aantal gram (m)

HNO3

2,41 · 1024

K2SO3

1,5

NaCl

3,2

H2O

1 000,0 g

C3H8

176,0 g

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

195

Bereken de massa van 0,200 mol stikstofgas.

Bereken de massa van 5,00 mol calciumsulfaat.

Hoeveel ionen zijn aanwezig in 28,6 g magnesiumchloride?

VA N

Hoeveel kaliumionen zijn aanwezig in 19,55 g kaliummetaal?

Hoeveel zuurstofatomen zijn aanwezig in 50,0 g natriumsulfiet Na2SO3?

Hoeveel mol vertegenwoordigen 3,01 · 1024 elektronen?

196

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Goud is een gegeerd edelmetaal maar is op zich een te zacht edelmetaal om er sieraden mee te maken. Daarom gebruikt men een legering van goud met andere metalen. Het gehalte goud dat de legering dan bevat drukt een juwelier uit in ‘karaat’, oftewel 1/24ste massadeel goud. 24 karaat is dus zuiver goud, Maar voor sieraden wordt meestal 18-karaats goud gebruikt. Anke draagt een oorringetje van 18-karaats goud. Naast goud bevat het oorringetje enkel nog koper. Anke zegt dat het oorringetje meer goudatomen dan koperatomen bevat. Heeft ze gelijk? Bewijs met een berekening. Gegeven: Gevraagd: Oplossing:

VA N

Waterstofchloride reageert met 50,0 g natriumhydroxide. Daarbij ontstaan keukenzout en water. Hoeveel gram zuur heb je nodig en hoeveel gram zout ontstaat er? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord: GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

197

Bereken hoeveel gram kaliumhydroxide (KOH) kan reageren met 15,75 g salpeterzuur (HNO3). Bij deze reactie ontstaan kaliumnitraat (KNO3) en water. Hoeveel gram zout wordt er maximaal gevormd?

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Antwoord:

Hoeveel gram calciumfosfaat Ca3(PO4)2 ontstaat door de reactie van 2,7 mol calciumhydroxide (Ca(OH)2) met voldoende fosforzuur (H3PO4)? Bij deze reactie ontstaat naast calciumfosfaat ook water. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

198

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Wanneer een metaal en een zuur reageren, ontstaat vaak waterstofgas. Zink reageert bv. met zwavelzuur (H2SO4) tot zinksulfaat (ZnSO4) en waterstofgas (H2). Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat zwavelzuur om 6,0 g waterstofgas te bekomen? Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

VA N

Antwoord:

Koolstofdisulfide (CS2) reageert met dizuurstof (O2) tot zwaveldioxide (SO2) en koolstofdioxide (CO2). Hoeveel gram zuurstofgas moet je hebben om 38,1 g koolstofdisulfide te verbranden? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

199

Butaan wordt verbrand bij gebruik van bijvoorbeeld de gasbarbecue volgens de reactie 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O. Hoeveel gram zuurstofgas heb je nodig om

40,00 gram butaangas te verbranden. Hoeveel gram CO2 wordt daarbij gevormd? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Antwoord:

Stel dat je auto op zuiver octaan rijdt en 5 600 gram octaan verbruikt over 100 kilometer. De verbrandingsreactie kan als

volgt geschreven worden: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O a

A < 100 g CO2/km

B 100 ≤ g CO2/km < 130

C 130 ≤ g CO2/km < 160

D 160 ≤ g CO2/km < 190

E 190 ≤ g CO2/km < 190

F 220 ≤ g CO2/km < 250

Oplossing:

G ≥ 250 g CO2/km

worden auto’s ingedeeld in

Wat is de CO2uitstoot van je wagen in g/km?

b In welke klasse wordt jouw auto wordt ingedeeld? Gegeven:

Gevraagd:

Op basis van CO2-uitsoot

een categorie A tot G.

200

BENZINE

Antwoord:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Je beschikt over 100,50 g kaliumhydroxide en 100,50 g perchloorzuur. Na reactie ontstaan kaliumperchloraat en water. Hoeveel gram kaliumperchloraat wordt er gevormd en hoeveel gram blijft over van de stof die in overmaat aanwezig is? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Antwoord:

Je voegt 40,0 g zink toe aan 42,0 g waterstofchloride. Er ontstaan zinkchloride en waterstofgas. Hoeveel gram zinkchloride kan maximaal gevormd worden? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

201

Je voegt 250,0 g fosforzuur en 300,0 g magnesiumhydroxide samen. Hoeveel gram magnesiumfosfaat wordt daarbij gevormd? Welke stof blijft over? Wat is de massa die overblijft? De reactie verloopt als volgt: 2 H3PO4 + 3 Mg(OH)2 Mg3(PO4)2 + 6H2O. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Antwoord:

Welke oplossing heeft de hoogste concentratie: een keukenzoutoplossing met massaconcentratie van 6 % mol ? of een keukenzoutoplossing met molaire concentratie van c = 1 L Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Hoeveel gram natriumchloride moet je oplossen in water om 3,00 L van een oplossing van 2,00

te bereiden?

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

202

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

mol L

200 mL van een natriumhydroxideoplossing bevat 2,00 g natriumhydroxide. Wat is de concentratie in mol van die oplossing? L Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Natriumhydroxide reageert met fosforzuur tot natriumfosfaat en water. Hoeveel gram natriumhydroxide en hoeveel gram fosforzuur moet je hebben om 100 g natriumfosfaat te vormen? Veronderstel dat het

fosforzuur en de base (NaOH) elk opgelost zijn in een halve liter oplossing, wat zijn dan de concentraties

VA N

van de oorspronkelijke oplossingen en van de gevormde zoutoplossing?

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

203

2,50 L van een calciumhydroxideoplossing (Ca(OH)2) reageert met 2,00 L van een oplossing van mol tot calciumhypochloriet en water. Wat is de concentratie van de hypochlorigzuur (HClO) van 3,00 L calciumhydroxideoplossing? Hoeveel gram zout ontstaat er? Gegeven: Gevraagd:

Oplossing:

VA N

Bereken de hoeveelheid water die je aan 1,5 L van een calciumhydroxideoplossing van 0,80 moet toevoegen om een oplossing van 0,70 Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

204

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

mol te bekomen. L

mol L

Je lost 49,0 g fosforzuur op in water en vormt een halve liter oplossing. Hoeveel water moet je toevoegen om een concentratie van 0,0100 Gegeven:

mol te bekomen? L

Gevraagd:

Oplossing:

VA N

Antwoord:

Een student moet 500 mL keukenzoutoplossing bereiden met een concentratie van 0,90 Die beschikt over 800 mL zoutoplossing met een concentratie van 1,00

mol . L

mol en voldoende L

demi-water. Geef voor de student een te volgen werkwijze om de gevraagde oplossing te maken. Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

205

Hoeveel liter kaliumchlorietoplossing van 0,30 van 0,70

mol moet je toevoegen aan 2,5 L kaliumchlorietoplossing L

mol mol om een oplossing van 0,60 te bekomen? L L

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Antwoord:

Aan 300 mL keukenzoutoplossing met een concentratie van 0,60 met een concentratie van 0,40

mol toegevoegd. Wat is de concentratie van de bekomen oplossing? L

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

206

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

mol wordt 200 mL keukenzoutoplossing L

AAN DE SLAG

mol moet je aan 500 mL zwavelzuuroplossing L mol mol van 0,090 toevoegen om een oplossing van 0,10 te bekomen? L L

Welk volume zwavelzuuroplossing van 0,12

Gegeven:

Oplossing:

Gevraagd:

VA N

Antwoord:

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

207

Welk volume nemen 8,0 · 1026 moleculen stikstofgas in onder normomstandigheden? Wat is de totale massa van die moleculen? Gegeven: Gevraagd:

Oplossing:

Bij de reactie van waterstofchloride met calciumcarbonaat ontstaan calciumchloride, water

en koolstofdioxide. Hoeveel liter koolstofdioxide ontstaat er onder normomstandigheden als je begint met 25,0 g waterstofchloride en een overmaat aan calciumcarbonaat?

VA N

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Zink reageert met waterstofchloride tot zinkchloride en waterstofgas. Hoeveel liter waterstofgas wordt er gevormd als je 1 000 kg zink laat reageren met voldoende waterstofchloride? Welke massa zuur moet je daarvoor gebruiken? De reactie vindt plaats onder normomstandigheden.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

208

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat aan zwavelzuur om onder normomstandigheden 1,5 L waterstofgas te bekomen? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Welk volume neemt 12 g stikstofgas in bij 15 °C en 1 018 hPa?

VA N

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Bereken de massa van 5,5 L waterstofsulfidegas bij een temperatuur van 23 °C en een druk van 1 025 hPa. Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

209

Waterstofgas reageert bij 20 °C en 1 050 hPa met 20 L zuurstofgas tot waterdamp. Hoeveel g waterstofgas is daarvoor vereist? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

Hoeveel g ijzer moet met een overmaat verdunde zoutzuuroplossing reageren om 2,0 L waterstofgas te bekomen bij een druk van 1 722 hPa en een temperatuur van 80 °C? De reactie is: Fe + 2 HCl FeCl2 + H2 Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Stikstofgas reageert met zuurstofgas tot distikstofpentaoxidegas. Over hoeveel g stikstofgas moet je beschikken om 33 L reactieproduct te bekomen, indien deze reactie plaatsvindt bij 40 °C en 1 240 hPa?

Gegeven:

Gevraagd:

210

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Oplossing:

Hoeveel L waterstofgas kan je bij 45 °C en 1 053 hPa bereiden met 20,0 g zink en 150 mL zwavelzuur (0,35

mol )? L

Gegeven:

Gevraagd:

VA N

Oplossing:

Hoeveel liter koolstofdioxidegas moet je bij 20 °C en 980 hPa in een calciumhydroxideoplossing doen om 50 g calciumcarbonaat te bereiden? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

211

Wanneer de luchtdruk in een vliegtuig op 10 km hoogte sterk daalt komen er boven de zitplaatsen zuurstofmaskers naar beneden. Gedurende 15 minuten kunnen de passagiers gebruik maken van zuurstofgas door volgende reactie geproduceerd in een zuurstofgenerator: 2 NaClO3 (s) → 2 NaCl (s) + 3 O2 (g) Een volwassene verbruikt per minuut gemiddeld 1,50 L O2 (g) bij

76,0 kPa en 290 K.

Welke massa NaClO3 is er nodig om een volwassene gedurende 15 minuten van het nodige zuurstofgas te voorzien? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA N

` Meer oefenen? Ga naar

212

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

VA N

THEMA 04 POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

CHECK IN

Het regent, het regent. De pannen worden nat. Uitdaging! Ontdek wie of wat er nat wordt in de regen: de plant, de vogel of de vrouw met krantenpapier boven haar hoofd? Wat heb je nodig? een blad van een plant

een vogelveer

krantenpapier

een glas water

Hoe ga je te werk?

Giet een beetje water uit het glas op het blad, de veer en het krantenpapier. Wat neem je waar?

VA N

— — —

WEETJE

Meer weten over dat natuurlijk

fenomeen en de toepassing ervan

in de technologie? Bekijk de video. Welke toepassingen zie jij nog?

video: lotuseffect

` Hoe komt het dat de veren van sommige vogels geen water opnemen en papier wel? ` Hoe komt het dat waterdruppels gemakkelijk van een plant rollen? ` Kunnen we voorspellen welke stoffen water opnemen en welke niet? ` Kunnen we voorspellen welke stoffen in elkaar oplossen? We zoeken het uit!

214

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

CHECK IN

VERKEN

Mengsels, elementen en bindingen OPDRACHT 1

Noteer welk mengsel je ziet. 2

suiker en water

keukenzout en water

OPDRACHT 2

water en olie

inkt en water

VA N

Geef het juiste antwoord. 1

Vink de metalen aan. Ca

Hoeveel elektronen hebben de volgende elementen op hun buitenste schil? Gebruik, indien nodig, je PSE. F:

Na:

OPDRACHT 3

Welke soort binding treffen we aan in stoffen die opgebouwd zijn uit de volgende elementen? a

H en O:

b Na en Cl: c

C en H:

d C en O: e

Mg en O:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

VERKEN

215

HOOFDSTUK 1

Polaire en apolaire moleculen LEERDOELEN Je kunt al: atoombinding is; L de lewisstructuur van een molecule tekenen. Je leert nu:

L uitleggen dat de binding tussen 2 niet-metalen een

Een molecule is opgebouwd uit een bepaald aantal niet-metaalatomen, al dan niet van

L de betekenis van elektronegativiteit begrijpen;

L bepalen of een covalente binding polair of apolair is; L op basis van de structuur bepalen of een molecule polair of apolair is.

dezelfde soort. Die atomen zijn met elkaar verbonden door een gemeenschappelijk

elektronenpaar. De symbolen van die atomen worden weergegeven in de formule en het aantal van elke soort wordt weergegeven

VA N

door de index.

Het dipoolkarakter van water

Ongeveer 70 % van het aardoppervlak is bedekt met water. Organismen bestaan bovendien voor een groot gedeelte uit water. Zonder water is er geen leven. Ook tijdens de chemielessen gebeuren heel wat experimenten in een waterige oplossing. Het is daarom belangrijk om even te kijken wat water zo speciaal maakt.

OPDRACHT 4 DEMO

Invloed van een geladen staaf op een straal water en n-pentaan

Werkwijze 1

Je leerkracht vult een buret met n-pentaan (C5H12) en plaatst er een beker onder. Je leerkracht brengt

negatieve ladingen aan op een kunststof lat of staaf door er met een wollen of zijden doek over te wrijven.

De leerkracht opent het kraantje en houdt de negatief geladen staaf naast de straal n-pentaan die uit

Door papier te wrijven over een glazen staaf, ontstaat er een glasstaaf die positief geladen is. De

de buret loopt. leerkracht opent het kraantje en houdt de positief geladen staaf naast de straal n-pentaan die uit de buret loopt.

Je leerkracht brengt daarna achtereenvolgens een negatieve en een positieve staaf naast een waterstraal die uit een andere buret stroomt.

216

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

Waarnemingen 1

Teken op afb. xx wat je ziet.

Vervolledig de waarnemingen. Omcirkel het juiste antwoord. Straal pentaan:

buret gevuld met n-pentaan

— negatief geladen staaf: de straal

buret gevuld met water

pentaan wordt NIET / WEL aangetrokken door de negatieve geladen staaf

— positief geladen staaf: de straal pentaan

geladen staaf

positief geladen staaf

Waterstraal: — negatief geladen staaf: de waterstraal wordt NIET / WEL aangetrokken door de negatieve geladen staaf

— positief geladen staaf: de waterstraal wordt

negatief geladen staaf

positief geladen staaf

wordt NIET / WEL aangetrokken door de

Afb. 110 Invloed van een geladen staaf op n-pentaan en een straal water

VA N

NIET / WEL aangetrokken door de positief geladen staaf

Water (H2O) is een molecule opgebouwd uit 2 waterstofatomen (H) en een

zuurstofatoom (O). Watermoleculen zijn neutraal, wat wil zeggen dat een

waterdeeltje niet negatief of positief geladen is. Toch worden watermoleculen aangetrokken door zowel negatieve als positieve ladingen. Dat kan worden verklaard doordat water zowel een positief geladen als een negatief geladen zijde of pool heeft:

Afb. 111 Watermoleculen zijn neutraal: ze zijn niet positief of negatief geladen.

TIP

Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan!

Of zoals het Engelse spreekwoord luidt:

opposites attract.

— Als een positieve lading in de buurt wordt gebracht van een straal water, worden de negatieve zijden van alle watermoleculen aangetrokken. Hierdoor buigt de waterstraal zich naar de positieve lading.

— Als een negatieve lading in de buurt van een waterstraal wordt gebracht,

dan trekt die de positieve zijde van alle watermoleculen aan, waardoor de straal ook naar de lading afgebogen wordt.

Omdat water gekenmerkt wordt door een negatieve pool en een positieve pool, is water een voorbeeld van een polaire molecule of een dipoolmolecule. n-pentaan wordt niet aangetrokken door een positieve of negatieve lading, omdat ze geen positieve of negatieve zijde heeft. n-pentaan is dus een voorbeeld van een apolaire molecule.

— Een molecule die zowel een positief geladen als een negatief geladen

pool heeft, wordt een polaire molecule of een dipoolmolecule genoemd.

— Moleculen die geen positieve en negatieve pool hebben, worden apolaire moleculen genoemd.

Afb. 112 n-pentaan is een apolaire molecule.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

217

Of een molecule polair of apolair is, hangt af van de structuur van de molecule en de mate waarin de atomen in de molecule geneigd zijn om elektronen naar zich toe te trekken. In de volgende delen zul je leren om te voorspellen of een molecule polair of apolair is.

De elektronegativiteit

Zoals je vorig jaar al leerde, staan sommige elementen (zoals metalen)

TIP

liever elektronen af terwijl andere. (zoals niet-metalen) liever elektronen

De EN-waarde vind je

opnemen. Dat hangt af van een aantal eigenschappen zoals de grootte

terug op het PSE. 12

van de positieve kernlading, het aantal elektronen en de schikking van de

elektronen op de schillen. Die factoren leiden tot een grotere of minder grote

1,2

aantrekkingskracht op andere elektronen: de elektronegatieve waarde van

een atoom.

magnesium

24,31

De elektronegatieve waarde of de elektronegativiteit (EN) drukt uit in welke mate een element geneigd is om elektronen naar zich toe te trekken. De

VA N

elektronegatieve waarde ligt tussen 0,7 en 4 en is een onbenoemd getal: ze heeft geen eenheid. Hoe groter de elektronegatieve waarde van een element, hoe sterker de neiging van een element om elektronen aan te trekken.

OPDRACHT 5

Zoek de EN-waarde op in je PSE en onderzoek het verband tussen de EN van een element en de plaats van een element op het PSE. 1

Vul de tabel aan met het element met de hoogste en laagste EN.

Element

element met hoogste EN element met laagste EN

Zoek de EN op van de volgende elementen en orden ze volgens stijgende elektronegatieve waarde.

Br – O – N – W – At – Er Element

218

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

Bestudeer de EN-waarde van de verschillende elementen in eenzelfde groep. Wat stel je vast?

Bestudeer de EN-waarde van de verschillende elementen in eenzelfde periode. Wat stel je vast?

Noteer in de pijlen of de EN in de aangegeven richting stijgt of daalt op het PSE.

Pm Sm

Al-

Cl-

Tl-

Fl-

VA N

Bij sommige elementen op het periodieke systeem staat geen EN. Welke elementen zijn dat?

Verklaar waarom erbij die elementen geen EN-waarde staat.

Waar op het PSE staan dus de meest elektronegatieve elementen?

De elektronegatieve waarde of de elektronegativiteit (EN) is een onbenoemd getal dat weergeeft in welke mate een element geneigd is om elektronen naar zich toe te trekken.

` Maak oefening 1 en 2 op p. 256.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

219

Polariteit van de binding

OPDRACHT 6

Beantwoord de vragen. Zoek de EN op van elk element in deze stoffen. EN(H) =

EN(H) =

EN(S) =

H H

EN(C) =

EN(S) =

S C S

Bereken het verschil in EN (ΔEN) van de atomen die door een atoombinding met elkaar zijn verbonden.

∆EN =

Welke van de atomen die met elkaar zijn verbonden door een atoombinding, trekt het hardst aan het

gemeenschappelijk elektronenpaar?

VA N

Wanneer 2 atomen met een-zelfde EN gebonden zijn door middel van een atoombinding, dan trekken beide atomen even hard aan de elektronen van de atoombinding. Het gemeenschappelijk elektronenpaar bevindt zich dan perfect tussen de 2 atoomkernen. Zo’n atoombinding noemen we een apolaire atoombinding.

Afb. 113 Apolaire covalente binding

Het verschil tussen de EN van beide atomen (grootste EN – kleinste EN) duiden we aan met ΔEN.

OPDRACHT 7

Onderzoek de eigenschappen van de atoombinding in HCl.

Waterstofchloride heeft als formule HCl. Het waterstofatoom is verbonden door een covalente binding met het chlooratoom. Zoek de EN op van elk element in die en schrijf ze boven elk element.

EN(H) =

EN(Cl) =

H CI

Bereken het verschil in EN van de elementen die met elkaar verbonden zijn door een atoombinding.

∆EN =

220

Welk element trekt het hardst aan de gemeenschappelijke elektronen van de atoombinding? Zijn de elektronen positief of negatief geladen?

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

Vul aan: Als de gemeenschappelijke elektronen van de atoombinding verschuiven in de richting van het element met de

EN, dan wordt dat element gedeeltelijk

geladen.

Als 2 atomen die verbonden zijn door een atoombinding, een verschillende elektronegatieve waarde hebben, dan zal het atoom met de hoogste EN het hardst aan de elektronen van de atoombinding trekken. Hierdoor zal

het bindend elektronenpaar zich niet perfect in het midden tussen de

2 kernen bevinden, maar verschuiven naar het element met de hoogste

elektronegativiteit. Een dergelijke atoombinding noemen we een polaire Afb. 114 Polaire covalente binding

atoombinding.

Doordat de elektronen van de atoombinding nu dichter bij het atoom met

de hoogste EN liggen, wordt dat atoom gedeeltelijk negatief geladen. Maar

omdat de elektronen van de atoombinding nog steeds gedeeld worden met

het andere atoom, spreekt men van een negatieve deellading of een partieel

VA N

negatieve lading. Die negatieve lading wordt aangeduid met het symbool δ-. Doordat de elektronen van de atoombinding nu het verst van het atoom met de laagste EN liggen, wordt dat atoom gedeeltelijk positief geladen. Omdat de elektronen van de atoombinding nog steeds gedeeld worden met het andere atoom, spreekt men van een positieve deellading of een partieel positieve lading. Die positieve lading wordt aangeduid met het symbool en δ+. De grootte van de positieve en negatieve deelladingen rond een atoombinding neemt toe naarmate het verschil in EN van de atomen groter wordt.

EN(H) = 2,1

EN(Cl) = 3,0

H CI

δ+

δ-

H CI

Afb. 115 Door het verschil in EN tussen het element waterstof en chloor, verschuiven de elektronen van de atoombinding in de richting van het element chloor. Daardoor krijgt het element waterstof een partieel positieve lading en het element chloor een partieel negatieve lading.

Opgelet! De waarde ΔEN tussen de 2 elementen moet voldoende groot zijn om een polaire binding te hebben. Pas als het verschil in EN groter is dan 0,5 wordt van een polaire binding gesproken. ΔEN < 0,5 → apolair ΔEN > 0,5 → polair

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

221

De waarde ΔEN geeft het verschil aan tussen de EN van de 2 atomen waartussen een atoombinding zich bevindt. Als ΔEN < 0,5, dan bevindt het bindend elektronenpaar van de atoombinding zich in het midden tussen de 2 kernen en spreken we van een apolaire covalente binding of een apolaire atoombinding. In een molecule ontstaat tussen 2 atomen een polaire atoombinding als ΔEN > 0,5. Het bindend elektronenpaar bevindt zich dan niet perfect tussen beide atoomkernen. Door de verschuiving van het bindend elektronenpaar, krijgt het atoom met de hoogste EN een negatieve deellading (δ-) en het atoom

met de laagste EN een positieve deellading (δ+). ` Maak oefening 3 en 4 op p. 256-257.

Polariteit van moleculen

VA N

Dipolen of polaire moleculen zijn neutrale moleculen met zowel een positief als een negatief geladen zijde. Die positief en negatief geladen zijden zijn een gevolg van de aanwezigheid van polaire atoombindingen én de ruimtelijke structuur van de molecule.

Als de molecule is opgebouwd uit 2 atomen die verbonden zijn door een polaire atoombinding, dan ontstaat er een molecule met aan de ene zijde

δ+

δ–

Afb. 116 Zoutzuur (HCl) is een polaire molecule. Ze heeft een positieve zijde (blauw) en een negatieve zijde (rood).

een positieve (partiële) lading en aan de andere zijde een negatieve (partiële) lading: een dipool of polaire molecule.

In een molecule die 2 of meerdere polaire atoombindingen bevat, zullen meerdere atomen een positieve en/of negatieve partiële ladingen hebben. Valt het centrum van de negatieve deelladingen niet samen met het centrum van de positieve deelladingen, dan heeft de molecule een positieve en negatieve zijde en is ze een dipool. Vallen de centra van de positieve en negatieve deelladingen wél samen, dan is de molecule apolair omdat er geen

positieve en negatieve pool aanwezig is.

222

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

TIP Als een atoom elektronen van meerdere bindingen sterker naar zich toetrekt, dan noteren we een getal voor δ.- Een atoom dat, door zijn grotere EN-waarde, bijvoorbeeld de elektronen van 2 gebonden atomen naar zich toetrekt, zal zo een deellading 2δ- hebben.

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 8

Onderzoek de polariteit van water en koolstofdioxide 1

De molecule water Water is opgebouwd uit 2 waterstofatomen en een zuurstofatoom. Net zoals andere moleculen heeft water een bepaalde ruimtelijke, driedimensionale structuur. De 3 atomen bevinden zich niet op een rechte lijn ( zie figuur 1), maar de molecule is ‘geknikt’ (zie figuur 2). De hoek tussen beide waterstofatomen bedraagt 104,5° (zie figuur 3). 2

H O H a

EN(H) =

EN(O) =

δ–

δ+

δ–

104,5°

δ+

Zoek in het PSE de EN-waarde op van waterstof en zuurstof. Noteer dat bij figuur 2.

VA N

b Is de binding tussen waterstof en zuurstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

Duid de partiële ladingen in de molecule aan in figuur 3.

d Duid aan in de structuurformule:

— met een blauwe stip het centrum van de negatieve ladingen;

— met een rode stip het centrum van de positieve ladingen.

Is de molecule water polair of apolair? Motiveer je antwoord.

De molecule koolstofdioxide

Koolstofdioxide bestaat uit een koolstofatoom dat gebonden is aan 2 zuurstofatomen. Koolstof heeft de lineaire structuur (zie thema 02) en de 3 atomen bevinden zich op een rechte lijn.

EN(C) =

EN(O) =

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

223

Zoek in het PSE de EN-waarde op van koolstof en zuurstof. Noteer op de figuur.

b Is de binding tussen koolstof en zuurstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

Duid de partiële ladingen in de molecule aan.

d Duid aan: — met een blauwe stip: het centrum van de negatieve ladingen; Is de molecule koolstofdioxide polair of apolair? Motiveer je antwoord.

— met een rood kruis: het centrum van de positieve ladingen.

Wanneer een geladen voorwerp in de buurt van een dipool wordt gebracht,

VA N

zullen de dipoolmoleculen zich oriënteren als gevolg van die lading. Breng je een positieve lading in de buurt van dipoolmoleculen, dan zal de negatieve zijde van alle moleculen aangetrokken worden en de positieve zijde afgestoten. Omgekeerd zal een negatieve lading de positieve zijde van dipoolmoleculen aantrekken en de negatieve zijde ervan afstoten. Dat verklaart waarom een waterstraal dus zowel aangetrokken wordt door een negatief als een positief geladen staaf.

OPDRACHT 9

Teken een aantal moleculen water in de afbuigende waterstraal wanneer die in de buurt van een positieve en negatieve staaf wordt gehouden.

buret gevuld met water

224

buret gevuld met water

negatief geladen staaf

positief geladen staaf

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

buret gevuld buret gevuld met n-pentaan met water

geladen positief staaf geladen staaf

buret gevuld met water

negatief geladen staaf

buret gevuld met n-pentaan

geladen staaf

OPDRACHT 10

Onderzoek de polariteit van n-pentaan. De molecule n-pentaan heeft als formule C5H12.

H H H H H H C C C C C H H H H H H

Afb. 117 Een molecule n-pentaan

EN(C) =

EN(H) =

Zoek in het PSE de EN-waarde op van waterstof en koolstof. Noteer dat op de figuur.

Is de binding tussen koolstof en waterstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

Duid de partiële ladingen in de molecule aan.

Is de molecule n-pentaan polair of apolair? Motiveer je antwoord.

VA N

Als in een molecule enkel apolaire atoombindingen voorkomen, dan zijn er geen partiële ladingen aanwezig. De molecule bevat bijgevolg ook geen negatieve en positieve pool. Een molecule met alleen maar apolaire bindingen zal daarom altijd een apolaire molecule zijn. Om na te gaan of een molecule een dipool is of niet, volg je het volgende schema:

Polaire bindingen

aanwezig (ΔEN > 0,5)?

NEE

Apolaire

Valt centrum positieve

molecule

deelladingen samen met centrum

negatieve deelladingen? JA Apolaire molecule

NEE Polaire molecule

Schema 3 Polaire of apolaire moleculen

Let op: een molecule is pas een dipoolmolecule wanneer ze aan 2 voorwaarden voldoet: 1

Er moeten polaire bindingen aanwezig zijn.

De ladingscentra van de positieve en negatieve deelladingen mogen niet samenvallen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

225

TIP Je kunt een polaire of apolaire binding ook als volgt voorstellen: Geiten die duwen tegen of trekken aan een paal, vertegenwoordigen een polaire binding. Als de geiten sterk genoeg zijn (ΔEN > 0,5) en hun krachten elkaar niet in evenwicht houden, dan wordt de paal schuin of

omvergeduwd. Dan is de molecule een dipool.

In het geval van water In een molecule zullen de geiten de

CO2 trekken beide

In een molecule

zoals CH4 zijn er geen

paal omverduwen.

geiten aan de paal

polaire bindingen

Water is dus polair.

in tegengestelde

aanwezig. De geiten

richting én even hard.

duwen of trekken

De 2 geiten werken

niet. De paal blijft dus

elkaar zo tegen dat de staan. De molecule paal blijft staan. CO2

VA N

is dus een apolaire

CH4 is dus apolair.

molecule.

— Een molecule met uitsluitend apolaire atoombindingen is altijd apolair.

— Een molecule die polaire atoombindingen bevat, kan polair of apolair zijn: •

Als het centrum van de positieve deelladingen samenvalt met het

centrum van de negatieve deelladingen, dan is de molecule apolair.

•

Vallen de centra van de positieve en negatieve deelladingen niet samen, dan heeft de molecule een positieve en negatieve zijde. Het is een dipoolmolecule.

` Maak oefening 5 op p. 257.

226

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

WEETJE Om na te gaan of een molecule een dipool is, wordt vaak gebruikgemaakt van dipoolvectoren. Een dipoolvector is een symbolische voorstelling voor de kracht die op een elektronenpaar wordt uitgeoefend. De grootte van de vector is evenredig met het verschil in EN-waarden van beide gebonden atomen: de zin gaat van de partieel positieve naar de partieel negatieve lading. Dipoolvectoren kun je, net zoals vectoren in de wiskunde en fysica optellen. Als de som van de vectoren, de resultante, niet gelijk is aan nul, dan dan is het een dipool(molecule) of een polaire molecule en is

er een positieve en negatieve zijde aanwezig.

Als we de dipoolvectoren in een watermolecule verschuiven om in

hetzelfde punt aan te grijpen, dan zien we duidelijk dat de resultante (in het rood) niet gelijk is aan nul. Water is duidelijk een polaire molecule, met een positieve en een negatieve zijde.

δδ+

δ-

δ+

δ-

δ+

VA N

δ-

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

227

HOOFDSTUK 2

Intermoleculaire krachten

LEERDOELEN

Je kunt al: L bepalen of een atoombinding polair of apolair is;

Vorig jaar zijn de 3 aggregatietoestanden al aan bod gekomen.

L bepalen of een molecule polair

In een vaste stof zitten deeltjes op elkaar gestapeld, vaak op

of apolair is.

een zeer regelmatige manier in een rooster. Wanneer een vaste stof smelt, krijgen de deeltjes een hogere bewegingsvrijheid

Je leert nu:

en rollen ze over elkaar. Als een vloeistof de kooktemperatuur

L de verschillende soorten krachten

bereikt, dan komen de deeltjes volledig los van elkaar en krijgen

tussen moleculen onderscheiden;

ze een nog grotere bewegingsvrijheid: ze gedragen zich nu als

L uitleggen dat intermoleculaire

VA N

een gas. De aggregatietoestand van een stof bij een bepaalde

krachten mee het kookpunt en

temperatuur is deels een gevolg van

smeltpunt van een stof bepalen.

de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes waaruit ze is opgebouwd.

Invloed van massa en polariteit op het kookpunt van een stof

Bij kamertemperatuur zijn sommige stoffen vast, terwijl anderen vloeibaar of een gas zijn. De aggregatietoestand hangt af van het smelten kookpunt van de stof.

OPDRACHT 11

Onderzoek het verband tussen het kookpunt en de eigenschappen van een stof. Maak een grafiek waarin je het kookpunt (y-as) uitzet ten opzichte van de relatieve massa van de

molecule (x-as). Gebruik voor elke reeks een andere kleur. Reeks

REEKS 1

REEKS 2

228

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

Stof

Kookpunt in °C

De relatieve massa van de molecule

H2S

-60

34,1

H2Se

-41,25

80,98

H2Te

-2,2

129,62

PH3

-87,7

33,99

AsH3

-62,5

77,95

SbH3

-17

124,78

HOOFDSTUK 2

Reeks REEKS 3

REEKS 4

Stof

Kookpunt in °C

De relatieve massa van de molecule

C2H6

-88,63

30,07

C3H8

-42

44,1

C4H10

-1

58,12

ICl

97,4

162,35

Br2

58,8

159,8

Tabel 7 Kookpunten van enkele stoffen

kooktemperatuur in °C

150

reeks 1

reeks 2

125 100 75

reeks 3

reeks 4

X water

VA N

50 –25

100

120

140

molecuulmassa in unit

160

180

–25

–50

–75

–100

Beantwoord de vragen. a

Bekijk de resultaten van reeks 1, 2 en 3. Wat is het verband tussen de massa en het kookpunt?

b Welke stoffen van reeks 4 zijn dipoolmoleculen en welke apolaire stoffen?

Wat is het effect van de polariteit op het kookpunt als je stoffen met ongeveer dezelfde massa

vergelijkt?

d Teken nu in de grafiek het kookpunt van water erbij. De relatieve massa van water is 18. e

Water zou in reeks 1 moeten liggen. Dat zijn allemaal verbindingen van waterstof met een element uit hoofdgroep VIa. Ligt het kookpunt in lijn van de verwachtingen op basis van a?

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

229

TIP Je kunt het vergelijken met een zwembad vol ballen. Opblaasbare strandballen zullen sneller uit het bad vliegen dan bowlingballen van eenzelfde grootte.

Wanneer we het kookpunt van gelijksoortige, apolaire stoffen met elkaar vergelijken (reeks 1, reeks 2 en reeks 3), valt uit de grafiek het verband tussen het kookpunt en de molecuulmassa af te leiden: hoe hoger de massa van de deeltjes, hoe hoger het kookpunt. Dat komt doordat zwaardere moleculen moeilijker ontsnappen aan de zwaartekracht en er meer energie nodig is om de moleculen te doen bewegen. In vergelijking tot lichtere moleculen zullen zwaardere moleculen pas bij een hogere temperatuur over elkaar (vloeistof) rollen of van elkaar loskomen (gas). Als je het kookpunt van stoffen met een gelijkaardige massa vergelijkt (reeks 4), dan valt op dat het kookpunt van polaire verbindingen of

dipoolmoleculen hoger ligt dan het kookpunt van apolaire verbinding.

Dat komt doordat er tussen polaire moleculen sterkere intermoleculaire

krachten bestaan: krachten die tussen de moleculen heersen en de moleculen bij elkaar houden. Pas als die intermoleculaire krachten verbroken worden,

komen deeltjes los van elkaar. Omdat het verbreken van die intermoleculaire

krachten energie kost, zullen stoffen die opgebouwd zijn uit dipoolmoleculen, hogere kookpunten hebben. Water heeft, ondanks zijn zeer lage molecuulmassa (18 unit), een bijzonder hoog kookpunt: 100 °C.

Dat kookpunt ligt veel hoger dan dat van verbindingen tussen waterstof en de andere elementen van de 6de groep. Dat wijst erop dat er tussen

VA N

watermoleculen bijzonder sterke krachten heersen die veel energie vereisen om ze te verbreken.

Die intermoleculaire krachten hebben een gelijkaardig effect op het smeltpunt van stoffen.

De massa van deeltjes heeft een invloed op het kookpunt van de stof. Hoe hoger de massa, hoe hoger het kookpunt. Polaire verbindingen hebben een hoger kookpunt dan apolaire verbindingen met een gelijkaardige massa. Dat is een gevolg van het bestaan van krachten die tussen de moleculen heersen: de intermoleculaire krachten.

Intermoleculaire krachten

2.1 De Londonkracht of Londondispersiekracht Apolaire moleculen hebben geen polaire bindingen en dus geen permanente negatief geladen en positief geladen pool. Je zou dus denken dat er geen elektrostatische aantrekking (aantrekking tussen + en – ladingen) tussen de moleculen is. Maar doordat elektronen continu in beweging zijn, ontstaan er kortstondig minieme ladingsverschuivingen in moleculen, waardoor de moleculen elkaar een klein beetje aantrekken. Die zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten noemen we de Londonkrachten of de Londondispersiekrachten.

230

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

Die krachten zijn aanwezig in alle moleculen, dus ook in dipoolmoleculen, maar het zijn de enige intermoleculaire krachten in apolaire moleculen. De grootte van de Londonkracht neemt toe naarmate de molecule groter wordt. asymmetrische verdeling van elektronen

symmetrische verdeling van elektronen

asymmetrische verdeling van elektronen

Afb. 118 Door bewegende elektronen ontstaan minieme ladingsverschuivingen, waardoor zwakke aantrekkingskrachten tussen moleculen ontstaan.

Door kortstondige ladingsverschuivingen ontstaan er zwakke

aantrekkingskrachten tussen moleculen. Die krachten noemen we de Londonkrachten of Londondispersiekrachten.

Die aantrekkingskrachten zijn de enige intermoleculaire krachten tussen apolaire moleculen. De grootte van die krachten neemt toe met de grootte van de

VA N

molecule.

WEETJE

1 miljoen setae

1 setae

1 000 nanohaartjes aan de top van 1 seta

gekko

Gekko’s kunnen moeiteloos op verticale wanden klauteren en blijven hangen. Het maakt voor gekko’s ook niet uit of het oppervlak nat of droog, koud of warm, glad of ruw, proper of vuil is. Ze doen dat niet op basis van klauwtjes, haakjes of lijm. Nee, ze blijven voornamelijk vastgehecht aan het oppervlak door de zwakke Londonkrachten. Aan de onderzijde van elke teen bevinden zich miljoenen haarachtige structuren, setae genoemd. Op de uiteinden daarvan zitten weer honderden tot duizenden nanohaartjes of spatulae. Die haartjes maken een intens contact met het oppervlak waar ze zich aan vasthechten. Tussen die spatulae en de moleculen van het oppervlak heersen Londonkrachten. Die zijn weliswaar zeer zwak, maar door het grote aantal spatulae tellen al die krachten op. De resulterende kracht is zo groot dat één teen het gewicht van een ondersteboven hangende gekko aan de wand kan houden.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

231

OPDRACHT 12 DOORDENKER

Beantwoord het vraagstuk. Stoffen met een kookpunt lager dan 35 °C en een vlampunt (laagste temperatuur waar een stof tot een ontbranding kan komen als ze met een ontstekingsbron in contact komt) lager dan 23 °C behoren tot de categorie 'zeer ontvlambare vloeistoffen en dampen'. In een labo staat een vat gevuld met propaan (C3H8) en

n-pentaan (C5H12). Het label op de vaten is onleesbaar geworden, maar de naam van de stof niet. Toch is het voldoende om de naam van de stof te weten om af te leiden welke stof zeer ontvlambaar is. Weet jij welke stof dat is?

2.2 Dipoolkracht

Polaire moleculen of dipoolmoleculen hebben een permanente positief

geladen en negatief geladen pool. Je hebt al gezien dat positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken en gelijksoortige ladingen elkaar afstoten. Op die manier trekt de positief geladen pool van een dipoolmolecule de negatief

VA N

geladen pool van een andere dipoolmolecule aan. Die intermoleculaire aantrekkingskracht noemen we de dipoolkracht of dipoolinteractie. Dipoolkrachten zijn veel groter dan de zwakke Londonkrachten, die zowel in polaire als apolaire moleculen aanwezig zijn. Het kost dan ook veel meer energie om ze te verbreken en dat verklaart waarom de kook- en smeltpunten van polaire verbindingen (dipoolmoleculen) veel hoger zijn dan die van apolaire verbindingen met een gelijkaardige molecuulmassa. Hoe groter de partiële ladingen in de molecule, hoe sterker de onderlinge aantrekking tussen de moleculen. Daarom neemt de grootte van de dipoolkrachten toe naarmate het verschil in EN-waarde van de atomen die door de atoombinding

met elkaar gebonden zijn, groter wordt.

Afb. 119 De tegengesteld geladen polen trekken elkaar aan, waardoor de moleculen zich op een welbepaalde manier oriënteren.

Tussen de positief geladen en negatief geladen polen van dipoolmoleculen (polaire moleculen) heersen intermoleculaire aantrekkingskrachten die we de dipoolkrachten of dipoolinteracties noemen. Die aantrekkingskrachten zijn veel groter dan de zwakke Londonkrachten. De grootte neemt toe naarmate de EN groter wordt.

232

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

2.3 Waterstofbruggen OPDRACHT 13

Probeer via de applet zoveel mogelijk druppels water op het muntje aan te brengen. a

Wat merk je op?

b Teken je waarneming.

VA N

applet: waterstofbruggen

Probeer het in de applet nu met hexaan. Wat merk je op?

Als het element waterstof gebonden is aan een element met een hoge elektronegatieve waarde zoals N, O, Cl of F, ontstaat een zeer polaire binding. De positieve en negatieve deelladingen zijn dan zo groot dat de dipoolkracht tussen het waterstofatoom en het niet-metaal (N, O, Cl of F) zeer sterk is. Die sterke dipoolkracht geven we daarom een aparte naam: de waterstofbrug. Door de hoge EN van het zuurstofatoom verschuiven de bindende elektronenparen van beide atoombindingen in een watermolecule naar het zuurstofatoom. Het zuurstofatoom wordt hierdoor tweemaal partieel negatief geladen. Elke watermolecule kan nu door vier waterstofbruggen verbonden worden met andere watermoleculen: — 2 waterstofbruggen ontstaan doordat de partieel positieve

waterstofatomen aangetrokken worden door een vrij elektronenpaar van een zuurstofatoom van een watermolecule.

— Het tweemaal partieel negatief geladen zuurstofatoom kan

2 waterstofatomen van andere watermoleculen aantrekken, waardoor 2 bijkomende waterstofbruggen ontstaan.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

233

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

...

δ+

δ2-

δ+

...

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

...

Afb. 120 Tussen watermoleculen bestaan sterke waterstofbruggen.

Het zijn de waterstofbruggen die verantwoordelijk zijn voor het zeer hoge

kookpunt en de oppervlaktespanning van water, want de waterstofbruggen

VA N

zorgen ervoor dat de watermoleculen elkaar onderling zeer hard aantrekken.

δ– waterstofbrug δ+ H

δ+

polaire covalente binding

δ–

H δ

–

δ+ δ–

Afb. 121 De waterstofbruggen in water zijn verantwoordelijk voor sterke onderlinge aantrekking van de watermoleculen.

Een waterstofbrug ontstaat bij polaire moleculen die waterstof gebonden

hebben op een sterk elektronegatief element (zoals zuurstof, stikstof, fluor).

234

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

Daardoor ontstaat een zeer polaire atoombinding en grote (positieve en negatieve) deelladingen, en dus een bijzonder sterke dipoolkracht tussen het waterstofatoom met de positieve deellading en het atoom met een negatieve deellading van een andere molecule.

HOOFDSTUK 2

WEETJE Als je een glas vol water schenkt, dan komt het water hoger dan de rand van het glas. Dat is te danken aan de opper-

sterke bindingen tussen watermoleculen aan de oppervlakte

vlaktespanning van water. Een molecule water IN de vloeistof is aan alle zijden omringd door andere watermoleculen. De krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen, heffen elkaar op. Bij de watermoleculen aan het wateroppervlak is dat niet het geval: hierdoor ondervinden ze een nettokracht naar binnen toe. De aantrekkingskrachten tussen de moleculen in het wateroppervlak zijn zelfs zo groot dat het oppervlak zich

water moleculen in het midden van water

gedraagt als een vlies. Je kunt er dus een punaise of paperclip op laten drijven. Probeer het zelf eens!

Afb. 122 Oppervlaktespanning van water.

De helmbasilisk of jezushagedis kan hierdoor zelfs over het

water lopen, tenminste als hij er voldoende vaart achter steekt. Het vlies op het wateroppervlak is net niet sterk genoeg om

zijn gewicht te dragen, dus moet hij ervoor zorgen dat hij zijn volgende stap heeft gezet voordat zijn vorige voet doorheen het wateroppervlak breekt.

VA N

Afb. 123 De jezushagedis

Water is de enige stof op aarde die voorkomt in 3 aggregatietoestanden: vast (ijs), vloeibaar (water) en gas (waterdamp). Bij de meeste stoffen neemt de massadichtheid (de massa per volume) af met toenemende temperatuur: door warmte zetten stoffen uit, waardoor eenzelfde volume een kleinere hoeveelheid stof bevat.

Afb. 124 Water dat bevriest, zet uit en kan glazen flessen doen breken.

Water is een buitenbeentje. Water heeft de hoogste massadichtheid bij 4 °C: 1 liter water bij 4 °C is zwaarder (en bevat meer water) dan een liter bij elke andere temperatuur. Water van 4 °C dat opwarmt, zet net als andere stoffen uit, waardoor er per liter minder water in zit. De massadichtheid neemt af. Wanneer je water laat afkoelen onder de 4 °C, zal het ook uitzetten. Wie ooit al een fles of blikje met drank in de vriezer heeft gestopt, weet wellicht dat het zal barsten als het bevriest. Maar hoe komt dat? 2°

4°

T 2° D .9999

15°

watermoleculen op een relatief grote afstand van elkaar. Als g(cm3) 1.0000

T 4° D 1.0000

T 15° D .9991

water

ijs

T 0° D .9170

In vast water – ijs dus – zitten de water-moleculen gerangschikt

20°

in een rooster. De waterstofbruggen houden de

0° (ijs)

0.9990 T 20° D .9982

het ijs begint te smelten, dan komen er moleculen los en wat dichter bij elkaar. Het volume water krimpt dus als het water

0.9980

smelt. Bij 4 °C zitten de watermoleculen het dichtst op elkaar.

0.9170

Als de temperatuur verder toeneemt, worden steeds meer

0.9160 20 °C

Afb. 125 Dichtheidsverloop van water. Zuiver water heeft de grootste dichtheid bij 4 °C.

waterstofbruggen gebroken en bewegen de moleculen steeds heviger, waardoor de onderlinge afstand tussen de moleculen weer groter wordt en het water uitzet.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

235

HOOFDSTUK 3

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen LEERDOELEN

L het verschil aangeven tussen moleculaire verbindingen en ionverbindingen; L beschrijven dat polaire moleculen een positieve en negatieve zijde hebben; L bepalen of moleculen polair of apolair zijn op basis van hun structuurformule; L beschrijven welke krachten tussen polaire en apolaire moleculen heersen.

Je kunt al:

Mensen moeten gemiddeld anderhalve liter water drinken om de hoeveelheid water die ze dagelijks

door zweet en urine verliezen, terug aan te vullen. Maar veel mensen vinden water te smaakloos. Ze

verkiezen cola, limonade, koffie, thee, bier of wijn.

Die dranken bestaan uit water waarin heel wat stoffen

Je leert nu:

VA N

zijn opgelost. Maar niet alle stoffen lossen goed op.

L polaire en apolaire stoffen op basis van hun oplosbaarheid in water onderscheiden;

L elektrolyten onderscheiden van nietelektrolyten;

We willen weten of er een verband bestaat tussen de polariteit van een stof en de oplosbaarheid in een oplosmiddel.

Een oplosmiddel is een vloeistof. Tussen

L de processen ionisatie, hydratatie en dissociatie beschrijven;

L een ionisatie- en dissociatievergelijking opstellen;

de moleculen van het oplosmiddel heersen intermoleculaire krachten. Je leerde al dat tussen apolaire moleculen zoals n-pentaan alleen zwakke Londonkrachten heersen en tussen polaire moleculen dipoolkrachten, en bij water ook nog

L het verband leggen tussen bindingstype en geleidingsvermogen.

waterstofbruggen. Die intermoleculaire krachten zullen bepalen welke stoffen kunnen worden opgelost.

Oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen

Ionverbindingen zijn opgebouwd uit grote aantallen positieve en negatieve ionen die zich in een ionrooster bevinden. De ionen worden op hun plaats gehouden door sterke elektrostatische aantrekkingskrachten. Sommige ionverbindingen lossen op in polaire oplosmiddelen zoals water. Wanneer een ionverbinding in water terechtkomt, richten de watermoleculen hun positief geladen zijde (H-atomen) naar de negatieve ionen en hun negatief geladen pool (het zuurstofatoom) naar de positieve ionen. Zo ontstaan ion-dipoolinteracties. Als die krachten groter zijn dan de krachten tussen de ionen in het ionrooster, dan komen de ionen los. Het verschijnsel

236

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

waarbij de ionen die aanwezig waren in de verbinding, loskomen, wordt dissociatie genoemd. Eenmaal volledig vrij ontstaan er gehydrateerde ionen doordat de ionen volledig worden omringd door een mantel van watermoleculen. Dat verschijnsel heet hydratatie.

OPDRACHT 14 ONDERZOEK

Onderzoek de oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen. en voer het labo uit.

Ga naar

OPDRACHT 15

Bekijk de video over het oplossen van een zout.

Formuleer in verschillende stappen het oplosproces van een ionverbinding. -

De ionen zijn al aanwezig en zitten met ionkrachten

stevig vast in het ionrooster. Als het zout oplost, dan

komen de ionen los uit het rooster en dissocieert het

zout.

video: zout oplossen in water

VA N

+ -

δ- δ+ δ+

+ -

pool naar

Andere watermoleculen richten zich met hun

negatieve pool naar

δ+ δ-

δ+

δ+ δ- + δ

δ δ+ -

δ+

δ+ δ+ δ

δ+ δδ+

δ+ δ- δ+

+ δ- δ δ+

δ+ δ- δ+

δ+ δδ+

δ+ δ- δ+

δ- δ+ δ+

δ+ δ

δ+ δ+ δ- δ+ δ+ δ-

zijn dan de

en valt het kristal

δ- δ+ δ+ δ-

Als de ion-dipoolinteracties

krachten tussen de ionen, dan komen de

δ+ δ- δ+

δ+

Watermoleculen richten zich met hun positieve

uiteen. Dat is

Doordat de ionen zich omgeven met een

, ontstaan er gehydrateerde . Dat verschijnsel heet

Ionverbindingen zijn al opgebouwd uit ionen voordat ze oplossen in water. Het oplosproces in water is een

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

237

De dissociatie van een zout kun je voorstellen door de dissociatievergelijking. Die vergelijking wordt opgesteld door links van de reactiepijl de formuleeenheid van de ionverbinding te noteren en rechts van de reactiepijl de soorten ionen. Het aantal van de verschillende ionen in de formule-eenheid, schrijven we als coëfficiënt in de vergelijking. Boven de reactiepijl schrijven we H2O, omdat het die molecule is die het ionrooster dissocieert.

TIP De aggregatietoestand wordt in de reactie-vergelijking als subscript bij de verschillende deeltjes gemeld. Daarbij gebruiken we de volgende (s): vaste toestand

notaties:

(l): vloeibare toestand

(g): gasvormige toestand

(aq): gehydrateerd ion, opgelost in water

OPDRACHT 16

Noteer de dissociatievergelijking van de onderstaande zouten. aluminiumchloride:

VA N

b natriumhydroxide:

Bij sommige ionverbindingen zijn de elektrostatische aantrekkingskrachten zo groot dat de watermoleculen ze bijna niet uit hun ionrooster kunnen trekken. Die zouten zijn zeer slecht oplosbaar. In thema 05 zul je zien welke zouten goed oplosbaar zijn en welke slecht oplosbaar.

OPDRACHT 17 DEMO

Geleidbaarheid in oplossingen van ionverbindingen Onderzoeksvraag

Hoe verschillen zuivere stoffen en oplossingen in het geleiden van de stroom? Werkwijze

De leerkracht test of een aantal zuivere ionverbindingen en oplossingen van ionverbindingen de stroom geleiden. De leerkracht gebruikt hiervoor een open stroomkring met een testlampje en elektroden. Als het lampje gaat branden, dan geleidt de stof of de oplossing de elektrische stroom. Waarnemingen — De lamp brandt WEL / NIET als de elektroden worden gebracht in de vaste ionverbindingen.

— De lamp brandt WEL / NIET als de elektroden worden gebracht in een oplossing van de ionverbindingen. 238

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

Besluit — Vaste ionverbindingen geleiden

— Ionverbindingen die oplossen, geleiden Reflectie

Verklaar je waarneming.

b DOORDENKER: Zouten hebben hoge smeltpunten. Het smeltpunt van keukenzout (NaCl) bedraagt 801 °C. Zal een gesmolten zout de elektrische stroom geleiden? Verklaar je antwoord.

VA N

Omdat in een oplossing van een ionverbinding met water vrije ionen ontstaan, zal de oplossing de elektrische stroom geleiden. Ionverbindingen zijn daarom elektrolyten.

Ionverbindingen lossen niet op in apolaire oplosmiddelen omdat er geen elektrostatische aantrekking heerst tussen de apolaire moleculen van het oplosmiddel en de ionen in het rooster. Het oplosmiddel is niet in staat om zich tussen de ionen te begeven of de ionen uit het rooster los te trekken.

Ionverbindingen zijn niet oplosbaar in apolaire oplosmiddelen, maar veel ionverbindingen lossen goed op in polaire oplosmiddelen. In een polair oplosmiddel zoals water ontstaan iondipoolinteracties tussen ionen. — Iondipoolinteracties overwinnen krachten tussen ionen in rooster niet: slecht oplosbaar zout

— Iondipoolinteracties overwinnen krachten tussen ionen in rooster:

dissociatie of loskomen van ionen → hydratatie: de ionen worden omringd door een watermantel.

De dissociatievergelijking is de reactievergelijking die de dissociatie voorstelt. Omdat in een mengsel van ionverbindingen en water vrije ionen voorkomen, zijn ionverbindingen elektrolyten. ` Maak oefening 6 t/m 12 op p. 257-259.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

239

Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen

OPDRACHT 18 ONDERZOEK

Onderzoek de oplosbaarheid van polaire en apolaire moleculen in polaire en apolaire oplosmiddelen. en voer het labo uit.

Ga naar

Apolaire stoffen blijken niet op te lossen in polaire oplosmiddelen maar

wel in apolaire oplosmiddelen. Dat komt omdat er tussen de moleculen van een apolair oplosmiddel alleen zwakke Londonkrachten heersen. Apolaire

moleculen kunnen zich bijgevolg gemakkelijk plaatsen tussen de moleculen van een apolair oplosmiddel. Omdat de moleculen van de opgeloste stof elkaar onderling niet aantrekken, blijven ze onderling ook niet bijeen.

VA N

H H H H H

H C C C C C H

H H H H H

H C C C C C H H H H H H

Afb. 126 Tussen apolaire moleculen van het oplosmiddel n-pentaan zijn enkel zwakke Londonkrachten aanwezig. Andere apolaire moleculen kunnen gemakkelijk plaatsnemen tussen de moleculen van het oplosmiddel.

Zowat het meest gebruikte polaire oplosmiddel is water. In vloeibaar water zijn de watermoleculen onderling stevig met elkaar verbonden door waterstofbruggen. Een apolaire molecule (zoals dijood) kan zich bijgevolg niet tussen de watermoleculen wringen. Mocht een apolaire molecule toch

tussen watermoleculen verzeild raken, dan zou de onderlinge aantrekking van de moleculen van het oplosmiddel ervoor zorgen dat de apolaire molecule er terug uit wordt geduwd.

I δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

H H

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

H H

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

H H

H δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

Afb. 127 Door de sterke onderlinge aantrekking van de watermoleculen, kunnen apolaire moleculen er niet tussen.

240

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

Stoffen die opgebouwd zijn uit polaire

δ+

moleculen, zoals glucose en methanol,

δ2-

δ+

lossen op in water en andere polaire dipoolinteracties ontstaan tussen de

δ+

moleculen van de opgeloste stof en het

δ2-

H δ+

δ+

oplosmiddel: de positieve pool van een

δ2-

δ+

δ2-

δ+

polaire molecule zal zich richten op de

δ2-

δ+

oplosmiddelen. Dat komt doordat

Afb. 128 Polaire moleculen lossen op in polaire oplosmiddelen, omdat tegengesteld geladen polen van oplosmiddel en opgeloste stof elkaar aantrekken.

negatieve pool van de moleculen van het oplosmiddel en omgekeerd. Polaire moleculen van de op te lossen stof

nemen dan als het ware de plaats in van enkele moleculen van het polaire oplosmiddel. Eventueel kunnen ook waterstofbruggen gevormd worden tussen de opgeloste stof en het oplosmiddel.

Het ontbreken van aantrekkingskracht tussen de dipoolmolecule en

de moleculen van een apolair oplosmiddel enerzijds, en de onderlinge

aantrekking van de dipoolmoleculen anderzijds, zorgt dat polaire moleculen zich niet verspreiden tussen de apolaire moleculen. Dipolen lossen dus niet

op in apolaire oplosmiddelen. Ze blijven erop drijven als hun massadichtheid kleiner is dan die van het oplosmiddel, of zinken als hun massadichtheid

VA N

groter is.

+ -

H H H H H

H C C C C C H

H H H H H

H C C C C C H H H H H H

Afb. 129 Omdat de dipoolinteracties sterker zijn dan de Londonkrachten tussen apolaire oplosmiddelen, lossen polaire moleculen niet op in apolaire oplosmiddelen zoals n-pentaan.

De oplosbaarheid van een moleculaire verbinding hangt af van de aard van de verbinding en het oplosmiddel: — Polaire moleculen lossen op in polaire oplosmiddelen.

— Apolaire moleculen lossen op in apolaire oplosmiddelen.

` Maak oefening 13 t/m 17 op p. 259-260.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

241

WEETJE Zijn je handen vettig van een afgevallen fietsketting? Dat krijg je niet schoon met water. Vetten zijn apolair en je weet inmiddels dat apolaire stoffen niet oplossen in water. Vuil dat bestaat uit apolaire stoffen, spoel je niet zomaar weg met water. Je hebt zeep of een detergent nodig. Een molecule zeep of detergent is opgebouwd uit een lang, apolair staartdeel en een polaire/geladen kop:

H C C C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H apolaire staart

H H H H H H H H H H H

O -

polaire kop

Afb. 130 De lange staart van een zeepmolecule bestaat uit C- en H-atomen en is apolair. De kop van de molecule is opgebouwd uit een -COO- groep en lost op in water.

Wanneer zeep wordt opgelost in water, zullen de apolaire staarten van de zeepmoleculen oplossen in het vet. De polaire kopjes van de zeepmoleculen blijven buiten het apolaire vuil zitten (zie afb. 128). Wanneer je de

handen gaat spoelen met water, trekken de watermoleculen met dipoolkrachten en waterstofbruggen aan de

VA N

polaire koppen. Zo komt het deeltje vuil los.

Apolaire staarten lossen op in vet. De polaire/geladen kopjes blijven opgelost in water en helpen om het apolaire vuil los te maken van het oppervlak.

zeepmolecule

polaire/ geladen kop

apolaire staart

vet

oppervlak

Afb. 131 De werking van zeep

242

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

Ionisatie van zuren en ammoniak

OPDRACHT 19 ONDERZOEK

Onderzoek welke stoffen of oplossingen de stroom geleiden. en voer het labo uit.

Ga naar

Soms zijn de dipoolkrachten tussen de watermoleculen en de opgeloste molecule zo groot dat de opgeloste molecule stuk wordt getrokken en

ionen ontstaan. Het verschijnsel, waarbij een neutrale molecule stuk wordt getrokken en aanleiding geeft tot het ontstaan van ionen, wordt ionisatie

genoemd. Het treedt op wanneer zuren of ammoniak (NH3) oplossen in water.

Dat verschijnsel wordt weergegeven door middel van de ionisatievergelijking. De ionisatievergelijking geeft links van de reactiepijl het zuur en rechts de

VA N

gevormde ionen weer.

OPDRACHT 20 ONDERZOEK

Voer volgende proef uit. Onderzoeksvraag

Welke stoffen of oplossingen geleiden de elektrische stroom? Hypothese

Polaire oplosmiddelen geleiden de elektrische stroom.

Apolaire oplosmiddelen geleiden de elektrische stroom.

Oplossingen van (sommige) polaire moleculen geleiden de elektrische stroom. Benodigdheden

materiaal

bekerglazen (100 mL)

gedestilleerd/gedemineraliseerd water 12 V stroombron

12 V lampje in houder elektroden

stoffen maisolie HCl (1 mol) L NH3 suiker

ethanol

citroenzuur

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

243

Werkwijze 1

Maak gebruik van de onderbroken stroomkring waarmee je kan aantonen dat metalen de elektrische stroom geleiden.

Test of het lampje brandt door beide elektroden tegen elkaar te brengen.

Onderzoek of de stoffen en oplossingen opgenomen in de tabel (zie waarnemingen), de stroom geleiden door er de elektroden in te brengen.

Noteer je waarnemingen elke keer in de tabel.

Spoel na elke proef de elektroden grondig met gedemineraliseerd water.

Zuivere stof

Waarnemingen Soort verbinding

Geleiding

zuiver water

ja / neen

maisolie

ja / neen

Oplossing in water van…

Geleiding ja / neen

ethanol

ja / neen

oplossing zoutzuur (HCl)

ja / neen

oplossing ammoniak (NH3)

ja / neen

Aard verbinding opgeloste stof

VA N

suiker

Verwerking

— Geleiding van elektrische stroom is een verplaatsing van geladen deeltjes. Als een stof of een oplossing

de elektrische stroom niet geleidt, zijn er ófwel geen geladen deeltjes aanwezig, ófwel kunnen de geladen deeltjes zich niet verplaatsen.

— Een zuivere polair en apolaire oplosmiddel geleiden de elektrische stroom WEL / NIET. Hieruit volgt dat er WEL / GEEN geladen deeltjes in aanwezig zijn.

— Sommige oplossingen van polaire moleculen geleiden de elektrische stroom. Als een oplossing van een stof opgebouwd uit polaire molecule de elektrische stroom geleid, kunnen we afleiden dat er

Besluit

— Zuivere polaire en apolaire oplosmiddelen

— Sommige oplossingen van polaire stoffen

244

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

Stoffen die bestaan uit neutrale moleculen, zoals zuren of ammoniak, kunnen aanleiding geven tot een oplossing die ionen bevat. Het verschijnsel waarbij ionen ontstaan uit ongeladen moleculen, noemen we ionisatie. Die ionen kunnen zich verplaatsen doorheen de vloeistof. Aangezien een elektrische stroom een verplaatsing is van geladen deeltjes, geleiden die oplossingen elektriciteit. Stoffen die in een oplossing de elektrische stroom geleiden, zoals zuren en ammoniak, noemen we elektrolyten. Stoffen die wel oplossen maar geen ionen vormen, zoals suiker, geven geen aanleiding tot een oplossing die de elektrische stroom geleidt. Dergelijke stoffen noemen we

TIP

niet-elektrolyten.

In de chemie betekent ‘oplossen’ dat twee stoffen een homogeen mengsel vormen. Als oplosmiddel wordt meestal water gebruikt. Het oplossen van een stof in water kan betekenen dat:

— aanwezige ionen loskomen uit het ionrooster (dissociëren), zoals een oplossing van een ionverbinding;

— moleculen van de opgeloste stof onveranderd mengen met de

moleculen van het oplosmiddel, zoals een oplossing van suiker in water;

VA N

— moleculen gesplitst worden in ionen (ioniseren), zoals een oplossing van een zuur of ammoniak.

3.1 Ionisatie van zuren

Als een zuur oplost in water, trekt het zuurstofatoom van de watermolecule zo hard aan het waterstofatoom van het zuur, dat het gescheiden wordt van beide elektronen van de atoombinding. Op die manier wordt de zuurmolecule gesplitst in een proton of positief geladen waterstofion (H+) en een negatief

geladen zuurrestion. Het waterstofion wordt gebonden op een watermolecule en vormt zo een hydroxoniumion (H3O+). Als een zuur meerdere waterstof-

atomen bevat, kunnen elk van de waterstofatomen als protonen van het zuur verwijderd worden. De negatieve lading van het zuurrestion is gelijk aan het

aantal protonen dat werd afgesplitst van het zuur.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

245

OPDRACHT 21

Formuleer in verschillende stappen de ionisatie van een zuur. 1

H2O

De ionen zijn nog

in de molecuulstructuur van het zuur voordat het in water oplost. Z

De zuurmolecule met een polaire atoombinding wordt omgeven door

Door de

van de watermoleculen

VA N

wordt de binding tussen waterstof en het zuurrest verbroken. Beide elektronen van de atoombinding

Het proton wordt gebonden op

waardoor

H3O+

Het zuur valt uiteen in een

Z–

en een

van

246

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

. ontstaan. . We spreken .

OPDRACHT 22

Stel de ionisatievergelijkingen voor. 1

Zoutzuur heeft als formule HCl Als je zoutzuur oplost in water, dan wordt de atoombinding tussen waterstof en chloor verbroken.

H Duid de partiële ladingen aan in de watermolecule en de molecule zoutzuur.

b Duid met een stippellijn de dipoolkracht aan tussen de watermolecule en de zuurmolecule. c

Teken de deeltjes die ontstaan door reactie tussen de zuurmolecule en de watermolecule.

d Benoem de deeltjes die ontstaan door die reactie.

Schrijf de ionisatievergelijking van zoutzuur.

Zwavelzuur Zwavelzuur heeft als formule H2SO4. Als zwavelzuur opgelost wordt in water, dan kunnen 2 protonen

VA N

worden afgesplitst. Dat gebeurt in 2 verschillende stappen waarbij telkens een proton wordt overgedragen aan een andere watermolecule. We spreken van een stapsgewijze ionisatie.

H O S O H O

O H H

Duid met een stippellijn de dipoolkracht aan tussen de watermolecule en de zuurmolecule.

b Teken de deeltjes die ontstaan door reactie tussen de zuurmolecule en de watermolecule. Benoem de deeltjes die ontstaan door die reactie.

d Schrijf de ionisatievergelijking van: — de eerste reactie;

— de tweede reactie;

— zwavelzuur.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

247

3.2 Ionisatie van ammoniak Als ammoniak (NH3) oplost in water, richt het partieel positief geladen

waterstofatoom van een watermolecule zich naar het partieel negatief geladen stikstofatoom van ammoniak. Door de sterke dipoolkracht wordt een proton afgesplitst van een watermolecule, waardoor een negatief hydroxideion ontstaat. De beide elektronen van het niet-bindende elektronenpaar van N worden vervolgens gebruikt om dat proton te binden op de molecule ammoniak, waardoor een positief ammoniumion (NH4+) wordt gevormd. δ+

δ-

δ+

H O

H N

H + H N H + H O

2δ-

δ+

Afb. 132 Het vrije elektronenpaar van stikstof wordt gebruikt om een waterstof afkomstig van water te binden.

De ionisatievergelijking van ammoniak wordt dan NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Ionisatie is het verschijnsel waarbij ionen ontstaan als moleculen oplossen in water. Het kan worden voorgesteld door een ionisatievergelijking.

VA N

De ionisatievergelijking geeft links van de pijl water en ammoniak of het zuur weer, rechts de gevormde ionen na ionisatie. Zuren die oplossen in water geven aanleiding tot positieve hydroxoniumionen en negatieve zuurresten. Als ammoniak oplost in water ontstaan positieve ammoniumionen en negatieve hydroxide-ionen.

Een stof opgebouwd uit moleculen die in water ioniseren, is een elektrolyt omdat een oplossing van die stof de elektrische stroom geleidt. Moleculen die niet ioniseren zijn niet-elektrolyten.

` Maak oefening 18 en 19 op p. 260.

Verband tussen zuurtegraad en concentratie van protonen

Je zag al dat tussen de watermoleculen in zuiver water sterke dipoolkrachten (en waterstofbruggen) heersen. Nu en dan zullen watermoleculen onder invloed van die krachten, net zoals zuren, ioniseren. Als een watermolecule stuk wordt getrokken, ontstaat zowel een hydroxoniumion (H3O+) als een hydroxide-ion (OH-). We noemen dat de auto-ionisatie van water.

O H + O H H2O + 248

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

H2O

O HOH-

H + +

H O H H3O+

Nauwkeurige metingen tonen aan dat in 1 L zuiver water, zich 10-7 mol H3O+- en

TIP Als je de concentratie van een stof wilt geven in mol, dan plaats je de stof L tussen vierkante haakjes.

10-7 mol OH--ionen bevinden.

In zuiver water geldt: concentratie H3O+ = concentratie OH[H3O+] = [OH-]

[H3O+] betekent 'de

concentratie van H3O+'

Een oplossing waar de concentratie aan H3O+ gelijk is aan de concentratie aan

OH-, noemen we een neutrale oplossing.

OPDRACHT 23 ONDERZOEK

Onderzoek het verband tussen de zuurtegraad en de hoeveelheid van bepaalde ionen. Benodigdheden Materiaal 1 beker

digitale pH-meter

Stoffen een paar druppels azijn natriumhydroxide (0,1 mol) L

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

Check steeds goed de veiligheidsmaatregelen en gevaren van alle stoffen en materialen.

Werkwijze Neem een beker en vul die met gedemineraliseerd water.

VA N

Meet de pH met de digitale pH-meter en noteer je waarneming.

Voeg enkele druppels azijn toe aan het water en meet de pH opnieuw.

Voeg een extra hoeveelheid azijn toe en meet de pH opnieuw.

Maak de beker leeg en spoel het grondig.

Spoel de elektroden van de digitale pH-meter af.

Vul de beker met gedemineraliseerd water.

Voeg enkele druppels van de NaOH-oplossing toe, roer en lees de pH opnieuw af.

Voeg nog enkele druppels van de NaOH-oplossing toe, roer en lees de pH van de oplossing opnieuw af. Waarnemingen

pH van gedemineraliseerd water:

b pH van een oplossing met azijnzuur: c

pH van een oplossing met meer azijnzuur:

d pH van een oplossing met NaOH:

pH van een oplossing met meer NaOH:

Verwerking

— In een neutrale oplossing zijn naast watermoleculen positieve en negatieve

aanwezig.

— Wanneer zuren oplossen in water, en een positief

ze in een negatief

. Als een zuur oplost in water, verhoogt de concentratie

aan HYDROXONIUMIONEN / HYDROXIDE-IONEN in de oplossing. De pH van een dergelijke oplossing wordt dan

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

249

— Wanneer hydroxiden oplossen in water, negatieve

ze in positieve

. Hierdoor verhoogt de concentratie aan HYDROXONIUMIONEN /

HYDROXIDE-IONEN in de oplossing. De pH van een dergelijke oplossing wordt dan

Besluit

— Een oplossing met meer hydroxoniumionen dan een neutrale oplossing heeft een pH KLEINER / GROTER dan 7.

— Een oplossing met meer hydroxide-ionen dan een neutrale oplossing heeft een pH KLEINER / GROTER

dan 7.

OPDRACHT 24 DOORDENKER

Hoe verandert de zuurtegraad als ammoniak in water opgelost wordt?

VA N

Als de concentratie aan H3O+ stijgt (en groter wordt dan de concentratie

WEETJE

Naast de pH is er ook de pOH. De pOH geeft weer

hoe basisch de oplossing is. Ze kan worden

berekend volgens de formule:

[OH ] = 10 —

-pOH

In zuiver water is ook de pOH gelijk aan 7.

aan OH-), ontstaat een zure oplossing. Als de concentratie aan OH- stijgt

(en groter wordt dan de concentratie aan H3O+), ontstaat een basische of alkalische oplossing.

De zuurtegraad of de pH geeft weer hoe zuur een oplossing is en hangt af van de concentratie aan H3O+ -en OH--ionen. De zuurtegraad wordt berekend op basis van de concentratie aan H3O+ in de oplossing volgens: [H3O+] = 10-pH

Omdat de concentratie aan [H3O+] in zuiver water gelijk is aan 10-7 mol, is de L pH van zuiver water gelijk aan 7. In oplossingen blijkt er steeds een verband te bestaan tussen de concentratie aan hydroxide-ionen en het aantal hydroxoniumionen, namelijk: [H3O+] · [OH—] = 10-14 mol L2

Dat betekent dat de concentratie hydroxoniumionen stijgt als de concentratie aan hydroxide-ionen daalt en omgekeerd. Als zuren oplossen in water, dan ioniseert het zuur waardoor de concentratie aan H3O+ stijgt. Als de concentratie aan hydroxoniumionen groter wordt dan 10-7 mol, wordt de pH kleiner dan 7. L

250

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

De concentratie OH- neemt toe bij ionisatie van ammoniak of dissociatie van ionverbindingen zoals hydroxiden. Als de concentratie OH- toeneemt, dan wordt de concentratie aan H3O+ kleiner dan 10-7 mol, waardoor de pH groter L wordt dan 7. H3O+ (mol/L) 1

pH 0

10–1

citroenzuur 2

10–2

cola 3

10–3

tomaten 4

10–4

koffie 5

10–5

urine 6

10–6

gedestilleerd water 7

10–7

menselijk bloed 8

10–8

oplossing van bakpoeder 9

10–9

broccoli 10

10–10

zeep 11

10–11

meer zuur

maagzuur 1

bleekmiddel 12

neutraal

meer basisch

–12

10–13

10–14

VA N

schoonmaakproduct oven 13

Afb. 133 Het verband tussen de concentratie van protonen en de pH.

WEETJE

Omdat de concentratie van de hydroxoniumionen van de meeste oplossingen tussen 1 (=100) en 10-14 mol ligt, ligt de pH van de L meeste oplossingen tussen 0 en 14. Wanneer de concentratie aan hydroxoniumionen groter is dan 1 mol, zal de pH kleiner zijn dan 0. L Als ze kleiner is dan 10-14 mol, dan zal de pH groter zijn dan 14. Die L oplossingen zijn extreem zuur of alkalisch, en dus zeer gevaarlijk.

— De zuurtegraad of pH hangt af van de concentratie aan H3O+ en OH-.

— In een neutrale oplossing, zoals zuiver water, is de concentratie van beide ionen gelijk aan elkaar.

— Zure oplossingen hebben een pH < 7 omdat [H3O+] > OH-.

— Basische oplossingen hebben een pH > 7 omdat [H3O+] < OH-.

` Maak oefening 20 op p. 261.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

HOOFDSTUK 3

251

THEMASYNTHESE

POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

kennisclip

Hoofdstuk 1 - Polaire en apolaire bindingen en moleculen elektronegativiteit (EN) = waarde die neiging

Een polaire atoombinding ontstaat als ∆EN > 0,5.

weergeeft om elektronen naar zich toe te trekken

Door een polaire atoombinding ontstaan partieel positieve (δ+) en partieel negatieve (δ-) ladingen.

polaire atoombinding: beide elektronen van een

polaire molecule of dipool: molecule met een positieve en negatieve zijde

atoombinding zitten dichter bij een van de 2 atomen Een polaire molecule of dipool ontstaat als:

— de molecule polaire atoombindingen bevat EN

apolaire molecule: molecule zonder positieve en

— het centrum van alle partieel positieve ladingen

niet samenvalt met het centrum van alle partieel

negatieve zijde

negatieve ladingen.

Hoofdstuk 2 - Intermoleculaire krachten

Eigenschappen zoals het kookpunt en smeltpunt van

tussen moleculen:

een stof hangen af van de massa van de moleculen

VA N

intermoleculaire krachten: krachten die heersen

en de intermoleculaire krachten:

— Londonkrachten

— Londonkrachten: zwakke aantrekkingskrachten

die ontstaan door minieme ladingsverschuivingen in een molecule. Ze zijn aanwezig in alle moleculen.

— dipoolkrachten

— dipoolkrachten: aantrekkingskracht tussen

— waterstofbruggen

— waterstofbruggen: sterke dipoolkracht en tussen

positieve pool van een dipoolmolecule en

negatieve pool van een andere dipoolmolecule.

een H-atoom, gebonden aan een sterk

elektronegatief element, en de negatieve zijde van een andere dipool.

Hoofdstuk 3 - Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen

dissociatie: het verbreken van ionbindingen bij oplossen

water, andere zijn slecht oplosbaar.

hydratatie: ionen worden omringd door watermoleculen

en negatieve ionen vrij. De ionen worden hierbij watermoleculen.

dissociatie voorstelt

— De dissociatie kan voorgesteld worden door een dissociatievergelijking.

elektrolyt: stof die in opgeloste of gesmolten toestand de elektrische stroom geleidt

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

— Bij dissociatie van een zout komen de positieve gehydrateerd = ze worden omringd door

dissociatievergelijking: vergelijking die de

252

— Sommige ionverbindingen zijn goed oplosbaar in

THEMASYNTHESE

— Omdat in een oplossing of smelt van een ionverbinding ionen aanwezig zijn, zijn ionverbindingen elektrolyten.

THEMASYNTHESE

Hoofdstuk 3 - Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen ionisatie: een molecule die oplost wordt stukgetrokken in ionen.

— Polaire stoffen lossen op in polaire

oplosmiddelen maar niet in apolaire oplosmiddelen.

— Apolaire stoffen lossen op in apolaire oplosmiddelen maar niet in polaire oplosmiddelen.

— Als een zuur ioniseert in water, dan ontstaat

er een hydroxoniumion (H3O+) en een negatief

zuurrest (Z-)

— Als ammoniak (NH3) ioniseert in water, dan ont-

ionisatievergelijking: vergelijking die ionisatie van een molecule voorstelt.

staat ammonium (NH4+) en hydroxide (OH-).

— Stoffen die ioniseren in water, zijn elektrolyten. — De ionisatie kan voorgesteld worden door een ionisatievergelijking.

— Sommige moleculen lossen op in water maar ioniseren niet. Dat zijn niet-elektrolyten.

zuurtegraad of pH: maat voor de concentratie aan oxoniumionen in een oplossing

— De zuurtegraad houdt verband met de

concentratie aan hydroxoniumionen in een oplossing:

neutrale oplossing:

VA N

•

pH = 7

[H3O+] = [OH-] = 10-7 mol L

•

zure oplossing pH < 7

[H3O+] > 10-7 mol L

basische oplossing pH > 7

[H3O+] < 10-7 mol L

•

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

THEMASYNTHESE

253

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik kan beschrijven wat een polaire en apolaire atoombinding is. — Ik kan beschrijven wat een polaire en apolaire molecule is.

— Ik kan de verschillende intermoleculaire krachten (Londonkrachten,

dipoolkrachten, waterstofbruggen, ion-dipoolinteracties) uitleggen aan de hand van voorbeelden.

— Ik kan uitleggen hoe het proces van dissociatie, ionisatie en hydratatie gebeurt. — Ik kan aangeven wat elektrolyten en niet-elektrolyten zijn.

— Ik kan de oplosbaarheid van zouten, polaire en apolaire stoffen in polaire en

apolaire oplosmiddelen toelichten.

— Ik kan het verschil aangeven tussen zure, neutrale, basische oplossing in termen van de concentratie aan H3O+-ionen en OH--ionen.

— Ik kan een verschil in kookpunten smeltpunt van stoffen verklaren op basis van intermoleculaire krachten.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan onderzoeken of atoombinding polair of apolair is met behulp van de elektronegatieve waarde.

VA N

— Ik kan onderzoeken of verbinding polair of apolair is op basis van de structuurformule.

— Ik kan de dissociatie van een ionverbinding en ionisatie van een molecule voorstellen door middel van een dissociatie- of ionisatievergelijking.

— Ik kan beschrijven hoe de ionisatie van van zuren en ammoniak verloopt. — Ik kan verklaren waarom oplossingen van zouten, zuren en ammoniak de stroom geleiden.

— Ik kan voorspellen of ionverbindingen, polaire of apolaire stoffen zullen oplossen in een polair of apolair oplosmiddel.

invullen bij je Portfolio.

` Je kunt deze checklist ook op

254

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

CHECKLIST

CHECK IT OUT

Het regent, het regent. De pannen worden nat. 1

Als het regent, vallen er druppels water uit de lucht. Is water een polaire of apolaire molecule?

In de CHECK IN zag je dat krantenpapier nat wordt: het slorpt water op. Wat leid je hieruit af over de eigenschappen van papier?

Een van de belangrijkste grondstoffen van papier is cellulose. Je ziet hieronder de structuurformule van cellulose. Verklaar waarom cellulose water absorbeert.

OH H H

VA N

H H

HO H

H H

HO H

H H

O OH H

HO H

O OH

H H

Hoe kun je verklaren dat waterdruppels van planten of van veren van watervogels rollen?

H H

De polariteit van moleculen bepaalt in hoeverre ze oplossen in water. Het kent heel wat toepassingen in de maatschappij. Door het lotuseffect na te bootsen, ontwikkelen wetenschappers materialen waar waterdruppels afrollen en vuil meenemen, zodat je de materialen veel minder of niet meer dient schoon te maken.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

CHECK IT OUT

255

AAN DE SLAG

Ga op zoek naar de EN in je PSE. a

Zoek in het periodiek systeem op welk element de hoogste EN heeft.

b En welk(e) element(en) heeft de laagste EN?

Orden de volgende elementen volgens stijgende EN:

Vul de tabel aan. a

Al – B – Ge – Ra

Orden de elementen volgens stijgende EN en noteer de EN ernaast in de tabel hieronder: Al – Ca – Cl – F – H – K – Li – O – P

b Schrijf bij elk element of het een metaal of een niet-metaal is. c

Wat stel je vast als je de EN van metalen vergelijkt met dat van de niet-metalen?

VA N

Element

Duid aan of de atoombinding tussen de volgende elementen polair of apolair is. Elementen

Atoombinding

C&H H&S

O&N

polair

apolair

polair

apolair

polair

apolair

S&O P&H

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

apolair apolair

C&O

256

Metaal (M) of niet-metaal (NM)

apolair

AAN DE SLAG

polair

polair polair

Met welk element uit de 7de groep kan koolstof een apolaire atoombinding vormen?

Bepaal of de volgende stoffen bestaan uit polaire of apolaire moleculen. a

H N H

CI C CI

polair

apolair

polair

apolair polair

H H

H H H

apolair polair

Kruis in de onderstaande tabel aan welke intermoleculaire krachten aanwezig zijn bij de moleculen. Londonkrachten

Apolaire moleculen

zoals F2, I2, H2

Polaire moleculen

zoals CO

met H gebonden op een NM

met een lage EN zoals HI, H2S met H gebonden op een NM

met een hoge EN zoals H2O, HF

‘Gewone’ dipoolkrachten

H-bruggen

Kruis aan welke intermoleculaire krachten er aanwezig zijn tussen de moleculen van de stof.

polair

H C C O

VA N

polair

apolair

C H H H

apolair

Stof

ammoniak (NH3)

fluorgas (F2) koolstofdioxide (CO2)

Londonkrachten

H N H H F

O C O H

methanol (CH3OH)

H C O

joodmonochloride

H H CI I

H-bruggen

Dipoolkrachten

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

AAN DE SLAG

257

Zoutzuur (HCl) heeft een kookpunt van -85 °C en waterstofbromide (HBr) een kookpunt van -66 °C. Hoe verklaar je het verschil in kookpunt?

Een waterdruppel aan een lekkende kraan kan soms uren blijven hangen vooraleer die plots valt. Hoe komt het dat de druppel zo lang blijft hangen en dan uiteindelijk toch valt?

Plat op je buik vallen in water is pijnlijk. Verklaar waarom

het minder pijnlijk is als je je lichaam kaarsrecht houdt en eerst met de handen of voeten in het water terechtkomt.

VA N

Als je een soepbord vult met water en een paar snuifjes peper op het water strooit, blijft de peper op het oppervlak drijven

(figuur 1). Wanneer je vervolgens een tandenstoker in wat

afwasmiddel dipt, en daarmee het wateroppervlak aanraakt, wijkt de peper uiteen (figuur 2). Hoe kun je dat verschijnsel

verklaren?

258

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

AAN DE SLAG

Geef de dissociatievergelijking van de volgende ionverbindingen.

natriumfluoride

b Mg(NO3)2 c

aluminiumsulfide

d kaliumcarbonaat e

K2SO4

Je gooit enkele kristallen keukenzout (NaCl) in een proefbuis met water en enkele kristallen in een

oplossing met n-pentaan (apolair oplosmiddel). Je controleert of beide oplossingen de stroom geleiden. Wat zal het resultaat zijn en hoe kun je het resultaat verklaren?

VA N

Lossen de stoffen op in water of in benzine (=een mengsel van apolaire koolwaterstoffen)? 1

Bepaal het verschil in elektronegativiteit.

Over welke soort binding gaat het: polair of apolair?

Wat is de aard van de stof: polair of apolair?

Lost de stof op in water of in benzine?

Duid in de lewisstructuren de partiele ladingen aan.

Stoffen

CO2

b HCl c

d NH3

O C O

H CI

C-O :

H-Cl :

CI C CI CI H N H H

H2S

Aard van de stof

Soort binding

ΔEN

CCl4

C-Cl :

N-H :

H-S :

Oplosbaar in water of benzine? benzine water benzine water benzine water

benzine water benzine water

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

AAN DE SLAG

259

Welke stoffen lossen op in water en welke

TIP

stoffen lossen op in n-pentaan?

Bekijk de structuur-

dijood, ethaan, KOH, NH3, salpeterzuur (HNO3) a

formule van ammoniak en salpeterzuur.

in water:

b in pentaan:

bijlage: structuurformule ammoniak en salpeterzuur

Je giet een kleine hoeveelheid water en een kleine hoeveelheid maisolie (apolair) in een reageerbuis.

Maisolie heeft een kleinere massadichtheid dan water. Je laat een druppel inkt vallen in de proefbuis. Het water kleurt blauw, de maïsolie niet. Is inkt een mengsel opgebouwd uit polaire of apolaire moleculen?

VA N

Kun je een pan waarin je spek hebt gebakken, proper maken met alleen maar water? Verklaar je antwoord.

Schrijf de ionisatievergelijking van de volgende stoffen: a

ammoniak (NH3)

b waterstofjodide

zwavelzuur

d fosforzuur

water (auto-ionisatie)

Schrijf de stapsgewijze ionisatie van H2SO3.

260

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

AAN DE SLAG

Je meet de pH-waarde van 3 vloeistoffen in een maatbeker. De pH van de vloeistof in de eerste maatbeker bedraagt 5, van de vloeistof in de tweede maatbeker 7 en van de derde maatbeker 11,4. In welke maatbeker: a

bevinden zich hydroxoniumionen?

b bevinden zich hydroxide-ionen?

is de concentratie hydroxoniumionen groter dan 107 mol ? L

d is de concentratie aan hydroxide-ionen kleiner dan 107 mol ? L

VA N

` Meer oefenen? Ga naar

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

AAN DE SLAG

261

Notities

VA N

262

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 04

VA N

THEMA 05 REACTIESOORTEN

CHECK IN

Chemie is overal! Zet je thuis al eens graag een kopje koffie of maak je een lekkere cappuccino? Dan hoort daar helaas ook het poetsen van het apparaat bij. Er vormt zich na een tijdje namelijk kalk in je apparaat waardoor de koffie minder goed doorloopt. Of je kent wellicht het probleem dat de douchekop na verloop van tijd verkalkt en verstopt raakt. Zo’n kalkaanslag is niet alleen lelijk, maar verkleint ook de watergaatjes van de douchekop, zodat het water moeilijk

doorstroomt. Bovendien kunnen micro-organismen en bacteriën zich op het ruwe oppervlak nestelen. Daarom moet je regelmatig de douchekop ontkalken.

Dat ontkalken doen we met azijn. Magie? Nee, je voert gewoon een

gasontwikkelingsreactie uit: het zuur in azijn verwijdert de kalkaanslag door die aanslag onder meer om te zetten in gas. Experimenteer nu zelf!

VA N

Benodigdheden

Materiaal

1 drinkglas

een lichtbron Werkwijze

Stoffen

2 eetlepels keukenazijn volle melk

Voeg 2 eetlepels azijn toe aan een half glas volle melk.

Houd het glas melk in het licht en noteer je waarneming. Waarneming

Afb. 134 Caseïne wordt na filtratie en drogen ook als afzonderlijk voedingssupplement verkocht om de spieren te versterken.

Besluit

De caseïne, een eiwit in melk, zal onder invloed van de zure azijn bezinken. Dat is een neerslagreactie.

` Kunnen we chemische reacties nog verder onderverdelen? ` Hoe noteren we deze chemische reacties? ` Welke specifieke kenmerken hebben deze soorten chemische reacties? We zoeken het uit!

264

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

CHECK IN

VERKEN

Stoffen en chemische reacties OPDRACHT 1

Herken je deze chemische reacties? Plaats de onderstaande voorbeelden van chemische reacties bij de juiste verandering. Let op: sommige reacties kunnen meerdere merkbare veranderingen teweegbrengen.

VA N

Verandering

smaakverandering

Afbeelding

geurverandering

kleurverandering

gasontwikkeling

neerslagvorming

OPDRACHT 2

Wat is het verschil tussen een chemische reactie en een fysisch proces? Geef enkele voorbeelden. Chemische reacties

Fysische processen

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

VERKEN

265

OPDRACHT 3

Fris je kennis van de ionladingen op. Bepaal van alle in de volgende de ionlading van elk ion in de volgende verbindingen. Moleculen/Ionen

Ionladingen

AgNO3

Moleculen/Ionen H2SO4

Fe2S3

Pb(NO3)2

Ionladingen

OPDRACHT 4

Noteer de ionisatie- of dissociatievergelijking van de volgende stoffen in water: Stof

VA N

H2CO3

Vergelijking

Ionisatie (I) of dissociatie (D)?

Ca(OH)2

Al2(SO4)3

OPDRACHT 5

Noteer de begrippen op de juiste plaats op de pH-schaal.

neutraal – erg zuur – weinig zuur – erg basisch – weinig basisch – 7 – 14

266

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

VERKEN

HOOFDSTUK 1

Oplosbaarheid en mogelijke reacties LEERDOELEN

L het onderscheid maken tussen een chemisch en een fysisch proces; L ionisatie- en dissociatievergelijkingen van stoffen in water schrijven; L zuur-base-indicatoren gebruiken; L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden.

Je kunt al:

We werken in een labo vaak met

oplossingen. De reactie verloopt dan

vlotter omdat de reagerende deeltjes al

Je leert nu:

zijn gedissocieerd of geïoniseerd. Omdat we geregeld met oplossingen werken,

VA N

L het oplosgedrag van stoffen in water voorspellen en verklaren.

bekijken we eerst even de oplosbaarheid van verschillende stoffen.

Oplosbaarheid

Je leerde in thema 04 al hoe zouten oplossen in water: water zal de ionen dissociëren en nadien hydrateren. Je leerde ook al dat zuren in water zullen ioniseren en de ionen nadien gehydrateerd worden. Maar de dissociatie van het ionrooster gaat niet bij alle zouten even vlot. Soms zijn de krachten in het ionrooster zo groot dat de polaire watermoleculen ze niet uit elkaar kunnen halen. Zo’n zouten zullen dus weinig oplossen in water. Met kalkwater (een heldere oplossing van calciumhydroxyde Ca(OH)2 ) kunnen we CO2 opsporen.

De calciumhydroxideoplossing reageert met koolstofdioxide en vormt calciumcarbonaat volgens de reactie: Ca(OH)2 (v) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (v) Omdat calciumcarbonaat een slecht oplosbaar zout is, wordt de oplossing troebel: er ontstaat een suspensie. De calciumcarbonaat formule-eenheden worden door de watermoleculen niet meer allemaal gedissocieerd.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

267

WEETJE De oplosbaarheid van een zout in water is het maximumaantal gram van dat zout dat bij een bepaalde temperatuur oplost in 100 mL water. Die oplosbaarheid wordt meestal uitgedrukt in procenten. Zo is de oplosbaarheid van

calciumchloride bij 20 °C wel 74 % 74 g , dus zeer goed oplosbaar), ( 100 mL terwijl die van calciumhydroxide slechts 0,156 % bedraagt en

calciumcarbonaat amper 0,0014 % haalt. De oplosbaarheid is in het algemeen sterk afhankelijk van de temperatuur. Daarom gaan we stoffen bij het oplossen vaak verwarmen.

We kunnen de zouten in 3 groepen indelen: Groep 1

goed oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur meer dan 1 % (1 g per 100 mL) bedraagt

VA N

Groep 2

Groep 3

matig oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur ligt tussen 0,1 % en 1 % slecht oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur minder dan 0,1 % bedraagt

Een oplossing waarin het maximum aan opgeloste stof aanwezig is, noemen we verzadigd. Het is dan onmogelijk om nog meer van dezelfde stof onder dezelfde omstandigheden op te lossen. Probeer je dit toch, dan zal de stof onopgelost blijven: er zal een neerslag ontstaan. Bij een onverzadigde oplossing is de maximale oplosbaarheid nog niet bereikt.

Maar welke zouten zijn goed oplosbaar en welke zouten lossen slecht op? Dat komen we te weten door de oplosbaarheidstabel te gebruiken. De tabel op de volgende pagina geeft een overzicht van de oplosbaarheid

van verbindingen in water. Die tabel mag je altijd gebruiken.

268

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

Groep

Positief ion

Na , K

lla

Mg , Ca , Ba

Goed oplosbaar

Slecht oplosbaar

alle zouten

geen

chloride

sulfide

bromide

carbonaat

jodide

fosfaat

nitraat

Ca- en Ba-sulfaat

Mg-sulfaat

Ca- en Ba-sulfiet

Mg-sulfiet

Ca-hydroxide (0,16 %)

Ba-hydroxide

Mg-hydroxide

Cr2+, Mn2+

chloride

sulfide

elementen (1)

Fe2+, Fe3+

bromide

carbonaat

Co , Ni

jodide

fosfaat

Cu2+, Zn2+

nitraat

silicaat

sulfaat

sulfiet

IIIa

overgangs-

lVa (1)

hydroxide

overgangs-

nitraat

alle overige zouten

Al3+

chloride

sulfide

bromide

carbonaat

jodide (0,98 %)

fosfaat

nitraat

silicaat

sulfaat

sulfiet

VA N

elementen (2)

Ag+, Hg2+

lVa (2)

hydroxide

chloride (0,99 %) jodide bromide (0,85 %) sulfide nitraat

+ 4

alle zouten

carbonaat fosfaat silicaat sulfiet hydroxide geen

Tabel 8 Oplosbaarheidstabel

OPDRACHT 6 VOORBEELDOEFENING

Bepaal de oplosbaarheid van een zout.

Is magnesiumsulfaat goed oplosbaar in water of zal het een neerslag vormen? — MgSO4 is een combinatie van de ionen

— Wanneer we de oplosbaarheidstabel bekijken, zien we dat deze combinatie een

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

is.

HOOFDSTUK 1

269

OPDRACHT 7

Zijn deze zouten goed oplosbaar in water? Vul de tabel aan. Symbolische voorstelling AgCl

ammoniumsulfide

Oplosbaar in water (ja/nee)?

Systematische naam

Oplossingen mengen: mogelijke reacties

OPDRACHT 8 ONDERZOEK

Onderzoek of je op basis van de waarnemingen bij enkele eenvoudige experimenten de opgetreden chemische reacties in groepen kunt indelen. en voer het labo uit.

VA N

Ga naar

Niet alle zouten lossen even goed op. De dissociatie van de ionen gaat soms moeizamer. We spreken respectievelijk over goed oplosbare, matig oplosbare en slecht oplosbare stoffen. Wanneer de maximale oplosbaarheid is bereikt, spreken we van een verzadigde oplossing. Of een zout goed of slecht oplosbaar is, kunnen we afleiden uit de oplosbaarheidstabel. Bij het samenvoegen van oplossingen zien we soms een neerslag ontstaan en soms ontwikkelt er zich een gas. Op basis van die waarneming kunnen we spreken over respectievelijk een neerslagreactie of een gasontwikkelingsreactie.

` Maak oefening 1 op p. 307.

270

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

We bekijken in de volgende hoofdstukken wat we tijdens het experiment hebben waargenomen en hoe dat komt.

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

Ionuitwisselingsreacties

LEERDOELEN

L het onderscheid maken tussen een neerslagreactie,

Je kunt al: gasontwikkelingsreactie en/of neutralisatiereactie aan de hand van reactievergelijkingen of waarnemingen;

L ionisatie- en dissociatievergelijkingen van stoffen in water noteren; L zuur-base-indicatoren gebruiken;

L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden. Je leert nu:

L aan de hand van waarnemingen een chemische reactie classificeren

VA N

als een neerslag-, gasontwikkelings- of neutralisatiereactie;

L de processen ionisatie en dissociatie beschrijven en illustreren met een tekening;

L met behulp van de oplosbaarheidstabel bepalen of een ionverbinding goed of slecht oplosbaar is in water;

L stapsgewijs door ionreactievergelijkingen een neerslagreactie opstellen.

We gaan even na wat er zich exact afspeelt bij het samenvoegen van de oplossingen en hoe het komt dat we soms helemaal niets kunnen waarnemen, er soms neerslag en soms gas ontstaat.

Bij het samenvoegen van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride ontstaat een blauwgroene neerslag. Op basis van het dissociatiemodel en de gegevens over de oplosbaarheid, die je terugvindt in de oplosbaarheidstabel, kunnen we afleiden welke stof(fen) neerslaan.

Ook van koper(II)chloride hebben we een oplossing gemaakt. Koper(II)

chloride is ook goed oplosbaar.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

271

OPDRACHT 9 VOORBEELDOEFENING

In hoofdstuk 1 voegde je tijdens het labo kaliumcarbonaat en koper(II)chloride samen waarna een blauwgroene neerslag ontstond. Op basis van het dissociatiemodel en de gegevens over de oplosbaarheid, die je terugvindt in de oplosbaarheidstabel, kunnen we afleiden welke stoffen neerslaan. Stap 1 We noteren de dissociatievergelijking (D1) van kaliumcarbonaat: H2O D1: K2CO3 (s) 2 K+ (aq) + CO3 2-(aq)

We noteren de dissociatievergelijking (D2) van koper(II)chloride: H2O D2: CuCl2 (s) Cu2+ (aq) + 2 Cl- (aq)

Wanneer beide oplossingen worden samengevoegd, komen 4 verschillende ionen samen en wordt hieruit

een neerslag gevormd. We kunnen de reactie van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride ook in een tekening

VA N

voorstellen:

K+ K+ CO 2– K+ 3 2– CO32– CO3 K+ K+

K+

oplossing van kaliumcarbonaat

K+

Cl–

–

oplossing van koper(II)chloride

Cl–

Cu2+

K+

Cl–

Cu2+

Cl–

K+

Cu2+

Cl–

CuCO3

Cl–

K+

Cl–

CuCO3 CuCO3

Afb. 135 De reactie van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride.

Er zijn twee nieuwe ioncombinaties mogelijk: — K+ en Cl- vormen samen KCl

— Cu2+ en CO32- vormen samen CuCO3

Uit de oplosbaarheidstabel leer je dat kaliumchloride een goed oplosbaar zout is. De ionen blijven gedissocieerd en gehydrateerd in de oplossing. Koper(II)carbonaat is een slecht oplosbaar zout: dit zout zal neerslaan. In een reactievergelijking met neerslagvorming duiden we neerslag aan met ↓

Stap 2

De essentiële ionenreactievergelijking (E) geeft aan welke deeltjes precies reageerden en een neerslag vormden.

E: Cu2+ (aq) + CO32- (aq) → CuCO3 (s)↓

Stap 3

In de stoffenreactievergelijking (S) noteren we ook de vorming van KCl, ondanks het feit dat die ionen in de oplossing bleven en het zout pas zal worden gevormd na het indampen van de oplossing. S: K2CO3 + CuCl2 → 2 KCl + CuCO3↓

272

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

We doorlopen telkens dus hetzelfde stappenplan bij het noteren van ionuitwisselingsreacties:

STAP 1: Noteer de dissociatievergelijkingen (D) van de reagentia.

STAP 2: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de vorming van neerslag. Dit is de essentiële reactievergelijking (E).

STAP 3: Schrijf de stoffenreactievergelijking (S) met alle nieuwe ioncombinaties en aanduiding van neerslag. Denk hierbij aan

de vorming van anorganische zouten uit thema 01 en zorg dat de wet van behoud van atomen wordt gerespecteerd.

OPDRACHT 10

VA N

Noteer nu de dissociatievergelijkingen, essentiële ionenreactievergelijking en stoffenreactievergelijking van de overige neerslagreacties uit het labo van hoofdstuk 1. Natriumsulfiet en koper(II)chloride

Kaliumcarbonaat en lood(II)nitraat

Natriumsulfiet en lood(II)nitraat

Kaliumjodide en lood(II)nitraat

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

273

OPDRACHT 11

DOORDENKER

Op welke manier kunnen neerslagreacties gebruikt worden bij het bepalen van de aanwezigheid van chloride-ionen? Drinkwater (en zwembadwater) wordt vaak behandeld met chloorzouten om bacteriën te doden. Een teveel aan chloride-ionen in je drinkwater zorgt niet alleen voor een slechte geur en smaak, maar het kan ook

irritatie aan de luchtwegen veroorzaken. De aanwezigheid van chlorideje die reactie bewijzen? Gebruik het stappenplan.

— dissociatievergelijking zilvernitraat:

— essentiële reactievergelijking:

— dissociatievergelijking calciumchloride: — stoffenreactievergelijking:

ionen kan aangetoond worden door de toevoeging van zilvernitraat. Kun

VA N

Bij het samenvoegen van oplossingen kunnen positieve en negatieve ionen nieuwe verbindingen vormen. De reactie noemen we een ionuitwisselingsreactie. Die nieuwe verbindingen kunnen een onoplosbaar zout vormen. In dit geval ontstaat er een neerslag. De reactie noemen we in dat geval een neerslagreactie. Er kunnen tegelijkertijd ook 2 nieuwe onoplosbare zouten gevormd worden: 1

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ oplosbaar zout 4 AB

→

AD↓

A+

C+

→

C+

B-

D-

BAD↓

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ onoplosbaar zout 4↓

274

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

→

A+

C+

→

B` Maak oefening 2 op p. 307.

HOOFDSTUK 2

D-

AD↓

+ CB↓

CB↓ AD↓

WEETJE Neerslagreacties kennen verschillende toepassingen: -

waterzuivering: verwijdering van ongewenste ionen Bij neerslagreacties verdwijnt een ionensoort dus uit de oplossing, ze slaat neer. Daar kunnen we gebruik van maken om ongewenste ionen uit een oplossing te verwijderen.

Een probleem is bijvoorbeeld de

aanwezigheid van Ca2+- en Mg2+-ionen in leidingwater. Het leidt tot kalkaanslag

waardoor bijvoorbeeld de wasmachine

Afb. 136 Een waterontharder bevat Na2CO3 als zout

kan stukgaan of de douchekop of

koffiezetter geen water meer doorlaten.

We kunnen de calciumionen bijvoorbeeld uit het water halen voordat het in de leidingen van je woning komt. Dat kan met behulp van een waterontharder. Zo’n toestel bevat een vat

VA N

met het oplosbare natriumcarbonaat (Na2CO3) als zout. Als die

zoutoplossing in contact komt met het leidingwater, dan gebeurt er een ionenuitwisseling. De essentiële reactie is dat de calciumionen uit het leidingwater worden neergeslagen met behulp van de carbonaationen:

Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓

opsporing ionen

Dankzij de typische kleur van bepaalde neerslagen kunnen neerslagreacties

gebruikt worden om de aanwezigheid van bepaalde ionen aan te tonen. Pb2+ + 2I- → PbI2 ↓

De bovenstaande neerslagreactie laat bijvoorbeeld toe om Pb2+-ionen in

bodemstalen te identificeren door toevoeging van een KI-oplossing.

Het neerslag heeft een typische felgele

Afb. 137 Typische gele kleur van PbI2

kleur. Andersom kan door middel van een Pb(NO3)2-oplossing de aanwezigheid van I– worden aangetoond.

video: synthese van lood(II) jodide

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

275

HOOFDSTUK 3

Protonenoverdrachtsreacties

LEERDOELEN

L een neerslagreactie noteren met behulp van de

Je kunt al: ionenreactievergelijking en stoffenreactievergelijking; L ionisatie- en dissocatievergelijkingen van stoffen in water noteren L zuur-base indicatoren gebruiken; L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden.

Je merkte in de demoproef van hoofdstuk 1 al dat niet alle reacties een neerslag opleveren.

Bij sommige reacties ontstaat er een gas. Ook de reactie tussen een zuur en een hydroxide

Je leert nu:

levert geen neerslag. Bij sommige reacties worden geen ionen uitgewisseld, meer specifiek

VA N

L begrijpen dat zuren en basen elkaar neutraliseren; L een neutralisatiereactie opstellen.

protonen overgedragen. We onderzoeken ook hier de essentie van de reactie.

Zuur-baseneutralisatiereactie

Neutralisatiereacties zijn reacties tussen een zuur en een hydroxide waarbij water gevormd wordt. In het woord neutralisatiereactie herken je het begrip neutraal, dat je al eerder tegenkwam in thema 01 toen je pH leerde kennen. In thema 04 leerde je ook dat de pH-waarde afhankelijk is van de hoeveelheid

ontdekplaat: pH

H+- en OH--ionen in de oplossing.

Gedestilleerd water wordt een neutrale oplossing genoemd omdat de hoeveelheid H+- en OH--ionen aan elkaar gelijk is (10-7 mol en dus pH = 7). L Wanneer we H+-ionen toevoegen aan het water, krijgen we een zure oplossing. Het toevoegen van OH--ionen leidt tot een basische oplossing. Een neutralisatiereactie is dan ook een reactie tussen een zuur (H+-ionen) en een hydroxide (OH--ionen). Het zuur draagt via de watermolecule een proton (H+) over aan een hydroxide-ion waarbij de H+-ionen en OH--ionen elkaar neutraliseren door de vorming van water. We spreken daarom over een protonenoverdrachtsreactie.

276

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

OPDRACHT 12 DEMO

Wat is de relatie tussen een zuur en een base? Onderzoeksvraag Wat gebeurt er met de pH als een zuur en een base worden samengevoegd?

Werkwijze

Waarnemingen De oplossing kleurt

— Je leerkracht meet 100 mL NaOH-oplossing (0,1 mol) in de maatcilinder af en brengt de vloeistof over in L een maatbeker. Vervolgens voegt je leerkracht een paar druppels fenolftaleïne toe. — Je leerkracht meet nu 120 mL van de HCl-oplossing (0,1 mol) af in een tweede maatcilinder en voegt ook L deze inhoud toe aan de maatbeker.

na het toevoegen van de indicator.

VA N

Na het toevoegen van de tweede oplossing Besluit

Omcirkel het juiste antwoord.

De oplossing gaat van een basische / neutrale / zure pH naar een basische / neutrale / zure pH.

OPDRACHT 13 VOORBEELDOEFENING

Om de correcte reactievergelijkingen van een neutralisatiereactie te noteren, gebruiken we opnieuw een stappenplan zoals bij de ionuitwisselingsreacties. Hydroxiden zullen net als zouten dissocieren en zuren zullen ioniseren in water. Stap 1: Noteer de dissociatie (D)/ionisatievergelijkingen (I) van de reagentia.

In onze demoproef: H2O D: NaOH Na+(aq) + OH-(aq) I: HCl + H2O → H3O+ (aq) + Cl- (aq)

De base dissocieert en levert dus hydroxide-ionen in een oplossing. Het zuur ioniseert door reactie met water en levert H3O+ of hydroxoniumionen op. Die zullen nadien met de hydroxide-ionen altijd

watermoleculen vormen.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

277

Stap 2: We vereenvoudigen de ionenreactievergelijking en behouden alleen de onderdelen die echt met elkaar reageren (in dit geval aanleiding geven tot de vorming van water). Dit is de essentiële reactievergelijking (E), die voor een neutralisatiereactie altijd dezelfde is: de overdracht van een proton van het hydroxoniumion op het hydroxide-ion met vorming van water tot gevolg: H3O+ + OH- → 2 H2O Stap 3: Combineer de gevormde ionen tot nieuwe verbindingen. Denk hierbij aan de vorming van

anorganische zouten uit thema 01 en zorg ervoor dat je de wet van behoud respecteert. Acid van andatomen Base reactions

In onze demoproef:

zuur

base

Na+

Cl-

NaOH + HCl→ NaCl + H2O

water

zout

We bekomen dan de stoffenreactievergelijking (S).

H-

H+

O-

H-

HCI + NaOH = H2O + NaCl

Bij een neutralisatiereactie is de essentiële reactievergelijking altijd dezelfde: Er wordt een proton overgedragen van H3O+ op OH--ionen, die samen

VA N

combineren tot de vorming van water. Algemeen reactiepatroon: ZUUR

BASE

→

ZOUT

WATER

MOH

→

H2O

TIP

Als er tijdens een neutralisatiereactie ook een onoplosbaar zout gevormd wordt, dan zal er naast de essentiële reactievergelijking (E) voor de neutralisatie ook een essentiële reactievergelijking voor de neerslagreactie zijn. We noteren dan beide essentiële

reactievergelijkingen onder elkaar.

278

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

We herhalen het stappenplan om de reactievergelijkingen van een neutralisatiereactie te noteren: Stap 1: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia (D, I).

Stap 2: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de zuur-baseneutralisatie.

Dit is de essentiële reactievergelijking (E): H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 3: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare stoffen vormen. Schrijf eventueel een tweede essentiële reactie vergelijking (E): de neerslagreactie.

Stap 4: Schrijf de stoffenreactievergelijking (S) met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag)

VA N

en met water als reactieproduct.

OPDRACHT 14

Neutralisatiereactie tussen gebluste kalk en zwavelzuur

Weiden, grasvelden of akkers die te zuur zijn, kunnen behandeld worden met basisch reagerende stoffen zoals gebluste kalk (Ca(OH)2). De gebluste kalk neutraliseert H+-ionen die aanwezig zijn in de zure bodem. We bekijken een eenvoudig voorbeeld van zwavelzuur (als bron van H+-ionen).

Stap 1: Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia

Gebluste kalk (als hydroxide) gaat dissociëren in water, terwijl zwavelzuur zal ioniseren in water. Dat geeft volgende reactievergelijkingen: — dissociatie gebluste kalk: — ionisatie zwavelzuur:

Stap 2: Noteer de essentiële reactievergelijking We behouden dan de essentiële reactievergelijking van die neutralisatiereactie: Daarnaast zien we ook de essentiële reactievergelijking van de neerslagreactie: Stap 3: Noteer de stoffenreactievergelijking We bekijken de reactieproducten

Ca2+ kan reageren met SO42- ter vorming van het matig oplosbare zout CaSO4 (zie oplosbaarheidstabel).

H+ en OH- vormen samen water.

We kunnen nu de stoffenreactievergelijking noteren:

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

279

WEETJE Om te voorkomen dat het industrieel afvalwater met een (te) hoge of (te) lage pH zou geloosd of hergebruikt worden, wordt het geneutraliseerd. Bij dat neutraliseren wordt, in tegenstelling tot wat je zou denken, het water niet noodzakelijk op een pH = 7 gebracht, maar meestal op een pH tussen 6,5 en 9,5. In de industrie is het belangrijk om het afvalwater te neutraliseren om corrosie en andere chemische reacties, die plaatsvinden bij een hoge of een erg lage pH, te vermijden. Gassen die bij zo’n ongewenste reacties kunnen

vrijkomen, zijn ammoniak (NH3) en het zeer giftige blauwzuur (waterstofcyanide = HCN).

stoffen die afvalwater neutraliseren

Te lage pH

Te hoge pH

NaOH, Ca(OH)2

H2SO4, HCl

Naast de neutralisatie van een zuur met een hydroxide kunnen we nog 2 reacties als een neutralisatiereactie beschouwen.

Neutralisatie van een metaaloxide met een zuur

VA N

Uit thema 01 weten we al dat metaaloxiden met water reageren tot hydroxiden. Een oplossing van een metaaloxide zal daarom ook kunnen geneutraliseerd worden met een zuur. Het stappenplan blijft identiek maar we voegen eerst de reactie van het metaaloxide met water toe.

OPDRACHT 15 DEMO

Onderzoek de reactie tussen CaO en HCl. Onderzoeksvraag

Welke stof(fen) worden gevormd wanneer we calciumoxide (CaO) oplossen in water en vervolgens zoutzuuroplossing (HCl) toevoegen?

Werkwijze

— Je leerkracht brengt een mespunt CaO in een bekerglas en lost dit op in enkele mL water.

Je leerkracht voegt enkele druppels fenolftaleïne toe. — Je leerkracht brengt ongeveer 50 mL 0,1 mol waterstofchloride-oplossing in een tweede bekerglas en L druppelt deze waterstofchloride-oplossing langzaam bij de eerder verkregen oplossing. Besluit De indicator kleurt eerst

, omdat het (troebele) mengsel

Naarmate er zoutzuur bij druppelt, De oplossing wordt

280

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

is. .

Uit deze demoproef kunnen we besluiten dat bij het oplossen van CaO in water calciumhydroxide ontstaat: CaO + H2O → Ca(OH)2

OPDRACHT 16 VOORBEELDOEFENING

Schrijf de vergelijking van de neutralisatiereactie uit onze demoproef. Na het samenvoegen van deze calciumhydroxide-oplossing met zoutzuur ontstaat een neutrale oplossing van water en calciumchloride. Ook hier is sprake van een neutralisatiereactie, omdat het oxide bij de oplossing eerst een hydroxide vormde. We gieten opnieuw alles in een stappenplan:

CaO

H2O

→

Stap 1: We noteren nu eerst de reactie van het oxide tot hydroxide. Ca(OH)2

Stap 2: We noteren de dissociatie- en ionisatiereacties van de stoffen. H2O — dissociatie hydroxide: Ca(OH)2 + Ca2+(aq)

— ionisatie zuur:

HCl

neutralisatie:

H3O+

H2O

→

Cl (aq) -

2 OH-(aq)

H3O+(aq)

Stap 3: De essentiële reactie is hier opnieuw de neutralisatie door protonoverdracht. OH-

→

2 H2O

VA N

Stap 4: In de demoproef treedt er geen neerslagreactie op. Die extra essentiële reactie moeten we dus niet noteren.

Het stappenplan is weer hetzelfde, maar we voegen een extra stap als eerste stap toe, namelijk de reactie van een metaaloxide tot een hydroxide:

Stap 5: We schrijven de stoffenreactie waarbij we dus al weten dat er opnieuw water zal worden gevormd: CaO

2 HCl →

CaCl2 + H2O

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

281

Stap 1: Noteer de reactie van een metaaloxide tot een hydroxide.

Stap 2: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

Stap 3: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de zuur-baseneutralisatie. Dit is de essentiële reactievergelijking:

H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare

stoffen vormen. Schrijf eventueel een tweede essentiële reactie op: de neerslagreactie.

Stap 5: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe

VA N

ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met water als reactieproduct op.

Een metaaloxide reageert met water tot een base (hydroxide) en kan vervolgens geneutraliseerd worden met een zuur. Algemeen reactiepatroon: METAALOXIDE

MO +

282

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

ZUUR

→

ZOUT

WATER

→

H2O

Neutralisatie van een niet-metaaloxide met een base

In thema 01 leerde je hoe niet-metaaloxiden reageren met water tot een zuur. Als we een oplossing van een niet-metaaloxide dus willen neutraliseren, dan zullen we er een base aan moeten toevoegen. Het stappenplan blijft hetzelfde, maar we voegen nu eerst de reactie van het niet-metaaloxide met

water toe. OPDRACHT 17 DEMO

Onderzoek de reactie tussen de oplossingen van koolstofdioxide (CO2) en natriumhydroxide (NaOH) Onderzoeksvraag

Welke stoffen worden er gevormd wanneer we eerst CO2 oplossen in water en nadien een

VA N

NaOH-oplossing toevoegen? Werkwijze

Je leerkracht blaast door een rietje zachtjes lucht in een beker met water en voegt daarna enkele druppels indicator (broomthymolblauw) toe. Vervolgens brengt je leerkracht ongeveer 50 mL natriumhydroxideoplossing van 0,1 mol in een tweede bekerglas en druppelt deze natriumhydroxide-oplossing langzaam bij L de andere oplossing. Waarnemingen

De indicator kleurt eerst

, omdat de oplossing

voldoende NaOH-oplossing kleurt de oplossing

is. Na het toevoegen van

Besluit

De uitgeademde CO2 loste op in het water en vormde

werd. Nadien werd deze

oplossing geneutraliseerd door het toevoegen

van een

waardoor de oplossing

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

283

OPDRACHT 18 VOORBEELDOEFENING

Schrijf vergelijking van de neutralisatiereactie uit onze demoproef. Dit voorbeeld leert ons dat ook hier dezelfde stappen worden doorlopen: Stap 1: de reactie van het niet-metaaloxide tot zuur: +

CO2

H20

→

H2CO3

— ionisatie gevormde zuur: H2CO3

2 H2O →

Na+ (aq) +

23 (aq)

OH- (aq)

2 H3O+ (aq)

Stap 2: de dissociatie- en ionisatiereacties van de stoffen: H2O — dissociatie hydroxide : NaOH

Stap 3: De essentiële reactie is hier weer alleen de neutralisatie door protonoverdracht:

H3O+

OH-

→

2 H2O

Stap 4: Natriumcarbonaat is een goed oplosbaar zout. We moeten dus geen neerslagreactie als essentiële reactie toevoegen.

Het stappenplan is weer hetzelfde, maar we voegen een extra stap als eerste stap toe, namelijk de reactie

VA N

van een niet-metaaloxide tot een zuur: Stap 5: De stoffenreactie schrijven we als:

CO2

2 NaOH

→

Na2CO3 + H2O

Stap 1: Noteer de reactie van een niet-metaaloxide tot een zuur.

Stap 2: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

Stap 3: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven

tot de zuur-baseneutralisatie. Dit is de essentiële reactievergelijking.

H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare stoffen vormen. We schrijven eventueel een tweede essentiële reactie: de neerslagreactie.

Stap 5: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met water als reactieproduct op.

284

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

OPDRACHT 19

Beantwoord de vragen. Intensief gebruikte akkers worden vaak te basisch (alkalisch). Als remedie strooit men er op zuurreagerende meststoffen op zoals difosforpentaoxide. Dat difosforpentaoxide reageert eerst met het water in de bodem en vervolgens met de aanwezige hydroxiden. a

Allereerst reageert het oxide met water. Volgens welk reactiepatroon zal dit gebeuren? reactiepatroon:

b Geef nu de reactievergelijking tussen difosforpentaoxide en water.

reactievergelijking:

Noteer nu de ionisatievergelijking van dit eindproduct; alsook de dissociatievergelijking van kaliumhydroxide (een veelvoorkomend hydroxide in bemeste bodems).

— ionisatievergelijking:

— dissociatievergelijking:

d Geef de essentiële reactievergelijking van deze reactie.

Is de reactie tussen H3PO4 en KOH ook een neerslagreactie? Motiveer je antwoord.

VA N

ER:

Geef de stoffenreactievergelijking van deze reactie. SR:

Bij het oplossen van een niet-metaaloxide in water ontstaat een zure oplossing. Die oplossing kan geneutraliseerd worden met een base-oplossing. Algemeen reactiepatroon: NIET-METAALOXIDE

BASE

→

ZOUT

WATER

nMO

MOH

→

H2O

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

285

Protonenoverdracht met gasontwikkelingsreactie

Protonenoverdracht moet niet altijd tussen een zuur en een base gebeuren. Soms kan een proton van een zuur overgedragen worden op een ander ion. Als daarbij dan een nieuw zuur gevormd wordt dat instabiel is, dan ontstaat er een gas. Van 2 zuren weten we dat ze instabiel zijn en automatisch ontbinden in een

gas:

— waterstofcarbonaat (koolzuur):

H2CO3 → H2O + CO2 ↑

— waterstofsulfiet (zwavelig zuur): H2SO3 → H2O + SO2↑

Een derde zuur is altijd gasvormig bij kamertemperatuur: — waterstofsulfide: H2S↑

→ H2S, CO2 en SO2 zijn gasvormig (aangeduid met ↑). We spreken dan ook over een protonenoverdracht met gasontwikkeling.

VA N

OPDRACHT 20 VOORBEELDOEFENING

Tijdens het labo in opdracht 8 in hoofdstuk 1 met de druppelchemie ontstonden er gasbelletjes bij enkele van de proeven. Dat was bijvoorbeeld het geval na het samenvoegen van een kaliumcarbonaatoplossing met zoutzuur. We gaan verder met die reactie als voorbeeld. Stap 1:

Kaliumcarbonaat zal in de oplossing als goed oplosbaar zout volledig dissociëren: H2O + 2 K+ (aq) — dissociatie: K2CO3

CO32- (aq)

Het zuur HCl zal ioniseren in een oplossing: — ionisatie:

HCl

H2O

→

Cl- (aq)

H3O+ (aq)

Nu volgen we een extra stap 2: Bij het samenvoegen van deze twee oplossingen worden H+-ionen van de hydroxoniumionen naar het carbonaation overgedragen (2de protonoverdracht), waardoor er koolzuur

gevormd wordt:

2 H3O+

CO3 2- →

H2CO3

2 H2O

Het instabiel zuur koolzuur ontbindt vervolgens door vorming van een CO2-gas: H2CO3

→

H2O

CO2 ↑

Stap 3:

De kaliumionen en chloride-ionen blijven in de oplossing want zij vormen een goed oplosbaar zout. De stoffenreactievergelijking wordt dan: K2CO3

2 HCl →

2 KCl

H2O

CO2 ↑

Hetzelfde reactiemechanisme zorgde voor gasvorming in het experiment met natriumsulfiet en HCl, want ook hier werd een instabiel zuur gevormd (H2SO3) dat spontaan ontbindt door vorming van een gas.

286

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

We kunnen het stappenplan dus als volgt herschrijven:

STAP 1: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

STAP 2: Als er na stap 1 carbonaationen (CO3 2-), sulfietionen (SO3 2-) of sulfide-ionen (S2-) zijn gevormd, dan noteren we de

protonenoverdracht van het hydroxoniumion met vorming van

het nieuwe zuur en de eventuele ontbinding van dat zuur.

STAP 3: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met de reactieproducten na de eventuele ontbinding van de gevormde instabiele zuren op (en aanduiding van het gevormde gas).

VA N

Als een zuur reageert met een zout dat een sulfide-ion (S2-), carbonaation (CO3 2-), of sulfietion (SO32-) bevat, dan zal dat leiden tot de vorming van

het gasvormige waterstofsulfide of instabiele nieuwe zuren. Dit kan

koolzuur of zwavelig zuur zijn gevormd door een protonenoverdracht. Die zuren ontbinden door de vorming van gassen. We spreken daarom over gasontwikkelingsreacties. H2CO3 → H2O + CO2 ↑

H2SO3 → H2O + SO2 ↑

H2S ↑

Mogelijkheden: carbonaat

sulfiet

+ zuur 1 → zout 2 + zuur 2 ↑

sulfide

(zuur 2 is steeds onstabiel of een gas)

Modelvoorstelling

A+ B-

H+

→

HB↑

D-

A+ D-

` Maak oefening 3 t/m 6 op p. 308-310.

Opmerking: Er bestaan nog reacties waarbij gas wordt gevormd. Zo reageert een stukje magnesiumlint met zuur en vormt dat een gas. Dat reactiemechanisme behandelen we in hoofdstuk 4.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

287

WEETJE Kalkaanslag (CaCO3) kan worden

verwijderd met azijnzuur

(CH3COOH). Het toegevoegde azijnzuur draagt een proton over en reageert zo met de aanwezige kalkaanslag, waarbij een oplosbaar zout, water en CO2 worden gevormd:

Afb. 138 Kalkaanslag op douchekop

CaCO3 + 2 CH3COOH →

Ca(CH3COO-)2 + H2O + CO2↑

Spoel wel altijd grondig na met water! Door gebruik te maken van die reactie kunnen we bijvoorbeeld de douchekop, de waterkoker, het koffiezetapparaat en meer ontkalken zodat het water weer vlotjes doorloopt.

VA N

OPDRACHT 21

Wat gebeurt er als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) giet op ijzersulfide? a

Noteer de reactievergelijkingen volgens het stappenplan.

STAP 1 Noteer de ionisatievergelijking van salpeterzuur en de dissociatievergelijking van ijzer(II)sulfide. — ionisatievergelijking salpeterzuur:

— dissociatievergelijking ijzersulfide:

STAP 2 Geef de essentiële reactievergelijking en de eventuele ontbinding van het nieuwe zuur. ER:

STAP 3 Geef de stoffenreactievergelijking van deze reactie.

SR:

b Wat kun je besluiten als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) op ijzersulfide giet?

288

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

HOOFDSTUK 4

Elektronenoverdrachtsreacties of redoxreacties LEERDOELEN

L de ionlading van elementen bepalen. Je leert nu: L het begrip oxidatiegetal; L een eenvoudige redoxreactie ontleden en de begrippen oxidator, reductor, oxidatie, reductie en elektronenoverdracht hierbij gebruiken; L een eenvoudige redoxreactievergelijking tussen enkelvoudige stoffen opstellen.

Je kunt al:

Je hebt de ionuitwisselingsreacties en

protonenoverdrachtsreacties van naderbij

bekeken: neerslagreacties en neutralisatiereacties hebben geen geheimen meer voor jou. Maar er

bestaan ook nog elektronenoverdrachtsreacties of

redoxreacties: reacties waarbij letterlijk elektronen

VA N

worden overgedragen.

Definitie oxidatie en reductie

We kunnen oxidatie simpelweg definiëren als een proces waarin elementen zich verbinden met zuurstof en reductie als een proces waarin zuurstof wordt onttrokken aan een oxide. Maar is het wel zo eenvoudig? Zouden er ook oxidatie- en reductiereacties bestaan waarin zuurstof geen rol speelt? Om die vraag te kunnen beantwoorden, bestuderen we eerst de verbrandingsreacties opnieuw.

OPDRACHT 22 DEMO

Koper verbranden Werkwijze

Je leerkracht houdt een stukje rood koper in de vlam van een bunsenbrander. Waarnemingen

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

289

OPDRACHT 23 1

Schrijf de reactievergelijking voor de verbanding van koper tot koper(I)oxide.

Noteer de ladingen van de atomen voor en na de reactie:

lading koper lading zuurstof

CuO

Merk op dat zowel koper als zuurstof nu geladen ionen geworden zijn. Het

koperion is na de reactie positief geladen en heeft dus elektronen afgestaan. Het oxide-ion is negatief geladen en heeft dus elektronen opgenomen. Er

is dus een overdracht geweest van elektronen. We spreken daarom van een elektronenoverdrachtsreactie.

Koperatomen werden dus omgezet in Cu2+-ionen door het afstaan van

VA N

elektronen: ze werden geoxideerd. Oxidatie in haar elementaire betekenis (opnemen van zuurstof) houdt dus eigenlijk de afgifte van elektronen in. Het deeltje dat de elektronen afstaat, noemen we de reductor. In deze reactie is kopermetaal de reductor:

Cu –2 e- → Cu2+

Zuurstofatomen werden omgezet in oxide-ionen door de opname van elektronen: ze werden gereduceerd. Het deeltje dat de elektronen opneemt, noemen we de oxidator. In deze reactie is zuurstof de oxidator: O2 + 4 e- → 2 O2-

Oxidatie en reductie zullen steeds tegelijkertijd moeten plaatsvinden: als een element elektronen kwijt wil, dan moet er ook een element zijn dat de elektronen wil ontvangen. Omdat de reductie en oxidatie altijd samen gebeuren, spreken we ook wel over redoxreacties. Bij de oxidatie van koper door zuurstofgas staat de reductor (Cu) de

elektronen af aan de oxidator (O2). De afzonderlijke oxidatie en reductie noemen we halfreacties of deelreacties. Voor de verbranding van koper zijn dit: — oxidatie: Cu - 2 e- → Cu2+

— reductie: O2 + 4 e- → 2 O2-

Bij een redoxreactie is het aantal elektronen dat wordt afgestaan tijdens de oxidatie, altijd gelijk aan het aantal elektronen dat wordt opgenomen tijdens de reductie. Bij de verbranding van koper staan 2 koperatomen in totaal 4 elektronen af aan de 2 zuurstofatomen van de zuurstofgasmolecule. We kunnen het volledige proces voorstellen in een schema (zie afb. 150). De twee halfreacties worden dan aangeduid door middel van twee pijlen.

290

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

Bij elke halfreactie wordt weergegeven hoeveel elektronen er worden opgenomen of afgegeven. Indien nodig wordt dit aantal vermenigvuldigd met het aantal atomen dat in de respectievelijke deelreactie geoxideerd of gereduceerd wordt. 2x omdat 2 zuurstofatomen

per zuurstofatoom worden

worden gereduceerd

2 elektronen opgenomen reductie van zuurstof

reductor

2 Cu

2 ∙ (+ 2 e-) +

2 CuO

oxidator

2 ∙ (- 2 e-)

oxidatie van koper

per koperatoom worden

worden geoxideerd

2 elektronen afgestaan

VA N

2x omdat 2 koperatomen Afb. 139 De oxidatie van koper door zuurstofgas

Opmerkingen:

Hoewel we spreken over oxidatie, is het absoluut niet noodzakelijk dat er zuurstof in de reactie voorkomt. Omdat we de definitie van oxidatie ruimer omschrijven als ‘het afstaan van elektronen’, kan dat evengoed met andere elementen.

OPDRACHT 24

Vul aan. a

IJzer reageert met zwavel tot ijzer(II)sulfide. Noteer de reactievergelijking:

demovideo: ijzer(II)sulfide

b Noteer de ladingen van de atomen voor en na de reactie: Atomen

Fe S

FeS

Vul de tekst aan.

Lading zwavel

Lading ijzer

Als we de ladingen voor en na de reactie bestuderen, dan merken we dat ijzer

wordt en zwavel

wordt.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

291

d Noteer de halfreacties en vul de tekst aan: — halfreactie ijzer:

IIzer

IJzer is dus de

en wordt dus

— halfreactie zwavel:

Zwavel

Zwavel is dus de

Bij redoxreacties vindt een elektronenoverdracht tussen deeltjes plaats:

— Een deeltje dat elektronen opneemt, wordt gereduceerd. We noemen dit deeltje de oxidator.

— Een deeltje dat elektronen afgeeft, wordt geoxideerd. We noemen dit deeltje de reductor.

VA N

— De redoxreactie is de som van twee halfreacties: de oxidatie en de reductie.

Oxidatiegetallen

Tot nu toe hebben we alleen redoxreacties besproken waarbij de elektronen volledig werden overgedragen van de reductor naar de oxidator. Het is ook niet heel moeilijk om bij ionen de lading terug te vinden en daaruit de oxidatie en reductie af te leiden. Maar ook moleculen kunnen met elkaar reageren en andere moleculen vormen door een elektronenoverdracht of redox. Omdat de stoffen hier geen geladen ionen bevatten, moeten we een extra hulpmiddel hebben om te weten te komen wie eigenlijk de reductor en wie de oxidator is. Daarom werd het begrip oxidatiegetal (OG) bedacht. Soms worden ook de termen oxidatietrap (OT) of oxidatiegraad gebruikt.

Het oxidatiegetal (OG) van een gebonden atoom is het aantal elektronen dat het atoom meer (negatief oxidatiegetal) of minder (positief oxidatiegetal) bezit dan het ongebonden atoom. Om te bepalen hoeveel elektronen een atoom ‘bezit’, kun je de volgende 3 regels toepassen: 1

Niet-bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom waartoe ze behoren.

Bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom met de grootste elektronegativiteit.

Bindende elektronenparen tussen twee atomen met dezelfde elektronegativiteit worden verdeeld over de twee atomen.

292

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

Het oxidatiegetal wordt voorgesteld door een Romeins cijfer voorafgegaan door een teken: —

Het teken geeft weer of het atoom minder (+) of meer (-) elektronen krijgt toegewezen dan in ongebonden toestand.

— Het cijfer geeft weer hoeveel elektronen het atoom minder of meer heeft in vergelijking met zijn ongebonden toestand.

OPDRACHT 25 VOORBEELDOEFENING

— waterstofchloride (HCl)

H CI

EN(H) = 2,1

EN(Cl) = 3,0

Bepaal het oxidatiegetal van de volgende elementen.

Volgens de bovenstaande regels bevat het chlooratoom in waterstofchloride: — 3 niet-bindende elektronenparen, dus 6 elektronen;

— 1 bindend elektronenpaar, want EN (Cl) > EN (H), dus 2 elektronen. In totaal zijn dat dus 8 elektronen die we bij chloor rekenen.

VA N

In niet-gebonden toestand bevat een chlooratoom 7 valentie-elektronen. In waterstofchloride beschikt het over 8 elektronen: het oxidatiegetal is –I.

In niet-gebonden toestand beschikt een waterstofatoom over 1 valentie-elektron In waterstofchloride krijgt het geen elektronen toebedeeld: het oxidatiegetal van H is +I. TIP

Merk op dat het oxidatiegetal van atomen in enkelvoudige stoffen altijd 0 is. Er is geen verschil in elektronegativiteit tussen de bindende atomen.

— een molecule koolzuur (H2CO3)

2 δ-

4 δ+

2 δ-

EN(O) > EN(C) > EN(H)

δ+

— C: In deze molecule krijgt C geen elektronen meer toegewezen. In ongebonden toestand heeft C 4 elektronen: OG = +IV

— O (blauw): In deze molecule krijgen de blauwe O-atomen telkens 8 elektronen toegewezen. In ongebonden toestand heeft O 6 elektronen: OG = -II

— O (groen): In deze molecule zijn er 8 elektronen. In ongebonden toestand zijn er 6 elektronen: OG = -II — H: In deze molecule zijn er 0 elektronen. In ongebonden toestand is er 1 elektron: OG = +I

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

293

Als we de som nemen van de oxidatiegetallen van elk atoom, dan valt er meteen iets op: 2 ∙ OG(H) + 3 ∙ OG(O) + OG(C) = 0 2 ∙ (+I) + 3 ∙ (-II) + (+IV) = 0 De som van de oxidatiegetallen in een molecule is altijd 0! — het ammoniumion (NH4+)

H EN (N) > EN (H)

— H krijgt in dit ion 0 elektronen toegewezen. In ongebonden toestand heeft H 1 elektron: OG = +I

— N krijgt in dit ion 8 elektronen toegewezen. In ongebonden toestand heeft N 5 elektronen:

VA N

OG = -III

Als we nu de som nemen van de oxidatiegetallen van elk atoom, dan stellen we vast dat die som gelijk is aan

de lading van het ion: 4 ∙ (+I) + 1 . (-III) = +1

De som van de oxidatiegetallen van de atomen in een ion is gelijk aan de lading van het ion.

We hebben bij het bepalen van het oxidatiegetal gebruikgemaakt van de lewisstructuur. Meestal is dit niet nodig en volstaat het om deze 4 vuistregels toe te passen: 1

In samengestelde deeltjes is het oxidatiegetal van: — een atoom uit groep 1 (Ia) (bv. Li, Na, K) altijd +I;

— een atoom uit groep 2 (IIa) (bv. Mg, Ca, Ba) altijd +II;

— een H-atoom meestal +I;

— een O-atoom meestal –II (behalve in peroxiden).

In een neutraal of ongeladen atoom en in enkelvoudige stoffen is het oxidatiegetal van het atoom gelijk aan 0.

— bv. He, O2, Zn … : OG = 0

Bij een monoatomisch ion is het oxidatiegetal gelijk aan de lading van het ion. — bv. S2-: OG = - II, Al3+: OG = +III

294

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

In alle andere gevallen is de som van de oxidatiegetallen van alle atomen gelijk aan de lading van het ion of gelijk aan 0 bij een molecule. — bv.

H2O: Σ OG = 2 OG (H) + OG (O) = 2 · (+I) + 1 · (-II) = 0

NO3-: Σ OG = OG (N) + 3 OG (O) = (+V) + 3 · (-II) = -1

De kennis van oxidatiegetallen levert een groot voordeel op: als je voor een deeltje het oxidatiegetal van alle atomen uitgezonderd één kent en je kent de lading van het deeltje, dan kun je dus het ontbrekende oxidatiegetal

OPDRACHT 26 VOORBEELDOEFENING

berekenen.

Bereken het ontbrekende oxidatiegetal van zwavelzuur (H2SO4).

In H2SO4 is het OG van H +I en dat van O –II. De som van de oxidatiegetallen Σ OG= 0. Het OG van S kun je dan

als volgt berekenen: 2 · OG (H)

OG (S)

4 · OG (O)

of 2 · (+I)

(x)

4 · (-II)

= 0,

VA N

waaruit volgt dat x = 6 en dus OG (S) = +VI

OPDRACHT 27

Bepaal het oxidatiegetal van alle elementen in de volgende reactievergelijkingen: 2 Fe + O2 + 2 H2O 2 Fe(OH)2

OG:

CaCl2 + Na2CO3 2 NaCl + CaCO3

OG:

OPDRACHT 28

Bepaal het oxidatiegetal van stikstof in HNO2.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

295

WEETJE Waterstofperoxide (H2O2) is een verbinding tussen twee zuurstofatomen en twee waterstofatomen, met als structuurformule:

H O O H Het is een van de zeldzame stoffen waar zuurstof niet het OG -II heeft maar -I De binding tussen de twee zuurstofatomen, de zogenaamde peroxidebinding, is erg reactief. Waterstofperoxide wordt o.a. gebruikt als ontsmettingsmiddel. Het zuurstofwater dat je bij de apotheker kunt kopen en gebruikt om wonden te ontsmetten is bijvoorbeeld

een oplossing van 3 % H2O2 in water. De stof wordt ook gebruikt voor de ontsmetting van drinkwater en als bleekmiddel, bijvoorbeeld bij

het bleken van stoffen, tanden, beenderen en haar. De ontsmettende

Afb. 140 Waterstofperoxide wordt gebruikt bij het bleken van tanden.

en blekende eigenschappen zijn toe te schrijven aan het feit dat

waterstofperoxide in staat is om veel andere stoffen te oxideren.

— Het oxidatiegetal van een gebonden atoom geeft weer hoeveel

VA N

elektronen een atoom meer (negatief oxidatiegetal) of minder (positief oxidatiegetal) bezit dan het ongebonden atoom.

— Het oxidatiegetal wordt voorgesteld door een Romeins cijfer, voorafgegaan door een plus- of minteken.

— Om te bepalen hoeveel elektronen een atoom ‘bezit’, kun je de volgende 3 regels toepassen: 1

Niet-bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom

Bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom met

Bindende elektronenparen tussen twee atomen met dezelfde

waartoe ze behoren.

de grootste Elektronegativiteit.

elektronegativiteit worden verdeeld over de twee atomen.

Het is niet nodig om de lewisstructuur te kennen of te tekenen om de oxidatiegetallen te bepalen:

— Bij moleculen en ionaire verbindingen is de som van alle oxidatiegetallen

gelijk aan nul.

— Bij enkelvoudige stoffen is het oxidatiegetal van alle atomen gelijk aan nul.

— Bij monoatomische ionen is het oxidatiegetal van het atoom gelijk aan de lading van het ion.

— Bij polyatomische ionen is de som van alle oxidatiegetallen gelijk aan de lading van het ion.

` Maak oefening 7 op p. 311.

296

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

Bepalen van de oxidator en reductor

OPDRACHT 29

Vul aan. Door koper(II)oxide te verhitten in aanwezigheid van houtskool ontstaan koper en koolstofdioxide. a

Noteer de reactievergelijking:

na reactie

voor reactie Cu O C c

b Het oxidatiegetal van de atomen voor en na de reactie wordt dan (vul de tabel aan):

Uit de tabel kun je afleiden dat: — het oxidatiegetal van C

VA N

: we zeggen dat C wordt ;

— het oxidatiegetal van Cu

— het oxidatiegetal van O

: we zeggen dat Cu wordt ;

We stellen dit schematisch voor als volgt:

oxidatie van koolstof

+II-II 2 CuO

WEETJE

oxidatiegetal wordt in een redoxreactie weleens een

spectatorelement of een tribune-element genoemd.

0 C

→

0 2 Cu

+IV-II CO2

2 ∙ (+ 2 e-)

reductie van koper

Een atoom dat

niet verandert van

- 4 e-)

We breiden de definitie van redoxreacties uit tot reacties waarbij het oxidatiegetal van sommige atomen verandert:

— De oxidator is het deeltje dat een ander deeltje oxideert. De oxidator bevat het atoom waarvan het OG daalt tijdens de reactie.

— De reductor is het deeltje dat een ander deeltje reduceert. De reductor bevat het atoom waarvan het OG stijgt tijdens de reactie.

In ons voorbeeld treedt koper(II)oxide op als oxidator en koolstof als reductor.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

297

OPDRACHT 30

Stel de volgende reactie voor in een schema. De reactie tussen zinkmetaal en zoutzuur zorgt voor de vorming van waterstofgas en zinkchloride. Ga stapsgewijs te werk: Noteer de reactie.

Noteer het oxidatiegetal van alle elementen.

Duid aan: oxidator, oxidatie, reductor, reductie.

Noteer het aantal elektronen dat wordt overgedragen (zoals weergegeven in het voorbeeld hierboven).

VA N

Merk op dat bij deze redoxreactie na elektronenoverdracht een gas ontstaat: waterstofgas. Zoals we al opmerkten in het vorige hoofdstuk, kun je sommige gasontwikkelingsreacties ook onder redoxreacties classificeren.

OPDRACHT 31

Stel de elektrolyse van water voor in een schema.

Ook bij de elektrolyse van water worden twee gassen gevormd via redox: waterstofgas en zuurstofgas.

Noteer de reactie.

Noteer het oxidatiegetal van alle elementen.

Duid aan: oxidator, oxidatie, reductor, reductie.

Noteer het aantal elektronen dat wordt overgedragen (zoals weergegeven in het

voorbeeld hierboven).

298

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

video: elektrolyse van water

WEETJE Reddingsvesten zijn vaak uitgerust met een lampje. Bij bepaalde uitvoeringen is dat lampje via stroomdraadjes verbonden met een magnesiumstrip en een koperstrip. Op de koperstrip is een dun laagje vast koper(I)chloride aangebracht. Koper(I)chloride is slecht oplosbaar in water. Zodra zo’n reddingsvest in het water belandt, gaat het lampje branden. De Cu+-ionen worden omgezet in kopermetaal via de onderstaande redoxreactie. Daardoor wordt er kopermetaal afgezet op de koperstrip en verdwijnt de koper(I)chloridelaag. De

SR: Mg + 2 CuCl → MgCl2 + 2 Cu

elektronenoverdracht (en dus elektrische stroom) wordt hierdoor verzekerd.

Aangezien zowel CuCl als MgCl2 volledig dissociëren in water, kan deze reactie ook met behulp van de

ionenreactievergelijking genoteerd worden:

IR: Mg + 2 Cu+ + 2 Cl- → Mg2+ + 2 Cl- + 2 Cu

We controleren nu even of deze reactie eveneens een redoxreactie is. We vermelden Cl- niet omdat het OG voor dit deeltje gelijk blijft Mg + 2 Cu+ → Mg2+ + 2 Cu

OG:

VA N

Reactie:

+II

Het OG van Cu daalt van +I (in Cu+) naar 0 (in Cu). Cu+ wordt gereduceerd en dus is Cu+ zelf de oxidator. Het OG van Mg stijgt van 0 (in Mg) naar +II (in Mg2+). Magnesium wordt geoxideerd en dus is magnesiummetaal de

reductor.

Wanneer we deze veranderingen in OG bekijken, lijkt het zo dat er een verschillend aantal elektronen reageert. Als je de volledige reactie bekijkt en rekening houdt met de voorgetallen voor de elementen, worden er wel degelijk 2 elektronen afgegeven door magnesium, die dan alle 2 worden opgenomen door de Cu+-ionen. Met andere woorden: ook hier worden evenveel elektronen afgegeven door het ene element, als er worden opgenomen door het andere element.

Redoxreacties opstellen

De reactievergelijking is niet altijd gegeven. Maar de voorgetallen kunnen we ook vinden door de elektronenoverdracht goed te bestuderen. Bepaal de voorgetallen door het aantal elektronen bij de oxidatie en reductie in balans te brengen. Om de redoxvergelijking op te stellen, moet je dus eerst de oxidatie- en reductiereactie identificeren. Dat kun je al. Daarna pas je de voorgetallen aan, zodat het totaal aantal afgestane elektronen bij de oxidatie gelijk is aan het totaal aantal opgenomen elektronen bij de reductie.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

299

Het stappenplan voor bij het schrijven van een correcte redoxvergelijking is dan:

Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

Stap 2: Bepaal het oxidatiegetal van de verschillende atomen.

Stap 3: Identificeer de oxidatie- en reductiereactie.

Stap 4: Noteer voor beide deelreacties het aantal elektronen dat

wordt opgenomen of afgestaan, en of dat dan oxidatie of reductie is en pas de voorgetallen aan in de reactievergelijking, zodat het

VA N

elektronentransport in evenwicht is.

Stap 5: Duid de oxidator en de reductor aan.

OPDRACHT 32 VOORBEELDOEFENING

Schrijf de redoxvergelijking.

Koper(II)oxide reageert met magnesium, met vorming van kopermetaal en magnesiumoxide. We volgen het stappenplan:

Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

CuO

→

MgO

Stap 2: Schrijf het oxidatiegetal van alle atomen. +II -II

CuO

→

+II -II

MgO

Stap 3: Identificeer de oxidatie en de reductie in een schema. oxidatie

+II -II

CuO

Mg reductie

300

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

→

+II -II

MgO

Stap 4: Noteer voor beide deelreacties het aantal elektronen dat wordt opgenomen of afgestaan, en of dat dan oxidatie of reductie is. Het totaal aantal afgestane elektronen bij de oxidatie moet gelijk zijn aan het totaal aantal opgenomen elektronen bij de reductie. Als dit niet klopt, moet je de voorgetallen aanpassen. oxidatie: oxidatiegetal +2 - 2 e+II -II

CuO

→

+II -II

MgO

+ 2 ereductie: oxidatiegetal -2 Stap 5: Duid de oxidator en reductor aan.

oxidatie: oxidatiegetal +2 - 2 e-

+II -II

CuO

oxidator

reductor

→

+II -II

MgO

VA N

+ 2 e-

reductie: oxidatiegetal -2

OPDRACHT 33

Schrijf de redoxvergelijking.

Aluminiummetaal reageert met ijzer(III)oxide, met vorming van ijzermetaal en aluminiumoxide. Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

Stap 2: Schrijf het oxidatiegetal bij alle atomen.

Stap 3: Identificeer de oxidatie en de reductie.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

301

Stap 4: Bij elke deelreactie noteren we het aantal elektronen dat wordt opgenomen of afgestaan.

VA N

Stap 5: Duid de oxidator en de reductor aan.

Een redoxreactie is een reactie waarbij het oxidatiegetal van sommige atomen verandert:

— Bij oxidatie staat een atoom elektronen af. Hierdoor stijgt het oxidatie-

getal van dit atoom. De reductor bevat het atoom of de atomen waarvan het oxidatiegetal toeneemt.

— Bij reductie neemt een atoom elektronen op. Hierdoor daalt het oxidatiegetal van dit atoom. De oxidator bevat het atoom of de atomen waarvan het oxidatiegetal afneemt.

Bij het opstellen van een redoxvergelijking ga je als volgt te werk: STAP 1

Schrijf de formules van de reagentia en de reactieproducten op.

STAP 2

Bepaal het oxidatiegetal van de verschillende atomen in de

STAP 3

Identificeer de oxidatie- en reductiereactie.

stoffen. STAP 4

Duid de elektronenoverdracht aan en pas de voorgetallen in de

reactievergelijking aan, zodat het elektronentransport bij de

oxidatie en reductie in evenwicht is.

STAP 5

Duid de oxidator en de reductor aan.

` Maak oefening 8 en 9 op p. 312-313.

302

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 4

THEMASYNTHESE

ZOUTEN: kennisclip

— Ze lossen niet allemaal even goed op in water: Goed oplosbare zouten

Slecht oplosbare zouten

Matig oplosbare zouten

oplosbaarheid bij kamertemperatuur oplosbaarheid bij

oplosbaarheid bij kamertemperatuur

> 1 g per 100 mL oplosmiddel

< 0,1 g per 100 mL oplosmiddel

kamertemperatuur tussen 0,1 g en 1 g per 100 mL oplosmiddel

— zie oplosbaarheidstabel op p. 269

3 REACTIEMECHANISMEN: 1

Ionuitwisselingsreacties — Er kan 1 of meer neerslag ontstaan, aangeduid met ↓

— Een oplossing waarin het maximum aan opgeloste stof aanwezig is, noemen we verzadigd.

1 neerslag

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ oplosbaar zout 4 +

→

A+

C+

→

AD↓ + CB

VA N

B-

D-

C+

B-

AD↓

Meer neerslag

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ onoplosbaar zout 4↓ AB

→

A+

C+

→

D-

CB↓ AD↓

B-

AD↓ + CB↓

— voor het opstellen van ionuitwisselingsreactie: zie stappenplan op p. 273

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

THEMASYNTHESE

303

THEMASYNTHESE 2

Protonenoverdrachtsreacties — 2 reactiesoorten:

Gasontwikkelingsreacties

Neutralisatiereacties

zuur

base

→ zout

water

zuur 1 + zout 1 → zuur 2 + zout 2

zuur

→ zout

water

NMO

base

→ zout

water

Als het eerste zout S2-, SO32- of CO32- bevat, dan zal het

gevormde nieuwe zuur gasvormig zijn of ontbinden met vorming van een gas. Gas wordt aangeduid met ↑

Elektronenoverdrachtsreacties

— Het oxidatiegetal van de elementen wijzigt bij: Reductie

een chemisch proces waarbij in een stof of deeltje het OG van een element daalt door het opnemen

— voor het opstellen van neutralisatiereacties: zie stappenplan op p. 279

Oxidatie

een chemisch proces waarbij in een stof of deeltje

het OG van een element stijgt door het afstaan van

van elektronen

elektronen

VA N

Reductor

stof of deeltje waarin een element in OG stijgt

stof of deeltje waarin een element in OG daalt

stof of deeltje dat geoxideerd wordt

stof of deeltje dat gereduceerd wordt

— Voor het opstellen van een redoxreactievergelijking: zie stappenplan op p. 300

304

Oxidator

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis Ik kan de volgende begrippen uitleggen: — ionuitwisselingsreactie — neerslagreactie

— oplosbaarheid in water

— protonenoverdrachtsreactie — neutralisatiereactie

— gasontwikkelingsreactie

— elektronenoverdrachtsreactie

— redoxreactie

— oxidatiegetal

— oxidator, reductor, oxidatie, reductie, elektronenbalans

— stoffenreactievergelijking met essentiële reactievergelijking

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan het oxidatiegetal van elementen in enkelvoudige stoffen en verbindingen bepalen.

— Ik kan ionuitwisselingsreacties onderscheiden van redoxreacties op basis van

VA N

oxidatiegetallen.

— Ik kan ionuitwisselingsreacties classificeren als neerslagreactie.

— Ik kan een protonenoverdrachtsreactie omschrijven als een gasontwikkelingsreactie of neutralisatiereactie op basis van waarnemingen of reactievergelijkingen.

— Ik kan gebruik maken van de oplosbaarheidstabel om te voorspellen of stoffen oplossen in water.

— Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van neerslagreacties schrijven.

— Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van gasontwikkelingsreacties schrijven.

— Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van neutralisatiereacties schrijven.

— Ik kan het oxidatiegetal van elk element in een verbinding bepalen.

— Ik kan redoxreacties ontleden en de begrippen oxidator, reductor, oxidatie, reductie en aantal overgedragen elektronen aanduiden in de reactie.

— Ik kan eenvoudige redoxreacties volgens stappenplan opstellen en aanvullen.

` Je kunt deze checklist ook op

invullen bij je Portfolio.

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

CHECKLIST

305

CHECK IT OUT

Chemie is overal! Water dat rijk is aan oplosbare calciumen magnesiumzouten, en dus veel Ca2+- en Mg2+-ionen bevat, noemt men hard water. Linnen dat gespoeld wordt in hard water, voelt na het drogen ruw aan. Weefsels die behandeld worden met water dat arm is aan deze ionen, zijn zacht. Zeep, het hoofdbestanddeel van waspoeders, is een natrium- of kaliumzout waarbij de zuurrest van een organisch zuur afkomstig is. In aanwezigheid van hard water (en dus veel calciumen magnesiumionen) gaat deze organische zuurrest reageren met de

calciumen/of magnesiumionen. De gevormde organische calciumen magnesiumzouten zijn onoplosbaar in water. Ze vormen een

neerslag die zich vasthecht aan het wasgoed zodat er veel zeep nodig is om schuimvorming te krijgen. Hoe harder het water, hoe meer waspoeder je nodig hebt om een goede reiniging te krijgen.

Hoe kun je het water nu verzachten? Je kunt dat op 2 manieren doen: 1

ofwel installeer je een waterverzachter (of waterontharder), die het binnenkomende water ‘zuivert’ van calciumen magnesiumionen;

ofwel gebruik je een wasverzachter die – terwijl je de was doet – de calciumen magnesiumionen chemisch bindt

VA N

zodat ze niet reageren met de zeep en verhindert dat er een calciumen magnesiumneerslag ontstaat.

Een gelijkaardige reactie treedt op in je koffiezetapparaat: kalk in je apparaat is immers niets anders dan het neerslaan van CaCO3 uit het water. Kalk in toestellen kan worden verwijderd door toevoeging van een zuur.

Waterstofchloride of zoutzuur (HCl) wordt gebruikt voor het ontkalken van sanitaire installaties zoals in WC-reiniger. Voor de meeste huishoudelijke toestellen (zoals je koffiezet) gebruikt men een oplossing van huishoudazijn met 8 % azijnzuur (CH3COOH). Vul de reactievergelijkingen aan.

— dissociatievergelijking calciumcarbonaat (ook al lost dat zeer slecht op): — ionisatievergelijking waterstofchloride: — essentiële reactievergelijking: — stoffenreactievergelijking:

Hard water ontstaat dus door de vorming van CaCO3 dat slecht oplost in water. Dat is een voorbeeld van een

neerslagreactie. Om die neerslag te verwijderen uit je koffiezetapparaat, laat je de aanslag reageren met een zuur waardoor CO2-gas gevormd wordt: een voorbeeld van een gasontwikkelingsreactie. Zoals je in dit thema zag, zijn

beide reacties voorbeelden van ionuitwisselingsreacties.

We kunnen chemische reacties onderverdelen in ionuitwisselingsreacties (neerslagreactie), elektronenoverdrachtsreacties (redox), protonenoverdrachtsreacties (neutralisatie en gasontwikkeling). Die reacties leerden we op meerdere manieren noteren: via de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking.

306

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

Zijn de volgende stoffen goed of slecht oplosbaar in water? Noteer de naam of de formule en gebruik je oplosbaarheidstabel. Naam

BaSO4

magnesiumbromide

b zilvernitraat c

kaliumfosfaat

ammoniumsulfaat

Goed of slecht oplosbaar?

HgI2

Formule

Vervolledig de volgende neerslagreacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking. a

Fe(NO3)3 + KOH

VA N

b CaCl2 + Na3PO4

CuSO4 + (NH4)2S

d KBr + AgNO3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

307

Na3PO4 + MgSO4

Vervolledig de volgende neutralisatiereacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële

reactievergelijking. HNO3 + KOH

b H3PO4 + LiOH

VA N

NH4OH + H2S

d NaOH + H2SO4

KOH + HBr

308

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

Vervolledig de volgende gasontwikkelingsreacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking. a

Na2CO3 + HCl

H3PO4 + K2CO3

b MgS + HNO3

VA N

d ZnCO3 + HNO3

Geef aan welke soort ionuitwisselingsreactie(s) optreedt. Geef hiervoor eerst de ionisatie/ dissociatievergelijking van beide stoffen; de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking(en).

BaCl2 + Na2CO3

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

309

b Co(NO3)2 + MgS

HCl + Na2CO3

HCl + H20

d CaCl2 + H2SO4

VA N

HNO3 + NH4OH

In het labo van een groot bedrijf is van enkele recipiënten het etiket van de fles gevallen. De etiketten liggen allemaal op de grond dus je kan nog wel lezen welke zouten ze bevatten.

Stap 1: Geef de chemische formules van de gekende zouten. a

koper(II)sulfaat =

b bariumhydroxide = c

magnesiumnitraat =

d natriumcarbonaat =

Stap 2: Combineer de 4 al gekende zouten met de 3 extra stoffen in onderstaande tabel. a

Noteer in de tabel of er een gasontwikkelingsreactie (↑), neerslagreactie (↓) of neutralisatiereactie (H2O-vorming: reactie tussen zuur en base) optreedt. Treedt er geen reactie op, dan noteer je /.

310

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

b Noteer ook welke stof gevormd wordt. Ca(OH)2 CuSO4 Ba(OH)2 Mg(NO3)2 Na2CO3

HBr

K2CO3

Stap 3: Kun je nu met 100 % zekerheid besluiten welke stof in welke fles zit? Leg uit.

VA N

Bepaal het OG van elk element in de volgende stoffen: a

zuurstofgas O2

b ijzermetaal Fe

koolstofdioxide CO2

d koolstofmonoxide CO

carbonaation CO32-

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

311

calciumjodide CaI2

kaliumfosfaat K3PO4

zwaveltrioxide SO3

N in HNO3

VA N

P in PO43-

Zijn deze reacties een redoxreactie of niet? Leg uit. Controleer de oxidatiegetallen! a

SO3 + H2O → H2SO4

b Cl2 + H2S → 2 HCl + S

NaOH + HCl → H2O + NaCl

d 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2

H2CO3 → H2O + CO2

2 H2 + O2 → 2 H2O

312

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

H+ + OH- → H2O

2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2

Geef voor volgende redoxreacties de halfreacties en de totale reactie. Stel de reactie schematisch voor.

Duid in je schema de oxidator en de reductor aan. synthese van zilveroxide uit zilver en zuurstofgas

VA N

b verbranding van magnesium

synthese van koper(II)jodide uit de enkelvoudige stoffen

` Meer oefenen? Ga naar

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

AAN DE SLAG

313

Notities

VA N

314

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

Notities

VA N

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05

315

Notities

VA N

316

GENIE Chemie GO! 4.2 THEMA 05