GENIE Chemie KathOndvla - Leerschrift 4.1 by VAN IN

Chemie

GENI VA

4.1

LEER SCHRIFT

GENIE

VA N

Chemie

4.1

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.

4.1

VA N

Chemie

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. 33 Fast & Furious © Steve Lagreca / Shutterstock, p. 34 Archeologen © ANDREAS ARNOLD/DPA/AFP / Getty Images, p. 38 Destop © RVillalon / Shutterstock, p. 56 Baking Soda © DW labs Incorporated / Shutterstock, p. 86 Mijngas © Sunshine Seeds / Shutterstock, p. 89 Tankstation © DarSzach / Shutterstock, p. 113 Jupiler © defotoberg / Shutterstock, p. 118 Festival © Christian Bertrand / Shutterstock

Eerste druk 2022 ISBN 978-94-641-7446-5 D/2022/0078/74 Art. 600380/01 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

Het oxidatiegetal

2.1 Het oxidatiegetal gebruiken om een formule te vormen

2.2 Het oxidatiegetal uit een formule berekenen

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

3.1 Van formule naar stofklasse

3.2 Van naam naar stofklasse

1.1 pH-indicatoren

1.2 pH-meter

Buffer

` HOOFDSTUK 6: De zouten

` HOOFDSTUK 2: De oxiden

Wat is een oxide?

De metaaloxiden

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk

oxidatiegetal

Wat is een zout?

Formule en naamvorming

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen 54

Gebruik en toepassingen van zouten

De niet-metaaloxiden

Gebruik en toepassingen van oxiden

` HOOFDSTUK 3: De hydroxiden

Wat is een hydroxide?

Formule- en naamvorming

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

PORTFOLIO CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

OEFEN OP DIDDIT

2.2 Metalen met meerdere mogelijke

oxidatiegetallen

VA N

pH en zuurtegraad van een oplossing

CHECK IN

THEMA 02: ORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

VERKEN

` HOOFDSTUK 1: Organische chemie of koolstofchemie

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen 37

Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

Gebruik en toepassingen van hydroxiden

Notatiemogelijkheden van een organische stof

2.1 Brutoformule

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule

` HOOFDSTUK 4: De zuren

Wat is een zuur?

Binaire zuren

Ternaire zuren

Gebruik en toepassingen van zuren

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur

De stofklassen

Alkanen

1.1 Fysische eigenschappen

1.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

Methaan (CH4)

Ethaan (CH3 - CH3)

Propaan (CH3 - CH2 - CH2 - CH3)

en n-butaan (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3) 2

n-octaan (CH3 - (CH2)6 - CH3)

87 89

Alkenen

2.1. Etheen (CH2 = CH2)

2.2. Propeen (CH3 - CH = CH2)

Alcoholen

3.1 Methanol

3.2 Ethanol

Carbonzuren

4.1 Methaanzuur (H - COOH)

4.2 Ethaanzuur (CH2COOH)

De mol als eenheid en de molaire massa

113

Omrekeningen gram/mol/aantal deeltjes

119

` HOOFDSTUK 3: Stoichiometrische vraagstukken 123 1

De molverhouding

123

Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

125

` HOOFDSTUK 4: Concentratie van een oplossing

129

Wat is een concentratie van een oplossing? 129

Molaire concentratie

131

Oplossingen verdunnen en indampen

133

` HOOFDSTUK 5: Chemisch rekenen met gassen

136

VA N

` HOOFDSTUK 2: De mol en het getal van Avogadro 113

` HOOFDSTUK 2: Belang, voorkomen en toepassingen van organische stofklassen 82

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

100

PORTFOLIO CHECK IT OUT

101

AAN DE SLAG

102

OEFEN OP DIDDIT

136

THEMASYNTHESE

139

CHECKLIST

141

PORTFOLIO CHECK IT OUT

142

AAN DE SLAG

143

THEMA 04: POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

CHECK IN

106

VERKEN

107

Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

OEFEN OP DIDDIT

THEMA 03: CHEMISCH REKENEN

` HOOFDSTUK 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

108

Atoommassa

108

Molecuulmassa

110

Formulemassa

111

CHECK IN

152

VERKEN

153

` HOOFDSTUK 1: Polariteit

154

Het dipoolkarakter van water

154

De elektronegativiteit

156

Polariteit van de binding

158

Polariteit van moleculen

160

Intermoleculaire krachten

163 163

1.1 De londonkracht of Londondispersiekracht

163

1.2 Dipoolkracht

165

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van ionverbindingen

166

Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen

170

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van zuren en ammoniak

173

4.1 Ionisatie van zuren

174

4.2 Ionisatie van ammoniak

176

Zuurtegraad

176

180

CHECKLIST

182

204

2.1 Oplosbaarheid in water: gebruik van de oplosbaarheidstabel

204

2.2 Neerslagreacties opstellen

205

Gasontwikkelingsreacties

207

3.1 Veelvoorkomende gassen in chemische reacties

207

3.2 Gasontwikkelingsreacties opstellen

208

Neutralisatiereacties

210

` HOOFDSTUK 3: Redoxreacties van dichtbij bekeken

214

THEMASYNTHESE

223

CHECKLIST

224

1 2

Redoxreacties ontleden Redoxreacties opstellen

VA N

THEMASYNTHESE

Neerslagreacties

` HOOFDSTUK 2: Oplosbaarheid, geleidbaarheid en zuurtegraad

PORTFOLIO CHECK IT OUT

183

AAN DE SLAG

184

OEFEN OP DIDDIT

214 218

PORTFOLIO CHECK IT OUT

225

AAN DE SLAG

226

OEFEN OP DIDDIT

LABO'S

THEMA 05: CHEMISCHE REACTIESOORTEN

STEM-VADEMECUM (VADEMECUM)

CHECK IN

190

VERKEN

191

` HOOFDSTUK 1: Soorten chemische reacties

193

Ionuitwisselingsreactie versus redoxreactie 193

Classificatie ionuitwisselingsreacties aan de hand van waarnemingen

` HOOFDSTUK 2: Ionuitwisselingsreacties van dichtbij bekeken 1

195

199

Algemene notatie

199

1.1 Visuele weergave

199

1.2 Weergave met behulp van reactievergelijkingen

201

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!

106

GENIE Chemie 4.1 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. Ten slotte 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 4.1 THEMA 03

VERKEN

107

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 GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

113

SYNTHESE EN CHECKLIST We vatten de kern van het thema voor je samen in de themasynthese. Vervolgens willen we graag dat je vorderingen maakt en dat je reflecteert

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> =

A (massagetal) =

het gewogen gemiddelde van alle relatieve

Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

atoommassa’s van de voorkomde isotopen molecuulmassa = de massa van een molecule

(aantal deeltjes)

alle relatieve atoommassa's in de molecule

stofhoeveelheid

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

CHECKLIST

Grootheid

Symbool

stofhoeveelheid

de relatieve massa van een molecule = de som van

(aantal gram) stofhoeveelheid (aantal mol)

Eenheid

deeltjes

mol

stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveelheid van een stof, dat kan in aantal deeltjes, aantal gram JA

of aantal mol.

NOG OEFENEN

Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro

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

constante van Avogadro = een grootheid

atomen.

symbool: NA

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

eenheid:

constante van Avogadro.

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

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

molaire massa = molecuulmassa of

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

formulemassa, aangevuld met de eenheid

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

— Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van

Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

waarin de stoffen reageren Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven.

vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

Volg het stappenplan op p. 128.

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

invullen bij je Portfolio.

een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in

op je taken en leert uit feedback. De checklist is

een hoeveelheid oplosmiddel

— molaire concentratie c =

hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale

c= n V

volume van de oplossing

n= m M delen door molaire massa (g/mol)

aantal gram m

leerdoelen al dan niet onder de knie hebt.

n mol (eenheid: ) V L

oplossingen (c, V)

concentratie = de verhouding opgeloste stof per

een hulpmiddel om zelf zicht te krijgen of je de

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

n=c·V

aantal mol n

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

GENIE Chemie 4.1

STARTEN MET GENIE

deeltjes mol

g mol

molverhouding = de verhouding (in mol)

een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

— Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

— Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en

 Je kunt deze checklist ook op

deeltjes mol

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

2 Onderzoeksvaardigheden

CHECKLIST

141

THEMASYNTHESE

139

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. Die 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:

AAN DE SLAG

Merk je enig visueel verschil tussen de 3 bekomen producten ?

een magneet. Wat kun je waarnemen?

Ag2S:

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

O2:

b S8:

hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren en hoe je de massa van atomen kunt berekenen.

doorheen de lessen.

CHECK IT OUT

H2:

d MgO:

van het thema maakt of

In de keuken kun je hoeveelheden meten of wegen om een gerecht te bereiden, maar voor een

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

MgF2:

d Fe2O3:

de oefeningen op het einde

chemicus is een goede kennis van stoichiometrie onmisbaar. Zo kan die exact bepalen welke

142

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

Bereken de molecuul- of formulemassa van de verbindingen. a

In het onderdeel Aan de slag

Wat kun je daaruit afleiden?

AAN DE SLAG

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

oefenreeksen om de leerstof

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

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 6,00 g zuurstofgas?

verder in te oefenen.

VA N

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

LABO Naam:

ONDERZOEK

klas:

AAN DE SLAG

143

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

Werkwijze

b c

d e f

Redoxreacties opstellen

Onderzoek welke metalen uit de lijst:

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.

Je bestudeerde net een aantal redoxreacties, maar hoe kun je nu zelf op een correcte manier zo’n redoxreactie aanvullen en noteren? We bekijken het onderstaande stappenplan:

bunsenbrander

Houd de stukjes metaal een voor een 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

Stap 1: Duid in alle brutoformules het OG van elk element aan.

Stap 2: OXIDATIE — Teken een pijl boven de reactie vanuit de reductor.

— Zet bij de pijl 'oxidatie' en het aantal elektronen dat per element wordt afgegeven.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal afgegeven elektronen met de coëfficiënt van de reductor. Je plaatst hiervoor het aantal afgegeven

elektronen tussen ronde haakjes.

Stap 3: REDUCTIE — Teken een pijl onder de reactie vanuit de oxidator.

— Zet bij de pijl 'reductie' en het aantal elektronen dat per element wordt opgenomen.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof.

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal opgenomen elektronen

met de coëfficiënt van de oxidator. Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen elektronen tussen ronde haakjes.

LEREN LEREN •

Stap 4: ELEKTRONENBALANS — Vermenigvuldig voor de oxidatie en de reductie het aantal afgegeven/ opgenomen elektronen met een factor zodat het aantal afgegeven elektronen gelijk is aan het aantal opgenomen elektronen.

— Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen/afgegeven elektronen tussen

In de linkermarge naast de theorie is er plaats om zelf

vierkante haakjes.

— Controleer daarna of je de coëfficiënten van je reactie moet aanpassen.

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

TIP Deze laatste stap vervangt de tot nu gebruikte methode waarbij we de

leerstof actief te verwerken. •

coëfficiënten aanpassen op basis van de wet van behoud van atomen. Uiteraard kun je die wet nog steeds gebruiken om je antwoord te controleren.

vind je per themasynthese een kennisclip

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

218

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

GENIE Chemie 4.1

STARTEN MET GENIE

Handig voor onderweg

In elk thema word je ondersteund met een aantal hulpmiddelen. Bepaalde delen van de leerstof

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

zijn niet voor alle leerlingen te kennen. Dat duiden we aan met

Je leerkracht zal je laten weten of de leerstof te VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

studeren is of niet.

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 4.1

STARTEN MET GENIE

GENIE EN DIDDIT Het onlineleerplatform bij GENIE Chemie 4.1 Materiaal

Lesmateriaal

Hier vind je het extra lesmateriaal bij GENIE Chemie 4.1, zoals video’s, audio’s, pdf's, ontdekplaten …

Oefeningen

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

VA N

• •

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.

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. DOWNLOAD 3D-APP

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

GENIE Chemie 4.1

GENIE EN DIDDIT

Notities

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 4.1 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:

Cl Cl

— 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 4.1 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 4.1 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

Je leert nu:

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

L het begrip ‘oxidatiegetal’ toelichten en het oxidatiegetal

het onderzoeken van de materie. We hebben de materie ingedeeld in mengsels en zuivere stoffen. De zuivere stoffen konden nog verder ingedeeld worden in samengestelde

VA N

bepalen;

enkelvoudige stoffen. We zijn gestart met

L formules opstellen aan de hand van het oxidatiegetal; L de anorganische stoffen indelen in hun stofklasse.

stoffen en enkelvoudige stoffen. Dit jaar gaan we dieper in op de samengestelde 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 eiwitten in vlees en aardgas:

Afb. 1 Eiwitten in vlees zijn organische stoffen.

Afb. 2 Aardgas is een organische stof.

GENIE Chemie 4.1 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 vertrekkende van 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 (4) tot enorm veel (>100 000)

totale verzameling verbindingen is

beperkt

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 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

C5H12

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 dit gemakkelijk inzien door gebruik te maken van legoblokjes. 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 immers 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

VA N

niet tot de organische verbindingen behoren. We gaan later verder in op die 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 afbeelding 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 4.1 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

voornamelijk atoombindingen

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 62-63.

Het oxidatiegetal

VA N

Om voor samengestelde stoffen gemakkelijk de formule van een atoombinding te vormen, is het gemakkelijk om met het begrip oxidatiegetal (OG) te werken: Het oxidatiegetal is het aantal elektronen dat een atoom zou opnemen of afstaan bij overgang naar de ionaire vorm.

vademecum: chemische bindingen

Voor de ionbinding komt het oxidatiegetal overeen met de lading van het ion. Voor de elementen in een atoombinding komt dat overeen met de lading die het element zou krijgen, wanneer we zouden doen alsof het een ionbinding zou zijn. Het niet-metaal met de hoogste elektronegatieve waarde (het sterkste niet-metaalkarakter), zal een negatief oxidatiegetal krijgen en het andere niet-metaal een positief oxidatiegetal. We gaan er in thema 05 nog dieper op in.

Het oxidatiegetal wordt genoteerd door een Romeins cijfer voorafgegaan door de juiste lading: — een + wanneer het element elektronen wil afstaan

— een – wanneer het element elektronen wil opnemen —

Bij de atomen van een enkelvoudige stof is het OG van elk element = 0. Bv. Fe: OG = 0 O2: OG = 0

Bij monoatomische ionen is het OG van het ion = de relatieve ionlading. Bv. Na+: OG = +I Ca2+: OG = +II

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 8

PERIODIEK SYSTEEM VAN DE ELEMENTEN

IIa Een oxidatiegetal van dat het element 2 wil bij IIIa de1 1 2,1+II betekent atoomnummer (Z) elektronegatieve waarde

H overgang naar de vorm. Zo is het oxidatiegetal12van1,2beryllium in een samengestelde 1 1 ionaire waterstof

1,0

symbool

1,01

1,5

naam

0,9

beryllium

overgang naar de ionaire vorm. Zo is het oxidatiegetal van zuurstof in een samengestelde Na Mg Al natrium

magnesium

22,99

24,31

0,8

kalium

0,8

5 Rb

rubidium

0,7

strontium

1,2

88,91 57

1,1

6 Cs

Ba barium

lanthaan

132,9

137,3

138,9

cesium

0,7

7 Fr

francium

223

0,9

1,1

radium

actinium

226,0

227

{

lanthaniden

actiniden

1,4

1,6

1,5

1,8

54,94 43

1,8

mangaan

52,00 42

VIlIb VIlIb 8 9

chroom

50,94 41

1,6

VIIb 7

vanadium

47,87 40

1,6

VIb 6

1,9

VIlIb 10

ijzer

kobalt

55,85

1,9

Ib 11

nikkel

58,93

1,9

IIb 12

1,9

2,2

1,6

koper

58,69

2,2

zink

63,55

1,9

91,22 nul.92,91 van zirkonium

1,3

niobium

1,5

molybdeen

technetium

95,94 74

1,7

98 75

ruthenium

rhodium

101,1

1,9

2,2

palladium

102,9

2,2

zilver

106,4

2,2

4 2,5

7 1,5

3,0

6,94 12,01

9,01 14,01

140,9

151,2

12 1,8

19 1,6

4,0

2,1

22,99 28,09

24,31 30,97

320,8

331,0

2,5

1,7

naam

relatieve atoom

20,18 3,0

IIIb S IVbCl- VbAr VIb zwavel chloor argon 3 32,07 4 35,45 5 39,95 6

21 2,0

341,3

22 2,4

351,5

23 2,8

361,6

1,6

4Ga K Ge CaAs Sc Se Ti Br V Kr Cr gallium

69,72

37 1,7

kalium germanium calciumarseen scandiumseleen

39,10 72,64 500,8

titaan broom

vanadium krypton

chroom

40,08 74,92

44,96 78,96

47,87 79,90

50,9483,80

52,00

511,0

521,2

531,4

541,6

38 1,8

39 1,9

40 2,1

cadmium

2,2

1,9

rubidium tin

indium

112,4

strontium antimoon yttrium telluur

85,47 118,7

114,8

55 1,8

820,7

41 2,5

1,8

tantaal

wolfraam

renium

osmium

iridium

platina

goud

91,22 126,9

92,91131,3

841,1

851,3

861,5

57 1,9

72 2,0

105

106

107

108

109

110

111

kwik

thallium

cesium lood

bariumbismut

lanthaan polonium hafniumastaat

138,9 209

dubnium

seaborgium

bohrium

hassium

meitnerium

darmstadtium

röntgenium

112

113

0,7 114

0,9 115

1,1 116

104 117

copernicium

1,7

wolfraam

180,9 222

183,9

105 118

106

cerium

praseodymium

neodymium

promethium

samarium

europium

gadolinium

terbium

dysprosium

holmium

140,1

140,9

144,2

(145)

150,4

151,9

157,3

158,9

162,5

164,9

{

erbium

thulium

167,3

168,9

groepen heeft fluor samengestelde 11,3 mogelijk namelijk 90 1,3 in 91 een 1,5 92 1,4 93 1,3 94 1,3 stof 95 96 97 oxidatiegetal, 98 99 100 101 actiniden

U opnemen Np Puom Am Cm Bk Cf Es Fm Md -I. Fluor wil 1 Pa elektron de edelgasconfiguratie te bereiken. 7 Th uraan

neptunium

plutonium

americium

curium

262 289

58 1,1

71 1,1

berkelium

californium

einsteinium

fermium

mendelevium

173,0

59 1,2

140,1 175,0 90

1,3 103

1,5

protactinium nobelium thorium lawrencium

232,0 262

231,0

een oxidatiegetal van -I: daar wordt in de derde graad verder op ingegaan). Edelgassen bezitten logischerwijze een oxidatiegetal van nul: ze willen geen elektronen opnemen of afgeven omdat ze de edelgasconfiguratie al bezitten. Voor de elementen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen mag je een tabel gebruiken (tabel 2). Je vindt die tabel ook op de achterkant van je PSE. De verklaring voor de oxidatiegetallen zie je pas in het 5de jaar. Symbool element

Mogelijke oxidatiegetallen

+III +V

+II +IV

-I +I +III +V +VII

+II +III +IV +VI +VII

+II

+II +III

-I +I +III +V +VII

+II +IV

+II +III +VI

+IV +V +VI

-III +III +V

+IV

+I +III

-III +I +II +III +IV +V

+II +III

+II +IV

-I +I +III +V +VII

+IV +VI

+II +III

+II +IV

+II

+I +II

-II +IV +VI

+I +II

Tabel 2 Oxidatiegetallen

Voor de a-groepen IVa tot en met VIIa is het hoogst mogelijke oxidatiegetal gelijk aan het groepsnummer. Het laagst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan het groepsnummer -8. GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

renium

186,2

bohrium

neodymiu

140,9 91

opnemen om de edelgasconfiguratie te bereiken. (In peroxiden heeft zuurstof

Mogelijke oxidatiegetallen

technetiu

264 1,1

7No Th Lr Pa 259

266

ytterbium ceriumlutetiumpraseodymium

102

238,0 237 244 243 247 252 257 258 Zuurstof232,0heeft231,0meestal een oxidatiegetal van -II,247want 251het wil 2 elektronen

Symbool element

54,94

107

Cesamengestelde Pr Nd Pm Sm oxidatiegetal Eu Gd Tb DyBij de Ho niet-metalen Er Tm 6Yb CeLu Pr 6 een IIa in stof een van +II. lanthaniden protactinium

mangaa

rutherfordium nihonium francium flerovium radium moscovium actinium livermorium tennessine dubnium ganessonseaborgium

289

7Nh Fr Fl- RaMc AcLv Rf Ts DbOg Sg

58 1,1 59 1,1 60 1,2 bekomen. 61 62 1,2Analoog 63 64 hebben 65 1,2 66 elementen (1,2) 67 1,2 68 uit 1,2 groep 69 1,2 70 edelgasconfiguratie te alle

thorium

95,94 74

tantaal radon

178,5 210

buitenste schil. Met264andere woorden, ze willen dat elektron afstaan om de 261 223 289 226,0 288 227 289 287 261 262 266 277 268 281 272 285 rutherfordium

73 2,2

VIIb 7

Hg 6Tl- CsPb Ba Bi LaPo HfAt TaRn W

oxidatiegetal van +I. Al deze elementen hebben immers 1 elektron op de 104

niobiumxenon molybdeen

88,91 127,6

830,9

Alle elementen uit groep Ia hebben in een197,0 samengestelde stof een 178,5 180,9 183,9 186,2 190,2 192,2 195,1 200,6 204,4 132,9 207,2 137,3 209,0 hafnium

zirkoniumjood

87,62 121,8

56 1,8

mag

neon

19,00

Afb. 5 Zuurstof 16

fluor

16,00

Afb. 4 Beryllium 20 1,8

zuurstof

3 - Na Si Mg P

3,5

lithiumkoolstof beryllium stikstof

26,98

4,00symbool

61,0

11 1,5

helium

aluminium natriumsilicium magnesium fosfor

65,38

107,9

VA N

groepen

titaan

Vb 5

elementen hebben mogelijk verschillend Y Te Zr I NbXe Mo Y Verschillende Zr Nb Mo Tc Ru Rh slechts Pd 1Ag Cd oxidatiegetal 5In RbSn Sr Sb

yttrium

87,62 0,9

1,5

44,96 39

scandium

40,08 1,0

1,3

IVb 4

calcium

85,47 55

39,10 37

1,0

IIIb 3

atoomnummer (Z)

1,01

stof (meestal) -II.

waterstof

boor

1,2

VIIa 17

VIa 16

2B Li C Be N

24,31

atoommassa (A ) 6,94 -II betekent 9,01 wil bij 10,81 Een oxidatiegetal van dat het elementrelatieve 2 lithium

3 2,0

magnesium

PERIODIEK SYSTEE IVa IIa Va 14 2 15

2,1

stof +II.

0 18

Ia 1

Vul de ontbrekende woorden in. 1

144,2 92

uraan

238,0

OPDRACHT 9

Vul aan. Chloor behoort tot de groep

Het hoogst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan + groepsnummer, dus

edelgasconfiguratie van

Dat betekent dat chloor dan elektron(en) wil . Op die manier bekomt chloor de .

Het laagst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan het groepsnummer – 8, dus

Dat betekent dat chloor dan elektron(en) wil . Op die manier bekomt chloor .

de edelgasconfiguratie van

Het is van essentieel belang dat je voor het werken met oxidatiegetallen ook de neutraliteitsregel toepast. Op die manier kun je vlot de formule van een

atoombinding vormen. Volgens de neutraliteitsregel is de som van de lading van de positieve en negatieve ionen gelijk.

VA N

2.1 Het oxidatiegetal gebruiken om een formule te vormen Bij het zelf vormen van een formule moet je er altijd rekening mee houden dat de som van de oxidatiegetallen nul is. Het aantal elektronen dat wordt afgestaan, moet gelijk zijn aan het aantal elektronen dat wordt opgenomen. Dat kun je doen door het kleinste gemene veelvoud te nemen van het aantal uitgewisselde elektronen. Een andere, zeer handige manier is door het toepassen van de kruisregel: het oxidatiegetal van het ene element noteer je (zonder ladingsteken) als index bij het andere element en omgekeerd. Nadien controleer je of je beide indexen nog kunt vereenvoudigen.

OPDRACHT 10

Vorm de formule met behulp van het oxidatiegetal.

Bekijk in het voorbeeld hoe je de formule tussen chloor (met OG = +III) en zuurstof vormt.

Cl:

+III

= 3 elektronen afstaan

-II

= 2 elektronen opnemen

Het kleinste gemene veelvoud van 3 en 2 is 6. Cl moet je 2 keer nemen O moet je 3 keer nemen

Of via de kruisregel: Cl

+III

-II

Cl2O3 Cl2

+III

-II

Dat kun je vereenvoudigen tot Cl2O3

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Vorm de formule tussen chroom (met OG = +VI) en zwavel (met OG = -II). Cr: OG = +VI =

S: OG = -II =

Het kleinste gemene veelvoud van

is:

Of via de kruisregel:

Dat kun je vereenvoudigen tot:

VA N

2.2 Het oxidatiegetal uit een formule berekenen Wanneer je een chemische formule krijgt, dan kun je altijd het oxidatiegetal van een element met meerdere mogelijke oxidatiegetallen bepalen, uitgaande van de gekende oxidatiegetallen. De som van de oxidatiegetallen is namelijk nul of voor een ion gelijk aan de lading van het ion.

OPDRACHT 11

Bepaal het oxidatiegetal. 1

Bekijk eerst in het voorbeeld hoe je het oxidatiegetal van zwavel in SO3 bepaalt.

OG(S) + 3 ∙ OG(O) = 0 x + 3 ∙ (-II) = 0 x = +VI

Bepaal nu zelf het oxidatiegetal van stikstof in HNO2.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

— Het oxidatiegetal (OG) is het aantal elektronen dat een atoom opneemt of afstaat bij overgang naar de ionaire vorm. Volgende oxidatiegetallen moet je vanbuiten kennen: Groep Ia:

Fluor (F): -I

Groep II a:

+II

Zuurstof (O): meestal -II

Groep IIIa:

+III

Edelgassen: oxidatiegetal is altijd 0. — Voor de elementen in groep IVa tot en met VIIa (zie ook tabel 2 op p. 19): hoogst mogelijke oxidatiegetal = +groepsnummer

•

laagst mogelijke oxidatiegetal = groepsnummer -8

•

` Maak oefening 5 en 6 op p. 63.

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

VA N

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.

OPDRACHT 12 ONDERZOEK

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

en voer het labo uit.

Verbindingen vertonen analoge chemische eigenschappen door de

aanwezigheid van eenzelfde atoom of atoomgroep: de chemische functie

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

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.

HOOFDSTUK 1

Stofklasse functionele

Hydroxiden

Oxiden O

Zuren

Zouten

geen functionele

groep

algemene

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

Opmerkingen:

Tabel 3 Overzicht opbouw anorganische stofklassen

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.

VA N

3.1 Van formule naar stofklasse Indien je een formule van een samengestelde stof krijgt, dan kun je op basis van de algemene formule 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

Het is een oxide

NEE

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

Begint de formule met 'H'?

Het is een hydroxide

NEE

Het is een zuur

Het is een zout

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 13

Gebruik schema 1 om de volgende formules in de juiste stofklasse in te delen. Formule

Stofklasse

Cl2O3

AlCl3

Mg(OH)2

HNO3

Algemene formule

3.2 Van naam naar stofklasse Groep 1

Groep 2

Groep 3

Ionverbindingen waarbij het

Ionverbindingen waarbij het metaal meerdere

De atoomverbinding tussen

metaal slechts één mogelijk

mogelijke oxidatiegetallen heeft

niet-metalen

De naam is zo beknopt

Er zijn 2 manieren om de naam weer te geven:

Voor de naam wordt ook hier de

mogelijk: de naam van het

— Voor de systematische naam noteer je het

systematische naam gebruikt:

aluminium) + de juiste uitgang

oxidatiegetal heeft

metaal (in deze voorbeelden

je noteert het Griekse telwoord

eerste element staat, vervolgens de naam

voor de index dat bij het eerste

van het eerste element, dan het Griekse

element staat, vervolgens de

afhankelijk van de stofklasse

telwoord voor de index dat bij het laatste

naam van het eerste element,

(in deze voorbeelden oxide).

deel van de formule staat en tot slot de

dan het Griekse telwoord voor de

juiste uitgang.

index dat bij het laatste deel van

VA N

Griekse telwoord voor de index dat bij het

respectievelijk natrium en

— Voor de stocknotatie noteer je de naam van de formule staat en tot slot de het metaal, achter dat metaal schrijf je

juiste uitgang.

tussen haakjes de waarde van het oxidatiegetal en je eindigt met de juiste uitgang.

Na2O

Al2O3

natriumoxide

FeO

aluminiumoxide

Fe2O3

ijzer(mon)oxide

koolstof(mon)oxide

of ijzer(II)oxide

CO2

koolstofdioxide

diijzertrioxide

of ijzer(III)oxide

Van ijzer bestaan er 2 mogelijke oxiden.

Ook hier zijn er verschillende

hebben slechts 1 mogelijk

Om verwarring te vermijden, moet er extra

oxiden van koolstof mogelijk.

oxidatiegetal in een

informatie in de naam aanwezig zijn: met de

Er is een zeer groot verschil

samengestelde stof. Met

naam 'ijzeroxide' kun je de formule FeO vormen, tussen die 2 stoffen. Omdat het

behulp van de kennis van

maar niet de formule Fe2O3.

Zowel natrium als aluminium

de oxidatiegetallen en de

echt belangrijk is dat er geen twijfel bestaat, wordt het Griekse

neutraliteitsregel, kun je

telwoord 'mono' vaak expliciet

gemakkelijk zelf de formule

geschreven.

opstellen, daarom bevat de naam alleen de essentiële onderdelen. WEETJE Griekse telwoorden: mono (wordt meestal niet geschreven) – di – tri – tetra – penta – hexa – hepta

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

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 Eindigt de naam op 'zuur'

Het is een oxide

of begint de naam met 'waterstof'?

NEE

Het is een zuur

Het is een zout

Eindigt de naam NIET op -ide

Eindigt de

Eindigt de naam

of is het zoutzuur?

of is het GEEN zoutzuur?

naam op -ide?

NIET op -ide?

Het is een

binair zuur

ternair zuur

binair zout

ternair zout

VA N

Eindigt de naam op -ide

Schema 2 Indeling van anorganische stoffen op basis van een naam

OPDRACHT 14

Gebruik schema 2 om de volgende stoffen in de juiste stofklasse in te delen.

calciumnitraat

b ammoniumhydroxide

ammoniumchloride

h waterstofsulfide

d koper(II)oxide

waterstofnitriet

koolstofdioxide

zwavelzuur

natriumoxide

dichloorheptaoxide

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

De functionele groep is een atoomgroep die bepaalt dat verbindingen analoge chemische eigenschappen vertonen. Op basis van die functionele groep kunnen we anorganische samengestelde stoffen onderverdelen in 4 stofklassen:

oxiden: MO of nMO

hydroxiden: MOH

zuren: HZ

zouten: MZ

Naamgeving van anorganische samengestelde stoffen:

— Voor metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal ga je als volgt te werk om de naam te geven: •

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

— Voor metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen 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

VA N

uitgang

•

stocknotatie: je noteert het oxidatiegetal van het eerste element tussen haakjes achter de naam van dat element, maar zonder het plusteken:

naam van het metaal (OG 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 7 t/m 9 op p. 63-64.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

De oxiden

10,81 13 LEERDOELEN

12,01

Al-

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

L je kunt al de algemene formule van een oxide schrijven. Je leert nu: L de oxiden verder indelen in metaaloxiden en niet-metaaloxiden;

gallium

69,72

ium

german

72,64

32,07 34

Se seleen

arseen

78,96

74,92

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

Je hebt misschien al weleens gehoord over oxideren en ook vorig jaar maakte je al

L de eigenschappen en toepassingen van oxiden;

stoffen. Wanneer ijzer roest, ontstaat er een

VA N

L de formule van oxiden opstellen;

kennis met het gevarenlogo voor oxiderende

L de naam van oxiden opstellen.

oxide. De gevormde stof is een zeer brosse 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

altijd als laatste wordt geschreven. We spreken respectievelijk dan ook over

Cl2O3

Fe2O3 zilveroxide

koolstofmonoxide magnesiumoxide

N2O

CO2

Li O

3 lithiumoxide 2

ijzeroxide CrO 3 looddioxide

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: — niet-metaaloxiden

MO nMO

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

De metaaloxiden

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal Die metalen kunnen slechts 1 oxide vormen. Van zodra je weet over welk 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 OXIDATIEGETAL 1

De naam en formule van het oxide van natrium (Na) want in groep Ia

— natrium: +I

— zuurstof: -II

Omwille van de neutraliteitsregel heb je 2 natriumionen nodig en 1 oxide-ion: Na2O

Of je gebruikt de kruisregel:

VA N

TIP

Bij de kruisregel plaats

-II

je de lading van het

eerste element als index bij het tweede element en omgekeerd en

Hierdoor bekom je: Na2O1 → Na2O

vereenvoudig je indien mogelijk de indexen.

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

en niet dinatriumoxide, aangezien natrium slechts 1 mogelijk oxidatiegetal heeft.

De formule van aluminiumoxide

Uit de naam halen we al dat de formule Al en O bevat. Aluminium heeft slechts 1 mogelijk oxidatiegetal, daarom moeten we de neutraliteitsregel of kruisregel toepassen om de formule te vormen. — aluminium: +III

— zuurstof: -II

want groep IIIa

+III

-II

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 mogelijk oxidatiegetal. Uit de naam aluminiumoxide kun je namelijk niet gemakkelijk de formule Al2O3 afleiden.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 16

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

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

Wat is de juiste formule van lithiumoxide?

VA N

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen 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: — Ofwel wordt er gebruikgemaakt van de stocknotatie waarbij het oxidatie-

getal van het metaal tussen haakjes achter de naam van het metaal wordt genoteerd, zonder plus- of minteken. Dus: metaal + (oxidatiegetal) + 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 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 17

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

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

+II

Formule-eenheid

Stocknotatie Systematische naam 2

Kruisregel

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

VA N

Wat is de stocknotatie van dikoperoxide?

Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bereken het oxidatiegetal van koper in die stof:

Noteer de stocknotatie van die stof:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

De niet-metaaloxiden

Niet-metaaloxiden zijn atoomverbindingen 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 18

+III

Kruisregel

Formule

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

+VII

VA N

Systematische naam

— 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 mogelijk oxidatiegetal: •

formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal + oxide

→ metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen:

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

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

•

stocknotatie = metaal + (oxidatiegetal) + oxide

•

— Niet-metaaloxiden: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden.

•

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

` Maak oefening 10 t/m 15 op p. 64-65.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

Gebruik en toepassingen van oxiden

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

ontdekplaat: anorganische stofklassen

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

VA N

hoge druk.

Afb. 6 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.

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 aan zuurstofgebrek.

Afb. 7 Koolstofdioxide als droogijs

Wanneer fossiele brandstoffen verbrand worden in zuurstof-arme 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. 8 Een schoorsteen moet geregeld worden gereinigd

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

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 Furious’).

WEETJE

Afb. 10 Nitrofles om het vermogen van wagens op te drijven

Afb. 11 Snelle auto’s in Fast and Furious

Afb. 9 Slagroomspuit

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

VA N

de gevaren van lachgas.

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

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. 12 Zwaveldioxide in gedroogde abrikozen

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 kan, begint het ijzer te roesten. Het metaal verliest zijn eigenschappen zoals sterkte en plooibaarheid en de stof wordt zeer bros en verpulvert gemakkelijk.

Afb. 13 Roest is een vast metaaloxide

Een ander vast oxide dat vaak wordt gebruikt, is calciumoxide of ongebluste kalk CaO. Vroeger werd het gebruikt om de lijnen op een voetbalveld te tekenen (nu is het verboden). Maar het werd ook toegepast om het ontbindingsproces van stoffelijke resten te versnellen.

Afb. 14 Kalklijnen op een voetbalveld

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

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 vermoeden dat de overledene allicht met ongebluste kalk werd bedekt om het ontbindingsproces te versnellen.

Bron: Het Laatste Nieuws

OPDRACHT 19

Oefen met behulp van flashcards je kennis van de oxiden.

VA N

flashcards: oxiden

Formule

Systematische naam

Stocknotatie

Toepassing/ eigenschap

Triviale naam

CO2

koolstofdioxide

N2O

distikstofoxide

Fe2O3

diijzertrioxide

ijzer(III) roest

SO2

zwaveldioxide

bewaarmiddel

koolstofmonoxide /

ontstaat bij slechte

koolzuur-

•

brandblusapparaat

gas

•

drank met prik

lachgas

anesthesie

roesten van ijzer

oxide

verbranding en is zeer

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

giftig CaO

calciumoxide

ongebluste / kalk

` Maak oefening 16 op p. 65.

HOOFDSTUK 2

HOOFDSTUK 3

De hydroxiden

LEERDOELEN Je kunt al: van een gegeven naam of formule;

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen; L de naam en formule van oxiden opstellen; L de algemene formule van een hydroxide schrijven. Je leert nu: L de eigenschappen en toepassingen van hydroxiden; L de formule van hydroxiden opstellen;

VA N

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op de

L de naam van hydroxiden opstellen.

hydroxiden. In hoofdstuk 1 heb je met deze stofklasse al kennisgemaakt.

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 oxidatiegetal van -II heeft en waterstof een oxidatiegetal 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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

Formule- en naamvorming

De formule- en naamvorming verloopt analoog aan die van de metaaloxiden.

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal Voor hydroxiden met het ammoniumion of met een metaalion dat slechts

1 mogelijk oxidatiegetal heeft, ga je het oxidatiegetal aflezen uit het PSE

en vorm je de formule door de kruisregel toe te passen. De naamgeving is: metaal (of ammonium) + hydroxide

OPDRACHT 22

Oefen de naam en formule van hydroxiden. 1

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 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen Net zoals bij de oxiden kun je voor eenzelfde metaal meerdere mogelijke formules van het hydroxide vormen. De stof kan met behulp van de systematische naam of met de stocknotatie genoteerd worden. OPDRACHT 23

Oefen de naam en formule van hydroxiden. Vul de volgende tabel voor de hydroxiden van koper aan. +I Kruisregel

Formule-eenheid Systematische naam

VA N

Stocknotatie

+II

Wat is de stocknotatie van loodtetrahydroxide? a

Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bepaal het oxidatiegetal van lood in deze stof:

Noteer de stocknotatie:

— Hydroxiden zijn ionverbindingen tussen een metaalion en het hydroxide-ion. — Het hydroxide-ion is de functionele groep en heeft een oxidatiegetal van -I: OH-

— NH4+ = ammoniumion

— Indien het metaal slechts 1 mogelijk oxidatiegetal heeft: •

formule: oxidatiegetal opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium) + hydroxide

— Wanneer het metaal meerdere mogelijke oxidatiegetallen heeft: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

systematische naam: metaal + Grieks telwoord + hydroxide

•

stocknotatie: metaal + (oxidatiegetal) + hydroxide

` Maak oefening 17 t/m 22 op p. 65-66.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

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 namelijk haren en zeepresten op. Wanneer je die stof gebruikt, moet je extra 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

Afb. 15 In ontstopper zit natriumhydroxide

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

oplosproces. Die oplossing wordt vooral gebruikt voor zijn ontvettende

eigenschappen om bijvoorbeeld ramen te poetsen. De stof staat bekend voor zijn zeer indringende geur. Maar let op, het kan je slijmvliezen irriteren. Dezelfde doordringende geur kun je in stallen ruiken. Ammoniak komt namelijk ook in mest voor.

Tijdens de labo’s zul je geregeld gebruikmaken van calciumhydroxide of gebluste kalk of kalkwater Ca(OH)2. De oplossing kan gebruikt worden

om koolstofdioxide aan te tonen. Let op: het water dat thuis uit de kraan loopt, is kalkrijk water maar het is geen kalkwater!

VA N

Afb. 16 Ammoniak werkt ontvettend

OPDRACHT 24 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.

OPDRACHT 25

Oefen met behulp van flashcards je kennis over de hydroxiden.

flashcards: hydroxiden

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

Formule

Systematische naam

Triviale naam gebluste kalk

Toepassing/eigenschap

Ca(OH)2

calciumhydroxide

indicator voor

NaOH

natriumhydroxide

bijtende soda

ontstopper

NH4OH

ammoniumhydroxide

ammonia

ontvetter

koolstofdioxide

VA N

` Maak oefening 21 op p. 66.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

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 anorganische stoffen indelen op basis van de kleur van een indicator;

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen. Je leert nu:

Je hebt misschien al wel eens iets

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd; L de zuren verder indelen in binaire en ternaire zuren; L de eigenschappen en toepassingen van zuren;

of een zuur snoepje. Tijdens de

lessen chemie mag je natuurlijk niet proeven, daarom hebben

we tijdens het practicum andere

manieren geleerd om te bepalen of een stof tot de zuren behoort

VA N

L de formule van binaire en ternaire zuren;

zuur gegeten: een schijfje citroen

L de naam van binaire en ternaire zuren.

of niet. In dit hoofdstuk gaan we verder in op deze stofklasse.

Wat is een zuur?

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 één 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 samen-

stelling van de zuurrest, kunnen de zuren in 2 groepen ingedeeld worden: 1

Zuren waarbij de zuurrest enkel 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.

GENIE Chemie 4.1 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. Alle niet-metalen bezitten hun laagst mogelijke oxidatiegetal in de binaire zuren. Op die manier kun je zeer gemakkelijk de formule van de binaire zuren

afleiden. OPDRACHT 27

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. Je bekomt die door de waterstofionen (H+) uit de formule van het zuur te verwijderen. Per

waterstofion dat je uit de formule haalt, krijgt de zuurrest een lading van -1. 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

Naam zuurrest

waterstoffluoride

fluoride-ion

HCl

waterstofchloride

Cl-

chloride-ion

HBr

waterstofbromide

Br-

bromide-ion

waterstofjodide

jodide-ion

H 2S

waterstofsulfide

sulfide-ion

Tabel 4 Binaire zuren en zuurresten

Van 1 binair zuur moet je ook de triviale naam kennen. De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur. GENIE Chemie 4.1 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!

In het stamzuur is het oxidatiegetal van het specifieke niet-metaal gelijk aan het groepsnummer, met uitzondering van de halogenen: daar is het niet +VII, maar +V.

VA N

VOORBEELD H2CO3 OG(C) = +IV

HClO3

OG(Cl) = +V

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 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 5 Ternaire zuren en zuurresten

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Vorig jaar heb je geleerd om lewisstructuren te tekenen. Voor koolzuur ziet die er als volgt uit:

H O C

O O

Afb. 17 Lewisstructuur koolzuur

Van verschillende ternaire zuren bestaan er afgeleide zuren. De formule

hiervan ziet er hetzelfde uit als die van de stamzuren, alleen verschilt het aantal zuurstofatomen. Dit jaar bespreken we al 2 afgeleide zuren:

Brutoformule

Systematische naam

HNO2 H2SO3

Zuurrest

Naam zuurrest

waterstofnitriet salpeterigzuur

NO2-

nitrietion

waterstofsulfiet zwaveligzuur

SO32-

sulfietion

Triviale naam

VA N

Tabel 6 Afgeleide zuren en hun zuurresten

Als je deze formules bekijkt, merk je dat ze allebei exact 1 zuurstofatoom minder hebben dan het overeenkomstige stamzuur. Wanneer een ternair zuur exact 1 zuurstofatoom minder heeft dat het stamzuur, eindigt de naam op -iet in plaats van op -aat. Bij de triviale naam wordt het tussenvoegsel '-ig'

toegevoegd.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

Een binair zuur: — bestaat uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal. — Het oxidatiegetal van het niet-metaal is zo laag mogelijk, namelijk groepsnummer -8.

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

Brutoformule

— De te kennen binaire zuren en zuurresten zijn: Systematische naam

Naam zuurrest

Zuurrest

waterstoffluoride

HCl

fluoride-ion

waterstofchloride

chloride-ion

HBr

waterstofbromide

bromide-ion

waterstofjodide

I-

jodide-ion

H2S

waterstofsulfide

S2-

sulfide-ion

VA N

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

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3

nitraation

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

fosfaation

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

SO42-

sulfaation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3-

chloraation

HBrO3

waterstofbromaat

broomzuur

BrO3

bromaation

HIO3

waterstofjodaat

joodzuur

IO3

jodaation

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

— De te kennen afgeleide zuren en hun zuurresten: Brutoformule

Systematische naam

Zuurrest

Naam zuurrest

HNO2

waterstofnitriet

nitrietion

H2SO3

waterstofsulfiet

sulfietion

` Maak oefening 22 t/m 25 op p. 66.

Naam zuurrest

HOOFDSTUK 4

Gebruik en toepassingen van zuren

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

corrosief. Dat kun je gewaarworden wanneer je regelmatig moet overgeven of wanneer de klep tussen

gezonde maag

reflux

je slokdarm en je maag niet meer

goed werkt. Je maag is door onder

andere een slijmvlieslaag beschermd

Afb. 18 Zoutzuur in de maag helpt bij de vertering. Relfux is een aandoening waarbij de zure maaginhoud terugvloeit in de slokdarm.

tegen die zure brij, maar je slokdarm

kan er serieus door aangetast worden. Bij vulkaanuitbarstingen komt

waterstofsulfide of H2S vrij. Mogelijk

heb je die zeer specifieke geur ook al waargenomen bij rotte eieren of

Afb. 19 Giftige zoutzuurdampen bij een vulkaanuitbarsting

VA N

stinkbommen.

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

waterstofcarbonaat 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 waterstofsulfaat H2SO4 heb je waarschijnlijk al gehoord. Het is

Afb. 20 In spuitwater zit koolzuur.

aanwezig 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. 21 Zwavelzuur veroorzaakt ernstige brandwonden.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT Wanneer je in een labo water met zwavelzuur moet mengen, dan moet je eerst water nemen en daar voorzichtig zwavelzuur op gieten.

water

Je kunt het heel gemakkelijk onthouden aan de hand van het volgende ezelsbruggetje: ‘zwavelzuur

geconcentreerd

mag nooit gedoopt worden’. Afb. 22 Zwavelzuur mag nooit gedoopt worden.

GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H4_Overgieten.ai

Cola is de enige frisdrank die niet alleen koolzuur, maar ook fosforzuur of

VA N

waterstoffosfaat H3PO4 bevat.

Afb. 23 Vier 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.

OPDRACHT 28

Oefen met behulp van de flashcards je kennis over de zuren.

Formule

Systematische naam

flashcards: zuren

Toepassing

Triviale naam

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

aanwezig in cola

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

frisdrank

HCl

waterstofchloride

zoutzuur

maag

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

— autobatterij

— wil nooit gedoopt worden

` Maak oefening 26 en 27 op p. 66-67.

GENIE Chemie 4.1 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 indicatoren gebruiken om te bepalen welke stoffen tot eenzelfde stofklasse behoren;

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

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

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

van indicatoren om de anorganische

een 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

ontdekplaat: pH

banaan

azijn

ontstopper

bloed

maagzuur

geconcentreerd zoutzuur

broccoli

zuiver water

tomaat

bleekmiddel

citroen zuiveringszout

appel

meest zuur

zeep

natriumhydroxide

melk

minst zuur neutraal

minst basisch

meest basisch

Afb. 24 De pH-schaal

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

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: deze 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

met een hoge pH proeft eerder

zeepachtig. Vorig jaar leerde je al dat het in een labo verboden is om te

proeven van een oplossing. Het is in eerste instantie gevaarlijk, maar het is ook nog eens zeer onnauwkeurig.

Afb. 25 Cola heeft een pH van 2,4. Een frisdrank met een pH van <4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

De pH van cola is bijvoorbeeld 2,4 en toch zou je niet zeggen dat cola zuur is. Dat komt natuurlijk door de enorme hoeveelheid suiker of zoetstoffen die

VA N

eraan worden toegevoegd.

OPDRACHT 30

Waarom is proeven niet geschikt om te bepalen of een stof zuur of basisch is? Geef 2 argumenten. —

—

OPDRACHT 31 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 4.1 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 de volgende tabel:

pH-Indicator rodekoolsap methyloranje lakmoes

Kleur in neutraal midden

Kleur in basisch midden

rood

blauwpaars

groengeel

rood

geel

rood

roodblauw

blauw

kleurloos

fuchsia

Kleur in zuur midden

VA N

fenolftaleïne

groengeel. De resultaten van experimenten met andere indicatoren vind je in

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. 26 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. 27 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. 28 Een pH-meter

GENIE Chemie 4.1 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. 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 …

De meeste lensvloeistoffen bevatten een buffer die ervoor zorgt dat de

pH-waarde tussen 7,2 en 7,4 blijft. Bij deze pH-waarde werkt de vloeistof

VA N

namelijk het best. Om geen irritatie aan de ogen te veroorzaken, mag de pH ook niet te veel afwijken van die van het traanvocht. Daarom moet de pH-waarde in ieder geval boven 6,6 blijven en onder 7,8.

Afb. 29 Lensvloeistoffen hebben een buffer.

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

Afb. 30 pH-meter ijken door middel van bufferoplossingen

WEETJE

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

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

•

Een oplossing met pH = 7 is een neutrale oplossing.

•

Een oplossing met pH > 7 is een basische oplossing.

— Een pH-meter is een digitale en zeer nauwkeurige manier om de pH

hyperventilatie geraakt de

van een oplossing te bepalen.

pH-waarde van het bloed verstoord. Maar ook hevig

— Een buffer is een oplossing waarvan de pH amper verandert, zelfs na het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur of hydroxide.

braken of buikloop hebben een effect op de zuurtegraad

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

Een oplossing met pH < 7 is een zure oplossing.

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

het bloed. Bij mensen met

•

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

van de zuurtegraad van

van je lichaam.

— De pH-schaal gaat van 0 tot 14:

` Maak oefening 28 t/m 33 op p. 67-68.

HOOFDSTUK 5

HOOFDSTUK 6

De zouten

LEERDOELEN Je kunt al: van een gegeven naam of formule;

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

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 de algemene formule van een zout schrijven. Je leert nu:

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 formule van zouten opstellen; L de naam van zouten opstellen.

keukenzout. Voor een chemicus is zout een volledige stofklasse. Er zijn dus 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 en ternaire zouten MnMO.

Afb. 31 Zouten zijn niet altijd witte, vaste stoffen, maar kunnen in verschillende kleuren voorkomen.

GENIE Chemie 4.1 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.

Voor de vorming van de formule van de zouten heb je de formule van de zuurresten nodig (zie p. 41).

Net zoals bij de oxiden en de hydroxiden moet je ook hier een onderscheid

maken tussen metalen met slechts één mogelijk oxidatiegetal en metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen. Het oxidatiegetal van de zuurrest ligt vast, aangezien die afgeleid is van de formule van het zuur.

VA N

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal Voor metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal (of met ammonium) is de naamgeving analoog als bij de metaaloxiden en de hydroxiden, namelijk metaal (of ammonium) + zuurrest.

OPDRACHT 32

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 dat een voorbeeld van een binair of een ternair zout?

GENIE Chemie 4.1 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 het een binair of een ternair zout?

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen Ook hier is de naamgeving analoog aan de naamgeving van de metaaloxide en de hydroxiden. Ofwel hanteer je de stocknotatie ofwel maak je gebruik van de Griekse telwoorden. OPDRACHT 33

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

+II Kruisregel

Formule-eenheid

+III

VA N

Stocknotatie

Systematische naam

→ Dat zijn allebei voorbeelden van

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

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

— Bepaal het oxidatiegetal van koper in deze stof:

— Noteer de stocknotatie:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

— 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 — 2 soorten: •

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

•

ternair zout (MnMO): zuurrest bevat een niet-metaal en zuurstof, de naam eindigt niet op -ide

— een metaal met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal:

formule: oxidatiegetal opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium)+ juiste zuurrest

•

— een metaal met meerdere mogelijke oxidatiegetallen: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

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

•

stocknotatie: metaal + (OG) + zuurrest

VA N

` Maak oefening 34 t/m 36 op p. 68.

Gebruik en toepassingen van zouten

Het bekendste zout is natuurlijk keukenzout of natriumchloride NaCl. Dat wordt vooral als smaakmaker en bewaarmiddel gebruikt. In de winter wordt

ontdekplaat: anorganische stofklassen

het ook gebruikt om op een glad wegdek te strooien. Het is niet aan te raden om

Afb. 32 Natriumchloride is het bekendste zout.

strooizout in je eten te gebruiken. Er is namelijk een anti-klontermiddel aan toegevoegd. Bij heel lage temperaturen (in Noorwegen, Zweden ...) wordt vaak calciumchloride CaCl2 als strooizout gebruikt.

Afb. 33 Strooizout bevat calciumchloride.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

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. 34 Eierschalen bestaan uit calciumcarbonaat.

het niet zo interessant is om een marmeren werkblad in de keuken te laten installeren. Baksoda bevat zuiver natriumwaterstofcarbonaat NaHCO3 en wordt gebruikt

als rijsmiddel. Wist je trouwens dat er een verschil is tussen bakpoeder en baksoda? Bakpoeder bevat naast

natriumwaterstofcarbonaat ook nog

Afb. 35 In baksoda zit natriumwaterstofcarbonaat.

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

VA N

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. 36 In de meeste tandpasta's zit natriumfluride.

sterker glazuur.

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

Afb. 37 Met natriumcarbonaat kun je water ontharden.

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

OPDRACHT 34

Oefen met behulp van flashcards je kennis van de zouten.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

flashcards: zouten

HOOFDSTUK 6

Formule

Systematische naam

Triviale naam

Toepassing/voorkomen

natriumfluoride

tandpasta

NaHCO3

natriumwaterstofcarbonaat

bakpoeder

rijsmiddel

AgNO3

zilvernitraat

wratten verwijderen

CaSO4.5H2O

calciumsulfaatpentahydraat

gips

breuken zetten

NaCl

natriumchloride

keukenzout

smaak, bewaarmiddel

CaCO3

calciumcarbonaat

marmer, eierschaal

Na2CO3

natriumcarbonaat

soda of badzout

waterverzachter

VA N

` Maak oefening 37 en 38 op p. 68.

NaF

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

THEMASYNTHESE

ANORGANISCHE STOFFEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES HOOFDSTUK 1 Verdere indeling van de materie

oxidatiegetal (OG)

kennisclip 1u

kennisclip VB

het aantal elektronen dat een atoom in een verbinding zou opnemen of afstaan bij overgang naar de ionaire vorm.

Groep Ia:

Groep IIa:

+ II

Groep IIIa:

+ III

Zuurstof: meestal

- II

Fluor:

-I

De volgende elementen hebben in een verbinding een vast oxidatiegetal:

In een verbinding is de som van de oxidatiegetallen gelijk aan nul. kruisregel

Je kunt met behulp van de oxidatiegetallen en de kruisregel gemakkelijk de formule van een samengestelde stof vinden: A B

-Y

VA N

→ AyBx (controleren of je x en y niet kan vereenvoudigen = delen door eenzelfde getal)

naamgeving

Metaal heeft 1 mogelijk oxidatiegetal: metaal + uitgang Metaal heeft meerdere mogelijke oxidatiegetallen:

— stocknotatie: metaal + (oxidatiegetal) + 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. 23

Schema 2: indeling van anorganische stoffen op basis van een naam, zie p. 25 HOOFDSTUK 2 De oxiden

oxiden

hydroxiden

zuren

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

HOOFDSTUK 3 De hydroxiden

— MOH

— functionele groep: OH-

HOOFDSTUK 4 De zuren

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

THEMASYNTHESE

HOOFDSTUK 5 Zuurtegraad van een oplossing pH

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, base of water

zouten

— Algemeen: MZ

HOOFDSTUK 6 De zouten

VA N

MnM (binair zout) of MnMO (ternair zout)

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

NOG OEFENEN

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

— Ik ken de betekenis van het begrip oxidatiegetal en de waarde van het oxidatiegetal van elementen met slechts 1 oxidatiegetal.

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

— Ik ken de begrippen pH-schaal, zuur, basisch en neutraal.

— 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 het oxidatiegetal en de kruisregel.

— Ik kan het oxidatiegetal van een element bepalen in een gegeven formule.

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.

— Ik kan de naam van oxiden, hydroxiden, zuren en zouten omzetten naar een formule en omgekeerd.

— Ik kan bij ionverbindingen de stocknotatie omzetten naar de naam met Griekse telwoorden en omgekeerd.

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

` Je kunt deze checklist ook op

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

CHECKLIST

invullen bij je Portfolio.

CHECK IT OUT

Spreek jij chemisch? Bekijk deze oefening uit een Franstalig leerboek over anorganische stofklassen. Nom

Formule

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

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?

Zou je nu nog hetzelfde antwoorden op die enquête?

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

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 4.1 THEMA 01

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

Horen de volgende uitspraken alleen bij anorganische stoffen (A), alleen bij organische stoffen (O) of bij zowel de anorganische als de organische stoffen (A + O)? a

kan het element Ca bevatten

b aardolie behoort tot deze groep stoffen c

d de totale verzameling van moleculen is zeer uitgebreid

Zijn de volgende stoffen organisch of anorganisch? a

O H3C

CH3

N N

H H

CH3

N+

H C C O H

Al3+

H H

VA N

maakt gebruik van zeer veel verschillende atoomsoorten

haar

stenen

olijfolie

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

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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

AAN DE SLAG

Behoren de volgende stoffen tot de organische of anorganische stoffen?

CaCl2 H2O citroenzuur:

Cl H Cl H Cl vliegtuigbrandstof

Bepaal het oxidatiegetal van het vetgedrukte element in de volgende moleculen/ionen: H3PO4

ClO3-

VA N

b NH4OH

d Fe3+

Noteer de juiste formule-eenheid in de volgende tabel: Cl: -I

Al: +III Na: +I

Ca: +II

O: -II

S: -II

Behoren volgende formules tot de oxiden (MO of nMO), hydroxiden (MOH), zuren (HZ) of zouten (MZ)? a

KOH

b H2CO3 c

C C C C C

H H H H H

kunststof PVC:

Anorganisch

Organisch

d KCl

HI Al(OH)3

Na2O

h (NH4)3PO4

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

AAN DE SLAG

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. AlPO4

b Na2O c

H2CO3

d Cl2O e

ijzer(II)oxide

b calciumhydroxide

zwavelzuur

d koper(I)hydroxide

Verbind de formules met de juiste naam. KOH

⦁

K2O

⦁

HClO3

⦁

HCl

⦁

KCl

⦁

salpeterigzuur

⦁

chloorzuur

⦁

kaliumchloride

⦁

kaliumoxide

⦁

waterstofchloride

⦁

kaliumhydroxide

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

VA N

Fe(OH)2

stofklasse (/)? a

aluminiumhydroxide

b dibroomtrioxide c

waterstofcarbonaat

Van het element zwavel bestaan meerdere oxiden. Omcirkel de formules die je met behulp van de tabel met oxidatiegetallen kunt vormen. a

b SO2

S2O

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

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, leg je uit waarom niet. a

kaliumoxide

b lood(IV)oxide c

koolstofmonoxide

d koperoxide e

Br2O3

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

AAN DE SLAG

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

Vorm de formule van de hydroxiden van Mn.

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

VA N

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 bestaat, leg je uit waarom niet. a

ijzer(III)hydroxide

b CuOH c

KOH

ammoniumhydroxide

d aluminiumhydroxide

Vul de tabel aan:

Formule

Systematische naam

zinkhydroxide

kobaltdihydroxide

Mn(OH)7

Stocknotatie

ijzer(III)hydroxide

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

AAN DE SLAG

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

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

b HIO3 c

HBrO

d HNO2 e

H2S

waterstofchloride

waterstofbromaat

h fosforzuur

waterstofsulfiet

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

Naast de 2 afgeleide zuren die we gezien hebben, bestaan er nog andere afgeleide zuren. Beredeneer zelf wat de formule is van waterstoffosfiet.

VA N

b Noteer je redenering:

We hebben maar 2 afgeleide zuren gezien. a

Geef de formule van waterstoffosfiet.

b Noteer ook je redenering.

Vul de tabel aan.

Formule

H2SO4

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

waterstofnitriet

AAN DE SLAG

triviale naam

Systematische naam

zoutzuur

fosforzuur

Welke formule hoort bij welke toepassing of eigenschap? 1 H3PO4

2 HCl

3 H2CO3

C aanwezig in de maag D aanwezig in cola

Je voegt aan de volgende oplossingen lakmoes toe. Welke kleur kun je waarnemen? Maak gebruik van de tabel op p. 49. 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

Bepaal bij elk van de volgende pH-waarden of de oplossing zuur, basisch of neutraal is. Noteer ook de

VA N

4 H2S

A aanwezig in spuitwater B geur van rotte eieren

juiste kleur na het toevoegen van de opgegeven indicator. a

7 + rodekoolsap

b 4 + lakmoes c

12 + fenolftaleïne

d 2 + broomthymolblauw

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?

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 4.1 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

Noteer de naam en de formule van de gevraagde zouten. a

kalium en sulfidezuurrest

b aluminium en carbonaatzuurrest

alle zouten van ijzer en de ternaire stamzuurrest

met chloor

d ammonium en waterstofzuurrest van koolzuur

Vorm de formule van de volgende zouten: a

aluminium en de zuurrest van zoutzuur

VA N

b ijzer (OG = +II) en de zuurrest van fosforzuur

lithium en waterstofzuurrest van koolzuur

d koper(OG = +I) en sulfide-zuurrest

chroom(OG = +VI) en salpeterzuurrest

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

ijzer(III)sulfiet ijzer(II)sulfiet ijzer(III)sulfide ijzer(II)sulfide Verbind de juiste formule met de gegeven gebruiksnamen. 1

bakpoeder

⦁ ⦁

NaHCO3

badzout

⦁ ⦁

NaF

keukenzout

⦁ ⦁

CaCl2

⦁

NaOH

⦁

Na2CO3

⦁

NaCl

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

smaakmaker

b aanwezig in eischalen c

gips

d zorgt voor sterker glazuur e

bakpoeder

` Meer oefenen? Ga naar

GENIE Chemie 4.1 THEMA 01

AAN DE SLAG

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

P: verwijderd houden van warmte

P: stof/nevel/damp niet inademen

Ethanol

onder andere

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? ` Wat zijn enkele eigenschappen en toepassingen van die organische stoffen? We zoeken het uit!

GENIE Chemie 4.1 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 ten slotte in de laatste kolom je keuze.

Anorganische stof

magnesiumoxide

aluminiumhydroxide

waterstofnitraat

calciumchloride

kaliumsulfaat

Stofklasse

Verklaring

GENIE Chemie 4.1 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 en een organische stof. De term koolstofverbindingen wordt

gebruikt als synoniem voor organische stoffen. Zo spreekt

men ook over koolstofchemie in plaats van over organische chemie, omdat organische stoffen minstens één koolstofatoom bevatten. De binding(en) die dat atoom aangaat,

bepaalt tot welke stofklasse een organische stof behoort.

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

koolstofatoom, bestaan er meer dan tien stofklassen in de organische chemie. Voordat we enkele van die stofklassen

VA N

formule of naam;

Omwille van de verscheidene bindingsmogelijkheden van het

bespreken, bekijken we eerst de bindingsmogelijkheden van

L de structuurformule, brutoformule

het koolstofatoom.

en skeletnotatie van een organische

stof herkennen, weergeven, in elkaar

In dit hoofdstuk bestuderen we hoe een organische stof

omzetten en interpreteren.

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

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 één of meerdere atomen, zoals H, O, N …

OPDRACHT 3

Vul aan. 1

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

weer.

Atoom

Lewisstructuur

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Elektronenconfiguratie

2 3

4 5

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: 1

H H C H H 4

H H H

H C C C H H H H

6 protonen

6 neutronen

Afb. 38 Een koolstofatoom heeft 4 valentieelektronen.

H H

H C C O H

H H

C C

VA N 6 elektronen

H C C H

H H

H H C C H

O O H

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 en vijfde 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 die stoffen koolwaterstoffen. Ook hier wordt dan het onderscheid gemaakt tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 4

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

H H

C C H H

Verzadigd (V) of onverzadigd (O)?

H H

H C C H H H CH3 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

WEETJE

VA N

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 3 atomen

Koolstof kan een atoombinding

Koolstof kan de octetstructuur

Als het koolstofatoom slechts

aangaan met 4 atomen, die elk 1

ook bereiken door slechts aan

aan 2 atomen bindt, dan kan

ongepaard elektron bezitten.

3 atomen te binden. Omdat het

het de octetstructuur bereiken

Zowel waterstof als de halogenen

C-atoom 4 ongepaarde elektronen

door 2 dubbele bindingen aan te

zijn niet-metaalatomen met

heeft, moet het dan een dubbele

gaan of een enkelvoudige en een

1 ongepaard elektron.

binding aangaan met 1 atoom.

drievoudige binding aan te gaan.

We bekijken de molecule methaan

We bekijken de molecule etheen

We bekijken de molecule ethyn

(CH4):

(C2H4):

(C2H2):

— lewisstructuur:

H H

H C H

C C

H H

H C C H

De molecule heeft een lineaire

Het koolstofatoom zal de 4

Er is een dubbele binding tussen

bindingen met waterstofatomen

de 2 koolstofatomen. De bindingen structuur, wat betekent dat de

rondom zich in de ruimte maximaal van het koolstofatoom vormen spreiden. Hierdoor ontstaat een

nu een trigonale structuur: de

3D-molecule, een tetraëder met

bindingen liggen in een vlak met

hoeken tussen de C-H-bindingen

onderlinge bindingshoeken van

die 109° bedragen.

120°.

— ruimtelijke structuur:

Binding met 2 atomen

C H H

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

H HOOFDSTUK 1

C C

H H

bindingshoeken 180° bedragen.

— 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 en 2 op p. 102.

Notatiemogelijkheden van een organische stof

VA N

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 vanuit 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, dan H en ten slotte de overige elementen alfabetisch. VOORBEELD BRUTOFORMULE CH4 C2H6

C2H4 C3H8O

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 4.1 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 een edelgasconfiguratie krijgt. 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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

→

CH3 – (CH2)5 – CH3

WEETJE Isomerie De brutoformule kan, in tegenstelling tot bij een anorganische stof, niet altijd één op één 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 die 2 stoffen

isomeren van elkaar genoemd. Ze verschillen echter in fysische en

chemische eigenschappen (bv. kooktemperatuur en reactiviteit). Die 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. Isomerie is afkomstig van het Griekse iso, wat gelijk

VA N

betekent en meros, wat bouwsteen betekent.

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

Skeletnotatie

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

C3H6

CH2 = CH – CH3

C2H6O

CH3 – CH2 – OH

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

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. 39 De skeletnotatie van fructose

Afb. 40 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 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Een organische stof kan op verschillende manieren voorgesteld worden: Brutoformule

Uitgebreide structuurformule

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. De

C- en H-atomen

volgorde

C-H-bindingen worden

(gebonden aan de

niet weergegeven.

C-atomen) niet meer

tussen de verschillende

elementen in alfabetische

genoteerd worden.

bv. C3H8

H H H 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

CH C

CH3

` Maak oefening 3 en 4 p. 102-103.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

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 de 4 stofklassen: 1

methaan

ethaanzuur

methanol

CH3 – COOH

CH4 4

n-butaan

VA N

ethaanzuur

CH3OH

CH3COOH

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

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 4.1 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 5 t/m 7 op p. 103-104.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

Belang, voorkomen en toepassingen van organische stofklassen LEERDOELEN

L organische stoffen onderverdelen in alkanen, alkenen, alcoholen en carbonzuren op basis van hun systematische naam, structuurformule of skeletnotatie. Je leert nu:

Je kunt al:

We bekijken enkele voorbeelden van de

L het belang, voorkomen en de toepassingen van alkanen, alkenen, alcoholen en carbonzuren in het

We bespreken de eigenschappen, de

toepassingen en het voorkomen van enkele

alkanen, alkenen, alcoholen en carbonzuren.

VA N

dagelijks leven en de industrie bespreken.

4 stofklassen die we in hoofstuk 1 bespraken.

Stofklasse

Typisch kenmerk

alkanen

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

1.1 Fysische eigenschappen

WEETJE

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

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 alkanen met 17 of meer C-atomen zijn vast bij kamertemperatuur. Die laatste noemen we de hogere alkanen of paraffinen.

HOOFDSTUK 2

IN VA N Afb. 41 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 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 9 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 de natte doek met 2 handen vast aan de bovenste hoekpunten (de handpalmen naar boven).

•

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

•

Benader het vuur met gestrekte armen en

demovideo: juiste blusmethode

de blusdoek voor je.

•

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

•

Zorg ervoor dat de blusdoek de vuurhaard volledig bedekt. Laat de 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.

De wereldindustrie steunt voor haar energievoorziening grotendeels op alkaanmengsels, zoals petroleum en aardgas. Die grondstoffen vormen ook 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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

gasfractie

dalende dichtheid en kookpunt

chemicaliën 70 °C

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

oplopende dichtheid en kookpunt ruwe olie

diesel 270 °C

smeerolie, glansen boenproducten

watje met pentaan

emmer met water en vochtige handdoek

gehalveerde plastic buis

brandstof voor schepen, industrie en centrale verwarming 600 °C

asfaltfractie voor wegen

kaarsje

VA N

Afb. 42 Gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

1.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven A Methaan (CH4)

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. 43 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 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

Afb. 44 Moerasgebieden bevatten methaan.

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 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

VA N

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. WEETJE

Spoken op het kerkhof – gevaren in de ondergrond Lang geleden, toen er nog echt donkere nachten waren, werd een late bezoeker van het kerkhof soms opgeschrikt door blauwe dwaallichtjes. Dat was methaan dat uit de aarde opsteeg, gemengd

Afb. 45 Mijngas kan ontploffingen veroorzaken.

met een geringe hoeveelheid

fosfine (PH3). Wanneer dat mengsel in contact kwam met de lucht,

ontvlamde het spontaan.

Ook het gevreesde mijngas, dat – gemengd met lucht – in steenkoolmijnen ernstige ontploffingen (‘grauwvuur’) kon veroorzaken, bevatte methaan. Aangezien het gas kleuren geurloos is, moesten mijnwerkers uiterst waakzaam zijn voor explosies. Om die reden namen mijnwerkers vaak een kanarie in een kooi mee in de schachten. Wanneer er mijngas aanwezig was, stierf de kanarie voordat er groot gevaar voor de mijnwerkers optrad. Op die manier konden de mijnwerkers zichzelf op tijd in veiligheid brengen.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

B Ethaan (CH3 - CH3) Aardgas bevat naast methaan ook nog

andere koolwaterstoffen. De tweede 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. 46 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 (CH3 - CH2 - CH2 - CH3) en n-butaan (CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3) 3D

VA N

Afb. 47 Een molecule propaan

Afb. 48 Een molecule n-butaan

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

Afb. 49 Propaantank

propagas en butagas. Beide

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 10 DEMO

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.

Wat neem je waar?

Besluit

Omcirkel het juiste antwoord en vul aan.

Waarnemingen

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

VA N

— Dat bevestigt dat ze kunnen worden gebruikt als

Als je houdt van kamperen, dan 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

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

Afb. 50 Koken met butaangas

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

D n-octaan (CH3 - (CH2)6 - CH3) 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.

Alkenen

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 1 paar C-atomen

De kleinste alkenen zijn bijgevolg:

WEETJE

Polymerisatie komt van de Griekse woorden poly en meros. Poly betekent veel en meros deeltje.

Systematische naam

Structuurformule

etheen

CH2 = CH2

C2H4

CH2 = CH – CH3

C3H6

propeen

Skeletnotatie

Brutoformule

CH3 – CH = CH2 Met alkenen zijn polymerisatiereacties mogelijk. Polymerisatie is het aaneenschakelen van verschillende onverzadigde bouwsteentjes (de monomeren) tot een lange molecule (het polymeer). Door kleine variaties in de monomeren ontstaan steeds andere polymeren met andere nuttige toepassingen.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

2.1 Etheen (CH2 = CH2) Etheen vormt de basisgrondstof voor het polymeer polyetheen of PE. Tijdens

de synthese worden de verschillende etheenmoleculen aan elkaar gehecht. 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. 51 Een molecule etheen

In de natuur speelt etheen een volledig andere rol. Het is namelijk een

hormoon in planten en de aanwezigheid ervan stimuleert stofwisselings-

processen zodat vruchten beginnen te rijpen. Importeurs voeren vaak onrijp fruit in en laten het bij aankomst versneld rijpen door blootstelling aan etheengas. Afb. 52 Bananen rijpen snellen door etheengas.

WEETJE

UHPE (ultra high molecular weight polyetheen) is een minder bekende maar wel ijzersterke variant van polyetheen. De kunststof wordt gebruikt in nieuwe kogelwerende vesten.

VA N

Hierdoor moeten ze niet meer voorzien worden van harde, geperste panelen of metalen delen. UHPE verbetert het bewegingsgemak en zorgt

Afb. 53 Een kogelvrije vest bevat polyetheen.

voor een lichtere uitvoering.

2.2 Propeen (CH3 - CH = CH2)

Afb. 54 Een molecule propeen

Afb. 55 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 autoonderdelen. De verschillende kunststoffen kun je op een verpakking herkennen op basis van een Europese code:

ANDERE Afb. 56 Europese codes voor kunststoffen

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

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

WEETJE

Hoe leid je uit een formule de systematische naam af? 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. CH3 – CH2 – OH

— stam = 2 C-atomen → ETH

— 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 GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

WEETJE (VERVOLG) In de skeletnotatie worden de binding met de functionele groep én de OH-groep zelf volledig weergeven.

OH 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

VA N

Schrijf zeker niet: CH2 – OH – CH3

3.1 Methanol

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

Afb. 57 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. 58 Methanol als brandstof in een fonduestel

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. 59 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. 92

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

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

Afb. 60 Methanol als oplosmiddel voor verf

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

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

Afb. 61 Methanol als grondstof voor het maken van geneesmiddelen

WEETJE

Tijdens de drooglegging in de Verenigde Staten stookten mensen massaal illegaal alcohol. Er ontstond methanol tijdens de bereiding. Omdat het

allemaal stiekem moest verlopen, gebeurde dat proces tijdens de nacht,

bij maanlicht. Moonshine is in de Verenigde Staten dan ook een gekende

VA N

uitdrukking voor illegaal gestookte sterke drank. Methanol is heel giftig. Het wordt in ons lichaam omgezet tot methanal of formol. Die chemische stof maakt het enzym dat nodig is voor het metabolisme in het netvlies, inactief en tast de oogzenuw aan, met blindheid tot gevolg. Eén slok methanol kan bovendien dodelijk zijn.

3.2 Ethanol

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

Afb. 62 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. 63 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)

Afb. 64 Ethanol ontstaat bij de productie van bier.

af tot ethanol en koolstofdioxide: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 ↑ glucose → ethanol + koolstofdioxide GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

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 meer voor. Jongeren spreken vooral over ‘comazuipen’.

Afb. 73 Jongere is bewusteloos door alcoholgebruik.

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.

De overheid probeert dan ook het alcoholgebruik bij de bevolking

opnieuw te verlagen. Een rechter kan tegenwoordig zelfs een

alcoholslot laten plaatsen in de auto van een chauffeur die regelmatig

wordt betrapt op dronken rijden. Pas

Afb. 74 Alcoholcontrole bij bestuurders

VA N

wanneer een alcoholtest negatief is, kan de chauffeur zijn auto starten.

Ethanol wordt ook gebruikt als ontsmettingsmiddel. Volgens de aanbevelingen van de WHO (Wereldgezondheidsorganisatie) moeten desinfecterende hydroalcoholische

Afb. 65 Ethanol als ontsmettingsmiddel

oplossingen, bedoeld voor gebruik in de gezondheidszorg, ten minste 70 % ethanol bevatten om doeltreffend te zijn tegen bacteriën en bepaalde virussen. 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, Afb. 66 Ethanol als brandstof

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

Afb. 67 Ethanol als oplosmiddel voor cosmetica en parfum

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

33 % methanol en 7 % benzine.

HOOFDSTUK 2

WEETJE Tijdens het gistingsproces kan het alcoholgehalte maar tot (ongeveer) 14 % gebracht worden, aangezien we niet in staat zijn om dranken met een nog hogere concentratie te maken. Voor de productie van sterkere dranken (bv. cognac 40-60 %) maakt men gebruik van destillatie om het alcoholgehalte te verhogen. Zo worden sterke dranken, zoals jenever, cognac en whisky, gemaakt. Omdat er in de industrie ook ethanol wordt gebruikt en men de accijnzen wilt ontwijken, worden vaak andere chemische stoffen zoals methanol toegevoegd aan de ethanol. Die gedenatureerde alcohol

is ondrinkbaar en kan dus accijnsvrij door de industrie worden

aangekocht. De methanol en andere toevoegingen zijn zelfs door destillatie heel moeilijk te verwijderen.

Carbonzuren

VA N

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

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 alcoholen of hydroxiden. 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.

— 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

methaanzuur

HCOOH

mierenzuur

ethaanzuur

CH3 – COOH

azijnzuur

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

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

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

De systematische naam van de molecule is methaanzuur. CH3 – COOH

— stam = 2 C-atomen → ETH

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

De systematische naam van de molecule is ethaanzuur.

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

VA N

4.1 Methaanzuur (H - COOH) 3D

Afb. 68 Een molecule methaanzuur

Afb. 69 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 contact komt. Afb. 70 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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

4.2 Ethaanzuur (CH2COOH) 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. 71 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. 72 In keukenazijn zit een verdunde oplossing van ethaanzuur.

gefermenteerde rijst.

Azijn wordt ook gebruikt als conserveermiddel voor voedingswaren. Op de

verpakking vind je het terug onder de code

VA N

als bewaarmiddel: E260. Enkele voedingswaren worden zelfs bewaard in een

Afb. 73 Augurken worden bewaard in een azijnzuuroplossing.

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

ontdekplaat: organische stofklassen

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

ALKENEN

ALCOHOLEN

bestaan enkel uit

bestaan uit

C-en H-atomen

C-en H-atomen; bevat

C,H,O-atomen;

een dubbele binding

bevat een OH-groep

— Etheen

— Methanol

— Methaan CH4

• brandstof om woningen te verwarmen

— Ethaan C2H6

• brandstof om woningen te verwarmen • grondstof

CH2 = CH2

• grondstof voor de kunststof polyetheen (PE) • plantenhormoon

— Propeen

CH3 – CH = CH2

• grondstof voor de kunststof

etheen, ethanol,

polypropeen (PP)

CH3 – OH

• brandstof (spiritus) • oplosmiddel

• grondstof voor

oplos-middelen, kunststoffen …

• ecologische

brandstof (auto)

— Ethanol

CH3 – CH2 – OH

VA N

voor productie ethaanzuur ...

• drankalcohol

— Propaan

• ontsmettingsmiddel

• brandstof om

• oplosmiddel

woningen te

bestaan uit C,H,O-atomen; bevat een COOH-groep

— Methaanzuur

bestaan enkel uit

CARBONZUREN

H – COOH

• triviale naam: mierenzuur

• zuur bij verdediging insecten

• plantenextract (netels) • gebruikt bij het looien van leer

— Ethaanzuur CH3 – COOH

• triviale naam: azijnzuur • conserveermiddel

• brandstof

verwarmen

• in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

— n-butaan •

brandstof om

woningen te verwarmen

•

in gasflessen voor

campingvuurtjes en kookfornuis

Die 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 8 en 9 op p. 104.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

THEMASYNTHESE

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

kennisclip

— soorten formules: brutoformule, (beknopte) structuurformule, skeletnotatie ALKANEN

— bestaan enkel uit C-en H-atomen — enkelvoudige bindingen

Toepassing

n-alkaan

methaan

— brandstof om woningen te verwarmen

ethaan

— grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur …

propaan

— brandstof om woningen te verwarmen

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

n-butaan

— in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

Die 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar.

VA N

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.

ALKENEN

ALCOHOLEN

CARBONZUREN

Kenmerken

— bestaan enkel uit C-en

— bestaan uit C-,H- en O-atomen

— bevat een dubbele binding

— bevat een OH-groep

— bevat een COOH-groep

H-atomen

Eigenschappen, voorkomen en toepassingen in het dagelijks leven

Etheen

Methanol

Methaanzuur

CH2 = CH2

CH3 – OH

H – COOH

— grondstof voor de kunststof

— brandstof (spiritus)

— triviale naam: mierenzuur

polyetheen (PE)

— plantenhormoon

— oplosmiddel

— grondstof voor oplosmiddelen, kunststoffen, …

— ecologische brandstof (auto)

— zuur bij verdediging insecten — plantenextract (netels)

— gebruikt bij het looien 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

Ethaanzuur

— conserveermiddel

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

THEMASYNTHESE

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 ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur.

VA N

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.

invullen bij je Portfolio.

` Je kunt de checklist ook op

100

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

CHECKLIST

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. a

Welke stoffen werden gebruikt om het geld in te dompelen?

video: brandend geld

b Werkt de proef ook met andere stoffen denk je? Leg uit.

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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

CHECK IT OUT

101

AAN DE SLAG

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.

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

VA N

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

CH3 – CH2 – CH3

b CH3 – (CH2)4 – CH3

CH3 – CH2 – CH2OH

d CH2 = CH – CH2 – CH3 e

102

CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH – CH3

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

AAN DE SLAG

Brutoformule van de verbinding

Skeletnotatie van de verbinding

Geef de brutoformule, structuurformule en/of skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Vraag a werd al ingevuld als voorbeeld. Brutoformule van de verbinding

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – COOH

C5H12

Skeletnotatie van de verbinding

CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

Structuurformule van de verbinding

Binnen de organische verbindingen komen de stofklassen alkanen en alkenen voor. Waarin verschillen die 2 stofklassen van elkaar?

VA N

Plaats de onderstaande koolstofverbindingen in de juiste stofklasse (alkaan, alkeen, alcohol of carbonzuur).

Koolstofverbinding (systematische naam, structuurformule of skeletnotatie)

hexaan

CH2 = CH – CH2 – CH3

e f

nonaanzuur

H H

H C C O H H H

methanol

Stofklasse

GENIE Chemie 4.1 THEMA 02

AAN DE SLAG

103

Plaats de volgende stoffen in de juiste kolom en vermeld elke keer de stofklasse waartoe de stof behoort: CO2 – CH3OH – NaOH – NH4OH – HCOOH – C3H8 – H2CO3 – Al(OH)3 Anorganische stoffen Stoffen

Stofklasse

Koppel de juiste alkanen aan de juiste toepassing(en) of het juiste voorkomen. 1 ethaan

•

2 propaan

•

3 methaan

•

• a komt voor in de permafrost van Siberië

• b grondstof voor ethanol (drankalchohol) • c campinggas

Vul de tabel met toepassingen van organische stoffen verder aan. Organische stof

Structuurformule

Systematische naam

CH3COOH

methaanzuur

n-butaan

CH3OH

CH4

` Meer oefenen? Ga naar

104

VA N 9

Stofklasse

Stoffen

Organische stoffen

AAN DE SLAG

Toepassing

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!

106

GENIE Chemie 4.1 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.

Ten slotte 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 4.1 THEMA 03

VERKEN

107

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

protonen en neutronen

tussen de absolute atoommassa

Afb. 74 Het schillenmodel van Bohr-Rutherford

en de eenheidsmassa (u).

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:

108

GENIE Chemie 4.1 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

protonen (Z) en van het aantal neutronen (N).

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

A Z

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:

A = Z + N = 24 u

VA N

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 één 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. 75 De gemiddelde relatieve atoommassa van magnesium

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

109

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

VA N

zwavelzuur (H2SO4) bestaat uit:

— 2 waterstofatomen — 1 zwavelatoom

— 4 zuurstofatomen

Afb. 76 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. 77 Salpeterzuur

110

GENIE Chemie 4.1 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. 78 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

111

— 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 formuleeenheid

` Maak oefening 1 t/m 3 op p. 143.

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!

112

GENIE Chemie 4.1 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

113

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.

114

GENIE Chemie 4.1 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

deeltjesaantal

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

wordt de aarde bedekt met

je 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

115

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 (moleculen)

CO2

Afb. 79 Koolstofdioxide

VA N

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.

116

GENIE Chemie 4.1 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

verder met de exacte uitkomst van een vorige bewerking. Zorg er wel voor

VA N

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

⇩

· NA

de massa van 1 12C-atoom

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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

117

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 = m(Mg) + 2 . m(Cl) = 24,3 g + 2 . 35,5 g

— 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

Afb. 80 Ionrooster

vergelijken. Met de huidige nauwkeurigste 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. 81 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!

118

GENIE Chemie 4.1 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. g g = 71 M(Cl2) = 2 · 35,5 mol mol

Afb. 82 Chloorgas

Wat is de molaire massa van 1 mol calciumchloride (CaCl2)?

Gegeven: n(CaCl2) = 1 mol Gevraagd: M(CaCl2)

Oplossing:

Afb. 83 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

119

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

VA N

— 4 mol O-atomen a

Afb. 84 Zwavelzuur

We berekenen de molaire massa van H2SO4: 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:

120

GENIE Chemie 4.1 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

Hoeveel atomen zuurstof zitten

O zuurstof

er in 426,0 gram

difosforpentaoxide (P2O5)?

Gegeven: m(P2O5) = 426,0 g Gevraagd: N(O) Oplossing: a

Afb. 85 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

121

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)

aantal gram m

aantal mol n

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

` Maak oefening 4 t/m 14 p. 144-145.

122

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

123

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

285

1,2

nium

Fl-

flerovium

als controle bij je 289 287

berekeningen, altijd de 66

(1,2)

wet van behoud van

1,2

de som van de massa’s dysprosium

holmium

van de reagentia 164,9 = de 162,5

158,9

som van 98 van de massa’s 99

de reactieproducten

247

251 252 GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

berkelium

124

Merk op dat je, nihonium

californium

209,0

1,0 3,5

21 9

1,3 4,0

22 10

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

Y Cl

Sr S

einsteinium

VIb 6

1,6

g g = 32,0 mol mol

Ti Ne

moscovium

288 68

1,2

erbium

167,3 100

fermium

1,6

Zr Ar

1,6

→ 2 MgO

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

1,8

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:

107

polonium astaat radon 2 moleculen waterstofgas reageren

210

222

117

118

moleculen water.

renium

106

Og7

Bij uitbreiding is dat ook zo voor een groot aantal deeltjes:

bohrium

hassium

264 demovideo: 60 1,2 elektrolyse

277

cerium

praseodymium

neodymium

promethium

140,1

140,9

144,2

(145)

1,3

Th 2 H2

1,5

→

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

257 HOOFDSTUK 3

258

nobelium

lawrencium

259

262

108

1,1

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

VIIb 7

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

1,5

groepenmet 1 molecule zuurstofgas tot 2

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 van 6,00 gram kwikoxide bij deze reactie?

TIP 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. In het voorbeeld ontstond ook 4,5 mol water of 81,0 g water. We kijken nu of die vergelijking klopt: 166,7 g + 283,5 g = 369,2 g + 81,0 g? Beide sommen hebben 450,2 g als resultaat!

— 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.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

125

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.

Gevraagd:

— Je hebt m(HNO3) = 283,5 g

m(Ca(OH)2)

m(Ca(NO3)2) Oplossing: 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

1 mol

→

Ca(NO3)2

1 mol

2 H2O

2 mol

283,5 g

VA N

2 HNO3

2 mol

Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar aantal mol via de molaire

massa:

Ca(OH)2

1 mol

M(HNO3) = 1,0

m = M

2 HNO3

2 mol

→

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

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 e

2 HNO3

2 mol

→

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

4,5 mol

2,25 mol

4,5 mol

/2 ·1

Zet ten slotte 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 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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

2 mol

283,5 g

M(Ca(OH)2) = 40,1

126

2 H 20

HOOFDSTUK 3

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.

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

127

Voor het oplossen van vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid gebruik je het onderstaande stappenplan:

Stap 1: Lees het vraagstuk.

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

Stap 4: Zet de gegeven stofhoeveelheid om naar mol.

VA N

Stap 5: Pas de molverhouding toe.

Stap 6: Zet dat om naar de gevraagde eenheid.

TIP

Bij het oplossen van vraagstukken zul je ook vaak ‘de regel van drie’ toepassen. Als je weet wat de molverhouding is waarin de stoffen A en B reageren (uit de voorgetallen), dan kun je ook berekenen hoeveel mol van stof B er met 1 mol van stof A reageert. En vervolgens bereken je hoeveel mol B er reageert met de gegeven molhoeveelheid A.

bijlage: de regel van drie

Bekijk het voorbeeld achter de QR-code.

128

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

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. 128. ` Maak oefening 15 t/m 21 op p. 145-148.

HOOFDSTUK 3

HOOFDSTUK 4

Concentratie van een oplossing LEERDOELEN

L stofhoeveelheden omzetten naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen. Je leert nu: L de verhoudingen en

Je kunt al: Alcoholgel wordt veel gebruikt voor het ontsmetten van 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

massa’s, volumes en

hoeveel mol of gram van de opgeloste stof er in de oplossing zit.

stofhoeveelheden gebruiken

In ons voorbeeld van de alcoholgel is de hoeveelheid alcohol

en molaire grootheden en

(opgeloste stof) belangrijk, niet zozeer de hoeveelheid alcoholgel

concentraties beschrijven.

(oplossing). We willen weten hoeveel alcohol er in de alcoholgel zit,

VA N

evenredigheden tussen

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. 86 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

129

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

130

GENIE Chemie 4.1 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 =

n V

aantal mol opgeloste stof aantal liter oplossing

— molaire concentratie =

— eenheid molaire concentratie: Opmerkingen

mol of M L

— M is het symbool voor de eenheid van molaire concentratie.

VA N

— M is het symbool voor de grootheid molaire massa.

VOORBEELD COLA

We berekenen de molaire concentratie van suiker in cola. In een glas cola van 250 mL zit 27 gram suiker. We herleiden de noemer naar een volume van 1 liter:

27 g 108 g g = = 108 . 250 mL 1 000 mL L

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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

131

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

OPDRACHT 15 ONDERZOEK Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen maakt. Ga naar

en voer het labo uit.

De molaire concentratie c wordt berekend door de stofhoeveelheid uitgedrukt in mol (n) te delen door het volume oplosmiddel, uitgedrukt in L. c= n V

oplossingen (c, V)

c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

aantal gram m

aantal mol n

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

` Maak oefening 22 en 23 op p. 149.

132

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

n=c·V 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

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 de kok 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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

133

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

134

GENIE Chemie 4.1 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 mol een hele nacht op een verwarmmet een concentratie van 1,0 L plaat staan. Hierdoor is er de dag nadien 350 mL water verdampt uit de oplossing. Bereken de nieuwe concentratie van de zoutoplosssing. Gegeven: — —

Gevraagd: c2

V1 = 600 mL= 0,600 L c1 = 1,0 mol L

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. 87 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 24 op p. 149.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

135

HOOFDSTUK 5

Chemisch rekenen met gassen LEERDOELEN Je kunt al:

L stofhoeveelheden omzetten naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor

Stoichiometrie leert ons wat de kwantitatieve verhoudingen zijn

vaste stoffen en vloeibare

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

136

GENIE Chemie 4.1 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 88 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. 88 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 dat molaire gasvolume: Vm = 22,4 L waarbij n = V = Vm 22,4 L mol mol VOORBEELDVRAAGSTUK 1

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 4.1 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

137

OPDRACHT 19 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

n= V Vm bij n.o. Vm = 22,4 L

138

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

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 25 t/m 27 op p. 150.

aantal deeltjes N

THEMASYNTHESE

CHEMISCH REKENEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> =

A (massagetal) =

het gewogen gemiddelde van alle relatieve

Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

atoommassa’s van de voorkomde isotopen molecuulmassa = de massa van een molecule

Grootheid stofhoeveelheid (aantal deeltjes)

alle relatieve atoommassa's in de molecule

stofhoeveelheid

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 of aantal mol.

Eenheid deeltjes

de relatieve massa van een molecule = de som van

formulemassa = de relatieve massa van een formule-

Symbool

(aantal gram)

stofhoeveelheid (aantal mol)

mol

VA N

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

molaire massa = molecuulmassa of

formulemassa, aangevuld met de eenheid

Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

deeltjes mol

g mol

molverhouding = de verhouding (in mol) waarin de stoffen reageren

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

Volg het stappenplan op p. 128.

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel

— molaire concentratie c =

n mol (eenheid: ) V L

oplossingen (c, V)

concentratie = de verhouding opgeloste stof per hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale

c= n V

volume van de oplossing

n= m M delen door molaire massa (g/mol)

aantal gram m vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

n=c·V

aantal mol n

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

THEMASYNTHESE

139

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

Hoofdstuk 5: Chemisch rekenen met gassen gasvolume onder normomstandigheden

— i = 0 °C

p = 1 013 hPa

→ molair gasvolume = 22,4

L mol

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. V = n · Vm

VA N

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

n=c·V

aantal mol n

aantal gram m

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

140

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

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 )

THEMASYNTHESE

aantal deeltjes N

CHECKLIST

NOG OEFENEN

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

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

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

atomen.

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

2 Onderzoeksvaardigheden

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

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

— Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

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

VA N

beschrijven.

invullen bij je Portfolio.

` Je kunt deze checklist ook op

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

CHECKLIST

141

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

Je leerkracht mengt beide reagentia goed en plaatst een dekseltje op de verbrandingskroesjes. Die zet de kroesjes

op een driepikkel boven de bunsenbrander en wacht tot de mengsels reageren tot ijzer(II)sulfide. Zal dat steeds even

VA N

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:

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.

142

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

Bereken de molecuul- of formulemassa van de verbindingen. a

CaSO4:

b NaNO3: c

MgF2:

d Fe2O3: e

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

O2:

b S8: c

H2:

d MgO: e f

H2SO4:

Al(lO3)3:

VA N

SiCl4:

Ag2S:

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?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 6,00 g zuurstofgas?

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

143

Wat is de massa van 0,1 mol waterstofgas?

Hoeveel moleculen bevat 3,55 g chloorgas?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 3,4 g ammoniak (NH3)?

Bereken van elke stof de ontbrekende grootheden: molaire massa (M), stofhoeveelheid (n), aantal deeltjes

VA N

(N), massa (m). Formule

HNO3

b K2SO3 c

NaCl

d H2O e

C3H8

g ) mol

n(mol)

2,41 · 1024

3,2

1,5

Bereken de massa van 0,200 mol stikstofgas.

Bereken de massa van 5,00 mol calciumsulfaat.

144

N(aantal deeltjes)

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

m(g)

1 000,0 g 176,0 g

Hoeveel kaliumionen zijn aanwezig in 19,55 g kaliummetaal?

Hoeveel mol vertegenwoordigen 3,01 · 1024 elektronen?

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:

VA N

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

145

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:

146

GENIE Chemie 4.1 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 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

147

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.

148

BENZINE

Antwoord:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

Hoeveel gram natriumchloride moet je oplossen in water om 3,00 L van een oplossing van 2,00 te bereiden?

mol L

Gegeven:

Gevraagd:

200 mL van een natriumhydroxideoplossing bevat 2,00 g natriumhydroxide. Wat is de concentratie in mol van die oplossing? L

VA N

Oplossing:

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

mol Bereken de hoeveelheid water die je aan 1,5 L van een calciumhydroxideoplossing van 0,80 L mol te bekomen. moet toevoegen om een oplossing van 0,70 L Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord: GENIE Chemie 4.1 THEMA 03

AAN DE SLAG

149

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:

VA N

Welk volume nemen 8,0 · 1026 moleculen stikstofgas in onder normomstandigheden?

Wat is de totale massa van die moleculen? Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

` Meer oefenen? Ga naar

150

GENIE Chemie 4.1 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.

video: lotuseffect

Welke toepassingen zie jij nog?

` 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!

152

GENIE Chemie 4.1 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 4.1 THEMA 04

VERKEN

153

HOOFDSTUK 1

Polariteit

LEERDOELEN

L uitleggen dat de binding tussen 2 niet-metalen een atoombinding is; L de lewisstructuur van een molecule tekenen.

Je kunt al:

Een molecule is opgebouwd uit een bepaald aantal

Je leert nu: L de betekenis van elektronegativiteit begrijpen;

niet-metaalatomen, al dan niet van dezelfde soort. Die atomen zijn met elkaar verbonden door een

gemeenschappelijk elektronenpaar. De symbolen

L bepalen of een covalente binding polair of apolair is.

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

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 de buret loopt.

Door papier te wrijven over een glazen staaf, ontstaat er een glasstaaf die positief geladen is. De 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.

154

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

Waarnemingen 1

Teken op afb. 103 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. 89 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. 90 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. 91 n-pentaan is een apolaire molecule.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

155

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

Sommige elementen (zoals metalen) staan liever elektronen af terwijl

TIP

anderen (zoals niet-metalen) liever elektronen opnemen. Dat hangt af van

De EN-waarde vind je

een aantal eigenschappen zoals de grootte van de positieve kernlading,

terug op het PSE. 12

het aantal elektronen en de schikking van de elektronen op de schillen. Die

factoren leiden tot een grotere of minder grote aantrekkingskracht op andere

1,2

elektronen: de elektronegatieve waarde van een atoom.

De elektronegatieve waarde of de elektronegativiteit (EN) drukt uit in welke

magnesium

24,31

mate een element geneigd is om elektronen naar zich toe te trekken. De

elektronegatieve waarde ligt tussen 0,7 en 4 en is een onbenoemd getal: ze

VA N

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

156

GENIE Chemie 4.1 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 184.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

157

Polariteit van de binding

OPDRACHT 6

Beantwoord de vragen. Zoek de EN op van elk element in deze stoffen. EN(H) =

EN(H) =

H H

EN(S) =

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 eenzelfde 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. 92 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. 1

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 =

158

Welk element trekt het hardst aan de gemeenschappelijke elektronen van de atoombinding? Zijn de elektronen positief of negatief geladen?

GENIE Chemie 4.1 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. 93 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. 94 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 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

159

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. 184-185.

Polariteit van moleculen

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

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.

160

NEE

HOOFDSTUK 1

VOORBEELD WATER (H2O) EN KOOLSTOFDIOXIDE (CO2) 1

De polaire molecule water Water is opgebouwd uit 2 waterstofatomen en een zuurstofatoom. Net zoals andere moleculen heeft water een bepaalde ruimtelijke, driedimensionele structuur. De 3 atomen bevinden zich niet op een rechte lijn, maar de molecule is ‘geknikt’. De hoek tussen beide waterstofatomen bedraagt 104,5°.

H O H

δ–

δ+

δ–

104,5°

δ+

EN (H) = 2,1

EN (O) = 3,5

Afb. 96 De 3 atomen van de molecule water liggen niet op een rechte lijn. De molecule is geknikt.

Het zuurstofatoom heeft een hogere EN dan waterstof en trekt dus harder aan het gemeenschappelijk

elektronenpaar van de atoombinding dan het waterstofatoom. Beide bindende elektronenparen verschuiven bijgevolg in de richting van het zuurstofatoom. Het zuurstofatoom krijgt hier tweemaal een negatieve

deellading (2δ-), elk waterstofatoom krijgt een positieve deellading (δ+). Doordat het centrum van de positieve deelladingen en het centrum van de negatieve deelladingen niet samen-

VA N

vallen, heeft de molecule een positieve en negatieve zijde. Water is dus een polaire molecule of dipool.

δ––

δ–

δ+

Afb 97 In een molecule water valt het centrum van de negatieve ladingen (rood) niet samen met het centrum van de positieve ladingen (blauw).

De apolaire 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. Omdat zuurstof een hogere EN (3,5) heeft dan koolstof (2,5) worden de gemeenschappelijke elektronenparen van de atoombindingen naar de zuurstofatomen toe getrokken. Alle atoombindingen zijn dus polair. Doordat de elektronen van de atoombindingen dichter bij zuurstof zitten dan bij koolstof, zijn de zuurstofatomen partieel negatief geladen en het koolstofatoom partieel positief.

De centra van de positieve deelladingen en negatieve deelladingen, of ladingswolken, vallen samen. Hoewel er dus polaire atoombindingen aanwezig zijn, is de molecule apolair.

2δ-

4δ+

2δ-

Afb. 98 Koolstofdioxide bevat polaire bindingen waardoor partiële ladingen ontstaan (blauw=positief, rood=negatief), maar de molecule is apolair omdat het centrum van de positieve ladingen samenvalt met het centrum van de negatieve ladingen.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

161

WEETJE 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 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

δ–

Afb. 95 Zoutzuur (HCl) is een polaire molecule. Ze heeft een positieve zijde (blauw) en een negatieve zijde (rood).

meerdere atomen een positieve en/of negatieve partiële ladingen

δ+

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.

TIP

VA N

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.

162

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

Oplosbaarheid, geleidbaarheid en zuurtegraad LEERDOELEN

L bepalen of een atoombinding polair of apolair is; Je leert nu: L verschillende soorten krachten tussen moleculen onderscheiden; L polaire en apolaire stoffen op basis van hun oplosbaarheid in water onderscheiden;

Je kunt al:

L het verband leggen tussen bindingstype en

aan bod gekomen. In een vaste stof zitten

deeltjes op elkaar gestapeld, vaak op een zeer regelmatige manier in een rooster. Wanneer

een vaste stof smelt, krijgen de deeltjes een hogere bewegingsvrijheid en rollen ze over

VA N

oplosbaarheid in water;

Vorig jaar zijn de 3 aggregatietoestanden al

L elektrolyten onderscheiden van niet-elektrolyten; L de processen ionisatie, hydratatie en dissociatie beschrijven;

L een ionisatie- en dissociatievergelijking opstellen; L het verband leggen tussen bindingstype en geleidingsvermogen.

elkaar. Als een vloeistof de kooktemperatuur bereikt, dan komen de deeltjes volledig los van elkaar en krijgen ze een nog grotere bewegingsvrijheid: ze gedragen zich nu als een gas. De aggregatietoestand van een stof bij een bepaalde temperatuur is deels een gevolg van de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes waaruit ze is opgebouwd.

Intermoleculaire krachten

Intermoleculaire krachten zijn krachten die heersen tussen moleculen en de moleculen bij elkaar houden. Hoe sterker die krachten, hoe moeilijker de deeltjes loskomen van elkaar. We bekijken nu enkele van die intermoleculaire krachten.

1.1 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. GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

163

Die krachten zijn aanwezig in alle moleculen, dus ook in dipool-moleculen, 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. 99 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

VA N

van de 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.

164

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

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?

1.2 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. 100 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. ` Maak oefening 5 op p. 185.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

165

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van ionverbindingen

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 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.

VA N

OPDRACHT 14 ONDERZOEK

Onderzoek de oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen. Ga naar

en voer het labo uit.

OPDRACHT 15

Bekijk de video over het oplossen van een zout.

Formuleer in verschillende stappen het oplosproces van een ionverbinding. -

+ -

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

+ -

+ +

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

Watermoleculen richten zich met hun positieve pool naar

HOOFDSTUK 2

Andere watermoleculen richten zich met hun

negatieve pool naar

δ+ δδ

δ+ δ- + δ

Als de ion-dipoolinteracties

krachten tussen de ionen, dan komen de

δ+ δ- δ+ δ- + δ+ δ δδ+

δ+

δ+ δ- δ+

δ+ δδ+ δ+ δ δ+ δδ+

δ+ δ- δ+ + δ- δ δ+

δ- δ+ δ+

δ-

δ+

δ+ δ+ δ- δ+ δ+ δ-

en valt het kristal

δ- δ+ δ+

δ+ δ- δ+

zijn dan de

uiteen. Dat is

Doordat de ionen zich omgeven met een

, ontstaan er gehydrateerde

δ- δ+ δ+

. Dat verschijnsel heet

Ionverbindingen zijn al opgebouwd uit ionen voordat ze oplossen in water. Het oplosproces in water is .

VA N

een

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 notaties:

(s): vaste toestand

(l): vloeibare toestand

(g): gasvormige toestand (aq): gehydrateerd ion, opgelost in water

OPDRACHT 16

Noteer de dissociatievergelijking van de onderstaande zouten. a

aluminiumchloride:

b natriumhydroxide:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

167

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

VA N

— 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. 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.

168

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

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

VA N

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 op p. 185.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

169

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. 101 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. 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. 102 Door de sterke onderlinge aantrekking van de watermoleculen, kunnen apolaire moleculen er niet tussen.

170

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

Stoffen die opgebouwd zijn uit polaire moleculen, zoals glucose en methanol,

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

δ2-

δ+

polaire molecule zal zich richten op de

δ2-

δ+

oplosmiddel: de positieve pool van een

δ+

oplosmiddelen. Dat komt doordat moleculen van de opgeloste stof en het

δ+

lossen op in water en andere polaire dipoolinteracties ontstaan tussen de

δ2-

Afb. 103 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.

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. 104 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 7 t/m 9 op p. 185-186.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

171

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, dus heb je 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. 105 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. 124). 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. 106 De werking van zeep

172

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

Oplosbaarheid en geleidbaarheid 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. 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 niet-elektrolyten.

TIP

In de chemie betekent ‘oplossen’ dat 2 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;

— moleculen gesplitst worden in ionen (ioniseren), zoals een oplossing van een zuur of ammoniak.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

173

4.1 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. OPDRACHT 20

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

VA N

oplost.

De zuurmolecule met een polaire atoombinding wordt omgeven door

Door de

van de watermoleculen

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

174

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

. ontstaan. . We spreken .

OPDRACHT 21

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 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

175

4.2 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. 125 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 10 t/m 15 op p. 186-188.

Zuurtegraad

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 + 176

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

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 22 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 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

177

— 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 23 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

178

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

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

HOOFDSTUK 2

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. pH 0

H3O+ (mol/L) 1 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. 107 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 16 op p. 188.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

HOOFDSTUK 2

179

THEMASYNTHESE

POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

kennisclip

Hoofdstuk 1 - Polariteit 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 apolaire molecule: molecule zonder positieve en negatieve zijde

atoombinding zitten dichter bij een van de 2 atomen

Hoofdstuk 2 - Oplosbaarheid, geleidbaarheid en zuurtegraad intermoleculaire krachten: krachten die heersen tussen moleculen:

Eigenschappen zoals het kookpunt en smeltpunt van een stof hangen af van de massa van de moleculen

VA N

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

dissociatie: het verbreken van ionbindingen bij

— Sommige ionverbindingen zijn goed oplosbaar in

positieve pool van een dipoolmolecule en

negatieve pool van een andere dipoolmolecule.

oplossen

water, andere zijn slecht oplosbaar.

hydratatie: ionen worden omringd door watermoleculen

— Bij dissociatie van een zout komen de positieve

en negatieve ionen vrij. De ionen worden hierbij gehydrateerd = ze worden omringd door watermoleculen.

dissociatievergelijking: vergelijking die de dissociatie voorstelt

dissociatievergelijking.

elektrolyt: stof die in opgeloste of gesmolten toestand de elektrische stroom geleidt

180

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

— De dissociatie kan voorgesteld worden door een

THEMASYNTHESE

— Omdat in een oplossing of smelt van een ionverbinding ionen aanwezig zijn, zijn ionverbindingen elektrolyten.

THEMASYNTHESE

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 ontstaat ammonium (NH4+) en hydroxide (OH-).

een molecule voorstelt.

ionisatievergelijking: vergelijking die ionisatie van

— 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 4.1 THEMA 04

THEMASYNTHESE

181

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, 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.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan onderzoeken of atoombinding polair of apolair is met behulp van de elektronegatieve waarde.

— 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 zuren en ammoniak verloopt.

VA N

— 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.

` Je kunt deze checklist ook op

182

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

CHECKLIST

invullen bij je Portfolio.

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 4.1 THEMA 04

CHECK IT OUT

183

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

184

Metaal (M) of niet-metaal (NM)

Duid aan of de atoombinding tussen de volgende elementen polair of apolair is. Elementen

Atoombinding

C&H

apolair

polair

H&S

apolair

polair

C&O

apolair

polair

O&N

apolair

polair

S&O

apolair

polair

P&H

apolair

polair

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

AAN DE SLAG

Met welk element uit de 7de groep kan koolstof een apolaire atoombinding vormen?

Kruis in de onderstaande tabel aan welke intermoleculaire krachten aanwezig zijn bij de moleculen. Londonkrachten

Polaire moleculen

zoals F2, I2, H2

zoals CO

met H gebonden op een NM HI, H2S

Apolaire moleculen

‘Gewone’ dipoolkrachten

Geef de dissociatievergelijking van de volgende ionverbindingen.

natriumfluoride

VA N

b Mg(NO3)2

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?

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 stof opgebouwd uit polaire of apolaire moleculen?

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

AAN DE SLAG

185

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)

VA N

Schrijf de stapsgewijze ionisatie van H2SO3.

Geef van de volgende stoffen de splitsing in ionen. Stof (naam)

magnesiumnitraat

bariumhydroxide

natriumcarbonaat

kaliumfosfaat

aluminiumnitraat

kaliumhydroxide

lithiumnitraat

kopersulfaat

ijzerdihydroxide

zilverchloride

186

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

Dissociatievergelijking

AAN DE SLAG

Ondergaan de volgende stoffen in water een dissociatie- of een ionisatieproces? Plaats een kruisje in de juiste kolom. Stof (naam) zout

kaliumchloraat

zout

waterstofsulfaat

zuur

kaliumhydroxide

hydroxide

magnesiumcarbonaat

zout

waterstofnitraat

zuur

natriumnitraat

zout

calciumfosfaat

zout

waterstofcarbonaat

zuur

waterstofchloride

zuur

magnesiumchloride

Ionisatie

Dissociatie

Zijn de volgende stoffen een elektrolyt of een niet-elektrolyt? Plaats een kruisje in de juiste kolom. Geef ook telkens de stofklasse en de chemische formule.

VA N

Stofklasse

Stof (naam)

koolstofdioxide

magnesiumchloride

distikstofpentaoxide waterstofnitraat zinkdichloride

ijzerdibromide kaliumsulfaat zuurstofgas

waterstofsulfide

koperchloride

Elektrolyt

Niet-elektrolyt

Chemische formule

Stofklasse

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

AAN DE SLAG

187

Welke uitspraken gelden voor de volgende stoffen? Duid telkens met een kruisje de juiste antwoorden aan. Natriumchloride

Het is een ionverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een dissociatieproces.

Het is een atoomverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een ionisatieproces.

Het is een ionverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een dissociatieproces.

Waterstofchloride

Het is een atoomverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een ionisatieproces.

Het is een ionverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een dissociatieproces.

Natriumhydroxide

Het is een atoomverbinding, die oplost in water.

Als het in oplossing splitst in ionen, is dat een ionisatieproces.

VA N

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

` Meer oefenen? Ga naar

188

GENIE Chemie 4.1 THEMA 04

AAN DE SLAG

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. 108 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!

190

GENIE Chemie 4.1 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 4.1 THEMA 05

VERKEN

191

OPDRACHT 3

Fris je kennis van de oxidatiegetallen op. Bepaal het oxidatiegetal van alle atomen in de volgende moleculen en ionen. Moleculen/Ionen AgNO3

Oxidatiegetallen

Moleculen/Ionen S8

Fe3+

OPDRACHT 4

Oxidatiegetallen

Pb(NO3)2

bijlage: OG bepalen

Noteer de ionisatie- of dissociatievergelijking van de volgende stoffen in water: Stof

Vergelijking

Ionisatie (I) of dissociatie (D)?

VA N

H2CO3

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

192

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

VERKEN

HOOFDSTUK 1

Soorten chemische reacties LEERDOELEN

L het oxidatiegetal van een element bepalen; 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

Je kunt al:

onderscheiden.

Je kent ondertussen het verschil tussen chemische en fysische reacties. Een

chemisch proces (of een chemische reactie) is een reactie waarbij na de reactie andere

stoffen worden gevormd. Een fysisch proces

VA N

Je leert nu:

L een chemische reactie classificeren als redoxreactie of ionuitwisselingsreactie;

is een proces waarbij de beginstoffen achteraf opnieuw terug te vinden zijn. In de lessen fysica ga je verder onderzoeken hoe

L een chemische reactie classificeren als een neerslag-, gasontwikkelings- of neutralisatiereactie.

zo’n fysisch proces werkt. In dit hoofdstuk leer je hoe je chemische reacties nog verder kunt onderverdelen.

Ionuitwisselingsreactie versus redoxreactie

We kunnen chemische reacties nog verder onderverdelen. Een mogelijke, veel gebruikte onderverdeling is de verdeling op basis van een verandering van de oxidatiegetallen van de elementen. We bekijken dit even aan de hand van enkele chemische reacties, waarbij we de oxidatiegetallen van de elementen in de stoffen bepalen:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

193

De reactie tussen bakpoeder en zoutzuur 1

NaHCO3 + HCl → H2O + CO2 + NaCl OG:

+I +I +IV -II

+I -I

+I -II

+IV -II

+I -I

Het roesten van ijzeren nagels 2

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O → 4 Fe(OH)3 OG:

+I -II

+III -II +I

De verbranding van methaan

CH4 + O2 → CO2 + H2O OG:

-IV +I

+IV -II

+I -II

De vorming van stalagtieten en stalagmieten 4

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2CO3 +II +I +IV -II

+II +IV -II

+I +IV -II

VA N

OG:

Als we reactie 2 en 3 bekijken, dan zien we dat sommige elementen van

oxidatiegetal veranderen. Zo is in reactie 2 het oxidatiegetal van ijzer voor de reactie nul, terwijl het na de reactie gelijk is aan +III. Het element zuurstof heeft een oxidatiegetal 0 voor de reactie, maar een oxidatiegetal –II na de reactie. We noemen dat soort chemische reacties redoxreacties. Bij een redoxreactie hoeven niet alle elementen van een oxidatiegetal te veranderen. Zo wijzigt het OG van het element H in reactie 2 niet. Bij reactie 1 en 4 zien we dat het oxidatiegetal van elk van de elementen, voor en na de reactie, niet verandert. Zo is het oxidatiegetal van natrium in de stof NaHCO3 en in de stof NaCl gelijk aan +I. En dat geldt voor alle elementen

in deze reacties. Er worden echter wel nieuwe (andere) stoffen gevormd. We noemen dat ionuitwisselingsreacties.

OPDRACHT 6

Bekijk volgende chemische reacties. a

Bepaal in kolom 1 de oxidatiegetallen van alle elementen in de reactievergelijking.

b Noteer in kolom 2 of het hier gaat om een ionuitwisselingsreactie (I) of redoxreactie (R). Reactievergelijking

2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe(OH)2 OG:

CaCl2 + Na2CO3 → 2 NaCl + CaCO3

OG: 194

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

Ionuitwisselingsreactie (I) of redoxreactie (R)?

Classificatie ionuitwisselingsreacties aan de hand van waarnemingen

OPDRACHT 7 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf enkele ionuitwisselingsreacties. en voer het labo uit.

Ga naar

Binnen de ionuitwisselingsreacties kunnen we nog een verder onderscheid maken op basis van de eigenschappen van de gevormde producten: 1

Een neerslagreactie kun je herkennen aan de vorming van een neerslag (een slecht oplosbare stof) op de bodem van je proefbuis. In een

chemische reactie wordt dat voorgesteld met een pijl naar beneden (↓) achter de chemische formule van de stof die neerslaat. In een

reactievergelijking kan het ook aangeduid worden met de subscripts (v)

VA N

of (s) bij de stof. WEETJE

van gasbelletjes uit de proefbuis. In een chemische reactie wordt dat

Subscripts bij stoffen in

voorgesteld met een pijl naar boven (↑) achter de chemische formule

reacties:

van de stof die ontsnapt. In een reactievergelijking kan het ook aangeduid worden met het subscript (g) bij de stof.

(aq) = opgelost in water (v) of (s) = vast

(vl) of (l) = vloeibaar

Een gasontwikkelingsreactie kun je herkennen aan het ontsnappen

Een neutralisatiereactie is een reactie tussen een zuur en een base waarbij water gevormd wordt.

(g) = gasvormig

Opmerkingen:

— Sommige chemische reacties kunnen ook een combinatie van de bovenstaande reacties vertonen en bijvoorbeeld zowel een neerslag vormen als een neutralisatiereactie zijn.

We komen hier in het volgende hoofdstuk op terug.

— Ook bij redoxreacties kunnen er gassen gevormd worden. Op die manier zou je deze redoxreacties dus ook kunnen indelen bij de gasontwikkelingsreacties. Dit toont nogmaals aan dat chemie niet helemaal zwart-wit is. — Een reactie tussen een zuur en een base kan leiden tot een neutrale oplossing (pH = 7). De term neutralisatie verwijst echter naar de H+-ionen die samen met de OH--ionen water vormen en niet naar een neutrale pH.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

195

VOORBEELD CLASSIFICEREN VAN IONUITWISSELINGSREACTIES 1

De reactie tussen zoutzuur en zilvernitraat in waterig midden: HCl (aq) + AgNO3 (aq) → HNO3 (aq) + AgCl (s) De afkorting (aq) bij de stoffen toont aan dat de stoffen goed oplossen in water (en de componenten dus vrije ionen vormen in water). De afkorting (s) bij de stof zilverchloride toont aan dat de stof onder zijn vaste vorm voorkomt in water. Dat wil zeggen dat dit

een neerslag vormt. Een andere manier van noteren is als volgt: HCl + AgNO3 → HNO3 + AgCl ↓

Dit is een voorbeeld van een neerslagreactie. 2

De reactie tussen zoutzuur en bakpoeder in waterig midden: HCl (aq) + NaHCO3 (aq) → H2O + CO2 (g) + NaCl (aq)

VA N

Het subscript (aq) achter de stoffen toont aan dat de stoffen goed oplossen in water (en de componenten dus vrije ionen vormen in water). Bij de stof H2O (water) staat geen subscript, aangezien dit het

oplosmiddel zelf is.

Het subscript (g) bij de stof koolstofdioxide toont aan dat deze stof als een gas voorkomt, en dus zal ontsnappen uit de oplossing. Een andere manier van noteren is als volgt: HCl + NaHCO3 → H2O + CO2 ↑ + NaCl

Dit is een voorbeeld van een gasontwikkelingsreactie.

De reactie tussen zoutzuur en natriumhydroxide in waterig midden: HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O

Het subscript (aq) achter de stoffen toont opnieuw aan dat de stoffen

goed oplossen in water (en de componenten dus vrije ionen vormen in water). Daarnaast zien we dat er, door de reactie tussen een zuur (HCl) en een base (NaOH) water wordt gevormd. Een andere manier van noteren is als volgt: HCl + NaOH → NaCl + H2O Dit is een voorbeeld van een neutralisatiereactie.

196

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 8

Bekijk de onderstaande voorstellingen van ionuitwisselingsreacties. Classificeer de ionuitwisselingsreacties als neerslagreactie, gasontwikkelingsreactie en/of neutralisatiereactie.

Voorstelling ionuitwisselingsreactie 1

Neerslagreactie, gasontwikkelingsreactie of neutralisatiereactie? neerslagreactie

gasontwikkelingsreactie

Na2SO4 + BaCl2 → BaSO4 ↓ + 2 NaCl

neutraal

basisch

neerslagreactie

gasontwikkelingsreactie neutralisatiereactie neerslagreactie

gasontwikkelingsreactie neutralisatiereactie

VA N

zuur

neutralisatiereactie

zuur

basisch

water + zout

gasontwikkelingsreactie neutralisatiereactie

CaCO3 (s) + 2 HCl (aq) → CO2 (g) + CaCl2 (aq) + H2O

neerslagreactie

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

197

fysisch proces

chemische reactie andere stoffen gevormd na reactie

ionuitwisselingsreactie

redoxreactie

OG elementen

OG bepaalde

verandert niet

elementen verandert

na reactie

neerslagreactie

gasontwikkelings-

neutralisatiereactie

na reactie: slecht

reactie

reactie tussen zuur

oplosbare stof

na reactie: gas

en base waarbij

gevormd die naar de

gevormd dat uit de

water gevormd

bodem zakt ↓

oplossing ontsnapt ↑

wordt

of indicatie (s) of (v)

of indicatie (g)

achter de stof in de

reactievergelijking

VA N

` Maak oefening 1 en 2 op p. 226.

198

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

Ionuitwisselingsreacties van dichtbij bekeken 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:

In het eerste hoofdstuk heb

L met een oplosbaarheidstabel voorspellen of een combinatie van

leren herkennen. We maakten

VA N

je de ionuitwisselingsreacties

stoffen leidt tot een onoplosbare stof;

L de vergelijking van een neerslagreactie opstellen;

L de vergelijking van een gasontwikkelingsreactie opstellen; L de vergelijking van een neutralisatiereactie opstellen.

een onderscheid tussen gasontwikkelingsreacties, neerslagreacties en neutralisatiereacties. Maar kunnen we deze 3 soorten reacties ook zelf voorspellen en uitschrijven?

Algemene notatie

1.1 Visuele weergave

De verschillende ionuitwisselingsreacties kunnen we voorstellen door middel van een visuele weergave. Als we waterige oplossingen van 2 elektrolyten AB en CD samenvoegen, dan brengen we vier ionen samen in eenzelfde reactievat: A+, B-, C+ en D-. In dit reactievat kunnen de negatieve ionen van de ene stof een verbinding maken met de positieve ionen van de andere stof (en omgekeerd). Bekijk op de volgende pagina de interacties die kunnen optreden.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

199

Neerslagreacties De nieuwe combinatie is een stof die weinig oplost in water. We merken een troebeling die na een tijdje naar de bodem zakt, bezinkt en een neerslag vormt.

A+

B– B–

A+

D–

C+ D–

C+

C+ B– C+

B–

A+ D- A+ D-

Afb. 109 Visuele weergave neerslagreactie

Gasontwikkelingsreacties

De nieuwe combinatie is een gas dat weinig oplost in water. We merken gasbelletjes op die uit de oplossing opstijgen.

A+

D–

C+

VA N

B–

A+

D–

C+

A+

A+ D–

D–

Afb. 110 Visuele weergave gasontwikkelingsreactie

Neutralisatiereacties

Bij het samenvoegen van een zuur (pH < 7) en een base (pH > 7) combineren de waterstofionen (H+) van het zuur met de hydroxide-ionen

(OH-) van het hydroxide tot water (H2O).

H+

B–

H+

B–

C+

Afb. 111 Visuele weergave neutraliteitsreactie

200

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

OH–

C+ B–

C+

B–

Opmerkingen: — Het is ook mogelijk dat alle ionen een nieuwe combinatie aangaan. In dat geval gebeuren er gelijktijdig 2 chemische reacties.

A+

B– A+

B–

D–

C+ C+

D–

B– C+ B– C+ A D A D

— Het kan ook zijn dat er geen chemische reactie optreedt. De stoffen

worden dan alleen gemengd, wat een fysisch proces is. Er ontstaat geen nieuwe combinatie tussen de tegengesteld geladen ionen (alle ionen blijven gedissocieerd in de oplossing).

A+

B– A+

D–

C+

B–

C+

D–

A+

B–

D–

C+

–

C+

B–

VA N

Afb. 112 Visuele weergave fysisch proces

1.2 Weergave met behulp van reactievergelijkingen Ionuitwisselingsreacties kunnen, naast een visuele weergave, ook in 3 soorten reactievergelijkingen weergegeven worden: 1 de stoffenreactievergelijking (SR)

= reactievergelijking waarbij alle

stoffen als formule worden weergegeven in de reactie

2 de ionenreactievergelijking (IR)

= reactievergelijking waarbij alle

stoffen die dissociëren of ioniseren ook als ionen worden weergegeven in de reactie

3 de essentiële reactievergelijking (ER) = reactievergelijking waarbij alleen de ionen die een nieuwe stof vormen, behouden blijven

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

201

Opmerkingen in verband met de essentiële reactievergelijking: — In het geval van een neerslagreactie zijn het de ionen die de neerslag vormen. In het geval van de gasontwikkelingsreactie zijn het de ionen die het gas vormen. En bij een neutralisatiereactie is de essentiële reactievergelijking altijd dezelfde: het zijn altijd H+- en OH- -ionen die samen combineren tot de vorming van water. — Als er tijdens een chemische reactie geen neerslag, gas of water gevormd wordt, dan zal er ook geen essentiële reactie optreden.

— Zoals eerder vermeld, kunnen er tegelijkertijd 2 ionuitwisselingsreacties plaatsvinden. Je noteert dan ook beide essentiële reactievergelijkingen afzonderlijk.

Om de correcte reactievergelijkingen van een ionuitwisselingsreactie te noteren, doorloop je best het volgende stappenplan:

STAP 1: Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia.

VA N

TIP

Hoe weet je of een

stof slecht oplost in

water? Dat leer je in het volgende onderdeel.

STAP 2: Combineer de vrije ionen tot nieuwe verbindingen. Zorg dat de wet van behoud van atomen gerespecteerd wordt en denk aan de kruisregel bij de vorming van hydroxiden en zouten (zie thema 01). Noteer welke reactieproducten slecht oplosbaar zijn (neerslag of gas) en noteer in de vergelijking met een ↓ (neerslag) of ↑ (gas). Je noteerde nu de stoffenreactievergelijking (SR).

STAP 3: De vrije ionen die aanleiding geven tot de neerslag, het gas of water, zijn de componenten die als stof behouden blijven in de ionenreactievergelijking. De andere vrije ionen blijven onder hun ion-vorm

in de vergelijking staan. Je noteerde nu de ionenreactievergelijking (IR).

202

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

STAP 4: We vereenvoudigen de ionenreactievergelijking en behouden alleen de onderdelen die aanleiding geven tot de neerslag, het gas of de vorming van water. Dit is de essentiële reactievergelijking (ER).

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 9

Noteer de reactievergelijkingen van de ionuitwisselingsreactie. De reactie tussen zoutzuur (HCl) en zilvernitraat (AgNO3) zorgt voor de vorming van het zuur

waterstofnitraat (HNO3) en de neerslag zilverchloride (AgCl). Volg het stappenplan. STAP 1 We bekijken eerst de reagentia: een ionisatievergelijking. AgNO3 als zout dissocieert in ionen

volgens de dissociatievergelijking.

STAP 2 We bekijken de reactieproducten: H+ kan reageren met NO3- ter vorming van

het zuur HNO3.

Ag vormt met Cl het slecht oplosbaar zout +

AgCl. We noteren het dus als een neerslag in

HCl is een zuur, dus spreken we van

VA N

de stoffenreactievergelijking. STAP 3

We gaven aan dat het zuur HNO3 werd

gevormd. Zuren ioniseren echter in water,

waardoor de ionen H+ en NO3- als vrije ionen

naast elkaar blijven bestaan. We noteren dat dan in een

ionenreactievergelijking. STAP 4

Vereenvoudigen we de

ionenreactievergelijking, dan bekomen we de essentiële reactievergelijking.

In de ionenreactievergelijking zien we dat alleen de ionen Ag+ en Cl- tot een nieuwe

stof reageren.

Opmerking:

Je ziet dat je de ER gemakkelijk kan afleiden uit de IR door de gelijke ionen links en rechts van de reactiepijl te schrappen. IR: H+ + Cl- + Ag+ + NO3- → H+ + NO3- + AgCl ↓ ↓

ER: Ag+ + Cl- → AgCl ↓

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

203

Neerslagreacties

2.1 Oplosbaarheid in water: gebruik van de oplosbaarheidstabel Wanneer we kijken naar reacties met stoffen in water, is het belangrijk om te weten welke stoffen effectief vrije ionen vormen in water en welke stoffen slecht oplosbaar zijn (en dus geen vrije ionen zullen vormen). Een globale

indeling voor oplosbaarheid is: g — goed oplosbaar: > 10 L g — matig oplosbaar: 1 - 10 L g — slecht oplosbaar: < 1 L

De oplosbaarheid van stoffen kan worden beïnvloed door externe factoren zoals temperatuur. De oplosbaarheid van vaste stoffen is groter bij een

hogere temperatuur. Voor gassen geldt het tegenovergestelde. Aangezien een

hogere temperatuur ervoor zorgt dat de moleculen sneller bewegen, betekent

VA N

dat dat ze makkelijker uit de oplossing kunnen ontsnappen. Tabel 8 geeft een overzicht van de oplosbaarheid van verbindingen in water. Deze tabel werd via experimentele vaststellingen opgesteld en mag je altijd gebruiken. Je vindt de tabel ook bij het onlinelesmateriaal.

Verbindingen

Goed oplosbaar

Slecht oplosbaar

verbindingen met Na

alle

verbindingen met K

alle

verbindingen met NH4+

alle

nitraat (NO3-)

alle

bromide (Br-)

alle, behalve →

Ag+, (Hg+, Pb2+: matig)

chloride (Cl )

alle, behalve →

Ag+, (Hg+, Pb2+: matig)

jodide (I-)

alle, behalve →

Ag+, (Hg+, Hg2+ en Pb2+: matig)

sulfaat (SO )

alle, behalve →

Ba2+, (Pb2+, Ca2+: matig)

sulfiet (SO32-)

Na+, K+, NH4+

Zouten van:

sulfide (S )

Na , K , NH , Mg ,Ba , Ca

alle andere

Na+, K+, NH4+

alle andere

carbonaat (CO ) 23

hydroxide (OH ) -

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

+ 4

Na , K , NH +

+ 4

alle andere

groep IA, beperkter voor groep IIA andere groepen

Tabel 8 Oplosbaarheidstabel

204

Fe2+, Zn2+, Cu2+, Ca2+, Pb2+, Hg+, Ag+, (Mg2+ matig)

fosfaat (PO43-)

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 10

Bepaal de oplosbaarheid van een zout. 1

Is magnesiumsulfaat goed oplosbaar in water of zal het een neerslag vormen? Bekijk het voorbeeld. — symbolische voorstelling: MgSO4

— MgSO4 is een combinatie van de ionen Mg2+ en SO42-

— Wanneer we de oplosbaarheidstabel bekijken, zien we dat deze combinatie een goed oplosbaar zout is.

Zijn deze zouten goed oplosbaar in water? Vul de tabel aan. Symbolische voorstelling AgCl

Oplosbaar in water (ja/neen)?

Systematische naam

ammoniumsulfide

2.2 Neerslagreacties opstellen

VA N

Bij het samenvoegen van oplossingen kunnen positieve en negatieve ionen nieuwe verbindingen vormen. Die reactie noemen we een ionenuitwisselingsreactie. Die nieuwe verbindingen kunnen een slecht oplosbaar zout vormen. In dat geval ontstaat er een neerslag. De reactie noemen we dan een neerslagreactie. Er kunnen tegelijkertijd ook 2 nieuwe slecht oplosbare zouten gevormd worden. Met behulp van het stappenplan en de oplosbaarheidstabel kunnen we de bijbehorende vergelijkingen opstellen.

WEETJE

Dankzij de typische kleur van bepaalde neerslagen worden neerslagreacties gebruikt om de aanwezigheid van bepaalde ionen aan te tonen. De neerslagreactie op afb. 9 laat bijvoorbeeld toe om Pb2+-ionen in bodemstalen te

identificeren door toevoeging van een KI-oplossing. Omgekeerd kan door middel van een Pb(NO3)2-

oplossing de aanwezigheid Afb. 113 Typische gele kleur van PbI2

van I– worden aangetoond. De aanwezigheid van Pb2+-ionen in

bodemstalen of in je drinkwater is niet gewenst: in het oude Rome stierven de rijken vaak eerder dan de arme inwoners. Toch hadden rijke Romeinen veel meer nutsvoorzieningen, terwijl de armen op elkaar gepakt in kazernes woonden. Wat bleek nu? De rijke Romeinen gebruikten loden buizen om het drinkwater in hun woningen binnen te brengen. Velen stierven dan ook een pijnlijke dood door loodvergiftiging.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

205

OPDRACHT 11

Noteer de reactievergelijkingen van de ionuitwisselingsreactie. Als een oplossing van looddinitraat wordt samengevoegd met een kaliumjodide-oplossing, dan ontstaat er een gele neerslag. Volg het stappenplan om aan te tonen welke stof die

bijlage: stappenplan

neerslag vormt. STAP 1 Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia Beide reagentia zijn zouten, dus we noteren

Dissociatievergelijking kaliumjodide: Dissociatievergelijking looddinitraat: STAP 2 Noteer de stoffenreactievergelijking

We bekijken de reactieproducten: K+ kan reageren met NO3- ter vorming van het goed oplosbare zout KNO3. In de

oplosbaarheidstabel zien we immers dat

de dissociatievergelijking van beide stoffen:

VA N

alle zouten met K+ goed oplosbaar zijn. Pb2+ vormt met I- het slecht oplosbaar

zout PbI2 (zoals we zien in de oplosbaar-

heidstabel). We noteren dat dus als een

neerslag in de stoffenreactievergelijking.

Daarnaast houden we ook rekening met de wet van behoud van atomen.

STAP 3 Noteer de ionenreactievergelijking

We gaven aan dat het goed oplosbare zout KNO3 werd gevormd, dat wil zeggen dat de

ionen K+ en NO3- als vrije ionen naast elkaar

blijven bestaan.

De ionenreactievergelijking ziet er dan als

volgt uit:

STAP 4 Noteer de essentiële reactievergelijking

Vereenvoudigen we de ionenreactievergelijking, dan bekomen we de essentiële reactievergelijking. In de ionenreactievergelijking zien we dat alleen de ionen Pb2+ en I- tot een nieuwe stof reageren, waardoor de essentiële reactievergelijking van deze reactie als volgt wordt genoteerd:

206

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 12

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:

— stoffenreactievergelijking:

— essentiële reactievergelijking:

— dissociatievergelijking calciumchloride:

VA N

— ionenreactievergelijking:

ionen kan aangetoond worden door de toevoeging van zilvernitraat. Kun

Gasontwikkelingsreacties

3.1 Veelvoorkomende gassen in chemische reacties Om een chemische reactie te herkennen als een ionuitwisselingsreactie waarbij een gas gevormd wordt, is het belangrijk om te weten welke stoffen gassen zijn. Hieronder vind je een tabel met veel voorkomende gassen die bij chemische reacties ontstaan en die je moet onthouden. Formule

Naam

Formule

Naam

waterstofgas – diwaterstof CO2

koolzuurgas - koolstofdioxide

zuurstofgas – dizuurstof

NH3

ammoniak

stikstofgas – distikstof

SO2

zwaveldioxide

Cl2

chloorgas – dichloor

NO2

stikstofdioxide

H2S

waterstofsulfide

Tabel 7 Veelvoorkomende gassen die ontstaan bij chemische reacties

Onthoud bovendien dat sommige moleculen, in een waterige oplossing, spontaan ontbinden. Zo treden de volgende chemische reacties (spontaan) op in waterig midden: — De ontleding van waterstofcarbonaat:

— De ontleding van waterstofsulfiet:

— De ontleding van ammoniumhydroxide:

H2CO3 → H2O + CO2↑

H2SO3 → H2O + SO2↑

NH4OH → H2O + NH3↑

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

207

3.2 Gasontwikkelingsreacties opstellen Bij het samenvoegen van oplossingen kunnen positieve en negatieve ionen nieuwe verbindingen vormen. Die nieuwe verbindingen kunnen gassen zijn. In dat geval spreken we van een gasontwikkelingsreactie. Deze reactie kunnen we, via het stappenplan op pagina 202, opstellen.

OPDRACHT 13

Als je zoutzuur op een stuk marmer (calciumcarbonaat) giet, dan ontstaat er een gas. Wanneer we dat gas door kalkwater leiden, wordt het kalkwater troebel. Dat is een indicatie dat er CO2-gas werd gevormd.

Volg het stappenplan om de reactievergelijkingen van de ionuitwisselingsreactie te noteren.

STAP 1 Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia Dissociatievergelijking: caliumcarbonaat Ionisatievergelijking: zoutzuur

VA N

STAP 2 Noteer de stoffenreactievergelijking

We bekijken de reactieproducten:

Ca2+ kan reageren met Cl- ter vorming van het

goed oplosbare zout CaCl2, zoals we in de

oplosbaarheidstabel zien.

2 H+ vormt met CO32- het zuur H2CO3, dat in water

ontleedt in CO2-gas en H2O. We noteren dat dus als een gas in de stoffenreactievergelijking. Daarnaast

houden we ook rekening met de wet van behoud van atomen.

STAP 3 Noteer de ionenreactievergelijking

We gaven aan dat het goed oplosbare zout CaCl2

werd gevormd, dat wil zeggen dat de ionen Ca2+ en

Cl- als vrije ionen naast elkaar blijven bestaan.

De ionenreactievergelijking ziet er dan als volgt uit:

STAP 4 Noteer de essentiële reactievergelijking Vereenvoudigen we de ionenreactievergelijking, dan bekomen we de essentiële reactievergelijking: In de ionenreactievergelijking zien we dat alleen de ionen H en CO 2+

tot een nieuwe stof reageren,

waardoor de essentiële reactievergelijking van deze reactie als volgt wordt genoteerd:

208

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

bijlage: stappenplan

WEETJE Monumenten bedreigd door zuren Veel gebouwen, monumenten en beeldhouwwerken zijn gemaakt uit kalksteen of marmer. Beide gesteenten bestaan uit calciumcarbonaat (CaCO3), maar

kalksteen is minder hard dan marmer. Onze hedendaagse levenswijze vormt een bedreiging voor eeuwenoude monumenten. Bij de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen zoals steenkool, stookolie en diesel komt Afb. 114 De Menenpoort in Ieper

naast koolstofdioxide namelijk ook zwaveldioxide vrij. Zwaveldioxide reageert langzaam met zuurstofgas tot zwaveltrioxide, dat met water het sterke zuur

zwavelzuur (of waterstofsulfaat: H2SO4) vormt.

Bij de reactie van zwavelzuur met kalksteen of marmer ontstaan koolstofdioxide en poedervormig

calciumsulfaat (gips). Ook dat kunnen we weer op 3 manieren weergeven als reactievergelijkingen. We beginnen met de ionisatie/dissociatievergelijking van beide producten in water: — dissocatievergelijking:

— ionisatievergelijking:

CaCO3 → Ca2+ + CO32-

H2SO4 → 2 H+ + SO42-

Nieuwe combinaties die kunnen worden gevormd, zijn H2CO3 en CaSO4. Zoals je al weet, is H2CO3 een molecule die in water spontaan ontbindt tot H2O en CO2 (gas), terwijl CaSO4 een matig oplosbaar zout is. We bekomen

VA N

dan de volgende reactievergelijkingen:

SR: CaCO3 + H2SO4 → H2CO3 + CaSO4↓ → H2O + CO2↑+ CaSO4↓

IR: Ca2+ + CO32- + 2H+ + SO42- → H2CO3 + CaSO4↓ → CaSO4↓+ H2O + CO2↑

ER (gasontwikkeling): CO32- + 2 H+ → H2O + CO2↑

ER (neerslag): Ca2+ + SO42- → CaSO4↓

Zo wordt de kalksteen van monumenten door zuren omgezet in een poeder en een gas waardoor ze meer en meer worden aangetast. Een middel om de schade te herstellen, is het aanbrengen van kunststoffen. Die duurzame ingreep voor de verdere bewaring van ons erfgoed noemt men consolidatie door steenversteviging.

OPDRACHT 14

Wat gebeurt er als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) giet op ijzersulfide? Noteer de reactievergelijkingen volgens het stappenplan.

STAP 1 Noteer de ionisatievergelijking van salpeterzuur en de dissociatievergelijking van ijzersulfide.

— ionisatievergelijking salpeterzuur:

— dissociatievergelijking ijzersulfide:

STAP 2 Geef de stoffenreactievergelijking van deze reactie. SR:

STAP 3 Geef de ionenreactievergelijking van deze reactie. IR: ↑

STAP 4 Geef de essentiële reactievergelijking. ER: GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

209

b Wat kun je besluiten als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) op ijzersulfide giet?

Neutralisatiereacties

Het derde type van ionuitwisselingsreacties zijn de neutralisatiereacties: een reactie tussen een zuur en een base waarbij water gevormd wordt.

In het woord neutralisatiereactie herken je het begrip neutraal, dat je al eerder tegenkwam in thema 01 toen je het begrip pH leerde kennen. In thema 04 leerde je ook dat de pH-waarde afhankelijk is van de hoeveelheid H+- en OH--ionen in de oplossing.

VA N

ontdekplaat: pH

Gedestilleerd water wordt een neutrale oplossing genoemd, omdat de hoeveelheid H+- en OH--ionen aan elkaar gelijk is (pH = 7). Wanneer we H+-ionen toevoegen aan het water, krijgen we een zure oplossing.

Het toevoegen van OH--ionen leidt tot een basische of alkalische oplossing.

Een neutralisatiereactie is dan ook een reactie tussen een zuur (H+-ionen) en

een base (OH--ionen), waarbij de H+-ionen en OH--ionen elkaar neutraliseren door de vorming van water. Daarom wordt de reactie vaak ook een zuur-basereactie genoemd.

Om de correcte reactievergelijkingen van een neutralisatiereactie te noteren, gebruiken we opnieuw hetzelfde stappenplan. Maar bij een neutralisatiereactie is de essentiële reactievergelijking steeds dezelfde: het zijn namelijk steeds H+- en OH- -ionen die samen combineren tot de vorming

van water.

210

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 15

Weiden, grasvelden of akkers die te zuur zijn, kunnen worden behandeld met basisch reagerende stoffen zoals gebluste kalk. Die gebluste kalk neutraliseert de H+-ionen die aanwezig zijn in de zure bodem. We bekijken een eenvoudig voorbeeld met zwavelzuur als bron van H+-ionen. Volg het stappenplan om de reactievergelijkingen van de ionuitwisselingsreactie te noteren. STAP 1 Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia Gebluste kalk (als hydroxide) gaat ioniseren in water. Dat geeft de volgende reactievergelijkingen: — dissociatie gebluste kalk — ionisatie zwavelzuur

STAP 2 Geef de stoffenreactievergelijking

We bekijken de reactieproducten:

dissociëren in water, terwijl zwavelzuur zal

VA N

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.

SR:

STAP 3 Geef de ionenreactievergelijking

We gaven aan dat het matig oplosbare zout CaSO4 werd gevormd.

We kunnen nu de ionenreactievergelijking

IR:

noteren. STAP 4.

We vereenvoudigen ten slotte de

ionenreactievergelijking en behouden dan de essentiële reactievergelijking van de neutralisatiereactie:

ER:

Daarnaast zien we ook de essentiële reactievergelijking van de neerslagreactie:

ER:

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

211

OPDRACHT 16

DOORDENKER

Verklaar het onderstaande fenomeen. Intensief gebruikte akkers worden vaak te basisch (alkalisch). Als remedie strooit men er 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 dat gebeuren? reactiepatroon:

reactievergelijking:

b Geef de reactievergelijking tussen difosforpentaoxide en water.

Noteer nu de ionisatievergelijking van dat eindproduct, alsook de dissociatievergelijking van kaliumhydroxide. Dat is een veelvoorkomend hydroxide in bemeste bodems. — ionisatievergelijking:

— dissociatievergelijking KOH-oplossing:

VA N

d Geef de stoffenreactievergelijking van die reactie.

SR:

IR:

ER:

Geef de ionenreactievergelijking van die reactie.

Geef de essentiële reactievergelijking van die reactie.

Is de reactie tussen H3PO4 en KOH ook een neerslagreactie? Motiveer je antwoord.

212

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

Ionuitwisselingsreacties worden steeds volgens hetzelfde stappenplan uitgeschreven (zie p. 202). — neerslagreacties

→ De nieuw gevormde stof is slecht oplosbaar

in water. → Gebruik de oplosbaarheidstabel op p. 204.

— gasontwikkelingsreacties → De nieuw gevormde stof is een gas:

H2CO3 → H2O + CO2↑

H2SO3 → H2O + SO2↑

NH4OH → H2O + NH3↑ — neutralisatiereacties

→ H+-ionen en OH--ionen vormen samen H2O.

→ De essentiële reactievergelijking is altijd:

H++ OH- → H2O.

VA N

` Maak oefening 3 t/m 8 op p. 227-232.

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

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 2

213

HOOFDSTUK 3

Redoxreacties van dichtbij bekeken LEERDOELEN

L het oxidatiegetal van elementen bepalen in enkelvoudige stoffen en verbindingen. Je leert nu: L een eenvoudige redoxreactie ontleden en

Je kunt al:

Je hebt de ionuitwisselingsreacties van naderbij bekeken:

de begrippen oxidator, reductor, oxidatie,

neerslagreacties, gasontwikkelingsreacties en neutralisatie-

reductie en elektronenoverdracht hierbij

reacties hebben geen geheimen meer voor jou. Maar je zag

gebruiken.

in hoofdstuk 1 ook nog redoxreacties: reacties waarbij het

VA N

oxidatiegetal van bepaalde elementen verandert.

Redoxreacties ontleden

In hoofdstuk 1 zagen we 2 reacties (het roesten van ijzeren nagels en het verbranden van methaangas) waarbij het oxidatiegetal van bepaalde elementen veranderde. Die verandering kan op 2 manieren gebeuren: — Wanneer het oxidatiegetal van een element stijgt, wilt dat zeggen dat het

TIP

Om dit makkelijk te

onthouden, denk je maar aan het woord ‘reductie’ of afprijzing tijdens de

solden: tijdens de solden

daalt de prijs.

214

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

element elektronen heeft afgegeven = oxidatie.

— Wanneer het oxidatiegetal van een element daalt, wilt dat zeggen dat het element elektronen heeft opgenomen = reductie.

Merk op dat oxidatie en reductie hand in hand gaan: het ene element kan pas elektronen afstaan als er een ander element is dat elektronen wilt opnemen. Je kunt dus alleen een oxidatie hebben als er ook een reductie is, vandaar de naam redoxreactie (reductie-oxidatie). Concreet draagt het ene element een of meerdere elektronen over aan het andere element. Daarom worden deze chemische reacties elektronenoverdrachtreacties genoemd.

HOOFDSTUK 3

De stoffen die de oxidatie en reductie ondergaan, krijgen ook een specifieke naam: 1

TIP

reductor = stof waarin een element in oxidatiegetal stijgt

De reductor ondergaat

= stof die geoxideerd wordt

een oxidatie. De oxidator

= stof die elektronen overdraagt aan een andere stof: de andere stof doet

ondergaat een reductie.

reduceren 2

oxidator = stof waarin een element in oxidatiegetal daalt

= stof die gereduceerd wordt

= stof die elektronen onttrekt van een andere stof: de andere stof laat oxideren

OPDRACHT 17

Is het roesten van een ijzeren nagel een redoxreactie? Bekijk opnieuw de onderstaande reactie uit hoofdstuk 1. Bepaal het oxidatiegetal van elk element.

VA N

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O → 4 Fe(OH)3

OG:

b Vul aan en/of omcirkel het juiste antwoord.

Het oxidatiegetal van het element ijzer stijgt/daalt van

naar

. Fe ondergaat dus een

In deze reactie zijn er er

Fe-atomen die

naar

door

. elektronen

en is zelf de

elektronen afgeven/opnemen, dus in totaal worden

elektronen afgegeven/opgenomen. Daarnaast zijn er

afgeven/opnemen, dus in totaal worden er

elektronen

en is zelf de

Het oxidatiegetal van het element zuurstof stijgt/daalt van

op te nemen. O2 ondergaat dus een

door

O-atomen die

elektronen

elektronen afgegeven/opgenomen.

Er worden dus meer/evenveel/minder elektronen afgegeven als opgenomen.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

215

OPDRACHT 18 DEMO

Verbranden van koper Werkwijze Je leerkracht houdt een stukje rood koper in de vlam van een bunsenbrander.

Wat neem je waar?

Waarnemingen

Bekijk de reactievergelijking voor de verbranding van koper tot koper(II)oxide en noteer het

oxidatiegetal van elk van de atoomsoorten.

2 Cu + O2 → 2 CuO 3

Vul aan en/of schrap wat fout is.

— Het oxidatiegetal van het element koper stijgt/daalt van te nemen/af te geven. Koper ondergaat dus een

naar

en is zelf de

naar

VA N

— Het oxidatiegetal van het element zuurstof stijgt/daalt van

door

te nemen/af te geven. Zuurstof ondergaat dus een

Besluit

In deze reactie zijn er

Cu-atomen die elk

HOOFDSTUK 3

elektronen op

en is zelf de

O-atomen die telkens

elektronen

elektronen afgegeven/opgenomen. Er worden dus

minder/evenveel/meer elektronen afgegeven als opgenomen.

216

elektronen afgeven/opnemen, dus in totaal worden er

elektronen afgegeven/opgenomen. Daarnaast zijn er

afgeven/opnemen, dus in totaal worden er

door

elektronen op

We kunnen het volledige proces voorstellen in een schema: 2x omdat 2 zuurstofatomen

per zuurstofatoom worden

worden gereduceerd

2 elektronen opgenomen reductie van zuurstof

2 ∙ (+ 2 e-) reductor

2 Cu

2 CuO

oxidator

2 ∙ (- 2 e-)

oxidatie van koper

2x omdat 2 koperatomen worden

per koperatoom worden

geoxideerd

2 elektronen afgestaan

VA N

Afb. 115 De oxidatie van koper door zuurstofgas

Opmerkingen:

Hoewel we spreken over oxidatie, is het absoluut niet noodzakelijk dat er zuurstof in de reactie voorkomt. De definitie van oxidatie is ruimer, namelijk: ‘het afstaan van elektronen’, en dat kan dus evengoed met andere elementen.

OPDRACHT 19

Bekijk de ontdekplaat en ontdek verschillende redoxreacties uit het dagelijks leven.

ontdekplaat: redoxreacties

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

217

Redoxreacties opstellen

Je bestudeerde net een aantal redoxreacties, maar hoe kun je nu zelf op een correcte manier zo’n redoxreactie aanvullen en noteren? We bekijken het onderstaande stappenplan:

Stap 2: OXIDATIE

Stap 1: Duid in alle brutoformules het OG van elk element aan.

— Teken een pijl boven de reactie vanuit de reductor.

— Zet bij de pijl 'oxidatie' en het aantal elektronen dat per element wordt afgegeven.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal afgegeven elektronen met de coëfficiënt van de reductor. Je plaatst hiervoor het aantal afgegeven

VA N

elektronen tussen ronde haakjes.

Stap 3: REDUCTIE

— Teken een pijl onder de reactie vanuit de oxidator.

— Zet bij de pijl 'reductie' en het aantal elektronen dat per element wordt opgenomen.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof.

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal opgenomen elektronen

met de coëfficiënt van de oxidator. Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen elektronen tussen ronde haakjes.

Stap 4: ELEKTRONENBALANS

— Vermenigvuldig voor de oxidatie en de reductie het aantal afgegeven/ opgenomen elektronen met een factor zodat het aantal afgegeven

elektronen gelijk is aan het aantal opgenomen elektronen.

— Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen/afgegeven elektronen tussen vierkante haakjes.

— Controleer daarna of je de coëfficiënten van je reactie moet aanpassen. TIP Deze laatste stap vervangt de tot nu gebruikte methode waarbij we de coëfficiënten aanpassen op basis van de wet van behoud van atomen. Uiteraard kun je die wet nog steeds gebruiken om je antwoord te controleren.

218

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

OPDRACHT 20 VOORBEELDOEFENING

Aluminium reageert met zuurstofgas ter vorming van aluminiumoxide. Stel de redoxreactie op volgens het stappenplan. STAP 1 Duid in alle brutoformules het OG van elk element aan.

OG:

Al + O2 → Al2O3 0

+III –II

Stap 2: OXIDATIE ‘2’ bij aluminium staat. We moeten dus ook in het linkerlid een coëfficiënt ‘2’ voor Al plaatsen en het aantal afgegeven elektronen vermenigvuldigen met een factor 2. Stap 3: REDUCTIE We zien in het linkerlid een index ‘2’ bij zuurstof staan en in het rechterlid een index

We zien dat er in het rechterlid een index

‘3’. Het kleinste gemeen veelvoud van 2 en 3 is 6, dus we moeten het aantal opgenomen

VA N

elektronen vermenigvuldigen met een

factor 6. Opdat de wet van behoud van

atomen klopt, moeten we in het linkerlid

een coëfficiënt 3 plaatsen voor O2 en in het rechterlid een coëfficiënt 2 plaatsen voor Al2O3.

Stap 4 ELEKTRONENBALANS

We zien in de reactie dat er 6 elektronen worden afgegeven door aluminium

(oxidatie) en dat er 12 elektronen worden opgenomen door dizuurstof (reductie). We moeten dus het aantal afgegeven elektronen vermenigvuldigen met

een factor 2. Het aantal opgenomen

elektronen vermenigvuldigen we in dit

geval met een factor 1.

Hierdoor krijgen we uiteindelijk: — 4 atomen aluminium → — 6 atomen zuurstof →

Dat klopt in het rechterlid al, maar in het linkerlid moeten we de coëfficiënt aanpassen: coëfficiënt 4 in plaats van 2. Dat klopt al in het linkerlid en in het rechterlid. De redoxreactie is correct aangevuld.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

219

OPDRACHT 21

Stel de volgende redoxreactie op met behulp van het stappenplan: de reactie tussen ijzer en zuurstofgas, waarbij Fe(III)oxide wordt gevormd STAP 1 Duid in alle brutoformules het OG van elk element aan.

Stap 2: OXIDATIE

Stap 3: REDUCTIE

VA N

Stap 4: ELEKTRONENBALANS

220

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

Een elektronenoverdrachtreactie, ook wel reductie-oxidatiereactie of kortweg redoxreactie genoemd, is een reactie waarbij zich gelijktijdig een oxidatie en een reductie voordoen. Oxidatie =

Reductie

een chemisch proces waarbij

in een stof of deeltje het OG

van een element stijgt door het

van een element daalt door het

afstaan van elektronen

opnemen van elektronen

Oxidator

Reductor

stof of deeltje waarin een

element in OG stijgt =

element in OG daalt

stof of deeltje dat geoxideerd wordt

stof of deeltje waarin een

stof of deeltje dat gereduceerd wordt

Er worden evenveel elektronen afgegeven door de reductor, als dat er worden opgenomen door de oxidator: de oxidator zal de reductor oxideren, en de reductor zal de oxidator reduceren.

VA N

Het opstellen van redoxreactievergelijkingen gebeurt volgens een stappenplan, zie p. 218.

` Maak oefening 9 t/m 11 op p. 233-235.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

221

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 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:

Mg + 2 Cu+ + 2 Cl- → Mg2+ + 2 Cl- + 2 Cu

VA N

We controleren nu even of deze reactie eveneens een redoxreactie is. Reactie:

Mg + 2 Cu+ → Mg2+ + 2 Cu

OG:

+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.

222

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

THEMASYNTHESE

REACTIESOORTEN

kennisclip 1u

KERNBEGRIPPEN

kennisclip VB

NOTITIES

KERNVRAGEN Hoofdstuk 1: Soorten chemische reacties redoxreactie = reactie waarbij OG van atoomsoorten

Bepalen OG → zie thema 01

verandert ionuitwisselingsreactie = reactie waarbij OG van

atoomsoorten niet verandert: — 3 soorten:

Neerslag: Er is neerslag op de bodem te zien.

Gasontwikkeling: Gasbelletjes ontsnappen uit de oplossing.

Neutralisatie: Een zuur en base reageren samen en vormen een zout en water.

Hoofdstuk 2: Ionuitwisselingsreacties van dichtbij bekeken

VA N

notatie ionuitwisselingsreactie via: — stoffenreactievergelijking

Zie stappenplan p. 202.

— ionenreactievergelijking

— essentiële reactievergelijking

neerslagreacties

Neerslag aangeduid met ↓ Gebruik de oplosbaarheidstabel op p. 204.

gasontwikkelingsreacties

Gas aangeduid met ↑ H2CO3 → H2O + CO2 ↑

H2SO3 → H2O + SO2 ↑

NH4OH → H2O + NH3 ↑

neutralisatiereacties

zuur + base → zout + water ER is steeds H++ OH- → H2O

Hoofdstuk 3: Redoxreacties van dichtbij bekeken

redoxreactie = reactie waarbij oxidator wordt

voorbeeld:

oxidatie

gereduceerd en elektronen opneemt van de reductor De reductor geeft de elektronen af en wordt

reductor

hierdoor geoxideerd. oxidatie = toename in OG

OG: +II –II CuO

1 ∙ 1 ∙ (- 2 e-)

0 +

0 →

+II –II +

MgO

reductie = afname in OG oxidator

1 ∙ 1 ∙ (+ 2 e-)

reductie

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

THEMASYNTHESE

223

CHECKLIST

NOG OEFENEN

1 Begripskennis Ik kan de volgende begrippen uitleggen: — ionuitwisselingsreactie — redoxreactie — neerslag

— gasontwikkeling — neutralisatie

— stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking

— oplosbaarheid in water

— oxidator, reductor, oxidatie, reductie, elektronenbalans

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan het oxidatiegetal van elementen in enkelvoudige stoffen en verbindingen bepalen.

— Ik kan ionuitwisselingsreacties onderscheiden van redoxreacties op basis van oxidatiegetallen.

— Ik kan ionuitwisselingsreacties classificeren als neerslagreactie,

VA N

gasontwikkelingsreactie en/of neutralisatiereactie op basis van waarnemingen of reactievergelijkingen.

— Ik kan gebruikmaken 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 redoxreacties ontleden en de begrippen oxidator, reductor, oxidatie, reductie en aantal overgedragen elektronen aanduiden in de reactie.

` Je kunt deze checklist ook op

224

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

CHECKLIST

invullen bij je Portfolio.

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: — stoffenreactievergelijking: — ionenreactievergelijking:

— essentiële reactievergelijking:

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 redoxreacties en ionuitwisselingsreacties. Die laatste worden nog verder onderverdeeld in neerslagreacties, gasontwikkelingsreacties en neutralisatiereacties. Die reacties leerden we op meerdere manieren noteren: via de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking.

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

CHECK IT OUT

225

AAN DE SLAG

Is dit een ionuitwisselingsreactie of een redoxreactie? Tip: controleer aan de hand van 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

VA N h

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

H+ + OH- → H2O

2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2

Welke soort ionuitwisselingsreactie wordt hier voorgesteld?

een gasontwikkelingsreactie (G) – een neerslagreactie (S) – een neutralisatiereactie (N)

Afb. 116 Grotvorming: stalagmieten en stalactieten worden gevormd door de aanwezigheid van Ca2+- en CO32- -ionen in het insijpelende regenwater.

226

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

b De reactie tussen looddinitraat en kaliumjodide in waterig midden. 2 KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq) → PbI2 (s) + 2 KNO3 (aq): c

Het opsporen van chloride-ionen in water door de toevoeging van zilvernitraat.

2 AgNO3 + CaCl2 → 2 AgCl ↓+ Ca(NO3)2:

d Als je zoutzuur op een stuk marmer (calciumcarbonaat) giet, ontstaat een gas. Wanneer dat gas door kalkwater wordt geleid, wordt het kalkwater troebel.

CaCO3 (aq) + HCl (aq) → H2O + CO2 (g) + CaCl2 (aq): e

In draagbare blusapparaten wordt natriumcarbonaat in combinatie met zoutzuur gebruikt.

Door reactie met zoutzuur ontstaat koolstofdioxide.

Na2CO3 + HCl → H2O + CO2 ↑+ NaCl: f

Een oplossing van gebluste kalk (calciumhydroxide) en waterstofnitraat worden samengevoegd. Wat neerslag of gasvorming betreft, is er niets waarneembaar.

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → 2 H2O + Ca(NO3)2: g

VA N

NiCl2

Na2S

Zijn de volgende stoffen goed of slecht oplosbaar in water? Vul de naam of formule aan en gebruik je oplosbaarheidstabel.

Naam

BaSO4

magnesiumbromide

b zilvernitraat c

Formule

d e

kaliumfosfaat

ammoniumsulfaat

HgI2

Goed of slecht oplosbaar?

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

227

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

b CaCl2 + Na3PO4

VA N

CuSO4 + (NH4)2S

d KBr + AgNO3

e Na3PO4 + MgSO4

228

GENIE Chemie 4.1 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

b MgS + HNO3

VA N

H3PO4 + K2CO3

d ZnCO3 + HNO3

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

229

Vervolledig de volgende neutralisatiereacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking. a

HNO3 + KOH

b H3PO4 + LiOH

VA N

NH4OH + H2S

d NaOH + H2SO4

KOH + HBr

230

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

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). a

BaCl2 + Na2CO3

b Co(NO3)2 + MgS

VA N

HCl + Na2CO3

d CaCl2 + H2SO4

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

231

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

kopersulfaat =

b bariumhydroxide = c

magnesiumnitraat =

VA N

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 /.

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.

232

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

Duid bij de onderstaande redoxreacties de volgende onderdelen aan:

oxidator – reductor – oxidatie – reductie

b Noteer daarna het aantal overgedragen elektronen. — Cl2 + H2S → 2 HCl + S

— 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

— 2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2

VA N

— 2 H2 + O2 → 2 H2O

— 2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2

Vul de volgende reactievergelijkingen aan. Het is de bedoeling dat jij de vergelijking telkens aanvult volgens de regels van de kunst:

— Vermeld onder elk element het OG. — Benoem de oxidatie en reductie.

— Noteer de elektronenoverdracht en vervolledig de reactievergelijking.

— Duid de oxidator en reductor aan. a

P4 + O2 → P2O5

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

233

b Na + Cl2 → NaCl

CuO + Mg → Cu + MgO

VA N

d Sn2+ + Br2 → Sn4+ + Br-

234

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

Stel de volgende redoxreacties schematisch voor. Volg het stappenplan op p. 218. a

synthese van zilveroxide uit zilver en zuurstofgas

b verbranding van magnesium

VA N

synthese van koper(II)jodide uit de enkelvoudige stoffen

` Meer oefenen? Ga naar

GENIE Chemie 4.1 THEMA 05

AAN DE SLAG

235

Notities

VA N

236

GENIE Chemie 4.2 THEMA 05