SK - H1 t_m H4 - TW4

Moleculen

Zuivere stoffen bestaan uit 1 soort moleculen. Mengsels bestaan uit meerdere soorten moleculen. Het molecuulmodel beschrijft deze deeltjes. Moleculen zijn altijd in beweging, en trekken elkaar aan (vanderwaalskracht).

Op macroniveau kijk je naar de waarneembare eigenschappen van een stof. Op microniveau kijk je naar de moleculen.

In een vaste stof (s) trillen moleculen op 1 plek. In een vloeistof (l) bewegen moleculen langs elkaar heen. In een gas (g) bevinden de moleculen zich op afstand van elkaar.

Mengsels

Mengsels bestaan uit verschillende stoffen.

In een emulsie zit een emulgator: een stofje dat ervoor zorgt dat stoffen die anders niet mengen, dit wel doen.

Een legering of alliage is een mengsel van metalen, zoals brons (koper en tin). Dit wordt gedaan door metalen te smelten, en dan te mengen.

Stollen en scheiden

Je kan aantonen of een stof een mengsel of een zuivere stof is, aan de hand van de stolcurve.

Bij een zuivere stof is de temperatuur tijdens het stollen gelijk. Bij een mengsel is er een stoltraject: de temperatuur daalt minder snel tijdens het stollen.

Om een mengsel te scheiden moet je een van de scheidingsmethodes gebruiken. De stoffen scheiden door een verschil in stofeigenschappen.

Bij chromatografie zet je de stof die je wilt scheiden op een papiertje dat je in vloeistof zet. De verhouding van de afgelegde afstand van de stof en het vloeistoffront, is de Rf-waarde.

Rekenen met mengsels

Het massapercentage en volumepercentage geeft aan hoeveel procent aan massa/volume van een stof in een mengsel zit. De concentratie is de hoeveelheid opgeloste stof in een vloeistof. De eenheid van concentratie ligt aan de eenheden je je voor massa en volume gebruikt, dus als je g en m³ gebruikt, is de eenheid g/m³.

De oplosbaarheid laat zien hoeveel massa van een stof er maximaal in een liter vloeistof past. In een onverzadigde oplossing is nog niet de maximale hoeveelheid van een stof opgelost, maar in een verzadigde oplossing wel.

Energie van moleculen

Als je een stof afkoelt, neemt de bewegelijkheid van moleculen steeds verder af. In de vaste fase, trillen de moleculen op 1 plek. Dit trillen wordt steeds minder bij het afkoelen, tot -273 °C: dan staan de moleculen stil. Dit absolute nulpunt is gelijk aan -273 °C of 0 K.

Alle faseovergangen (zie afbeelding) hebben een energie-effect: als er energie vrijkomt, is het exotherm, als er juist constant energie nodig is, is het endotherm.

Chemische reacties

Als je stoffen mengt of scheidt, dan blijven de stofeigenschappen aanwezig. Bij een chemische reactie ontstaan er andere stoffen. De beginstoffen reageren, en deze vormen de reactieproducten. Een chemische reactie is een blijvende verandering, in tegenstelling tot bijvoorbeeld een faseovergang.

Een reactie noteer je in een reactievergelijkingen. Hierin staan de beginstoffen voor de pijl, en de reactieproducten na de pijl. Bij de stoffen staat de fase: (s) voor een vaste stof, (l) voor een vloeistof, (g) voor een gas, en (aq) voor een oplossing met water. Alles wat je toevoegt wat geen stof is, staat boven de pijl. Reacties zijn endotherm of exotherm.

Soorten reacties

Als er bij een reactie 1 beginstof is, en meerdere reactieproducten, spreken we van een ontledingsreactie. Hiervan zijn 3 vormen: thermolyse (ontleding door warmte), fotolyse (ontleding door licht) en elektrolyse (ontleding door elektriciteit). Een ontledingsreactie is altijd endotherm.

Als er bij een reactie meerdere beginstoffen zijn, en 1 reactieproduct, spreken we van een vormingsreactie. Een vormingsreactie is altijd exotherm.

Rekenen met reacties

De wet van massabehoud stelt vast dat de massa van de beginstoffen gelijk is aan de massa van de reactieproducten. Bij een chemische reactie verdwijnt of verschijnt er dus geen massa.

Alle stoffen reageren in een vaste massaverhouding. Waterstof en zuurstof reageert altijd in de verhouding 1:8. Voor elke gram waterstof is 8 gram zuurstof nodig voor een volledige reactie. Als je 5 gram waterstof hebt, en 43 gram zuurstof, zeggen we dat zuurstof in overmaat is, want er blijft een deel over (3 gram). Waterstof is dan in ondermaat, want er is te weinig om alles volledig te kunnen laten reageren.

Een blokschema is een schematisch overzicht van alle stappen in een productieproces, zoals reageren, scheiden en mengen. Ook zie je de verschillende “stromen” van stoffen. Als je een stof recirculeert, dan voeg je deze weer toe aan een eerdere bewerking.

Het periodiek systeem

Volgens het atoommodel van Dalton zijn alle moleculen opgebouwd uit atomen. Alle verschillende atoomsoorten of elementen kun je vinden in het Periodiek Systeem der Elementen. Ieder element heeft zijn eigen symbool. Symbolen van 1 letter bestaan uit een hoofdletter. Als een symbool een tweede letter heeft, is dit een kleine letter.

Een niet-ontleedbare stof bestaat uit atomen van dezelfde soort. Een ontleedbare stof bestaat uit verschillende atoomsoorten.

Een zuivere stof bestaat uit moleculen van dezelfde soort. Water bestaat uit 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom. Een flesje met water is dus een zuivere stof en een ontleedbare stof.

Ontleedbare stoffen hebben vaak heel andere eigenschappen dan de elementen waar ze uit bestaan.

In het periodiek systeem staan elementen met vergelijkbare chemische eigenschappen in kolommen (groepen) onder elkaar. De rijen van het periodiek systeem zijn perioden. De elementen in groep 1 zijn de alkalimetalen. Deze metalen reageren heftig met water. In groep 2 staan de aardalkalimetalen. In groep 17 staan de erg reactieve halogenen. In groep 18 staan de edelgassen. Deze elementen reageren juist nooit met andere stoffen.

Er zijn 2 soorten elementen: metalen en niet-metalen. Metalen geleiden stroom in de vloeibare en vaste toestand. Niet-metalen geleiden geen stroom.

Formules van moleculen

De formules van moleculen kun je noteren door de afkortingen van de atoomsoorten te gebruiken. Door de index laat je zien hoeveel atomen van een bepaalde soort er in 1 molecuul zitten. De coëfficiënt voor de formule laat zien om hoeveel moleculen het gaat.

In de afbeelding hiernaast zie je de formule van 3 alcoholmoleculen. In elk alcoholmolecuul zitten 2 C-atomen, 6 H-atomen en 1 O-atoom. Achter de formule noteer je ook de fase (s), (l), (g) of (aq).

Bij niet-ontleedbare stoffen en bij metalen kun je de formule maken door simpelweg het symbool en de fase te gebruiken, zoals He(g) en Au(s).

Let op! Bij 7 niet-ontleedbare stoffen bestaat 1 molecuul altijd uit 2 atomen. Deze zijn waterstof, stikstof, zuurstof, fluor, chloor, broom en jood. Deze stoffen kun je onthouden aan het ezelsbruggetje Claire Fietst Naar Haar Oma In Breda. De formule voor een molecuul zuurstof is dus 0₂(g).

Van sommige ontleedbare stoffen moet je de formule uit je hoofd weten. Deze staan in de afbeelding hiernaast.

Er zijn 3 soorten stoffen: metalen, zouten en moleculaire stoffen.

Je kunt de systematische namen (volledige namen) van moleculaire stoffen afleiden uit de formule.

In de systematische namen worden vaak Griekse telwoorden gebruikt. Je moet de eerste 6 daarvan kennen: mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5) en hexa (6).

Let op! Bij formules zet je de hoeveelheid atomen achter de atoomsoort, bij de namen zet je het aantal ervoor. Je hoeft bij de systematische naam, net als bij de formule, een index van 1 niet te benoemen. Sommige stoffen krijgen bij de volledige naam een andere benaming. Deze kun je hiernaast vinden.

Soms is er een gebruikelijkere naam dan de systematische naam. Zo is H₂O water, en niet diwaterstofoxide. Trisiliciumdibromide is dus naam van de stof van Si₃Br₂.

Atomen

Een atoom bestaat uit een positief geladen atoomkern en een negatief geladen elektronenwolk. De kern bestaat uit positief geladen deeltjes (protonen) en neutraal geladen deeltjes (neutronen). In de elektronenwolk zitten negatief geladen elektronen.

Voor de massa’s van protonen en neutronen gebruik je de eenheid u. De massa van een elektron is zo klein dat je deze mag verwaarlozen. 1 proton heeft een massa van 1 u. Hetzelfde geldt voor 1 neutron.

Het aantal protonen in de kern is altijd gelijk aan het atoomnummer van een element. Stikstof heeft altijd 7 protonen in de kern. Als je het aantal protonen in de kern aanpast, krijg je een ander element.

Het massagetal van een atoom geeft de massa van de protonen en neutronen samen aan. Stikstof heeft een massagetal 14. Er zitten 7 protonen (want je weet het atoomnummer) in de kern, dus dan zitten er 14 - 7 = 7 neutronen in de kern.

Een element heeft altijd hetzelfde aantal protonen, maar kan verschillende aantallen neutronen in de kern hebben (isotopen). Broom heeft bijvoorbeeld 2 isotopen: een isotoop met een massa van 79 u en een isotoop met een massa van 81 u. Je mag dit opschrijven als Br-79 en Br-81 (of als ⁷⁹Br en ⁸¹Br).

Als het aantal protonen en elektronen in een atoom niet gelijk is, dan is het een ion. Een metaalion heeft een positieve lading. Een niet-metaalion heeft een negatieve lading.

Een broomatoom is dus niet geladen (anders was het een ion). Broom heeft 35 protonen in de kern, en dus ook 35 elektronen in de kern (anders had hij wel een lading).

Een broomion met 35 protonen en 36 elektronen heeft een ionlading van 1-, want er is 1 negatief geladen deeltje meer dan een positief geladen deeltje. Je schrijft dit ion op als Br^- (je mag hier de 1 weglaten).

Positieve en negatieve deeltjes trekken elkaar aan, terwijl deeltjes met dezelfde lading elkaar afstoten. Als je 2 stroompolen in een bak water doet met Br^–-ionen, zullen de deeltjes dus naar de pluspool gaan.

Reacties met formules

Bij een chemische reactie maken de atomen van de beginstoffen nieuwe reactieproducten. Er verdwijnen geen atomen en er komen ook geen atomen bij: de wet van atoombehoud.

Bij de reactievergelijking hiernaast klopt de wet van atoombehoud niet. Daarom moet je de formule kloppend maken: zorgen dat er voor de pijl dezelfde (aantallen) atomen zijn als na de pijl. Bij het kloppend maken mag je alleen de coëfficiënten aanpassen, en niet de formules zelf, want dan maak je andere stoffen.

Bij het kloppend maken controleer je steeds het aantal atomen, en pas je de coëfficiënten aan, totdat de reactie klopt.

Je kunt met de stofformules ook de molecuulmassa berekenen. Zo bestaat de stof dialuminiumhexabromide (Al₂Br₆) uit 2 aluminiumatomen en 6 broomatomen. De molecuulmassa is dus 2 × 27 (massa Al) + 6 × 80 (massa Br) = 534 u.

Een ontledingsreactie heeft 1 beginstof en meerdere reactieproducten. Een ontleding is altijd endotherm (heeft energie nodig). Een vormingsreactie heeft meerdere beginstoffen en 1 reactieproduct. Een vorming is altijd exotherm (geeft energie). Een synthese heeft meerdere beginstoffen en meerdere reactieproducten. Een synthese kan exo- en endotherm zijn.

De metalen platina, goud en zilver zijn edel: je kunt deze metalen meteen uit de grond halen en ze roesten niet (reactie met zuurstof). De metalen kalium en natrium zijn zeer onedel: ze regeren heftig met water en zuurstof. De overige metalen zijn onedel.

Verbranding

Voor een verbranding heb je zuurstof, een brandstof en een ontbrandingstemperatuur nodig. Elke verbranding is een reactie van een brandstof met zuurstof.

Bij een volledige verbranding is er veel zuurstof aanwezig. Bij een onvolledige verbranding is er weinig zuurstof in de lucht.

De reactieproducten van een verbranding zijn oxiden (moleculen met zuurstofatomen). Elk element van de brandstof vormt een nieuwe stof met zuurstof. Bij koolstof (C) is dit CO₂, bij waterstof (H) is dit H₂O en bij zwavel (S) is dit SO₂.

Bij een onvolledige verbranding ontstaat er naast CO₂ ook nog CO (koolmonoxide) en roet (C).

De verbranding van methaan (CH₄) is dus CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂0.

Je kunt de aanwezigheid met stoffen aantonen met een reagens. Het reagens geeft een kleurverandering of een andere waarneming als de stof aanwezig is. Je kunt koolstofdioxide aantonen met kalkwater (het kalkwater wordt troebel). Water kun je aantonen met custardpoeder (kleurt geel) en met kopersulfaat (kleurt blauw).

Veel brandstoffen bestaan uit koolstof en waterstof. Deze stoffen zijn koolwaterstoffen. Bij de verbranding van koolwaterstoffen ontstaat dus altijd CO₂ en H₂O.

De grenswaarde van een giftige stof geeft aan hoeveel mg er maximaal in een bepaald volume mag zijn. Hoe lager deze waarde, hoe giftiger een stof. Koolstofmonoxide is erg giftig. Het is bovendien kleurloos en geurloos, waardoor het niet opvalt.

Brandstoffen

Plantenresten in de bodem worden bij hoge temperatuur en onder hoge druk zijn omgezet in fossiele brandstoffen. Plantaardige brandstoffen (gemaakt uit biomassa) zijn biobrandstoffen. Voorbeelden hiervan zijn biogas (voornamelijk CH₄ (methaan), gemaakt door vergisting van afval) en bio-ethanol (gemaakt door vergisting van glucose).

Fossiele brandstoffen zijn miljoenen jaren geleden gevormd. Tijdens hun levensduur namen ze koolstofdioxide op door fotosynthese (koolstofdioxide en water wordt glucose en zuurstof). Omdat we de brandstoffen nu verbranden verstoren we het evenwicht in de atmosfeer. Dit is de trage koolstofkringloop.

Bij het gebruik van biomassa is de tijd tussen opname van koolstofdioxide en verbranding kort, waardoor de hoeveelheid koolstofdioxide niet verandert.

Door de toegenomen hoeveelheid koolstofdioxide in de lucht hebben we te maken met het versterkt broeikaseffect. Hierdoor verandert het klimaat.¹

Door de uitstoot van zwaveldioxide (SO₂) ontstaat zwavelzuur. Door de uitstoot van stikstofoxiden (NO_x) ontstaat salpeterzuur. Deze 2 stoffen zorgen voor zure regen. Hierdoor kunnen ecosystemen worden aangetast.

De zuurheid van een oplossing geef je aan met de zuurgraad (pH). Stoffen met een pH van 7 zijn neutraal. Een stof met een pH onder de 7 is zuur, en een pH boven de 7 is basisch. Rodekoolsap is een indicator voor de pH van een stof.