INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW...

30
Introductiecursus Bouwchemie: Inleiding 1 INLEIDING INTRODUCTIECURSUS BOUWCHEMIE ORGANISATIE EN AANPAK VOOR WIE? Studenten met een gebrekkige voorkennis van chemie om het vak Bouwchemie met succes te starten D.w.z. studenten met een beperkte scheikundige vooropleiding of studenten die het pakket scheikunde van 1 uur in het secundair onderwijs niet beheersen Zowel vooropleiding Architectuur als Interieur-architectuur 2 TIJDSSCHEMA 15 uur lessen en oefeningen Maandag 09/09/2013: 9u00 – 13u00 Dinsdag 10/09/2013: 9u00 – 13u00 Donderdag 12/09/2013: 9u00 – 13u00 Vrijdag 13/09/2013: 9u00 – 12u00 3 INHOUD 1. Inleiding – moleculen en atomen 2. Atoombouw en chemische binding 3. Stoichiometrie 4. Indeling van de minerale chemie 5. (Milieuproblematiek) 6. Organische chemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauw en vet vermeld nieuwe begrippen Na ieder deeltje wordt de theorie door de student toegepast in enkele oefeningen oefeningen staan op slides met een lichtrode achtergrond 5 Op het einde van elk hoofdstuk staan er enkele herhalingsoefeningen om na te gaan of de leerstof begrepen en gekend is Na iedere les wordt de aanwezigheidslijst verplicht gehandtekend Afwezigheid enkel gewettigd indien doktersattest

Transcript of INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW...

Page 1: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Inleiding

1

INLEIDING

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

ORGANISATIE EN AANPAK

VOOR WIE?

Studenten met een gebrekkige voorkennis van chemie om het vak

Bouwchemie met succes te starten

D.w.z. studenten met een beperkte scheikundige vooropleiding of

studenten die het pakket scheikunde van 1 uur in het secundair

onderwijs niet beheersen

Zowel voor opleiding Architectuur als Interieur-architectuur

2

TIJDSSCHEMA

15 uur lessen en oefeningen

Maandag 09/09/2013: 9u00 – 13u00

Dinsdag 10/09/2013: 9u00 – 13u00

Donderdag 12/09/2013: 9u00 – 13u00

Vrijdag 13/09/2013: 9u00 – 12u00

3

INHOUD

1. Inleiding – moleculen en atomen

2. Atoombouw en chemische binding

3. Stoichiometrie

4. Indeling van de minerale chemie

5. (Milieuproblematiek)

6. Organische chemie

4

OPBOUW SLIDES EN LESSEN

Steeds in blauw en vet vermeld →→→→ nieuwe begrippen

• Na ieder deeltje wordt de theorie door de student toegepast

in enkele oefeningen → oefeningen staan op slides met een

lichtrode achtergrond

5

• Op het einde van elk hoofdstuk staan er enkeleherhalingsoefeningen om na te gaan of de leerstof begrepenen gekend is

• Na iedere les wordt de aanwezigheidslijst verplichtgehandtekend

Afwezigheid enkel gewettigd indien doktersattest

Page 2: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

1

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

HOOFDSTUK 1: INLEIDING – MOLECULEN

EN ATOMEN

1

OVERZICHT

1. Zuivere stof, moleculen en atomen

2. Elementen

3. Atoomtheorie van Dalton

4. Atoommassa

5. Moleculemassa

6. De mol

7. Moleculeformules

8. Wetten van Avogadro

9. De chemische reactie

10. Het periodiek systeem

2

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

3 4

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

Heterogeen materiaal: geen homogene samenstelling,

eigenschappen kunnen verschillen van monster tot monster

Zuivere stof

• Elk monster heeft dezelfde samenstelling en eigenschappen

• Niet door fysische middelen te scheiden tot eenvoudigere stofen

Vastomlijnde eigenschappen

• Smeltpunt

• Kookpunt

• Brandbaarheid

• …

Voorbeelden

• Water

• Marmer

• Zink

• Keukenzout

• …

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

5

Onzuivere stoffen of mengsels van zuivere stoffen

= wel door fysische middelen te scheiden (bv. destillatie, filtratie,

kristallisatie,…)

Voorbeelden

• Zoutoplossing

• Melk

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

6

Page 3: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

2

Zuivere stof

= verzameling van dezelfde deeltjes die de fysische en chemische

eigenschappen van die stof dragen

→→→→ moleculen of atomen

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

H2O

CaCO3NaCl

Zn

7

Zuivere stof →→→→ moleculen of atomen

Molecule bestaat uit atomen

Voorbeelden molecule

• H2O (water)

• CaCO3

(calciumcarbonaat)

• NaCl (keukenzout)

Voorbeelden atomen

• Zie periodiek systeem der elementen (PSE)

Let op notatie: aantal elementen in subscript!

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

8

9

Zuivere stof →→→→ enkelvoudige stof of samengestelde stof

Enkelvoudige stof → slechts één atoomsoort

Voorbeelden

• H2

((di)waterstof)

• O2

(zuurstof)

• Ne (neon)

Samengestelde stof → twee of meer atoomsoorten

Voorbeelden

• H2O (water)

• NaCl (keukenzout)

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

10

ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN

OEFENINGEN

Waar of niet waar?

1. Een atoom kan uit meerdere moleculen bestaan.

2. Een zuivere stof kan enkel op chemische wijze gescheiden

worden.

3. Destillatie is een manier om een onzuivere stof op fysische wijze

te scheiden.

4. Een samengestelde stof bestaat steeds uit twee of meer atomen.

5. Hg (kwik) is een zuivere stof en ook een enkelvoudige stof.

11

ELEMENTEN

± 110 gekende elementen

12

Page 4: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

3

ELEMENTEN

Grove indeling →→→→ metalen en niet-metalen

Metalen

• Geleiden warmte en elektriciteit

• Zijn pletbaar en rekbaar

• Kunnen positieve deeltjes vormen

Niet-metalen

• Geleiden warmte en elektriciteit nagenoeg niet (isoleren ze)

• Zijn bros

• Kunnen negatieve deeltjes vormen

13

ELEMENTEN

14

ELEMENTEN: OEFENINGEN

1. Zoek de notaties van de volgende 13 elementen en bepaal of het

een metaal of een niet-metaal is (tip: zie het PSE)

Lood, zink, waterstof, koolstof, stikstof, tin, calcium, helium,

aluminium, kalium, zwavel, koper

2. Waarvoor staan de volgende 13 symbolen? Zijn het metalen of niet-

metalen? (tip: PSE)

Cd, O, Ag, Cl, Hg, Li, Ne, Ar, Na, Fe, I, Mg, F

15

ATOOMTHEORIE VAN DALTON

H2O

16

ATOOMTHEORIE VAN DALTON

• “Alle materie is opgebouwd uit atomen (kleine deeltjes)”

• “Atomen zijn ondeelbaar en onafbreekbaar (noch vernietigd, noch

geschapen worden)”

• “Alle atomen van een gegeven element zijn identiek (grootte, massa,

eigenschappen). Atomen van verschillende elementen hebben een

andere massa en eigenschappen”

• “Tijdens een chemische reactie worden atomen niet gevormd,

vernietigd of omgezet in andere types atomen (atomen zijn

onveranderlijk), maar treedt er een hergroepering van atomen op”

• “Verbindingen worden gevormd door de combinatie van gehele

aantallen atomen van verschillende elementen. Dezelfde elementen

kunnen meer dan één verbinding vormen”

17

“Knikkermodel”

ATOOMTHEORIE VAN DALTON

Scheikundige reactie: hergroepering van atomen om nieuwe moleculen

te vormen

Voorbeeld

Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2

+ → +

18

Page 5: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

4

ATOOMTHEORIE VAN DALTON

Kritiek op atoomtheorie van Dalton

• Atomen zijn niet de kleinste deeltjes (bv. protonen, elektronen,

neutronen,…)

• Atomen zijn veranderlijk: bepaalde atomen kunnen in andere atomen

omgezet worden door radioactieve ontbinding (vb. uranium)

• Atomen zijn wel deelbaar (kernsplijting)

• Atomen blijven niet behouden: bepaalde atomen kunnen vernietigd

worden met vrijstelling van energie in kernreacties

• Atomen van eenzelfde element zijn niet altijd identiek in massa

aangezien er “isotopen” bestaan

Kernfysica: atoomtheorie van Dalton is onbruikbaar

Gewone scheikunde: atoomtheorie van Dalton grotendeels bruikbaar

19

ATOOMTHEORIE VAN DALTON:

OEFENINGEN

Waar of niet waar?

1. Dalton stelt dat atomen onveranderlijk zijn.

2. Dalton werkte in een kerncentrale.

3. Een scheikundige reactie is een hergroepering van moleculen.

4. Dalton stelt dat atomen ondeelbaar zijn.

20

ATOOMMASSA

Hoeveel weegt 1 atoom H?

A. 1,67 g

B. 0,00167 g = 1,67.10-3 g

C. 0,00000167 g = 1,67.10-6 g

D. 0,00000000167 g = 1,67.10-9 g

E. 0,00000000000000000000000167 g = 1,67.10-24 g

21

ATOOMMASSA

(Absolute) atoommassa m van enkele atomen

• H → 1,67 x 10-27 kg

• C → 20,04 x 10-27 kg

• N → 23,38 x 10-27 kg

→ Veel te klein om mee te werken!

Relatieve atoommassa Ar

1 unit = 1,67 x 10-27 kg = 1 u

22

ATOOMMASSA

Formules

Relatieve atoommassa

Voorbeelden

• H → 1,0079

• C → 12,011

• N → 14,0067

Absolute atoommassa

Voorbeelden

• H → 1,67 x 10-27 kg OF 1,0079 u

• C → 20,04 x 10-27 kg OF 12,011 u

• N → 23,38 x 10-27 kg OF 14,0067 u

Ar= m

atoom/u

matoom

= Ar. u

23

ATOOMMASSA: OEFENINGEN

1. Geef de relatieve atoommassa van volgende 10 elementen (Tip: PSE)

He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ag, Pb

Wat valt er op in relatie met het atoomnummer?

2. Geef de absolute atoommassa van volgende 5 elementen (Tip: PSE)

He, C, N, O, Pb

3. Hoeveel is 1,67 x 10-27 kg in g?

24

Page 6: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

5

MOLECULEMASSA

(Absolute) moleculemassa m en relatieve moleculemassa Mr

Optellen van atoommassa’s naargelang aantal atomen

Voorbeeld: moleculemassa van water H2O

• Absolute atoommassa’s m

• H: 1,67.10-27 kg

• O: 26,78.10-27 kg

• Relatieve atoommassa’s Ar

• H: 1,0079

• O: 15,999

• Relatieve moleculemassa Mr

• 2 * 1,0079 + 15,999 ≈ 18

Basiskennis!

25

MOLECULEMASSA: OEFENINGEN

1. Geef de relatieve moleculemassa van volgende 5 moleculen

1. HCl (zoutzuur)

2. H2

((di)waterstof)

3. HNO3

(waterstofnitraat)

4. NaCl (keukenzout)

5. C8H18

(octaan)

2. Geef de absolute moleculemassa van volgende 2 moleculen

1. O2

(zuurstof)

2. CH4

(methaan)

26

DE MOL

Aanduiding aantal deeltjes

Welke deeltjes?

Blijft gelijk: atomen, moleculen, ionen, elektronen, ...

Massa van 1 mol deeltjes

Voorbeeld

1 mol water (H2O)

• 6,02 x 1023 deeltjes

• Relatieve moleculemassa Mr

(H2O) = 18

• M (H2O) = 18 g/mol

1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes → getal van Avogadro NA

Massa van 1 mol deeltjes (molaire massa M) = Arof M

ruitgedrukt in g

27

DE MOL: OEFENINGEN

1. Waarvoor staan de volgende 3 symbolen

1. m

2. Mr

3. Ar

2. Wat is de eenheid van volgende 3 grootheden:

1. Molaire massa

2. Relatieve deeltjesmassa

3. Absolute deeltjesmassa

3. Hoeveel gram weegt

1. 2 mol H2

2. 4 mol HCl

3. 10 mol Pb?28

MOLECULEFORMULES

4 H2CO3

Coëfficient= aantal moleculen

Index = aantal atomen in molecule

Index

29

MOLECULEFORMULES: OEFENINGEN

1. Waar of niet waar?

1. De index wordt steeds vóór de molecule geschreven

2. De coëfficiënt geeft aan hoeveel moleculen er zijn

2. Hoeveel atomen zitten er in 3 moleculen H2SO

4?

30

Page 7: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

6

WETTEN VAN AVOGADRO

1 mol is steeds 6,02 x 1023 deeltjes, van om het even welke stof

1 mol van gelijk welk gas neemt steeds eenzelfde volume in bij gelijke

temperatuur (T) en druk (p):

DUS bij 0 °C en 101300 Pa:

• 1 mol H2

neemt 22,42 liter in

• 1 mol He neemt 22,42 liter in

• 1 mol O2

neemt 22,42 liter in

• ...

22,42 l bij 0 °C en atmosferische luchtdruk (101300 Pa = 1 bar)

31

LET OP !

Diatomaire gassen

Edelgassen: niet diatomair

Diatomaire stoffen die niet gasvormig zijn

32

H2, N

2, O

2, F

2, Cl

2

Br2, I

2

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

WETTEN VAN AVOGADRO:

OEFENINGEN

Waar of niet waar?

1. Bij 0 Pa en 101300 °C neemt 1 mol van om het even welk gas

exact 22,42 liter in

2. Een luchtdruk van 101300 Pa komt overeen met 1 bar

33

aA + bB → cC + dD

CHEMISCHE REACTIE

Reagentia Reactieproducten

Stoichiometrische coëfficiënten

Mg + 2 HCl → MgCl2

+ H2

Evenveel atomen links als rechts!

Coëfficiënt 1 wordt weggelaten

34

CHEMISCHE REACTIE

Richtlijnen

• Eens de moleculeformules juist zijn (correcte indices), mogen deze

niet meer veranderd worden

Voorbeeld

• Vervolgens dient enkel m.b.v. de coëfficiënten het gelijk aantal atomen

links en rechts bereikt te worden

Voorbeeld

Mg en HCl reageren tot MgCl2

en H2

Mg + 2 HCl → MgCl2

+ H2

35

CHEMISCHE REACTIE

Hoe een chemische reactie balanceren?

1. Bepaal hoeveel atomen van iedere soort er links en rechts zijn

2. Zoek één atoom (of complex ion zoals SO4) dat links in slechts één

molecule staat en rechts ook in slechts één molecule staat

• Wacht met waterstof (H) en zuurstof (O) tot op ‘t laatste

3. Balanceer dat atoom

• Vermenigvuldig desnoods niet-gehele getallen (bijv. 2,5)

• Breng daarna alles naar gehele getallen (vermenigvuldig bijv. ganse

reactie met 2)

4. Zoek het volgende atoom in onevenwicht en herhaal stap 3 voor dat

atoom

36

Page 8: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

7

CHEMISCHE REACTIE: OEFENINGEN

Zoek de juiste coëfficiënten bij de volgende reacties

1. HCl + NaOH → NaCl + H2O

2. CaO + H2O → Ca(OH)

2

3. HNO2

+ Ca(OH)2

→ Ca(NO2)2

+ H2O

4. Na + O2

→ Na2O

5. SO3

+ H2O → H

2SO

4

6. HNO3

+ Ca(OH)2

→ Ca(NO3)2

+ H2O

7. HF + KOH → KF + H2O

8. HBr + Ca(OH)2

→ CaBr2

+ H2O

9. Al + HCl → AlCl3

+ H2

10. P + O2

→ P2O5

37

PERIODIEK SYSTEEM

Rangschikking van de elementen

• Atomen geordend volgens toenemende atoommassa (eigenlijk

atoomnummer = aantal protonen, zie later)

• Periodisch weerkeren van eigenschappen

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca

Periode

Groep

38

PERIODIEK SYSTEEM

39

PERIODIEK SYSTEEM: GROEPEN

40

PERIODIEK SYSTEEM: PERIODEN

41

ELEMENTEN UIT HOOFDGROEPEN

42

Page 9: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

8

OVERGANGSELEMENTEN

43

LANTHANIDES EN ACTINIDES

44

METALEN

45

NIET-METALEN

46

HALFMETALEN

47

EDELGASSEN

48

Page 10: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Moleculen en atomen

9

HALOGENEN

49

ALKALIMETALEN

50

AARDALKALIMETALEN

51

PERIODIEK SYSTEEM: OEFENINGEN

Waar of niet waar?

1. Het element Zn bevindt zich in een a-groep

2. Fe, Co en Ni zitten in dezelfde groep omdat ze grote horizontale

verwantschap vertonen.

3. Elementen in één periode bezitten bepaalde overeenkomsten in

fysische en chemische eigenschappen.

4. Elementen in één groep bezitten bepaalde overeenkomsten in

fysische en chemische eigenschappen.

5. Niet-metalen staan links in het PSE.

6. De groep van alkalimetalen bevindt zich naast die van

aardalkalimetalen.

7. Het atoomnummer van een element kan afgeleid worden uit haar

plaats in het PSE.

52

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 1: Geef de naam van de volgende elementen

1. C ………………………………

2. P ………………………………

3. Ca ………………………………

4. Ti ………………………………

5. Si ………………………………

VRAAG 2: Geef het symbool voor de volgende elementen

1. Lithium ………………………………

2. Chloor ………………………………

3. Magnesium ………………………………

53

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 3: Bepaal de molaire massa van de volgende stoffen

A. Fe2O

3………………………………

B. BF3

………………………………

C. N2O ………………………………

VRAAG 4: Hoeveel mol zitten er in 1 g van de volgende stoffen?

A. CH3OH ………………………………

B. NH4NO

3………………………………

VRAAG 5: Zoek de juiste coëfficiënten bij de reacties op p. 10 in de cursustekst

54

Page 11: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

1

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

HOOFDSTUK 2: ATOOMBOUW EN

CHEMISCHE BINDING

OVERZICHT

1. Elementaire deeltjes

2. Elektronen in schillen

3. Ionbinding – ionverbindingen

4. De covalente binding

5. Polaire covalente binding

6. Oxidatiegetal

2

ELEMENTAIRE DEELTJES

Vorige les: Atoomtheorie van Dalton

• “Alle materie is opgebouwd uit atomen (kleine deeltjes)”

• “Atomen zijn ondeelbaar en onafbreekbaar

• “Alle atomen van een gegeven element zijn identiek (grootte, massa, eigenschappen). Atomen van verschillende elementen hebben een andere massa en eigenschappen”

• “Tijdens een chemische reactie worden atomen niet gevormd, vernietigd of omgezet in andere types atomen (atomen zijn onveranderlijk), maar treedt er een hergroepering van atomen op”

• “Verbindingen worden gevormd door de combinatie van gehele aantallen atomen van verschillende elementen. Dezelfde elementen kunnen meer dan één verbinding vormen”

3

ELEMENTAIRE DEELTJES

Vorige les: Kritiek op atoomtheorie van Dalton

• Atomen zijn niet de kleinste deeltjes (bv. protonen, elektronen,

neutronen,…)

• Atomen zijn veranderlijk: bepaalde atomen kunnen in andere atomen

omgezet worden door radioactieve ontbinding (vb. uranium)

• Atomen zijn wel deelbaar (kernsplijting)

• Atomen blijven niet behouden: bepaalde atomen kunnen vernietigd

worden met vrijstelling van energie in kernreacties

• Atomen van eenzelfde element zijn niet altijd identiek in massa

aangezien er “isotopen” bestaan

Kernfysica: atoomtheorie van Dalton is onbruikbaar

Gewone scheikunde: atoomtheorie van Dalton grotendeels bruikbaar

4

ELEMENTAIRE DEELTJES

Bouwstenen van een atoom

• Protonen p+

• Neutronen n0

• Elektronen e-

5

ELEMENTAIRE DEELTJES

Symbool e- p+ n0

Atoommassa [u] ≈ 0 ≈ 1 ≈ 1

Lading -1 +1 0

6

Page 12: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

2

ELEMENTAIRE DEELTJES

Atoom is neutraal

Alle atomen van een element hebben hetzelfde aantal protonen in de kern

Kern bestaat uit protonen en neutronen

X elementsymbool

A massagetal

Z atoomnummer

Atoomnummer Z = aantal protonen in de kern van een atoom van dat element

Massagetal A = aantal protonen + neutronen in een atoom

Aantal elektronen = aantal protonen

7

ELEMENTAIRE DEELTJES

Voorbeeld

Bereken het aantal elementaire deeltjes

X elementsymboolA massagetalZ atoomnummer

8

ELEMENTAIRE DEELTJES:

OEFENINGEN

1. Wat is het massagetal van een koper-atoom met 34 neutronen?

2. Hoeveel protonen, neutronen en elektronen zitten er in een 59Ni-atoom?

3. Geef het massagetal van beryllium met 5 neutronen

4. Geef het complete symbool voor argon met 21 neutronen

9

ELEKTRONEN IN SCHILLEN

Theorie van Rutherford

• Elektronen bewegen rond de kern (positieve kern trekt negatieve

elektronen aan)

� Baanbeweging

• Ze vallen niet op de kerndoor hun bewegingsenergie

10

ELEKTRONEN IN SCHILLEN

Theorie van Bohr

• Elektronen in schillen (K, L, M, N, O, P, Q)

• Aantal elektronen per schil is beperkt tot 2 n2 (n = schilnummer)

K-schil n = 1 hoogstens 2 e-

L-schil n = 2 8 e-

M-schil n = 3 18 e-

N-schil n = 4 32 e-

In de volgende schillen voor bekende elementen maximaal slechts 32 e-

11

ELEKTRONEN IN SCHILLEN

Naast baanbeweging (rond de kern) is er ook tolbeweging van de

elektronen rond hun eigen as (spin)

• 2 mogelijkheden: wijzerzin of tegenwijzerzin

• Aanduiding spin: ↑ of ↓

Indien 2 e- (↑ en ↓) elkaar voldoende dicht naderen

→ aantrekking die afstoting door 2 negatieve ladingen overstijgt

→ doubletten of elektronenparen

12

Page 13: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

3

ELEKTRONEN IN SCHILLEN

13

ELEKTRONEN IN SCHILLEN:

OEFENINGEN

1. Waar of niet waar?

1. Rutherford beweert dat elektronen zich slechts in 7 schillen

bevinden.

2. Elektronen bewegen rond de kern van het atoom, die bestaat uit

protonen en neutronen.

2. Ga na hoeveel elektronen volgende atomen hebben in de buitenste

schil? Hoeveel van deze elektronen zijn ongepaard? (Tip: zie PSE)

Na, Ca, Al, Mg, C, N, P, O, F, Ar

Wat kan je hieruit besluiten?

14

VALENTIE-ELEKTRONEN

15

VALENTIE-ELEKTRONEN

Valentie-elektronen

= elektronen uit de buitenste schil van een atoom

Edelgassen

8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of edelgasconfiguratie

Atomen van andere elementen

Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie door bindingen aan te gaan met andere atomen

VALENTIE-ELEKTRONEN

Lewis weergave van valentie-elektronen

• Ongepaarde elektronen: punt

• Gepaarde elektronen: streepje

Eerst maximaal 4 ongepaarde elektronen, pas dan vorming van elektronenparen!

17

VALENTIE-ELEKTRONEN:

OEFENINGEN

1. Geef de Lewis-voorstelling voor volgende atomen

Ca, Mg, C, N, F, Ar

18

Page 14: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

4

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Edelgassen

8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of

edelgasconfiguratie

→ “tevreden”, willen niet veranderen, i.e. willen niet chemisch

reageren

Atomen van andere elementen

Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie

door bindingen aan te gaan met andere atomen

• Ionbinding

• Covalente binding

• Metaalbinding

19

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ion

• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt → niet meer neutraal → ion

• Reden: streven naar edelgasconfiguratie

Metalen: leegmaken van buitenste schil (afgeven van e-)→ onderliggende

schil wordt buitenste schil

→ positieve ionen (kationen)

Streven naar

configuratie van Ne

Mg2+

Afgeven van 2 e-

20

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ion

• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt → niet meer neutraal → ion

• Reden: streven naar edelgasconfiguratie

Metalen: leegmaken van buitenste schil (afgeven van e-)→ onderliggende

schil wordt buitenste schil

→ positieve ionen (kationen)

Positief éénwaardig ion

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Tweewaardig positief ion

Driewaardig positief ion

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ion

• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt → niet meer neutraal → ion

• Reden: streven naar edelgasconfiguratie

Niet-metalen: aanvullen van buitenste schil (opnemen van e-)

→ negatieve ionen (anionen)

Streven naar

configuratie van Ar

Cl-

Opnemen van 1 e-

23

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ion

• Als atoom één of meer e- afgeeft of opneemt → niet meer neutraal → ion

• Reden: streven naar edelgasconfiguratie

Niet-metalen: aanvullen van buitenste schil (opnemen van e-)

→ negatieve ionen (anionen)

Page 15: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

5

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

IONBINDING – IONVERBINDINGEN:

OEFENINGEN

1. Welke ionen zullen de volgende 5 elementen vormen?

O, Mg, Cl, Al, K

2. Van welk edelgas hebben de ionen in de vorige vraag de

elektronenconfiguratie?

26

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ion

• Sommige elementen kunnen verschillende ionen vormen (met een

verschillende lading)

Voorbeeld

Fe2+ ijzer(II)-ion en Fe3+ ijzer(III)-ion

Cu+ koper(I)-ion en Cu2+ koper(II)-ion

• Polyatomische ionen = groepen van atomen met een lading

Voorbeeld

NH4

+ ammonium-ion

CO3

2- carbonaat-ion

SO4

2- sulfaat-ion

27

Te kennen!

Monoatomisch kation

= Naam van metaal + -ion

Monoatomisch anion

= Stam van niet-metaal + -ide

28

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ionbinding

Positieve ionen en negatieve ionen trekken elkaar aan → ionbinding

Ionverbinding

Verbinding waarin samenstellende deeltjes ionen zijn

Na+ Cl-

elektrontransferreactie

Na+ Cl-29

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ionverbinding is elektrisch neutraal

Som van ladingen van kationen = som van ladingen van anionen

Na+ + Cl- → NaCl

2 Na+ + O2- → Na2O

Naamgeving

<Naam kation><naam anion>

Na2O → natriumoxide

Indien meerdere ionen mogelijk van element, wordt lading in de naam vermeld

FeCl2� ijzer(II)chloride

Haakjes bij meer dan één polyatomisch anion

3 Ca2+ + 2 PO4

3- → Ca3(PO

4)

2

Formule van een ion moet de ionlading dragen

Na ≠ Na+

30

Page 16: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

6

IONBINDING – IONVERBINDINGEN

Ionroosters → dichte bolstapeling

31

IONBINDING – IONVERBINDINGEN:

OEFENINGEN

1. Welke ionverbindingen worden gevormd door volgende ionen? Geef

ook de volledige naam.

1. F- en Cu+

2. K+ en OH-

3. ClO- en Zn2+

4. Fe2+ en PO43-

5. Li+ en HSO4-

6. HSO3- en Ag+

7. SO32- en Al3+

8. NH4+ en CO

32-

9. Ca2+ en I-

10. Fe3+ en O2-

32

IONBINDING – IONVERBINDINGEN:

OEFENINGEN

2. Identificeer de samenstellende ionen en geef de naam van de ionen

1. NaF

2. Cu(NO3)2

3. Mg3(PO

4)2

3. Geef de chemische formule van

1. Kaliumsulfide

2. Ammoniumfosfaat

3. Calciumhypochloriet

33

COVALENTE BINDING

Edelgassen

8 valentie-elektronen (m.u.v. He (2 e-): stabiele octetconfiguratie of

edelgasconfiguratie

→ “tevreden”, willen niet veranderen, i.e. willen niet chemisch

reageren

Atomen van andere elementen

Minder dan 8 valentie-elektronen: streven naar edelgasconfiguratie

door bindingen aan te gaan met andere atomen

• Ionbinding

• Covalente binding

• Metaalbinding

34

COVALENTE BINDING

Ionverbinding

= uitwisselen van elektronen

Covalente binding

= in gemeenschap stellen van elektronen

Tussen atomen uit rechterbovenhoek van periodiek systeem onderling en tussen deze

atomen met waterstof

35

Vaak tussen metalen en niet-metalen

COVALENTE BINDING

Twee types

Gewone covalente binding

= gemeenschappelijk maken van een ongepaard elektron van één

atoom en een ongepaard elektron met tegengestelde spin van het

andere atoom

Datief covalente binding

= gemeenschappelijk maken van een elektronenpaar van het ene atoom

(donor) met een ander atoom (acceptor)

+

36

Page 17: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

7

COVALENTE BINDING

Gewone covalente binding

• Covalenten binding in enkelvoudige verbindingen → bestaan uit zelfde

atomen

• Enkelvoudige binding

• Dubbele binding

• Drievoudige binding

• Covalente binding in samengestelde verbindingen → bestaan uit

verschillende atomen

37

COVALENTE BINDING

Gewone covalente binding

Aantal covalente bindingen

• Elementen uit de 7de hoofdgroep

1 ongepaard elektron

1 covalente binding

• Elementen uit de 6de hoofdgroep

2 ongepaarde elektronen

2 covalente bindingen

• Elementen uit de 5de hoofdgroep

3 ongepaarde elektronen

3 covalente bindingen

• Elementen uit de 4de hoofdgroep

4 ongepaarde elektronen

4 covalente bindingen

38

COVALENTE BINDING

Twee types

Gewone covalente binding

= gemeenschappelijk maken van een ongepaard elektron van één

atoom en een ongepaard elektron met tegengestelde spin van het

andere atoom

Datief covalente binding

= gemeenschappelijk maken van een elektronenpaar van het ene atoom

(donor) met een ander atoom (acceptor)

+

39

COVALENTE BINDING: OEFENINGEN

1. Teken de volgende covalente verbindingen m.b.v. de Lewis-notatie

O2, F

2, N

2, HBr

2. Vul aan

Bij een gewone covalente binding worden .............................................

in gemeenschap gesteld; bij een datief covalente binding zijn dit

.............................................

40

POLAIRE COVALENTE BINDING

Gewone covalente binding tussen atomen van eenzelfde element

→ Gelijke aantrekkingskracht op bindend elektronenpaar

→ Bindend elektronenpaar ligt exact tussen beide atomen in

→ Binding is apolair

Gewone covalente binding tussen atomen van verschillende elementen

→ Ongelijke aantrekkingskracht op bindend elektronenpaar

→ Verschuiving van bindend elektronenpaar naar atoom met grootste

aantrekkingskracht voor elektronen

→ Binding is polair

F F

δ+

Hδ+ Clδ-

δ-

41

POLAIRE COVALENTE BINDING

Elektronegativiteitswaarde ENW

= maat voor de aantrekkingskracht van een bindend atoom om bindende

elektronen naar zichzelf toe te trekken

Onbenoemd getal tussen 0.7 en 4.1

Elektronegativiteitswaarde

42

Page 18: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

8

POLAIRE COVALENTE BINDING

Voorbeeld en aanduiding

HCl

Verschuiving naar Cl toe

δ+

Hδ+ Clδ-

δ-

ENW(Cl)=2.83

ENW(H)=2.1

43

POLAIRE COVALENTE BINDING

Polair covalente binding bevindt zich tussen

• Ionbinding (uitwisseling van elektronen)

• Covalente binding (elektronenpaar zuiver gemeenschappelijk)

+ -

Na+ Cl-

Ionbinding

δ+

Hδ+ Fδ-

δ-

Polair covalente binding

F F

Covalente binding

Elektronenpaar wordt meer gelijkmatig gedeeld

Binding wordt minder ionisch en meer covalent

44

POLAIRE COVALENTE BINDING:

OEFENINGEN

1. Waarom hebben edelgassen geen E.N.W.?

2. Vul aan: metalen zijn elektro-... en niet-metalen zijn elektro-...

Waarom is dit zo?

3. Duid met behulp van de notatie met δ aan waar de polariteit ligt van

volgende bindingen

HBr, O2

45

OXIDATIEGETAL Oxidatie van een atoom

= verwijdering van elektronen uit het atoom

Reductie van een atoom

= opname van elektronen door het atoom

Oxidatiegetal of –trap van een atoom

= lading die het atoom zou hebben als alle bindingen zuiver ionisch zouden zijn (als elektronenparen in elke binding zouden worden overgedragen naar het meer elektronegatieve atoom)

= (aantal elektronen dat uit een atoom verwijderd zou worden (positief) of aantal elektronen dat aan een atoom toegevoegd zou worden (negatief))

Schrijfwijze

• Ladingen van ionen: getal + teken

• Oxidatiegetallen: teken + getal

O.T. van Cu2+ is +2 of +II

46

OXIDATIEGETAL

= elektrische lading die een atoom heeft of schijnbaar heeft volgens

onderstaande richtlijnen

� De algebraïsche som van de O.T. in een neutrale verbinding is 0, in een

polyatomisch ion gelijk aan de lading van het ion

� Voor ionen bestaande uit één enkel atoom is het O.T. gelijk aan de lading van

het ion

� Elk atoom in elementaire toestand heeft een O.T. = 0 (H2, Na)

� O.T. van H is +I (tenzij 0) in de meeste verbindingen

� O.T. van O is –II (tenzij 0) in de meeste verbindingen

� O.T. van alkalimetalen is +I (tenzij 0), aardalkalimetalen +II (tenzij 0)

47

OXIDATIEGETAL: OEFENINGEN

1. Bepaal het oxidatiegetal van het onderlijnde element

Al2O

3

H2SO

4

HClO3

PO4

3-

Ca

Fe2+

48

Page 19: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Atoombouw en chemische binding

9

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 1: Geef het massagetal van volgende atomen

A. Titanium met 26 neutronen …………………………………………

B. Gallium met 39 neutronen …………………………………………

VRAAG 2: Hoeveel elektronen, protonen en neutronen zitten er in een atoom

A. 40Ca …………………………………………

B. 119Sn …………………………………………

C. 244Pu …………………………………………

VRAAG 3: Geef het aantal valentie-elektronen voor Ba, As en Br. Teken de Lewis

formule voor elk element.

49

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 4: Geef de formule van

Waterstofnitraat …………………………………………

Koper(I)sulfiet …………………………………………

VRAAG 5: Geef de naam van

(NH4)2CO

3…………………………………………

Mg(NO2)2

…………………………………………

50

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 6: Welk van onderstaande formules is niet correct?

KCl

MgCl2

CuSO4

Ba+2O-2

CaS

ZnBr2

AgBr2

Al2(SO

4)3

BaOH2

51

HERHALINGSOEFENING

VRAAG 7: Vul onderstaande tabel in

52

nitraat sulfaat chloride

Na+

Ca2+

Fe3+

HERHALINGSOEFENING

VRAAG 8: Bepaal de O.T. van het onderlijnde element

MnO4-

CO32-

Cr2O72-

ClO4-

Fe

Fe2O3

H3PO

4

NO2

+

53

Page 20: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Stoichiometrie

1

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

HOOFDSTUK 3: STOICHIOMETRIE

1

OVERZICHT

1. Basisgrootheden en eenheden

2. Berekening van het aantal mol

3. Berekening in niet-normale omstandigheden

4. Oplossingen

5. Berekeningen met reactievergelijkingen

Hoofdstuk 3: oefeningen

2

BASISGROOTHEDEN EN EENHEDEN

Herhaling

Massa

• Atoomniveau

• Absolute atoommassa m [kg], [g] of [u]

• Relatieve atoommassa Ar

Geen eenheden

Opzoeken in tabellen

• Moleculeniveau

• Absolute moleculemassa m [kg], [g], [u]

• Relatieve moleculemassa Mr

Geen eenheden

Optellen van absolute en relatieve atoommassa's

Mol

u = 1,67.10-27 kg

1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes (Getal van Avogadro NA)

MolairemassaM �� �� ���

����������������

1 mol gas bij 0 °C en 1,013 x 105 Pa → 22,42 l = 0,02242 m³ 3

BASISGROOTHEDEN EN EENHEDEN:

OEFENINGEN

1. Vul volgende tabel aan

Grootheid Symbool Eenheden HCl NH4+

Absolute deeltjesmassa m kg, g of u ... ? ... ?

Relatieve deeltjesmassa Ar, Mr - ... ? ... ?

Molaire massa M g/mol ... ? ... ?

Tip: voor ionmassa’s neemt men de atoommassa’s van de aanwezige atomen en

houdt geen rekening met de afgestane of opgenomen elektronen, omdat hun

massa toch verwaarloosbaar is

4

BEREKENING VAN HET AANTAL MOL

Delen van massa door de molaire massa

Delen van volume (gassen) door molvolume (22,42 l/mol onder n.o.)

Delen van het aantal deeltjes door het molgetal (6,02.1023

deeltjes/mol)

n =� �� � �������

��� ���� �� =

m[g]

M[� ���� ]

n =������� �������

���������=

V[�]

VM[����� ]

n = �� ���������

������ �=

N[ �� ���������]

NA[

�� ������������� ]

5

BEREKENING VAN HET AANTAL MOL:

OEFENINGEN

1. Vul volgende formules aan

2. Hoeveel mol is 100 g NaCl?

3. Hoeveel mol is 6 l O2

onder normale omstandigheden?

4. Hoeveel mol is 20.1020

moleculen water?

6

Page 21: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Stoichiometrie

2

BEREKENINGEN IN NIET-NORMALE

OMSTANDIGHEDEN

Normale omstandigheden

• Temperatuur: 0°C (273.15 K)

• Druk: 101300 Pa

• 1 mol gas → 22,42 l

Niet-normale omstandigheden: gaswet

n: aantal mol

R: universele gasconstante 8,31 J/mol.K

T: temperatuur (Kelvin) → T [K] = T [°C] + 273,15

V: volume (m³) → V [m³] = V [l] / 1000

p: druk (Pa) → p [Pa] = p [bar] x 101300

p. V � n. R. Tof

7

BEREKENINGEN IN NIET-NORMALE

OMSTANDIGHEDEN: OEFENINGEN

1. Hoeveel m³ is 10 l?

2. Hoeveel K is 20 °C?

3. Hoeveel Pa is 2 bar?

4. Wat is het volume van 1 mol O2

bij 0 °C en 101300 Pa?

5. Is het volume van 1 mol O2

bij 20 °C en 2 bar kleiner of groter dan dit

uit oefening 4?

6. Leid de waarde van de gasconstante af uit het feit dat je weet dat 1

mol gas bij 0 °C en 1 bar 22,42 l inneemt.

8

BEREKENINGEN IN NIET-NORMALE

OMSTANDIGHEDEN: OEFENINGEN

7. Waar of niet waar?

1. Bij stijgende temperatuur en gelijkblijvende druk krimpt een gas

in volume.

2. Bij stijgende druk en gelijkblijvende temperatuur neemt een gas

minder volume in.

3. Wanneer een gas bij gelijkblijvende druk compacter gemaakt

wordt, neemt de temperatuur van het gas toe.

9

BEREKENINGEN MET

REACTIEVERGELIJKINGEN

Reactievergelijking

Verhouding waarin de deeltjes met elkaar reageren of gevormd worden

Voorbeeld

Zn + 2 HCl → ZnCl2

+ H2

Hoeveel g HCl is er nodig om 5 g zink volledig te laten weg reageren?

12

BEREKENINGEN MET

REACTIEVERGELIJKINGEN:

OEFENINGEN

1. Bereken hoeveel g koolstof (C) en zuurstof (O2) er nodig is om 44 g

CO2

te vormen.

Tip: bepaal eerst de reactievergelijking en vervolgens met hoeveel mol

44 g CO2

overeenstemt

14

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 1: Wat is de massa in g van 2.5 mol aluminium?

VRAAG 2: Hoeveel mol zit er in 454 g zwavel?

VRAAG 3: Wat is de massa in g van

1. 5 mol O2

2. 2 mol NaOH

3. 3 mol NO2

15

Page 22: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Stoichiometrie

3

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 3: Hoeveelheid stof

Een regendrup bevat ongeveer 0.05 g water en dus

• Hoeveel moleculen water?

• Hoeveel atomen O?

VRAAG 4: Hoeveelheid stof

Vinylchloride CH2CHCl vormt de basis van verschillende belangrijke

plastics (PVC) en vezels

A. Bepaal de molaire massa

B. Hoeveel g koolstof zitten er in 454 g vinylchloride?

16

HERHALINGSOEFENINGEN

Los de volgende oefeningen op op p. 32 van de cursus

Begin met 1, 3, 7, 9, 13, 14, 15, 16

17

Page 23: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Chemische functies

1

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

HOOFDSTUK 4: CHEMISCHE FUNCTIES

OVERZICHT

1. De zuren

2. De basen

3. De zouten

4. De oxiden

2

ZUREN

Zuren bevatten waterstof en vormen in water H+-ionen

Voorbeelden

HCl → H+ + Cl-

HNO3

→ H+ + NO3

-

H2SO

4→ 2 H+ + SO

4

2-

3

ZUREN

Eigenschappen en toepassingen in bouw

• Reageren met indicatoren → bepaalde kleur → kunnen zo

gedetecteerd worden

• Tasten sommige metalen aan (i.e. reageren ermee)

lakmoes fenolftaleïne

Mg + 2 HCl → MgCl2

+ H2

4

ZUREN

Eigenschappen en toepassingen in bouw

• HCl tast cementverbindingen aan → mortelresten verwijderen

• Zuren tasten CaCO3

(o.a. in marmer en kalkzandsteen) aan

5

BASEN

Basen bevatten meestal hydroxide-ion(en) en vormen in water OH--ionen

Voorbeelden

NaOH → Na+ + OH-

KOH → K+ + OH-

NH3

+ H2O → NH

4

+ + OH-

(opm.: NH3

bevat geen OH-,

maar maakt dit wel vrij in water)

6

Page 24: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Chemische functies

2

BASEN

Eigenschappen en toepassingen in bouw

• Reageren met indicatoren → bepaalde kleur → kunnen zo

gedetecteerd worden

• Lossen vetten op → zepen

• Logen van hout

lakmoes fenolftaleïne

7

ZOUTEN

Bij zouten wordt de waterstof van de zuren vervangen door een metaal

Voorbeelden

NaCl

K2SO

4

Vorming van zouten

zuur + base → zout + H2O

HCl + NaOH → NaCl + H2O

zuur + metaal → zout + H2

2 HCl + Zn → ZnCl2

+ H2

Toepassingen in de bouw

• Gips (CaSO4)

• Hoofdbestanddeel van marmer en kalkzandsteen (CaCO3)

8

OXIDEN

Oxiden zijn binaire zuurstofverbindingen

Binair = twee atoomsoorten, waarvan één dus O

Voorbeelden

CaO: calciumoxide (ongebluste kalk)

CO2: koolstofdioxide

CO: koolstofmonoxide

Eigenschappen

Metaaloxiden + water → base

Voorbeeld: “blussen” van ongebluste kalk

CaO + H2O → Ca(OH)

2

Niet-metaaloxiden + water → zuur

Voorbeeld: SO2

→ ... → H2SO

4(zure regen)

9

HOOFDSTUK 4: OEFENINGEN

1. Waar of niet waar?

1. Zuren kunnen metalen aantasten.

2. Zuren reageren met vetten tot zepen.

3. Een zout kan met een zuur reageren tot een base.

4. Metaaloxiden vormen samen met water basen; dit komt doordat

metaalionen positief geladen zijn en de hydroxide-groep van een

base negatief geladen.

2. Schrijf de reactie tussen diwaterstofsulfaat en calciumhydroxide

10

Page 25: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

1

INTRODUCTIECURSUS

BOUWCHEMIE

HOOFDSTUK 5: ORGANISCHE CHEMIE

OVERZICHT

1. Structuur van het koolstofatoom

2. Isomerie

3. De verzadigde koolwaterstoffen of alkanen

4. De alkenen

5. De alkynen

6. De alcoholen

7. Alkanalen en alkanonen, of aldehyden en ketonen

2

STRUCTUUR VAN KOOLSTOFATOOM

Koolstof heeft 4 ongepaarde elektronen in buitenste schil

C zal zich omringen door 4 covalente bindingen

• met andere C’s

• met O, N, halogeen (groep VIIa, bijv. Cl), S, ...

→ Organische chemie

4 bindingsstreepjes in structuurformules !

3

STRUCTUUR VAN KOOLSTOFATOOM

Meest eenvoudige structuren

Covalente bindingen van C en H → koolwaterstoffen

C’s kunnen onderling ook dubbele en zelfs driedubbele bindingen hebben

4

STRUCTUUR VAN KOOLSTOFATOOM:

OEFENINGEN

1. Op het C-atoom worden, naast H-atomen, soms ook O-, N-, S- of

halogeen-atomen gebonden. Geef de Lewis-notatie voor deze

atomen en geef aan door hoeveel bindingsstreepjes zij omringd

moeten worden.

O, N, S, Cl

2. Waarom is de binding tussen 2 koolstofatomen zuiver covalent?

5

CHEMISCHE FORMULES

Moleculaire formule

Gecondenseerde structuurformule

Structuurformules

Stereo projectie

Moleculair model

6

Page 26: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

2

CHEMISCHE FORMULES:

OEFENINGEN

1. Geef de structuurformule van

CH4

CH3CH

2CH

2CH

3

CH3OH

7

ISOMERIE

Anorganische scheikunde

• Meestal eenvoudige moleculaire structuur

• Chemische formule geeft

• Atoomsoorten

• Onderlinge verhouding

• Geen aanduidingen over de manier waarop en volgorde waarin de

atomen onderling gebonden zijn

Voorbeeld

NaCl

H2SO

4

Organische scheikunde

Vaak zelfde moleculaire formule voor verschillende stoffen met totaal

verschillende eigenschappen

8

ISOMERIE

Voorbeeld: C2H

6O

Dimethylether CH3

- O - CH3

• Gas

• Behoort tot dezelfde reeks stoffen als het farmaceutische

ontsmettingsmiddel "ether"

Ethanol CH3

- CH2

- OH

• Vloeistof

• Alcohol in dranken

Isomerie

= stoffen met dezelfde moleculaire formule maar verschillende structuurformule

9

CHEMISCHE FORMULES

Moleculaire formule

Gecondenseerde structuurformule

Structuurformules

Stereo projectie

Moleculair model

11

ISOMERIE: OEFENINGEN

1. Waar of niet waar?

1. Met moleculaire formules alleen kun je in de organische

scheikunde niet altijd op eenduidige wijze een stof bepalen.

2. De moleculeformule C3H

8kan met behulp van verschillende

structuurformules worden getekend: isomerie is van toepassing.

2. Bepaal het aantal structuurisomeren van C5H

12 en teken de

structuurformules ervan.

12

= verbindingen, die uitsluitend C en H bevatten, terwijl de molecule geen

waterstofatomen meer kan opnemen en dus verzadigd is met waterstof

• Enkel C en H

• Enkel enkelvoudige bindingen

• Niet-vertakt of vertakt

CnH2n+2

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

13

Page 27: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

3

Naamgeving bij niet vertakte ketens

n = 1 CH4

methaan

2 C2H

6ethaan

3 C3H

8propaan

4 C4H

10 butaan

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

Te kennen!14

Naamgeving bij niet vertakte ketens

n = 5 C5H

12pentaan

6 C6H

14hexaan

7 C7H

16heptaan

8 C8H

18octaan

9 C9H

20nonaan

10 C10

H22

decaan

Te kennen!

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

15

Alkylgroepen

= atoomgroepen, die 1 waterstofatoom minder bevatten dan de alkanen

Naamgeving

• Algemene naam: alkyl

• Uitgang -aan vervangen door -yl

Voorbeelden

• CH3- methyl-

• C2H5- ethyl-

CnH2n+1 -

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

De alkylgroepen kunnen nooit zelfstandig bestaan, komen alleen voor in een verbinding

16

Normale ketens

Vertakte koolstofketens

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

17

Geen isomerie bij

CH4

methaan

C2H

6ethaan

C3H

8propaan

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

18

Wel isomerie bij andere alkanen

19

Butaan

Kookpunt: 0,6 °C

Methylpropaan

Kookpunt: -10,2 °C

C4H10

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

19

Page 28: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

4

Naamgeving bij vertakte ketens

• Hoofdketen

• Langste normale keten, die in de molecule voorkomt

• Naam is hiervan afgeleid

• Koolstofatomen van deze keten worden genummerd

• Zijketen

• Plaats van zijketen wordt aangeven door het laagste nummer van het

koolstofatoom in de hoofdketen, waaraan de zijketen verbonden is

2-methylpentaan

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN

20

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN: OEFENINGEN

1. Wat is de naam van volgende stoffen?

21

VERZADIGDE KOOLWATERSTOFFEN

OF ALKANEN: OEFENINGEN

2. Waarom?

• Waarom komen alkylgroepen nooit zelfstandig voor?

• Waarom gebruik je voor methylbutaan geen nummering om aan te

duiden waar de methylgroep zich bevindt?

3. Teken de structuurformule van volgende stoffen

3 methylpentaan

2,2,4 trimethylheptaan

22

ALKENEN

= bevatten een dubbele C-C-binding (onverzadigd)

Naamgeving

Afgeleid van alkanen: -aan vervangen door -een

n = 2 C2H

4CH

2= CH

2etheen

n = 3 C3H

6CH

3- CH = CH

2propeen

CnH2n

23

ALKENEN

2 mogelijkheden tot isomerie

• Door de plaats van de dubbele binding

CH2

= CH - CH2

- CH3

CH3

- CH = CH - CH3

• Door vertakkingen

CH3

- CH = CH - CH3

1 buteen 2 buteen

2 buteen 2 methylpropeen

24

Dubbele binding krijgt voorrang bij keuze van nummering: dubbele binding krijgt kleinste getal

en langste keten moet dubbele binding bevatten

ALKENEN

Toepassingen en eigenschappen

Polymerisatie

→ aan elkaar rijgen van monomeren: dubbele binding van monomeer valt

hierbij uit elkaar

Voorbeeld

Etheen

Na polymerisatie → PE (polyetheen of polyethyleen)

CH2

= CH2

+ CH2

= CH2

+ CH2

= CH 2

+ …

→ … CH2

- CH2

– CH2

- CH2

- CH2

… of - [ CH2

– CH2

]n

-

25

n A → An

n monomeren polymeer

Page 29: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

5

ALKENEN: OEFENINGEN

1. Waarom gebruik je voor propeen geen nummering om aan te

duiden waar de dubbele binding zich bevindt?

2. Vanaf welke alkeen is dit wel noodzakelijk?

3. Teken de structuurformules van de volgende stoffen

2-penteen

2-methyl-2-buteen

26

ALKENEN

4. Geef de naam van volgende molecule

5. Stellen onderstaande formules dezelfde stoffen voor? Welke?

27

ALKYNEN

= bevatten een drievoudige C-C-binding

Naamgeving

Afgeleid van alkanen: -aan vervangen door -yn

n = 2 C2H

2ethyn

n = 3 C3H

4propyn

Isomerie mogelijk door

• Plaats van de drievoudige binding

• Vertakkingen

CnH2n-2

28

ALCOHOLEN

= alkanen waarbij 1 (of meerdere) waterstoffen vervangen zijn door

een - OH groep

CH3OH methanol

CH3

- CH2OH ethanol

CnH2n+1 - OH

29

ALCOHOLEN

Isomerie mogelijk door

• Door de plaats van de OH - groep

CH3

- CH2

- CH2

- OH 1-propanol

CH3

– CHOH - CH3

2-propanol

• Door de plaats van de vertakking

OH-groep krijgt voorrang bij keuze van nummering :

Langste keten moet OH-groep bevatten en OH-groep krijgt kleinste getal

30

ALCOHOLEN: OEFENINGEN

1. Welke van de volgende alcoholen is giftig en welke is drinkbaar:

methanol en ethanol? Schrijf de structuurformules

2. Geef de structuurformules van volgende stoffen:

1. 2-butanol

2. 3-methyl-2-butanol

3. Waarom is 3-ethyl-2-butanol geen correcte naam? Hoe heet deze

stof dan wel?

31

Page 30: INLEIDING INTRODUCTIECURSUS Studentenmet ... · (Milieuproblematiek) 6. Organischechemie 4 OPBOUW SLIDES EN LESSEN Steeds in blauwen vet vermeld →→→nieuwebegrippen • Na iederdeeltjewordtde

Introductiecursus Bouwchemie: Organische chemie

6

ALDEHYDEN (ALKANALEN)

Aldehyde groep

Naamgeving

Naam van overeenkomstige alkaan met uitgang –al

H - CO - H methanal (formaldehyde)

CH3

- CO - H ethanal (acetaldehyde)

32

KETONEN (ALKANONEN)

Carbonyl groep C=O

C-O dubbele binding

Midden in de keten

Naamgeving

Naam van overeenkomstige alkaan met uitgang -on

CH3

- CO - CH3

propanon of aceton

CH3

- CO - CH2- CH

3butanon

R R’

33

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 1: Teken de structuurformule van volgende stoffen:

• 3 ethyl 2,2,5 trimethylheptaan

• 4 ethyl 5 methyl 2 hexyn

• 4,4 dimethyl2 pentanol

VRAAG 2: Welke alcoholen beantwoorden aan de formule: C4H

9OH ?

VRAAG 3: Geef de naam van alle structuurisomeren van het alkeen C5H

10

en teken de structuurformules.

34

HERHALINGSOEFENINGEN

VRAAG 4: Welke stoffen worden voorgesteld?

35

A

B

C

D