Samenvatting hoofdstuk 5 Koolstofverbindingen

Chemie Overal deel 1

Chemie Overal vwo deel 1 Samenvatting Hoofdstuk 5 Koolstofverbindingen Koolwaterstoffen bestaan uit molecuulsoorten, die zijn opgebouwd uit koolstof- en waterstofatomen. Deze klasse van koolstofverbindingen kunnen we onderverdelen in de volgende soorten:

- vertakt en onvertakt - cyclisch en acyclisch - alifatisch en aromatisch - verzadigd en onverzadigd

Veel moleculen vertonen verschillende karakteristieken tegelijk. De naamgeving van koolwaterstoffen is systematisch opgebouwd. Eerst wordt gekeken naar de langste koolstofketen. Dat is de hoofdgroep. Als de hoofdgroep verzadigd is noemen we de stof een alkaan. Indien onverzadigd, spreken we van een alkeen, alkadieen of alkyn. De hoofdgroep kan ook benzeen zijn (zie Binas tabel 66). De C-atomen in de hoofdgroep worden genummerd. De plaats van vertakkingen, dubbele en drievoudige bindingen wordt met deze nummers aangegeven. In koolstofverbindingen kunnen karakteristieke groepen aanwezig zijn. Dit zijn andere atomen dan koolstof en waterstof of groepen van atomen waarin andere dan C- en H-atomen voorkomen. Karakteristieke groepen worden in een molecuul op de zelfde wijze benoemd als vertakkingen (alkylgroepen). SE Voor onze energievoorziening maken we veelal gebruik van organische verbindingen als brandstof. Tot deze verbindingen behoren aardolie, aardgas, steenkool, cellulose, zetmeel, vetten en eiwitten. Aardolie, aardgas en steenkool noemt men fossiele brandstoffen, cellulose is een belangrijke component van hout en de drie laatstgenoemde stoffen maken deel uit van ons dagelijks voedsel. Tijdens de fotosynthese in groene planten wordt koolstofdioxide omgezet in glucose, waaruit vervolgens tal van andere koolstofverbindingen ontstaan. Bij verbranding van deze koolstofverbindingen komt de aan de atmosfeer onttrokken koolstofdioxide weer vrij: de koolstofkringloop is gesloten. Koolstofverbindingen die indertijd terecht zijn gekomen in aardolie-, aardgas- en steenkoolmoleculen, hebben in feite koolstofdioxide aan de atmosfeer onttrokken. Bij verbranding van deze fossiele brandstoffen komt alsnog koolstofdioxide vrij, waardoor het gehalte van deze stof in de atmosfeer stijgt. Bij gebruik van biomassa stijgt het CO2 gehalte in de atmosfeer niet. In dit verband wordt biomassa wel CO2 neutraal genoemd. Uit biomassa kan energie worden verkregen via vergisten, pyrolyse, vergassen of verbranden. Via vergisting kan bio-ethanol worden gemaakt. Dit kan worden toegepast als duurzame autobrandstof. Methanol, eveneens een geschikte kandidaat als duurzame autobrandstof, kan worden bereid via vergassing van biomassa. Waterstof is ook een alternatieve brandstof. Toepassing van waterstof als brandstof staat nog in de kinderschoenen. Fossiele brandstoffen zijn organische verbindingen die ontstaan zijn uit de overblijfselen van planten en kleine diertjes, die miljoenen jaren geleden hebben geleefd. Fossiele brandstoffen kunnen over de hele wereld worden gewonnen. Of die winning echter rendabel is hangt af van de economische omstandigheden. Ook de locatie van de brandstofvoorraad en de diepte waarop deze zich bevindt speelt hierbij een belangrijke rol. Aardgas speelt een belangrijke rol in de Nederlandse economie. het is een energiebron (zowel voor de huishoudens als voor de industrie), maar tevens is het de grondstof voor synthesegas, dat verder wordt verwerkt tot ammoniak en kunstmest. Steenkool speelde ooit een hoofdrol in de energievoorziening en in de chemische industrie. Het is van die plaats verdreven doordat het in technisch en economisch opzicht inferieur is aan aardolie

Samenvatting hoofdstuk 5 Koolstofverbindingen

Chemie Overal deel 1

en aardgas. Bij verdere ontwikkeling van het steenkoolvergassingsproces kan deze brandstof in de toekomst weer concurrerend worden. Aardolie is een ingewikkeld mengsel dat niet als zodanig wordt gebruikt. Eerst wordt de ruwe olie door middel van destillatie gescheiden in een aantal ‘deelmengsels’ die aardoliefracties worden genoemd. Deze fracties worden deels toegepast als brandstof en deels als grondstof. De dreigende uitputting van de voorraden aan fossiele brandstoffen maakt het noodzakelijk om de komende vijftig jaar goede alternatieve energiebronnen te ontwikkelen. Hiertoe behoren kernenergie, zonne-energie, energie uit wind en water, ontwikkeling en verbetering van alternatieve brandstoffen enzovoort. De grootschalige verbranding van fossiele brandstoffen veroorzaakt tal van milieuproblemen, zoals zure regen en smogvorming. De verzuring van het regenwater kan worden teruggedrongen door de uitstoot van zwaveldioxide en van stikstofoxide te verminderen. Hiertoe moeten fabrieken worden voorzien van rookgasreinigingsinstallaties en auto’s van een driewegkatalysator. Op langere termijn is het gewenst over te schakelen op ‘schonere’ brandstoffen zoals alcohol en en waterstof. De ontwikkeling van deze alternatieve brandstoffen bevindt zich op dit moment nog grotendeels in het experimentele stadium. De enorme productie van het op zich onschadelijke koolstofdioxide leidt tot een toename van het broeikaseffect, waardoor de gemiddelde temperatuur op aarde langzaam toeneemt. Op den duur zal dit leiden tot ingrijpende veranderingen in het klimaat. In de petrochemische industrie worden de diverse aardoliefracties als grondstof gebruikt. Benzine wordt geproduceerd door katalytisch reformeren van de naftafractie en door katalytisch kraken van gasolie. Zo ontstaan hoge percentages aromaten en onverzadigde en vertakte koolwaterstoffen in het brandstofmengsel, die het octaangetal verhogen. In een naftakraker wordt nafta, een vluchtige aardoliefractie, gedeeltelijk ontleed door middel van verhitting. Hierbij ontstaan uit moleculen met lange koolstofketens moleculen met korte koolstofketens. De belangrijkste producten van dit kraakproces zijn de stoffen etheen en propeen. Beide worden toegepast als grondstof bij de productie van polymere materialen (plastics).

Samenvatting hoofdstuk 5 Koolstofverbindingen

Chemie Overal deel 1