STUDIEMATERIAAL SCHEIKUNDE - Deltion Sprint Lyceum · HOOFDSTUK VIII Atoombouw, chemische binding...

STUDIEMATERIAALSCHEIKUNDEHAVO

c 1... 1

• t · fi _,_ +oJcx.l-~~--·J-oe. t-"'> "c.Ue..Jku ... ole .) 1 u. O{ 1...12 W"\ °" -e...... L C-4.. ClÄ \.) c Cl\ OLll fJ --r'"" 0 H

Inhoudsopgave Moduul 1 Basiscursus scheikunde

-iooFDSTUK 11 Wat is scheikunde?

1 Inleiding 2 Het doen van proeven 3 Fase-overgangen

Samenvatting

HOOFDSTUK IV Stoften en reacties

C_1 De chemische reactie ·2 Ontledingsreacties 3 Soorten zuivere stoffen 4 Molekulen en ontleden

Samenvatting

HOOFDSTUK v Formules en elementen

1 De formules

15 19 24 28

46) 55 58 58 62

63

HOOFDSTUK VII Massa bij reacties en reactievergelijkingen

-1 De massa bij chemische reacties 2 Het opstellen van formules 3 Het opstellen van reactievergelijkingen

Samenvatting

87 92 95 99

HOOFDSTUK VIII Atoombouw, chemische binding en Periodiek Systeem

-1 Stroomgeleiding bij verschillende stoffen 2 Bouw van atomen 3 lonen en ionbinding 4 Atoombinding 5 Metaalbinding

Antwoorden en uitwerkingen

100 101

- 104 106 108

1 Ülf Q..uO

Stoffen

Kaars van kaars- Lucht in een vet met een pit ballon van van katoen rubber

HOOFDSTUK Il Wat is scheikunde?

1 Inleiding

Scheikunde of chemie is een natuurwetenschap. Chemische kennis wordt op allerlei terreinen toegepast. Wie kiest voor een beroep in de technische, natuurwetenschappelijke of medische wereld, komt beslist in aanraking met scheikunde. Maar ook thuis zijn we met scheikunde bezig als we de stoffen uit het keukenkastje gebruiken of als we eten koken. De processen die zich in ons lichaam afspelen zijn ook voor een groot deel chemische reacties. Dankzij chemie krijgt men beter inzicht in het functioneren van het menselijk lichaam, waardoor ziekten beter kunnen worden bestreden. Met behulp van chemische kennis kan men bovendien beter en veiliger gebruik maken van materialen waardoor bijvoorbeeld milieuvervuiling wordt tegengegaan. Waaruit bestaat het werk in de scheikunde? Dit richt zich in eerste instantie op stoffen. Men onderzoekt stoffen uit de natuur, probeert stoffen na te maken, zoekt naar nieuwe stoffen met betere eigenschappen, enzovoort. Wat verstaan we precies onder stoffen?

In het woordenboek staat bij het woord stof. 1 weefsel (van wol, katoen of linnen); 2 grondstof/materie (datgene waarvan iets vervaardigd kan worden); 3 figuurlijk: onderwerp (voor een roman); 4 stuifsel: in de lucht voorkomende kleine deeltjes van verschillende aard.

In het vervolg zullen we het begrip 'stof' vooral gebruiken in de betekenis van grondstof/materie. Alles om ons heen bestaat uit stoffen (zie afbeelding 2.1 ). Stoffen komen voor in zowel de vaste, de vloeibare als de gasvorm. Lucht bestaat dus ook uit stoffen, maar je kunt ze niet zien omdat ze onzichtbaar zijn. Denk bij gasvormige grondstoffen ook aan brandstoffen: aardgas, campinggas. Alle voorwerpen zijn van een of andere stof gemaakt, bijvoorbeeld

voorwerp

ring of armband tafel of stoel emmer of teil

Kraan van messing waar water uitkomt

soort stof

goud of zilver hout of kunststof ijzer of plastic

Suiker in een zak van papier

Zout in een vaatje glas met een dopje van plastic

Hout

2. 1 Voorbeelden van stoffen

15

Moduul 1

Eigenschappen

Stofeigenschappen

Vragen en opgaven

Elke stof heeft bepaalde eigenschappen die kenmerkend zijn voor die stof. Koper is altijd roodachtig van kleur; de rode kleur is dus een eigenschap van koper. Bij kamertemperatuur heeft koper een dichtheid van 8,9 kg/dm3 (dat wil zeggen dat een volume van 1 dm3 koper een massa van 8,9 kg heeft). Koper kun je dus herkennen aan de kleur en de dichtheid. Voor andere stoffen gelden weer andere waarden voor de dichtheid. Zo is aluminium zilvergrijs. Met een dichtheid van 2,7 kg/dm3 is aluminium één van de lichtste metalen. Een andere belangrijke eigenschap, die voor alle metalen geldt, is dat metalen bij kamertemperatuur altijd koud aanvoelen als je ze vastpakt. Dat komt doordat metalen de warmte goed geleiden. Kleur, dichtheid en warmtegeleiding zijn eigenschappen waaraan je een stof kunt herkennen. We noemen dit wel stofeigenschappen. Andere zijn: smaak, geur, hardheid, brandbaarheid, kookpunt en smeltpunt. Elke stof heeft dus allerlei stofeigenschappen, die er samen voor zorgen dat een stof zich onderscheidt van andere stoffen. Er zijn ook eigenschappen die je niet helpen om de stof te herkennen, bijvoorbeeld temperatuur, volume en massa: of je nu veel of weinig van een stof neemt, het blijft hetzelfde materiaal. Warm water, koud water en ijs bestaan uit dezelfde grondstof. Ook de vorm zegt niets over de soort stof: poedersuiker en suikerklontjes zijn allebei suiker.

2.1 Vul de lijst met soorten stof en voorwerpen die daaruit gemaakt zijn (zie blz. 15) aan met nog vijf voorbeelden.

2.2 Schrijf van de volgende stoffen tenminste twee stofeigenschappen op: ijzer; hout; water; rubber; glas; zout; zuurstof.

2.3 Noem zoveel mogelijk verschillende metalen. 2.4 Noem tenminste twee stofeigenschappen van metalen. 2.5 In flesje A zit een wit poeder dat niet oplost in water.

In flesje B zitten witte kristallen. Ook deze lossen niet op in water. a Is op grond van deze waarnemingen te zeggen dat de flesjes twee

verschillende stoffen bevatten? Leg uit. Een mespunt stof uit beide flesjes wordt in een gasvlam gehouden. De stof uit flesje A smelt, wordt bruin en gaat stinken. De stof uit flesje B smelt niet. b Kun je nu zeggen dat de flesjes verschillende stoffen bevatten? Motiveer

je antwoord.

Scheikunde kom je overal tegen (leesstukje) (Ontleend aan de poster 'Chemie, schakel in ons bestaan' van de VNG/)

Grondstoffen.

Voor haar produkten haalt de chemische industrie de grondstoffen overal vandaan: Uit de lucht stikstof en zuurstof. Van het oppervlak van de aarde: water, koolhydraten, eiwitten, dierlijke en plantaardige oliën en vetten, vitamines en kleurstoffen. Uit de aardkorst aardgas, aardolie, steenkool, zouten, ertsen, enzovoort.

Produkten.

Bij het maken van de meeste produkten komt de chemie te pas. Enige van deze produkten zijn: ijzer, kunstmest, vezels, wasmiddelen, lakken, inkten, rubber, cosmetica, lijm, kunststoffen, geneesmiddelen, enzovoort.

16

hoofdstuk Il Wat is scheikunde?

Opstaan.

Iedere Nederlander gebruikt gemiddeld vijf tubes tandpasta per jaar. Tanden poetsen verfrist de mond, gaat tandbederf tegen en kan zelfs hartafwijkingen en maagklachten voorkomen. Voor de bereiding kiest de fabrikant uit 2500 stoffen. Er zijn verschillende typen tandpasta: desinfecterende pasta's en pasta's die rijk zijn aan reinigingsmiddelen, enzymen of fluoriden.

Kleding.

Kleding kan bijvoorbeeld van wol, katoen of leer gemaakt zijn, maar ook van kunstvezels. Ruim 40% van alle textielvezels zijn kunstvezels, gemaakt uit houtpulp, steenkool of olie. Ook natuurvezels worden vaak chemisch behandeld om ze kreukherstellend of krimpvrij, kleurecht of waterafstotend te maken.

Wassen.

Moderne vezels vragen moderne wasmiddelen. De Romeinen gebruikten rottende urine, onze grootmoeders gebruikten groene zeep die uit plantaardige olie bereid werd. Wij gebruiken meestal synthetische wasmiddelen. Een synthetisch wasmiddel doet meer dan alleen maar wassen:

het onthardt het water; het bleekt vlekken; het houdt het vuil zwevend; het maakt het wasgoed helderder.

Op weg.

We verplaatsen ons voor een groot deel dankzij benzine. Motoren moeten gesmeerd worden en hiervoor is smeerolie nodig. Door chemische toevoegingen doet de smeerolie echter nog veel meer: zij beschermt het metaal en houdt de cilinders schoon. Kunststoffen brengen de massa van een auto omlaag en dat bespaart benzine. Kunststoffen roesten niet en kunnen tegen een stootje.

Voedsel.

Veel monden vragen om veel voedsel en voor voedsel zijn we afhankelijk van wat er groeit. Planten vragen ook voedsel (mest). Stikstof, fosfor en kalium zijn de belangrijkste elementen voor het voedsel van planten. In kunstmest zijn deze op maat aanwezig. Zonder onkruid, ziekten, insekten en bederf zou er tweemaal zoveel voedsel op de wereld aanwezig kunnen zijn. Middelen om het gewas te beschermen en te conserveren zijn daarom onmisbaar.

Reuk en smaak.

De natuur streelt de neus van mens en dier met geuren. We willen dat cosmetica ook lekker ruiken. Amber en rozeblaadjes zijn daarvoor te duur. In plaats hiervan worden synthetische stoffen toegepast: geurstoffen. Eten en drinken moeten ook in de smaak vallen. Sommige kruiden en specerijen (onder andere vanille) zijn schaars of peperduur. Ook dan helpen synthetische stoffen: smaakstoffen.

17

Moduul 1

Verpakking.

Glas wordt gemaakt van zand, kalk en soda; in allerlei kleuren. Blik ijzer, bedekt met een laagje tin. Papier en karton: van plantaardige oorsprong, vaak bedekt met was of plastic. Aluminium: bereid uit bauxiet, voor tubes, folie en zilverpapier. Zilverpapier is een onjuiste naam voor aluminiumfolie. Plastic. moderne kunststoffen uit aardolie: polyetheen, polystyreen, kunstrubbers.

Vrije tijd.

Een surfplank is één en al chemie: een huid van polyetheen, gevuld met polyurethaanschuim, een neus van harde polyurethaan, voetbanden van nylon en neopreen, een mast van glasvezel en epoxy-hars, een mastvoet van polyamide, een giek van aluminium, rubber en nylon, een stag van polycarbonaat.

Fotografie.

Een druk op de knop en een lange reeks chemische processen levert een foto. Zilverzouten op de film worden belicht. Andere stoffen zorgen voor de ontwikkeling. In Nederland worden per jaar meer dan 500 miljoen amateurafdrukken gemaakt, waarvan het overgrote deel in kleur.

Wonen en energie.

Bij de bouw, verwarming en isolatie van woningen spelen aardolie en de daarvan afgeleide produkten een grote rol. Bij de bouw: kunststoffen voor leidingen, rioleringen, sanitair en keukens. Voor warmte: aardgas en olie. Vûûi isolatie: polyuïeîhaan, poiystyreen en giaswol in spouwmuren, tegen daken en onder vloeren.

Verf en kleur.

Verf beschermt hout en ijzer tegen rotten en roesten. Het bindmiddel bindt de pigmenten (kleurstoffen) en legt een beschermlaag op hout, ijzer en beton. Oplosmiddelen maken verf smeerbaar of spuitbaar.

Avondje vrij.

Een CD plaat is van polycarbonaat om zijn - grote doorlaatbaarheid van de laserstraal (± 90%) - minimale lichtverstrooiing - geringe vochtgevoeligheid en daardoor grote vormvastheid. De spiegellaag is van aluminium of zilver. De lichtbron wordt gevormd door een aluminium, gallium en arseen laser.

Gezondheid.

Vele geneesmiddelen worden door de chemische industrie gemaakt. Aspirine is daarvan een voorbeeld. Drie miljoen Nederlanders dragen een kunstgebit van kunststof. Andere hulpmiddelen, gemaakt van kunststof, zijn onder andere: pruik, bril, contactlenzen, kunstarm, steunzolen en beenbeugel. In het lichaam worden ook hulpmiddelen van kunststof gebruikt: pace-maker, hartklep en gehoororgaan.

18

Doelstellingen


Milieuvervuiling.

Enige oorzaken van milieuvervuiling zijn: De laatste honderd jaar is de wereldbevolking explosief toegenomen. De sterke industrialisatie. Een groeiend aantal consumentenprodukten. Een hogere welvaart. De enorme groei van het autoverkeer.

Oplossingen voor milieuvervuiling.

Lucht-, water- en bodemvervuiling moeten zoveel mogelijk aan de bron bestreden worden. Dit gebeurt in de praktijk onder andere door:

Het gebruik van schonere brandstoffen, bijvoorbeeld loodvrije benzine. Betere verbrandingsprocessen. Verbeterde fabricageprocessen. Zuivering van rookgassen. De toepassing van stoffen die minder vervuilend zijn.

Waterzuiveringsinstallaties en recycling van stoffen leveren ook een grote bijdrage aan een schoner milieu.

Wat je nu moet kunnen

Processen noemen die scheikundig van aard zijn. Uitleggen wat men in de scheikunde verstaat onder stoffen. Vertellen waar je chemie tegenkomt in het dagelijks leven.

2 Het doen van proeven

Scheikunde is een natuurwetenschap die gebaseerd is op praktisch onderzoek. Het doel van dit onderzoek kan onder meer zijn:

Het maken van bepaalde stoffen, zoals zout, soda, azijn, bier, plastic, enzovoort. Nagaan of stoffen geschikt zijn als geneesmiddel, of ze giftig zijn en dergelijke. Het ontdekken of bevestigen van theorieën of wetmatigheden.

Het zal duidelijk zijn dat het doen van proeven een belangrijke rol speelt bij de beoefening van de scheikunde. De leerstof zal dan ook vaak worden toegelicht met proeven. Sommige daarvan kun je zelf (eventueel thuis) uitvoeren; omwille van de tijd zullen de meeste proeven worden gedemonstreerd. Verder is er een aantal proeven op video beschikbaar. Bij het onderzoek naar de eigenschappen van stoffen kunnen we in eerste instantie gebruik maken van onze zintuigen. Zo kunnen we de kleur zien, de geur ruiken, de hardheid voelen, de klank (bij het aantikken van een kristallen glas) horen. Nagaan hoe stoffen smaken is in een practicum echter altijd verboden en ook ruiken kan gevaarlijk zijn. Bij het doen van proeven gebruiken we van gereedschappen en instrumenten, bijvoorbeeld een brander, een thermometer en glaswerk (zie afbeelding 2.2).

19

·~· ,·

:•

Moduul 1

brander bekerglas maatcilinder erlenmeyer spuitfles reageerbuis trechter thermomete

- 1 2.2 Practicummateriaal : I< E IV N t- N •

Het doen van proeven is niet geheel zonder gevaar. Daarom is het van belang om tijdens het practicum de volgende

Veiligheidsvoorschriften veiligheidsvoorschriften in acht te nemen:

was na afloop je handen

oogdouche

1 Bescherm ogen (veiligheidsbril) en kleding Uas). 2 Richt bij het verwarmen nooit een reageerbuis op jezelf of op anderen. 3 Bind lange haren samen als je met de brander werkt. 4 Mocht je onverhoopt in brand raken, ga dan onder de douche of gebruik de

branddeken. 5 Maak alles wat je gebruikt hebt na afloop schoon en ruim het op. 6 Was na afloop van het practicum je handen. Veel stoffen zijn min of meer

giftig. 7 Eten en drinken tijdens het practicum is verboden. 8 Zoek in het lokaal alle veiligheidsvoorzieningen, zoals douche, branddeken,

oogdouche en schuimblusser op. 9 Wanneer je een stof wilt ruiken, doe dat dan erg voorzichtig door met je har

boven de opening van de fles heen en weer te zwaaien. Ruik nooit rechtstreeks aan de fles.

2.3 Let op de veiligheid (draag een bril)

20

Proef 2.1

Drie verschillende vormen

waarin suiker kan

voorkomen

ontvlambaar


Stoffenpracticum

Verzamel thuis of op school een aantal bekende stoffe11 urn nader te bestuderen en doe ze in potjes. Bijvoorbeeld: suiker (basterd en gewoon), zout, soda, ijzer (vijlsel en spijkers), plastic, hout (zaagsel en blokje), water, azijn, terpentine, gips, krijt, kaarsvet, lucht (!), spiritus.

Zoek uit of laat anderen uitzoeken welke stof in welk potje zit. Waaraan zijn de stoffen te herkennen? Kijk, ruik (voorzichtig), voel en vergelijk. Denk aan de veiligheidsvoorschriften.

2 Noteer de waarnemingen in tabelvorm:

nummer van

het potje

1

2

enz.

eigenschappen, waaraan

de stof herkend is

naam van

de stof

Merk op, dat een stof meer dan één verschijningsvorm kan hebben. Suiker kennen we als poedersuiker, basterdsuiker en kristalsuiker. Andersom kunnen geheel verschillende stoffen erg op elkaar lijken. Probeer ter oefening volle melk, magere melk, karnemelk, gepasteuriseerde melk, magere yoghurt en volle yoghurt van elkaar te onderscheiden zonder te proeven. Waaraan zijn deze melkprodukten te herkennen?

Het is een goede gewoonte direct te noteren wat je gezien of gemeten hebt, anders merk je achteraf dat je belangrijke dingen niet meer weet. Van proeven moeten verslagen worden gemaakt. In zo'n verslag moet de uitvoering van de proef zo kort en duidelijk weergegeven worden, dat iemand anders de proef op dezelfde manier kan uitvoeren. Ook de resultaten en de conclusies moeten vermeld worden. Hierbij moet het verschil tussen waarnemingen en conclusies zo duidelijk mogelijk tot uiting komen. Een waarneming is een beschrijving van iets dat met de zintuigen opgemerkt wordt: 'er ontstond een zwarte korst'; een conclusie is het resultaat van een gedachtengang: 'het brandde aan'.

Wat betekent dit etiket? (Ontleend aan een brochure van het Ministerie van Sociale Zaken e.a.)

Op de verpakking van 'gevaarlijke' produkten moet een vei/igheidsetiket aangebracht zijn; dit is wettelijk verplicht. De belangrijkste symbolen voor gevaarlijke produkten zijn:

Ontvlambare stoffen.

Deze stoffen geven bij temperaturen boven 20°c brandbare of explosieve damp af. Ze kunnen door vonken of open vuur ontstoken worden. Het gevaar voor brand of explosie kan verminderd worden door:

te zorgen dat er minder damp ontstaat (koel bewaren); de gevormde damp af te voeren (ventilatie); te zorgen dat er geen vuur of vonken bij de damp kunnen komen.

21

Moduul 1

Giftig

Schadelijk

Corrosief

lucht-

toeVi~~r ...._. _juchtregel-schijf

regeling gastoevoer

2.4 Brander

Proef 2.2

Giftige stoffen.

Deze stoffen kunnen de gezondheid ernstig schaden en soms zelfs de dood veroorzaken. Je kunt ze in twee groepen verdelen: Vluchtige giftige stoffen: dit zijn stoffen die erg gemakkelijk verdampen en giftig zijn. Het inademen van deze stoffen moet vermeden worden. Daarom moet er:

zo weinig mogelijk stof verwerkt worden; heel goed geventileerd worden; een prima bescherming van de ademhaling toegepast worden; bij lage temperatuur gewerkt worden.

Stoffen die door de huid of door de mond kunnen worden opgenomen: bij het werken hiermee moet beschermende kleding gedragen worden, vooral handschoenen en gezichtsbescherming. Wanneer je met deze stoffen werkt, me: je nooit met je handen over je gezicht wrijven.

Schadelijke stoffen.

Dit zijn eveneens giftige stoffen, maar de giftigheid is niet zo groot. Daardoor zij ze minder gevaarlijk maar ze zijn wel nadelig voor de gezondheid en dus schad lijk. Onder de schadelijke stoffen vallen ook de irriterende stoffen die ontsteking van huid of slijmvliezen veroorzaken. De voorzorgen bij het werken ermee zijn dezelfde als die bij het werken met giftige stoffen. Inademen of opname via de mond of huid moet vermeden worden.

Corrosieve stoffen.

Corrosieve (bijtende, etsende) stoffen kunnen bepaalde materialen aantasten. Hierbij kunnen giftige, corrosieve of ontvlambare stoffen vrijkomen. Corrosieve stoffen werken ook in op levend weefsel. Wanneer je zo'n stof aanraakt, kan je huidweefsel vernietigd worden. Bij het werken met corrosieve ·stoffen moeten de volgende maatregelen getroffe1 worden:

draag beschermende kleding, laarzen, handschoenen en gelaatbeschermin! gebruik een verdunde oplossing van de stof, als dat mogelijk is; zorg voor een goede ventilatie; zorg ervoor, dat resten van de stof onschadelijk gemaakt worden.

De brander

Om iets te verwarmen heb je een warmtebron nodig. Meestal gebruiken we hiervoor een brander. Hiernaast zie je een doorsneetekening van een brander. In het practicum zul je ontdekken wat het belang is van de luchtregelschijf en dE gasregelknop.

Het gebruik van de brander

Steek de brander aan en onderzoek de werking van de luchtregelschijf en de gasregelknop. Let hierbij op het volgende: 1 Bij het aansteken moet de luchttoevoer dicht zijn. Je krijgt dan een geel

gekleurde vlam. 2 Als je de gasregelknop wat verder open draait, wordt de vlam groter. 3 Als je de luchtregelschijf iets (halve slag) omlaag draait, krijg je een geluidlc

ze licht blauwe (of kleurloze) vlam.

2.6 Kwispelen

Vragen en opgaven


4 Als je de luchtregelschijf steeds verder omlaag draait, krijg je een kleurloze ruisende vlam met blauwe kern.

5 Deze laatste vlam is het heetst, en wel vlak boven de top van de blauwe kern. Onderzoek dit door kort een houtje of een gaasje bij de top te houden, daarna ongeveer in het midden en vervolgens helemaal onderaan.

Wanneer gebruik je welke vlam?

1 Als je een porseleinen schaaltje of een reageerbuis enige tijd in de gele vlam houdt, zie je een zwarte roetaanslag op het schaaltje of de buis verschijnen. Bovendien duurt het vrij lang als je met deze vlam iets wilt verwarmen. In de praktijk gebruiken we deze vlam dan ook niet voor het verwarmen van stoffen; het is de zogenaamde pauzevlam. NB. Een porseleinen schaaltje moet je vasthouden met een kroezetang, een

reageerbuis met een reageerbuisknijper.

2.5 Kroezetang Reageerbuisknijper

Opdracht Vul een reageerbuis voor de helft met water en houd hem in een gele vlam. Wat neem je waar?

2 Als je hetzelfde doet als bij 1 maar nu met een licht blauwe (kleurloze) geluidloze vlam, krijg je geen roetaanslag en gaat het verwarmen veel sneller. Deze vlam gebruiken we dan ook om vloeistoffen te verwarmen. Opdracht Verwarm een beetje water in een reageerbuis tot het gaat koken. Kwispel de buis tijdens het verwarmen heen en weer. Let goed op wat je allemaal ziet gebeuren. 'Waarnemen' is belangrijk bij het uitvoeren van proeven.

3 Als je een porseleinen schaaltje in de kleurloze, ruisende vlam vlak boven de blauwe kern houdt, wordt het roodgloeiend. Deze vlam is zo heet dat je er zelfs glas in kunt smelten. We gebruiken deze vlam voor het sterk verhitten van vaste stoffen.

2.6

2.7

2.8 2.9 2.10 2.11

Opdracht Doe een schepje keukenzout in een reageerbuis en verhit dit een paar minuten. Wat neem je waar?

Wat regel je met a de gasregelknop? b de luchtregelschijf? De gele vlam is wel/niet (wat is juist?) roetend. De temperatuur van de gele vlam is ....... (vul in: hoger of lager) dan die van de kleurloze, geluidloze vlam. Welke vlam is de zogenaamde pauzevlam? Welke vlam heeft de hoogste temperatuur? Waar is de kleurloze ruisende vlam het heetst? Wanneer gebruik je: a een gele vlam b een licht blauwe (of kleurloze) geluidloze vlam c een kleurloze ruisende vlam met blauwe kern?

23

Moduul î

Doelstellingen

Fasen

Video-opdracht

Vragen en opgaven

2. î 2 Noem enige verwarmingstoestellen. Vermeld welke soort brandstof erbij gebruikt wordt.


~ennen van 10 gereedschappen voor het doen van proeven. Noemen van veiligheids- en gedragsregels bij het doen van proeven. Verslag doen over resultaten en conclusies van proeven. Waarnemingen en conclusies van eikaar onderscheiden. Op de juiste wijze kunnen hanteren van de brander.

3 Fase-overgangen

De meeste stoffen kunnen in drie toestanden voorkomen. Deze toestanden worden ook wel de aggregatietoestanden of fasen genoemd. Met welke toestand van een stof je te maken hebt, ligt onder meer aan de temperatuur van die stof. De drie fasen (vast, vloeibaar en gas) worden aangeduid met zogenaamde toestandsaanduidingen: - (s) solid = vast; - (1) liquid = vloeibaar; - (g) gaseous = gasvormig.

We onderscheiden de volgende fase-overgangen:

smelten verdampen

stollen condenseren

vast (s) vloeibaar (1) gasvormig (g)

2.7 Fase-overgangen

Als we water afkoelen tot beneden 0 °C, wordt het ijs; als we ijs vervolgens verwarmen tot boven 0 °C, smelt het en hebben we het water weer vloeibaar terug. We noemen dit een fase-overgang. Bij fase-overgangen kan de stof altijd weer in de oorspronkelijke aggregatietoestand teruggebracht worden door af te koelen of te verwarmen.

Bekijk de ABC-videoband deel 1, nummer 3: Dichtheid van de materie in de drie aggregatietoestanden. Dit stuk duurt ruim 8 minuten. Ook de toets die erop aansluit en die 1 minuut duurt, is de moeite waard. Maak tijdens het kijken aantekeningen van de belangrijkste voorbeelden, de theorie en de toelichting. ZE desnoods de band tussentijds even stil of bekijk een bepaald stukje nog eens. Schrijf ook het antwoord op de vraag van de toets op.

2.13 a In welke aggregatietoestand zit het gas in de gasaansteker? En in welke toestand in een fles met butagas?

b Wanneer een gas door afkoeling vloeibaar wordt, dan wint de .. (a). het van de .. (b) .. van de deeltjes. Wat moet er bij (a) en wat bij (b) op de stippeltjes staan? Kies uit aantrekkingskracht en snelheid.

24

Proef 2.3

Molekulen


c Wat zit er tussen de deeltjes: 1 in de vloeibare toestand, 2 in de gasvormige toestand? Je kunt kiezen uit: 1 lucht; Il niets; 111 de stof waaruit de deeltjes zijn opgebouwd; IV iets anders, namelijk .......... .

d Hoe komt het dat de ballon opzwelt? De band zegt dat dit komt doordat er deeltjes tegen de wand botsen. Maar er botsen aan de buitenkant toch ook luchtdeeltjes tegen de wand? Leg dit uit.

e Bij de omgekeerde proef wordt 5000 ml gas gecondenseerd tot 25 ml vloeistof. Wat kun je nu zeggen over de afstand van de deeltjes?

Het verhitten van stoffen

Verhit in verschillende reageerbuizen een beetje water, een spatelpunt zwavel en enkele kristalletjes jood. Water verdampt, zwavel smelt en jood vervluchtigt. Het vaste jood wordt in één keer gasvormig zonder eerst te smelten. Als de stoffen weer worden afgekoeld tot kamertemperatuur komen ze opnieuw in de oorspronkelijke toestand terug.

Wat gebeurt er dan met een stof tijdens een fase-overgang? Om dit te kunnen begrijpen, stellen we ons voor dat stoffen opgebouwd zijn uit heel veel kleine deeltjes. Deze deeltjes worden molekulen genoemd. Iedere stof bestaat uit zijn eigen soort molekulen die verschillen van de molekulen van andere stoffen. Bij fase-overgangen veranderen de molekulen niet. IJs, water en waterdamp bestaan alle drie uit dezelfde soort molekulen. Het gaat dus nog steeds over dezelfde stof. Wat is dan het verschil tussen de drie fasen?

Molekulen kunnen bewegen. De beweeglijkheid hangt samen met de temperatuur. Bijvoorbeeld: bij ijs van -10 °C trillen alle molekulen op hun vaste plaats, alleen de molekulen aan de buitenkant kunnen lostrillen (ijs vervluchtigt). Bij O °C gaan de molekulen zo hard trillen, dat ze allemaal hun vaste plaats verlaten en door elkaar gaan bewegen, we spreken dan van een vloeistof (ijs smelt). Aan het oppervlak van vloeibaar water kunnen enkele molekulen de vloeistof verlaten (water verdampt). Bij 100 °C echter bewegen alle molekulen zo heftig dat ze allemaal van elkaar loskomen, we krijgen dan de gasfase (water kookt). Er is waterdamp ontstaan, waarin de molekulen op grote afstand van elkaar bewegen.

Het volgende plaatje (afbeelding 2.8) geeft de drie fasen weer zoals we ze ons voorstellen volgens de molekuultheorie.

25

Moduul 1

gas (g) molekulen ver van elkaar

door elkaar bewegend

vast (s) molekulen dicht op elkaar

trillend op vaste plaats

vloeibaar (1) molekulen dicht op elkaar

door elkaar bewegend

2.8 Fase-overgangen volgens de molekuultheorie

In de vaste fase zitten de molekulen dicht bij elkaar, ze zijn ordelijk gerangschikt volgens een vast patroon (roostèr) en ze trillen alleen op hun plaats. We noemen dit een kristalrooster. Dit is te vergelijken met leerlingen die in een lokaal zitten. In de vloeistoffase zitten de molekulen dicht bij elkaar, maar ze bewegen langs elkaar heen. Er is dus geen ordelijk patroon. Deze toestand lijkt op het gedrag van knikkers die in een zak over elkaar rollen. In de gasfase zitten de molekulen ver van elkaar en ze bewegen snel langs elkaar heen. Dit is te vergelijken met de bewegingen van vliegen in een kamer. Er is veel lege tussenruimte. Daarom kun je gassen gemakkelijk samenpersen.

Het zojuist besproken deeltjesmodel wordt ook uitstekend in beeld gebracht door ABC videoband 1, deel 2 Aggregatietoestand en warmtebeweging. Vraag je docent naar de mogelijkheden die te bekijken

Stoffen en deeltjes

De fase-overgangen hebben we verklaard met behulp van 'deeltjes'. Dit komt in de scheikunde heel veel voor. Dat wil zeggen: feiten en verschijnselen uit de zichtbare wereld proberen we te begrijpen door ons voor te stellen dat alles uit deeltjes bestaat. En het gedrag van die onzichtbare deeltjes proberen we dan te beschrijven. Zo'n beschrijving - in dit geval de molekuultheorie - wordt wel een modelvoorstelling genoemd. Een model helpt ons om beter te begrijpen hoe iets in elkaar zit.

leder model is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid

Molekulen zijn in deze voorstelling uiterst kleine deeltjes die per soort stof precies gelijk zijn. Verschillende stoffen bestaan uit verschillende molekulen. Molekulen, ook van verschillende soorten, trekken elkaar aan. Deze aantrekkingskracht wordt de vanderwaalskracht genoemd. De kracht waarmee ze elkaar aantrekken neemt snel af naarmate de onderlinge afstand groter wordt. De ruimte tussen de molekulen is volstrekt leeg. Er zit niets tussen, dus ook geen lucht. Men spreekt van de intermolekulaire ruimte.

26

r

Vragen en opgaven

Doelstellingen


Molekulen bewegen. De snelheid van de beweging neemt bij een hogere temperatuur toe. Het uitzetten van materialen ten gevolge van een hogere temperatuur komt doordat de molekulen door hun snellere beweging meer ruimte voor zich opeisen (denk aan de tussenruimte tussen spoorrails). De molekulen zelf blijven even groot. Molekulen worden vaak vereenvoudigd voorgesteld als bollen. In sommige gevallen kan deze voorstelling aangepast worden. De waswerking van zeep bijvoorbeeld kan beter begrepen worden door aan te nemen dat de molekulen een lucifer-achtige vorm hebben.

2.14 2.15

2.16

Geef de namen van drie fase-overgangen, steeds met een voorbeeld. a Wat is de betekenis van de toestandsaanduidingen s, 1, g? b Wat betekenen de volgende schrijfwijzen:

1 water(I) ~ water(g) 2 kaarsvet(s) ~ kaarsvet(!)

Wat gebeurt er met de molekulen bij: a het vervluchtigen van vast jood? b het bevriezen van water?

De grootte van molekulen (leesstukje)

Water is één van de stoffen, die opgebouwd zijn uit molekulen. Een volume van 1 ml water bestaat uit 3 • 1022 watermolekulen. Eenzelfde aantal zoutkorrels heeft de inhoud van een kubus met een ribbe van 16 kilometer.

Wanneer er zoveel molekulen in 1 ml water zitten, dan kan dat niet anders betekenen dat molekulen onvoorstelbaar klein zijn.

Molekulen zijn onvoorstelbaar klein.

Er bestaan ook molekulen, die veel groter zijn dan watermolekulen. Voorbeelden hiervan zijn plasticmolekulen en eiwitmolekulen. De chemicus noemt ze macromolekulen. Ook deze macromolekulen zijn nog steeds onvoorstelbaar klein. Met een gewone microscoop zijn ze niet te zien, met behulp van een elektronenmicroscoop kunnen er van macromolekulen opnamen gemaakt worden. Een elektronenmicroscoop vergroot een paar honderdduizend keer. Met een 'scanning tunneling microscoop' is het mogelijk oppervlakken zeer nauwkeurig af te tasten. Daarmee kunnen ook kleine molekulen zichtbaar gemaakt worden. Water bestaat uit watermolekulen, maar het is ook een stof met stofeigenschappen. Water (van kamertemperatuur) vloeibaar. Een paar watermolekulen hebben echter geen fase. Van enkele molekulen bij elkaar kun je natuurlijk niet zeggen dat ze vloeibaar, vast of gasvormig zijn. Je kunt pas van stofeigenschappen spreken, wanneer er grote aantallen molekulen aanwezig zijn.

Wat je nu moet kunnen Weergeven van de molekuultheorie: a een stof omschrijven als een verzameling molekulen; b noemen van vier eigenschappen van molekulen: vanderwaalskrachten,

intermolekulaire ruimten, temperatuurbeweging, iedere stof heeft zijn eigen molekulen (onderling allemaal dezelfde, maar verschillend van die van andere stoffen).

27

Moduul 1

Volgens de molekuultheorie beschrijven en tekenen van: a de drie fasen van een stof; b de overgangen tussen de fasen; c het uitzetten van stoffen bij verwarmen.

Samenvatting Scheikunde is een natuurwetenschap die zich bezighoudt met het onderzoeken van stoffen.

2 Onder stoffen verstaan we alle materie, zowel in de vaste, vloeibare als gasvorm.

3 Stoffen hebben stofeigenschappen. Aan deze eigenschappen zijn ze te herkennen en van elkaar te onderscheiden. Voorbeelden hiervan zijn: kookpunt, smeltpunt, brandbaarheid, dichtheid, kleur, geur en smaak. Temperatuur, massa en volume zijn geen eigenschappen van stoffen.

4 Stoffen kunnen in drie aggregatietoestanden of fasen voorkomen, namelijk vast (s), vloeibaar (1) of gas (g). Bij een fase-overgang verandert de afstand en de bewegingssnelheid van de molekulen.

5 Praktisch onderzoek speelt in de scheikunde een belangrijke rol. Daarbij moet je goed waarnemen en uiteraard de veiligheidsvoorschriften in acht nemen.

1, '· =": .d~j~~ - j 2.9 Goed waarnemen is belangrijk

28

Doelstellingen

Proef 4.2

brandbare walm

druppeltjes water

suikerklontje _..,....,

4. 1 Suiker verhitten

Thermolyse

hoofdstuk IV Stoffen en reacties


Vertellen wat een chemische reactie is. Beoordelen of een verschijnsel een chemische reactie is. Beoordelen of bij een handeling een chemische reactie optreedt. Definiëren van beginstof en reactieprodukt. Chemische reacties in reactieschema's weergeven: molekuulsoort 1 (+ .... ) ~ molekuulsoort 2 (+ .... ) De toestandsaanduidingen g, 1, sen aq gebruiken achter de namen van de molekuulsoorten.

( 1. (l-tfMISCHt ~EA CTtE' ovE'~CJfÇLAC..E._, )

2 Ontledingsreacties

Bij een chemische reactie verdwijnen de molekulen van de beginstoffen en de molekulen van de reactieprodukten worden gevormd. We nemen aan dat molekuulsoorten worden omgezet in andere. Hoe dit in zijn werk gaat, is voorlopig nog onduidelijk. Aan de hand van enkele proeven zullen we proberen een tipje van de sluier op te lichten. We maken daarbij gebruik van energievormen zoals warmte, elektriciteit en licht. In paragraaf 1 van dit hoofdstuk hebben we al gezien wat er kan gebeuren als we een stof verwarmen. De stof kan smelten of gaan koken, sommige stoffen gaan gloeien of er kan een chemische reactie plaatsvinden. Dit laatste gaan we nog eens bekijken bij suiker. Zoals bekend is dit een zuivere stof.

Verhitten van suiker

~ijdens het verhitten van suiker zien we veranderingen (zie afbeelding 4.1 ). Na afloop is de suiker verdwenen en andere stoffen met andere eigenschappen, namelijk koolstof, water en brandbare gassen, zijn ontstaan. Er heeft dus een chemische reactie plaatsgevonden. Een chemische reactie waarbij een stof verandert in twee of meer nieuwe stoffen noemen we een ontledingsreactie.

Voor het ontleden van een stof is bijna altijd energie nodig. In deze proef is de energie toegevoerd in de vorm van warmte (thermos). Het ontleden door middel van warmte noemen we daarom een thermolyse. Het ontleden kunnen we als volgt in een reactieschema weergeven:

Eén beginstof ~ twee of meer eindprodukten

Het reactieschema voor de thermolyse van suiker is:

suiker{s) ~ koolstof(s) + water(I) + brandbare gassen(g)

Thermolyses komen in het dagelijkse leven veel voor: Het ontleden van stoffen in voedsel (aanbranden). Het ontleden van stoffen in textiel bij het strijken (schroeien). Het ontleden van hout of steenkool in een kachel, waarbij brandbare gassen ontstaan, die vervolgens verbranden en warmte leveren (zie hierover hoofdstuk 6).

55

i i l

J

Moduul 1

Elektrolyse

Proef 4.3

+ elektroden

4.2 Elektrolysetoestel

Proef 4.4

mA-meter

@ -A

batterij 4,5 Volt

koperchloride-oplossing

4.4 Elektrolyse-opstelling

Behalve de thermolyse kennen we ook: de elektrolyse (ontleden onder invloed van elektrische stroom) en de fotolyse (ontleden onder invloed van licht). In de volgende proefbeschrijvingen zullen we daar voorbeelden van zien.

Elektrolyse van water

Je kunt water ontleden met behulp van elektrische stroom. Daarvoor gebruiken we water waaraan een beetje zuur is toegevoegd voor stroomgeleiding. Via de elektroden laten we een stroom lopen door de vloeistof (zie afbeelding 4.3). Bij de elektroden ontstaan kleurloze gasvormige ontledingsprodukten. Het gasvolume bij de negatieve elektrode blijkt twee maal zo groot te zijn als dat bij de positieve elektrode. Bij de negatieve elektrode ontstaat een gas dat, als we het laten ontsnappen bij een vlam, verbrandt met een luide knal. Dit is kenmerkend voor waterstof (zie afbeelding 4.3). Het gas dat bij de positieve elektrode ontstaat, doet een gloeiende houtspaander branden. Dit is kenmerkend voor zuurstof (zie afbeelding 4.3).

1 2

aantonen van waterstof

4.3 Aantoningsreacties

Het reactieschema voor het ontleden van water luidt:

water(I) ~ waterstof(g) + zuurstof(g)

Nog een elektrolyse

aantonen van zuurstof

Een ander voorbeeld van elektrolyse is het ontleden van koperchloride in een oplossing met behulp van de opstelling in afbeelding 4.4. De mA-meter (milliampèremeter) laat zien dat er een elektrische stroom loopt. We kunnen hierbij waarnemen dat de blauwe kleur van de koperchloride-oplossing langzamerhand lichter wordt. Chloor komt vrij bij de positieve elektrode en is te herkennen aan de prikkelende geur; koper ontstaat bij de negatieve elektrode en is te herkennen aan de rode kleur.

De proef kan ook eenvoudiger door de polen van de batterij direct op de koolstofelektroden te houden. De mA-meter is er alleen om te laten zien dat er inderdaad stroom loopt.

Opmerking: 1 Bij de proef ontstaat het koper aan de minpool en het chloor aan de pluspool.

Het is verleidelijk hier een verklaring voor te zoeken. Toch laten we dit even rusten. Het gaat er nu om aan te tonen dat sommige stoffen door middel van elektriciteit ontleed kunnen worden.

56

Moduul 1

Verbinding

Niet-ontleedbare stof Metalen

Vragen en opgaven

Doelstellingen

Atomen

4.6 Molekulen van een verbinding

3 Soorten zuivere stoffen

Uit de proeven op de voorgaande bladzijden is gebleken dat er zuivere stoffen bestaan die te ontleden zijn: suiker, water, koperchloride enzovoort. We noemen deze stoffen ook wel ontleedbare stoffen of verbindingen. Door middel van ontledingsreacties kunnen we deze stoffen uiteindelijk omzetten in stoffen die niet verder te ontleden zijn. Er zijn ongeveer 100 van deze stoffen, we spreken van niet-ontleedbare stoffen. Daaronder behoren een groot aantal metalen, bijvoorbeeld koper, zilver, ijzer, zink, lood, aluminium en goud. Andere voorbeelden zijn: koolstof, waterstof, zuurstof, chloor en stikstof.

Het omgekeerde van ontleden, dat wil zeggen het vormen van een verbinding, kan ook. We noemen dit een vormingsreactie.

4.14 Kun je zeggen dat in proef 4.3 water gescheiden werd? Motiveer je antwoord.

4.15 Als je wilt nagaan of een zuivere stof wel of niet te ontleden is, moet je dan het smeltpunt bepalen?

4.16 Kwikoxide is een oranje vaste stof die bij verhitten ontleedt in een vloeibaar metaal en een gas. Bedenk het reactieschema van deze thermolyse (zie ook paragraaf 2 van dit hoofdstuk).

4.17 Hoeveel ontleedbare stoffen zijn er ongeveer (maak een schatting)? En hoeveel niet-ontleedbare stoffen?

4.18 Welke verbinding zal ontstaan als we waterstof en zuurstof in de volumeverhouding 2 : 1 met elkaar laten reageren? Geef het reactieschema.

4.19 Geef het reactieschema voor de vorming van vast aluminiumchloride uit de niet-ontleedbare stoffen.

Wat je nu moet kunnen Uitleggen wat een niet-ontleedbare stof is. Uitleggen wat een ontleedbare stof of verbinding is.

4 Molekulen en ontleden

Hoe kunnen we ontledingsreacties verklaren? Daarvoor kijken we weer naar de deeltjesopbouw. We moeten ons model van stoffen die bestaan uit molekulen een beetje aanpassen. We nemen aan dat molekulen uit nog kleinere deeltjes zijn opgebouwd, namelijk atomen. In een molekuul kunnen verschillende soorten atomen zitten. Dit is het geval bij stoffen die je kunt ontleden, dus bij verbindingen. Afbeelding 4.6 stelt bijvoorbeeld vier molekulen voor van een verbinding, waarbij elk molekuul uit twee verschillende atoomsoorten bestaat. Wat gebeurt er nu als we deze verbinding gaan ontleden? Dat kunnen we als volgt voorstellen (zie afbeelding 4.7).

• • ontledingsreactie 0

0 0

• • 0

molekulen met atomen apart 4.7 Ontleden 2 soorten atomen

r ' ~ " s

CD A:olr

e r •.. "n 0 0IJf,"1

@ Pi...,.i...u1

E9 Sulpl1ur

(Î) Mo,511n1a

e Limc

@ Soda

UD Porash

0 Ba~v1rs

©Iron @ Zi11c

0 Hyd1·05rn

@ Lrad

0 Stumlian

(!)Gold (V PlatifUl

0 Mm:ury


We zien dat molekulen worden afgebroken tot atomen. Een verbinding bestaat dus uit molekulen met verschillende soorten atomen. Bij een ontledingsreactie kunnen stoffen ontstaan die niet verder te ontleden zijn. Zo'n stof bestaat uit allemaal dezelfde atomen.

Bij scheiden gaan de molekulen niet kapot. We sorteren alleen verschillende soorten molekulen (zie afbeelding 4.8).

scheiden

Mengsel: 2 soorten molekulen

4.8 Scheiden: molekulen sorteren

8 +

Gescheiden: molekulen apart

Voor alle duidelijkheid wijzen we erop dat het idee van de opbouw van de materie in deeltjes maar een model is. Toch kan zo'n model vaak heel nuttig zijn als middel om iets te verduidelijken of te verklaren. Het atoommodel van Dalton is hier een mooi voorbeeld van~

Dalton (1766-1844) stelde zich de atomen voor als kleine bolletjes, ondeelbaar en onveranderlijk. Het woord atoom komt van het Grieks voor ondeelbaar (a-tomos). Voor iedere atoomsoort maakte Dalton een andere tekening zoals in afbeelding 4.9 is aangegeven.

4.9 Symbolen van Da/ton

Iedere stof die je niet kunt ontleden heeft op deze manier zijn eigen atoomsoort. Er zijn dus ongeveer 100 atoomsoorten. Atomen zijn te beschouwen als de bouwstenen van de molekulen, waaruit alle stoffen bestaan.

Elementen Vandaar dat we de ongeveer 100 verschillende atoomsoorten ook wel elementen noemen. Elk element kun je op twee manieren aangeven: met zijn naam en met zijn symbool. Het symbool stelt dus het element voor en wel in de betekenis van atoomsoort. ' De symbolen zijn internationaal afgesproken en bestaan uit één of twee letters afgeleid van de Latijnse of Griekse naam van het element. De belangrijkste elementen staan in de tabel op de volgende bladzijde.

_... b,ee.i; de namen en symbolen goed uit je hoofd. In het vervolg zul je deze kennis vaak nodig hebben.

59

Moduul 1

Vragen en opgaven

Metalen Overige elementen

Naam Symbool Naam Symbool

aluminium Al argon Ar barium Ba arseen (arsenicum) As calcium Ca broom Br chroom Cr chloor Cl goud (aurum) Au fluor F kalium K fosfor (phosphorus) p koper (cuprum) Cu helium He kwik (hydrargyrum) Hg jood (jodium) 1 lood (plumbum) Pb koolstof (carbo) c magnesium Mg neon Ne mangaan Mn silicium of kiezel Si natrium Na stikstof (nitrogenium) N nikkel Ni waterstof (hydrogenium) H platina Pt zuurstof (oxygenium) 0 tin (stannum) Sn zwavel (sulfur) s ijzer (ferrum) Fe zilver (argentum) Ag zink Zn

Het begrip element wordt in de scheikunde vaak op twee manieren gebruikt: 1 als niet-ontleedbare stof en 2 als atoomsoort. Dus 'ijzer is een element' betekent: je kunt de stof ijzer niet ontleden. Het element ijzer is opgebouwd uit één soort atomen namelijk ijzeratomen. We geven de stof ijzer dan aan met het symbool en toestandsaanduiding: Fe(s). Maar we zeggen ook wel: "Koperchloride bevat de elementen koper en chloor". Dan bedoelen we de atoomsoorten en niet de stoffen koper en chloor. Koperchloride is dus een verbinding (en geen mengsel!) van koper en chloor.

4.20

4.21

4.22

4.23

4.24

Als een symbool uit twee letters bestaat, is de eerste letter altijd een ..... . letter, en de tweede letter altijd een ...... letter. Geef de naam van: Al, Ar, Ag, Zn, Cu, Au, As, Si, Hg en H. Onderstreep de namen van de metalen. De metalen kunnen we indelen in edele en onedele metalen. Welke metalen zijn edel denk je? Geef naam en symbool. Hoe denken we dat de molekulen van een ontleedbare stof zijn opgebouwd? En hoe van een niet-ontleedbare stof? Geef van beide een molekuultekening. Wat gebeurt er bij ontledingsreacties met de molekulen? De volgende zoutoplossingen kunnen ontleed worden door middel van elektrolyse. De niet-ontleedbare stoffen broom en jood zijn vloeibaar respectievelijk vast. Geef van elk het reactieschema: a ijzerchloride-oplossing; b koperbromide-oplossing; c zinkjodide-oplossing.

60

Doelstellingen

Herhalingsopgaven



4.25

4.26

4.27

4.28

De bouwstenen van molekulen noemen. Het atoommodel van Dalton beschrijven. Vertellen wat men verstaat onder een atoomsoort of een (scheikundig) element. De symbolen van 33 elementen geven als de naam is gegeven en omgekeerd. Begin- en eindsituatie van een ontledingsreactie schematisch weergeven met molekuultekeningen. Met de molekuul- en atoomtheorie uitleggen wat het verschil is tussen a het maken van een mengsel en het verlopen van een reactie; b het scheiden van een mengsel en een ontledingsreactie; c een mengsel en een verbinding; d een zuivere stof en een stof die je niet kunt ontleden.

a Wat verstaan we onder een chemische reactie? b Waarom is een fase-overgang geen chemische reactie? Wat gebeurt er met de molekulen bij het scheiden van een mengsel? En wat gebeurt er bij het ontleden van een verbinding? Iemand verwarmt in een reageerbuis een beetje kaliumchloraat. Dat is een witte vaste stof. Er treedt een chemische reactie op, waarbij zuurstofgas ontwijkt. Na afloop is er een witte vaste stof overgebleven. Deze witte vaste stof is kaliumchloride. a Leg uit of kaliumchloride en kaliumchloraat verschillende stoffen zijn. b Leg uit of bij het verhitten van kaliumchloride wel of niet een

ontledingsreactie optreedt. Koolstofdisulfide is een kleurloze vloeistof, die gemakkelijk verdampt. a Geef dit weer in een reactieschema in woorden volgens

........ ~ ........ . Bij verhitting van de damp van koolstofdisulfide ontstaat roet (koolstof) en zwavel. b Van welke elementen (naam en symbool) is koolstofdisulfide een

verbinding? c Geef het reactieschema van wat er gebeurt bij het verhitten van de

damp van koolstofdisulfide d Leg uit of hierbij wel of niet sprake is van een ontledingsreactie. Elk molekuul koolstofdisulfide bestaat uit 3 atomen. e Maak twee mogelijke tekeningen van een molekuul koolstofdisulfide.

Geef hierin de atoomsoorten aan met symbolen. 4.29 •stelt een atoom ijzer voor, o stelt een atoom zwavel voor.

a Geef met behulp van deze figuurtjes een tekening van een mengsel van ijzer en zwavel.

Als je het mengsel van ijzer en zwavel verwarmt, gaat de zwavel smelten. Vervolgens treedt er een reactie op waarbij een vaste stof ontstaat: ijzersulfide. Deze verbinding van ijzer en zwavel kun je ook voorstellen met een tekening. b Maak die tekening. c Geef het reactieschema voor de vorming van ijzersulfide.

61

Moduul 1

Samenvatting

In het volgende schema wordt een overzicht gegeven van wat je tot nu toe over stoffen en de indeling ervan hebt geleerd.

Alle stoffen

Mengsels ------~ Zuivere stoffen scheiden

Ontleedbare --------;. Niet-ontleedbare stoffen ontleden stoffen

(Verbindingen) (Elementen)

~ Metalen Overige

Bij een chemische reactie verdwijnen de beginstoffen en ontstaan er nieuwe stoffen, met andere eigenschappen. Als we naar de deeltjes kijken betekent dit dat de oorspronkelijke molekulen zijn verdwenen en er nieuwe molekulen voor in de plaats zijn gekomen. Bekende voorbeelden van chemische reacties zijn verbrandingsreacties en ontledingsreacties.

Ontleden kan op drie manieren: 1 Thermolyse is ontleden onder invloed van warmte; 2 Elektrolyse is ontleden onder invloed van elektrische stroom; 3 Fotolyse is ontleden onder invloed van licht.

Molekulen zijn opgebouwd uit atomen. Volgens Dalton zijn atomen kleine bolletjes, onveranderlijk en ondeelbaar (Grieks: atomos =ondeelbaar). Ontleedbare stoffen of verbindingen zijn opgebouwd uit molekulen met verschil/ende soorten atomen. Niet-ontleedbare stoffen bestaan uit één soort atomen. Er zijn ongeveer 100 verschillende atoomsoorten, ook wel elementen genoemd. Atoomsoorten of elementen worden aangeduid met hun naam of met hun symbool. Symbolen bestaan uit één of twee letters, meestal afgeleid van de Latijnse naam van het element. Alleen de eerste letter is een hoofdletter.

het schema op blz. 62 vat H3 en H4 samen. Probeer voor elke overgang een voorbeeld te geven en ga na wat er op atomair niveau gebeurt.

62

HOOFDSTUK V Formules en elementen

1 De formules

Zoals we gezien hebben veranderen de molekulen bij een chemische reactie. De atomen waaruit de molekulen zijn opgebouwd veranderen echter niet. Men zegt ook wel: de elementen waaruit de verbindingen zijn opgebouwd blijven bij chemische reacties behouden. Dat betekent dat bij een chemische reactie niet alleen de atoomsoorten onveranderd blijven, maar dat ook de aantallen atomen van iedere soort gelijk moeten blijven! In de tekeningen van molekulen en atomen in hoofdstuk IV was dit al te zien. Via allerlei onderzoekingen heeft men voor veel stoffen kunnen bepalen hoe de molekulen van die stoffen zijn opgebouwd. Zo weten we nu van een groot aantal verschillende soorten molekulen: a uit welke soorten atomen ze zijn opgebouwd; b uit hoeveel atomen ze bestaan.

We kunnen dit kort opschrijven in een zogenaamde molekuulformule. Een molekuulformule geeft aan welke soorten atomen en hoeveel van elke soort er in een molekuul aanwezig zijn. Een voorbeeld van een molekuulformule is H20, de formule van water. Dit kunnen we ook tekenen (zie afbeelding 5.1 ).

5.1 Tekening van een molekuu/ water

Het getal 2 in Hp geeft dus het aantal atomen waterstof in een molekuul water aan. Dit getal noemen we de index. Als de index 1 is wordt deze weggelaten. H20 betekent dus dat een molekuul water is samengesteld uit twee atomen waterstof en één atoom zuurstof. Een aantal niet-ontleedbare stoffen bestaat ook uit molekulen. Die molekulen bevatten dan maar één atoomsoort. In de meeste gevallen zijn die molekulen uit twee (dezelfde) atomen opgebouwd. Een voorbeeld is waterstof:

CB®~@ID

C8@ c& ~ 5.2 Twee-atomige moleku/en bij waterstof

We schrijven dit als H2•

Dit komt ook voor bij stikstof N2(g), zuurstof 0 2(g), fluor F2(g), chloor Cl2(g), broom Br2(1) en jood l2(s). Leer deze formules uit het hoofd. Alle andere niet-ontleedbare stoffen geven we gewoon aan met het symbool: ijzer Fe(s), koolstof C(s), enzovoort.

63

Moduul 1

Vragen en opgaven

Een tweede voorbeeld van een molekuulformule van een verbinding is NH3:

1 molekuul ammoniak, bestaande uit 1 atoom stikstof en 3 atomen waterstof (zie afbeelding 5.3).

5.3 Molekuul ammoniak

Met de molekuulformule bedoelen we meestal niet alleen 1 molekuul van de stof, maar ook de stof als geheel. We schrijven dan meestal de formule met daarachter de toestandsaanduiding. Voorbeeld:

Hp(I) = de vloeistof water C02(g) = het gas koolstofdioxide Fe(s) = de vaste stof ijzer

In de voorgaande hoofdstukken heb je al heel wat stoffen leren kennen. Van de belangrijkste geven we nu een lijstje met de formules.

Lijst van formules:

Hp(I) C02(g) NH3(g) CH4(g) C12H220 11 (s) MgO(s) HgO(s) AgCl(s) CuCl2(s) NaCl(s)

water koolstofdioxide ammoniak methaan (aardgas) suiker magnesiumoxide kwikoxide zilverchloride koperchloride natriumchloride (keukenzout)

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

Van welke zeven niet-ontleedbare stoffen kun je een molekuultekening maken? Hiernaast zie je een tekening van een molekuul aceton. Wat is de molekuulformule van aceton? In de tekening hiernaast is een mengsel van molekulen afgebeeld. Beantwoord hierover de volgende vragen: a Hoeveel molekulen zijn in de tekening afgebeeld? b En hoeveel atomen? c Hoeveel molekulen van welke verbinding( en)? d Hoeveel molekulen van welke niet-ontleedbare stof(fen)? Hoeveel atomen van welke soorten bevinden zich in 5 molekulen suiker (molekuulformule C12H2p 11 )? Geef de formules bij het reactieschema van a de elektrolyse van een koperchloride-oplossing; b de fotolyse van zilverchloride. Geef in tekeningen en in symbolen aan wat het verschil is tussen een mengsel van zuurstof en stikstof en een verbinding van deze twee elementen (1 atoom stikstof op 2 atomen zuurstof).

64

! ··. "î ·l j

HOOFDSTUK VII Massa bij reacties en reacti evergel ijkingen

1 De massa bij chemische reacties

In de hoofdstukken Ven VI is behandeld hoe stoffen in formules weergegeven kunnen worden. Tijdens een chemische reactie veranderen de atoomsoorten niet, ze worden alleen anders gecombineerd. Betekent dit nu ook dat de totale hoeveelheid stof onveranderd blijft? Lavoisier heeft hier uitgebreid onderzoek naar gedaan door de massa voor en na een chemische reactie met elkaar te vergelijken.

We zullen hier een proef beschrijven ter illustratie van zo'n onderzoek. We gebruiken de opstelling van afbeelding 7 .1.

7. 1 Massa bij reacties

In de reageerbuis zit een kleurloze heldere oplossing van loodnitraat; in de erlenmeyer zit een eveneens kleurloze heldere oplossing van kaliumjodide. De erlenmeyer is afgesloten. De twee kleurloze oplossingen worden voorzichtig gemengd; hierbij wordt een gele suspensie gevormd. Er heeft dus duidelijk een chemische reactie plaatsgevonden. We vergelijken de massa voor en na de reactie, deze blijkt onveranderd te zijn. De namen loodnitraat en kaliumjodide zijn niet belangrijk. Het gaat erom dat er twee reagerende stoffen zijn. Je kunt deze proef herhalen met allerlei andere stoffen die met elkaar reageren. Steeds blijkt dat de massa niet verandert. Lavoisier heeft uit zeer veel van dit soort proeven de conclusie getrokken dat de massa voor en na de reactie gelijk blijft.

Hoe komt het dan dat bij de verbranding van ijzer de massa lijkt toe te nemen en bij de verbranding van een kaars de massa lijkt af te nemen? Ten eerste werden deze proeven niet in een afgesloten ruimte uitgevoerd.

Ten tweede reageerden of ontstonden er gassen. Indien beide verbrandingsreacties zodanig uitgevoerd worden dat er geen gassen kunnen ontsnappen en ook de zuurstof in het begin wordt meegewogen zal de massa ook hier niet veranderen.

87

Moduul 1

Wet van Lavoisier Wet van massabehoud

Wet van Proust

Overmaat

Conclusie:

Bij een chemische reactie is de totale massa van de beginstoffen gelijk aan de totale massa van de reactieprodukten.

Deze wet is bekend als de Wet van Lavoisier of de Wet van massabehoud. We kunnen nu ook de massa's van de afzonderlijke stoffen bij een chemische reactie bestuderen. Een voorbeeld is de reactie van ijzer en zwavel. IJzer en zwavel reageren volledig tot ijzersulfide als ze in de massaverhouding 7 : 4 worden gemengd en verhit. Wordt er naar verhouding meer ijzer toegevoegd dan is er na de reactie naast ijzersulfide ook nog ijzer aanwezig. Dit is eenvoudig aan te tonen met behulp van een magneet; ijzer is magnetisch, ijzersulfide niet. Indien er te weinig ijzer in het reactiemengsel aanwezig is, blijft er zwavel over. Proust (17 45-1826) heeft ontdekt, dat bij iedere chemische reactie de stoffen in een bepaalde massaverhouding met elkaar reageren. Deze wet wordt daarom ook wel de Wet van Proust of de Wet van de constante massaverhoudingen genoemd. Deze massaverhouding is bij iedere reactie weer anders. Onderstaande tabel laat dat zien.

Reactie tussen

koolstof en zuurstof waterstof en zuurstof calcium en zuurstof koper en zuurstof koper en chloor ijzer en zwavel

Massaverhouding

3:8 1 : 8 5:2 4: 1

10 : 11 7:4

Uit de wet van Proust volgt dat de stoffen bij een reactie alleen volledig reageren als er één bepaalde verhouding is. Als dat niet het geval is, dan is er van één van de reagerende stoffen te veel. Van die stof houd je dan na de reactie iets over. We zeggen dat die stof dan in overmaat aanwezig is. Als je bijvoorbeeld 6 gram calcium en 2 gram zuurstof hebt, is er 1 gram calcium te veel (zie tabel). Er reageert maar 5 gram calcium met 2 gram zuurstof. Er blijft na de reactie 1 gram calcium over. Het begrip overmaat is van groot belang voor de chemische industrie. Als er van één van de reagerende stoffen na afloop iets overblijft, dan is dat onvoordelig. Bovendien kan dit leiden tot extra afval en vervuiling van het milieu.

Als toepassing van de wet van Proust een berekening:

Hoeveel gram ijzer is nodig om volledig te reageren met 1 O gram zwavel? Hoeveel gram ijzersulfide ontstaat hierbij?

Je hebt hier te maken met een vraagstuk waar iets bij berekend moet worden. Dit soort problemen komt nogal vaak in de scheikunde voor en helaas is het niet altijd eenvoudig een oplossing te vinden. Maar we kunnen wel enige tips geven voor een systematische aanpak. Daarbij onderscheiden we de volgende stappen.

88

1 1

hoofdstuk VII Massa bij reacties en reactievergelijkingen

1 Waar gaat het over? (analyse)

a Wat wordt precies gevraagd (lees de opgave)? b Wat zijn de gegevens? Zet die apart. c Probeer een schets of schema van het probleem te maken. d Kunnen woorden, begrippen, en dergelijke omgezet worden in formules,

symbolen, en dergelijke? Zet dat in het schema. Soms is een grafiek ook handig.

e Over welke leerstof (theorie) gaat het? Bestudeer die zo nodig. f Maak een schatting van het antwoord (grootte, orde, welke eenheid).

2 Bedenk een oplossing (planning)

a Welke wetten, formules, methoden zijn bruikbaar? b Welke stappen zijn nodig en in welke volgorde? c Ontbreken er gegevens die elders moeten worden opgezocht (leerboek,

tabellenboek)? d Soms is het handig vanuit het gevraagde terug te redeneren.

3 Uitvoering van d~oplossing (uitwerking)

a Schrijf de uitwerking en de uitkomsten van berekeningen overzichtelijk op.

b Let op slordigheden (+en - tekens, eenheden, rekenfouten).

4 Controle van het resultaat (evaluatie)

a Lees de opgave terug. Is de uitkomst of gevonden oplossing inderdaad het antwoord op de gestelde vraag?

b Zijn alle gegevens gebruikt? Zo nee, waarom niet? c Komt je antwoord overeen met de gemaakte schatting?

Hier volgt de toepassing:

1. Analyse Er zijn twee vragen:

Hoeveel gram ijzer reageert? Hoeveel gram ijzersulfide ontstaat?

Gegevens: 1 O g zwavel reageert. Reactieschema: ijzer + zwavel ~ ijzersulfide

? 10 g ?

Dit probleem gaat over hoeveelheden stof bij reacties. Het antwoord voor ijzer zal in elk geval groter dan 1 O g en kleiner dan 20 g zijn. Het antwoord voor ijzersulfide is in elk geval groter dan 20 g en kleiner dan 30 g.

89

Moduul 1

2. Planning De wetten van Proust en Lavoisier zijn hier van belang. De massaverhouding staat in de tabel; ijzer : zwavel = 7 : 4. Dus: ijzer + zwavel ~ ijzersulfide

7 4

Vaak is het handig dit als volgt in een verhoudingstabel te schrijven:

7 1 ... 1

4

Pas de wet van Lavoisier toe: 7 + 4 = 11. ijzer + zwavel ~ ijzersulfide 7g 4g 11g

In dit geval is er 10 g zwavel in plaats van 4 g. Je kunt dit invullen in de verhoudingstabel en de hoeveelheid ijzer gelijk aan x stellen (= redeneren vanuit het gevraagde). Maak bij het rekenen gebruik van het kruisprodukt .

. 3. Uitvoering Je kunt de verhoudingstabel invullen:

7

4

De verhoudingstabel kan ook een kwartslag gedraaid worden. Hij sluit dan beter aan bij het reactieschema:

ijzer + zwavel ~

7~4

x~10

ijzersulfide 11 (= 7 + 4)

x + 10

Het antwoord voor x volgt dan uit: 7. 10 = 4 • x ~ x = 7014 = 17,5.

4. Controle Antwoord: er heeft 17 ,5 g ijzer gereageerd. Dit klopt met de schatting (tussen 10 gen 20 g).

Het hier beschreven en uitgewerkte stappenplan is vooral bedoeld als steun voor het geval een opgave erg lastig is. Vaak hoeft de oplossing van een vraagstuk niet zo uitgebreid. Soms 'zie' je hoe het probleem in elkaar zit en kunnen er stappen overgeslagen worden. Dat doen we nu ook voor het beantwoorden van de tweede vraag.

De tweede vraag was: Hoeveel gram ijzersulfide zal er ontstaan? Volgens Lavoisier is de massa voor en na de reactie gelijk. Voor de reactie is er 17 ,5 g ijzer en 1 O g zwavel, samen 27 ,5 g. Na de reactie is er alleen ijzersulfide. Het antwoord moet dus 27,5 g ijzersulfide zijn. Hetzelfde antwoord zou je natuurlijk ook gevonden hebben wanneer je in de verhoudingstabel 1 O g zwavel ingevuld had:

90

Vragen en opgaven

ijzer +


ijzersulfide zwavel ____, 4 >< 11

y 10

11 • 10 = 4 • y ____, y = 110/4 = 27,5.

Een andere manier om deze som op te lossen is het 'herleiden op 1 '. Dat gaat als volgt. Gegeven is: 7 g ijzer reageert met 4 g zwavel. In plaats van 4 g zwavel hebben we echter 1 O g. Hoe komen we van die 4 g op 10 g? Dat kan door alle hoeveelheden eerst te delen door 4 en daarna te vermenigvuldigen met 10. Dus:

7 g ijzer reageert met 4 g zwavel. 1 e stap: deel door 4.

7/4 g ijzer reageert met 4/4 (=1 g) zwavel. (we hebben de hoeveelheid zwavel nu 'herleid tot 1 ')

2e stap: vermenigvuldig met 1 O. 10 • 7 /4 g ijzer reageert met 10 g zwavel. 1 O • 7 /4 = 17 ,5 g ijzer, enzovoort.

Kies zelf de rekenmethode die je het handigste vindt. Als je al dat rekenwerk erg lastig vindt dan wordt je aangeraden de uitgave Wiskunde voor Scheikunde aan te schaffen en als hulp te gebruiken.

7.1

7.2

7.3

7.4

7.5

a Bereken hoeveel gram koolstof volledig kan reageren met 20 gram zuurstof.

b Bereken hoeveel gram koolstofdioxide hierbij ontstaat. a Bereken hoeveel gram zuurstof volledig kan reageren met 15 gram

koolstof tot koolstofdioxide. b Bereken hoeveel gram koolstofdioxide wordt gevormd. Als men 1 O gram calcium laat reageren met voldoende zwavel, ontstaat er precies 18 gram calciumsulfide (CaS). a Geef het reactieschema in woorden en formules. b Leid af in welke massaverhouding calcium en zwavel met elkaar

reageren. c Bereken hoeveel gram calcium volledig zal reageren met 14 gram

zwavel. d Bereken hoeveel gram calciumsulfide dan wordt gevormd. In een reageerbuis wordt aan 14 gram koper 1 O gram zwavel toegevoegd. Door te verwarmen laat men dit mengsel reageren tot kopersulfide. Na afloop van de reactie is er nog 3 gram zwavel over. a Bepaal uit deze proefbeschrijving in welke massaverhouding koper

en zwavel met elkaar reageren. b Bereken hoeveel gram kopersulfide is ontstaan. We brengen 15 gram koper en 20 gram chloor bij elkaar. Er treedt een reactie op waarbij koperchloride ontstaat. a Welke stof blijft er na de reactie over, koper of chloor? Bereken

hoeveel gram ervan overblijft. b Bereken hoeveel gram koperchloride er ontstaat bij deze reactie. c Welke wetten pas je toe bij het oplossen van dit vraagstuk?

91

Moduul 1

Doelstellingen

Index


" Weergeven van(de wet van Lavoisier)fde wet van massabehoud~ . • Weergeven van(de wet van Proust7tde wet van de constante massaverhoudingen~.

'7 41 " Verklaren van de wetten van Lavoisier en Proust met de molekuul- en atoomtheorie. Toepassen van deze wetten bij berekeningen aan chemische reacties .

.Vj)f?E ~11H&"' 1-toEF 3E' N1f'f Tf l<E'NtJ~ti

2 Het opstellen van formules

Met behulp van de wet van Proust kunnen we afleiden dat er ook een constante verhouding is tussen de aantallen atomen die bij een reactie betrokken zijn. Bijvoorbeeld: de massaverhouding tussen 1 atoom ijzer en 1 atoom zwavel bedraagt 7 : 4. Aangezien ijzer en zwavel ook in deze massaverhouding reageren zal de atoomverhouding dus 1 : 1 zijn (formule: FeS). Voor koolstof en zuurstof geldt: massa van 1 atoom koolstof : massa van 1 atoom zuurstof = 3 : 4. i Als koolstof en zuurstof met elkaar reageren tot koolstofdioxide vinden we echter 1 een massaverhouding van 3 : 8. 1 De verhouding waarin koolstof- en zuurstofatomen met elkaar reageren moet dus

1 : 2 zijn. I Conclusie: de formule van koolstofdioxide is C02•

In hoofdstuk V en VI heb je al een aantal formules leren kennen. We zullen nu eerst wat dieper ingaan op het systeem van de naamgeving en het noteren in formules. Vervolgens behandelen we hoe je dit kunt gebruiken om reacties in formules weer te geven (de reactievergelijking).

In afbeelding 7.2 is een mengsel van drie molekulen waterstof en twee molekulen methaan getekend. In formules schrijven we: 3 H2 + 2 CH4 . In 3 H2 geeft het getal 3 het aantal molekulen aan. We noemen dit getal de coëfficiënt.

7.2 3 H2 en 2 CH4

Zoals reeds in hoofdstuk V is vermeld, geeft het getal 2 in H2 het aantal atomen in een molekuul aan. Dit getal noemen we de index.

Voorbeeld:

1 molekuul waterstof (bestaande uit 2 atomen)

2 losse atomen waterstof

2 molekulen water (elk met 2 atomen waterstof en 1 atoom zuurstof)

2HP

92

-11 OPM


Er bestaan twee oxiden van koolstof: koolstofmonooxide en koolstofdioxide.

molekuu/ koolstofmonooxide mo/ekuu/ koolstofdioxide

7.3 CO en C02

Ook van zwavel komen er twee oxiden voor, namelijk zwaveldioxide en zwaveltrioxide. In formules: S02 en S03•

De voorvoegsels mono, di en tri geven het aantal zuurstofatomen in de genoemde oxiden aan. In het vorige hoofdstuk heb je geleerd dat de officiële naam van het oxide van fosfor difosforpentaoxide is en de formule P p 5• Penta betekent 5. Hieronder wordt een lijst gegeven van de Griekse telwoorden die worden gebruikt om het aantal atomen in een molekuul aan te geven. Bovendien worden deze telwoorden gebruikt in de namen van de koolwaterstoffen (zie de lijst van formules . op de volgende bladzijde).

mono = 1 penta =5 di =2 hexa =6 tri =3 hepta =7 tetra =4 octa =8

NB. Voor de verbindingen met metalen gebruiken we deze voorvoegsels niet! Hoe we kunnen afleiden dat de formule van zilverchloride AgCI is en die van koperchloride CuCl2, wordt in hoofdstuk VIII besproken.

~ A + H

zwaveldioxide zwaveltrioxide dichloormethaan

pentaan hexaan

alleen de naamgeving van de moleculaire stoffen wordt behandeld -="' ~

i>E" 2.0vïE"t..1 r-tEBllE'fv E~tJ ALIOJ:?BE t-JAAl'1CifV 1 rJG!

93

Moduul 1

Vragen en opgaven

~ H

methaan

butaan

7.6

7.7

7.8 7.9

Bij de lijst met formules op deze bladzijde staat de formule en de bolletjestekening van butaan. Wat geeft meer informatie over de bouw van het molekuul: de tekening of de formule? Maak tekeningen van de volgende aantallen molekulen en schrijf ze ook op in formules. a 2 stikstofmolekulen. b 4 broommolekulen. c 1 molekuul tetra (koolstoftetrachloride, bestaande uit 1 atoom

koolstof en 4 atomen chloor). d 3 molekulen propaan. Wat is het verschil en wat is de overeenkomst tussen 4 Cl2 en 8 Cl? Geef de formules van: a 6 losse atomen helium. b 5 molekulen fluor. c Een mengsel van 3 molekulen chloor en 2 molekulen jood. d 2 molekulen ammoniak. e 4 molekulen butaan. f 1 molekuul difosfortrioxide. g 1 molekuul distikstofpentaoxide.

7.10 Welk proces wordt voorgesteld door onderstaande molekuultekening?

- @@~ <ffi>

Lijst van formules van bekende stoffen

A. De niet-ontleedbare stoffen:

H2(g) waterstof F2(g) N2(g) stikstof Cl2(g) 02(g) zuurstof Br2(1)

12(S) B. De oxiden:

HP(I) water H20 2(1) (eigenlijk: diwaterstofoxide) (eigenlijk: CO(g) koolstofmonooxide C02(g) S02(g) zwaveldioxide S03(g) NO(g) stikstofmonooxide N02(g) P20 5(s) difosforpentaoxide

Al20 3(S) aluminiumoxide CaO(s) CuO(s) koP.lxide • FeO(s)

• HgO(s) kwi~o ide 1 MgO(s) • ZnO(s) zinkoxide • . 1-1,"0 l(w1 IC\I') 0 l.1 0~ -. Ft2 Dl

C. De koolwaterstoffen:

CH4(g) methaan C5H12(I) C2Hs(g) ethaan C6H14(1) C3Ha(g) propaan C1H1s(I) C4H1o(g) butaan CaH1a(I)

94

fluor chloor broom jood

waterstofperoxide diwaterstofdioxide) koolstofdioxide zwaveltrioxide stikstofdioxide

calciumoxide ijzWÓxide magnesiumoxide

ijl fi(~) o XI Oi

pentaan hexaan heptaan octaan

Doelstellingen


D. Andere koolstofverbindingen:

C2H60(I) ethanol (alcohol) C6H120 6(s) glucose (druivesuiker) C, 2H2p 1,(s) suiker C,8H360 2(s) stearinezuur (kaarsvet)

E. Overige verbindingen:

HCl(g) waterstofchloride H2S04(1) zwavelzuur NH3(g) ammoniak

AgCl(s) zilverchloride NaCl(s) natriumchloride CuCl2(s) koperchloride

FeS(s) \3T')

ijzersulfide CuS04 (s) kopersulfaat

NaOH(s) natriumhydroxide Ca(OHMs) calciumhydroxide

7.11 a

b

Wat je nu moet kunnen Namen van stoffen omzetten in formules en omgekeerd. Molekulen in een mengsel aangeven met formules en coëfficiënten.

3 Het opstellen van reactievergelijkingen

Een reactievergelijking geeft met behulp van molekuulformules kort weer wat er tijdens een reactie gebeurt. In de reactievergelijking komt duidelijk naar voren dat de atoomsoorten tijdens de reactie niet veranderen (alleen hergroeperen). Uit de Wet van Lavoisier blijkt dat de totale massa voor en na de reactie gelijk blijft. Hieruit is af te leiden dat bij een reactie de atoomsoorten en de aantallen atomen van iedere soort gelijk moeten blijven. Hoe dit gaat zullen we aan de hand van het volgende voorbeeld laten zien.

Het ontleden van water door middel van elektrolyse.

1. Reactieschema in woorden: water ~ waterstof en zuurstof

2. In formules: HP(I) ~ H2(g) + 02(g)

3. In tekeningen:

@@ c@

4. Aan de rechterkant van de pijl (na de reactie) staan twee H atomen. Links (voor de reactie) staan er ook twee; dat klopt.

95

Moduul 1

Het aantal zuurstofatomen klopt niet: links staat één O atoom, rechts staan er twee. Wanneer er links een tweede molekuul H20 bijgeplaatst wordt, is het aantal O atomen 'kloppend' gemaakt.

5. Echter, nu klopt het aantal H atomen niet meer: er moet rechts een extra H2

molekuul getekend worden.

Nu kloppen zowel de O atomen als de H atomen. In formules: 2 H20(1) ~ 2 H2(g) + 0 2(g)

6. Controleer of de aantallen atomen van iedere soort links en rechts gelijk zijn. 4 • H + 2 • 0 ~ 4 • H + 2 • 0 (klopt)

Door de coëfficiënt te veranderen kan de vergelijking 'kloppend' worden gemaakt. Zowel bij de index als de coëfficiënt wordt het cijfer 1 altijd weggelaten.

Nog een voorbeeld:

Het verbranden van methaan (aardgas).

1 . methaan + zuurstof ~ kooldioxide + water 2. CH4(g) + 0 2(g) ~ C02(g) + Hp(g) 3. In tekeningen:

De aantallen atomen zijn nu: links rechts 1 C 1 C (klopt) 4H 2H 2 0 30

4. Plaats rechts een tweede molekuul HP waardoor links en rechts 4 H atomen staan.

Alleen de 0 atomen kloppen nog niet. Dat wordt verholpen door links een extra molekuul 0 2 te plaatsen.

96

Vragen en opgaven


5. CH4(g) + 2 0 2(g) ~ C02(g) + 2 Hp(g) 6. Controle:

1 • C + 4 • H + 4 • 0 ~ 1 • C + 2 • 0 + 4 • H + 2 • 0 (klopt)

Er volgen nu enige opgaven in het kloppend maken van reactievergelijkingen. Misschien lijkt het in het begin moeilijk, maar eigenlijk is het een kunstje dat door enige oefening gemakkelijk is te leren. Let hierbij nog op het volgende. Als een formule van een stof bekend is, dan mag er bij het kloppend maken van een vergelijking die formule niet meer veranderd worden. Immers: een andere formule betekent een andere stof en dat is niet de bedoeling. Het is handig stoffen met één atoomsoort (niet-ontleedbare stoffen) als laatste kloppend te maken: verandering van het aantal daarvan heeft namelijk geen gevolgen voor de aantallen van de atomen in andere molekulen. Je kunt het beste beginnen met atoomsoorten die links en rechts van de reactiepijl slechts één keer voorkomen. Wanneer die kloppen, kun je doorgaan met atoomsoorten die links of rechts meer dan één keer voorkomen. Tenslotte nog iets over 'gebroken' coëfficiënten. Het kloppend maken van de vergelijking voor de volledige verbranding van ethaan, C2H6 , gaat (zonder tekeningen) als volgt.

ethaan + zuurstof ~ koolstofdioxide + water C2H6(g) + 0 2(g) ~ C02(g) + Hp(I)

Begin met C en H, bewaar 0 voor het laatst:

C2H6(g) + 0 2(g) ~ 2 C02(g) + 3 Hp(I)

Links staan twee 0 atomen, rechts staan er zeven. Een 3 als coëfficiënt voor 0 2

zou zes O atomen opleveren, een 4 als coëfficiënt levert acht O atomen op. Wanneer je 3112 als coëfficiënt neemt, is de vergelijking rekenkundig kloppend:

C2H5(g) + 3112 0 2(g) ~ 2 C02(g) + 3 Hp(I)

Er staat nu echter scheikundig iets dat niet in orde is: er bestaan geen halve molekulen. Wanneer je alle coëfficiënten tweemaal zo groot maakt, dus ook de 1 die voor C2H6 staat, dan is het resultaat in alle opzichten aanvaardbaar:

2 C2H5(g) + 7 0 2(g) ~ 4 C02(g) + 6 H20(1)

Omdat formules nogal abstract zijn, wil het bij het opstellen van reactievergelijkingen vaak helpen eerst een bolletjestekening te maken van de molekulen van de stoffen waar het om gaat.

7.12

7.13

7.14

Welke wetten worden toegepast bij het kloppend maken van reactievergelijkingen? De wet van Lavoisier is niet alleen de wet van behoud van massa, maar zegt ook dat in een reactie het aantal atomen niet verandert. Het is de wet van behoud van atomen. Is er bij scheikundige reacties ook een 'wet van behoud van het aantal molekulen'? Licht je antwoord toe. Stel de reactievergelijking op voor de verbranding van propaan (C3H8);

gebruik hierbij het besproken schema met de 6 stappen.

97

Moduul 1

7.15 Maak de volgende reactievergelijkingen kloppend: a .. Mg + .. 0 2 -7 .. MgO b .. Fe + .. Cl2 -7 .. FeCl3

c .. H202 -7 .. HP + .. 02 d .. CuO + .. HCI -7 .. CuCl2 + .. Hp e .. Al + .. 0 2 -7 .. Alp3 f .. C4H10 + .. 02 -7 .. C02 + .. HP g .. C6H120 6 -7 .. C2H60 + .. C02 h .. Fe + .. HCI -7 .. FeCl2 + .. H2 i .. Al + .. HCI -7 .. AICl3 + .. H2

7 .16 Stel de vergelijkingen op voor de volgende reacties: a De ontleding van kwikoxide (HgO). b De elektrolyse van water. c De vorming van ijzersulfide (FeS). d Het verbranden van zink tot zinkoxide (ZnO). e Het verbranden van benzine (octaan: C8H,8) tot C02 en Hp. f Het verbranden van een kaars (C, 8H360 2). g De ontleding van ammoniak in de elementen. h De verbranding van ethanol (C2Hp).

De reactie van natrium met water. j De verbranding van fosfor tot difosforpentaoxide. k De reactie van marmer of kalk (CaC03} en zwavelzuur (H2S04) tot

gips (CaS04), koolstofdioxide en water. 7 .17 Maak de volgende reactievergelijkingen kloppend:

a .. C4H4S + .. 0 2 -7 .. C02 + .. H20 + .. S02 b .. S02 + .. 0 2 -7 .. S03 c .. S03 + .. HP -7 .• H2S04

7 .18 Maak de volgende reactievergelijkingen kloppend: a .. N2 + .. 0 2 -7 .. NO b .. NO + .. 0 2 -7 .. N02 c .. N02 + .. HP + .. 02 -7 .. HN03 d .. NH3 + 02 -7 .. NO + .. HP

Zure regen (leesstukje)

Menselijke activiteiten in de industrie, het verkeer en de intensieve veehouderij brengen bepaalde zure stoffen in de atmosfeer waardoor gesproken wordt over 'zure regen'. Het verbranden van zwavelhoudende brandstoffen (kolen en olie), vooral in olieraffinaderijen en elektriciteitscentrales, zorgt voor een uitstoot van zwaveldioxide in de lucht. Nederland ondervindt per jaar de last van 200 miljoen kilo S02 dat overigens voor 3/4 deel uit het buitenland komt. Zwaveldioxide wordt omgezet in zwavelzuur (H2SO 4, zie opgave 7 .17). Dit komt naar beneden als het regent. Vandaar de naam zure regen. De uitstoot van zwaveldioxide daalt door ontzwaveling van brandstoffen. In verbrandingsmotoren van auto's worden de stikstof en de zuurstof die zich in lucht bevinden voor een gedeelte omgezet in oxiden van stikstof, NO en N02. De verhouding van beide stoffen is wisselend. Men spreekt daarom vaak over NOx. Uiteindelijk ontstaat hieruit ook een zuur; salpeterzuur, HN03 (opgave 7.18). Per jaar wordt in Nederland ongeveer 160 miljoen kilo NOx de lucht in geblazen. Uit dierlijke mest komt in Nederland per jaar 150 miljoen kilo ammoniak vrij. Ammoniak, zelf geen zuur, kan omgezet worden in stikstofmonooxide (opgave 7 .18 d) dat tot salpeterzuur leidt. Door deze zuren wordt het regenwater 15 maal zo zuur als het van nature is.

98

Doelstellingen


Zure regen heeft een aantal ongunstige effecten: bossen, akkers, gebouwen, sloten en meren krijgen zo'n grote hoeveelheid zuur te verwerken dat de natuurlijke omgeving verandert. Kleine voedseldieren, zoals watervlooien, sterven zodat er ook voor vissen geen leven meer mogelijk is. Ook veel planten kunnen niet tegen een zuurdere bodem. Wanneer de bodem weinig kalk bevat wordt de zure neerslag niet weggenomen (opgave 7 .16 k). Bomen en planten zijn daardoor niet meer in staat voedingsstoffen uit de bodem op te nemen. Zure regen is catastrofaal voor monumentale gebouwen zoals het House of Parliament in Londen, de Acropolis in Athene en de Dom in Utrecht. Veel van deze monumenten bestaan uit kalkhoudend zandsteen of marmer. De zuren zetten kalk en marmer om in gips (opgave 7.16 k). Gips heeft een tweemaal zo groot volume als kalk: gebouwen en beelden worden letterlijk uit elkaar gedrukt. De term zure regen is enigszins misleidend. De zuren hechten zich ook aan stofdeeltjes in de lucht, die langzaam dalen. In feite hebben we 24 uur per dag met zure regen te maken.·


Een reactievergelijking kloppend maken als de formules van de deelnemende stoffen bekend zijn. Opstellen van een reactievergelijking als de reactie en de formules van de betrokken stoffen bekend zijn.

Samenvatting

~Wet van Lavoisier of: Wet van massabehoud: de massa van alle stoffen voor de reactie is gelijk aan de massa van alle stoffen na de reactie.

1 ' •. Wet van Proust of!Wet van de constante massaverhoudingen: bij een chemische reactie reageren de stoffen altijd in een bepaalde massaverhouding met elkaar. Voeg je te veel van een stof toe, dan is deze stof in overmaat aanwezig. Dit teveel blijft over.

Door toepassing '1an beide wetten in berekeningen is het mogelijk de juiste hoeveelheid van elke stof die voor een reactie nodig· is en de massa van het reactieprodukt dat zal ontstaan, te voorspellen. Bij deze berekeningen maak je gewoonlijk gebruik van een verhoudingstabel of kruisprodukt.

Een reactievergelijking geeft kort weer wat er tijdens een reactie gebeurt. In de vergelijking geeft de coëfficiënt het aantal molekulen aan. Bijvoorbeeld: in 3 Hp of 3 Fe is 3 de coëfficiënt. Een reactievergelijking kan kloppend gemaakt worden door de coëfficiënten te veranderen. Het aantal atomen van iedere soort moet voor en na de pijl gelijk zijn. Zowel bij de index als bij de coëfficiënt wordt het getal 1 weggelaten.

99

Proef 8.1

HOOFDSTUK VIII Atoombouw, chemische bindinc ' en Periodiek Systeem

1 Stroomgeleiding bij verschillende stoffen

Zoals bekend stellen we ons voor dat stoffen zijn opgebouwd uit molekulen en atomen. In dit hoofdstuk gaan we dit model uitbreiden. Dit is mogelijk dankzij het resultaat van allerlei proeven. Vooral van belang zijn de experimenten die ingaar op het al dan niet geleiden van elektrische stroom van stoffen.

Stroomgeleiding

We gebruiken de volgende opstelling: lampje

+

batterij testpennen

8. 1 Stroomgeleiding

We letten op het lampje en brengen de testpennen achtereenvolgens in contact met:

a

gedestilleerd water

b

\IJ),.. I

hoopje suiker

c

suiker oplossing

d

\ Jf),,_ I

hoopje keukenzout

e

oplossing van

keukenzout

De waarnemingen komen in een tabel.

gedestilleerd water vaste suiker suikeroplossing vast keukenzout keukenzoutoplossing koperchlorideopl. koperdraadje

lampje aan/uit

geleiding goed/slecht

100

f

oplossing van

koperchloride

andere effecten

g

-draadje koper

Doelstellingen

hoofdstuk VIII Atoombouw, chemische binding en Periodiek Systeem

Uit deze proef blijkt, dat gedestilleerd water, vaste suiker, een suikeroplossing en vast keukenzout de elektrische stroom niet geleiden. Een keukenzoutoplossing, een koperchloride-oplossing en een koperdraadje doen dat wel. Het koperdraadje blijkt bij de stroomgeleiding geen enkele verandering te ondergaan, iets wat we natuurlijk allang wisten. Bij de keukenzoutoplossing en de koperchloride-oplossing blijken ook nog andere effecten behalve stroomgeleiding op te treden. Er zijn blijkbaar twee manieren van stroomgeleiding, die van metalen, waarbij in het materiaal geen veranderingen optreden en die van bepaalde oplossingen, waarbij wel veranderingen optreden. Stroom wordt omschreven als transport van lading van de ene plaats naar de andere. De vraag is nu, hoe we de bovenstaande verschillen in ladingstransport kunnen verklaren.

NB. Voor hen die niet vertrouwd zijn met het begrip lading is er als hulp aan het eind van dit hoofdstuk een geprogrammeerde instructie over elektriciteit en lading.

Het vreemde is dat stoffen die lading kunnen transporteren, in het algemeen zelf niet geladen zijn. We kunnen zout water aanraken zonder gevaar voor een schok. Een los stukje koperdraad kun je gerust aanpakken. We weten dat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken en dat gelijksoortige ladingen elkaar afstoten. Bij sommige stoffen treden deze aantrekkende en afstotende krachten niet op. Ze zijn elektrisch neutraal. Bij andere stoffen is het mogelijk dat ieder molekuul (en ook ieder atoom) evenveel positieve als negatieve lading bezit. Dit laatste is niet opgenomen in het atoommodel van Dalton (atomen als harde bolletjes), zodat we een nieuw atoommodel moeten ontwerpen.


Een methode beschrijven en tekenen om te onderzoeken of de oplossing van een stof de elektrische stroom geleidt.

2 Bouw van atomen

In hoofdstuk IV is behandeld, dat molekulen van verbindingen uit atomen bestaan. Da/ton stelde zich atomen voor als kleine, harde bolletjes. Hij stelde een atoomtheorie op die wij de atoomtheorie van Da/ton noemen:

atomen zijn de kleinste deeltjes van een element; ieder element heeft zijn eigen soort atomen; alle atomen van een element zijn identiek; atomen zijn niet te vernietigen.

Een atoom waterstof kunnen we ons dan voorstellen als ®

en een atoom zuurstof als @

In 1897 bewees Thomson (1856-1940), dat uit een stof door middel van elektrische ontladingen negatief geladen deeltjes vrijgemaakt kunnen worden. Het idee van de ondeelbaarheid van atomen was daarmee achterhaald.

101

-- ·-

l\Jloduul 1

Elektronen

Kern

Protonen Atoomnummer

Elektron en wolk

Neutronen

Men noemde de negatieve deeltjes elektronen. De lading van deze deeltjes noemt men de eenheid van lading:

Een elektron heeft de lading 1-.

Het elektron bleek een zeer kleine, vrijwel verwaarloosbare massa te hebben. Rutherford (1871-1937) beschoot in 1911 dunne goudfolie met ex-deeltjes (deze ontstaan bij bepaalde kernreacties; ze zijn positief geladen). Hij constateerde dat de ex-deeltjes voor een groot deel ongehinderd door de goudfolie heengingen. Een klein deel werd teruggekaatst of afgebogen. De meeste deeltjes gingen ongehinderd door, dus goudatomen bestaan grotendeels uit lege ruimte. Enkele deeltjes werden sterk afgebogen, dus hier en daar is materie. Uit het terugkaatsen concludeerde Ruthertord, dat de materie een positieve lading had. Hij noemde dat de kern. We kunnen ons dit als volgt voorstellen:

positieve atoomkern

8.2 Een atoom volgens Rutherford

Het atoom is hier niet op schaal getekend. In werkelijkheid is de kern een heel klein stipje in een geweldig grote, voornamelijk lege ruimte met wat elektronen.

Niet ieder atoom heeft een even grote kern. De kern blijkt te bestaan uit een voor het element kenmerkend aantal positieve deeltjes, protonen genaamd. Het atoomnummer komt overeen met het aantal protonen. Eén proton heeft een lading 1+ (evengroot als, maar tegengesteld aan de lading van een elektron). leder atoom is neutraal, dat wil zeggen het heeft evenveel positieve lading als negatieve lading, dus evenveel protonen als elektronen. De positieve lading van de kern en de negatieve lading van de elektronen trekken elkaar aan. Door de hoge snelheid van de elektronen zullen ze niet tegen de kern plakken, maar er wel in de buurt blijven. Men spreekt in dit verband over een e/ektronenwolk rondom de kern.

Zo heeft bijvoorbeeld het element zuurstof atoomnummer 8. Een atoom zuurstof heeft dus 8 protonen in de kern en 8 elektronen in een wolk daar omheen.

In 1932 werd ontdekt, dat er onder bijzondere omstandigheden uit een atoomkern neutrale deeltjes kunnen ontsnappen. Deze deeltjes werden neutronen genoemd. Neutronen hebben dus geen lading, maar wel een massa, die bij benadering ever groot is als die van een proton (1,66 • 10-27 kg). Deze massa noemen we de atoommassa-eenheid u. Het aantal neutronen verschilt per atoomsoort; hoe groter het atoom, des te groter het aantal neutronen.

102

Massagetal

Vragen en opgaven


Samengevat:

symbool plaats massa lading

proton p+ kern 1 u 1+ elektron e- elektronenwolk verwaarloosbaar 1-neutron n kern 1 u 0

Omdat de massa van de elektronen verwaarloosbaar is, wordt de massa van een atoom bepaald door het aantal protonen en neutronen. Het massagetal is de som van het aantal protonen en neutronen.

Zo geldt bijvoorbeeld dat het massagetal van zuurstof 16 is en het atoomnummer 8. Daaruit kan afgeleid worden, dat er bij zuurstof sprake is van 8 protonen, 8 elektronen en 8 neutronen (16 - 8 = 8). Zo regelmatig is het niet altijd: ijzer heeft atoomnummer 26 en massagetal 56. We vinden dan 26 protonen en 26 elektronen en 56 - 26 = 30 neutronen.

e/ektronenwolk elektronenwolk

zuurstofatoom ijzeratoom

8.3 Een zuurstofatoom en een ijzeratoom

8.1 Neem de volgende tabel over en vul de ontbrekende getallen in (zuurstof en ijzer zijn als voorbeeld al ingevuld).

Naam symb. atoom- aantal aantal massa- aantal nummer prot. elektr. getal neutr.

waterstof H helium He 2 koolstof c 6 12 stikstof 7 7 zuurstof 0 8 8 8 16 8 fluor F 9 19 chloor 17 35 ijzer Fe 26 26 26 56 30 zilver Ag 47 108 kwik Hg 80 121

103

Moduul 1

Doelstellingen

lonen

8.2 Waardoor wordt het atoomnummer van een atoom bepaald? 8.3 Het komt voor, dat atomen met hetzelfde atoomnummer een verschil/ene

massagetal hebben. Zo bestaat er Cl met massagetal 35, maar ook Cl met massagetal 37. In welk opzicht verschillen deze Cl atomen van elkaar?

8.4 Noem 3 verschillen tussen het atoommodel van Da/ton en dat van Rutherford.


Beschrijven van het atoommodel van Rutherford. Geven van elektrische ladingen en massa's van elektronen, neutronen en protonen .

.:... Vertellen wat men verstaat onder atoomnummer en massagetal. Bepalen van de aantallen elektronen, neutronen en protonen van een atoom, als atoomnummer en massagetal bekend zijn, en omgekeerd.

3 lonen en ionbinding

In proef 8.1 is gebleken dat vast keukenzout de stroom niet geleidt, terwijl opgelost keukenzout dit wel doet. Als keukenzout gesmolten wordt, blijkt het ook stroom te geleiden. Koperchforide gedraagt zich net zo. Met het nieuwe atoommodef is dit als volgt te verklaren:

Stroomgeleiding door opgelost en gesmolten koperchloride wijst op het voorkomen van geladen deeltjes in koperchforide. Bij de elektrolyse van een koperchforide-oplossing wordt er bij de negatieve elektrode koper afgezet. Dit kan verklaard worden door aan te nemen, dat de koperdeeftjes in de oplossing positief geladen zijn. Zij worden immers aangetrokken door de negatieve elektrode. Aan de positieve elektrode ontstaan belletjes. Daar ruiken we een chloorlucht. De chloordeeltjes in de oplossing zullen dus negatief geladen zijn. We noemen zulke geladen deeltjes ionen.

Een ion is een geladen atoom.

De lading van het ion heeft te maken met het aantal elektronen in de elektronenwolk. Een koperion heeft minder elektronen dan een koperatoom, een chloride-ion heeft meer elektronen dan een chlooratoom. Uit proeven blijkt het koperion de lading 2+ te hebben. Dit noteren we als Cu2

+.

Het koper-ion heeft dus 2 elektronen minder dan het koperatoom. Het chloride-ion blijkt 1- te zijn; dit wordt geschreven als c1-.

104

0 atoom

0 2• ion

lonbinding

Zouten


Na atoom Cl atoom Cu atoom

er ion Cu 2+ ion

8.4 Atomen en ionen

Ook vast keukenzout en vast koperchloride zijn opgebouwd uit ionen. De ionen zitten echter op een vaste plaats, zodat geen stroomgeleiding zal optreden in de vaste stof. De positieve en de negatieve ionen trekken elkaar aan. Dit noemt men een ionbinding.

Steeds blijkt: Bij verbindingen van metalen met andere atoomsoorten treffen we positieve en negatieve ionen aan. Het metaalion is positief geladen. Verbindingen van metalen met andere atoomsoorten zijn - bij kamertemperatuur - vaste stoffen.

Het volgende overzichtje geeft van een aantal ionen de meest voorkomende ladingen. De namen van metaalionen zijn eenvoudig: natriumion, koperion, enzovoort.

positieve ionen negatieve ionen

1+ K+, Na+, Ag+ 1- F-,c1-. Br, 1-

3+ Al3+ 2- o2-. s2-

2+ en 3+ Fe2+, Fe3+

2+ de meeste andere metaalionen

De namen van enkelvoudige negatieve ionen eindigen op -ide: F-: fluoride; ei-: chloride; sr-: bromide; 1-: jodide; 0 2

-: oxide; s2-: sulfide.

Stoffen die zijn opgebouwd uit ionen, noemen we ionaire stoffen of zouten.

105

r

! i

i J

J c:1

1 1 1 1

Moduul 1

Vragen en opgaven

Doelstellingen

Atoombinding

Bijvoorbeeld: keukenzout, formule Na+c1-(s) of NaCl(s) koperoxide, formule Cu2+02-(s) of CuO(s} koperchloride, formule Cu2+(cn2(s) of CuCl2 (s)

De officiële naam van keukenzout is natriumchloride.

Uit de voorbeelden blijkt dat er steeds evenveel positieve als negatieve lading is. De stof als geheel moet elektrisch neutraal zijn.

8.5 a Wat is kenmerkend voor een ion? b Wat is kenmerkend voor een zout?

8.6 De metalen goud, zilver en platina komen maar weinig in ionen voor. Waarmee is dat in overeenstemming?

8.7 Beredeneer wat de formule zal zijn voor: kaliumbromide, calciumfluoride, aluminiumoxide

8.8 Er bestaat een W-ion. Waaruit bestaat dat? Leg uit.


Een ion beschrijven als een atoom met een overschot of een tekort aan elektronen. De fading geven van metaalionen, fluoride-, chloride-, bromide-, jodide-, oxide- en sulfide-ionen. Vertellen wat men verstaat onder een zout. De formule van een zout afleiden uit de ladingen van de ionen. De naam van een zout geven als de formule bekend is en omgekeerd.

4 Atoombinding

Zoals bekend, is er bij een aantal elementen sprake van tweeatomige mofekufen: H2, F 2, Cl2, enzovoort. We nemen als voorbeeld Cf2• Cf2 kan niet uit Cl --ionen opgebouwd zijn. De beide negatief geladen ionen zouden elkaar immers afstoten. Toch is er een binding in het molekuul Cl2•

We stellen ons voor dat de elektronenwolken van de beide Cl atomen elkaar gedeeltelijk overlappen.

Van ieder atoom is er één elektron in die gemeenschappelijke (gezamenlijke) elektronenwofk. Er is op die manier een elektronenpaar gevormd, dat de binding vormt tussen de beide atomen. Het gemeenschappelijke elektronenpaar hoort bij beide atomen. Een dergelijke binding noemt men een atoombinding of ook wel een covalente binding. Het elektronenpaar wordt getekend als een streepje. tussen de symbolen van de beide atomen:

Cl-Cl

106

Molekulaire stoffen

Structuurformule

Vragen en opgaven


Ook bij het waterstofmolekuul is sprake van een atoombinding net als bij chloor. Getekend ziet dat er als volgt uit:

H-H

8.5 Atoombinding bij het waterstofmolekuul H2

Het is ook mogelijk, dat er twee of drie gemeenschappelijke elektronenparen bestaan. We spreken dan van een dubbele, respectievelijk van een drievoudige binding. Dit komt voor bij 0 2 , respectievelijk N2 :

0=0 N=N

Voor de atoombinding geldt: Het is een binding tussen twee atomen. Het kunnen verschillende atomen zijn maar ook dezelfde, echter nooit metaalatomen; De binding berust op de aanwezigheid van één of meer gemeenschappelijke elektronenparen; Elk atoom levert per elektronenpaar één elektron; Omdat er bij stoffen met atoombinding gewoonlijk sprake is van afzonderlijke molekulen, spreekt men van molekulaire stoffen (er zijn enkele uitzonderingen, bijvoorbeeld diamant).

Ook kristalsuiker is een molekulaire stof. De atomen in een molekuul suiker worden bij elkaar gehouden door atoombindingen. Er zijn geen ionen. Een suikeroplossing geleidt de stroom dan ook niet. Algemeen geldt: molekulaire stoffen geleiden de elektriciteit slecht. Hieronder staat van enkele molekulaire stoffen de structuurformule getekend (een structuurformule geeft weer op welke manier de atomen in een molekuul verbonden zijn):

H H H H 1 1 1 1

H - C - C - H H - C = N H - Cl H - C - c - c - H

8.9 8.10 8.11

8.12

8.13

1 1 1 Il 1 H H H 0 H ethaan blauwzuur waterstof- aceton

chloride

Wat wordt onder een atoombinding (covalente binding) verstaan? Wat stelt ieder streepje voor in de structuurformule van een stof? Geef van de volgende stoffen aan of het ionaire of molekulaire stoffen zijn: NH3, NaCI, C02, KBr, Kp, Hp, CH4, Alp3, 12•

Bekijk de getekende structuurformules in deze paragraaf. Hoeveel atoombindingen heeft een a H-atoom; b C-atoom; c N-atoom; d 0-atoom; e halogeenatoom? Teken de structuurformule van de in vraag 8.11 genoemde molekulaire stoffen.

107

-

F ~ -.;- '

Moduul 1

Doelstellingen

8.6 Metaalbinding

Vragen en opgaven

Doelstellingen


De atoombinding beschrijven als een gemeenschappelijk elektronenpaar. Aangeven wat we verstaan onder structuurformule. Vertellen wat de streepjes voorstellen in structuurformules.

5 Metaalbinding

We gaan nogmaals terug naar de proef aan het begin van ons hoofdstuk. Bij het koperdraadje constateerden we stroomgeleiding, ook bij de vaste stof. In vaste toestand moet koper dus beweeglijke geladen deeltjes bevatten. Men heeft kunnen vaststellen, dat in een stukje koper sprake is van elektronen die zich vrij bewegen door het metaal. leder koperatoom heeft kennelijk één of meer elektronen die van het ene naar het andere atoom kunnen overspringen. Deze vrije elektronen zijn verantwoordelijk voor de stroomgeleiding in het metaal. Deze situatie blijkt zich voor te doen bij alle metalen want alle metalen geleiden de elektriciteit goed.

De metalen hebben in het algemeen hoge smeltpunten. Men neemt aan dat dit ook verband houdt met de vrije elektronen. Net als bij de zouten is het aantal positieve en negatieve ladingen even groot. De elektrisch geladen deeltjes trekken elkaar aan waardoor de stof één geheel is. Bij de metalen bestaan de negatieve deeltjes uit elektronen. De positieve deeltjes zijn de positieve metaalionen waartussen de ongebonden elektronen vrij rond zwerven. De zo optredende binding noemen we metaalbinding. Deze berust dus op positieve atoomresten bijeengehouden door negatieve vrije elektronen.

8.14 8.15 8.16

Beredeneer of vloeibare metalen de stroom zullen geleiden. Waaruit blijkt dat de metaalbinding een sterke binding is? Bij stroomgeleiding door een metaal verplaatsen zich geen positieve atoomresten. Waaruit blijkt dat?

Wat je nu moet kunnen Uitleggen wat er gebeurt bij een elektrische stroom in een vaste geleider. Vertellen wat men verstaat onder metaalbinding.

108

Antwoorden en uitwerkingen moduul 1

Hoofdstuk Il Wat is scheikunde?

2. i schoenendoos ruit beeld kledingstuk \egel schooltas. enzovoort.

karton glas gips of brons textiel steen leer

2.2 IJzer; vaste stof, glimmend, geleidt elektriciteit. Hout; vaste stof, drijft op water, vezels\ructuur. Water; vloeistof, kleurloos. Rubber; vaste stof, buigzaam. Glas; vaste stof, doorzichtig, hard. Zout; vaste stof, zoute smaak, oplosbaar in water. Zuurstof; gas, kleurloos, reukloos.

2.3 IJzer, lood, koper, tin, aluminium, goud, zilver, platina, zink. Brons is een mengsel van koper en tin. Messing is een mengsel van koper en zink.

2.4 Vaste stoffen, geleiden elektriciteit en warmte goed, voelen koud aan, glanzend (na poetsen).

2.5 a Nee, want één stof kan best verschillende kristalvormen hebben. Denk maar aan kristalsuiker en poedersuiker.

b Ja, want de stof in flesje A gedraagt zich heel anders dan de stof in flesje B. Er is dus sprake van verschillende eigenschappen en dus van verschillende stoffen.

2.6 a De gastoevoer. b De luchttoevoer.

2.7 De gele vlam is roetend en de temperatuur is lager. 2.8 De gele vlam die je goed kunt zien is de pauzevlam. 2.9 De blauwe ruisende vlam heeft de hoogste temperatuur. 2.1 O Vlak boven de blauwe kegel. 2.1i a Als pauzevlam.

b Bij zachtjes verwarmen. c Bij sterk verhitten.

2.12 Gasfornuis: aardgas Barbecue:. houtskool Open haard: hout Fonduekomfoor: spiritus Snelkoker: elektriciteit Theelichtje: kaarsvet

2.13 a Zowel in de gasaansteker als in een fles met butagas is (door de hoge druk) de brandstof in de vloeibare toestand aanwezig.

b · (a) aantrekkingskracht (b) snelheid c Tussen de deeltjes zit niets. Dit geldt voor zowel de vloeibare als de gasvormige

toestand (en overigens ook voor de vaste toestand). d Er botsen aan de binnenzijde en aan de buitenzijde gasdeeltjes tegen de wand.

Wanneer er. zoals hier, aan de binnenkant meer gasdeeltjes botsen dan aan de buitenkant zwelt de ballon op.

115

...-Moduul 1

J

1 :;

f r 1

~ l'I ~

~ ~

~ ~\ ~ F

u

r ::1

~ l ~

~ b 1

r

e De afstand tussen de deeltjes is zeer veel kleiner geworden. In de vloeibare toestand kunnen de deeltjes over elkaar rollen.

2.14 Koken van water. Smelten van ijs. Stollen van kaarsvet en lava. Verdampen van benzine (in carburateur). Condenseren: beslaan van spiegel in de badkamer.

2.15 a s = solid vaste stol 1 = liquid vloeistof g =gas

b 1 vloeibaar water wordt gasvormig water, dus het verdampen van water. 2, vast kaarsvet wordt vloeibaar kaarsvet, dus het smelten van kaarsvet.

2.16 a Vanuit een geordende toestand, dicht bij elkaar, gaan de joodmolekulen ver van elkaar door elkaar heen bewegen.

b In vloeibaar water zitten de molekulen dicht op elkaar, maar ze hebben nog bewegingsvrijheid. Bij hel bevriezen ontstaat er een hechte structuur met ieder molekuul op een vaste plaats.

Hoofdstuk IV Stoffen en reacties

4.1 Chemische reactie: beginstoffen verdwijnen definitief en nieuwe stoffen ontstaan. Bijvoorbeeld: - verbranding van magnesium, koolstof, hout en aardgas. - bederven van voedsel. . - bakken van biefstuk, cake of een ei. - 'drogen' van verf (dat is dus geen gewoon drogen zoals met de was!).

4.2 Fase-overgang is geen chemische reactie, want er is geen definitieve verandering. Molekulen veranderen niet.

4.3 Chemische reactie is a, c en e. 4.4 Soda in water Is: soda(aq) 4.5 suiker(aq) ....., alcohol(aq) + koolstofdioxide(g) 4.6 koperchloride(aq) _, koper(s) + chloor(g)

zilverchloride(s) ....., zilver(s) + chloor(g) 4.7 Therrnolyse van suiker, elektrolyse van water en de fotolyse van zilverchloride. 4.8 Waterstof en zuurstof.

Waterstof bij de vlam -> knal; zuurstof met gloeiende houtspaander -> ontbrandt. Beide gassen zijn kleurloos en reukloos, dus niet op een andere manier te onderscheiden.

4.9 Ontleden onder invloed van warmte. Koolstof. 4.10 Fotolyse.

waterstofperoxide(aq) -; water(I) + zuurstof(g) 4.11 Nee, water verdampt en kan na afkoelen weer condenseren. Het blijft water. 4.12 Ja, er ontstaan andere stoffen. Het is geen water meer. 4.13 zinkchloride(aq) -; zink(s) + chloor(g)

118


4. 14 Nee, bij het scheiden blijven de molekulen van de stoffen onveranderd, bij het ontleden ontstaan er andere molekulen van nieuwe stoffen met ander eigenschappen.

4.15 Nee, het smeltpunt zegt alleen iets over de zuiverheid en niet of een stof ontleed kan worden. Let op: ontleden en scheiden is niet hetzelfde.

4.16 kwikoxide(s) ...,, kwik(I) + zuurstof(g) 4.17 Zeer veel, ettelijke miljoenen.

Ongeveer 100 niet-ontleedbare stoffen. 4.18 Er ontstaat water:

waterstof(g) + zuurstof(g) --+ water(!) 4.19 aluminium(s) + chloor(g) --+ aluminiumchloride(s) 4.20 hoofdletter; kleine letter. 4.21 aluminium, argon, zilver, koper, goud, arseen, silicium (kiezel), kwik, waterstof, zink. 4.22 zilver (Ag), goud (Au), platina (PI). 4.23 Ontleedbare stof: verschillende soorten atomen per molekuul.

Niet-ontleedbare stof: één soort atomen. Bij het ontleden worden de molekulen afgebroken tot de atomen van de niet-ontleedbare stoffen.

lutc1 ~~ 1 \n8rn %inj ontleedbare stol niet-ontleedbare stof

4.24 a ijzerchloride-oplossing(aq) ...,, ijzer(s) + chloor(g) b koperbromide-oplossing(aq) --i koper(s) + broom(!) c zinkjodide-oplossing(aq) ...,, zink(s) + jood(s)

Herhalingsopgaven

4.25 a Een proces, waarbij de beginstof(fen) verdwijnt(en) en er nieuwe stof(fen) met andere eigenschappen ontstaat(n).

b Na terugkeer naar de oorspronkelijke temperatuur (en druk) keert de stof weer naar de beginfase terug. De stof verandert dus niet echt van eigenschappen.

4.26 De molekulen worden gesorteerd bij het scheiden van een mengsel. Bij het ontleden worden de rnolekulen afgebroken en worden nieuwe molekulen gevormd.

4.27 a Er treedt een reactie op, dus ontstaan er nieuwe stoffen. De stof die overblijft (kaliumchloride) kan niet hetzelfde zijn als de stof waarmee je begon (kaliumchloraat). Kaliumchloride en kaliumchloraat moeten verschillende stoffen zijn.

b Je begon met één stof: kaliumchloraat. Er ontstaan bij de reactie twee stoffen: zuurstof en kaliumchloride. Dus is dit een ontledingsreactie.

4.28 a koolstofdisulfide(I) --i koolstofdisulfide(g) b koolstofdisulfide moet een verbinding zijn van koolstof (symbool C) en zwavel

(symbool S). c koolstofdisulfide(g) --+ koolstof(s) +zwavel (s) d Uit één stof ontstaan twee stoffen; dus is dit een ontledingsreactie.

e ~of~ of @S©

119

1 l'i

~ l·

·~ i'

~! ~l; i

~~ >li'

~·

. :!-

~ !·· .,,

·.:L

ii i' I' ,, \: L ..

Moduul 1

4.29 a b

t: -1 0 • 0 • 0 0

0 •

1-:~--=---~~-1

c ijzer(s) + zwavel(!) --i ijzersulfide(s)

Hoofdstuk V Formules en elementen

5.1 5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8 5.9

H" N2, 0 2, F 2, Cl2, Br 2, 12 We zien 3 atomen C, 6 atomen H en 1 atoom 0. Dus: C3H,0. a 8 molekulen b 24 atomen c 3 molekulen koolstofdioxide (C02)

2 molekulen ammoniak (NH,) 1 mo1ekuul water (H,0) .

d 1 molekuul stikstof (N2), 1 molekuul waterstof (H,) 5 molekulen suiker. 5 C12H220 11

5 • 12 = 60 atomen koolstof 5 • 22 = 11 O atomen waterstof 5 • 11 = 55 atomen zuurstof koperchloride-oplossing --i, koper + chloor CuCl2(aq) Cu(s) Cl2(g) zilverchloride --+ zilver + chloor AgCl(s) Ag(s) Cl2(g)

~@2l~ ~~~

mengsel N2(g) + 0 2(g)

~ ~@0 ~ ~

verbinding N02 (g)

Zuurstof, silicium, aluminium, ijzer en calcium (= 46,7 + 27,7 + 8,1 + 5,0 + 3,6 = 91,1%). (2/18) • 100% = 11, 1 % waterstof en 100 - 11, 1 = 88,9% zuurstof. a 1025, 1 gil = afgerond 1,03 g/ml want 1 liter = 1000 ml. b (881,4/1025,1) • 100% = 85,98% zuurstof. c (110,2/1025,1) • 100% = 10,75% waterstof.

Dit is veel meer dan de 0,1% van de aardkorst. In de aardkorst komen bijna geen waterstof-verbindingen voor. Het water van de oceanen is wel een w.aterstolverbinding.

d Natrium, magnesium, calcium en kalium. e 10,8 + 1,3 + 0.4 + 0.4 = 12,9

Dus: (12,9/1025, 1) • 100% = 1,26%

120

5.10 a C, H, N, K, 0, P, Ca, Cl, Fe, Mg, Na, S b Zuurstof, koolstof, waterstof, stikstof en calcium c (66,235/67,5). 100% = 98,1% d Gebonden.


e De hoeveelheid kalium + calcium + ijzer + magnesium + natrium is 2069 g ofwel 2,069 kg. Dus: (2,069/67,5) • 100% = 3,07%

5.11 (6/150). 100% = 4% 5.12 a Van ieder evenveel dus: 50% Sen 50% O

b (215) • 100% = 40% s dus 100- 40 = 60% o 5.13 a kalium + water --> kaliumhydroxide-op!. + waterstof

K(s) H,0(1) KOH(aq) H2(g) b calcium + water -; calciumhydroxide-op!. + waterstof

Ca(s) H,0(1) Ca(OH)2(aq) H,(g} c iizer + water + zuurstof -l roest

Fe(s} H,0(1) O,(g} Fe02H(s) 5.14 a Fe(s) en Sn(s).

b Nee, het is geen mengsel. c Om het tegen roesten te beschermen, bijvoorbeeld verchromen, vernikkelen,

verkoperen. d Zink wordt eerder aangetast dan ijzer. Dan ontstaat er een beschermend oxidelaagje

net als bij aluminium. 5.15 a Soldeer is een legering van lood en tin: Pb(s) + Sn(s).

b Stuivers zijn van brons (een legering): Sn(s) + Cu(s), kwartjes zijn van nikkel: Ni(s). c Zilveramalgaam is een legering en niet een verbinding van zilver en kwik: Ag(s) +

Hg(I). Dat mengsel wordt vast. d IJzererts bevat Fe,O,(s).

5.16 lood + broom --> loodbromide Pb(s) Br,(I) PbBr2(S)

5.17 1: lithium (li), natrium (Na). kalium (K), rubidium (Ab) en cesium (Cs). Il: beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) en barium (Ba).

5.18 Edel: zilver (Ag), goud (Au) en platina (PI). Half-edel: koper (Cu) en kwik (Hg). Onedel: ijzer (Fe), zink (Zn), tin (Sn), lood (Pb). Zeer onedel: calcium (Ca). natrium (Na) kalium (K), barium (Ba).

5.19 a fluor (F), chloor (Cl), broom (Br) en jood (1) b zoutvormers c groep 17 d groep 18

5.20 a atoomsoort ('magnesium' is eigenlijk magnesiumoxide: MgO(s)) b atoomsoort c atoomsoort (wat toegevoegd wordt is natriumfluoride: NaF(s)) d atoomsoort e niet-ontleedbare stof, o, f atoomsoort

Hoofdstuk VII Massa bij reacties en reactievergelijkingen

7.1 1 Gevraagd wordt: a hoeveel gram koolstof reageert? b hoeveel gram koolstofdioxide ontstaat? Gegeven is: - 20 gram zuurstof reageert -. koolstof en zuurstof reageren in de massaverhouding 3 : 8

(zie tabel op bladzijde 88) Reactieschema: koolstof + zuurstof ~ koolstofdioxide

?g 20g ?g

124

7.2

2 We passen de wei van Lavoisier toe: koolstof + zuurstof -; koolstofdioxide

3g 8g 11g ?g 20g ?g


a We berekenen éérst de gevraagde hoeveelheid koolstof, we stellen deze hoeveelheid x g. Dit vullen we in in de verhoudingstabel:

koolstof g x 9

zuurstof 8 g 20 g

3 Berekening: we maken gebruik van de kruisregel.

3 j x_

~ Kruiselings vermenigvuldigen: 3 • 20 = 8 • x

3. 20 x = -8-- =7,5

Dus er reageert 7 ,5 g koolstof.

b Om de hoeveelheid koolstofdioxide Ie vinden passen we de wet van Lavoisier toe: koolstof + zuurstof ~ koolstofdioxide 7,5 g 20 g ? g

We vinden dat er 27 ,5 g koolstofdioxide ontstaat.

Voor de berekening van de hoeveelheid koolstofdioxide kun je ook anders te werk gaan: met de verhoudingstabel. We stellen de gevraagde hoeveelheid koolstofdioxide y g.

zuurstof B g 20 g

koolstofdioxide 11 g y g

Kruiselings vermenigvuldigen: y • 8 = 20 • 11 20. 11

y = 8 = 27,5

Ook op deze (wat ingewikkelder) manier vind je dat er 27 ,5 g koolstofdioxide wordt

gevormd. Gevraagd wordt: a hoeveel g zuurstof kan reageren? b hoeveel g koolstofdioxide ontstaat? Gegeven is: - 15 g koolstof reageert - koolstof en zuurstof reageren met elkaar in de massaverhouding 3 : 8

(tabel op bladzijde 88). Reactieschema: koolstof + zuurstof --> koolstofdioxide

15g ?g ?g

125

;,1

:n " n ,j

" :

Moduul 1

7.3

2 We passen de wet van Lavoisier toe: koolstof + zuurstof __, koolstofdioxide

3g Bg 11g 15g ?g ?g

a We berekenen éérst de gevraagde hoeveelheid zuurstof, we stellen deze hoeveelheid x g. Dit vullen we in in de verhoudingstabel:

koolstof 3 g 15 g

zuurstof 8 g x g

Kruiselings vermenigvuldigen: x • 3 = 8 • 15

8. 15 X= --- =40

3 Er kan dus 40 g zuurstof reageren.

b Om de hoeveelheid koolstofdioxide te vinden is het weer het eenvoudigst de wet van Lavoisier toe te passen: koolstof + zuurstof __, koolstofdioxide 15 g 40 g ? g

Je vindt dan 55 g koolstofdioxide. a calcium + zwavel __, calciumsulfide

. ca + s ...., cas b 1 Gevraagd wordt:

x : y = ? als x de hoeveelheid calcium is die reageert en y de hoeveelheid zwavel die reageert. Gegeven is: als x = 10, dan ontstaat 18 g calciumsulfide

2 Wet van Lavoisier: Door de! wet van Lavoisier toe te passen, vinden we de hoeveelheid zwavel die met 1 O g calcium reageert. Dan kunnen we de gevraagde massaverhouding bepalen. calcium + zwavel __, calciumsulfide 10g yg 18g

We vinden voor y dus 8. En x : y = 10: 8 = 5: 4. De gevraagde verhouding is dus 5 : 4.

c 1 Gevraagd wordt: - Hoeveel gram calcium reageert? - Hoeveel gram calciumsulfide ontstaat (onderdeel d)?· Gegeven is: - 14 g zwavel reageert - calcium en zwavel reageren in de massaverhouding 5 : 4 (onderdeel b) Reactieschema: calcium + zwavel __, calciumsulfide

?g 14g ?g 2 We passen de wet van Lavoisier toe:

calcium + zwavel __, calciumsulfide 5g 4g 9g ?g 14g ?g

126


We stellen de gevraagde hoeveelheid calcium p gram en vullen dit in verhoudingstabel in.

calcium 5 g p g

zwavel g 14 g

Kruiselings vermenigvuldigen: 4 • p = 5 • 14 5. 14

p = --4- = 17,5

Dus er reageert 17 ,5 g calcium: d We passen de wet van lavoisier toe:

calcium + zwavel __, calciumsulfide 17,5 g 14 9 ? g

We vinden voor de gevonmde hoeveelheid calciumsulfide dus (17,5 + 14) g = 31,5 g.

7.4 a Gevraagd wordt: x : Y = ? als x de hoeveelheid koper is die reageert en y de hoeveelheid zwavel. Gegeven is: 14 g koper+ 10 g zwavel reageert tot kopersulfide, er is 3 g zwavel over. Conclusie: er reageert (10-3) g zwavel= 7 g zwavel. Reactieschema: koper + zwavel ~ kopersulfide 14 g 7 g ? g

We zien hieruit: x : y = 14: 7 = 2: 1 De gevraagde verhouding Is dus 2 : 1.

b We passen de wet van lavoisier toe: er ontstaat (14 + 7) g kopersulfide, dit is 21 g kopersulfide .

7.5 a 1 Gevraagd wordt: Hoeveel gram koper of hoeveel gram chloor blijft over na de reactie? Gegeven is: - er wordt 15 g koper en 20 g chloor bij elkaar gedaan - koper en chloor reageren in de massaverhouding 1 O : 11

(tabel op bladzijde 88) Reactieschema: koper + chloor -> koperchloride 10 g 11 g

Om erachter te komen of er koper of chloor overblijft na de reactie, berekenen we hoeveel gram chloor nodig is om juist volledig met 15 g koper te reageren. Als dat minder is dan 20 gram, dan is er overmaat chloor. Als dat meer is dan 20 gram, dan is er ondermaat chloor, wat erop neer komt dat er een overmaat koper is.

2 Berekening We stellen de hoeveelheid chloor die nodig is om met 15 g koper te reageren op x g. Dit vullen we in in de verhoudingstabel:

koper 10 g 15 g

chloor 11 g

Kruisregel: x • 10 = 11 • 15 11. 15

X=---=165 10 '

x g

Er is dus 16,5 g chloor nodig. Er is 20 g chloor, er is dus een overmaat chloor. Na de reactie zal er (20-16,5) g chloor overblijven, dit is 3,5 g.

127

1) f! il ,/ '.I ]

.!]

ll l j .) )

\

Moduul 1

b We passen de wet van Lavoisier toe: koper + chloor __, koperchloride 15g 16,Sg ?g

We vinden dus dat er (15 + 16,5) g koperchloride wordt gevormd, dit is 31,5 g. c De wet van Proust (onderdeel a).

De wet van Lavoisier (onderdeel b). 7.6 De bolletjestekening zegt iets over de bouw. De formule zegt alleen iets over de

samenstelling.

7.7 a 2N2 ~ ~

ï.8

ï g

7.10 7.11

b 4 Br2 ~@B@B@B

c cc1.

d 3 C3H, (H

In beide gevallen gaat het om in totaat 8 atomen. 4 Cl2 : 4 molekulen chloor elk bestaande uit 2 atomen. 8 Cl : 8 losse chlooratomen. a 6 He b 5 F, c 3 Cl,+ 2 1, d 2 NH, -e 4 C,H 10

f P,03

g P,O, Ontleden van water in waterstof en zuurstof.

a c, ""' b C 18H3 ,02

7.12 Lavoisier en Proust. 7. 13 Nee, want het aantal mo\ekulen kan tijdens een reactie best veranderen (terwijl het

aantal atomen niet verandert). Kijk maar naar de ontleding van water: 2 H,0(1) --> 2 H2(g) + O,(g) Vóór de reactie zijn er 2 molekulen, ná de reactie zijn er 3 molekulen.

7. 14 Reactieschema in woorden: propaan + zuurstof __, koolsto!dioxide + waterdamp In formules: C3H,(g) + 0 2(g) __, C02(g) + H,O(g) In tekening:

@@

Kloppend in formule: C,H,(g) + 5 0 2 (g) __, 3 C02(g) + 4 H20(g) Controle:

@(S@ ~

3 • C + 8 • H + 10 • 0 = 3 • C + 6 • 0 + 8 • H + 4 • 0

128

7.15 a 2 Mg + 0 2 __, 2 MgO

b 2 Fe + 3 C\2 __, 2 FeCl3 (via: Fe + 1 •;, Cl2 __, FeCI,)

c 2 H,02 --> 2 H,O + 0 2 (via: H,02 __, H,O __, •;, 0 2)

d CuO + 2 HCI __, cuet, + H,O e 4 Al + 3 0 2 --t 2 Al,03

f 2 C4H10 + 13 0 2 --t 8 CO, + 10 H,O

g C6H,,06 --> 2 C2H60 + 2 CO, h Fe + 2 HCI __, FeC\2 + H,

2 Al + 6 HCI .__, 2 AICl3 + 3 H2

7 .16 a 2 HgO .__, 2 Hg + 0 2

b 2 H20 .__, 2 H2 + 0 2

c Fe +· s __, Fes

d 2 Zn + 0 2 --> 2 ZnO

e 2 C,H,8 + 25 0 2 __, 16 C02 + 18 H,0

l C,0H,p2 + 26 0 2 .__, 18 C02 + 18 H,O

g 2 NH3 .__, N2 + 3 H2

h C2H,O + 3 0 2 --> 2 C02 + 3 H,O 2 Na + 2 H,O .__, 2 NaOH + H2

j 4 p + 5 o, __, 2 p ,o, k CaC03 + H2so. __, CaSO, +co,+ H,O

7.17 a C,H,S + 6 0 2 --> 4 CO,+ 2 H,O + S02

b 2 S02 + 0 2 __, 2 S03

c so, + H,O .__, H,so, 7.18 a N2 +02 .....,2NO

b 2 NO + 0 2 .__, 2 N02

c 4 N02 + 2 H20 + 0 2 __, 4 HNO, d 4 NH3 + 5 0 2 .__, 4 NO + 6 H20

Antwoorden en uitwerkinger

(Antwoorden bij Hoofdstuk VIII staan op de volgende bladzijden)

129

Moduul 1

Hoofdstuk VIII Atoombouw, chemische binding en PS

8.1 Naam symbool atoom- aantal aantal massa- aantal

nummer protonen e/ektr. getal neutr.

waterstof H 1 1 1 1 0 helium He 2 2 2 4 2 koolstof c 6 6 6 12 6 stikstof N 7 7 7 14 7 zuurstof 0 8 8 8 16 8 fluor F 9 9 9 19 10 chloor Cl 17 17 17 35 18 ijzer Fe 26 26 26 56 30 zilver Ag 47 47 47 108 61 kwik Hg 80 80 80 201 121

8.2 Door het aantal protonen. 8.3 Deze atomen verschillen van elkaar in het aantal neutronen. Het aantal protonen is

gelijk, want ze hebben hetzelfde atoomnummer. 8.4 Dalton denkt aan harde, onveranderlijke bolletjes; bij Rutherford zijn atomen opgebouwd

uit protonen, elektronen en neutronen. Voor Dalton is het atoom helemaal materie; Rutherford zegt dat een groot deel van het atoom lege ruimte is. Da/ton stelt zich ongeladen atomen voor; voor Rutherford bevindt zich in een atoom evenveel positieve als negatieve lading.

8.5 a Jon: geladen deeltje waarin het aantal protonen niet gelijk Is aan het aantal elektronen.

b Zout: metaalverbinding, opgebouwd uit Jonen. Bij kamertemperatuur vaste stof. Gesmolten of opgelost in water is er geleiding van elektriciteit.

8.6 Het zijn edele metalen; ze vormen vrijwel geen (ionaire] verbindingen. 8.7 Kaliumbromide: K• en Br- dus K•Bqs) of KBr(s).

Calciumfluoride: Ca2+ en F-. De lading van het calciumion is 2 x groot. Het is elektrisch neutraal als er 2 x zoveel fluorideionen als calciumionen zijn. Dus: Ca2•(F-)2(s) of CaF2(s). Aluminiumoxide: Ala+ en 0 2

-. Het moet weer elektrisch neutraal zijn. Je kunt niet 1 'h zuurstoflon nemen. Halve lonen bestaan niet. De eenvoudigste oplossing wordt: (A/3.),(02-),(s) of Al,03(S).

8.8 Dit is een proton. Een H-atoom bestaat uit 1 proton en 1 elektron. Het W-Jon heeft één elektron minder dus O elektronen. Er blijft dus alleen een proton over.

8.9 Een covalente of atoombinding is een binding tussen twee atomen (niet van een metaal) door middel van een gemeenschappelijk elektronenpaar.

8.10 leder streepje stelt een gemeenschappelijk elektronenpaar voor. 8.11 De metaalverbindingen zijn ionair: NaCI, KBr, K,O, Al,03. Het zijn zouten.

De rest is moleku/air: NH" co" Hp, CH4, 12•

8.12 Aantal atoombindingen Element

1 2 3 4

H en halogeen 0 N c

130


8.13 H - N - H 0 = c = 0 H - 0 - H 1 H

H 1

H - C - H I - I 1 H

8.14 Als het metaal gesmolten is, zitten de positieve atoomresten niet meer op een vaste plaats. Ze bewegen langs elkaar heen. Maar de vrije elektronen kunnen nog steeds van de ene atoomrest op de andere overspringen. Het geleidt dus nog steeds.

8.15 De meeste metalen zijn vaste stoffen. Dus is de binding tussen alle deeltjes sterk. 8.16 Als de positieve atoomresten zich zouden verplaatsen dan zou er zich 'materie'

verplaatsen. Dan zou je dus een vervorming van het metaal zelf moeten zien. Dit is niet het geval. Tijdens en na de stroomgeleiding verandert er aan het metaal niets. Bij de elektrolyse van een zoutoplossing (denk aan koperchloride-oplossing) is dit heel anders.

8.17 a Barium is een metaal. Dus is bariumchloride een zout (ionaire stof).

b Ba in 2e groep dus Ba2+. Bariumchloride wordt Ba2'(Ci-)2 of BaC/

2.

8.18 a Hp NH3 CH, water ammoniak methaan

b We letten op de groepen en maken dan gelijksoortige formules. In dezelfde groep staan: Oen S, N en P, C en Si. Dus: - 0 en S staan in dezelfde groep; water(stofoxide) = Hp, dus waterstofsulfide=

H2S. - N en P staan in dezelfde groep; de waterstofverbinding van N is NH3,

dus de waterstofverbinding van P is PH3. - C en Si staan in dezelfde groep; de waterstofverbinding van C is CH

4,

dus de waterstofverbinding van Si is SiH4

•

Alfabetische lijst van veel voorkomende elementen

Aluminium Al Germanium Ge Platina Antimoon Sb Goud Au Rhodium Argon Ar Helium He Seleen Arseen As Jood 1 Silicium Barium Ba Kalium K Stikstof Beryllium Be Kobalt Co Strontium Bismuth Bi Koolstof c Tantaal Boor B Koper Cu Tin Broom Br Kwik Hg Titaan Cadmium Cd Lithium Li Vanadium Calcium Ca Lood Pb Waterstof Cerium Ce Magnesium Mg Wolfraam Cesium Cs Mangaan Mn IJzer Chloor Cl Molybdeen Mo Zilver Chroom Cr Natrium Na Zink Fluor F Neon Ne Zuurstof Fosfor p Nikkel Ni Zwavel

131

Pt Rh Se Si N Sr Ta Sn Ti v H w Fe Ag Zn 0 s

STUDIEMATERIAAL SCHEIKUNDE - Deltion Sprint Lyceum · HOOFDSTUK VIII Atoombouw, chemische binding...

Documents

Transcript of STUDIEMATERIAAL SCHEIKUNDE - Deltion Sprint Lyceum · HOOFDSTUK VIII Atoombouw, chemische binding...