` HOOFDSTUK 5: Welk belang en voorkomen hebben enkelvoudige stoffen?

Bekijk deze boeiende video over metalen.

BEKIJK DE VIDEO

• Metalen zijn gemakkelijk vervormbaar omdat ze allemaal zijn opgebouwd uit positieve ionen. De positieve ionen kunnen ten opzichte van elkaar verschuiven en elkaars plaats innemen zonder dat ze elkaar afstoten, wat ervoor zou zorgen dat het rooster breekt of splijt.

Doordat alle metalen opgebouwd zijn uit positieve metaalionen, kunnen de metaalionen van de ene atoomsoort zich schikken in een metaalrooster van een andere atoomsoort. Zo ontstaan legeringen, zoals je al weet uit thema 2. Brons is bijvoorbeeld een legering van tin en koper. Als de atomen van de atoomsoorten niet even groot zijn, zijn de ionen minder regelmatig geordend. Daardoor is het moeilijker om lagen metaalionen te verschuiven, waardoor de legering sterker is dan de zuivere metalen (zie afbeelding 83). Legeringen worden dus gemaakt om bepaalde minder goede eigenschappen te verbeteren.

Afb. 82 Metaalbindingen: metalen zijn gemakkelijk vervormbaar omdat de ionen elkaars plaats kunnen innemen.

Afb. 83 Een legering is een mengsel van twee metalen. Als de ionen van de twee atoomsoorten niet even groot zijn, is de rangschikking van de ionen minder regelmatig. Zo kunnen lagen van ionen minder goed schuiven ten opzichte van elkaar. Heel wat eigenschappen van metalen, zoals geleidbaarheid van elektriciteit en warmte, massadichtheid, hoog smelt- en kookpunt, vervormbaarheid en de vorming van legeringen, kunnen verklaard worden op basis van de bouw van metalen. ©VAN IN

Welk belang en voorkomen hebben enkelvoudige stoffen?

LEERDOELEN

Je kunt al:

Lde wetenschappelijke naam van enkelvoudige stoffen geven;

Lde verschillende soorten bindingen van elkaar onderscheiden;

Lmetalen, niet-metalen en edelgassen linken aan hun plaats in het PSE.

Je leert nu:

Lhet belang en voorkomen van metalen, niet-metalen en edelgassen kennen. Heel wat stoffen ken je uit het dagelijkse leven. Vele dingen zijn vervaardigd uit ijzermetaal (fiets, bouwmateriaal, spijkers …). Ook zuurstofgas moeten we je niet leren kennen: vanaf je eerste levensdag is het een levensnoodzakelijk gas voor je ademhalingssysteem. Als kleuter of op feestjes kreeg je misschien weleens een ballon die gevuld was met het edelgas helium. Heel veel stoffen hebben een belangrijke functie. We doen enkele voorbeelden van niet-metalen en metalen uit de doeken.

5.1 Niet-metalen

223THEMA 06 HOOFDSTUK 5 A Koolstof Het niet-metaal met de meeste toepassingen is koolstof (C). Afhankelijk van hoe de koolstofatomen verbinden, krijgen we totaal verschillende materialen, maar ze bestaan allemaal uit koolstof. • Grafiet is uiterst zacht en wordt onder andere in potloden en als smeermiddel gebruikt. Het is het enige niet-metaal dat de elektrische stroom geleidt. • Diamant, een andere verschijningsvorm van koolstof, is de hardste stof die in de natuur voorkomt. Het is een gegeerde edelsteen, die ook in boorkoppen en slijpschijven gebruikt wordt, precies omdat diamant zo hard is en niet slijt. • Koolstofvezel (carbon fiber) bestaat uit heel dunne vezels van koolstof die tot matten worden geweven en met coatings worden versterkt en zo een extreem licht en sterk materiaal vormen. Het materiaal kent meer en meer toepassingen in de auto-industrie en de luchtvaart. Ook topsporters maken gebruik van de combinatie sterkte en lichtheid van het materiaal: van tennisrackets tot fietsframes en formule 1-wagens. ©VAN IN

B Dichloor of chloorgas

Chloorgas is een groengeel, giftig gas. Het wordt gebruikt voor de ontsmetting van water in zwembaden. Tijdens de Eerste Wereldoorlog werd het als wapen ingezet.

OPDRACHT 12

Lees aandachtig het artikel achter de QR-code en beantwoord de vragen.

1 Geef de formule en de wetenschappelijke naam van chloorgas.

2 In welke omgeving en waarom wordt ‘chloor’ vaak gebruikt?

3 Mosterdgas dankt zijn naam aan zijn gele kleur. Het gas werd door Franse soldaten ook yperiet genoemd.

Waardoor is die naam ontstaan?

LEES HET ARTIKEL

C De hoofdbestanddelen van lucht: stikstofgas en zuurstofgas

OPDRACHT 13

Bekijk het diagram van de samenstelling van lucht. Het rode staartstuk geeft het gehalte aan CO2, argon, water en andere gassen weer.

1 Welk gas wordt voorgesteld door de blauwe zone? Geef de formule en de wetenschappelijke naam. 2 Welk gas wordt voorgesteld door de groene zone? Geef de formule en de wetenschappelijke naam. 224 THEMA 06 HOOFDSTUK 5

78 % 21 % 1 % Afb. 84 Samenstelling lucht Je merkt dat lucht voornamelijk uit stikstofgas (distikstof of N2) bestaat. Stikstofgas reageert moeilijk met andere stoffen en wordt daarom een inert gas genoemd. De 21 % zuurstofgas (dizuurstof of O2) in de lucht is voor ons mensen dan weer levensnoodzakelijk. ©VAN IN

D Diwaterstof of waterstofgas

Waterstof is het meest ‘eenvoudige’ element uit je PSE. Het atoom bevat 1 proton en 1 elektron. Omdat die eerste schil al volledig gevuld is met 2 elektronen kan het een elektronpaar delen met een ander waterstofatoom en zo moleculen H2 vormen. We zijn die moleculen al tegengekomen als ontledingsproduct van water (thema 3). Dat waterstofgas, ook wel knalgas genoemd, is de brandstof voor de toekomst. Het zou het probleem van broeikasgassen als CO2 meteen oplossen, want bij verbranding van H2 wordt gewoon water gevormd.

E Zwavel

De gele vaste stof zwavel komt als enkelvoudige stof voor als ringvormige moleculen die uit 8 atomen zwavel bestaan: octazwavel of S8.

225THEMA 06 HOOFDSTUK 5 Afb. 85 Octazwavel (S8) Zwavel kent heel wat toepassingen als grondstof in de chemische industrie, maar is ook een bestanddeel van belangrijke moleculen in ons lichaam, bv. in eiwitten. In verbindingen met andere elementen vormt het vaak onaangenaam ruikende stoffen: zo is H2S (waterstofsulfide) de oorzaak van de geur van rotte eieren. F Fosfor Het element fosfor komt als enkelvoudige stof voornamelijk voor als het zogenaamde witte fosfor (tetrafosfor of P4). De stof kent voornamelijk toepassingen in de productie van kunstmeststoffen voor land- en tuinbouw. Een plant heeft het element fosfor immers nodig als bouwstof voor de vorming van o.a. bepaalde eiwitten. Daarnaast speelt fosfor een belangrijke rol in de ademhaling van planten. Fosfor toevoegen aan meststoffen is dus van groot belang. ©VAN IN

Wil je weten welke functies de andere niet-metalen in ons dagelijks leven hebben? Scan dan de QR-code. Klik op het PSE en al de geheimen van de niet-metalen worden prijsgegeven!

OPEN DE WEBSITE

Je begrijpt het belang en voorkomen van enkele belangrijke niet-metalen in ons dagelijks leven: • koolstof (C): komt voor in verschillende gedaanten, van grafiet tot diamant en vezels; • chloorgas (Cl2): ontsmettend gifgas, dat niet altijd te goeder trouw werd gebruikt; • stikstofgas (N2): inert hoofdbestanddeel van de atmosfeer; • zuurstofgas (O2): onontbeerlijk voor al het leven op aarde.

G Edelgassen

Naast de hoofdbestanddelen van lucht bevat onze atmosfeer ook gassen die in veel mindere mate aanwezig zijn: sporenelementen zoals de edelgassen helium, neon, argon. Precies omdat ze zo weinig in de atmosfeer voorkomen, zijn ze vaak erg duur. Je leerde al dat ze door hun octetstructuur geen bindingen aangaan; precies daardoor kennen ze specifieke toepassingen. Helium wordt als beschermend gas bij laswerken gebruikt. Andere edelgassen zoals argon, xenon en neon worden vaak in hedendaagse verlichting gebruikt. Wil je weten welke functies de andere edelgassen hebben in ons dagelijks leven, scan dan de QR-code. Klik op het beschikbare PSE en al de geheimen van de edelgassen worden prijsgegeven! OPEN DE WEBSITE WEETJE Edelgassen kennen duidelijk minder toepassingen in het dagelijkse leven dan metalen en vele andere niet-metalen. Toch kennen ze specifieke toepassingen, bijvoorbeeld verlichting. ©VAN IN

5.2 Metalen

Van alle metalen is ijzermetaal (Fe) zonder twijfel het meest belangrijke. Het wordt veel gebruikt, omdat het zich heel goed laat bewerken (freesbaar, draaibaar, gietbaar enz.) en omdat het een relatief goedkope grondstof is. Vooral in de vorm van de legering staal wordt het voor het bouwen van grote constructies gebruikt. IJzer wordt vaak behandeld (gelegeerd, gegalvaniseerd) om de minder goede eigenschappen (makkelijk roesten, zacht metaal …) te compenseren. Vaak blijft die behandeling een goedkopere oplossing dan kiezen voor een alternatief materiaal.

WEETJE

IJzer speelt ook een belangrijke rol in ons lichaam: het maakt als ijzerion (Fe2+) deel uit van het hemoglobinemolecule en staat in voor het binden en transporteren van dizuurstof doorheen ons lichaam. Rood vlees zoals biefstuk is een belangrijke bron van ijzerionen. Vegetariërs moeten daarom andere ijzerbronnen in hun dieet voorzien en bijvoorbeeld meer broccoli, vijgen … eten. Bloeddonoren bij het Rode Kruis krijgen vaak ijzertabletten om het ijzergehalte opnieuw op peil te brengen.

Het klinkt misschien raar, maar je neemt dagelijks heel wat metalen op via je voeding, niet alleen ijzer. Gelukkig maar, want ze spelen een essentiële rol in de biologische processen in ons lichaam.

Metaalion Opname via ... Rol in menselijk lichaam

Mg2+ spinazie, andijvie … spiercontractie, zenuwstelsel

Ca2+ melkproducten botaangroei, spiercontractie, bloedstolling, zenuwstelsel

K+ aardappelen, vis, noten … THEMA 06 HOOFDSTUK 5 227

zenuwstelsel, bloeddruk, waterhuishouding … Na+ keukenzout, kaas … zenuwstelsel, bloeddruk, waterhuishouding … Tot slot staan we even stil bij de belangrijkste toepassingen van veelgebruikte metalen. Gebruik je algemene kennis in de volgende opdracht.©VAN IN