GENIE Chemie GO! - Leerschrift 4.2 (editie 2025)

GENIE

Dit leermiddel is onderdeel van de lesmethode GENIE Chemie van Uitgeverij VAN IN. Het is ontwikkeld met de intentie dat iedere leerling zich herkent en thuis voelt in beeld en tekst. Heb je op- of aanmerkingen, dan kun je contact opnemen met Uitgeverij VAN IN.

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën. Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hun dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen. Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be.

Ook voor het digitale lesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www. ididdit.be.

© Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2025

De uitgever heeft ernaar gestreefd de relevante auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Wie desondanks meent zekere rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht zich tot de uitgever te wenden.

Credits

p. 28 Fast and Furious © Shutterstock/Steve Lagreca, p. 29 Archeologen © Getty Images/DPA/AFP/Andreas Arnold, p. 37 Ontstopper © Shutterstock/RVillalon, p. 67 CaSO4.2H2O © Imageselect/Alamy/molekuul.be, p. 68 Baksoda © Shutterstock/DW labs Incorporated, p. 107 Benzinepomp © Shutterstock/DarSzach, p. 142 Jupiler © Shutterstock/ defotoberg, p. 147 Festival © Shutterstock/Christian Bertrand, p. 173 Voedingswaarden frisdrank © kiliweb per Open Food Facts / CC BY-SA 3.0, p. 177 Bierflesjes © Shutterstock/Chones, p. 191 Robert Boyle © Imageselect/Heinz-Dieter Falkenstein AGE, p. 191 Henri Victor Regnault © Imageselect/Alamy, p. 191 Joseph Gay-Lussac © Shutterstock/Neveshkin Nikolay, p. 230 Jezushagedis © Imageselect/Scott Linstead Science Source

Proefversie©VANIN

Eerste druk 2025

ISBN 978-94-651-4245-6

Vormgeving en ontwerp cover: Shtick

Tekeningen: Geert Verlinde, Tim Boers (Studio B) D/2025/0078/109

Zetwerk: Barbara Vermeersch Art. 610116/01 NUR 126

INHOUD

THEMA 01:

ANORGANISCHE STOFKLASSEN

` HOOFDSTUK 1:

Verdere indeling van de materie 9

1 Organische en anorganische stoffen 10

2 Ionladingen van de elementen 13

3 Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen 14

` HOOFDSTUK 2:

oxiden

1 Wat is een oxide? 22

2 De metaaloxiden 23

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijke ionlading 23

2.2 Metalen met meerdere mogelijke ionladingen 24

3 De niet-metaaloxiden 26

4 Gebruik en toepassingen van oxiden 27

5 Reactiepatronen 30

5.1 Vorming metaaloxiden 30

5.2 Vorming niet-metaaloxiden 31 ` HOOFDSTUK 3:

1 Wat is een hydroxide?

2 Formule- en naamvorming 35

3 Gebruik en toepassingen van hydroxiden 37

4 Reactiepatroon 38

` HOOFDSTUK 4:

1 Wat is een zuur?

2 Binaire zuren 42

3 Ternaire zuren 43

4 Gebruik en toepassingen van zuren 49

5 Reactiepatronen 51

` HOOFDSTUK 5: Zuurtegraad van een oplossing 54

` HOOFDSTUK 6:

Proefversie©VANIN

1 pH en zuurtegraad van een oplossing 54

1.1

1 Wat is een zout?

2 Formule- en naamvorming 63

3 Waterstofzouten en hydraten 66

4 Gebruik en toepassingen van zouten 68

5 Reactiepatroon 70

THEMA 02: ORGANISCHE STOFKLASSEN

` HOOFDSTUK 1:

Organische chemie of koolstofchemie 78

1 Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom 79

2 Notatiemogelijkheden van een organische stof 82 2.1 De brutoformule

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule 82

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur 84

3 De stofklassen 87

1 Formule en systematische naam 91

1.1 Onvertakte alkanen 91

1.2 Vertakte alkanen 94

2 Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven 99

2.1 Fysische eigenschappen 99

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven 103

` HOOFDSTUK 3: Alkenen

1 Formule en systematische naam 110

2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven 115

2.1 Etheen 115

2.2 Propeen 116

` HOOFDSTUK 4:

Alkynen 117

1 Formule en systematische naam 117

2 Toepassingen van alkynen 118

` HOOFDSTUK 5:

Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen 120

1 Alcoholen 121

1.1 Methanol 121

1.2 Ethanol 122

2 Carbonzuren 125

2.1 Methaanzuur 126

2.2 Ethaanzuur 126

THEMA 03: CHEMISCH REKENEN

` HOOFDSTUK 1:

Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa 136

1 Atoommassa 136

2 Molecuulmassa 139

3 Formulemassa 140

` HOOFDSTUK 2:

De mol en het getal van Avogadro 142

1 De mol als eenheid en de molaire massa 142

2 Omrekeningen gram / mol / aantal deeltjes 148

` HOOFDSTUK 3:

Stoichiometrische vraagstukken 155

1 De molverhouding 155

2 Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven 157

3 Vraagstukken waarbij 2 stofhoeveelheden zijn gegeven 160

` HOOFDSTUK 4:

Concentratie van een oplossing 170

Proefversie©VANIN

1 Wat is een concentratie van een oplossing? 170

2 Massaconcentratie 172

3 Molaire concentratie of stofhoeveelheidsconcentratie 174

4 Oplossingen verdunnen en indampen 178

5 Oplossingen met verschillende concentraties aan opgeloste stof mengen 181

` HOOFDSTUK 5:

Chemisch rekenen met gassen 188

1 Het molaire gasvolume onder normomstandigheden 188

2 De algemene ideale gaswet 191

3 Omzettingen 193

4 De gaswet bij constante molhoeveelheid 195

` HOOFDSTUK 6:

Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen (uitbreiding) 203

THEMA 04: POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

` HOOFDSTUK 1: Polaire en apolaire bindingen en moleculen 210

1 Het dipoolkarakter van water 210

2 De elektronegativiteit 212

3 Polariteit van de binding 214

4 Polariteit van moleculen 216

` HOOFDSTUK 2:

Intermoleculaire krachten 223

1 Invloed van massa en polariteit op het kookpunt van een stof 223

2 Intermoleculaire krachten 225

2.1 De Londonkracht of Londondispersiekracht 225

2.2 Dipoolkracht 227

2.3 Waterstofbruggen 228

` HOOFDSTUK 3:

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen 231

Proefversie©VANIN

1 Oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen 231

2 Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen 235

3 Ionisatie van zuren en ammoniak 238

3.1 Ionisatie algemeen 238

3.2 Ionisatie van zuren 240

3.3 Ionisatie van ammoniak 243

4 Verband tussen zuurtegraad en concentratie van protonen 243

THEMA 05: REACTIESOORTEN

` HOOFDSTUK 1:

Oplosbaarheid en mogelijke reacties 256

1 Oplosbaarheid 256

2 Oplossingen mengen: mogelijke reacties 259

` HOOFDSTUK 2: Ionuitwisselingsreacties 261

` HOOFDSTUK 3:

Protonenoverdrachtsreacties

1 Zuur-baseneutralisatiereactie

2 Neutralisatie van een metaaloxide met een zuur

3 Neutralisatie van een niet-metaaloxide met een base 274

4 Protonenoverdracht met gasontwikkelingsreactie 277

` HOOFDSTUK 4: Elektronenoverdrachtsreacties of redoxreacties

1 Definitie oxidatie en reductie

2 Oxidatiegetallen

3 Bepalen van de oxidator en reductor

4 Redoxreacties opstellen

WERKEN MET GENIE

GENIE is een hybride leermiddel. Het bestaat uit een leerschrift én een digitaal aanbod op iDiddit.

Dit overzicht geeft je inzicht in welke onderdelen je waar kunt terugvinden.

GENIE Chemie bestaat uit 5 thema’s. Elk thema is op dezelfde manier opgebouwd.

1 CHECK IN

2 HOOFDSTUKKEN + VERKEN

3 AAN DE SLAG

4 SYNTHESE

5 CHECK IT OUT

De CHECK IN, VERKEN en CHECK IT OUT vind je uitsluitend online.

Proefversie©VANIN

Op iDiddit vind je alle informatie die ook in je boek terug te vinden is: alle teksten, illustraties en opdrachten. Je kunt dus kiezen hoe je met GENIE aan de slag gaat.

Op iDiddit vind je ook:

• begrippenlijsten;

• instructiefilmpjes;

• vademecum;

• adaptieve oefenreeksen;

• STEM-projecten;

• kennisclips;

• labo’s.

TIP: op iDiddit kun je ook je eigen

De CHECK IN laat je kennismaken met het onderwerp en eindigt met een probleem of een vraag die je enkel op iDiddit vindt.

Kennis vatten we samen in de rode kenniskaders. Handig zijn de verwijzingen naar de AAN DE SLAG-oefeningen waarmee je zelf kunt nagaan of je de leerinhouden begrepen hebt.

Via de AAN DE SLAG kun je individueel de leerstof van het hoofdstuk inoefenen. Je leerkracht beslist of je de oefeningen pas op het einde van het thema maakt of tijdens de lessen.

Je vindt het misschien raar dat de groep van organische verbindingen veel uitgebreider is dan die van de anorganische verbindingen. Voor de organische verbindingen kun je maar gebruikmaken van een zeer beperkt aantal elementen, terwijl je voor de anorganische verbindingen gebruik kunt maken van ongeveer alle elementen uit het PSE. Je kunt dat gemakkelijk begrijpen als je aan legoblokjes denkt. Om de organische verbindingen te vormen, kun je kiezen uit ongeveer 10 kleuren. Om de anorganische verbindingen te maken, mag je gebruikmaken van 92 verschillende kleuren legoblokjes. Hoe komt het dan dat je veel meer verschillende bouwwerken kunt maken met slechts zo’n beperkt aantal kleuren van blokjes? Je kunt misschien maar kiezen uit 10 kleuren, maar je kunt wel heel veel blokjes in eenzelfde bouwwerk steken.

Voor de anorganische verbindingen mag een bouwwerk (formule-eenheid of molecule) slechts uit een zeer beperkt aantal blokjes bestaan. Daarom is de groep van de anorganische verbindingen minder uitgebreid.

De indeling in organische en anorganische stoffen is niet altijd even gemakkelijk. Zo zul je bijvoorbeeld CO waarschijnlijk bij de organische verbindingen indelen. Het is namelijk a komstig van de levende natuur –we ademen het uit – en de formule bevat ook het element koolstof. Toch zul je ontdekken dat de stof tot de anorganische stoffen behoort. Naast CO zijn er nog moleculen die, ook al bevatten ze het element koolstof, toch niet tot de organische verbindingen behoren. We gaan later verder in op die uitzonderingen.

Het is niet omdat organische stoffen a komstig zijn van levende organismen, dat er in een levend organisme geen anorganische stoffen aanwezig zijn. Zoals je kunt zien op a b. 4, bestaat het menselijk lichaam zelfs voor het grootste deel uit anorganische stoffen: water is namelijk een anorganische stof. WEETJE A

Anorganische stoffen (minerale verbindingen) Organische stoffen (koolstofverbindingen) a komstig van de levenloze natuur a komstig van de levende of afgestorven natuur uitgebreide keuze uit atoomsoorten: 92 elementen van het PSE beperkte keuze uit atoomsoorten: steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen) beperkt aantal atomen per verbinding aantal atomen per molecule kan gaan van heel weinig (4) tot enorm veel (>100 000) totale verzameling verbindingen is beperkt totale verzameling verbindingen is zeer uitgebreid atoombindingen, ionbindingen, metaalbindingenvoornamelijk atoombindingen

VOLGEND HOOFDSTUK

VERKEN

Wetenschap maakt deel uit van jouw leefwereld, al weet je het soms niet. In de verkenfase zul je merken dat je best al wat kennis hebt uit het dagelijks leven over het onderwerp dat in een hoofdstuk aan bod komt. We activeren je voorkennis bij de start van elk hoofdstuk op iDiddit.

In de thema’s:

- vind je verschillende manieren om een SYNTHESE te maken: mindmap, schema, Cornell … - vind je een checklist die je laat reflecteren over de leerstof. Je gaat na welke leerdoelen je al dan niet onder de knie hebt. - denk je bewust na over je leerproces, interesses en vaardigheden.

Proefversie©VANIN

CHECK IT

In elke CHECK IT OUT pas je de vergaarde kennis en vaardigheden toe om terug te koppelen naar de vraag uit de CHECK IN.

LABO

Ga zelf op onderzoek! Op iDiddit staan een aantal labo’s om experimenten uit te voeren.

GENIE Chemie GO! 4.2 WERKEN MET GENIE

Het onlineleerplatform GENIE Chemie GO! 4

Mijn lesmateriaal

Hier vind je alle inhouden uit het leerschrift, maar ook meer, zoals filmpjes, demovideo’s, extra oefeningen ...

Extra materiaal

Bij bepaalde stukken theorie of oefeningen kun je extra materiaal openen. Dat kan een bijkomend videofragment zijn, een extra bron of een leestekst. Kortom, dit is materiaal dat je helpt om de leerstof onder de knie te krijgen.

Adaptieve oefeningen

Met adaptieve oefeningen kun je de leerstof inoefenen op jouw niveau. Hier kun je vrij oefenen.

Opdrachten

Hier vind je de opdrachten die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

Evalueren

Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten

Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en toetsen? Hier vind je een helder overzicht van al je resultaten.

Notities

Heb je aantekeningen gemaakt bij een bepaalde inhoud? Via je notities kun je ze makkelijk terug oproepen.

Proefversie©VANIN

Meer weten?

Ga naar www.ididdit.be

Ga zelf op onderzoek! Doorheen de thema’s vind je de verwijzing naar de labo’s op iDiddit.

Dit icoon geeft aan dat er aanvullend lesmateriaal of een extra opdracht op iDiddit staat.

Soms is het handig dat je extra lesinformatie of een videofragment zelf kunt bekijken of beluisteren op je smartphone.

Als je dit icoon ziet, open dan de VAN IN Plus-app en scan de pagina.

ANORGANISCHE STOFKLASSEN 01 THEMA

In de straten van Londen werd door het ESEF (European Science and Environment Forum) een enquête uitgevoerd. Aan toevallige voorbijgangers werd de volgende stelling voorgelegd:

Proefversie©VANIN

‘De industrie maakt vaak gebruik van diwaterstofmonoxide. Die chemische stof is het hoofdbestanddeel van zure regen, draagt bij tot erosie en verlaagt het remvermogen van een auto. De stof beïnvloedt ook de gezondheid van de mens: in gastoestand kan ze ernstige brandwonden veroorzaken, in de longen kan ze leiden tot de dood en ze wordt ook teruggevonden in kankercellen. Vind jij dat dat product aan een strikte reglementering zou moeten worden onderworpen of misschien zelfs verboden zou moeten worden door de Europese Unie?’

Wat denk je dat de meeste mensen hebben geantwoord? Ontdek het via het extra materiaal op .

` Zit er een logica in de naamgeving van stoffen?

` Kan een chemicus over de taalgrenzen heen duidelijk maken over welke stof die het heeft?

We zoeken het uit! ?

Verdere indeling van de materie

LEERDOELEN

Je kunt al:

L zuivere stoffen en mengsels van elkaar onderscheiden;

L zuivere stoffen verder indelen in enkelvoudige en samengestelde stoffen;

L ionvorming van metalen en niet-metalen noteren.

Je leert nu:

L de samengestelde stoffen verder indelen in anorganische en organische samengestelde stoffen;

L de anorganische stoffen indelen in hun stofklasse;

L formules opstellen aan de hand van de ionlading;

L de algemene principes van naamgeving bij anorganische stoffen.

1 Organische en anorganische stoffen

Proefversie©VANIN

Vorig schooljaar lag de focus op de enkelvoudige stoffen. We zijn gestart met het onderzoeken van de materie. We hebben de materie ingedeeld in mengsels en zuivere stoffen. De zuivere stoffen konden nog verder ingedeeld worden in samengestelde stoffen en enkelvoudige stoffen.

Dit jaar gaan we dieper in op de samengestelde stoffen. De samengestelde stoffen kunnen nog verder ingedeeld worden in anorganische en organische stoffen.

Alle stoffen die afkomstig zijn van de levende natuur worden ingedeeld bij de organische stoffen. Vetten, eiwitten, suiker … behoren allemaal tot de organische stoffen. Maar ook alle aardolieproducten behoren tot de organische stoffen. Ze ontstaan uit afgestorven organismen die onder hoge druk en een hoge temperatuur in fossiele brandstoffen omgezet worden, zoals steenkool, aardolie of aardgas.

Voorbeelden van organische stoffen zijn aardgas en eiwitten in vlees.

Afb. 1 Eiwitten in vlees zijn organische stoffen. Afb. 2 Aardgas is een organische stof.

Een andere, betere naam voor organische stoffen is koolstofverbindingen, want dat hebben al die stoffen gemeenschappelijk: ze bevatten allemaal het element koolstof. Maar de indeling ‘organische en anorganische stoffen’ is zodanig ingeburgerd dat die nog steeds wordt gebruikt.

Een andere naam voor anorganische stoffen is minerale verbindingen. Die stoffen zijn afkomstig van de levenloze natuur. Denk maar aan bijvoorbeeld mineralen en gesteenten.

Proefversie©VANIN

WEETJE

Vroeger ging men ervan uit dat organische stoffen niet in een laboratorium konden worden gemaakt. In 1828 werd dat idee ontkracht: toen werd ureum, een stof aanwezig in urine, gemaakt uit alleen maar anorganische stoffen. En er zijn zelfs een heleboel stoffen die, omwille van hun chemische structuur, tot de organische stoffen behoren, maar zelfs niet door levende organismen worden gemaakt. Dat zijn de kunststoffen.

De onderstaande tabel geeft de eigenschappen van de anorganische en de organische stoffen weer:

Anorganische stoffen (minerale verbindingen)

Organische stoffen (koolstofverbindingen) afkomstig van de levenloze natuur afkomstig van de levende of afgestorven natuur uitgebreide keuze uit atoomsoorten: 92 elementen van het PSE

beperkte keuze uit atoomsoorten: steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen) beperkt aantal atomen per verbinding aantal atomen per molecule kan gaan van heel weinig (5) tot enorm veel (>100 000) totale verzameling van verbindingen is beperkt totale verzameling van verbindingen is zeer uitgebreid atoombindingen, ionbindingen, metaalbindingenvoornamelijk atoombindingen

OPDRACHT 1

Duid alle anorganische stoffen aan.

Tabel 1 Eigenschappen van anorganische en organische stoffen

De formule-eenheid geeft de samenstelling weer van de kleinste eenheid waaruit het ionrooster is opgebouwd.

ANORGANISCH

ORGANISCH

DNAsuiker keukenzoutzilver

methaanethanol diamantkoolstofdioxide

Afb. 3 Organische en anorganische stoffen GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H1_organisch.ai

WEETJE

kalkwater

2

anorganische samenstelling

organische samenstelling

GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H3_kalkwater_koolstofdioxide.ai

Je vindt het misschien raar dat de groep van organische verbindingen veel uitgebreider is dan die van de anorganische verbindingen. Voor de organische verbindingen kun je maar gebruikmaken van een zeer beperkt aantal elementen, terwijl je voor de anorganische verbindingen gebruik kunt maken van ongeveer alle elementen uit het PSE. Je kunt dat gemakkelijk begrijpen als je aan legoblokjes denkt. Om de organische verbindingen te vormen, kun je kiezen uit ongeveer 10 kleuren. Om de anorganische verbindingen te maken, mag je gebruikmaken van 92 verschillende kleuren legoblokjes. Hoe komt het dan dat je veel meer verschillende bouwwerken kunt maken met slechts zo’n beperkt aantal kleuren van blokjes? Je kunt misschien maar kiezen uit 10 kleuren, maar je kunt wel heel veel blokjes in eenzelfde bouwwerk steken. Voor de anorganische verbindingen mag een bouwwerk (formule-eenheid of molecule) slechts uit een zeer beperkt aantal blokjes bestaan. Daarom is de groep van de anorganische verbindingen minder uitgebreid.

De indeling in organische en anorganische stoffen is niet altijd even gemakkelijk. Zo zul je bijvoorbeeld CO2 waarschijnlijk bij de organische verbindingen indelen. Het is namelijk afkomstig van de levende natuur –we ademen het uit – en de formule bevat ook het element koolstof. Toch zul je ontdekken dat de stof tot de anorganische stoffen behoort. Naast CO2 zijn er nog moleculen die, ook al bevatten ze het element koolstof, toch niet tot de organische verbindingen behoren. We gaan later verder in op die uitzonderingen.

Proefversie©VANIN

Het is niet omdat organische stoffen afkomstig zijn van levende organismen, dat er in een levend organisme geen anorganische stoffen aanwezig zijn. Zoals je kunt zien op afbeelding 4, bestaat het menselijk lichaam zelfs voor het grootste deel uit anorganische stoffen: water is namelijk een anorganische stof.

Anorganische stoffen (minerale verbindingen)

Organische stoffen (koolstofverbindingen) afkomstig van de levenloze natuur afkomstig van de levende of afgestorven natuur uitgebreide keuze uit atoomsoorten: 92 elementen van het PSE beperkte keuze uit atoomsoorten: steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen) beperkt aantal atomen per verbinding aantal atomen per molecule kan gaan van heel weinig (5) tot enorm veel (>100 000) totale verzameling verbindingen is beperkt totale verzameling verbindingen is zeer uitgebreid atoombindingen, ionbindingen, metaalbindingenvoornamelijk atoombindingen

Afb. 4 Ons lichaam bestaat voor 70 % uit water.

2 Ionladingen van de elementen

Je leerde al dat de ionlading van een element af te leiden is uit de positie op het periodiek systeem. Alle elementen streven naar een edelgasconfiguratie en gaan daarom ofwel elektronen afstaan (positieve ionlading) of opnemen (negatieve ionlading). Je leerde dat:

elementen uit groep Iaalkalimetalenionlading 1+ elementen uit groep IIaaardalkalimetalenionlading 2+ elementen uit groep IIIaaardmetalen ionlading 3+ elementen uit groep IVaC-groep ionlading 4+ elementen uit groep VaN-groep ionlading 3elementen uit groep VIaO-groep ionlading 2elementen uit groep VIIahalogenen ionlading 1-

Maar wat met de overgangselementen? Je leerde dat de overgangselementen ionlading 2+ hebben, maar hun naam zegt het zelf: die elementen durven al eens overgaan naar een andere lading. Bijvoorbeeld:

Koper zal voorkomen als Cu2+ en Cu+ IJzer komt dan weer voor als Fe2+ en Fe3+

Voor die elementen zul je dus in de naam moeten verduidelijken over welk ion het gaat.

Er zijn ook een paar niet-overgangselementen met verschillende mogelijke ionladingen, elementen die dus afwijken van de kolomregel hierboven. Lood en tin zijn daarvan voorbeelden. Waarom dat sommige elementen in ‘afwijkende’ ionladingen voorkomen, leer je in de derde graad. We sommen de belangrijkste elementen die meerdere ionen vormen, waarbij je dus goed moet opletten bij de naamgeving van de stoffen, even op in een tabel:

Element

Mogelijke ionlading ijzer Fe Fe2+, Fe3+ lood Pb Pb4+, Pb2+ koper Cu Cu2+, Cu+ tin Sn Sn4+, Sn2+ zilver Ag Ag+

Proefversie©VANIN

Ook zilver (Ag) wijkt als overgangselement af van de 2+ ionlading. Zilver vormt altijd een 1+ ion, maar omdat het element dus maar 1 mogelijke ionlading heeft, zorgt dat niet voor extra moeilijkheden bij de naamgeving.

OPDRACHT 2

Vul de ionlading aan van de overeenkomstige elementen.

Element Symbool met ionlading zuurstof ijzer zink fosfor chloor zilver

magnesium koper zwavel

Proefversie©VANIN

3

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

Je weet nu dat we stoffen kunnen indelen in anorganische stoffen (minerale verbindingen) en organische stoffen (koolstofverbindingen). In dit thema zul je ook leren hoe de moleculevorming en naamgeving gebeurt bij anorganische samengestelde stoffen. In thema 02 leer je alles over de organische stoffen.

Verbindingen vertonen analoge chemische eigenschappen door de aanwezigheid van eenzelfde atoom of atoomgroep: de chemische functie of functionele groep. Dat laat toe de verbindingen te ordenen in chemische verbindingsklassen of stofklassen. De anorganische samengestelde stoffen worden onderverdeeld in 4 stofklassen: de oxiden, de hydroxiden, de zuren en de zouten. In de volgende tabel vind je de basisstructuur van elke stofklasse.

Stofklasse Oxiden HydroxidenZurenZouten functionele groep O OH H geen functionele groep algemene formule MO of nMO MOH HZ MZ uitgang naam-oxide-hydroxide-ide -aat -ide -aat

M = metaal, nM = niet-metaal, O = zuurstof, H = waterstof, Z = zuurrest (zie verder bij de zuren) = nM of nMO

Tabel 2 Overzicht opbouw anorganische stofklassen

Opmerking:

Stoffen waarvan de formule bestaat uit slechts 2 elementen noemen we binaire stoffen. Stoffen die bestaan uit 3 elementen noemen we ternaire verbindingen. Zouten die het ammoniumion NH4+ bevatten, worden zeer specifiek ook ammoniumzouten genoemd.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 3

Deel de onderstaande stoffen aan de hand van hun formules in de juiste stofklasse in.

Verklaar je antwoord door te verwijzen naar de algemene formule uit tabel 2.

Cl2O3:

AlCl3:

Mg(OH)2:

HNO3:

CaO:

Al2(SO4)3:

Indien je een formule van een samengestelde stof krijgt, dan kun je op basis van de algemene formule uit de bovenstaande tabel de stof in de juiste stofklasse indelen. Het volgende schema kan je helpen om dat efficiënt aan te pakken:

Bestaat de formule uit 2 elementen en eindigt het op 'O'?

Het is een oxide

Begint de formule met een metaal of NH4+ en eindigt het op 'OH'?

Het is een hydroxide

Begint de formule met 'H'?

Het is een zuur

Eindigt de formule op 'O'?

Het is een zout

Eindigt de formule op 'O'?

Het is een binair zuur

Het is een ternair zuur

Het is een binair zout

Het is een ternair zout

Schema 1 indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule

OPDRACHT 4

Vul aan met de juiste stofklasse voor de gegeven formules.

Gebruik schema 1.

Formule

Al2O3

Zn(OH)2

P205

HCl

CaS

Mg(NO3)2

Stofklasse

Proefversie©VANIN

Wanneer we de naam van verschillende anorganische stoffen bekijken, valt het op dat we ze in 3 groepen kunnen indelen:

Groep 1 Ionverbindingen waarbij het metaal slechts 1 mogelijke ionlading heeft

De naam is zo beknopt mogelijk: de naam van het metaal (in deze voorbeelden respectievelijk natrium en aluminium) + de juiste uitgang afhankelijk van de stofklasse (in deze voorbeelden oxide).

Na2O natriumoxide

Al2O3 aluminiumoxide

Zowel natrium als aluminium hebben slechts 1 mogelijke ionlading in een samengestelde stof. Met behulp van de kennis van de ionladingen en de neutraliteitsregel kun je gemakkelijk zelf de formule opstellen, daarom bevat de naam alleen de essentiële onderdelen.

Groep 2 Ionverbindingen waarbij het metaal meerdere mogelijke ionladingen heeft

Er zijn 2 manieren om de naam weer te geven:

Voor de systematische naam noteer je het Griekse telwoord voor de index die bij het eerste element staat. Vervolgens noteer je de naam van het eerste element. Daarna het Griekse telwoord voor de index die bij het laatste deel van de formule staat en tot slot de juiste uitgang.

Voor de stocknotatie noteer je de naam van het metaal. Achter dat metaal schrijf je tussen haakjes de waarde van de lading (in Romeinse cijfers) en je eindigt met de juiste uitgang.

FeO ijzermonoxide of ijzer(II)oxide

Fe2O3 diijzertrioxide of ijzer(III)oxide

Van ijzer bestaan er 2 mogelijke oxiden. Om verwarring te vermijden, moet er extra informatie in de naam aanwezig zijn: met de naam 'ijzeroxide' kun je niet weten of je de formule FeO of Fe2O3 moet schrijven.

Groep 3 De atoomverbinding tussen niet-metalen

Twee niet-metalen kunnen onderling verschillende verbindingen vormen. Voor de naam wordt ook hier de systematische naam gebruikt: je noteert het Griekse telwoord voor de index die bij het eerste element staat. Vervolgens noteer je de naam van het eerste element, dan het Griekse telwoord voor de index die bij het laatste deel van de formule staat, en tot slot de juiste uitgang.

CO koolstofmonoxide CO2 koolstofdioxide

Ook hier zijn er verschillende oxiden van koolstof mogelijk. Er is een zeer groot verschil tussen die 2 stoffen. Omdat het echt belangrijk is dat er geen twijfel bestaat, wordt het Griekse telwoord 'mono' vaak expliciet geschreven.

Je hebt al het schema gezien waarmee je op basis van een gegeven formule de stof kunt indelen in de juiste stofklasse. Het volgende schema helpt je om op basis van een gegeven naam de stof in te delen in de juiste stofklasse:

Eindigt de naam op 'hydroxide'?

Het is een hydroxide

Eindigt de naam op 'oxide'?

Het is een oxide

Proefversie©VANIN

Eindigt de naam op 'zuur' of begint de naam met 'waterstof'?

Het is een zuur

Het is een binair zuur Eindigt de naam op -ide? Eindigt de naam NIET op -ide?

Het is een ternair zuur

Het is een zout

Het is een binair zout Eindigt de naam op -ide?

Het is een ternair zout Eindigt de naam NIET op -ide?

OPDRACHT 5

Vul aan met de juiste stofklasse voor de gegeven stofnamen.

Gebruik schema 2.

Naam

magnesiumoxide

calciumhydroxide

distikstofpentaoxide

waterstofbromide

waterstofsulfaat

natriumsulfide

magnesiumnitraat

dichloorheptaoxide

ammoniumhydroxide

waterstofsulfaat

koper(II)oxide

natriumoxide

calciumnitraat

ammoniumchloride

waterstofsulfide

waterstofnitriet

koolstofdioxide

OPDRACHT 6 DOORDENKER

Combineer de elementen.

Stofklasse

Proefversie©VANIN

Welke elementen moet je combineren om een formule, die tot de volgende stofklasse behoort, te vormen?

Zet ze ook in de juiste volgorde:

Gegeven elementen: Ca H N O

a niet-metaaloxide:

b metaaloxide:

c hydroxide:

OPDRACHT 7

ONDERZOEK

d ternair zuur:

e ternair zout:

Onderzoek nu zelf hoe je anorganische stoffen kunt indelen op basis van analoge chemische eigenschappen.

Ga naar en voer het labo uit.

De functionele groep is een atoomgroep die bepaalt dat verbindingen analoge chemischeeigenschappen vertonen. Op basis van die functionele groep kunnen we anorganische samengestelde stoffen onderverdelen in 4 stofklassen:

ANORGANISCHE STOFKLASSEN

Proefversie©VANIN

oxiden: MO of nMO

hydroxiden: MOH zuren: HZ zouten: MZ

Naamgeving van anorganische samengestelde stoffen:

Voor metalen met slechts 1 mogelijke ionlading ga je als volgt te werk om de naam te geven:

• naam van het metaal + juiste uitgang (oxide, hydroxide …) afhankelijk van de stofklasse

Voor metalen met meerdere mogelijke ionladingen heb je 2 opties om de naam te geven:

• systematische naam: je maakt gebruik van de Griekse voorvoegsels om de indexen weer te geven: Grieks telwoord + naam van het metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

• stocknotatie: je noteert de ionlading van het eerste element tussen haakjes achter de naam van dat element, maar zonder het plusteken: naam van het metaal (ionlading van het element zonder plusteken) + juiste uitgang

Voor atoombindingen maak je altijd gebruik van de Griekse voorvoegsels om de systematische naam te vormen: Grieks telwoord + naam van het eerste niet-metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 20-21.

Zijn de volgende stoffen organisch of anorganisch?

Op afbeelding a zie je een skeletnotatie, waarbij elke hoekpunt een C-atoom (met bijbehorende H-atomen) voorstelt.

Behoren volgende formules tot de oxiden, hydroxiden, zuren of zouten?

a CO: e HI:

b H2CO3: f Al(OH)3:

c KOH: g Na2O:

d KCl: h (NH4)3PO4:

Behoren de volgende stoffen tot de organische of anorganische stoffen?

Proefversie©VANIN

vliegtuigbrandstof

OrganischAnorganisch

d e f haar stenen olijfolie

Zijn de volgende stellingen over organische en anorganische stoffen juist of fout? Indien fout, verbeter alleen het onderlijnde deel.

a Maïsolie behoort tot de anorganische stoffen, want het is afkomstig van de dode natuur.

b De verzameling van de minerale verbindingen is zeer uitgebreid en bevat moleculen met een grote keuze uit atoomsoorten.

Proefversie©VANIN

Zijn de volgende voorstellingen zuivere stoffen of mengsels?

a b c d

Noteer de juiste stofklasse achter de volgende formules/namen. Wees zo specifiek mogelijk: bij oxiden maak je een onderscheid tussen metaal- en niet-metaaloxiden, bij zuren en zouten maak je een onderscheid tussen binair en ternair.

a AlPO4

b Na2O

c H2CO3

d Cl2O

e Fe(OH)2

Verbind de formules met de juiste naam.

a ijzer(II)oxide

b calciumhydroxide

c zwavelzuur

d koper(I)hydroxide

e salpeterigzuur

KOH ⦁ ⦁ chloorzuur

K2O ⦁

⦁ kaliumchloride

HClO3 ⦁ ⦁ kaliumoxide

HCl ⦁ ⦁ waterstofchloride

KCl ⦁ ⦁ kaliumhydroxide

` Meer oefenen? Ga naar .

De oxiden

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de algemene formule van een oxide schrijven.

Je leert nu:

L de algemene formule van een oxide;

L de oxiden verder indelen in metaaloxiden en niet-metaaloxiden;

L de eigenschappen en toepassingen van oxiden;

L de formule van oxiden opstellen;

L de naam van oxiden opstellen;

L via welke chemische reactie je een oxide kunt vormen.

Je hebt misschien al wel eens gehoord over oxideren en ook vorig jaar maakte je al kennis met het gevarenlogo voor oxiderende stoffen. Wanneer ijzer roest, ontstaat er een oxide. De gevormde stof is een zeer brosse verbinding: het heeft andere eigenschappen dan het oorspronkelijke metaal.

Wanneer een element een binding aangaat met zuurstof, ontstaat er een oxide. Concreet kun je dat doen door een stof te verbranden.

Oxiden zijn binaire verbindingen en zijn dus opgebouwd uit 2 atoomsoorten: een metaal of niet-metaal enerzijds en zuurstof anderzijds, waarbij zuurstof altijd als laatste wordt geschreven. We spreken respectievelijk dan ook over metaaloxiden en niet-metaaloxiden. Aangezien alle oxiden het element zuurstof gemeenschappelijk hebben, is zuurstof de functionele groep.

De oxiden kunnen nog verder worden ingedeeld: metaaloxiden MO niet-metaaloxiden nMO

De metaaloxiden zijn ionverbindingen aangezien ze opgebouwd zijn uit een metaal en een niet-metaal terwijl de niet-metaaloxiden atoombindingen zijn, want ze zijn opgebouwd uit 2 niet-metalen.

1 Wat is een oxide?

Zoals we in hoofdstuk 1 al hebben vermeld, moeten we bij de ionverbindingen, wat metaaloxiden zijn, een onderscheid maken tussen:

metalen met slechts 1 mogelijke ionlading; metalen met meerdere mogelijke ionladingen.

Proefversie©VANIN

TIP

Bij de kruisregel plaats je de lading van het eerste element als index bij het tweede element en omgekeerd.

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijke ionlading

Die metalen kunnen slechts 1 oxide vormen. Van zodra je weet over welk metaal het gaat, kun je gemakkelijk zelf door middel van de neutraliteitsregel of kruisregel de formule vormen. Het is dus niet nodig om het aantal ionen van elke soort in de naam te vermelden. De naam bevat alleen de naam van het metaalion met als uitgang ‘oxide’

VOORBEELD FORMULE EN NAAM VAN EEN METAAL MET 1 LADING

1 De naam en formule van het oxide van natrium (Na) natrium: 1+ want in groep Ia zuurstof: 2- want in groep VIa

Omwille van de neutraliteitsregel heb je 2 natriumionen nodig en 1 oxide-ion:

Na 1+ O 2- 1+ Na

Of je gebruikt de kruisregel:

Natrium staat in groep Ia en heeft dus een ionlading van 1+. Zuurstof staat in groep VIa en heeft een ionlading van 2-.

Je noteert de waarde van de ionlading van natrium bij zuurstof en omgekeerd.

Na O 1+ 2-

Hierdoor bekom je: Na2O1 → Na2O

De waarde 1 mag je weglaten. Als je nog kunt vereenvoudigen, dan doe je dat ook. De formule-eenheid is dus Na2O en de naam natriumoxide.

2 De formule van aluminiumoxide

Uit de naam halen we al dat de formule Al en O bevat. Aluminium heeft slechts 1 mogelijke ionlading, daarom moeten we de neutraliteitsregel of kruisregel toepassen om de formule te vormen. aluminium: 3+ want groep IIIa zuurstof: 2- want groep VIa

Proefversie©VANIN

Hierdoor bekom je als formule-eenheid voor aluminiumoxide: Al2O3. Je ziet dus dat je moet opletten wanneer de naam gegeven is voor metalen met slechts 1 mogelijke ionlading. Uit de naam aluminiumoxide kun je namelijk niet gemakkelijk de formule Al2O3 afleiden.

OPDRACHT 8

Oefen de formule en naam van een metaal met 1 ionlading.

1 Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het oxide van magnesium.

2 Wat is de juiste formule van lithiumoxide?

2.2 Metalen met meerdere mogelijke ionladingen

Hier zijn er meerdere oxiden mogelijk. Het is dus belangrijk dat er in de naam extra informatie wordt gegeven om te weten over welk oxide het juist gaat. Elke stof moet namelijk een unieke naam krijgen en bij elke naam hoort er slechts 1 stof:

Ofwel wordt er gebruik gemaakt van de stocknotatie waarbij de ionlading van het metaal tussen haakjes achter de naam van het metaal wordt genoteerd met een Romeins cijfer.

Dus: metaal + (ionlading) + oxide

Ofwel wordt de systematische naam gebruikt: hierbij wordt het aantal ionen van elke soort weergegeven met behulp van Griekse telwoorden. Dus: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

OPDRACHT 9

Oefen de formule en naam van metalen met meerdere mogelijke ionladingen.

1 Bepaal de formule van alle mogelijke oxiden van ijzer (Fe).

Proefversie©VANIN

Kruisregel

Formule-eenheid

Stocknotatie

Systematische naam

2 Geef een correcte naam voor de volgende metaaloxiden, gebruik de stocknotatie waar nodig:

Formule

Fe2O3

MgO

CaO

Ag2O

Cu2O

Al2O3

3 Vorm de formule-eenheid via de kruisregel en geef de systematische naam van lood(II)oxide.

4 Wat is de stocknotatie van dikoperoxide?

a Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bereken de ionlading van koper in deze stof:

c Noteer de stocknotatie van deze stof:

3 De niet-metaaloxiden

Niet-metaaloxiden zijn atoombindingen die in veel verschillende verhoudingen kunnen binden. Je zult dus altijd een systematische naam krijgen met Griekse telwoorden die aangeven hoeveel keer je elk atoom moet nemen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 10

Noteer de naam en formule van alle oxiden van chloor (Cl).

Formule

Cl2O3

Cl2O7

OPDRACHT 11

Systematische naam

dichlooroxide

dichloorpentaoxide

Geef een correcte naam voor de volgende niet-metaaloxiden. Vul de tabel aan.

Formule

Naam CO2 CO

P2O5

N2O4 SO3

Oxiden zijn binaire verbindingen: ze zijn opgebouwd uit een metaal of een niet-metaal en zuurstof. Er bestaan 2 soorten oxiden:

• metaaloxiden: MO

• niet-metaaloxiden: nMO

De functionele groep is zuurstof.

Metaaloxiden:

→ metalen met slechts 1 mogelijke ionlading:

• formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

• naam: metaal + oxide

→ metalen met meerdere mogelijke ionladingen:

• formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

• systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

• stocknotatie: metaal + (ionlading) + oxide

Niet-metaaloxiden:

• formule: meerdere mogelijkheden, uit de systematische naam weet je over welk niet-metaaloxide het gaat.

• systematische naam: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

4 Gebruik en toepassingen van oxiden

ontdekplaat: anorganische stofklassen

Proefversie©VANIN

Je staat er waarschijnlijk niet altijd bij stil, maar je wordt omringd door oxiden. Ontdek de belangrijkste toepassingen van oxiden via de ontdekplaat.

Eén van de meest gekende oxiden is ongetwijfeld koolstofdioxide of koolzuurgas CO2. Het is een zeer belangrijk broeikasgas, dat ontstaat bij de volledige verbranding van fossiele brandstoffen. Verder wordt het ook gebruikt in drank met prik. Je hebt thuis misschien een toestel om zelf spuitwater of limonade te maken. Dat is gevuld met koolstofdioxide onder hoge druk.

Afb. 5 Koolstofdioxide ontstaat bij heel wat verbrandingsprocessen.

Maar dat gas zit ook in sommige brandblusapparaten. Aangezien koolstofdioxide een hogere dichtheid heeft dan lucht, stijgt het gas niet en zorgt het ervoor dat er geen zuurstofgas meer aan het vuur kan waardoor het vuur dooft.

Wanneer koolstofdioxide zodanig wordt afgekoeld dat het vast wordt, wordt het droogijs genoemd. Dat wordt vooral als koelmiddel gebruikt, maar ook als ‘showeffect’ bij optredens, bepaalde cocktails … Pas toch op met die stof. Zoals gezegd: koolstofdioxide heeft een hogere dichtheid dan lucht, dus bij heel grote hoeveelheden kun je sterven door zuurstofgebrek.

Proefversie©VANIN

video: rij ballonvrij

Wanneer fossiele brandstoffen verbrand worden in zuurstofarme omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer een schoorsteen onvoldoende lucht en dus ook zuurstofgas doorlaat, ontstaat het zeer giftige koolstofmonoxide CO. Aangezien dat een kleurloos en geurloos gas is, wordt het vaak de stille sluipdoder genoemd. Spijtig genoeg sterven er in België nog jaarlijks veel mensen aan een CO-vergiftiging.

Een ander gasvormig oxide dat je misschien kent, is distikstofoxide N2O of lachgas. Die stof wordt onder andere gebruikt in slagroompatronen en om het vermogen van een motor op te drijven (denk maar aan de filmreeks ‘Fast and Furious’).

Afb. 9 Nitrofles om het vermogen van

WEETJE

Vroeger werd lachgas als verdovingsmiddel gebruikt, maar de laatste jaren wordt het vooral misbruikt: het wordt nu als drug gebruikt en is zeer gevaarlijk. Daarom is de verkoop van lachgas sinds 5 maart 2021 verboden aan minderjarigen. Bekijk de ‘Rij ballonvrij’-campagne in Nederland over de gevaren van lachgas.

Wanneer je kijkt naar de ingrediëntenlijst van voedingsstoffen, dan zie je vaak E-nummers staan. Zo verwijst E220 naar zwaveldioxide SO2. Het wordt toegevoegd aan bijvoorbeeld rozijnen of gedroogde abrikozen.

Gedroogde abrikozen

Ingrediënten: Abrikozen, antioxidant: zwaveldioxide (E220)

Gemiddelde voedingswaarde

Afb. 11 Zwaveldioxide in gedroogde abrikozen

Afb. 6 Koolstofdioxide als droogijs

Afb. 7 Een schoorsteen moet geregeld worden gereinigd.

Afb. 8 Slagroomspuit

wagens op te drijven

Afb. 10 Snelle auto’s in Fast and Furious

WEETJE

Een vast metaaloxide dat spijtig genoeg heel gemakkelijk wordt gevormd, is diijzertrioxide of roest Fe2O3. Van zodra er lucht en water aan een nietbeschermd ijzeren voorwerp kunnen, begint het ijzer te roesten. Het metaal verliest zijn eigenschappen zoals sterkte en plooibaarheid en de stof wordt zeer bros en verpulvert gemakkelijk.

Proefversie©VANIN

Calciumoxide of ongebluste kalk wordt vaak gebruikt als droogmiddel of zuiveringsmiddel omdat het graag water en/of koolstofdioxide opneemt. Beton zal sneller uitharden door er calciumoxide aan toe te voegen.

In de stad Mainz in het westen van Duitsland hebben archeologen na jaren onderzoek het deksel gelicht van een 1 000 jaar oude sarcofaag. In de grafkist vonden ze de bijna volledig vergane resten van een persoon aan, mogelijk een geestelijke uit de 11de eeuw. De wetenschappers vermoedden dat de overledene allicht met ongebluste kalk werd bedekt om het ontbindingsproces te versnellen.

Bron: hln.be, 08/06/2019

Formule Systematische naamStocknotatieTriviale naam Toepassing/eigenschap

CO2 koolstofdioxide koolzuurgas • brandblusapparaat • drank met prik

N2O distikstofoxide lachgas anesthesie

Fe2O3 diijzertrioxide ijzer(III)oxide roest roesten van ijzer

SO2 zwaveldioxide bewaarmiddel

CO koolstofmonoxide ontstaat bij slechte verbranding en is zeer giftig

CaO calciumoxide ongebluste kalk

Afb. 12 Roest is een vast metaaloxide.

Afb. 13 Beton met calciumoxide hardt sneller uit.

5 Reactiepatronen

5.1 Vorming metaaloxiden

OPDRACHT 12

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een metaal.

Werkwijze

Je leerkracht neemt een stukje magnesiumlint vast met een tang en steekt het in brand. Vervolgens voegt je leerkracht er een beetje water met universeel-indicatoroplossing aan toe.

Waarnemingen

Proefversie©VANIN

Besluit

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd. Het bevat geen concrete stoffen op zuurstofgas, water … na. De coëfficiënten moeten dus niet worden aangepast.

reactiepatroon: metaal + zuurstofgas → metaaloxide M + O2 → MO

De reactievergelijking bevat wel concrete stoffen en volgt het reactiepatroon. Hierbij moeten natuurlijk de coëfficiënten in orde worden gebracht:

reactievergelijking: 2 Mg + O2 → 2 MgO

DEMO

5.2 Vorming niet-metaaloxiden

OPDRACHT 13

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een niet metaal.

Werkwijze

Je leerkracht neemt een oude glazen pot met plastieken deksel en steekt een verbrandingslepel door het deksel door de achterzijde van de verbrandingslepel even te verwarmen.

Vervolgens wordt een bodempje water met universeel-indicatoroplossing toegevoegd in de glazen pot.

Je leerkracht vult de verbrandingslepel met zwavel, steekt de zwavel aan en brengt de brandende zwavel boven het vloeistofoppervlak. De pot wordt gesloten.

Waarnemingen

Proefversie©VANIN

Besluit

reactiepatroon: niet-metaal + zuurstofgas → niet-metaaloxide nM + O2 → nMO

reactievergelijking: S8 + 8 O2 → 8 SO2

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd.

reactiepatroon vorming metaaloxiden: metalen + zuurstofgas → metaaloxiden M + O2 → MO

reactiepatroon vorming niet-metaaloxiden: niet-metalen + zuurstofgas → niet-metaaloxiden nM + O2 → nMO

` Maak oefening 1 t/m 8 op p. 32-33.

DEMO

Zijn de volgende stoffen metaaloxiden (MO), niet-metaaloxiden (nMO) of behoren ze tot een andere stofklasse (/)?

a aluminiumhydroxide

b dibroomtrioxide

c waterstofcarbonaat

Proefversie©VANIN

Vorm de formule van het oxide van de volgende elementen. Als een bepaald element meerdere mogelijke ionladingen heeft, schrijf je alle opties.

a aluminium

b cadmium

Noteer de juiste naam naast de formules van de vorige oefening.

Van volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven. Schrijf telkens de andere naam/namen en/of formule. Indien er van een bepaalde stof geen stocknotatie bestaat, leg je uit waarom niet.

a kaliumoxide

b lood(IV)oxide

c koolstofmonoxide

d kopermonoxide

e Br2O3

Schrijf de juiste formule van alle oxiden die bij de ingrediënten hieronder vermeld worden. magnesiumoxide; Vulstof: Hydroxypropylmethylcellulose (E464);

Bevochtigingsmiddel: Sorbitol; Antiklontermiddel: Magnesiumstearaat (E470b); Kleurstof: E171; Verdikkings-middel: Siliciumdioxide. 1 capsule bevat 450 mg MAGNESIUM ELEMENT (120% Referentie inname).

Behoren de volgende stoffen tot de metaaloxiden (MO) of de niet-metaaloxiden (nMO)?

a lachgas

b roest

Schrijf het reactiepatroon voor de vorming van:

a een niet-metaaloxide:

b een metaaloxide:

c ongebluste kalk

d koolzuurgas

Hoort bij de volgende reacties reactiepatroon a of b (uit de vorige oefening)?

a P4 + 5 O2 → 2 P2O5

b 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3

c 2 C + O2 → 2 CO

d de reactie beschreven in volgende tekst: Alkalimetalen zijn zo zacht dat je ze met een mes kunt snijden. Natrium reageert zo snel met zuurstofgas in de lucht dat het oppervlak al na enkele minuten dof wordt.

Proefversie©VANIN

` Meer oefenen? Ga naar .

Natrium: een zacht alkalimetaal

De hydroxiden

LEERDOELEN

Je kunt al:

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de naam en formule van oxiden opstellen.

Je leert nu:

L de algemene formule van een hydroxide schrijven;

L de eigenschappen en toepassingen van hydroxiden;

L de formule van hydroxiden opstellen;

L de naam van hydroxiden opstellen;

L via welke chemische reactie je een hydroxide kunt vormen.

Proefversie©VANIN

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op de hydroxiden. In hoofdstuk 1 heb je al kennisgemaakt met die stofklasse.

1 Wat is een hydroxide?

Een hydroxide is een verbinding van een metaal met 1 of meerdere hydroxidegroepen (OH--groepen). Het zijn dus allemaal ionverbindingen. De functionele groep is het hydroxide-ion: OH-. De lading van het hydroxide-ion is -I, aangezien zuurstof een lading van -II heeft en waterstof een lading van +I. De algemene formule van een hydroxide is dus MOH Er komt nooit een andere index dan 1 voor bij het metaal.

In de plaats van een metaalion kan ook het ammoniumion (NH4+) gebonden worden.

WEETJE

Ook al zijn hydroxiden ionverbindingen, toch is er ook een atoombinding aanwezig. De binding tussen het metaal en zuurstof is een binding tussen een metaal en een niet-metaal, en bijgevolg een ionbinding. Maar zuurstof is ook gebonden met waterstof. Dat zijn 2 niet-metalen en die vormen dus samen een atoombinding. Zuurstof en waterstof vormen samen een apart gecombineerd ion: het hydroxide- ion OH-

2

Formule- en naamvorming

De formule- en naamvorming verloopt analoog aan die van de metaaloxiden.

Voor hydroxiden met het ammoniumion of met een metaalion dat slechts 1 mogelijke ionlading heeft, lees je de lading af uit het PSE en vorm je de formule door de kruisregel toe te passen. De naamgeving is: metaal (of ammonium) + hydroxide

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 14

Oefen de naam en formule van hydroxiden.

1 Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van magnesium.

2 Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van ammonium.

OPDRACHT 14 (VERVOLG)

3 Vul de volgende tabel voor de hydroxiden van koper aan.

lading koperion 1+

Kruisregel

Formule-eenheid

Systematische naam

Stocknotatie

4 Wat is de stocknotatie van loodtetrahydroxide?

Vorm eerst de formule-eenheid:

Bepaal de ionlading van lood in deze stof:

lading koperion 2+

Proefversie©VANIN

Noteer de stocknotatie:

Hydroxiden zijn ionverbindingen tussen een metaalion en het hydroxide-ion.

Het hydroxide-ion is de functionele groep en heeft een ionlading van -I: OH-

NH4+ = ammoniumion

Indien het metaal slechts 1 mogelijke ionlading heeft:

• formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

• naam: metaal (of ammonium) + hydroxide

Wanneer het metaal meerdere mogelijke ionladingen heeft:

• formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

• systematische naam: metaal + Grieks telwoord + hydroxide

• stocknotatie: metaal + (ionlading) + hydroxide

3 Gebruik en toepassingen van hydroxiden

In het dagelijks leven worden veel hydroxiden gebruikt bij het poetsen. Zo is natriumhydroxide of bijtende soda NaOH een zeer sterke ontstopper. Een oplossing van natriumhydroxide lost haren en zeepresten op. Doe bijvoorbeeld een aantal haren in een bekerglas. Voeg er een beetje vloeibare ontstopper aan toe. Laat de oplossing even staan. De haren lossen langzaamaan op: ze worden eerst dunner, worden dan afgebroken in kortere stukjes en lossen uiteindelijk op. Wanneer je die stof gebruikt, moet je extra voorzichtig zijn. Het is namelijk een zeer corrosieve stof en ze kan dus brandwonden veroorzaken.

Een speciaal geval is ammoniak NH3. Wanneer je NH3 oplost in water, ontstaat er ammoniumhydroxide NH4OH. In thema 04 gaan we dieper in op dat oplosproces. Die oplossing wordt vooral gebruikt voor haar ontvettende eigenschappen om bijvoorbeeld ramen te poetsen. Als je de stof eenmaal geroken hebt, zul je ze nooit meer vergeten. De stof staat bekend voor zijn zeer indringende geur. Maar let op, het kan je slijmvliezen irriteren. Dezelfde doordringende geur kun je in stallen ruiken. Ammoniak komt namelijk ook in mest voor.

Tijdens de labo’s zul je geregeld gebruikmaken van calciumhydroxide, gebluste kalk of kalkwater Ca(OH)2. Die oplossing kan gebruikt worden om koolstofdioxide aan te tonen!

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 15

Je leerkracht onderzoekt wat er gebeurt wanneer je koolstofdioxide aan kalkwater toevoegt.

Werkwijze

Je leerkracht maakt een oplossing van kalkwater. Dat doe je door calciumoxide in water op te lossen. Vervolgens schenkt je leerkracht ongeveer 2 mL van die oplossing in een proefbuis en blaast voorzichtig met een rietje in de oplossing.

Waarnemingen

Wanneer je kalkwater met koolstofdioxide mengt,

Besluit

Je kunt kalkwater gebruiken om koolstofdioxide aan te tonen.

Afb. 14 In ontstopper zit natriumhydroxide.

Afb. 15 Ammoniak werkt ontvettend. DEMO

Formule Systematische naamTriviale naam Toepassing/eigenschap Ca(OH)2 calciumhydroxide gebluste kalk indicator voor koolstofdioxide

NaOH natriumhydroxide bijtende soda ontstopper

NH4OH ammoniumhydroxide / ontvetter

Proefversie©VANIN

4

Reactiepatroon

Bij het experiment met kalkwater hebben we zelf kalkwater gemaakt door calciumoxide in water op te lossen:

reactiepatroon: metaaloxide + water → hydroxide MO + H2O → MOH

reactievergelijking: CaO + H2O → Ca(OH)2

OPDRACHT 16

Bij opdracht 12 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing blauw-groen kleurt na toevoegen van magnesiumoxide.

Welke pH komt met deze kleur overeen?

reactiepatroon: metaaloxide (MO) + water (H2O) → hydroxide (MOH)

reactievergelijking: 2 MgO + H2O → Mg(OH)2

Doordat er bij de reactie van een metaaloxide met water een hydroxide gevormd wordt, noemt men de metaaloxiden ook wel basevormende oxiden (zie ook hoofdstuk 5). Dat geldt wel alleen voor oxiden uit groep IA en IIA.

Reactiepatroon voor de vorming van hydroxiden:

metaaloxide + water → hydroxide

MO + H2O → MOH

Metaaloxiden zijn basevormende oxiden.

` Maak oefening 1 t/m 10 op p. 39-40.

Vorm de formule van de hydroxiden van Cu.

2 3 4 5 6 7

Ook al heeft chloor een mogelijk ionlading van +VII en kun je door de kruisregel correct toe te passen de formule Cl(OH)7 bekomen, toch is dit geen juiste formule voor een hydroxide. Leg uit waarom niet.

Proefversie©VANIN

Van de volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven. Noteer telkens de andere naam/namen en/of formule. Als er van een bepaalde stof geen stocknotatie bestaat, leg je uit waarom niet.

a ijzer(III)hydroxide

b CuOH

c KOH

d aluminiumhydroxide

e ammoniumhydroxide

Wat is de systematische naam van de volgende triviale namen?

a gebluste kalk

b ontstopper

Omcirkel alle basevormende oxiden.

a SO2 c K2O

b NaOH d CO2

Omcirkel alle basevormende oxiden.

a koolstofdioxide c natriumoxide

b zwaveltrioxide d natriumhydroxide

Verklaar waarom Ca(OH)2 ook wel gebluste kalk genoemd wordt.

Formule

Systematische naam

Stocknotatie zinkhydroxide

ijzer(III)hydroxide

Proefversie©VANIN

looddihydroxide

Vorm de naam en formule van alle hydroxiden van chroom:

lading Cr: 2+

lading Cr: 3+

lading Cr: 6+

Formule-eenheid

Systematische naam

Stocknotatie

Omcirkel alle juiste formules van hydroxiden.

a Cl(OH)3 c MgOH

b CuOH d Fe(OH)3

` Meer oefenen? Ga naar .

De zuren

LEERDOELEN

Je kunt al:

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen.

Je leert nu:

L de algemene formule van een zuur;

L de zuren verder indelen in binaire en ternaire zuren;

L de eigenschappen en toepassingen van zuren;

L de formule van binaire en ternaire zuren;

L de naam van binaire en ternaire zuren;

L via welke chemische reactie je een binair en ternair zuur kunt vormen.

Proefversie©VANIN

Je hebt misschien al wel eens iets zuurs gegeten: een schijfje citroen of een zuur snoepje. Tijdens de lessen chemie mag je natuurlijk niet proeven, daarom hebben we tijdens het practicum andere manieren geleerd om te bepalen of een stof tot de zuren behoort of niet. In dit hoofdstuk gaan we verder in op die stofklasse.

Een zuur is opgebouwd uit een waterstofatoom en een zuurrest. Het waterstofatoom is de functionele groep. De zuurrest kan een niet-metaal zijn of een niet-metaal en 1 of meerdere zuurstofatomen. De algemene formule van een zuur is HZ.

Aangezien alle zuren een vaste formule hebben, moet de index bij het waterstofatoom nooit vermeld worden in de naam. Afhankelijk van de samenstelling van de zuurrest, kunnen de zuren in 2 groepen ingedeeld worden:

1 Zuren waarbij de zuurrest alleen uit een niet-metaal bestaat, zijn de binaire zuren (ze bestaan uit 2 atoomsoorten). De algemene formule van een binair zuur is HnM.

2 Dat in tegenstelling tot de ternaire zuren, waarbij de zuurrest naast een niet-metaal ook nog zuurstof bevat. De algemene formule voor een ternair zuur is HnMO

Zowel de binaire als de ternaire zuren zijn alleen opgebouwd uit niet-metalen. Het zijn dus allemaal atoombindingen. Zuren vormen dus steeds aparte moleculen. Aangezien de zuurrest heel belangrijk is voor zouten, zal er in het deel van de zuren al extra aandacht gespendeerd worden aan de zuurresten.

1 Wat is een zuur?

2 Binaire zuren

OPDRACHT 17

Een binair zuur is opgebouwd uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal HZ of HnM is de algemene formule voor een binair zuur.

De lading van waterstof is steeds +I en ook die van het niet-metaal kun je makkelijk terugvinden op het PSE. Op die manier kun je zeer gemakkelijk de formule van de binaire zuren afleiden.

Bepaal de formule van het binaire zuur met zwavel.

Proefversie©VANIN

Van 1 binair zuur moet je ook de triviale naam kennen. De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur

De naam van de binaire zuren is als volgt: waterstof + verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’. Omdat de formule voor de zuren vastligt, wordt er nooit met Griekse telwoorden gewerkt.

De zuurrest is heel belangrijk voor de vorming van zouten. Merk op dat de getalwaarde van de negatieve lading van de zuurrest steeds overeenstemt met het aantal waterstofatomen in de formule van het zuur. Voorbeeld:

HCl -1 H+ → ClH2S -2 H+ → S2-

De naam voor de zuurrest is volledig analoog aan de naam van het zuur zelf, alleen worden de waterstoffen niet meer vermeld, omdat die eraf gehaald zijn. De naam van de zuurrest wordt gevormd door de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’.

De extra uitgang ‘-ion’ wijst erop dat het over een geladen deeltje gaat en dat het geen volledige verbinding is: er is nog een positief deel nodig om de formule compleet te maken.

Het is belangrijk om de zuurrest te kennen:

Brutoformule Systematische naamZuurrest Naam zuurrest

HF waterstoffluorideF- fluoride-ion

HCl waterstofchloride Cl- chloride-ion

HBr waterstofbromideBr- bromide-ion

HI waterstofjodideI- jodide-ion

H2S waterstofsulfideS2- sulfide-ion

Tabel 3 Binaire zuren en zuurresten

3 Ternaire zuren

De naam zegt het zelf: de ternaire zuren zijn opgebouwd uit 3 atoomsoorten. Naast waterstof en een niet-metaal is er ook altijd minstens 1 zuurstofatoom aanwezig: HnMO is de algemene formule voor een ternair zuur. Ook hier is de functionele groep het waterstofatoom.

Proefversie©VANIN

De ternaire zuren kun je indelen in de stamzuren, die het vaakst voorkomen, en de afgeleide zuren

Het aantal waterstof- en zuurstofatomen in de formule kun je niet afleiden uit het PSE of uit de naam. Je moet de formule van de zuren dus zeer goed uit het hoofd leren!

De naam voor de stamzuren is analoog aan die van de binaire zuren, alleen is de uitgang niet -ide, maar -aat: waterstof + verkorte Latijnse naam + ‘-aat’. De meeste ternaire zuren hebben ook een triviale naam.

De zuurrest vorm je analoog aan die van de binaire zuren. Je haalt een of meer waterstofionen uit de formule. Per waterstofion krijgt de zuurrest een lading van -1. In de naam laat je ‘waterstof’ weg, maar voeg je ‘ion’ toe om aan te geven dat het een geladen deeltje is.

Ook hier is het heel belangrijk om de zuurrest te kennen: die hebben we nog nodig om de zouten te vormen:

Brutoformule Systematische naamTriviale naamZuurrest Naam zuurrest

H2CO3 waterstofcarbonaat koolzuur CO32- carbonaation

HNO3 waterstofnitraat salpeterzuurNO3- nitraation

H3PO4 waterstoffosfaat fosforzuurPO43- fosfaation

H2SO4 waterstofsulfaat zwavelzuurSO42- sulfaation

HClO3 waterstofchloraat chloorzuur ClO3- chloraation

HBrO3 waterstofbromaat broomzuur BrO3- bromaation

HIO3 waterstofjodaat joodzuur IO3- jodaation

Van verschillende ternaire zuren bestaan er afgeleide zuren omdat ze meer of minder zuurstofatomen in de formule hebben in vergelijking met het stamzuur. De formule hiervan ziet er hetzelfde uit als die van de stamzuren, alleen verschilt het aantal zuurstofatomen. Als je de stamzuren goed kent, kun je de naam en de formule van alle andere afgeleide zuren opstellen:

Tabel 4 Ternaire zuren en zuurresten

Brutoformule Systematische naamTriviale naam Zuurrest Naam zuurrest

HClO4 waterstofperchloraat perchloorzuur ClO4- perchloraation

HClO3 waterstofchloraat chloorzuur ClO3- chloraation

HClO2 waterstofchloriet chlorigzuur ClO2- chlorietion

HClOwaterstofhypochloriethypochlorigzuur ClO- hypochlorietion

Proefversie©VANIN

In de lewisstructuur wordt rond het symbool van het element de valentie-elektronen weergegeven. TIP

Wanneer het afgeleide zuur 1 zuurstofatoom meer bevat dan het stamzuur, dan wordt er ‘per’ toegevoegd aan de naam.

Wanneer het afgeleide zuur 1 zuurstofatoom minder bevat dan het stamzuur, dan wordt de stamuitgang ‘-aat’ vervangen door ‘-iet’ (of ‘-ig’ in de triviale naam).

Wanneer het afgeleide zuur nog een zuurstofatoom minder bevat, dan wordt er ‘hypo’…’iet’ toegevoegd aan de naam.

Het totale overzicht van ternaire zuren ziet er dan als volgt uit:

Brutoformule Systematische naamTriviale naam Zuurrest Naam zuurrest

H2CO3 waterstofcarbonaatkoolzuur CO32- carbonaation

HNO3 waterstofnitraatsalpeterzuurNO3- nitraation

HNO2 waterstofnitrietsalpeterigzuurNO2- nitrietion

H3PO4 waterstoffosfaatfosforzuurPO43- fosfaation

H3PO3 waterstoffosfietfosforigzuurPO33- fosfietion

H3PO2 waterstofhypofosfiethypofosforigzuurPO23- hypofosfietion

H2SO4 waterstofsulfaatzwavelzuurSO42- sulfaation

H2SO3 waterstofsulfietzwaveligzuurSO32- sulfietion

HClO4 waterstofperchloraatperchloorzuur ClO4- perchloraation

HClO3 waterstofchloraatchloorzuur ClO3- chloraation

HClO2 waterstofchlorietchlorigzuur ClO2- chlorietion

HClOwaterstofhypochloriethypochlorigzuur ClO- hypochlorietion

De afgeleide zuren van HBrO3 en HIO3 zijn volledig analoog aan die van HClO3 Je hebt vorig jaar geleerd om lewisstructuren te tekenen. Hoe ziet de lewisstructuur van ternaire zuren eruit?

Om de structuurformule van ternaire zuren te tekenen, moeten we er rekening mee houden dat elk atoom in de molecule een edelgasconfiguratie bezit.

Bij de ternaire zuren staat het kenmerkende niet-metaal altijd centraal. De zuurstofatomen zijn gebonden aan het kenmerkende niet-metaal en de waterstofatomen zijn gebonden aan een zuurstofatoom.

Tabel 5 Afgeleide namen van het standaardzuur

Tabel 6 Ternaire zuren en zuurresten

Je komt tot een goed resultaat door deze stappen te volgen:

1 Je schrijft telkens het centraal niet-metaal en daarrond het aantal zuurstofatomen uit in de formule. De waterstofatomen schrijf je vervolgens altijd bij een zuurstofatoom.

2 Je tekent het aantal elektronen bij elk element.

3 Je vormt vrije elektronenparen en atoombindingen zodat elk atoom de edelgasconfiguratie bekomt (8 elektronen dus, 2 in het geval van waterstof).

VOORBEELD H2CO3

koolzuur (H2CO3)

1 Het koolstofatoom wordt omgeven door 3 zuurstofatomen.

2 waterstofatomen worden getekend bij respectievelijk 2 verschillende zuurstofatomen.

2 Het koolstofatoom heeft 4 ongepaarde elektronen, het zuurstofatoom 2 en het waterstofatoom 1.

3 Koolstof moet dus 4 covalente bindingen aangaan, zuurstof 2 en waterstof 1. Aangezien bij koolzuur 2 zuurstofatomen gebonden zijn met koolstof én waterstof, blijven op het resterende O-atoom en op C 2 vrije elektronen over. Die worden gebruikt om een dubbele binding te vormen. Elk atoom heeft nu de edelgasconfiguratie.

VOORBEELD HNO2

salpeterigzuur (HNO2)

1 Stikstof wordt omgeven door 2 zuurstofatomen, 1 waterstofatoom tekenen we naast een zuurstofatoom.

2 Het stikstofatoom heeft 3 ongepaarde elektronen, het zuurstofatoom 2 en het waterstofatoom 1.

Proefversie©VANIN

3 N moet dus 3 covalente bindingen aangaan, zuurstof 2 en waterstof 1. Aangezien bij salpeterigzuur 2 zuurstofatomen gebonden zijn met koolstof én waterstof, blijven op het resterende O-atoom en op N 2 vrije elektronen over. Die worden gebruikt om een dubbele binding te vormen. Elk atoom heeft nu de edelgasconfiguratie.

VOORBEELD H2SO4: DATIEVE (OF DONOR-ACCEPTOR) BINDING

Opgelet! Wanneer je nu de lewisvoorstelling van zwavelzuur (H2SO4) of fosforzuur (H3PO4) tekent door elektronenparen te vormen en atoombindingen, merk je dat er een probleem is om 4 zuurstofatomen aan het zwavelatoom (respectievelijk fosforatoom) en een waterstofatoom te binden.

H2SO4 : datieve binding

1 Zwavel wordt omgeven door 4 zuurstofatomen, 2 waterstofatomen tekenen we naast een zuurstofatoom.

2 Het zwavelatoom en de zuurstofatomen hebben 2 ongepaarde elektronen en het waterstofatoom 1.

3 Nadat de waterstofatomen met zuurstof binden, en die zuurstofatomen aan het centrale zwavelatoom worden gebonden, zijn er bij de resterende 2 zuurstofatomen telkens 2 ongepaarde elektronen aanwezig om een binding mee te vormen, maar het zwavelatoom heeft al de octetstructuur en heeft enkel nog elektronenparen ter beschikking.

datieve binding

Proefversie©VANIN

Om toch een zwavelzuurmolecule te kunnen vormen, nemen we aan dat de 2 vrije elektronen op zuurstof samen een elektronenpaar vormen en dat het zwavelatoom zijn vrije elektronenparen zal delen met telkens 1 zuurstofatoom. Op die manier zal elk atoom in de molecule de octetstructuur bereiken.

VOORBEELD H3PO4: DATIEVE (OF DONOR-ACCEPTOR) BINDING

H3PO4: datieve binding

1 Fosfor wordt omgeven door 4 zuurstofatomen, 3 waterstofatomen tekenen we naast een zuurstofatoom.

2 Het fosforatoom heeft 3 ongepaarde elektronen, de zuurstofatomen hebben 2 ongepaarde elektronen en het waterstofatoom 1.

Proefversie©VANIN

datieve binding

3 Opgelet! Er is opnieuw een probleem om 4 zuurstofatomen aan een fosforlatoom en een waterstofatoom te binden. Nadat de waterstofatomen met zuurstof binden en die zuurstofatomen aan het centrale fosforatoom worden gebonden, zijn er bij het resterend zuurstofatoom telkens 2 ongepaarde elektronen aanwezig om een binding mee te vormen, maar het fosforatoom heeft al de octetstructuur en heeft enkel nog elektronenparen ter beschikking.

We nemen opnieuw aan dat de 2 vrije elektronen op zuurstof samen een elektronenpaar vormen en dat het fosforatoom zijn vrij elektronenpaar zal delen met 1 zuurstofatoom. Op die manier zal elk atoom in de molecule de octetstructuur bereiken.

Een binair zuur:

bestaat uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal.

De ionlading van het niet-metaal leidt je af uit het PSE.

Om de naam te vormen, vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -ide.

De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur

Je kunt de zuurrest vormen door 1 of meerdere waterstofionen uit de formule van het zuur te verwijderen.

Per waterstofion dat je verwijdert, krijgt de zuurrest een extra lading van 1-.

De te kennen binaire zuren en zuurresten zijn:

Brutoformule Systematische naam Zuurrest Naam zuurrest

HF waterstoffluoride F- fluoride-ion

HCl waterstofchloride Cl- chloride-ion

HBr waterstofbromide Br- bromide-ion

HI waterstofjodide I- jodide-ion

H2S waterstofsulfide S2- sulfide-ion

Proefversie©VANIN

Een ternair zuur:

bevat, naast waterstof en een niet-metaal, ook altijd minstens 1 zuurstofatoom.

Om de naam van een stamzuur van de ternaire zuren te vormen, vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -aat

De te kennen stamzuren en hun zuurresten zijn:

Brutoformule Systematische naamTriviale naamZuurrest Naam zuurrest

H2CO3 waterstofcarbonaat koolzuur CO32- carbonaation

HNO3 waterstofnitraat salpeterzuurNO3- nitraation

H3PO4 waterstoffosfaat fosforzuurPO43- fosfaation

H2SO4 waterstofsulfaat zwavelzuurSO42- sulfaation

HClO3 waterstofchloraat chloorzuur ClO3- chloraation

HBrO3 waterstofbromaat broomzuur BrO3- bromaation

HIO3 waterstofjodaat joodzuur IO3- jodaation

De te kennen afgeleide zuren en hun zuurresten:

Brutoformule Systematische naamTriviale naamZuur-rest Naam zuurrest

H2CO3 waterstofcarbonaat koolzuur CO32- carbonaation

HNO3 waterstofnitraat salpeterzuurNO3- nitraation

HNO2 waterstofnitriet salpeterigzuurNO2- nitrietion

H3PO4 waterstoffosfaat fosforzuurPO43- fosfaation

H3PO3 waterstoffosfiet fosforigzuurPO33- fosfietion

H3PO2 waterstofhypofosfiethypofosforigzuurPO23- hypofosfietion

H2SO4 waterstofsulfaat zwavelzuurSO42- sulfaation

H2SO3 waterstofsulfiet zwaveligzuurSO32- sulfietion

HClO4 waterstofperchloraatperchloorzuur ClO4- perchloraation

HClO3 waterstofchloraat chloorzuur ClO3- chloraation

HClO2 waterstofchloriet chlorigzuur ClO2- chlorietion

HClO waterstofhypochloriethypochlorigzuur ClO- hypochlorietion

4 Gebruik en toepassingen van zuren

ontdekplaat: anorganische stofklassen

Het zuur dat aanwezig is in je maag, is zoutzuur of HCl. Het helpt bij de vertering van voedingsstoffen. Zoutzuur is vrij corrosief. Dat kun je gewaarworden wanneer je regelmatig moet overgeven of wanneer de klep tussen je slokdarm en je maag niet meer goed werkt. Je maag is door onder andere een slijmvlieslaag beschermd tegen die zure brij, maar je slokdarm kan er serieus door aangetast worden.

Bij vulkaanuitbarstingen komt (di)waterstofsulfide of H2S vrij. Mogelijk heb je die zeer specifieke geur ook al waargenomen bij rotte eieren of stinkbommen.

WEETJE

Proefversie©VANIN

gezonde maag re ux gezonde maag re ux

Bij de vulkaanuitbarsting op La Palma in 2021 werd de bevolking gewaarschuwd voor giftige zoutzuurdampen. Als lava met een temperatuur van 1 000 °C in contact komt met zout water, dan kunnen er giftige dampen ontstaan. De chemische reactie resulteert dan in een zoutzuurhoudende gaswolk. Dat fenomeen is gekend als ‘laze', een samentrekking tussen ‘lava' en ‘haze' (nevel). De giftige dampen kunnen ademhalings- en huidproblemen veroorzaken.

Bron: standaard.be, 29/09/2021

Onder de ternaire zuren is koolzuur of H2CO3 ongetwijfeld het zuur dat het meest gekend is. Het is het zuur dat gevormd wordt wanneer koolstofdioxide in water wordt opgelost.

Maar ook van zwavelzuur of H2SO4 heb je waarschijnlijk al gehoord. Het is aanwezig in een autobatterij, maar komt spijtig genoeg vooral in het nieuws omwille van zijn corrosieve eigenschappen. De krant bericht soms over mensen die verminkt werden door een zwavelzuuraanval. Het is een sterk hygroscopische stof. Dat wil zeggen dat zwavelzuur water heel hard aantrekt. Zo hard dat het al het vocht uit je cellen trekt met zware brandwonden tot gevolg.

Afb. 17 Giftige zoutzuurdampen en waterstofsulfidedampen

Afb. 18 In spuitwater zit koolzuur.

Afb. 19 Zwavelzuur veroorzaakt ernstige brandwonden.

Afb. 16 Zoutzuur in de maag helpt bij de vertering. Relfux is een aandoening waarbij de zure maaginhoud terugvloeit in de slokdarm.

Wil je weten wat er gebeurt nadat je cola gedronken hebt? Op vind je een artikel terug.

Bij het maken van oplossingen van geconcentreerd zuur start je met een bodempje water waaraan je de benodigde hoeveelheid zuur toevoegt. Als je water aan geconcentreerd zuur toevoegt, kan er namelijk zoveel warmte vrijkomen dat het spat! 'Water op zuur geeft vuur', zegt men weleens.

Afb. 20 Water op zuur geeft vuur. GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H4_Overgieten.ai water geconcentreerd

Vandaag gebruiken we nog de oude benaming voor suiker: koolhydraten. Wetenschappers dachten vroeger dat suiker was opgebouwd uit koolstof en 1 of meerdere moleculen water. Cola is de enige frisdrank die niet alleen koolzuur, maar ook fosforzuur of H3PO4 bevat.

Formule

Proefversie©VANIN

Afb. 21 4 foto’s van dezelfde wijsheidstand: linksboven in zijn oorspronkelijke staat, rechtsboven na onderdompeling in cola gedurende één dag, linksonder na een week en rechtsonder na een maand. Het fosforzuur in cola tast het tandemail aan en de kleurstoffen zorgen ervoor dat de wortel bruin wordt.

Systematische naam Triviale naam Toepassing

H3PO4 waterstoffosfaat fosforzuur aanwezig in cola

H2CO3 waterstofcarbonaat koolzuur frisdrank

HCl waterstofchloride zoutzuur maag

H2SO4 waterstofsulfaat zwavelzuur autobatterij

WEETJE

5 Reactiepatronen

Een binair zuur kun je vormen door een niet-metaal met waterstofgas te laten reageren.

reactiepatroon: niet-metaal + waterstofgas → binair zuur nM + H2 → HnM

reactievergelijking: Cl2 + H2 → 2 HCl

Ternaire zuren kun je vormen door een niet-metaaloxide met water te laten reageren. Daarom noemen ze niet-metaaloxiden zuurvormende oxiden.

reactiepatroon: niet-metaaloxide + water → ternair zuur nMO + H2O → HnMO

reactievergelijking: CO2 + H2O → H2CO3

OPDRACHT 18

Bij opdracht 13 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing oranje-rood kleurt na toevoegen van de verbrandingsgassen van octazwavel.

Welke pH komt met deze kleur overeen?

Proefversie©VANIN

Reactiepatronen voor de vorming van zuren

niet-metaal + waterstofgas → binair zuur nM + H2 → HnM

niet-metaaloxide + water → ternair zuur nMO + H2O → HnMO → Niet-metaaloxiden zijn zuurvormende oxiden.

` Maak oefening 1 t/m 9 op p. 52-53.

Zijn de volgende formules binaire (B) of ternaire (T) zuren?

a HI

b HIO3

c HBrO d HNO2 e H2S

Horen de volgende namen bij een binair (B) of bij een ternair (T) zuur?

a waterstofsulfide

b waterstofbromaat

c fosforzuur

d waterstofsulfiet

Noem 1 overeenkomst en 1 verschil tussen een binair en een ternair zuur.

Welk reactiepatroon uit de vorige oefening hoort bij de volgende reacties: a, b of c? a P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4 b I2 + H2 → 2 HI 1 2 3 4 5 6

Welke formule hoort bij welke toepassing of eigenschap? 1 H3PO4 2 HCl 3 H2CO3 4 H2S

A aanwezig in spuitwater B geur van rotte eieren C aanwezig in de maag D aanwezig in cola

Proefversie©VANIN

Vervolledig de volgende reactiepatronen.

a niet-metaaloxide + water →

b + waterstofgas →

c metaaloxide + water →

c de onderlijnde reactie in het volgende artikel:

Na oxidatie van zwaveldioxidegas (uitstootgas van verbrandingsprocessen) ontstaat SO3. Wanneer SO3 in de vochtige lucht komt, ontstaat zure regen. 7 8 9

d CaO + H2O → Ca(OH)2

Naast de 2 afgeleide zuren die we gezien hebben, bestaan er nog andere afgeleide zuren.

a Beredeneer zelf wat de formule is van waterstoffosfiet.

b Noteer je redenering:

Proefversie©VANIN

Vul de tabel aan.

Formule

Systematische naam

Triviale naam H2SO4 zoutzuur

waterstofnitriet fosforzuur

Horen de stellingen, namen of formules bij binaire of ternaire zuren of bij beide? Voor nieuwe namen/ formules, mag je ervan uitgaan dat ze juist zijn.

Formule Binair zuurTernair zuur Beide hypofosforigzuur

H is de functionele groep

H3PO4 kan gevormd worden uit de reactie van een niet-metaal met waterstofgas

` Meer oefenen? Ga naar .

Zuurtegraad van een oplossing

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L anorganische stoffen indelen op basis van de kleur van een indicator;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen;

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd.

Je leert nu:

L het begrip zuurtegraad en pH van een oplossing bespreken in voorbeelden;

L het verband leggen tussen zuur, basisch en neutraal en de pH of zuurtegraad van een oplossing;

L de manier waarop je de pH of de zuurtegraad van een oplossing experimenteel kunt bepalen;

L het nut van een bufferoplossing.

1 pH en de zuurtegraad van een oplossing

ontdekplaat: zuurtegraad

We hebben in hoofdstuk 1 gebruikgemaakt van indicatoren om de anorganische stoffen in te delen in hun stofklasse. In dit hoofdstuk gaan we verder in op die indicatoren.

De pH-schaal gaat van 0 tot 14. Hoe lager de pH, hoe zuurder een oplossing is. Een oplossing met een hoge pH noemen we een basische oplossing. De tegenhanger van zuur in de lessen chemie is dus niet zoet of zout, maar basisch! Een oplossing met een pH-waarde van 7 is een neutrale oplossing: de oplossing is dus niet zuur, maar ook niet basisch. Let op: de zuurtegraad en de pH zijn dus tegengesteld: hoe zuurder een oplossing is, hoe hoger de zuurtegraad, hoe lager de pH.

Vroeger werd de zuurtegraad van een oplossing bepaald door de stof te proeven. Een oplossing met een lage pH proeft ook zuur en een oplossing met een hoge pH proeft eerder zeepachtig.

OPDRACHT 19

Waarom is proeven niet geschikt om te bepalen of een stof zuur of basisch is?

Geef 2 argumenten.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 20

ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf of een oplossing zuur, basisch of neutraal is.

Ga naar en voer het labo uit.

WEETJE

Lightfrisdranken zijn voor erosie van je tanden even slecht als gewone frisdranken, omdat ze evenveel zuur bevatten. Voor het ontstaan van gaatjes zijn ze wel minder schadelijk. Hoe zuur mag een frisdrank dan zijn?

Al bij een pH-waarde minder dan 5,5 in de mondholte kan het tandglazuur oplossen. Hoe zuurder de drank, hoe erosiever voor het gebit. Een frisdrank met een pH van minder dan 4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

Afb. 23 Cola heeft een pH van 2,4. Een frisdrank met een pH van <4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

1.1 pH-indicatoren

Een gemakkelijke manier om te bepalen of een oplossing zuur of basisch is, is met behulp van pH-indicatoren. Die stoffen komen vaak voor in de natuur en hebben een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing Een pH-indicator die je gemakkelijk zelf kunt maken, is rodekoolsap. Hiervoor leg je een paar stukjes rodekool in kokend water of plet je ze met behulp van een stamper met een beetje water in een mortier. Het water zal heel snel blauwpaars kleuren. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels citroensap (een zuur) toevoegt, verandert de kleur naar rood. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels natriumhydroxide-oplossing (een base) toevoegt, verandert de kleur naar groengeel. De resultaten van experimenten met andere indicatoren vind je in de volgende tabel:

Proefversie©VANIN

pH Indicator

Kleur in zuur midden

Kleur in neutraal midden

Kleur in basisch midden

rodekoolsap rood blauwpaars groengeel methyloranje rood geel geel lakmoes rood roodblauw blauw fenolftaleïne kleurloos kleurloos fuchsia broomthymolblauw geel groen blauw

Maar ook in het dagelijks leven kom je dat effect tegen. Wanneer je rodekool maakt, wordt er vaak een scheutje azijn toegevoegd aan de paarse rodekool. Hierdoor krijgt het gerecht een mooie rode kleur. Maar ook een hortensia krijgt een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de grond. Zo is het perfect mogelijk dat een roze hortensia na een aantal jaren blauwe bloemen geeft wanneer de grond te zuur geworden is.

Ook al zijn die indicatoren heel gemakkelijk te gebruiken, het nadeel is dat je soms geen onderscheid kunt maken tussen bijvoorbeeld 2 zure oplossingen: een oplossing met pH-waarde 1 en met pH-waarde 2 geeft eenzelfde kleur. Dat kun je vrij eenvoudig oplossen door een mengsel te maken van verschillende indicatoren. Zo kun je gebruikmaken van pH-strips om de zuurtegraad van een zwembad te controleren. Dat is filtreerpapier dat in een oplossing van universeel indicator is ondergedompeld. Je kunt de universeelindicatoroplossing ook gewoon als vloeistof gebruiken en de kleur van de bekomen oplossing vergelijken met een kleurenschaal.

1.2 pH-meter

Voor sommige toepassingen (vooral in het labo) is het belangrijk om de pH-waarde heel exact te kennen. Je kunt dat gemakkelijk meten met een pH-meter. Je steekt dan een elektrode in de oplossing en kunt snel en nauwkeurig de pH-waarde aflezen. Een pH-meter moet wel regelmatig geijkt worden. Hiervoor gebruik je dan weer een bufferoplossing.

Afb. 24 Een hortensia verandert van kleur door de zuurtegraad van de grond.

Afb. 25 Met een universeel-indicatoroplossing kan de pH van een oplossing bepaald worden.

Afb. 26 Een pH-meter

2 Buffer

Je hebt misschien al over het woord buffer gehoord in een andere context. Zo spreekt men bij een voetbalmatch vaak over een buffervak in de tribune. Dat is een leeg vak om 2 rivaliserende groepen supporters uit elkaar te houden. Ook in economische termen wordt er soms over een buffer gesproken. In die context gaat het over een financieel reservepotje. In een chemische context spreken we over een buffer wanneer de pH van een oplossing binnen welbepaalde pH-grenzen blijft, ook al voegt men andere stoffen (een zuur, een base of water) toe. Bufferoplossingen zijn zeer belangrijk, omdat veel chemische, maar ook veel biologische processen beter opgaan bij een welbepaalde ideale pH-waarde.

De meeste lensvloeistoffen bevatten een buffer die ervoor zorgt dat de pH-waarde tussen 7,2 en 7,4 blijft. Bij die pH-waarde werkt de vloeistof namelijk het best. Om geen irritatie aan de ogen te veroorzaken, mag de pH ook niet te veel afwijken van die van het traanvocht. Daarom moet de pH-waarde in ieder geval boven 6,6 blijven en onder 7,8.

Proefversie©VANIN

Ook aan het water van een aquarium moet je een bufferoplossing toevoegen. Grote veranderingen in de zuurtegraad zijn namelijk slecht voor de vissen.

In je lichaam zijn veel buffersystemen aanwezig, maar ook in de oceanen, de aarde … Wanneer je bijvoorbeeld een glas cola drinkt, is het niet de bedoeling dat de zuurtegraad van je bloed gaat veranderen. Daarom is een buffersysteem in je bloed noodzakelijk.

WEETJE

De pH van het bloed bij gezonde personen ligt tussen 7,35 en 7,45. Zowel de longen als de nieren zijn betrokken bij het regelen van de zuurtegraad van het bloed. Bij mensen met hyperventilatie geraakt de pH-waarde van het bloed verstoord. Maar ook hevig braken of buikloop hebben een effect op de zuurtegraad van je lichaam.

menselijk bloed

Door onder andere de verzuring van het milieu komen veel buffersystemen de laatste jaren steeds meer onder druk te staan. Het water van de oceanen wordt zuurder, waardoor bepaalde organismen het moeilijker krijgen om te overleven, koraalriffen beginnen op te lossen …

Afb. 27 Lensvloeistoffen hebben een buffer.

Afb. 28 Aan het water van een aquarium moet je een bufferoplossing toevoegen.

Buffers worden ook gebruikt om een pH-meter te ijken. Hiervoor gebruik je een bufferoplossing met een lage pH en een bufferoplossing met een hoge pH. Je meet de pH van beide oplossingen en met behulp van die 2 meetpunten wordt een ijkcurve opgesteld. Het is natuurlijk belangrijk om hiervoor een oplossing te gebruiken waarvan de pH niet verandert ook al worden er een aantal druppels water of iets anders aan toegevoegd (die nog eventueel aan de sonde van de pH-meter waren blijven hangen).

Proefversie©VANIN

Hoe zuurder een oplossing, hoe groter de zuurtegraad en hoe lager de pH-waarde.

De pH-schaal gaat van 0 tot 14:

• Een oplossing met pH < 7 is een zure oplossing.

• Een oplossing met pH = 7 is een neutrale oplossing.

• Een oplossing met pH > 7 is een basische oplossing.

Je kunt de pH bepalen met behulp van pH-indicatoren: dat zijn stoffen die een andere kleur vertonen afhankelijk van de pH of de zuurtegraad van de oplossing.

Een pH-meter is een digitale en zeer nauwkeurige manier om de pH van een oplossing te bepalen.

Een buffer is een oplossing waarvan de pH amper verandert, zelfs na het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur of hydroxide.

` Maak oefening 1 t/m 10 op p. 59-61.

Afb. 29 pH-meter ijken door middel van bufferoplossingen

2 3 4 5

Je voegt aan de volgende oplossingen lakmoes toe. Welke kleur kun je waarnemen? Maak gebruik van de tabel op p. 56.

a een oplossing met een pH-waarde 2

b een oplossing waarin HCl is opgelost

c een oplossing waarin ongebluste kalk is opgelost

Proefversie©VANIN

Bepaal bij elk van de volgende pH-waarden of de oplossing zuur, basisch of neutraal is. Noteer ook de juiste kleur na het toevoegen van de opgegeven indicator. Gebruik de tabel op p. 56.

a 7 + rodekoolsap

b 4 + lakmoes

c 12 + fenolftaleïne

d 2 + broomthymolblauw

Welke kleur neem je waar als je de volgende stoffen aan een oplossing van lakmoes toevoegt?

Gebruik de tabel op p. 56.

a CO2

b Na2O

c NaCl

d zoutzuur

e bijtende soda

Zijn de volgende stellingen juist of fout? Indien fout, verbeter dan het onderlijnde deel.

a In de chemie is het tegengestelde van zuur zoet.

b Een oplossing met een pH-waarde 2 is zuurder dan een oplossing met een pH-waarde 3.

c Elke bufferoplossing vertoont een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing.

Waarom wordt er een bufferoplossing gebruikt om een pH-meter te ijken?

Welke soort van chemische stof is aanwezig in deze lippenstift?

a De Essence ‘Kiss The Frog’-lippenbalsem belooft ‘magische, roze lippen’: na het aanbrengen van de balsem verandert de kleur van vreemd groen naar prachtig roze. De lippenbalsem kan dus de functie overnemen van ...

Proefversie©VANIN

b Beschrijf een proef waarmee je de kleur in zuur en in basisch midden van de lippenbalsem ‘Kiss The Frog’ kunt bepalen.

Is de pH van de volgende oplossingen groter, kleiner of gelijk aan 7? Omcirkel het juiste antwoord.

a een basische oplossing

b frisdrank met opgelost CO2

c een oplossing die geel kleurt met broomthymolblauw

d een oplossing van MgO in water

e een oplossing van azijnzuur in water

f een oplossing die roze kleurt met fenolftaleïne

g een oplossing keukenzout

< 7

< 7

< 7

= 7

= 7

> 7

> 7

> 7

> 7

Op een advertentie zie je het volgende staan: ‘stabiliseert de pH tot 8.3 in zeewater aquarium.’ Over welke stof gaat het? Wat is de functie ervan?

Omcirkel telkens het juiste antwoord. Gebruik de tabel op p. 56.

a de meest zure oplossing: rood met methyloranje / geel met methyloranje

b de oplossing met de hoogste pH: fuchsia met fenolftaleïne / kleurloos met fenolftaleïne

c KOH + lakmoes: blauwe kleur / rode kleur

d blazen in een oplossing van broomthymolblauw: blauwe kleur / gele kleur

Je hebt 4 flessen met telkens een andere kleurloze, heldere oplossing in, namelijk NaOH, HCl, water of fenolftaleïne. Bedenk een experiment om te bepalen in welke fles fenolftaleïne zit. Je mag enkel de inhoud van deze flessen gebruiken.

Proefversie©VANIN

` Meer oefenen? Ga naar

De zouten

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van ionladingen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen;

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd.

Je leert nu:

L de algemene formule van een zout;

L de zouten verder indelen in binaire en ternaire zouten;

L de eigenschappen en toepassingen van zouten;

L de naam van zouten opstellen;

L via welke chemische reactie je een zout kunt vormen.

1 Wat is een zout?

Wanneer je in het dagelijks leven praat over zout, bedoel je natuurlijk keukenzout. Voor een chemicus is zout een volledige stofklasse. Er zijn dus verschillende stoffen die tot de zouten behoren.

Een zout is een ionverbinding die opgebouwd is uit een positief ion (metaalion of het ammoniumion) en een zuurrestion. De algemene formule van een zout is MZ. Afhankelijk van de zuurrest kun je de zouten verder indelen in binaire zouten MnM, ternaire zouten MnMO en ammoniumzouten (NH4 nM of NH4 nMO).

Afb. 30 Zouten zijn niet altijd witte, vaste stoffen, maar kunnen in verschillende kleuren voorkomen.

2 Formule- en naamvorming

De algemene formule van een zout is MZ.

Afhankelijk van de zuurrest heb je te maken met een binair of een ternair zout. Als de zuurrest alleen uit een niet-metaal bestaat, dan is het een binair zout: MnM. Bevat de zuurrest ook nog een of meerdere zuurstofatomen, dan is het een ternair zout: MnMO. Als het metaal vervangen is door het ammoniumion NH4+ spreken we specifiek over ammoniumzouten.

Voor de vorming van de formule van de zouten heb je de formule van de zuurresten nodig (zie p. 42).

Net zoals bij de oxiden en de hydroxiden moet je ook hier een onderscheid maken tussen metalen met slechts 1 mogelijke lading en metalen met meerdere mogelijke ladingen. De lading van de zuurrest ligt vast, aangezien die afgeleid is van de formule van het zuur.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 21

Oefen de naam en formule van zouten.

1 Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen calcium en de jodide-zuurrest.

2 Is dit een voorbeeld van een binair of een ternair zout?

OPDRACHT 21 (VERVOLG)

3 Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen aluminium en de sulfaat-zuurrest.

Proefversie©VANIN

4 Is dit een binair of een ternair zout?

5 Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen ammonium en de fosfaat-zuurrest. Dit is een (quaternair) ammoniumzout.

OPDRACHT 22

Vul aan.

1 Noteer de formule van alle zouten tussen ijzer en de sulfide-zuurrest.

Proefversie©VANIN

Kruisregel

lading ijzerion: 2+ lading ijzerion: 3+

Formule-eenheid

Stocknotatie

Systematische naam

→ Dit zijn allebei voorbeelden van

2 Wat is de formule-eenheid van lood(II)nitraat?

3 Wat is de stocknotatie van dikopercarbonaat?

Vorm eerst de formule-eenheid: Bepaal de ionlading van koper in deze stof:

Noteer de stocknotatie:

3 Waterstofzouten en hydraten

Naast de indeling in binaire en ternaire zouten zijn er nog 2 speciale groepen van zouten: de waterstofzouten en de hydraten

Proefversie©VANIN

Waterstofzouten zijn zouten waarbij er nog één of meerdere waterstofatomen in de zuurrest aanwezig zijn. We beperken ons tot de waterstofzouten met de HCO3--zuurrest. De lading voor die zuurrest is 1-, aangezien er één waterstofatoom onttrokken is aan H2CO3

VOORBEELD WATERSTOFZOUT VAN NATRIUM EN WATERSTOFCARBONAAT

Na: ionlading = 1+ want natrium staat in groep IA

De lading van de waterstofcarbonaat-zuurrest is 1-, want het is afkomstig van H2CO3.

Na HCO3

1+ 1-

→ De formule-eenheid is dan NaHCO3

Aangezien er in de zuurrest nog een waterstofatoom staat, moet dat natuurlijk ook in de naam vermeld worden.

→ De naam is natriumwaterstofcarbonaat. Een andere triviale naam daarvoor is natriumbicarbonaat. Het wordt toegevoegd aan bakmeel als rijsmiddel.

Je hebt misschien al wel over hydrateren gehoord. Zo is het belangrijk om, zeker na het sporten, voldoende water te drinken zodat je lichaam voldoende gehydrateerd is. Maar ook je huid kun je hydrateren: er bestaan tal van hydraterende crèmes. Hydrateren wil zeggen 'vocht inbrengen' of water toevoegen.

En zo ook bij de zouten: een hydraat is een zout waar water in gevangen zit. Die zouten nemen water op in hun ionrooster. Dat water noemen we kristalwater. De algemene formule van een hydraat is dan ook MZ.nH2O De formule van het zout wordt gevormd zoals hierboven beschreven is. In de naam wordt aangegeven door het voorvoegsel dat voor hydraat staat hoeveel keer water voorkomt per formule-eenheid van het zout.

Afb. 32 Structuur en uitzicht van CoCl2 ∙ 6H2O

Afb. 31 Structuur en uitzicht van CoCl2

De formule van calciumsulfaatdihydraat is CaSO4 ∙ 2 H2O want er zijn 2 (di) watermoleculen (hydraat) aanwezig per formule-eenheid calciumsulfaat.

Proefversie©VANIN

Zouten zijn ionverbindingen: opgebouwd uit een metaal (of ammonium) en een zuurrest (die bestaat uit een niet-metaal al dan niet gecombineerd met 1 of meerdere zuurstofatomen) algemene formule: MZ

3 soorten:

• binair zout (MnM): zuurrest bevat enkel een niet-metaal, de naam eindigt op -ide

• ternair zout (MnMO): zuurrest bevat een niet-metaal en zuurstof, de naam eindigt niet op -ide

• ammoniumzouten een metaal met slechts 1 mogelijke ionlading:

• formule: ionlading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

• naam: metaal (of ammonium)+ juiste zuurrest een metaal met meerdere mogelijke ionladingen:

• formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over de ionlading gegeven worden

• systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + zuurrest

• stocknotatie: metaal + ionlading + zuurrest Waterstofzouten bevatten in hun zuurrest nog 1 of meerdere waterstofatomen. We beperken ons tot zouten met HCO3- als zuurrest. Hydraten bevatten kristalwater in hun formule: MZ.nH2O. Afb. 33

4 Gebruik en toepassingen van zouten

ontdekplaat: anorganische stofklassen

Het bekendste zout is natuurlijk keukenzout of natriumchloride NaCl. Het wordt vooral als smaakmaker en bewaarmiddel gebruikt. In de winter wordt het ook gebruikt om op een glad wegdek te strooien. Het is niet aan te raden om strooizout in je eten te gebruiken. Er is namelijk een anti-klontermiddel aan toegevoegd.

Bij heel lage temperaturen (in Noorwegen, Zweden ...) wordt vaak calciumchloride CaCl2 als strooizout gebruikt.

Proefversie©VANIN

Van de ternaire zouten heb je ongetwijfeld calciumcarbonaat CaCO3 in huis. Marmer, maar ook eierschalen en mosselschelpen, bestaan uit dat zout. Als je weet dat je een eischaal kunt oplossen met een zuur, dan besef je ongetwijfeld onmiddellijk waarom het niet zo interessant is om een marmeren werkblad in de keuken te laten installeren. Ook al komen we zuren in een keuken meestal in een verdunde oplossing tegen zodat ze minder corrosief zijn.

Baksoda bevat zuiver natriumwaterstofcarbonaat (NaHCO3) en wordt gebruikt als rijsmiddel. Het is dus een waterstofzout. Wist je trouwens dat er een verschil is tussen bakpoeder en baksoda?

Bakpoeder bevat naast natriumwaterstofcarbonaat ook nog citroenzuur of wijnsteenzuur. Let bij het bakken zeer goed op dat je de juiste stof gebruikt.

Verder kun je een aantal zouten in de badkamer tegenkomen. Wratten kun je verwijderen door ze te laten bevriezen, maar je kunt hier ook zilvernitraat AgNO3 voor gebruiken. En in tandpasta zit heel vaak natriumfluoride NaF, dat zorgt voor sterker glazuur.

Afb. 34 Natriumchloride is het bekendste zout.

Afb. 35 Strooizout bevat calciumchloride.

Afb. 36 Eierschalen bestaan uit calciumcarbonaat.

Afb. 37 In baksoda zit natriumwaterstofcarbonaat.

Afb. 38 In de meeste tandpasta's zit natriumfluride.

De kans is ook groot dat je soda of badzout of natriumcarbonaat Na2CO3 in huis hebt. Dat wordt vaak aan water toegevoegd als waterverzachter of waterontharder. Verwar het zeker niet met baksoda of bijtende soda. Baksoda zijn we net tegengekomen: het is aanwezig in bakpoeder. En bijtende soda zijn we al tegengekomen bij de hydroxiden: dat is een ontstopper.

Gips of calciumsulfaatpentahydraat

CaSO4.5H2O is een gekend voorbeeld van een hydraat. Het wordt gebruikt om een breuk te spalken, maar je hebt er misschien ook in je kinderjaren mee geknutseld. Het hydraat is harder dan het oorspronkelijke zout. Ook cement is een voorbeeld van een hydraat.

Maar ook de droogmiddelen die aan bijvoorbeeld elektronica en lederwaren toegevoegd worden, zijn zouten waarvan hydraten bestaan. Die zouten hebben net als doel om vocht uit de lucht op te nemen.

Proefversie©VANIN

Formule Systematische naam Triviale naam Toepassing/voorkomen

NaF natriumfluoride / tandpasta

NaHCO3 natriumwaterstofcarbonaat bakpoeder rijsmiddel

AgNO3 zilvernitraat / wratten verwijderen

CaSO4.5H2O calciumsulfaatpentahydraat gips breuken zetten

NaCl natriumchloride keukenzout smaak, bewaarmiddel

CaCO3 calciumcarbonaat krijt marmer, eierschaal

Na2CO3 natriumcarbonaat soda of badzout waterverzachter

CaCl2 calciumchloride / strooizout

Afb. 40 Gips is een hydraat.

Afb. 41 Droogmiddelen zijn zouten.

Afb. 39 Met natriumcarbonaat kun je water ontharden.

5 Reactiepatroon

reactiepatroon: zuur + hydroxide → zout + water HZ + MOH → MZ + H2O

reactievergelijking: HCl + NaOH → NaCl + H2O

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 23

DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de reactie van een zuur en een hydroxide.

Werkwijze

Je leerkracht voegt 2 mL zoutzuur toe aan een proefbuis. Nadien voegt die enkele druppels universeelindicatoroplossing toe aan de oplossing en bepaalt de pH van de oplossing. Vervolgens voegt je leerkracht druppelsgewijs natriumhydroxideoplossing toe en bepaalt ook regelmatig de pH. Wanneer de pH 7 is geworden, stopt je leerkracht met het toevoegen van natriumhydroxideoplossing. Vervolgens plaatst je leerkracht het bekerglas op een draadnet en dampt die de oplossing uit.

Waarnemingen

Besluit

Je kunt een zout vormen door een zuur met een hydroxide te laten reageren. Hierbij verandert de zuurtegraad of de pH. We noemen die reactie ook een neutralisatiereactie

Reactiepatroon zout:

zuur (HZ) + hydroxide (MOH) → zout (MZ) + water (H2O)

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 71-72.

2 3 4 5 6

Noteer de formule en de naam van de gevraagde zouten.

a kalium en sulfidezuurrest

b aluminium en carbonaatzuurrest

Proefversie©VANIN

c alle zouten van ijzer en de ternaire stamzuurrest met chloor

d ammonium en waterstofzuurrest van koolzuur

Noteer bij de volgende reactievergelijkingen het juiste reactiepatroon dat erbij hoort.

a I2 + H2 → 2 HI

b 2 Ca + O2 → 2 CaO

c Ca(OH)2 + 2HI → CaI2 + 2 H2O

d 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O

Welke stoffen moet je samenvoegen om via een neutralisatiereactie Al(NO3)3 te bekomen?

Vorm de formule van de volgende zouten:

a aluminium en de zuurrest van zoutzuur

b ijzer (+II) en de zuurrest van fosforzuur

c lithium en waterstofzuurrest van koolzuur

d koper(+I) en sulfide-zuurrest

Wat is de naam voor FeSO3? Omcirkel de juiste naam. ijzer(III)sulfiet ijzer(II)sulfiet ijzer(III)sulfide ijzer(II)sulfide

Welke karakteristieken horen bij CoCl2 . 6 H2O ?

Formule Juist Fout

Het is een waterstofzout.

Het is een hydraat.

Het is een binair zout.

Horen de volgende toepassingen bij een binair of een ternair zout?

a smaakmaker

b aanwezig in eischalen

c gips

d zorgt voor sterker glazuur

e bakpoeder

Proefversie©VANIN

` Meer oefenen? Ga naar

KERNBEGRIPPEN

naamgeving

ANORGANISCHE STOFFEN

NOTITIES

HOOFDSTUK 1: Verdere indeling van de materie

Metaal heeft 1 mogelijke ionlading: metaal + uitgang

Metaal heeft meerdere mogelijke ionladingen: stocknotatie: metaal + (ionlading) + uitgang systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + uitgang

Atoomverbindingen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

Schema 1: indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule, zie p. 15

Schema 2: indeling van anorganische stoffen op basis van een naam, zie p. 17

HOOFDSTUK 2: De oxiden

oxiden MO (metaaloxide) of nMO (niet-metaaloxide)

Functionele groep: O2-

M + O2 → MO

nM + O2 → nMO

HOOFDSTUK 3: De hydroxiden hydroxiden

MOH

Functionele groep: OH-

MO + H2O → MOH

MO = basevormend oxide

HOOFDSTUK 4: De zuren

Proefversie©VANIN

zuren

pH zuurtegraad

buffer

HnM (binair zuur) of HnMO (ternair zuur)

Functionele groep: H+

H2 + nM → HnM

nMO + H2O → HnMO nMO = zuurvormend oxide

HOOFDSTUK 5: Zuurtegraad van een oplossing

pH: 0-7 = zuur

7 = neutraal

7-14 = base

Hoe lager de pH, hoe zuurder de oplossing

Oplossing waarvan de pH niet of amper wijzigt, zelfs na toevoeging van een zuur, base of water

KERNBEGRIPPEN

zouten

waterstofzout hydraat

zuurbaseneutralisatie

ANORGANISCHE STOFFEN

Proefversie©VANIN

NOTITIES

HOOFDSTUK 6: De zouten

Algemeen: MZ of NH4Z

MnM (binair zout) of MnMO (ternair zout)

Wanneer in de zuurrest nog 1 of meerdere waterstofatomen aanwezig zijn.

Wanneer er 1 of meerdere moleculen water in het kristalrooster van het zout vastgehecht zijn

HZ + MOH → MZ + H2O

Tijdens de reactie verandert de pH. Die reactie wordt ook een neutralisatiereactie genoemd.

JANOG OEFENEN

Proefversie©VANIN

1 Begripskennis

Ik ken het begrip organische en anorganische stoffen.

Ik ken de algemene formule van de oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Ik ken de functionele groep van de oxiden, hydroxiden en zuren.

Ik ken de indeling in metaaloxiden en niet-metaaloxiden.

Ik ken de indeling in binair en ternair bij zuren en zouten.

Ik ken de verdere indeling in waterstofzouten en hydraten bij de zouten.

Ik ken toepassingen van een aantal oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Ik ken reactiepatronen voor het vormen van oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Ik kan de begrippen pH-schaal, zuur, basisch en neutraal uitleggen.

Ik ken manieren om de pH van een oplossing te bepalen: pH-meter, pH-indicator.

Ik ken het nut van een bufferoplossing.

2 Onderzoeksvaardigheden

Ik kan stoffen indelen in organische en anorganische stoffen.

Ik kan formules vormen via ionladingen en de kruisregel.

Ik kan stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule.

Ik kan formules van oxiden, hydroxiden en zouten vormen.

Omzettingen tussen naam en formule bij oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Bij ionverbindingen: omzettingen tussen stocknotatie en de naam met Griekse telwoorden.

Ik kan het verband toelichten tussen de pH-schaal, de begrippen zuur –basisch – neutraal en de kleur van een pH-indicator.

Ik kan reactiepatronen herkennen in concrete reactievergelijkingen.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

Notities

Proefversie©VANIN

ORGANISCHE STOFKLASSEN 02 THEMA

Het kan gebeuren: je picknickt in het park en plots heb je een branderig gevoel aan je been. Wat blijkt nu? Je zit bovenop een mierennest. De kleine diertjes verdedigen zich met behulp van een zuur. Weet je welk zuur dat is? Het is zeker geen zoutzuur (HCl) of salpeterzuur (HNO3). Het is een organisch zuur. Zoek eens op het internet over welke stof het gaat.

Proefversie©VANIN

` Hoe kun je specifieke stofklassen van organische stoffen herkennen?

` Hoe vorm je de systematische naam en chemische formule van die stoffen?

` Wat zijn enkele eigenschappen en toepassingen van een aantal van die organische stoffen?

We zoeken het uit!

Organische chemie of koolstofchemie

LEERDOELEN

Je kunt al:

L organische stoffen onderscheiden van anorganische stoffen;

L anorganische stoffen onderverdelen in oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

Je leert nu:

L organische stoffen classificeren in alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren op basis van een gegeven formule of naam;

L de structuurformule, brutoformule en skeletnotatie van een organische stof herkennen, weergeven, in elkaar omzetten en interpreteren.

Proefversie©VANIN

Je kent ondertussen het verschil tussen een anorganische en een organische stof. De term koolstofverbindingen wordt gebruikt als synoniem voor organische stoffen. Zo spreekt men ook over koolstofchemie in plaats van over organische chemie, omdat organische stoffen minstens 1 koolstofatoom bevatten. De binding(en) die dat atoom aangaat, bepaalt tot welke stofklasse een organische stof behoort:

—Welk atoom is gebonden aan het koolstofatoom?

—Hoeveel bindingen worden er gevormd tussen het koolstofatoom en het volgende atoom?

Bij de anorganische stoffen beschreven we 4 stofklassen: de oxiden, de hydroxiden, de zuren en de zouten. Omwille van de verscheidene bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom, bestaan er meer dan 10 stofklassen in de organische chemie. Voordat we enkele van die stofklassen bespreken, bekijken we eerst de bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom.

Bovendien ken je het begrip brutoformule al uit thema 01. In dit hoofdstuk bestuderen we hoe een organische stof wordt voorgesteld. Naast de brutoformule worden organische stoffen ook nog op andere manieren voorgesteld.

1 Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

Het koolstofatoom speelt een centrale rol binnen de organische chemie. Het atoom komt voor in elke verbinding en zal steeds omgeven worden door 1 of meerdere atomen, zoals H, O, N …

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 1

Vul aan.

1 Teken in de volgende tabel de lewisstructuur van een C-atoom en geef ook de elektronenconfiguratie weer.

2 Hoeveel valentie-elektronen heeft het C-atoom?

3 Hoeveel atoombindingen moet een alleenstaand C-atoom aangaan om een edelgasconfiguratie te verkrijgen?

4 Met hoeveel waterstofatomen moet een alleenstaand C-atoom een binding aangaan?

5 Schrijf de brutoformule van de meest eenvoudige C-H-verbinding (H’s achteraan!)

Organische stoffen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van minstens 1 koolstofatoom. Een koolstofatoom heeft 4 vrije valentie-elektronen en gaat 4 bindingen aan om de octetstructuur te bereiken.

Bekijk enkele formules van organische stoffen:

Het valt op dat elk koolstofatoom 4 bindingen aangaat, maar dat wil niet zeggen dat het 4 bindingspartners nodig heeft! Zo zie je in de derde, vijfde en zesde voorstelling dat een atoom meerdere (dubbele of drievoudige) bindingen kan aangaan met een ander atoom waardoor er minder waterstofatomen nodig zijn om de edelgasconfiguratie te bereiken.

Wanneer het koolstofatoom 4 bindingspartners heeft en dus 4 enkelvoudige bindingen, dan spreekt men van verzadigde verbindingen. Als het koolstofatoom een binding vormt met 2 of 3 andere atomen, dan zijn er meervoudige bindingen aanwezig (dubbele of drievoudige) en spreken we van onverzadigde verbindingen

Wanneer de C-atomen alleen binden met andere C-atomen en met H-atomen, dan noemen we de stoffen koolwaterstoffen. Ook hier wordt dan het onderscheid gemaakt tussen verzadigde koolwaterstoffen en onverzadigde koolwaterstoffen

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 2

Bekijk de onderstaande organische verbindingen.

Zijn deze verbindingen verzadigd of onverzadigd? Duid aan.

Organische verbinding Verzadigd of onverzadigd?

verzadigd

onverzadigd

verzadigd

onverzadigd

verzadigd

CH3 – CH2 – CH3

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

onverzadigd

verzadigd

onverzadigd

Zoals je weet, heeft het koolstofatoom 4 valentie-elektronen. Om de octetstructuur te bereiken, zal het atoom dus met nog 4 extra elektronen moeten binden. Dat kan op een aantal manieren: het koolstofatoom kan zich binden aan 4, 3 of 2 atomen.

Binding met 4 atomen

Koolstof kan een atoombinding aangaan met 4 atomen, die elk 1 ongepaard elektron bezitten. Zowel waterstof als de halogenen zijn niet-metaalatomen met 1 ongepaard elektron.

We bekijken de molecule methaan (CH4):

lewisstructuur:

Binding met 3 atomen Binding met 2 atomen

Koolstof kan de octetstructuur ook bereiken door slechts aan 3 atomen te binden. Omdat het C-atoom 4 ongepaarde elektronen heeft, moet het dan een dubbele binding aangaan met 1 atoom.

We bekijken de molecule etheen (C2H4):

lewisstructuur:

Als het koolstofatoom slechts aan 2 atomen bindt, dan kan het de octetstructuur bereiken door 2 dubbele bindingen aan te gaan of een enkelvoudige en een drievoudige binding aan te gaan.

We bekijken de molecule ethyn (C2H2):

lewisstructuur:

Proefversie©VANIN

Het koolstofatoom zal de 4 bindingen met waterstofatomen rondom zich in de ruimte maximaal spreiden. Hierdoor ontstaat een 3D-molecule, een tetraëder met hoeken tussen de C-H-bindingen die 109° bedragen.

ruimtelijke structuur:

Er is een dubbele binding tussen de 2 koolstofatomen. De bindingen van het koolstofatoom vormen nu een trigonale structuur: de bindingen liggen in een vlak met onderlinge bindingshoeken van 120°

ruimtelijke structuur:

De molecule heeft een lineaire structuur, wat betekent dat de bindingshoeken 180° bedragen.

ruimtelijke structuur:

In een organische stof zal het koolstofatoom altijd 4 atoombindingen aangaan met andere atomen. Dat kunnen andere koolstofatomen zijn, maar evengoed atomen van andere elementen (H, Cl, O …). Een koolstofatoom heeft dus altijd 4 bindingen, maar niet noodzakelijk 4 bindingspartners. Organische verbindingen die alleen bestaan uit C-atomen en H-atomen, worden ook wel koolwaterstoffen genoemd.

Verzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij elk koolstofatoom steeds 4 bindingspartners heeft.

Onverzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij sommige koolstofatomen 2 of 3 verschillende bindingspartners hebben.

` Maak oefening 1 op p. 89.

C H H H H

C H H C HHH HHH

2 Notatiemogelijkheden van een organische stof

2.1

De brutoformule

Proefversie©VANIN

Een organische stof bestaat dus uit koolstofatomen, die steeds 4 bindingen aangaan. Vaak ontstaat er een binding met een waterstofatoom. Organische stoffen worden op meerdere manieren weergegeven.

Eén manier ken je al uit thema 01: de brutoformule. De brutoformule van een organische stof geeft de aanwezige elementen weer en het aantal van elk element met een index. De index 1 wordt niet genoteerd. In de organische chemie worden de elementen bovendien als volgt gerangschikt: eerst C (koolstof), dan H (waterstof) en ten slotte de overige elementen alfabetisch.

VOORBEELD BRUTOFORMULE

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule

Over de manier waarop de atomen met elkaar verbonden zijn, krijg je geen informatie in de brutoformule. Hiervoor werken we met de structuurformule.

In die formule wordt het aantal atomen van elke soort weergegeven. Ze worden rond elk koolstofatoom apart geordend, waardoor de bindingen tussen de koolstofatomen zichtbaar zijn. De structuurformule is dus een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule waarbij de bindingen worden weergegeven tussen de verschillende koolstofatomen. De bindingen met waterstof worden, na een goede beheersing van het schrijven van een structuurformule, vaak weggelaten. We spreken dan van de beknopte structuurformule. Wanneer de C-H-bindingen wel nog worden getoond, spreekt men over een uitgebreide structuurformule

CH4 C2H6 C2H4 C3H8O

VOORBEELD STRUCTUURFORMULE

Brutoformule

Uitgebreide structuurformule

Beknopte structuurformule

Proefversie©VANIN

Merk op dat in het laatste voorbeeld het lijkt alsof het zuurstofatoom gebonden is aan 1 van de 2 waterstofatomen rond het koolstofatoom, maar het is gebonden aan het koolstofatoom zelf.

OPDRACHT 3

Vul de volgende koolstofverbindingen met waterstofatomen aan, zodat elk C-atoom 4 bindingen aangaat.

Je noteert op die manier zowel de beknopte structuurformule als de brutoformule van de verbindingen.

Aantal gebonden C-atomenStructuurformule van de verbindingBrutoformule van de verbinding

C – C – C CH3 – CH2 – CH3

C – C – C – C – C – C – C

C – C – C – C

C = C

C – C – C C

C – C – C – C = C – C

C3H8

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 → CH3 - (CH2)5 - CH3 TIP

Wanneer er in een structuurformule een atoomgroep, bijvoorbeeld CH2, vaak voorkomt, dan kan het als volgt verkort worden weergegeven:

Isomerie is afkomstig van het Griekse iso, dat ʻgelijkʼ betekent, en meros, dat ʻbouwsteenʼ betekent.

OPDRACHT 4

Vul de skeletnotatie aan.

C3H6

C4H10

WEETJE

Isomerie

De brutoformule kan, in tegenstelling tot bij een anorganische stof, niet altijd 1 op 1 gelinkt worden aan een organische stof. Ze wordt daarom ook minder gebruikt om een organische stof weer te geven. Zo kunnen er vanuit de brutoformule C4H10 2 verschillende organische stoffen worden gevormd, zoals te zien is in de onderstaande (beknopte) structuurformules:

CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 - CH - CH3 CH3

Omdat beide organische stoffen opgebouwd zijn uit dezelfde atomen en ook van elk eenzelfde aantal bevatten, worden de 2 stoffen isomeren van elkaar genoemd. Ze verschillen echter in fysische en chemische eigenschappen (bv. kooktemperatuur en reactiviteit). De isomere eigenschap ligt mee aan de basis van de grote hoeveelheid moleculen binnen de koolstofchemie. In de 3de graad komen we hier zeker op terug.

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur

Bij de organische stoffen maakt men ten slotte ook nog gebruik van een derde notatie de skeletnotatie of zaagtandstructuur. De skeletnotatie toont enkel het skelet van een organische molecule, die heeft 2 onderdelen: —de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen; —de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen en andere (niet-waterstof) atomen.

Brutoformule Uitgebreide structuurformule

CH2 = CH – CH3

Proefversie©VANIN

C2H6O

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

Skeletnotatie

CH3 – CH2 – OH

OPDRACHT 5

Vul de tabel aan.

Je krijgt steeds 1 notatiemogelijkheid en vult de andere voorstellingen aan.

Brutoformule Uitgebreide structuurformule Skeletnotatie

Proefversie©VANIN

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

CH3 – (CH2)5 – CH3

Skeletnotaties worden vooral gebruikt om grote organische moleculen voor te stellen. Denk bijvoorbeeld aan koolstofverbindingen uit het dagelijks leven, zoals fructose en glucose. Die suikers heb je misschien in de lessen biologie al gezien onder de vorm van hun skeletnotatie:

Fructose en glucose zijn trouwens ook isomeren van elkaar. Ze hebben beide dezelfde brutoformule (C6H12O6) maar een specifieke structuurformule of skeletnotatie.

Afb. 44 De skeletnotatie van glucose

Afb. 43 De skeletnotatie van fructose

WEETJE

Een organische stof kan op verschillende manieren voorgesteld worden:

Brutoformule Uitgebreide structuurformule Beknopte structuurformule Skeletnotatie of zaagtandstructuur

= een lineaire weergave van de aanwezige elementen, met een index die het aantal per element weergeeft.

Volgorde: C – H – andere elementen in alfabetische volgorde

bv.

= een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule waarbij alle bindingen worden weergegeven.

= een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule waarbij de bindingen worden weergegeven tussen de verschillende koolstofatomen.

De C-H-bindingen worden niet weergegeven.

= een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule, waarbij alle bindingen worden weergegeven, maar de C- en H-atomen (gebonden aan de C-atomen) niet meer genoteerd worden.

Proefversie©VANIN

` Maak oefening 2 en 3 op p. 89.

3 De stofklassen

Bij de anorganische stoffen hebben we 4 stofklassen beschreven. Door de verschillende bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom bestaan er meer dan 10 stofklassen in de organische chemie. Elk van die stofklassen wordt gekenmerkt door een specifieke binding of een functionele groep Die functionele groep is een kenmerkende groep van atomen.

Dit schooljaar zullen we 5 stofklassen bespreken: alkanen, alkenen, alkynen, alcoholen en carbonzuren.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 6

Zie jij overeenkomsten?

1 Bekijk enkele structuurformules, skeletnotaties en namen van die 5 stofklassen:

methaan CH4

ethaanzuur CH3COOH

CH 3C O OH

propaan

CH3 – CH2 – CH3

ethanol

CH3 – CH2 – OH

ethaanzuur

CH3 – COOH

n-butaan

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

methanol CH3OH

methaanzuur HCOOH

propyn n-octaan

n-hexaan

CH3-(CH2)4-CH3

etheen

CH2 = CH2

2 Probeer, eventueel in overleg met je buur, alle voorbeelden in 5 groepen onder te brengen. Welke kenmerken ga je hiervoor gebruiken?

3 Kijk nu naar de indeling van enkele andere werkgroepjes en vul jouw indeling verder aan.

Zo komen we tot de volgende onderverdeling in 5 stofklassen:

1 alkaan → enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen alleen maar C- en H-atomen aanwezig = verzadigde koolwaterstof

2 alkeen → dubbele binding tussen 1 paar C-atomen alleen maar C- en H-atomen aanwezig = onverzadigde koolwaterstof

3 alkyn → drievoudige binding tussen 1 paar C-atomen alleen maar C- en H-atomen aanwezig = onverzadigde koolwaterstof

4 alcohol → enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen hydroxylfunctie (-OH-groep) in de molecule

5 carbonzuur → enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → carboxylfunctie (-COOH-groep) in de molecule

Opgelet! Verwar de hydroxylfunctie niet met hydroxide. Het gaat allebei wel over de OH-groep, maar bij hydroxiden is er een ion gebonden via ionbinding. Bij de hydroxylfunctie zal de OH-groep via atoombinding aan de koolstof vastzitten.

Stofklasse Systematische naam Structuurformule

alkanen -aan - alleen C/H-atomen - alleen maar enkelvoudige bindingen

alkenen-een - alleen C/H-atomen - dubbele binding aanwezig

alkynen-yn - alleen C/H-atomen - drievoudige binding aanwezig

alcoholen-ol - C/H/O-atomen - OH als functionele groep aanwezig

carbonzuren-zuur - C/H/O-atomen - COOH als functionele groep aanwezig

` Maak oefening 4, 5 en 6 op p. 90.

Proefversie©VANIN

Dit schooljaar beperken we ons tot die 5 stofklassen. In de volgende hoofdstukken bespreken we dan ook telkens 1 van die stofklassen. De kennis die je dit jaar verzamelt, vormt de basis voor het volgende jaar waarin je meer stofklassen zult leren en waarin je binnen 1 stofklasse het aantal stoffen uitgebreider zult bespreken.

Lees de volgende stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn. Verbeter de onderlijnde tekst indien fout.

a In een organische verbinding heeft elk koolstofatoom vier bindingspartners.

b Bij een organische stof wordt tussen een C- en H-atoom steeds een enkelvoudige binding gevormd.

c CH2 – CH2 – CH2 – CH2 is een juiste weergave van een organische verbinding met alleen enkelvoudig gebonden C- en H-atomen.

d CH2 = CH – CH2 – CH3 is een juiste weergave van een organische verbinding met enkel C- en H-atomen en één dubbele binding.

Noteer de brutoformule en skeletnotatie van de onderstaande stoffen.

Structuurformule van de verbinding

a CH3 – CH2 – CH3

b CH3 – (CH2)4 – CH3

c CH3 – CH2 – CH2OH

d CH2 = CH – CH2 – CH3

e CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH – CH3

Brutoformule van de verbinding Skeletnotatie van de verbinding

Geef de brutoformule, structuurformule en/of skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Vraag a werd al ingevuld als voorbeeld.

Brutoformule van de verbinding

Structuurformule van de verbindingSkeletnotatie van de verbinding

a C5H12 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

b

c CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

d CH3 – COOH

Binnen de organische verbindingen komen de stofklassen alkanen, alkenen en alkynen voor. Waarin verschillen die 3 stofklassen van elkaar?

Stofklasse ` Meer oefenen? Ga naar . 4 5

Plaats de onderstaande koolstofverbindingen in de juiste stofklasse (alkaan, alkeen, alkyn, alcohol of carbonzuur).

Koolstofverbinding (systematische naam, structuurformule of skeletnotatie)

a hexaan

b c CH2 = CH – CH2 – CH3

d OH O e mierenzuur

f g

HHHH HHHH HH h methanol i 3-heptyn

Proefversie©VANIN

Stofklasse

Plaats de volgende stoffen in de juiste kolom en vermeld elke keer de stofklasse waartoe de stof behoort: CO2 – CH3OH – NaOH – NH4OH – C3H8 – H2CO3 – Al(OH)3

Anorganische stoffen

Stoffen

Stofklasse

Organische stoffen

Stoffen

Alkanen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L enkelvoudige stoffen en anorganische samengestelde stoffen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

L de naam formuleren van anorganische stoffen als je de brutoformule krijgt;

L de brutoformule noteren van anorganische stoffen als je de systematische naam of stocknotatie krijgt;

L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen bespreken.

Je leert nu:

L de naam van een alkaan formuleren op basis van een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L enkele toepassingen van alkanen uit het dagelijks leven en de industrie bespreken.

Een eerste stofklasse die we uitgebreider bekijken, zijn de alkanen. Die moleculen bevatten alleen koolstof- en waterstofatomen. We geven ze daarom dan ook vaak de naam koolwaterstoffen. Tussen de koolstofatomen komt telkens maar één binding voor; we spreken van een enkelvoudige atoombinding. Hierdoor heeft elk koolstofatoom een maximaal aantal waterstofatomen en kunnen er geen extra atomen opgenomen worden in de molecule. We noemen alkanen daarom ook verzadigde koolwaterstofverbindingen

Stofklasse Typisch kenmerk alkanen enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen‘C-C’

1 Formule en systematische naam

Centraal in de molecule staat de koolstofketen, de stam van de molecule. De lengte van de stam bepaalt de naam van de molecule. We bespreken eerst de onvertakte alkanen: er komen geen zijketens voor in de moleculen.

1.1 Onvertakte alkanen

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alkaan juist gevormd?

—De stam ‘alk-‘ verwijst naar het specifieke aantal C-atomen in de molecule.

—Het achtervoegsel ‘-aan’ verwijst naar de het feit dat er alleen maar enkelvoudige bindingen tussen alle C-atomen bestaan.

De eerste 3 alkanen onthoud je misschien met het ezelsbruggetje ‘MEP’. Vanaf het vijfde alkaan herken je de Griekse telwoorden. Om de namen van die moleculen te onthouden, bestaat er ook een geheugensteuntje. De eerste letters van de alkanen keren terug in de volgende zin: ‘Mama en papa bakken pannenkoeken, heel heerlijk of niet dan?’

WEETJE

De ‘n’ in de naam voor de onvertakte alkanen staat voor ‘normal’, maar je kunt het misschien beter onthouden als ‘niet-vertakt’.

Het is dus belangrijk dat je de stammen goed kent, want ze vormen de basis voor het grote aantal moleculen dat je de volgende jaren zult leren kennen.

Aantal C-atomen StamAantal C-atomen Stam

Proefversie©VANIN

Vanaf 4 koolstofatomen kan met dezelfde bouwstenen ook een vertakt alkaan gevormd worden, bv. C4H10:

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH – CH3 CH3

Vanaf butaan wordt de alkaannaam daarom ook als een verzamelnaam gezien. Wanneer men het specifiek over de niet-vertakte molecule heeft, dan plaatst men ‘n-’ voor de naam. De systematische naam van CH3 – CH2 – CH2 – CH3 wordt dan n-butaan, omdat het onvertakt is.

VOORBEELD SYSTEMATISCHE NAAM ONVERTAKTE ALKANEN

We formuleren de systematische naam van enkele (onvertakte) alkanen vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie.

1 CH4

—stam = 1 koolstofatoom: METH

—Het C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN.

De systematische naam van dat molecule is methaan.

2 CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

—stam = 5 koolstofatomen: PENT

—Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN.

—Het is een onvertakt alkaan met meer dan 4 C-atomen, dus met ‘n’ voor de naam.

De systematische naam van dat molecule is n-pentaan

3

—stam = 8 koolstofatomen: OCT

—Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd: achtervoegsel AAN.

—Het is een onvertakt alkaan met > 4 C-atomen, dus met ‘n’ voor de naam.

De systematische naam van dat molecule is n-octaan

OPDRACHT 7

Formuleer nu zelf de systematische naam vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie.

Voorstelling

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

Systematische naam

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 8

VOORBEELDOEFENING

Hoe worden de brutoformule, structuurformule of skeletnotatie van een specifiek (onvertakt) alkaan gevormd?

Bij het opstellen van de structuurformule van een onvertakt alkaan overloop je best het volgende stappenplan:

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen.

Stap 2: Plaats een enkelvoudige binding tussen de C-atomen.

Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

Vorm de structuurformule en skeletnotatie van n-heptaan.

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen.

Stam = HEPT dat wil zeggen 7 C-atomen + afkorting ‘n’ wil zeggen een onvertakt alkaan.

C C C C C C C

Stap 2: Plaats tussen alle koolstofatomen een enkelvoudige binding.

C – C – C – C – C – C – C

Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen, tot elk C-atoom 4 bindingspartners heeft.

Uitgebreide structuurformule:

Beknopte structuurformule: CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 of CH3-(CH2)5-CH3

Brutoformule: C7H16

OPDRACHT 8 (VERVOLG)

Skeletnotatie:

VOORBEELDOEFENING

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 9

Stel nu zelf de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie op van de onderstaande onvertakte alkanen.

Systematische naam

Uit de bovenstaande voorbeeldoefening blijkt dat in de brutoformule van een alkaan het aantal waterstofatomen steeds gelijk is aan tweemaal het aantal koolstofatomen plus 2. Dat leidt tot de volgende algemene brutoformule voor de alkanen:

C nH2n+2 (met n = natuurlijk getal)

1.2 Vertakte alkanen

De 10 alkanen die we al gezien hebben, zijn maar een deel van de beschikbare alkanen. Er zijn alkanen die meer dan 10 koolstofatomen bezitten en bovendien zijn er vertakkingen mogelijk. Omdat er enorm veel mogelijke combinaties zijn, zijn er internationaal duidelijke afspraken gemaakt over de naamgeving van die vertakte alkanen.

Zijketengroepen verkrijgen we door bij een alkaan 1 H-atoom weg te nemen. De namen ervan worden gevormd door aan de stamnaam het achtervoegsel -yl toe te voegen.

Voorbeeld: – CH2 – CH2 – CH3 → propyl-zijketen

Vertakte alkanen met 1 zijketen

De namen van die moleculen worden gevormd als volgt:

Stap 1: Zoek de langste, niet-vertakte koolstofketen (hoofdketen) en tel het aantal koolstofatomen in die keten.

Stap 2: Gebruik de overeenstemmende stamnaam met de uitgang -aan.

Stap 3: Voor de zijketen gebruik je de gepaste zijketennaam als voorvoegsel.

Stap 4: Indien nodig schrijf je voor die zijketennaam een plaatsnummer gevolgd door een koppelteken (-). De nummering van de hoofdketen gebeurt op zo’n manier dat het plaatsnummer zo klein mogelijk is.

Voorbeeld:

De langste niet-vertakte C-keten = 7 C-atomen → HEPTAAN

De zijketen bestaat uit 1 C-atoom → METHYL

De nummering van de zijketen op de hoofdketen moet zo laag mogelijk zijn → 2. De systematische naam van de molecule is 2-methylheptaan.

Vertakte alkanen met meerdere zijketens

Zijn er meerdere identieke zijketens, dan wordt de zijketennaam als voorvoegsel geplaatst, voorafgegaan door telvoorvoegsels di-, tri-, tetra- ... Indien nodig schrijf je zoveel plaatsnummers als er zijketens zijn. Tussen 2 opeenvolgende plaatsnummers wordt een komma geschreven. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven.

Zijn er verschillende zijketens, dan worden de zijketennamen als voorvoegsels geplaatst in alfabetische volgorde, voorafgegaan door hun plaatsnummers. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven. Met andere woorden: De hoofdketen wordt zodanig genummerd dat de eerste zijketen een zo klein mogelijk plaatsnummer krijgt.

Bij gelijkheid kijk je naar de volgende zijketen. De zijketen die alfabetisch eerst gerangschikt staat, krijgt, indien mogelijk, het kleinste plaatsnummer.

Het alfabetisch rangschikken van de zijketens gebeurt enkel op basis van de zijketennaam. Met de telvoorvoegsels wordt geen rekening gehouden.

Voorbeeld:

B Proefversie©VANIN

—De langste niet-vertakte C-keten = 10 C-atomen → DECAAN

—Er zijn 3 zijketens:

• 2 zijketens bestaande uit 1 C-atoom → DIMETHYL

• 1 zijketen bestaande uit 2 C-atomen → ETHYL

—De zijketens worden alfabetisch gerangschikt en de nummering is zo laag mogelijk → 5-ethyl-2,3-dimethyl.

—De systematische naam van de molecule is 5-ethyl-2,3-dimethyl-decaan.

Hoe worden nu de brutoformule, structuurformule of skeletnotatie van een specifiek vertakt alkaan gevormd?

Bij het opstellen van de structuurformule van een vertakt alkaan overloop je het volgende stappenplan:

Proefversie©VANIN

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen op dat je afleidt uit de stamnaam.

Stap 2: Plaats de zijketens op de juiste plaats.

Stap 3: Plaats een enkelvoudige binding tussen de C-atomen.

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

OPDRACHT 10

VOORBEELDOEFENING

Stel de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie van enkele vertakte alkanen op. 3-methylhexaan

Stap 1: stam = HEX → 6 C-atomen

C C C C C C

Stap 2: zijketen = methyl → -CH3 op het 3de C-atoom

C C C C C C | CH3

Stap 3: Plaats enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen.

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen.

CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2 – CH3 | CH3

OPDRACHT 10 (VERVOLG)

VOORBEELDOEFENING

3 ethyl-3-methyl-heptaan

Stap 1: stam = HEPT → 7 C-atomen

C C C C C C C

Stap 2: zijketen 1 = ethyl → -CH2 - CH3 op het 3de C-atoom zijketen 2 = methyl → -CH3 op het 3de C-atoom

CH2 – CH3 |

C C C C C C C | CH3

Stap 3: Plaats enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen.

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen.

CH2 – CH3 |

CH3 – CH2 – C – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 | CH3

OPDRACHT 11

Stel nu zelf de, structuurformule, skeletnotatie en brutoformule op van de onderstaande vertakte alkanen.

Systematische naam

Proefversie©VANIN

2,3,4-trimethylpentaan

5-ethyl-2-methylheptaan

Structuurformule Skeletnotatie Brutoformule

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

Proefversie©VANIN

Naamgeving stam = aantal

C-atomen + achtervoegsel ‘aan’

—vanaf 4

C-atomen met symbool ‘n’ vooraan

Formulevorming

—brutoformule: C nH2n+2

—structuurformule: zie stappenplan op p. 93

Naamgeving stam = aantal C-atomen langste keten + achtervoegsel ‘aan’

—zijketens: - yl —positienummer zijketens: zo laag mogelijk —volgorde zijketens in naam: alfabetisch

Formulevorming zie stappenplan op p. 96

2 Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

2.1 Fysische eigenschappen

Proefversie©VANIN

WEETJE

Paraffine, het hoofdbestanddeel van kaarsen, is een mengsel van n-alkanen met 17 tot 57 koolstofatomen.

Alkanen komen in groot aantal voor in de natuur. Wanneer we de kook- en smelttemperatuur bekijken op de onderstaande grafiek, wordt duidelijk dat korte alkanen zoals methaan (CH4), ethaan (CH3 - CH3), propaan (CH3 - CH2CH3) en butaan (CH3 - CH2 - CH2 - CH3) gasvormig zijn bij kamertemperatuur. Naarmate de molecule langer wordt, stijgt het kookpunt van het alkaan. Alkanen met 5 tot 16 C-atomen zijn vloeibaar bij kamertemperatuur en alkanen met 17 of meer C-atomen zijn vast bij kamertemperatuur. De laatste noemen we de hogere alkanen of paraffinen.

Alkanen zijn goed brandbaar Methaan (aardgas) wordt als brandstof gebruikt voor het verwarmen van onze huizen en het koken van eten op een gasvuur.

Kortere alkanen zijn bovendien licht ontvlambaar. Daarom moet je thuis altijd goed controleren of je de gasaansluiting van je gasfornuis goed hebt afgesloten wanneer je klaar bent met koken.

Afb. 45 Kook- en smelttemperatuur van alkanen

OPDRACHT 12

Zijn alkanen licht ontvlambaar?

Werkwijze

Je leerkracht bevochtigt een propje watten met n-pentaan. Een gehalveerde plastic staaf wordt onder een hoek van 45° opgesteld met behulp van een statief. Het andere uiteinde rust op tafel in de buurt van een theelichtje of brandende kaars.

Waarnemingen

a Wat neem je waar?

b Hoe kun je dat verklaren?

watje met pentaan

gehalveerde plastic buis

kaarsje

emmer met water en vochtige handdoek

Proefversie©VANIN

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Juiste blusmethode

Neem het natte doek met 2 handen vast aan de bovenste hoekpunten (de handpalmen naar boven).

Draai de handen zodat het blusdoek de handen en onderarmen bedekt.

Benader het vuur met gestrekte armen en het blusdoek voor je. Plaats het blusdoek over de brand, beginnende met de onderkant van het blusdoek.

Zorg ervoor dat het blusdoek de vuurhaard volledig bedekt.

Laat het blusdoek liggen want de brandstof kan opnieuw ontvlammen.

demovideo: juiste blusmethode

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

WEETJE

Een stof is licht ontvlambaar als ze met een vlam of klein vonkje gaat branden bij kamertemperatuur in de aanwezigheid van lucht. Let op: ontvlambaarheid mag je niet verwarren met brandbaarheid van een stof. Een stof kan goed brandbaar zijn, maar toch slecht ontvlambaar.

TIP

Ga naar het extra materiaal op en ontdek waar fossiele koolstofbronnen precies vandaan komen.

De wereldindustrie steunt voor haar energievoorziening grotendeels op alkaanmengsels, zoals petroleum en aardgas. Die grondstoffen vormen ook de basis van de petrochemie, waaruit allerlei producten ontstaan die niet meer uit het moderne leven zijn weg te denken. Vorig jaar leerde je al dat ruwe aardolie in fracties wordt gescheiden door gefractioneerde destillatie.

gasfractie

Proefversie©VANIN

dalende dichtheid en kookpunt

oplopende

dichtheid en kookpunt

ruwe olie

chemicaliën 70 °C

kerosine voor vliegtuigen paraffine voor verlichting en verwarming 170 °C petroleum voor auto’s 120 °C

diesel

270 °C

smeerolie, glansen boenproducten

brandstof voor schepen, industrie en centrale verwarming 600 °C asfaltfractie voor wegen

OPDRACHT 13

Welke fracties die we verkrijgen door een gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie, zijn het best ontvlambaar?

Werkwijze

Je leerkracht giet 4 fracties in een porseleinen kroesje en onderzoekt hun brandbaarheid.

pentaandieselbenzinepara ne

Waarneming

Omcikel het juiste antwoord

De aardgasfractie brandt met een grote / kleine vlam.

De andere fracties branden met een grotere / kleinere vlam.

Besluit

Wat kun je besluiten?

Afb. 46 Gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie.

DEMO

WEETJE

Kraken van langere alkanen

Je leerde dat de kortere alkanen vlugger ontvlammen en dus goed bruikbaar zijn als brandstof. Petrochemici proberen langere ketens dan ook te splitsen in meerdere kortere ketens. Dat heet het kraken van alkanen. Om dat resultaat te bereiken, worden de langere alkaanketens verhit in een omgeving zonder zuurstofgas, waardoor er kortere brokstukken ontstaan: kortere alkanen, maar ook alkenen.

Proefversie©VANIN

Alkanen zijn verzadigd: elk koolstofatoom bindt al 4 andere atomen aan zich en kan dus geen extra bindingen meer aangaan. Een of meerdere waterstofatomen kunnen wel vervangen worden door een ander atoom of een atoomgroep. Dat atoom of die atoomgroep noemen we een substituent en de reactie is een substitutiereactie

Het waterstofatoom kan bijvoorbeeld vervangen worden door een halogeenatoom (behorend tot groep VIIa van het periodiek systeem: fluor, chloor, jood of broom). Alkanen reageren met dihalogenen in aanwezigheid van ultraviolet licht. Er kunnen verschillende H-atomen vervangen worden en er zullen dus ook meerdere reactieproducten ontstaan. De chlorering van pentaan levert het volgende:

Na substitutie ontstaan zogenaamde halogeenalkanen. Die moleculen hebben veel nuttige toepassingen.

Subsitutiereactie Toepassing halogeenalkaan

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HClCH3Cl (chloormethaan) is een koelmiddel (freon).

CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HClCH2Cl2 (dichloormethaan) is een afbijtmiddel.

CH3Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HClCHCl3 (trichloormethaan) ken je als chloroform.

CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl CCl4 (tretrachloormethaan) wordt vaak vlekkenwater genoemd, ook al heeft die ontvlekker niets met water te maken.

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

Amethaan ontdekplaat: organische stofklassen

Proefversie©VANIN

Afb. 50 Een molecule methaan

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

Methaan is het voornaamste bestanddeel van aardgas en wordt soms aangetroffen samen met aardolie en andere fossiele brandstoffen. Methaangas ontstaat wanneer bacteriën onder anaerobe omstandigheden (= omgeving zonder zuurstofgas) afgestorven organismen afbreken. Omdat anaerobe omstandigheden vooral in moerasbodems voorkomen, wordt methaan vaak moerasgas genoemd. Het gas ontstaat ook bij de verwerking van o.a. tuinafval. Door die gassen over generatoren te sturen, wordt elektrische energie opgewekt. Methaan wordt daarom ook vaak een biogas genoemd.

Veel gezinnen gebruiken aardgas als brandstof voor het verwarmen van hun woning. Gasleidingen komen dan ook overal in Vlaanderen voor. Methaan is echter geur- en kleurloos. Om een gaslek tijdig op te merken, voegen gasleveranciers daarom sterk geurende organische stoffen toe.

Methaan

Afb. 49 Freon wordt gebruikt in koelkasten, terwijl chloroform vroeger als verdovend middel diende bij operaties.

emmer met water en vochtige handdoek

watje met pentaan

kaarsje

gehalveerde plastic buis

3D-beeld

OPDRACHT 14

Wat ontstaat er bij de verbranding van een alkaan?

Werkwijze

Je leerkracht houdt gedurende 20 seconden een omgekeerde erlenmeyer boven de blauwe vlam van een bunsenbrander. Die bunsenbrander is aangesloten op aardgas (methaan/ethaan). Je leerkracht giet enkele mL van de Ca(OH)2-oplossing in de erlenmeyer en schud even. Die herhaalt de proef met een brandende aansteker (propaan- of n-butaangas). Ten slotte herhaalt je leerkracht de proef met een brandende kaars.

Proefversie©VANIN

doe de waarnemingen

Waarneming

Wat neem je waar?

20’ schud doe de waarnemingen

Besluit

a Geef de verbrandingsreactie van methaangas: uitgangsproducten:

gevormde producten: CO2 en H2O reactievergelijking:

20’ schud doe de waarnemingen

b De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst op de vorming van calciumcarbonaat of CaCO3. Vul aan de hand van dat gegeven de volgende reactie verder aan.

Ca(OH)2 + → CaCO3 + H2O

c De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst dus op de vorming van tijdens de verbranding van een alkaan.

De verbrandingsreactie van methaan verloopt dan als volgt (bij volledige verbranding):

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

20’ schud

Afb. 51 Omgekeerde erlenmeyer boven bunsenbrander

Moerasgebieden bevatten methaan. WEETJE

De grootste methaanvoorraad bevindt zich echter nog in de aarde. Belangrijke methaanrijke moerasgebieden zijn te vinden in het hoge noorden van Europa, Siberië en Amerika. In die gebieden is de bodem permanent bevroren: op enige diepte bevindt zich ijs. Dat heet permafrost. Alleen de bovenste decimeters van de bodem ontdooien elke zomer. Omdat het water niet weg kan zakken door het ijs in de bodem, wordt het vooral in vlakke gebieden nat met veel moerasvorming tot gevolg. Er wordt nu gevreesd dat de temperatuurstijging op aarde zal zorgen voor het ontdooien van de permafrost. Dat zou kunnen leiden tot het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan, en een verdere toename van het broeikaseffect.

Proefversie©VANIN

Aardgas bevat naast methaan ook nog andere koolwaterstoffen. De 2de belangrijkste organische fractie is ethaan, hoewel het beduidend minder in aardgas voorkomt dan methaan.

Aangezien ook ethaan als brandstof wordt gebruikt, schrijven we ook hiervoor de verbrandingsreactie: 2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O

Ethaan is een belangrijke grondstof voor de productie van andere organische stoffen zoals etheen, ethanol en ethaanzuur.

Afb. 52

Ethaan

Propaan en n-butaan

B

Afb. 53 Een molecule ethaan

3D-beeld ethaan

C

3D-beeld propaan

3D-beeld n-butaan

Afb. 54 Een molecule propaan

Afb. 55 Een molecule n-butaan

Propaan en n-butaan zijn gasvormige alkanen, die gebruikt worden om bijvoorbeeld huizen te verwarmen of om fornuizen aan te steken in de keuken. De gassen worden als vloeistoffen onder druk in de handel gebracht onder de benamingen propagas en butagas. Beide gassen worden in een school ook vaak gebruik als mobiele opstelling bij het gebruik van een bunsenbrander. Ook voor propaan en n-butaan schrijven we een (volledige) verbrandingsreactie:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 15

Wat gebeurt er als je propaan of n-butaan verbrandt?

Werkwijze

Je leerkracht vult een bekerglas met water en voegt afwasmiddel toe. Door middel van een lepel wordt voor een goede schuimvorming gezorgd. Die leidt met behulp van een slang gedurende enkele seconden gas in de oplossing en schept met natte handen een klein beetje schuim van de zeepoplossing. Je leerkracht steekt vervolgens het schuim in brand met behulp van lucifers.

Waarnemingen

Wat neem je waar?

Besluit

Omcirkel het juiste antwoord en vul aan.

Het propaan en n-butaan uit de gasleiding ontbranden goed / ontbranden slecht.

Dat bevestigt dat ze kunnen worden gebruikt als

Als je houdt van kamperen, heb je zeker al eens gekookt op een gasvuurtje De bekende blauwe bussen zijn gevuld met butaan. Het gas staat onder verhoogde druk, waardoor het vloeibaar is. Wanneer zo’n bus wordt opengedraaid, ontsnapt eerst het n-butaangas dat zich boven de vloeistof bevindt. Vervolgens verdampt een gedeelte van het vloeibare n-butaan. Die omzetting kan pas voldoende snel gebeuren als de temperatuur van het samengeperste n-butaan hoger ligt dan het kookpunt: -0,5 °C. Om die reden is butaan niet bruikbaar bij vriesweer. Bergbeklimmers en wintersporters gebruiken daarom propaan als campinggas. Het kookpunt van propaan is -42 °C en dat geeft dus geen problemen bij lage temperaturen.

Afb. 56 Propaantank

DEMO

Afb. 57 Koken met butaangas

n-octaan

Benzine bevat ongeveer 300 verschillende koolstofverbindingen, waarvan de meeste alkanen zijn, onder andere octaan. Octaan is een ideale brandstof voor verbrandingsmotoren: hoe hoger het octaangehalte, hoe beter. De verbrandingsreactie noteren we als volgt:

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Proefversie©VANIN

WEETJE

Octaangehalte versus octaangetal aan de benzinepomp Er is een verschil tussen het octaangehalte en het octaangetal. Het octaangehalte duidt op de hoeveelheid octaan in benzine. Het octaangetal is een maat voor de klopvastheid van de brandstof (de mate waarin die brandstof in een brandstofluchtmengsel kan worden samengeperst zonder tot zelfontbranding te komen). De cijfers 95 of 98 die je op de benzinepomp aantreft, geven het octaangetal weer.

n-alkaan Toepassing methaan —brandstof om woningen te verwarmen ethaan —brandstof om woningen te verwarmen —grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur ... propaan —brandstof om woningen te verwarmen —in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

n-butaan —brandstof om woningen te verwarmen —in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

De 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar. Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in permafrost.

n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur. n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren.

` Maak oefening 1 t/m 6 op p. 108-109.

Beoordeel de stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn.

Een organische stof bestaat alleen uit C- en H-atomen.

Een organische stof bevat alleen enkelvoudige bindingen.

Een organische stof bevat alleen atoombindingen.

Een organische stof behoort tot de levenloze materie.

Een organische stof bevat minstens één C-atoom.

Proefversie©VANIN

Geef de systematische naam, structuurformule, skeletnotatie en/of brutoformule van de gegeven alkanen.

Systematische naam

a propaan

Structuurformule

b CH3 – (CH2)3 – CH3

c

d CH3 – CH3

e n-butaan

f CH3 – (CH2)6 – CH3

g h CH3 – (CH2)8 – CH3

Skeletnotatie

Brutoformule

heeft geen skeletnotatie

Koppel de juiste alkanen aan de juiste toepassing(en) of het juiste voorkomen.

1 ethaan • •a komt voor in de permafrost van Siberië

2 propaan • •b grondstof voor ethanol (drankalcohol)

3 methaan • •c campinggas

Geef de aggregatietoestand van de gegeven alkanen bij 21 °C en -10 °C. In de grafiek zie je de smelt- en kookpunten van n-alkanen in functie van het aantal koolstofatomen in de keten.

a octaan

b propaan

c butaan

Methaan wordt gebruikt als brandstof. Uit het derde jaar weten we dat verbranden eigenlijk het reageren met zuurstofgas is. Schrijf nu zelf de verbrandingsreactie.

Proefversie©VANIN

Schrijf de verbrandingsreactie van octaan. Wat heeft autorijden met het versterkt broeikaseffect te maken?

` Meer oefenen? Ga naar

Alkenen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L enkelvoudige stoffen, anorganische samengestelde stoffen en alkanen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

L de naam formuleren van anorganische stoffen en alkanen als je de brutoformule krijgt;

L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen en alkanen bespreken.

Je leert nu:

L de naam van een alkeen geven aan de hand van een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L enkele toepassingen van alkenen uit het dagelijks leven en de industrie bespreken.

Een tweede stofklasse die we bespreken, zijn de alkenen. Die moleculen bevatten meestal ook alleen koolstof- en waterstofatomen, net zoals de alkanen. Niet elke koolstof is gebonden aan 4 andere atomen. Er komen dus dubbele bindingen voor tussen de koolstofatomen. We noemen alkenen daarom ook wel onverzadigde koolwaterstofverbindingen.

Stofklasse Typisch kenmerk alkanen enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen ‘C - C’ alkenen dubbele binding tussen een paar C-atomen ‘C = C’

1 Formule en systematische naam

Zoals bij de alkanen bevat de systematische naam van een alkeen alle informatie die nodig is om een formule te noteren:

alkeen → aantal C-atomen (stam) → dubbele binding tussen een paar C-atomen

De kleinste alkenen zijn:

Systematische naam StructuurformuleSkeletnotatieBrutoformule etheen CH2 = CH2 C2H4 propeen CH2 = CH-CH3 of CH3-CH = CH2 C3H6

We stellen vast dat: de algemene brutoformule van alkenen is: C nH2n (n = natuurlijk getal) propeen op 2 manieren kan worden voorgesteld. De 2 voorstellingen zijn aan elkaar gelijk. De dubbele binding staat bij beide voorstellingen op plaats 1. Ze zijn elkaars spiegelbeeld en door de voorstelling 180° te draaien, kun je opmerken dat het om dezelfde molecule gaat.

Maar wat bedoelen we eigenlijk met plaats 1? De plaats van de dubbele binding wordt bepaald door het nummer van het koolstofatoom waar de dubbele binding start. Het nummer kan worden bepaald via 2 leesrichtingen:

van links naar rechts:

van rechts naar links:

Proefversie©VANIN

1 2 3

CH2 = CH - CH3

CH2 = CH - CH3 3 2 1

We spreken af dat de plaats van de dubbele binding wordt weergegeven met het laagste cijfer, hier is dat dus 1 (links  rechts). Dat zogenaamde positiecijfer wordt in de systematische naam geplaatst vlak voor het achtervoegsel waarnaar het verwijst. Hier is dat de plaats van de dubbele binding. Op basis van de leesrichting wordt de naam dus:

prop-1-een

Wanneer we die afspraak toepassen op de tweede voorstelling van propeen, bekomen we:

van links naar rechts

van rechts naar links

1 2 3

CH3 – CH = CH2

CH3 – CH = CH2 3 2 1

Ook hier is het positiecijfer gelijk aan 1 (rechts  links) en wordt de naam opnieuw:

prop-1-een

Wanneer langs de 2 leesrichtingen hetzelfde positiecijfer verschijnt, moet het cijfer niet weergegeven worden in de systematische naam. De naam propeen is voldoende voor dat alkeen.

Vanaf 4 koolstofatomen is een positiecijfer wel verplicht. We bekijken het alkeen met 5 C-atomen. We kunnen 4 structuurformules opstellen en plaatsen op elke formule de positiecijfers in de 2 leesrichtingen. Met behulp van de regel van het laagste cijfer bepaal je de mogelijke systematische namen:

1 2 3 4 5

structuurformule 1: CH2 = CH - CH2 - CH2 - CH3 pent-1-een

5 4 3 2 1 (pent-4-een)

1 2 3 4 5

structuurformule 2: CH3 – CH = CH - CH2 - CH3 pent-2-een

5 4 3 2 1 (pent-3-een)

1 2 3 4 5

structuurformule 3: CH3 - CH2 – CH = CH - CH3 (pent-3-een)

5 4 3 2 1 pent-2-een

1 2 3 4 5

structuurformule 4: CH3 - CH2 - CH2 – CH = CH2 (pent-4-een)

5 4 3 2 1 pent-1-een

Je krijgt 2 verschillende namen: pent-1-een en pent-2-een. De systematische naam penteen is dus niet eenduidig. Pent-1-een en pent-2-een hebben andere chemische en fysische eigenschappen. Je bent dus verplicht het positiecijfer te vermelden zodat je naar de juiste organische stof verwijst.

Opmerking:

We komen tot 2 belangrijke regels over het plaatsen van een positiecijfer:

1 Indien er verschillende nummeringen voor de plaats van de dubbele bindingen mogelijk zijn, moet die plaats in de naam aangeduid worden met een positiecijfer.

2 Een positiecijfer is zo laag mogelijk.

Bij het opstellen van de structuurformule van een alkeen overloop je het volgende stappenplan:

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen op.

Stap 2: Plaats op de aangegeven positie een dubbele binding tussen de twee C-atomen.

Stap 3: Plaats een enkelvoudige binding tussen de andere C-atomen.

Proefversie©VANIN

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

Plaatsisomeren

Isomeren zijn moleculen met dezelfde brutoformule, maar een andere structuurformule. In het geval van plaatsisomeren zit het verschil in de plaats van bv. de dubbele binding (zoals het geval was in het voorbeeld hierboven: pent-2-een versus pent-1-een).

Een ander voorbeeld van plaatsisomeren is but-1-een versus but-2-een. Ze hebben dezelfde brutoformule (C4H8), maar een andere structuurformule omdat de dubbele binding zich op een andere plaats bevindt:

OPDRACHT 16

VOORBEELDOEFENING

Stel de brutoformule, structuurformule en skeletnotatie van hex-3-een op.

Stap 1: stam = HEX → 6 C-atomen

C C C C C C

Stap 2: Plaats op de aangegeven positie een dubbele binding tussen de 2 C-atomen (op positie 3).

C C C = C C C

Stap 3: Plaats een enkelvoudige binding tussen de andere C-atomen.

C – C – C = C – C – C

Stap 4: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

Uitgebreide structuurformule:

Beknopte structuurformule: CH3 - CH2 - CH = CH - CH2 - CH3

Brutoformule: C6H12

Skeletnotatie:

OPDRACHT 17

Stel nu zelf de structuurformule, skeletnotatie en brutoformule op van de onderstaande alkenen.

Systematische naam

pent-2-een

hept-3-een

Structuurformule

Skeletnotatie Brutoformule

Proefversie©VANIN

formulevorming: zie stappenplan p. 112 ALKENEN

onvertakt vertakt naamgeving: stam = aantal C-atomen langste keten mét dubbele binding in de keten + positiecijfer dubbele binding + achtervoegsel ‘een’

ALKANEN

ORGANISCHE STOFFEN

2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

Met alkenen zijn, naast verbrandingsreacties, ook polymerisatiereacties mogelijk omwille van hun onverzadigd karakter. Polymerisatie is het aaneenschakelen van verschillende onverzadigde bouwsteentjes (de monomeren) tot een lange molecule (het polymeer). Door kleine variaties in de monomeren ontstaan andere polymeren met andere nuttige toepassingen.

In bepaalde omstandigheden is het mogelijk de dubbele binding van het alkeen te breken, zodat 2 ongepaarde elektronen ontstaan en een enkelvoudige binding overblijft. Elk koolstofatoom waarop zich een ongepaard elektron bevindt, zal hierna een binding aangaan met een ander atoom of atoomgroep. Na dat proces is de koolwaterstof verzadigd. We noemen dat proces een additiereactie

Proefversie©VANIN

2.1 Etheen

Etheen vormt de basisgrondstof voor het polymeer polyetheen of PE. Tijdens de synthese worden de verschillende etheenmoleculen aan elkaar gehecht. We noemen etheen daarom het monomeer van polyetheen. Polyetheen, ook gekend onder de oudere naam poylethyleen, kent verschillende toepassingen, o.a. in het huishouden als afdekfolie en verpakkingsmateriaal (huisvuilzakken, plastic flesjes, vershoudfolie) of in de industrie bijvoorbeeld mantels van elektrische kabels of gas-, drinkwater- en rioolwaterleidingen.

In de natuur speelt etheen een volledig andere rol. Het is namelijk een hormoon in planten en de aanwezigheid ervan stimuleert stofwisselingsprocessen zodat vruchten beginnen te rijpen. Importeurs voeren vaak onrijp fruit in en laten het bij aankomst versneld rijpen door blootstelling aan etheengas.

Etheen kan ook additiereacties ondergaan. Zo wordt etheen door de reactie met een halogenide omgezet naar bv. 1,2-dichloorethaan of 1,2-dibroomethaan.

Afb. 61 Bananen rijpen snellen door etheengas.

3D-beeld etheen

Afb. 62 Additie van een dihalogeen aan etheen. De plaatsing van de halogeenatomen boven, onder of opzij in de vlakke tekening is willekeurig.

3D-beeld propeen

De reactie tussen water en etheen zorgt voor de vorming van ethanol, het bekende drinkalcohol.

Proefversie©VANIN

Afb. 63 Additie van water aan etheen.

2.2 Propeen

Propeen is de basisgrondstof voor de kunststof polypropeen (PP). Die kunststof wordt gebruikt bij de productie van yoghurtpotjes, flesdoppen en tuinmeubels. Overheden zetten sterk in op de recyclage van die kunststoffen. Gerecycleerd PP kent bijvoorbeeld toepassingen in bloembakken en auto-onderdelen.

De verschillende kunststoffen kun je op een verpakking herkennen op basis van een Europese code:

ANDERE

ORGANISCHE STOFFEN

bestaan enkel uit C-en H-atomen

goed brandbaar

onvertakt vertakt

bestaan enkel uit C-en H-atomen; bevat een dubbele binding

Etheen

CH2 = CH2 grondstof voor de kunststof polyetheen (PE) plantenhormoon

Propeen

CH3 - CH = CH2 grondstof voor de kunststof polypropeen (PP)

ALKANEN

ALKENEN

Afb. 64 Een molecule propeen. Afb. 65 Flesdopjes zijn gemaakt van propeen.

Afb. 66 Europese codes voor kunststoffen.

Alkynen

LEERDOELEN

Je kunt al:

L alkanen classificeren als verzadigde koolwaterstoffen en alkenen als onverzadigde koolwaterstoffen.

Je leert nu:

Proefversie©VANIN

L de naam van een alkyn geven aan de hand van een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L enkele toepassingen van alkynen uit het dagelijks leven en de industrie bespreken.

Ook alkynen zijn onverzadigde koolwater-stoffen.

In een alkyn gaan minstens 2 koolstofatomen onderling een drievoudige atoombinding aan.

Je noemt die koolwaterstoffen daarom vaak ‘dubbel onverzadigd’.

Stofklasse Typisch kenmerk alkanen enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen ‘C - C’ alkenen dubbele binding tussen een paar C-atomen ‘C = C’ alkynen drievoudige binding tussen een paar C-atomen ‘C C’

1 Formule en systematische naam

Zoals bij de alkanen en de alkenen bevat de systematische naam van een alkyn alle informatie die nodig is om een formule te noteren of een structuur te tekenen:

alkyn → aantal C-atomen (stam) → drievoudige binding tussen een paar C-atomen

De kortste alkynen zijn:

Systematische naam

StructuurformuleBrutoformule

ethyn HC CH C2H2 propyn HC C - CH3 C3H4

We stellen vast dat:

—de algemene brutoformule van alkynen CnH2n-2 is; —propyn, net als propeen, op 2 manieren kan worden voorgesteld.

De 2 voorstellingen zijn aan elkaar gelijk. De dubbele binding staat bij beide voorstellingen op plaats 1. Ze zijn elkaars spiegelbeeld.

Door de voorstelling 180° te draaien, kun je opmerken dat het om dezelfde molecule gaat; —je, net als bij de alkenen, bij ketens vanaf 4 koolstoffen de plaats moet aanduiden waar de drievoudige binding start. Je kiest daarvoor alweer het laagst mogelijke cijfer. Het positiecijfer wordt, net als bij de alkenen, in de systematische naam geplaatst, voor het achtervoegsel ‘-yn’.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 18

Geef de juiste systematische naam voor de onderstaande alkynen.

CH3-CH2-C C-CH3

CH3-CH2-CH2-C C-CH2-CH2-CH3

2 Toepassingen van alkynen

Van alle alkynen is het voornamelijk ethyn dat een paar belangrijke toepassingen heeft. Ethyn is een veelgebruikte brandstof, bijvoorbeeld voor autogeenlassen of gassmeltlassen, en een belangrijke grondstof voor de productie van sommige plastics.

Ethyn is beter bekend onder zijn triviale naam acetyleen.

Afb. 67 Ethyn dient als brandstof voor snijbranders.

Afb. 68 Ethyn is een belangrijke grondstof voor de productie van pvc, dat je onder meer aantreft in dakgoten.

verzadigde

koolwaterstoffen met enkel enkelvoudige

‘C - C’-bindingen

brutoformule: C nH2n+2

Proefversie©VANIN

onverzadigde koolwaterstoffen met een dubbele

‘C = C’-binding

brutoformule: C nH2n

onverzadigde koolwaterstoffen met een drievoudige

‘C C’-binding

brutoformule: C nH2n-2

Het positiecijfer (zo laag mogelijk) in de systematische naam geeft de plaats aan van de dubbele of drievoudige binding.

ALKANEN ALKYNEN

ORGANISCHE STOFFEN

ALKENEN

Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L enkelvoudige stoffen, anorganische samengestelde stoffen, alkanen en alkenen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

L de naam formuleren van anorganische stoffen, alkanen en alkenen als je de brutoformule krijgt;

L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen, alkanen en alkenen bespreken.

Je leert nu:

L de naam van methanol en ethanol geven o.b.v. een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L de naam van methaanzuur en ethaanzuur geven o.b.v. een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L enkele toepassingen van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur in het dagelijks leven en de industrie.

Stofklasse

In dit laatste hoofdstuk bespreken we kort twee andere stofklassen: de alcoholen en de carbonzuren. Alkanen waar een H-atoom vervangen wordt door een OH-groep noemt men alcoholen. De functionele groep voor de alcoholen is dus de OH-groep. De carbonzuren bevatten zoals alcoholen ook C-, H- en O-atomen. Een alkaanzuur bevat echter twee O-atomen en heeft als functionele groep de carboxylgroep (COOH-groep), die zich steeds in het molecule eindstandig (= achteraan in de molecule) bevindt.

Typisch kenmerk alkanen enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen ‘C - C’ alkenen dubbele binding tussen een paar C-atomen ‘C = C’ alkynen drievoudige binding tussen een paar C-atomen ‘C C’ alcoholen H-atoom vervangen door -OH groep ‘- OH’ carbonzuren C-atoom gebonden aan een O-atoom en een OH-groep. ‘- COOH’

1 Alcoholen

De organische stofklasse 'alcoholen' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de hydroxylfunctie, of de OH-groep. De hydroxylfunctie in een alcohol neemt de plaats in van een waterstofatoom in een alkaan en is ook enkelvoudig gebonden aan dat koolstofatoom.

Alcoholen bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep, geen hydroxiden. De OH-groep is covalent gebonden aan het niet-metaal koolstof. In een hydroxide ontstaat een ionbinding tussen de OH-groep en het metaalion.

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alcohol nu gevormd?

Voor de naamgeving van de alcoholen blijven de basisafspraken van de alkanen behouden:

—De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen. —Het achtervoegsel ‘aan’ (verkort 'an') verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

—In de naam wordt de functionele groep (de hydroxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘-ol’.

Dit jaar onthouden we de 2 alcoholen met de kortste structuur:

Systematische naam Structuurformule

methanol CH3 – OH ethanol CH3 – CH2 – OH

1.1 Methanol

Methanol is een kleurloze, zeer giftige vloeistof (kookpunt 65 °C). Het kent verschillende toepassingen.

Proefversie©VANIN

Je vindt het in de handel vooral als methylalcohol, (brand)spiritus of brandalcohol. Waarschijnlijk ken je methanol nog het best als brandstof voor de sfeervolle fonduestelletjes tijdens de kerstperiode. Sommige mensen gebruiken methanol om hun barbecue aan te steken, maar dat is geen goed idee. Methanol is heel licht ontvlambaar en brandt met een bijna kleurloze vlam.

Afb. 69 Een molecule methanol.

3D-beeld methanol

Afb. 70 Methanol als brandstof in een fonduestel.

Er wordt momenteel heel wat wetenschappelijk onderzoek gedaan naar meer ecologische brandstoffen. Fijn stof maar vooral de CO2-uitstoot zorgt voor milieuproblemen en klimaatverandering. De wetenschap focust zich daarbij op het gebruik van nieuwe technologie (brandstofcellen), maar ook op nieuwe brandstoffen. Door bijvoorbeeld het gebruik van methanol als brandstof in auto’s kan de CO2-uitstoot gehalveerd worden. Methanol wordt door middel van een ingenieus motorsysteem gesplitst in koolstof, waterstofgas en zuurstofgas. Via brandstofcellen wordt er vervolgens energie geleverd voor de aandrijving van de wagen. Je leert alles over brandstofcellen in de derde graad.

Methanol is heel goed oplosbaar in water en is een oplosmiddel voor organische stoffen, zoals lijmen, verven en vetten.

Proefversie©VANIN

In de industrie wordt methanol gebruikt als grondstof voor het maken van oplosmiddelen, kunststoffen (bv. bakeliet), kleurstoffen en geneesmiddelen.

1.2 Ethanol

Ethanol is een kleurloze vloeistof (kookpunt 78 °C), die zich in alle verhoudingen mengt met water.

Wat men in de omgangstaal met ‘alcohol’ bedoelt, is bijna altijd ethanol. Daarom duiden we het vaak aan met de naam ‘gewone alcohol’. Het is één van de oudst bekende stoffen.

Het bekendste bereidingsproces van ethanol wordt gebruikt bij de productie van alcoholische dranken, zoals bier. Via een ingewikkeld proces wordt glucose vrijgemaakt uit granen, vooral uit gerst. Gistcellen gebruiken die glucose als voedingsbron en breken het (in de afwezigheid van zuurstofgas) af tot ethanol en koolstofdioxide: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 ↑ glucose → ethanol + koolstofdioxide

Afb. 71 Methanol als ecologische brandstof voor auto’s

Afb. 72 Methanol als oplosmiddel voor verf

Afb. 73 Methanol als grondstof voor het maken van geneesmiddelen

Afb. 74 Een molecule ethanol

3D-beeld ethanol

Afb. 75 Ethanol ontstaat bij de productie van bier.

Het alcoholgebruik bij jongeren is de laatste jaren sterk toegenomen. Vooral het bingedrinken (meer dan 5 alcoholconsumpties op korte tijd voor mannen en 4 voor vrouwen) komt meer en meer voor. Jongeren spreken vooral over ‘comazuipen’.

Alcohol wordt nog steeds sociaal aanvaard als genotsmiddel. Er bestaat echter een onmiskenbare relatie tussen alcoholgebruik en het aantal verkeersdoden. Ook alcoholisme komt meer en meer voor en dat in alle lagen van de bevolking.

Ons bloed neemt heel snel ethanol op en verspreidt het vervolgens over de weefsels, dus ook de hersenen. De concentratie aan alcohol in de uitgeademde lucht is evenredig met het alcoholgehalte in het bloed. Een eenvoudige ademtest volstaat dan ook voor een snelle controle. Een rechter kan een alcoholslot laten plaatsen in de auto van een chauffeur die regelmatig werd betrapt op dronken rijden. Pas wanneer een alcoholtest negatief is, kan de chauffeur zijn auto starten.

Proefversie©VANIN

Ethanol wordt ook gebruikt als ontsmettingsmiddel. Volgens de aanbevelingen van de WHO (Wereldgezondheids-organisatie) moeten desinfecterende hydroalcoholische oplossingen, bedoeld voor gebruik in de gezondheidszorg, ten minste 70 % ethanol bevatten om doeltreffend te zijn tegen bacteriën en bepaalde virussen.

Onder de naam biobrandstof wordt ethanol ook steeds meer gebruikt als energiebron voor wagens. Soms wordt in auto’s ook een mengsel van verschillende brandstoffen gebruikt, bv. 60 % ethanol, 33 % methanol en 7 % benzine.

Ethanol wordt ook ingezet als oplosmiddel, bijvoorbeeld in cosmetica en parfums.

Afb. 76 Jongere is bewusteloos door alcoholgebruik.

Afb. 77 Alcoholcontrole bij bestuurders

Afb. 78 Ethanol als ontsmettingsmiddel

Afb. 79 Ethanol als brandstof

Afb. 80 Ethanol als oplosmiddel voor cosmetica en parfum

Hoe leid je uit een formule de systematische naam af van alcoholen?

CH3 - OH

—stam = 1 C-atoom → METH

—allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN

—aanwezigheid hydroxylgroep → OL

De systematische naam van de molecule is methanol

CH3 - CH2 - OH

—stam = 2 C-atomen → ETH

—allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN

—aanwezigheid hydroxylgroep → OL

De systematische naam van de molecule is ethanol.

In de structuurformule wordt de hydroxylfunctie meestal apart weergegeven.

CH3 - CH2 - OH

In de skeletnotatie worden de binding met de functionele groep én de OH-groep zelf volledig weergeven. OH

Correcte formule?

Opmerking 1:

We bekijken de structuurformule van ethanol: CH3 - CH2 - OH

Hierbij valt op dat het waterstofatoom apart wordt weergegeven bij het zuurstofatoom waar het een binding mee aangaat. CH3 - CH3O wordt dus niet toegepast als structuurformule om duidelijk de functionele groep te benadrukken, omdat het simpelweg niet juist is. De structuurformule geeft weer welke atomen aan elkaar gebonden zijn; CH3 - CH3O zou betekenen dat aan het linkse C-atoom 3 H-atomen gebonden zijn en 1 C-atoom en aan de rechtse C een C-atoom, 3 H-atomen én een O-atoom, wat uiteraard niet kan.

Opmerking 2:

De binding tussen het koolstofatoom en de hydroxylfunctie moet niet worden weergegeven. De onderstaande voorstelling van ethanol is dus ook correct:

CH3 - CH2OH

Proefversie©VANIN

Opmerking 3:

De molecule ethanol moet natuurlijk wel juist gelezen worden: de hydroxylfunctie is gebonden aan het tweede C-atoom (en dus niet aan de H-atomen).

Een andere mogelijke weergave is dan ook:

CH3 - CH2 | OH

Schrijf zeker niet deze foute structuur: CH2 - OH - CH3

2 Carbonzuren

De organische stofklasse 'carbonzuren' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de carboxylfunctie of de COOH-groep:

Proefversie©VANIN

C O OH

Carbonzuren bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep, geen hydroxiden of alcoholen. De OH-groep is namelijk covalent gebonden aan een koolstofatoom dat ook nog een dubbel gebonden zuurstofatoom heeft.

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek carbonzuur gevormd?

Voor de naamgeving van de carbonzuren blijven de basisafspraken van de alkanen behouden:

—De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen.

—Het achtervoegsel ‘aan’ verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

—In de naam wordt de functionele groep (de carboxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘zuur’

—Er wordt geen positiecijfer genoteerd, omdat we de nummering van de keten starten aan de kant van de carboxylfunctie.

Dit jaar onthouden we de 2 kleinste carbonzuren:

Systematische naam StructuurformuleTriviale naam Zuurrest Naam zuurrest methaanzuurHCOOH mierenzuur HCOO- formiaation ethaanzuur CH3 – COOH azijnzuur CH3COO- acetaation

WEETJE

Hoe leid je uit een formule de systematische naam af van carbonzuren?

H - COOH

—stam = 1 C-atoom → METH

—allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN

—aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR

De systematische naam van die molecule is methaanzuur

Methaanzuur wordt triviaal ook mierenzuur genoemd. Wanneer mierenzuur een H+ van de carboxylgroep heeft afgestaan, dan ontstaat de zuurrest HCOO-. Dat wordt het formiaation genoemd.

CH3 - COOH

—stam = 2 C-atomen → ETH —allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN

—aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR

De systematische naam van die molecule is ethaanzuur.

Ethaanzuur wordt triviaal ook azijnzuur genoemd. Wanneer azijnzuur een H+ van de carboxylgroep heeft afgestaan, dan ontstaat de zuurrest CH3COO-. Dat wordt het acetaation genoemd.

Merk op dat het koolstofatoom uit de carboxylfunctie wordt meegeteld in de stamnaam.

3D-beeld methaanzuur

2.1 Methaanzuur

Methaanzuur is een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur die de huid kan aantasten. Misschien denk je dat je methaanzuur niet kent, maar je bent zeker weleens gebeten door een mier. De irriterende jeuk die je dan voelt, wordt veroorzaakt door de chemische stof die het insect op je huid spuit: methaanzuur. Daarom spreken we ook van mierenzuur.

Mierenzuur komt ook voor in de haren van de brandnetel en is verantwoordelijk voor het brandende gevoel als je huid met die plant in contact komt.

In het verleden onttrokken leerlooiers mierenzuur aan mierennesten; men meende toen dat het de urine van mieren was om de huiden te bewerken. Naast mieren gebruiken nog andere insecten, zoals bijen en wespen, mierenzuur om zich te verdedigen.

2.2 Ethaanzuur

ethaanzuur

Proefversie©VANIN

Net als methaanzuur is ethaanzuur een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur. Door de langere koolstofketen heeft het een iets hoger kookpunt dan methaanzuur. De triviale naam is azijnzuur Zuiver ethaanzuur wordt ook ijsazijn genoemd. Het stolt bij 17 °C en heeft dan het uitzicht van ijs.

Keukenazijn is een verdunde oplossing (5-8 %) van ethaanzuur. Het wordt o.a. gebruikt om mayonaise en vinaigrettes te maken. In de Oosterse keuken wordt vaak gebruikgemaakt van rijstazijn van gefermenteerde rijst.

WEETJE

Afb. 81 Een molecule methaanzuur.

Afb. 82 Een mier spuit methaanzuur of mierenzuur.

Afb. 83 In de haren van de brandnetel zit mierenzuur.

Afb. 84 Een molecule ethaanzuur

Afb. 85 In keukenazijn zit een verdunde oplossing van ethaanzuur

3D-beeld

ontdekplaat: organische stofklassen

Afb. 86 Augurken worden bewaard in een azijnzuuroplossing.

Azijn wordt ook vaak gebruikt als conserveermiddel voor voedingswaren. Op de verpakking vind je het terug onder de code als bewaarmiddel: E260. Enkele voedingswaren worden zelfs bewaard in een volledige azijnzuuroplossing: augurken, haring, olijven, uien. De kenmerkende zure smaak herken je zeker.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 19

ONDERZOEK

Onderzoek de pH-waarden van organische en anorganische stoffen.

Voer het labo uit. Je vindt het op .

bestaan enkel uit C-en H-atomen ALKENEN ALKANEN

bestaan enkel uit

C-en H-atomen; bevat een dubbele binding

vertakt

onvertakt

Etheen

CH22 = CH2

• grondstof voor de kunststof polyetheen (PE)

• plantenhormoon

Propeen

CH3 - CH = CH2

• grondstof voor de kunststof polypropeen (PP)

bestaan enkel

uit C- en H-atomen; bevat een drievoudige binding

Ethyn

• CH CH

• gas gebruikt om metalen te lassen, ook wel acetyleen genoemd

ALCOHOLEN

bestaan uit

C,H,O-atomen; bevat een -OH-groep CARBONZUREN

bestaan uit

C,H,O-atomen; bevat een -COOH-groep

Methanol

CH3 - OH

• brandstof (spiritus)

• oplosmiddel

• grondstof voor oplosmiddelen, kunststoffen …

• ecologische brandstof (auto)

Ethanol

CH3 - CH2 - OH

• drankalcohol

• ontsmettingsmiddel

• oplosmiddel

• brandstof

Methaanzuur

H - COOH

• triviale naam: mierenzuur

• zuur bij verdediging insecten

• plantenextract (netels)

• gebruikt bij het looien van leer

• HCOO- zuurrest: formiaation

Ethaanzuur

CH3 - COOH

• triviale naam: azijnzuur

• conserveermiddel

• CH3COO- zuurrest: acetaation

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 128-130.

ORGANISCHE STOFFEN

2 3

Vul de volgende tabel aan.

Systematische naam

ethaan

n-butaan

n-hexaan

n-octaan

n-decaan

CH4

CH3 – CH2 – CH3

CH3 – (CH2)3 – CH3

Structuurformule

Proefversie©VANIN

CH3 – (CH2)5 – CH3

CH3 – (CH2)7 – CH3

CH3OH

ethanol HCOOH

ethaanzuur C2H2

Schrijf hieronder de reactievergelijkingen van de volgende verbrandingsreacties.

Volledige verbranding

n-butaan

methanol

ethyn

Vul de tabel met toepassingen van organische stoffen verder aan.

Organische stof

Structuurformule

CH3COOH

Toepassing

Systematische naam

methaanzuur

Geef de systematische naam, structuurformule en/of brutoformule van de onderstaande alkenen.

Systematische naam

a but-2-een

b CH2 = CH – CH3

Structuurformule

Brutoformule

Proefversie©VANIN

5

c CH3 – (CH2)4 – CH = CH2

d dec-5-een

e pent-1-een

f C2H4

g CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

h hex-2-een

Is prop-2-een een correcte naam?

Schrijf de juiste naam bij de gegeven structuurformules.

Structuurformule Naam

HC H H C H C H H C H H H C H HH H C HH H C

HC H H C HH H H CC H H C H H H C H HH H C

Proefversie©VANIN

Zoek uit welke 3 alkanen de brutoformule C5H12 hebben.

Structuurformule

Naam

ORGANISCHE STOFKLASSEN

bindingsmogelijkheden C-atoom: 4 bindingen, niet noodzakelijk 4 bindingspartners soorten formules: brutoformule, (beknopte) structuurformule, skeletnotatie telwoorden stam naamgeving (indicatie voor het aantal C-atomen):

1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 meth-eth-prop-but-pent-hex-hept-oct-non-dec

ALKANEN

Onvertakt

—bestaan enkel uit C- en H-atomen —enkelvoudige bindingen

—naamgeving en formulevorming onvertakte alkanen:

• ALK = stam (aantal C-atomen)

• AAN (= alleen maar enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen)

n-alkaan

methaan

Proefversie©VANIN

Vertakt

—bestaan enkel uit C- en H-atomen

—enkelvoudige bindingen

—naamgeving en formulevorming vertakte alkanen:

• X = positiecijfer zijketen

• alkyl = naam zijketen

• alkaan = naam alkaan

Toepassing

—brandstof om woningen te verwarmen ethaan

propaan

n-butaan

—brandstof om woningen te verwarmen

—grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur …

—brandstof om woningen te verwarmen

—in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

—brandstof om woningen te verwarmen

—in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

De 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar. Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in de permafrost.

n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur.

n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren.

—bestaan enkel uit C-en H-atomen

—bevat een dubbele binding

—bestaan enkel uit C-en H-atomen

—bevat een dubbele binding

—naam en formulevorming:

• ALK = stam (aantal C-atomen)

• X = positiecijfer dubbele binding = zo laag mogelijk

• EEN = aanwezigheid dubbele binding tussen 2 C-atomen

—bestaan enkel uit C- en H-atomen

—bevat een drievoudige binding

—naam-en formulevorming:

• ALK = stam (aantal C-atomen)

• X = positiecijfer drievoudige binding = zo laag mogelijk

• YN = aanwezigheid drievoudige binding tussen 2 C-atomen

—bestaan uit C-,H- en O-atomen

—bevat een -OH-groep

Proefversie©VANIN

—bestaan uit C-,H- en O-atomen

—bevat een -COOHgroep

Eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

Etheen

CH2 = CH2

• grondstof voor de kunststof polyetheen (PE)

• plantenhormoon

Propeen

CH3 - CH = CH2

• grondstof voor de kunststof polypropeen (PP)

Ethyn of acetyleen

CH CH

• gas gebruikt om metalen te lassen

• grondstof voor de kunststof polyvinylchloride (pvc)

Methanol

CH3 - OH

• brandstof (spiritus)

• oplosmiddel

• grondstof voor oplosmiddelen, kunststoffen …

• ecologische brandstof (auto)

Ethanol

CH3 - CH2 - OH

• drankalcohol

• ontsmettingsmiddel

• oplosmiddel

• brandstof

Methaanzuur

H - COOH

• triviale naam: mierenzuur

• zuur bij verdediging insecten

• plantenextract (netels)

• wordt gebruikt bij het looien van leer

Ethaanzuur

CH3 - COOH

• triviale naam: azijnzuur

• conserveermiddel

1 Begripskennis

Ik kan verzadigde en onverzadigde koolstofverbindingen definiëren en van elkaar onderscheiden.

Ik ken het begrip koolwaterstoffen.

Ik kan de brutoformule van een organische stof geven op basis van naam, structuurformule of skeletnotatie.

Ik kan de beknopte en uitgebreide structuurformule van een organische stof geven op basis van een naam of skeletnotatie.

Ik kan de skeletnotatie of zaagtandstructuur van een organische stof geven op basis van een naam of structuurformule.

Ik kan organische stoffen indelen als alkanen, alkenen, alkynen, alcoholen of carbonzuren.

Ik kan de hydroxylfunctie en carboxylfunctie als functionele groepen herkennen.

Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van alkanen.

Ik kan de structuurformule of skeletnotatie van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de systematische naam.

Ik kan de systematische naam van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de skeletnotatie of structuurformule.

Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur.

2 Onderzoeksvaardigheden

Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alkynen, alcoholen of carbonzuren op basis van een gegeven formule.

Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alkynen, alcoholen of carbonzuren op basis van een naam.

Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de naam vormen als de formule gegeven is.

Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de formule vormen als de naam gegeven is.

Ik kan van vertakte alkanen de systematische naam vormen als de formule gegeven is.

Ik kan van vertakte alkanen de formule vormen als de naam gegeven is.

Ik kan van alkenen de naam vormen als de formule gegeven is.

Ik kan van alkenen de formule vormen als de naam gegeven is.

Proefversie©VANIN

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

JANOG OEFENEN

Notities

Proefversie©VANIN

CHEMISCH REKENEN 03 THEMA

Om zelf mayonaise te maken, is het belangrijk om de juiste hoeveelheden van de ingrediënten te gebruiken: 1 eierdooier, 1 eetlepel mosterd, een snuifje zout … Eenheden zoals een ‘snuifje’ of een ‘eetlepel’ zullen we in de chemielessen niet gebruiken. In de keuken kun je nog spelen met de hoeveelheden van ingrediënten, in de chemie is dat niet zo. Reagentia moeten in zeer nauwkeurige hoeveelheden worden samengevoegd.

citroensap

zout mosterd

` Hoe kun je te weten komen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren?

` En hoe ga je die stofhoeveelheden afwegen? De massa van atomen is immers veel te klein.

We zoeken het uit!

Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de massa van een atoom berekenen uit de hoeveelheid protonen (Z) en neutronen (N), uitgedrukt in unit.

Je leert nu:

L het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van atomen;

L de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

1 Atoommassa

Het atoom is het kleinste deeltje dat nog alle eigenschappen van het element bezit. Niet-metalen binden via atoombinding tot moleculen, tot zuren en niet-metaaloxiden bijvoorbeeld. Metalen en niet-metalen binden onderling via een ionbinding. De metaaloxiden, de hydroxiden en de zouten binden op die manier, zoals je in thema 01 al hebt geleerd.

Je weet al dat het gecombineerde atoommodel van Bohr-Rutherford een atoom beschrijft met een kern, bestaande uit neutronen en protonen, en schillen met elektronen rond die kern.

Atomen van hetzelfde element hebben altijd hetzelfde aantal protonen en elektronen, maar kunnen een verschillend aantal neutronen bevatten.

De relatieve atoommassa A r van een element is de verhouding tussen de absolute atoommassa en de eenheidsmassa (u).

Afb. 87 Het schillenmodel van Bohr-Rutherford.

Een proton heeft een massa van 1,6726231 · 10-27 kg, net iets minder dan de massa van een neutron. De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein: slechts 1 2 000 van de massa van een proton. Om het rekenen wat te vereenvoudigen, werd de unit (u) als eenheid gedefinieerd:

schillen

protonen en neutronen

3D-beeld atoom

De unit is de standaard om massa aan te duiden op atomair of moleculair niveau. Het werd gedefinieerd als 1 12 de van de massa van het 12C-isotoop en bedraagt 1,66 · 10−27 kg.

Bij benadering kunnen we de unit gelijkstellen aan de massa van een proton of aan die van een neutron.

Proefversie©VANIN

Vorig jaar leerde je al dat het volstaat om de massa van het aantal protonen en neutronen van een atoom samen te tellen om het massagetal te berekenen:

De massa van het atoom (massagetal A) is de som van het aantal protonen (Z) en van het aantal neutronen (N).

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

VOORBEELD ABSOLUTE ATOOMMASSA BEREKENEN

We berekenen de absolute atoommassa, uitgedrukt in unit, van een magnesiumatoom met 12 neutronen:

24Mg heeft 12 protonen (Z) en dus 12 (A-Z) neutronen. De massa is dus:

A = Z + N = 24 u

Omgerekend naar kg is dat dan: A a(Mg) = 24 u · 1,66 · 10−27 kg u = 4 · 10-27 kg

Zo’n kleine massa is onmeetbaar voor om het even welk instrument. Daar moeten we een oplossing voor vinden.

Bovendien kunnen atomen van hetzelfde chemische element, dus met hetzelfde aantal protonen, een verschillend aantal neutronen in de kern hebben. Zo zullen niet alle magnesiumatomen 12 neutronen in de kern hebben. We spreken in dat geval over isotopen. Als er meerdere isotopen bestaan van eenzelfde element, dan kunnen we de atoommassa van een element niet zomaar gelijkstellen aan die van 1 bepaalde isotoop. We moeten de atoommassa van een element dan bepalen door rekening te houden met het procentueel voorkomen van elke isotoop. We spreken dan over de gemiddelde relatieve atoommassa. We ronden in berekeningen de gemiddelde relatieve atoommassa <A r > steeds af op 1 cijfer na de komma. Andersom kun je het procentueel voorkomen van 2 isotopen berekenen uit de gemiddelde relatieve atoommassa.

VOORBEELDVRAAGSTUK

Bereken het procentuele voorkomen van de 2 isotopen van chloor, 35Cl en 37Cl.

Gegeven: 35Cl en 37Cl

<A r> = 35,5

Proefversie©VANIN

Gevraagd: % 35Cl en % 37Cl

Oplossing:

We noemen het procentuele voorkomen van de isotoop 35Cl ‘x’, en het voorkomen van de isotoop 37Cl ‘y’.

Samen vormen beide isotopen 100 % van een verzameling chlooratomen:

x + y = 100.

Het voorkomen van de 37Cl-isotoop is logischerwijs: y = 100 – x.

<A r> is het gewogen gemiddelde van het voorkomen van elke isotoop, dus:

x · 35 + y · 37 = 100 · <A r >

x · 35 + (100 – x) · 37 = 100 · 35,5

–2x = 3 550 – 3 700 = –150

x = 75

y = 1 – x = 25

Antwoord: De 35Cl-isotoop heeft een procentueel voorkomen van 75 %. De 37Cl-isotoop heeft een procentueel voorkomen van 25 %.

De gemiddelde relatieve atoommassa is het ‘gewogen gemiddelde’ van alle relatieve atoommassa’s van de voorkomende isotopen In het PSE wordt bij elk element <A r > vermeld.

12 1,2

magnesium 24,31

atoomnummer (Z) elektronegatieve waarde (EN) symbool naam gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>)

Afb. 88 De gemiddelde relatieve atoommassa van magnesium.

2 Molecuulmassa

Je weet nu hoe de massa van een atoom wordt berekend, maar hoe bereken je de massa van een molecule die uit verschillende soorten atomen bestaat?

Vergelijk het met een zak snoepjes: om de totale massa van de snoepjes te berekenen zul je de massa van elk soort snoepje moeten kennen en het aantal snoepjes per soort.

Ook moleculen bestaan uit een welbepaalde combinatie van meerdere atomen. Die atomen kunnen tot verschillende elementen behoren. Om de gemiddelde massa van een molecule of de molecuulmassa te berekenen, volstaat het de som te nemen van de gemiddelde atoommassa's van alle atomen in de molecule.

VOORBEELD MOLECUULMASSA BEREKENEN

De molecuulmassa van 1 molecule zwavelzuur (H2SO4) bestaat uit:

—2 waterstofatomen; —1 zwavelatoom; —4 zuurstofatomen. m(H2SO4) = (2 · 1,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 98,1 u

Uitgedrukt in kg is dat: m = 98,1 · 1 u · 1,66 · 10−27 kg u = 1,63 · 10-25 kg

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 1

Bereken de massa van 1 molecule salpeterzuur (HNO3).

Gegeven: HNO3

Gevraagd: m(HNO3)

Oplossing:

Afb. 89 Zwavelzuur

Afb. 90 Salpeterzuur

3 Formulemassa

In een verbinding opgebouwd uit metalen en niet-metalen worden de gevormde ionen samengehouden door een ionbinding. Die stof noemen we een ionverbinding. Voor ionverbindingen kunnen we dezelfde methode toepassen, alleen gebruiken we nu de formule-eenheid: de steeds wederkerende eenheid uit het ionrooster.

Zouten vormen bijvoorbeeld geen aparte moleculen. We spreken hier dan ook beter over de formule-eenheidsmassa of kortweg de formulemassa. Die wordt bepaald door de som van de gemiddelde massa’s van de ionen die we uit die formule-eenheid nemen. De berekening van de formulemassa verloopt analoog aan die van de molecuulmassa. We maken geen onderscheid tussen de massa van een ion en een atoom. Het verschil tussen beide is namelijk maar een aantal elektronen meer of minder, en elektronen hebben een verwaarloosbare massa.

VOORBEELD FORMULE-EENHEID NATRIUMSULFAAT (Na2SO4)

m(Na2SO4) = (2 · 23,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 142,1 u

Uitgedrukt in kg is dat:

m = 142,1 u · 1,66 · 10−27 kg u = 2,36 · 10-25 kg

OPDRACHT 2

Bereken de massa van 1 formule-eenheid magnesiumcarbonaat (MgCO3) in unit en in kilogram.

Gegeven: MgCO3

Gevraagd: m(MgCO3) met eenheid u en kg

Oplossing:

Proefversie©VANIN

massagetal (A) = som van het aantal protonen en neutronen gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>) = gewogen gemiddelde van de atoommassa's van de voorkomende isotopen

molecuulmassa = som van de atoommassa's van de samenstellende atomen formulemassa = som van de massa's van de ionen in de formule-eenheid

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 141.

Afb. 91 Natriumsulfaat

Noteer de correcte naam van de verbindingen en bereken hun molecuul- of formulemassa.

a CaSO4:

b NaNO3:

c MgF2:

d Fe2O3:

e Ag2S:

Proefversie©VANIN

Twee van de ternaire zuren die je in thema 01 leerde kennen, hebben een massa van ongeveer 98 u. Over welke zuren gaat het?

Bereken de molecuul- of formulemassa van de moleculen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig.

a O2:

b S8:

c H2:

d MgO:

e SiCl4:

f H2SO4:

g Al(IO3)3:

Bereken de molecuul- of formulemassa van de onderstaande chemische stoffen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig.

a CaCO3:

b SiI4:

c Be(OH)2:

d Al2(HPO4)3: ` Meer oefenen? Ga naar .

De mol en het getal van Avogadro

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de atoommassa, molecuulmassa en formulemassa berekenen, uitgedrukt in unit.

Je leert nu:

L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro;

L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd;

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

6,02 · 1023 atomen in 12 gram koolstof

De massa van een molecule of formule-eenheid is onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan naar een veelvoud moleculen of formuleeenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel meetinstrument is immers in staat om, met zo’n precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen.

OPDRACHT 3

Vul de laatste kolom van de tabel aan met het juiste aantal eenheden.

Voorwerp Verzamelnaam Aantal deeltjes

een paar schoenen een dozijn eieren een bak bier

1 De mol als eenheid en de molaire massa

OPDRACHT 3 (VERVOLG)

Voorwerp

Mol komt van het Latijnse woord moles, dat ‘stapel’ of ‘hoop’ betekent.

Verzamelnaam

een riem papier in de chemie:

1 mol keukenzout 6,02 · 1023

Aantal deeltjes

Proefversie©VANIN

De mol is de hoeveelheid materie die evenveel deeltjes bevat (atomen, moleculen …) als er atomen zijn in 12 gram van het 12C-isotoop. Talloze experimenten tonen aan dat 1 mol = 6,02 · 1023 deeltjes. Dat aantal is beter gekend als het getal van Avogadro (NA), vernoemd naar de Italiaanse fysicus Amadeo Avogadro.

Welke soort materie je ook wilt afmeten, het gaat telkens over hetzelfde aantal deeltjes. Het aantal mol slaat dus op het aantal deeltjes van een stof. Dat kunnen erg zware atomen zijn (zoals uranium) maar ook erg lichte atomen (zoals waterstof). We gebruiken het symbool ‘n’ om het aantal mol (de stofhoeveelheid) aan te duiden, maar de getalwaarde van de constante van Avogadro heeft nog een groter voordeel. Dat wordt zo dadelijk duidelijk.

Een hoeveelheid van een stof kunnen we dus op meerdere manieren omschrijven:

via de massa van die stof (m), uitgedrukt in gram (g) via het aantal deeltjes van die stof (N), uitgedrukt in het aantal moleculen, atomen, formule-eenheden … via het aantal mol van die stof (n), uitgedrukt in mol

Let op: De hoeveelheid mol gaat over een gigantisch groot aantal deeltjes! Zoals je weet, maken 6 nullen een miljoen, 1 000 miljoen is een miljard. Verder is 1 000 miljard een biljoen, 1 000 biljoen is een biljard en 1 000 biljard is een triljoen. 1 000 triljoen is dan weer een triljard. We komen dus aan 602 triljard deeltjes in 1 mol.

OPDRACHT 4

Schrijf nu zelf het getal van Avogadro voluit met het juiste aantal nullen.

Proefversie©VANIN

WEETJE

Als je 1 mol papier, hoe dun de vellen ook zijn, opeenstapelt, kun je 80 keer de afstand tussen de aarde en de maan (384 400 km) overbruggen, heen én terug.

Als je 1 mol donuts verdeelt over het aardoppervlak, wordt de aarde bedekt met een mantel donuts van 8 km hoog.

Als je 1 mol basketballen bezit, kun je er een nieuwe planeet mee vormen, even groot als de aarde.

Als je 1 mol euromunten krijgt op de dag van je geboorte en je elke seconde van je leven 1 miljoen munten uitgeeft, dan heb je op je sterfdatum nog steeds 99,99 % van je kapitaal in bezit.

Nu we weten hoeveel deeltjes een mol omvat, kunnen we steeds de omzettingen tussen het aantal mol (n) en het aantal deeltjes (N) makkelijk maken door gebruik te maken van de formule:

aantal deeltjes = aantal mol · aantal deeltjes mol

N = n · NA

Let wel goed op dat het aantal deeltjes en de stofhoeveelheid in mol over hetzelfde gaat!

VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 3,00 mol CO2 ?

Gegeven: n(CO2) = 3,00 mol

Gevraagd: N(O)

Oplossing:

Uit de stofhoeveelheid CO2 die gegeven is in mol, berekenen we het aantal deeltjes (moleculen) CO2

N(CO2) = n · NA = 3,00 mol · 6,02 · 1023 moleculen mol = 1,81 · 1024 moleculen CO2

Maar elke molecule CO2 bevat 2 atomen zuurstof. Het aantal atomen zuurstof in 3 mol CO2 of in 1,81 · 1024 moleculen CO2 is dus gelijk

aan 1,81 · 1024 · 2 = 3,62 · 1024

Er zitten dus 3,62 · 1024 atomen zuurstof in 3 mol CO2

Proefversie©VANIN

Vergelijk met een zak kersensnoepjes: Je kunt enerzijds het aantal snoepjes berekenen, maar er kan ook gevraagd worden naar het aantal kersen, dan moet je de hoeveelheid snoepjes nog met 2 vermenigvuldigen.

OPDRACHT 5

Bereken hoeveel atomen stikstof er in 2,00 mol distikstofpentaoxide (N2O5) zitten.

Gegeven: n(N2O5) = 2,00 mol

Gevraagd: N(N)

Oplossing:

Bij berekeningen ronden we tussenresultaten niet af: we rekenen steeds verder met de exacte uitkomst van een vorige bewerking. Zorg er wel voor dat je uiteindelijke resultaat de juiste hoeveelheid beduidende cijfers heeft!

TIP

Afb. 92 Koolstofdioxide

De getalwaarde 6,02 · 1023 , of 1 mol, is zeer precies berekend:

de massa van 1 12 van het 12C-atoom = 1 unit

· 12

de massa van 1 12C-atoom= 12 unit

· NA

de massa van 1 mol 12C-atomen= 6,02 · 1023 · 12 unit

1 unit = 1,66 · 10−27 kg

Proefversie©VANIN

de massa van 1 mol 12C-atomen

6,02 · 1023 · 12 · 1,66 · 10−27 kg u = 12 · 10-3 kg = 12 g

Op het eerste gezicht is dat een ingewikkelde berekening om te komen tot een zeer bruikbare conclusie: De massa van 1 mol deeltjes is gelijk aan de getalwaarde van de massa van een atoom, molecule of formule-eenheid, met de eenheid gram in plaats van unit. De massa van 1 mol deeltjes noemen we in het kort ook wel de molaire massa (M)

VOORBEELD MOLECUULMASSA OMZETTING IN MOLMASSA

1 molecule fosforzuur (H3PO4) heeft een massa van 98,0 unit

· NA

1 mol fosforzuur heeft een massa van 98,0 g

Stofhoeveelheid n

1 mol Zn 65,4 g

1 mol Fe 55,8 g

1 mol CuSO4

Massa m

= m(Cu) + m(S) + 4 . m(O) = 63,6 g + 32,1 g + 4 . 16,0 g = 159,7 g

1 mol MgCl2 = m(Mg) + 2 . m(Cl) = 24,3 g + 2 . 35,5 g = 95,3g

De mol is een eenheid, een verzameling van NA of 6,02 · 1023 deeltjes. Als we het getal samen met zijn eenheid beschouwen, spreken we over de constante van Avogadro: 6,02 · 1023 deeltjes mol

Stofhoeveelheid SymboolEenheid aantal deeltjes N deeltjes massa m g molhoeveelheid of stofhoeveelheid n mol

constante van Avogadro NA deeltjes mol

De molaire massa: —De grootheid krijgt het symbool M —De eenheid voor de molaire massa is g mol . —De numerieke waarde van de molaire massa van een atoom is steeds dezelfde als die van de atoommassa, maar de eenheid unit kan gewoon vervangen worden door g mol .

Proefversie©VANIN

Je vraagt je misschien af hoe Avogadro aan dat getal 6,02 · 1023 is gekomen. Is hij beginnen tellen? Nee, Avogadro kwam tot die waarde door de dichtheid van een stof, de relatieve atoommassa van de bindende elementen en de grootte van de eenheidscel in het ionrooster te vergelijken. Met de huidige nauwkeurigste meetapparatuur kan het getal van Avogadro nu al tot 8 cijfers na de komma bepaald worden: de meest nauwkeurig gemeten waarde is 6,02214179 · 1023.

Je kunt het vergelijken met de schatting van het aantal toeschouwers op een plein waar een evenement plaatsvindt. Als je weet hoe groot het plein is en hoe dicht de toeschouwers bij elkaar staan, kun je bij benadering bepalen hoeveel volk er aanwezig is. Gelukkig zijn atomen in een kristal ordelijker gerangschikt dan toeschouwers op een plein en kunnen wetenschappers daarom precieze berekeningen uitvoeren. Naargelang de bron (de politie of de organisator) lopen de schattingen over het aantal toeschouwers soms ver uiteen. Het aantal atomen per mol is echter altijd NA!

Afb. 94 Toeschouwers op een festival.

Afb. 93 Ionrooster

WEETJE

2

Omrekeningen gram / mol / aantal deeltjes

Als we dezelfde methode gebruiken als bij de berekening van de massa (in unit) van 1 molecule of formule-eenheid, kunnen we ook de molaire massa van stoffen berekenen door de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende atomen in een molecule. Bij ionverbindingen wordt met 1 mol van de stof 1 mol formule-eenheden bedoeld, want die stoffen vormen geen aparte moleculen. De werkwijze om te komen tot de molaire massa M van een formule-eenheid is identiek. We berekenen de molaire massa M opnieuw door de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende ionen in een formule-eenheid.

VOORBEELDVRAAGSTUKKEN

1 Wat is de molaire massa van 1,0 mol chloorgas (Cl2)?

Gegeven: n(Cl2) = 1,0 mol

Gevraagd: M(Cl2)

Oplossing:

1 mol Cl2-moleculen bevat 2 mol Cl-atomen.

M(Cl2) = 2 · 35,5 g mol = 71,0 g mol

2 Wat is de molaire massa van 1,0 mol calciumchloride (CaCl2)?

Gegeven: n(CaCl2) = 1,0 mol

Gevraagd: M(CaCl2)

Oplossing:

1 mol formule-eenheden CaCl2 bestaat uit 1 mol Ca2+-ionen en 2 mol Cl--ionen. Herinner je je dat de massa van elektronen verwaarloosbaar is? De massa van ionen en atomen kunnen we dus aan elkaar gelijkstellen.

M(CaCl2) = 1 · 40,1 g mol M(Ca) + 2 · 35,5 g mol M(Cl) = 111,1 g mol

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 6

Bereken de molaire massa van perchloorzuur (HClO4).

Gegeven: HClO4

Gevraagd: M(HClO4)

Oplossing:

Afb. 95 Chloorgas

Afb. 96 Calciumchloride

Er wordt niet altijd naar de molaire massa gevraagd. Soms gaat het over een grotere stofhoeveelheid dan 1 mol. Het volstaat dan natuurlijk om het aantal mol (n) te vermenigvuldigen met de molaire massa (M)

m = n · M

m = massa (g)

n = stofhoeveelheid (mol)

M = molaire massa ( g mol )

Proefversie©VANIN

VOORBEELDVRAAGSTUK

Wat is de massa van 3,00 mol zwavelzuur (H2SO4)?

Gegeven: n(H2SO4) = 3,00 mol

Gevraagd: m(H2SO4)

Oplossing:

1 mol H2SO4 bevat:

—2 mol H-atomen

—1 mol S-atomen

—4 mol O-atomen

a We berekenen de molaire massa van H2SO4: M(H2SO4) = 2 · M(H) + 1 · M(S) + 4 · M(O) = 2 · 1,0 g mol + 1 · 32,1 g mol + 4 · 16,0 g mol = 98,1 g mol

b Nu we de molaire massa (M) van H2SO4 berekend hebben, kunnen we ook de massa (m) van 3,0 mol berekenen door gebruik te maken van de formule m = n · M → m(H2SO4) = 3,00 mol · 98,1 g mol = 3 · 10² g

OPDRACHT 7

Bereken de massa van 2,5 mol magnesiumsulfaat (MgS04).

Gegeven: n(MgSO4) = 2,5 mol

Gevraagd: m(MgSO4)

Oplossing:

Afb. 97 Zwavelzuur

We kunnen nu dus een gegeven stofhoeveelheid in mol omzetten naar zowel een aantal deeltjes van die stof, als naar de massa in gram van die stof. Als we echter een aantal deeltjes van een stof willen omzetten naar een aantal gram, dan zullen we altijd eerst de eenheid mol moeten omrekenen!

aantal deeltjes (N) → stofhoeveelheid (n) → massa (m) of massa (m) → stofhoeveelheid (n) → aantal deeltjes (N)

Proefversie©VANIN

VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 426,0 gram

difosforpentaoxide (P2O5)?

Gegeven: m(P2O5) = 426,0 g

Gevraagd: N(O)

Oplossing:

fosfor P zuurstof O

98 Difosforpentaoxide

a We berekenen de molaire massa van P2O5:

M(P2O5) = 2 · M(P) + 5 · M(O)

= 2 · 31,0 g mol + 5 · 16,0 g mol = 142,0 g mol

b We zetten de gegeven stofhoeveelheid (massa m, in gram) nu om naar het aantal mol door het te delen door de molaire massa van P2O5:

n = m M

n(P2O5) = 426,0 g 142,0 g mol = 3,000 mol

c Die molhoeveelheid (n) zetten we vervolgens om naar het aantal moleculen P2O5 door het te vermenigvuldigen met NA:

N = n · NA

N(P2O5) = 3,000 mol P2O5 · 6,02 · 1023 moleculen mol = 1,806 · 1024 moleculen

Er zitten 1,806 · 1024 moleculen P2O5 in 426,0 g P2O5. Er zitten 5 atomen zuurstof in 1 molecule P2O5. Het aantal atomen zuurstof zal dus 5 keer zo groot zijn:

N(O) = 1,806 · 1024 moleculen P2O5 · 5 atomen O molecule = 9,030 · 1024 atomen O

Afb.

OPDRACHT 8

Bereken de massa in gram van 2,408 ∙ 1024 moleculen stikstofgas (N2).

Gegeven: N(N2) = 2,408 ∙ 1024 moleculen

Gevraagd: m(N2)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Door vermenigvuldiging van de molaire massa (M, in g mol) met de stofhoeveelheid (n, in mol) krijgen we de totale massa (m, in gram).

Door de totale massa te delen door de molaire massa, krijgen we de stofhoeveelheid.

Als we van mol naar het aantal deeltjes willen overschakelen, vermenigvuldigen we de stofhoeveelheid met NA Als we het aantal deeltjes willen omzetten in mol, delen we door NA.

gram m n = N NA n = m M

delen door molaire massa (g/mol)

` Maak oefening 1 t/m 15 op p. 152-154. vermenigvuldigen met molaire massa (g/mol) m = n · M

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

Wat bevat het grootste aantal moleculen: 1 mol stikstofgas of 1 mol zuurstofgas?

Proefversie©VANIN

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 6,00 g zuurstofgas?

Wat is de massa van 0,1 mol waterstofgas?

Hoeveel moleculen bevat 3,55 g chloorgas?

Hoeveel mol vertegenwoordigt 3,4 g ammoniak (NH3)?

Wat is de massa van 2,8 mol ammoniumfosfaat ((NH4)3PO4)?

Van de volgende stoffen is telkens een gegeven bekend:

a HNO3: N = 2,41 · 1024 moleculen

b K2SO3: n = 1,5 mol

c NaCl: n = 3,2 mol

d H2O: m = 1 000,0 g

e C3H8: m = 176,0 g

Bereken van elke stof de ontbrekende grootheden: molaire massa (M), stofhoeveelheid (n), aantal deeltjes (N), massa (m).

FormuleMolaire massa (M)Aantal mol (n)

Bereken de massa van 0,200 mol stikstofgas.

Bereken de massa van 5,00 mol calciumsulfaat.

Hoeveel ionen zijn aanwezig in 28,6 g magnesiumchloride?

Aantal moleculen of formule-eenheden (N) Aantal gram (m)

Proefversie©VANIN

Hoeveel kaliumionen zijn aanwezig in 19,55 g kaliummetaal?

Hoeveel zuurstofatomen zijn aanwezig in 50,0 g natriumsulfiet Na2SO3?

Proefversie©VANIN

Hoeveel mol vertegenwoordigen 3,01 · 1024 elektronen?

Goud is een gegeerd edelmetaal maar is op zich een te zacht edelmetaal om er sieraden mee te maken. Daarom gebruikt men een legering van goud met andere metalen. Het gehalte goud dat de legering dan bevat drukt een juwelier uit in ‘karaat’, oftewel 1/24ste massadeel goud. 24 karaat is dus zuiver goud, Maar voor sieraden wordt meestal 18-karaats goud gebruikt. Anke draagt een oorringetje van 18-karaats goud. Naast goud bevat het oorringetje enkel nog koper. Anke zegt dat het oorringetje meer goudatomen dan koperatomen bevat. Heeft ze gelijk? Bewijs met een berekening.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Meer oefenen? Ga naar .

Stoichiometrische vraagstukken

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L een gegeven stofhoeveelheid in gram of aantal deeltjes omrekenen naar mol en omgekeerd;

L een reactievergelijking schrijven en balanceren met de wet van behoud van atomen.

Je leert nu:

L het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen;

L stoichiometrische vraagstukken oplossen.

1 De molverhouding

VOORBEELD VERBRANDINGSREACTIE VAN MAGNESIUM

Het is belangrijk dat we bij een chemische reactie weten welke hoeveelheid van een bepaalde stof reageert met een hoeveelheid van een andere stof. De berekening van de verhoudingen waarin stoffen reageren noemen we stoichiometrie.

Wanneer we magnesium (Mg) verbranden, vormt er zich een fel wit licht en ontstaat een wit poeder: magnesiumoxide (MgO).

De reactie ziet er als volgt uit:

2 Mg + O2 → 2 MgO

a Wat leren we uit de reactievergelijking?

2 atomen Mg + 1 molecule O2 → 2 formule-eenheden MgO

b Als we alles vermenigvuldigen met bijvoorbeeld een factor 500, dan kunnen we verhoudingsgewijs stellen dat:

2 atomen Mg + 1 molecule O2 → 2 formule-eenheden MgO · 500 · 500 · 500

1 000 atomen Mg + 500 moleculen O2 → 1 000 moleculen Mg

c Als we die redenering doortrekken, kun je ook stellen dat:

2 · 6,02 · 1023 atomen Mg + 6,02 · 1023 moleculen 02 → 2 · 6,02 · 1023 formule-eenheden MgO of nog korter:

2 mol Mg reageert met 1 mol O2 tot 2 mol MgO

Stoichiometrie is afkomstig van de Griekse woorden stoicheion, wat 'element' betekent, en metron, wat 'verhouding' betekent.

WEETJE

1 2 3 4 5 6 7

De molverhouding, oftewel de verhouding waarin stoffen met elkaar reageren, wordt gegeven door de voorgetallen uit de reactie. Let op: die voorgetallen geven echter nooit informatie over de stofhoeveelheid die je ter beschikking hebt!

VOORBEELD MAGNESIUMOXIDE

Hoeveel gram magnesium reageert met hoeveel gram zuurstofgas en hoeveel gram magnesiumoxide ontstaat er? Uit het periodiek systeem halen we volgende info:

M(Mg) = 24,3 g mol

Merk op dat je, als controle bij je berekeningen, altijd de wet van behoud van massa kunt toepassen: de som van de massa’s van de reagentia = de som van de massa’s van de reactieproducten

M(O2) = 2 · 16,0 g mol = 32,0 g mol

M(MgO) = 24,3 g mol + 16,0 g mol = 40,3 g mol

2 Mg + O2 → 2 MgO

We berekenen de massa’s door gebruik te maken van de formule m = n · M

2 mol · 24,3 g mol 1 mol · 32,0 g mol → 2 mol · 40,3 g mol

= 48,6 g magnesium = 32,0 g zuurstofgas → = 80,6 g magnesiumoxide

VOORBEELD SYNTHESE VAN WATER

Vorig schooljaar heb je de elektrolyse van water uitgevoerd, waarbij water met behulp van elektriciteit werd gesplitst in zuurstofgas en waterstofgas. De omgekeerde reactie wordt in brandstofcellen gebruikt bij hybride of elektrische auto’s:

Twee moleculen waterstofgas reageren met 1 molecule zuurstofgas tot 2 moleculen water. Bij uitbreiding is dat ook zo voor een groot aantal deeltjes: 2 mol waterstofgasmoleculen zullen dus met 1 mol zuurstofgasmoleculen reageren tot 2 mol water.

Je leerde ook al de molhoeveelheid omzetten in de massahoeveelheid met de formule: m = n · M

En dus 2 · 2,0

OPDRACHT 9

Kwikoxide (HgO) ontbindt door verhitting in kwik en zuurstofgas.

Hoeveel gram kwik en dizuurstof kan er gevormd worden na verhitting van 6,00 gram kwikoxide bij die reactie?

Gegeven: m(HgO) = 6,00 g

Gevraagd: m(Hg) en m(O2)

Oplossing:

Balanceer eerst de reactie.

Proefversie©VANIN

Als je wilt controleren of je berekeningen juist zijn, dan kun je de wet van behoud van massa toepassen:

∑ massa’s reagentia = ∑ massa’s reactieproducten.

De gegeven stofhoeveelheid is niet altijd in gram opgegeven, zo kan er ook een aantal deeltjes zijn opgegeven. Om dat dan om te rekenen naar mol, gebruiken we het getal van Avogadro.

Op vind je in het vademecum de strategie over hoe je vraagstukken oplost.

2 Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

VOORBEELDVRAAGSTUK

Gebluste kalk of calciumhydroxide reageert met 4,5 mol salpeterzuur tot calciumnitraat en water. Hoeveel gram gebluste kalk (Ca(OH)2) kan hiermee reageren en hoeveel gram calciumnitraat (Ca(NO3)2) kan er dan ontstaan?

We schrijven de reactie met de correcte formules en voorgetallen, zodat de reactievergelijking klopt.

Gegeven: Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

Uit de reactievergelijking, en meer bepaald uit de voorgetallen, leid je de molverhouding af: 1 mol calciumhydroxide reageert met 2 mol salpeterzuur. Er wordt dan 1 mol calciumnitraat gevormd en 2 mol water. Je hebt m(HNO3) = 283,5 g

TIP

TIP

Gevraagd: m(Ca(OH)2)

m(Ca(NO3)2)

Oplossing:

a Schrijf onder de reactievergelijking de molverhouding waarin de stoffen reageren:

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

1 mol + 2 mol → 1 mol + 2 mol

b Schrijf de gegeven stofhoeveelheid (in dit geval massa m) onder de betreffende stof :

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

1 mol + 2 mol → 1 mol + 2 mol

283,5 g

c Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar aantal mol via de molaire massa:

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O

1 mol + 2 mol → 1 mol + 2 mol

283,5 g

M(HNO3) = 1,0 g mol + 14,0 g mol + (16,0 g mol · 3) = 63,0 g mol

n = m M = 283,5 g

63,0 g mol = 4,5 mol

d Met de berekende stofhoeveelheid in mol (n) vinden we, door gebruik te maken van de molverhouding, de andere stofhoeveelheden in mol:

Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H20

1 mol + 2 mol → 1 mol + 2 mol

283,5 g

2,25 mol 4,5 mol 2,25 mol 4,5 mol

/2

Proefversie©VANIN

/2 · 1

e Zet tenslotte de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde eenheid gram door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa M.

M(Ca(OH)2) = 40,1 g mol + 2 · 16,0 g mol + 2 · 1,0 g mol = 74,1 g mol

m(Ca(OH)2) = n · M = 2,25 mol · 74,1 g mol = 167 g

M(Ca(NO3)2) = 40,1 g mol + 2 · 14,0 g mol + 6 · 16,0 g mol = 164,1 g mol

m(Ca(NO3)2) = n · M = 2,25 mol · 164,1 g mol = 369 g

We weten dus nu dat er 166,7 g gebluste kalk of Ca(OH)2 kan reageren met de 283,5 g salpeterzuur of HNO3 en dat er dan maximaal 369,2 g calciumnitraat of Ca(NO3)2 kan gevormd worden.

Let op: de berekende hoeveelheid calciumnitraat is inderdaad de maximale hoeveelheid die we zouden kunnen bekomen. In de praktijk zal een reactie nooit een rendement van 100 % hebben. Voorlopig laten we dat buiten beschouwing en berekenen we steeds de maximale hoeveelheden.

OPDRACHT 10

Zoutzuur (HCl) reageert met 80 gram magnesiumhydroxide (Mg(OH)2). Er wordt magnesiumchloride (MgCl2) en water (H2O) gevormd.

Schrijf de reactie op en bereken hoeveel gram magnesiumchloride er wordt gevormd.

Gegeven: m(Mg(OH)2) = 80 g

Gevraagd: m(MgCl2)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

TIP

Bij het oplossen van vraagstukken zul je ook vaak ‘de regel van drie’ toepassen. Als je weet wat de molverhouding is waarin de stoffen A en B reageren (uit de voor-getallen), dan kun je ook berekenen hoeveel mol van stof B er met 1 mol van stof A reageert. En vervolgens bereken je hoeveel mol B er reageert met de gegeven molhoeveelheid A. Op vind je meer info over de regel van drie.

Voor het oplossen van vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid gebruik je het onderstaande stappenplan:

Stap 1: Lees het vraagstuk.

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

Stap 4: Zet de gegeven stofhoeveelheid om naar mol.

Stap 5: Pas de molverhouding toe.

Stap 6: Zet dat om naar de gevraagde eenheid.

3 Vraagstukken waarbij 2 stofhoeveelheden zijn gegeven

VOORBEELD RECEPT CAKE

In het recept voor cake staan de juiste hoeveelheden van de ingrediënten en dus de juiste verhouding waarin ze moeten worden samengevoegd. Volgens het recept heb je 4 eieren en 250 g bloem nodig om één cake te bakken, maar in de kast vind je 8 eieren en 1 kg bloem. Hoeveel cakes kun je dan in totaal bakken?

Als je alle 8 eieren wilt gebruiken, heb je 500 g bloem nodig. Je hebt dan wel 500 g bloem over. Om al de bloem te gebruiken, zou je 16 eieren nodig hebben, maar die heb je niet. Het aantal eieren bepaalt hier dus hoeveel cakes je kunt bakken.

Recept voor cake

- 4 eieren

- 250 g bloem

- 250 g suiker

- 250 g boter

- 16 g bakpoeder

- Snuifje zout

Klop de suiker en boter samen op tot een gladde crème. Voeg de eieren hieraan toe en meng goed. Zeef de bloem in delen en voeg toe aan het cakebeslag. Voeg ten slotte ook het bakpoeder en een snuifje zout toe. Meng alles goed.

Verwarm de oven voor tot 180 °C. Giet het beslag in een bakblik en bak gedurende 45 minuten in de voorverwarmde oven.

Smakelijk!

Proefversie©VANIN

Als er van 2 reagerende stoffen een stofhoeveelheid is opgegeven, dan moeten we controleren of ze wel degelijk in een ‘stoichiometrische’ verhouding aanwezig zijn. Als dat niet het geval is, zal slechts 1 van beide stoffen volledig wegreageren. De reactie stopt als die stof is opgebruikt. Die stof noemen we het beperkende of limiterende reagens (BR). Van het andere reagens zeggen we dat het in overmaat aanwezig is: er is meer dan genoeg van die stof aanwezig. Om te weten hoeveel reactieproduct wordt gevormd, passen we dezelfde werkwijze toe als voorheen, maar rekenen we met de gegeven hoeveelheid van het beperkende reagens. De stof die in overmaat aanwezig is, zou geen correcte berekeningen opleveren, want die stof reageert niet volledig. In ons stappenplan voegen we dus nu 1 stap toe, waarbij we het beperkende reagens bepalen.

VOORBEELDVRAAGSTUK

We beschikken over 100,0 g NaOH en 100,0 g HCl. Na reactie ontstaan natriumchloride en water. Hoeveel gram zout kan maximaal gevormd worden? Hoeveel gram van welke stof blijft over?

Gegeven: NaOH + HCl → NaCl + H2O

m(NaOH) = 100 g

m(HCl) = 100 g

Proefversie©VANIN

Gevraagd: m(NaCl) en m(H2O)

m(NaOH) na de reactie

m(HCl) na de reactie

Oplossing:

a Schrijf onder de vergelijking de molverhouding waarin de stoffen reageren:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

1 mol + 1 mol → 1 mol + 1 mol

b Schrijf de gegeven stofhoeveelheden onder de betreffende stof:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

1 mol + 1 mol → 1 mol + 1 mol

100,0 g 100,0 g

c Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar het aantal mol via de molaire massa:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

1 mol + 1 mol → 1 mol + 1 mol

100,0 g 100,0 g

n = 100,0 g

40,0 g mol 100,0 g

g mol = 2,50 mol = 2,74 mol

d Zoek uit wat het beperkende reagens is. In dit geval stopt de reactie wanneer NaOH is opgebruikt. Die stof is het beperkende reagens. HCl is in overmaat aanwezig: voor 2,50 mol NaOH is ook maar 2,50 mol HCl nodig, omdat de molverhouding 1:1 is (zie stap a).

e Via de berekende stofhoeveelheid van het beperkende reagens vinden we nu de andere stofhoeveelheden in mol door gebruik te maken van de molverhouding:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

1 mol + 1 mol → 1 mol + 1 mol

100,0 g 100,0 g

2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol 2,50 mol

f Zet de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde eenheid (gram) door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

2,50 mol 2,50 mol

mol · 36,5 g mol

mol

mol ·

g mol

mol

mol · 18,0 g mol

100,0 g = 91,3 g = 146,3 g = 45,0 g

g Bepaal de overmaat:

In het voorbeeld is er dus 0,24 mol (2,74 mol - 2,50 mol) over van het waterstofchloride. Ook die hoeveelheid kan ter controle omgezet worden naar gram aan de hand van de molaire massa van zoutzuur (36,5 g mol).

De overmaat aan HCl is dus m = n · M

= 0,24 mol · 36,5 g mol = 8,8 g

Proefversie©VANIN

Bij vraagstukken met 2 gegeven stofhoeveelheden komt er een stapje bij in het stappenplan:

Stap 1: Lees het vraagstuk.

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

Stap 4: Zet de gegeven massa om naar mol.

Stap 5: Zoek het beperkende reagens.

Stap 6: Pas de molverhouding toe.

Stap 7 : Zet dat om naar de gevraagde eenheid en bereken indien gevraagd de overmaat.

Let goed op bij het bepalen van het beperkende reagens en de stof die in overmaat aanwezig was. Het beperkende reagens is niet noodzakelijk de stof waarbij de gegeven stofhoeveelheid in gram het kleinst is. Allereerst moeten die stofhoeveelheden omgezet worden in de eenheid mol! Maar zelfs dan is het niet noodzakelijk de kleinste molhoeveelheid die het beperkende reagens vormt.

Om het beperkende reagens te weten te komen, moeten we ook nog rekening houden met de molverhouding, gegeven door de voorgetallen. We verduidelijken dat in een moeilijker voorbeeld.

VOORBEELD OVERMAAT BEREKENEN

200,0 gram calciumhydroxide (Ca(OH)2) reageert met 196,0 gram fosforzuur (H3PO4) tot calciumfosfaat en water. Bereken hoeveel gram calciumfosfaat er gevormd wordt en hoeveel gram van welke stof er in overmaat aanwezig was.

We schrijven eerst de reactievergelijking:

Proefversie©VANIN

De molverhouding leert ons:

De gegeven stofhoeveelheden:

m/M = n m/M = n

200,0 g = 2,7 mol

196,0 g = 2,0 mol

Let op: op het eerste gezicht zou je denken dat fosforzuur hier het beperkende reagens is, maar de molverhouding leert ons hier dat je voor de reactie van 2 mol fosforzuur, 3 mol calciumhydroxide nodig zult hebben, terwijl we maar 2,7 mol hebben. Niet H3PO4 maar Ca(OH)2 zal hier dus het beperkende reagens zijn! We rekenen dus verder met het juiste beperkende reagens.

2,7 mol = 1,8 mol = 0,9 mol = 5,4 mol

Nu we alle stofhoeveelheden gevonden hebben, rekenen we om naar de gevraagde eenheid:

M(Ca3(PO4)2) = 3 · 40,1 g mol + 2 · 31 g mol + 8 · 16,0 g mol = 310,3 g mol

dan m = n · M = 0,9 mol · 310,3 g mol = 279,3 g

We berekenen vervolgens de overmaat:

Er is 2,0 mol (196,0 g) - 1,8 mol (176,4 g) = 0,2 mol overmaat aan fosforzuur.

0,2 mol · 98 g mol = 19,6 g

TIP /3 · 2 /3 · 2

Als extra controle kun je altijd nagaan of al de berekeningen kloppen door de wet van behoud van massa toe te passen: de som van de massa’s van de reagentia = de som van de massa’s van de reactieproducten. Let op dat je ook hier niet met de overmaat rekent.

OPDRACHT 11

We voegen 100,0 gram natriumhydroxide (NaOH) samen met 196,2 gram zwavelzuur. Er ontstaat natriumsulfaat (Na2SO4) en water (H2O).

Bereken hoeveel gram zout er ontstaat en hoeveel gram van welk reagens in overmaat aanwezig was.

Gegeven: m(NaOH) = 100,0 g

m(H2SO4) = 196,2 g

Gevraagd: m(Na2SO4) aantal gram overmaat

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Om stoichiometrische vraagstukken op te lossen, zet je altijd eerst de gegevens om naar de stofhoeveelheid. Nadat je de molverhouding hebt toegepast, zet je je antwoord om in de gevraagde grootheid. Volg daarvoor het stappenplan op p. 162.

` Maak oefening 1 t/m 10 op p. 165-169.

Waterstofchloride reageert met 50,0 g natriumhydroxide. Daarbij ontstaan keukenzout en water. Hoeveel gram zuur heb je nodig en hoeveel gram zout ontstaat er?

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Bereken hoeveel gram kaliumhydroxide (KOH) kan reageren met 15,75 g salpeterzuur (HNO3). Bij deze reactie ontstaan kaliumnitraat (KNO3) en water. Hoeveel gram zout wordt er maximaal gevormd?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Hoeveel gram calciumfosfaat Ca3(PO4)2 ontstaat door de reactie van 2,7 mol calciumhydroxide (Ca(OH)2) met voldoende fosforzuur (H3PO4)? Bij deze reactie ontstaat naast calciumfosfaat ook water.

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Wanneer een metaal en een zuur reageren, ontstaat vaak waterstofgas. Zink reageert bv. met zwavelzuur (H2SO4) tot zinksulfaat (ZnSO4) en waterstofgas (H2).

Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat zwavelzuur om 6,0 g waterstofgas te bekomen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Koolstofdisulfide (CS2) reageert met dizuurstof (O2) tot zwaveldioxide (SO2) en koolstofdioxide (CO2). Hoeveel gram zuurstofgas moet je hebben om 38,1 g koolstofdisulfide te verbranden?

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Butaan wordt verbrand bij gebruik van bijvoorbeeld de gasbarbecue volgens de reactie 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O. Hoeveel gram zuurstofgas heb je nodig om 40,00 gram butaangas te verbranden. Hoeveel gram CO2 wordt daarbij gevormd?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Stel dat je auto op zuiver octaan rijdt en 5 600 gram octaan verbruikt over 100 kilometer. De verbrandingsreactie kan als volgt geschreven worden:

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

a Wat is de CO2uitstoot van je wagen in g/km?

b In welke klasse wordt jouw auto wordt ingedeeld?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

AA < 100 g CO2/km

BB 100 ≤ g CO2/km < 130

CC 130 ≤ g CO2/km < 160

DD 160 ≤ g CO2/km < 190

EE 190 ≤ g CO2/km < 190

FF 220 ≤ g CO2/km < 250

GG ≥ 250 g CO2/km

Op basis van CO2-uitsoot worden auto’s ingedeeld in een categorie A tot G.

Proefversie©VANIN

Antwoord:

Je beschikt over 100,50 g kaliumhydroxide en 100,50 g perchloorzuur. Na reactie ontstaan kaliumperchloraat en water. Hoeveel gram kaliumperchloraat wordt er gevormd en hoeveel gram blijft over van de stof die in overmaat aanwezig is?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

BENZINE

Je voegt 40,0 g zink toe aan 42,0 g waterstofchloride. Er ontstaan zinkchloride en waterstofgas. Hoeveel gram zinkchloride kan maximaal gevormd worden?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Antwoord:

Je voegt 250,0 g fosforzuur en 300,0 g magnesiumhydroxide samen. Hoeveel gram magnesiumfosfaat wordt daarbij gevormd? Welke stof blijft over? Wat is de massa die overblijft?

De reactie verloopt als volgt: 2 H3PO4 + 3 Mg(OH)2 Mg3(PO4)2 + 6H2O.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord: ` Meer oefenen? Ga naar .

Concentratie van een oplossing

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L stofhoeveelheden omzetten naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen.

Je leert nu:

L de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven;

L het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen;

L het verband tussen mol en molaire concentratie gebruiken in eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

Alcoholgel wordt veel gebruikt voor het ontsmetten van de handen Om voldoende werkzaam te zijn, moet de hoeveelheid alcohol die wordt opgelost in de gel, een voldoende hoge concentratie hebben.

In een labo gaan we vaak stoffen oplossen in een oplosmiddel (meestal water), omdat ze dan beter reageren. Maar het aantal gram van de oplossing geeft niet de nodige informatie over de stofhoeveelheid van het opgeloste reagens. We moeten weten hoeveel mol of gram van de opgeloste stof er in de oplossing zit. In ons voorbeeld van de alcoholgel is de hoeveelheid alcohol (opgeloste stof) belangrijk, niet zozeer de hoeveelheid alcoholgel (oplossing). We willen weten hoeveel alcohol er in de alcoholgel zit, dus wat de concentratie aan alcohol is.

1 Wat is een concentratie van een oplossing?

Een oplossing is een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel. Neem het voorbeeld van een tas koffie waarin een klontje suiker wordt gebracht:

Het oplosmiddel is hier de koffie. De opgeloste stof is de suiker. De oplossing bestaat uit gesuikerde koffie.

Je weet natuurlijk al dat de koffie zoeter zal smaken naargelang je er 1, 2 of 3 klontjes suiker in oplost. Het is dus belangrijk om de concentratie van de oplossing goed te kennen. Als we de concentratie van de opgeloste stof willen kennen, dan moeten we de hoeveelheid van de opgeloste stof en de hoeveelheid oplossing kennen. Suiker, net als vele andere stoffen, kan in verschillende hoeveelheden opgelost worden in water. Niet alle stoffen zijn trouwens even goed oplosbaar in water. Daar komen we later op terug.

Afb. 99 Gesuikerde koffie is een oplossing.

De maximale oplosbaarheid kan sterk verschillen van stof tot stof. Ook voor stoffen die wel oplossen in water is de hoeveelheid stof die kan opgelost worden, niet onbeperkt. Vanaf een bepaalde concentratie treedt verzadiging op: extra toegevoegd zout zal dan niet meer oplossen maar bezinken in de oplossing.

DEMO

Concentratie van oplossingen

Werkwijze

Je leerkracht maakt vier oplossingen van koper(II)sulfaat. Die oplossingen herkennen we aan de blauwe kleur.

Proefversie©VANIN

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

bekerglas 1: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

bekerglas 2: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

bekerglas 3: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

bekerglas 4: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

Waarnemingen

Je merkt aan de helderblauwe kleur van de oplossing hoe geconcentreerd de oplossing is (hoe donkerder blauw, hoe hoger de concentratie CuSO4). Merk op dat de inhoud van bekerglas 1 en 4 dezelfde kleur hebben. Dat komt doordat voor die bekers de verhouding van de hoeveelheid opgeloste stof tot de hoeveelheid oplossing, de concentratie dus, gelijk is:

1 g CuSO4

0,5 L = 2 g CuSO4 1 L

Er zijn verschillende manieren om de concentratie van een oplossing uit te drukken, afhankelijk van in welke eenheid de hoeveelheid opgeloste stof wordt uitgedrukt. Zo kunnen we onze hoeveelheid CuSO4 uit het voorbeeld uitdrukken in gram of in mol. We spreken dan respectievelijk over de massaconcentratie (γ) en de molaire concentratie of stofhoeveelheidsconcentratie (c).

De verhouding tussen de hoeveelheid opgeloste stof (stofhoeveelheid n of massa m) en de hoeveelheid oplossing (V) noemen we de concentratie van de oplossing. γ = m V met eenheid g L of c = n V met eenheid mol L

2 Massaconcentratie

De SI-eenheid voor massaconcentratie is kg m3 , maar doorgaans wordt er in het labo gebruiktgemaakt van de eenheid g L

Het begrip mol is natuurlijk niet bij iedereen bekend. Daarom staat voornamelijk op voedingswaren de hoeveelheid opgeloste stof vaak aangeduid in een aantal gram. Als we de hoeveelheid opgeloste stof in gram uitdrukken en de hoeveelheid oplossing in liter, bekomen we voor de concentratie een eenheid van g L , we spreken dan over de massaconcentratie. Zo zit in 1 glas cola van 250 mL maar liefst 27 gram suiker. De concentratie suiker is dus 27 g 250 mL of 108 g L .

VOORBEELDVRAAGSTUK

Proefversie©VANIN

Bereken hoeveel kaliumchloride (KCl) je moet afwegen als je 3,5 L oplossing wil maken met een concentratie van 60 g L .

Gegeven: V(oplossing) = 3,5 L γ(KCl) = 60 g L

Gevraagd: m(KCl)

Oplossing:

= m V en dus m

· V

= 60 g L · 3,5 L = 21 · 10 g

Let op dat je bij vloeistoffen de dichtheid niet verwart met de massaconcentratie. Dichtheid heeft niets te maken met de concentratie van de opgeloste stof.

DICHTHEID

MASSACONCENTRATIE

ρ = massa oplossing volume oplossing γ = massa opgeloste stof volume oplossing

De verwarring tussen beide gebeurt omdat beide grootheden dezelfde eenheid kunnen hebben.

TIP

Afb. 100 Een glas cola bevat veel suiker.

OPDRACHT 12

Hoeveel gram keukenzout (NaCl) moet je afwegen om 200 mL oplossing te maken met een concentratie van 18 g L ?

Gegeven: γ(NaCl) = 18 g L

V = 200 mL = 0,200 L

Gevraagd: m(NaCl)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Bij voedingswaren wordt de hoeveelheid oplossing vaak herleid naar 100 mL, waardoor de eenheid g 100 mL wordt. Het etiket vermeldt dan de concentratie in % (per 100 mL dus). Voor de suikerconcentratie in

het voorbeeld van het glas cola wordt dat dan 108 g L = 10,8 g 100 mL of 10,8 %.

Afb. 101 Voedingswaarden frisdrank

Op het etiket van een blikje Ice Tea lezen we bijvoorbeeld hoeveel gram er van verschillende stoffen zijn opgelost in 100 ml van de drank (oplossing). Zo zit er per 100 mL Ice Tea 4,5 g suiker opgelost. In de tweede kolom staat dan hoeveel suiker er in het totale flesje van 33 cl zit.

De massaconcentratie is altijd 4,5 g 100 mL = 4,5 %.

WEETJE

3

Molaire concentratie of stofhoeveelheidsconcentratie

De SI-eenheid voor molaire concentratie is mol m3 , maar doorgaans wordt er in het labo gebruiktgemaakt van de eenheid mol L

Chemici zullen de stofhoeveelheid altijd aanduiden met de eenheid mol. We zullen in het labo de concentratie van de oplossing daarom ook uitdrukken in het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing: de molaire concentratie, stofhoeveelheidsconcentratie of molariteit van de oplossing

molaire concentratie = aantal mol opgeloste stof aantal liter oplossing

formule: c = n V

eenheid molaire concentratie: mol L of M

Opmerkingen:

—M is het symbool voor de eenheid van molaire concentratie. M is het symbool voor de grootheid molaire massa.

VOORBEELDVRAAGSTUK

We berekenen de molaire concentratie van suiker in cola. Uit het vorige voorbeeld weet je al dat een glas van 250 mL 27 gram suiker bevat.

Gegeven: V(oplossing) = 250 mL = 0,250 L

m(suiker) = 27 g

Proefversie©VANIN

Gevraagd: c

Oplossing:

c = n(suiker) V(oplossing) en n (suiker) = m(suiker) M(suiker)

→ c = m(suiker) M(suiker) · V(oplossing) met M(suiker) = M(C12H22O11)

= 12 · 12,0 g mol + 22 · 1,0 g mol + 11 · 16,0 g mol

= 342,0 g mol

= 27 g

342,0 g mol · 0,250 L

= 0,32 mol L

OPDRACHT 13

Een kok voegde 1,00 kg keukenzout toe bij de bereiding van 50 L soep in een grootkeuken.

Bereken de molaire concentratie aan keukenzout.

Gegeven: m(NaCl) = 1,00 · 103 g

V = 50 L

Gevraagd: c(NaCl)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

De molaire concentratie of stofhoeveelheidsconcentratie c wordt berekend door de stofhoeveelheid uitgedrukt in mol (n) te delen door het volume oplosmiddel, uitgedrukt in L. formule: c = n V

Om massaconcentratie om te zetten in molaire concentratie, moet de massa omgerekend worden naar aantal mol.

In stoichiometrievraagstukken waarbij de reagerende stoffen opgelost zijn, kan de stofhoeveelheid berekend worden uit het volume en de concentratie van de oplossing. Je weet nu hoe je die stofhoeveelheid kunt omzetten naar aantal mol. Aangezien c = n V kun je het aantal mol n berekenen door de formule anders te schikken: n = c · V

VOORBEELDVRAAGSTUK

200 mL van een zilvernitraatoplossing van 0,0295 mol L wordt samengevoegd met voldoende natriumchlorideoplossing. Daarbij ontstaan zilverchloride en natriumnitraat. Bereken hoeveel gram zilverchloride ontstaat:

Gegeven: AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

c(AgNO3) = 0,0295 mol L

V = 200 mL

Gevraagd: m(AgCl)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

c · V = n

0,0295 mol L · 0,200 L

= 0,0059 mol 0,0059 mol

Door de molverhouding toe te passen, weten we dat er dus ook maximaal 0,0059 mol zilverchloride wordt gevormd. Met behulp van de molaire massa van AgCl (M = 107,9 g mol + 35,5 g mol = 143,4 g mol) berekenen we de massa gevormd zilverchloride AgCl:

m(AgCl) = n · M = 0,0059 mol · 143,4 g mol = 0,846 g

Antwoord: Er zal in die reactie 0,846 g zilverchloride ontstaan.

OPDRACHT 14

Ga naar en voer het labo uit. ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen maakt.

oplossingen (c, V)

Proefversie©VANIN

` Maak oefening 1 t/m 5 op p. 183-184.

Andere uitdrukkingen voor de concentratie Voor een oplossing van een vloeistof in een andere vloeistof is het natuurlijk logischer om te spreken van het aantal ml opgeloste stof per aantal liter oplossing. In dat geval spreken we over een volumeconcentratie met als eenheid mL L .

Ook hier wordt bij levensmiddelen vaak gebruikgemaakt van het volumeprocent: de hoeveelheid (mL) opgeloste stof per 100 mL oplossing. Als de hoeveelheid wordt herrekend per 100 mL oplossing, spreken we dus over het volumeprocent.

Voorbeeld: een fles azijn vermeldt vaak dat het gaat over een oplossing van 7 %, oftewel 7 mL opgelost azijnzuur per 100 mL oplossing. Ook een fles wijn of bier vermeldt op die manier de concentratie aan ethanol. Voor pilsbier is dat vaak 5,2 % of 5,2 mL ethanol per 100 mL bier.

Ook de massaconcentratie in g L kan omgerekend worden naar g 100 mL , dan spreken we over massavolumepercentage. Tot slot kunnen we bij een mengsel van 2 vaste stoffen (bv. zout en zand) ook nog het massapercentage gebruiken: het aantal gram opgeloste stof per 100 g oplossing. Al die grootheden behandelen we in de derde graad.

Afb. 102 Azijn

Afb. 103 Het alcoholpercentage in alcoholische dranken wordt uitgedrukt in volumepercentage: het aantal mL ethanol per 100 mL. Voor bier bedraagt dat volumepercentage ongeveer 5 % en voor wijn ongeveer 13 %.

WEETJE

4 Oplossingen verdunnen en indampen

In een labo worden veel zoutoplossingen gebruikt. Maar voor verschillende proeven zijn vaak ook verschillende concentraties van de oplossing vereist.

Je leerkracht zal vast en zeker wel ergens een oplossing op voorraad houden, maar de concentratie is niet altijd diegene die nodig is in een volgend experiment. Gelukkig kunnen we de concentratie van een oplossing aanpassen door:

a Een extra hoeveelheid opgeloste stof toe te voegen: de concentratie zal nu stijgen.

Proefversie©VANIN

applet: concentratie

b Een extra hoeveelheid oplosmiddel toe te voegen: de concentratie zal nu dalen.

Dat noemen we het verdunnen van de oplossing.

Indampen is het laten verdampen van een hoeveelheid oplosmiddel zodat de concentratie van de opgeloste stof stijgt.

c Een hoeveelheid oplosmiddel laten verdampen: de concentratie zal nu stijgen.

Dat noemen we het indampen van de oplossing.

In een keuken proeft de kok heel vaak van zijn gerechten. Is de soep niet zout genoeg of net te zout? In het eerste geval zal die een snuifje zout toevoegen, in het tweede geval kan die de soep aanlengen met water. Indampen zou wat meer tijd in beslag nemen bij het op smaak brengen van soep, maar dat komt wel van pas bij de bereiding van sauzen.

Opgelet: het gaat hier dus telkens over de molaire concentratie (en niet de massaconcentratie).

OPDRACHT 15

ONDERZOEK

Merk op dat zowel bij het verdunnen van een oplossing door toevoeging van extra oplosmiddel, als bij het indampen van een oplossing, de hoeveelheid opgeloste stof ongewijzigd blijft. Samen met de eerder geziene formule voor molaire concentratie (c = n V) kunnen we zo de verdunningsformule afleiden: n1 = n2 c1 · V1 = c2 · V2

Proefversie©VANIN

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen verdunt.

Ga naar en voer het labo uit.

VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel mL water moet je toevoegen aan 150 mL waterstofchlorideoplossing (HCl) van 0,250 mol L om een oplossing van 0,200 mol L te bekomen?

Gegeven: de beginconcentratie c1 = 0,250 mol L het beginvolume V1 = 0,150 L de gewenste eindconcentratie c2 = 0,200 mol L

Gevraagd: Welk volume oplosmiddel moet je toevoegen (V2 - V1) ?

Oplossing: c1 · V1 = c2 · V2 toepassen: 0,250 mol L · 0,150 L = 0,200 mol L · V2

Hieruit berekenen we V2 = 0,188 L of 188 mL: V2 - V1 = 188 mL - 150 mL = 38 mL

Antwoord: Er moet 38 mL water worden toegevoegd om de concentratie te verminderen naar 0,200 mol L

Bij het indampen van een oplossing geldt dus precies dezelfde formule

c1 · V1 = c2 · V2, maar omdat het volume van de oplossing na het indampen (V2) nu kleiner is dan het oorspronkelijk volume V1, zal de concentratie c2 groter worden dan de concentratie voor het indampen (c1)

OPDRACHT 16

Een student laat per ongeluk een keukenzoutoplossing van 600 mL met een concentratie van 1,0 mol L een hele nacht op een verwarmplaat staan. Hierdoor is er de dag nadien 350 mL water verdampt uit de oplossing. Bereken de nieuwe concentratie van de zoutoplosssing.

Gegeven: V1 = 600 mL = 0,600 L

c1 = 1,0 mol L

Gevraagd: c2

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Als je een oplossing blijft indampen tot de maximale oplosbaarheid is bereikt, dan zal de opgeloste stof opnieuw kristalliseren. Op die techniek berust bijvoorbeeld de winning van zout uit zeewater.

video: zoutproductie

Het aantal mol opgeloste stof ...

verdunning

In die formule is:

c1 = beginconcentratie van de oplossing

V1 = beginvolume van de oplossing

c2 = concentratie van de oplossing na verdunning

V2 = Volume van de oplossing na verdunning

Let op: V2 is het eindvolume na verdunning. Vaak wordt het toe te voegen volume water gevraagd. We trekken het beginvolume er dan dus weer af (V2 - V1)!

` Maak oefening 6, 7 en 8 op p. 185-186.

WEETJE

Afb. 104 Zoutproductie

5 Oplossingen met verschillende concentraties aan opgeloste stof mengen

Door zuiver oplosmiddel toe te voegen, wijzigt de hoeveelheid opgeloste stof dus niet. Maar dat zal natuurlijk wel het geval zijn als we aan een oplossing een andere oplossing toevoegen, die ook een hoeveelheid van die opgeloste stof bevat.

Als de toegevoegde oplossing hier een lagere concentratie heeft dan de eerste, zal de concentratie na samenvoegen van de oplossingen ook lager worden. Op die manier kunnen we een oplossing dus ook verdunnen. Maar let op: nu is de hoeveelheid opgeloste stof voor en na verdunning niet meer aan elkaar gelijk: n1 ≠ n2

Proefversie©VANIN

We moeten onze verdunningsformule in dit specifiek geval herwerken: Als je bij het aantal mol voor verdunning (n1) het aantal mol uit de verdunnende oplossing (n3) optelt, krijg je een nieuw aantal mol opgeloste stof (n2):

n1 + n3 = n2

Vermits het aantal mol steeds gegeven wordt door n = c . V, kun je besluiten dat:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · V2

Het bekomen volume V2 is de som van de samengevoegde volumes V1 en V3, wat voor onze formule betekent:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

Merk op dat de bekomen concentratie c2 altijd lager is dan de beginconcentratie c1, maar hoger blijft dan de concentratie van de verdunnende oplossing c3:

c3 < c2 < c1

WEETJE

Vind je de koffie in de pot maar aan de slappe kant? Dan kan het helpen om een tas extra sterke espresso toe te voegen aan de pot. De koffie zal uiteindelijk sterker smaken dan de originele koffie, maar vanzelfsprekend minder sterk dan de espresso.

VOORBEELDVRAAGSTUK

Welk volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol L moet je bij 80,0 mL zilvernitraatoplossing van 0,500 mol L voegen om een oplossing van 0,200 mol L te bekomen?

Gegeven: c1 = 0,500 mol L

V1 = 80,0 mL of 0,080 L

c3 = 0,100 mol L

c2 = 0,200 mol L

Gevraagd: V3

Oplossing:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

(0,500 mol L · 0,080 L ) + (0,100 mol L · V3) = 0,200 mol L · (0,080 L + V3)

Als we de vergelijking oplossen naar V3, dan bekomen we:

0,040 mol + 0,100 mol L · V3 = 0,016 mol + 0,200 mol L · V3

0,0240 mol = 0,100 mol L · V3

V3 = 0,0240 mol 0,100 mol L = 0,240 L of 240 mL

Antwoord: Het volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol L dat je moet toevoegen is 240 mL.

Proefversie©VANIN

Bij het mengen van oplossingen met verschillende concentraties zal de concentratie van de nieuwe oplossing tussen de 2 concentraties van de oorspronkelijke oplossingen liggen. Het aantal mol opgeloste stof verandert nu, net als het volume: c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

` Maak oefening 9, 10 en 11 op p. 186-187.

Welke oplossing heeft de hoogste concentratie: een keukenzoutoplossing met massaconcentratie van 6 % of een keukenzoutoplossing met molaire concentratie van c = 1 mol L ?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Hoeveel gram natriumchloride moet je oplossen in water om 3,00 L van een oplossing van 2,00 mol L te bereiden?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

200 mL van een natriumhydroxideoplossing bevat 2,00 g natriumhydroxide. Wat is de molaire concentratie (of stofhoeveelheidsconcentratie) van die oplossing?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Natriumhydroxide reageert met fosforzuur tot natriumfosfaat en water. Hoeveel gram natriumhydroxide en hoeveel gram fosforzuur moet je hebben om 100 g natriumfosfaat te vormen? Veronderstel dat het fosforzuur en de base (NaOH) elk opgelost zijn in een halve liter oplossing, wat zijn dan de concentraties van de oorspronkelijke oplossingen en van de gevormde zoutoplossing?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

2,50 L van een calciumhydroxideoplossing (Ca(OH)2) reageert met 2,00 L van een oplossing van hypochlorigzuur (HClO) van 3,00 mol L tot calciumhypochloriet en water. Wat is de concentratie van de calciumhydroxideoplossing?

Hoeveel gram zout ontstaat er?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Bereken de hoeveelheid water die je aan 1,5 L van een calciumhydroxideoplossing van 0,80 mol L moet toevoegen om een oplossing van 0,70 mol L te bekomen.

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Je lost 49,0 g fosforzuur op in water en vormt een halve liter oplossing. Hoeveel water moet je toevoegen om een concentratie van 0,0100 mol L te bekomen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Een student moet 500 mL keukenzoutoplossing bereiden met een concentratie van 0,90 mol L . Die beschikt over 800 mL zoutoplossing met een concentratie van 1,00 mol L en voldoende demi-water. Geef voor de student een te volgen werkwijze om de gevraagde oplossing te maken.

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Hoeveel liter kaliumchlorietoplossing van 0,30 mol L moet je toevoegen aan 2,5 L kaliumchlorietoplossing van 0,70 mol L om een oplossing van 0,60 mol L te bekomen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Aan 300 mL keukenzoutoplossing met een concentratie van 0,60 mol L wordt 200 mL keukenzoutoplossing met een concentratie van 0,40 mol L toegevoegd. Wat is de concentratie van de bekomen oplossing?

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

Welk volume zwavelzuuroplossing van 0,12 mol L moet je aan 500 mL zwavelzuuroplossing van 0,090 mol L toevoegen om een oplossing van 0,10 mol L te bekomen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord: ` Meer oefenen? Ga naar .

Chemisch rekenen met gassen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L stofhoeveelheden omzetten naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen en vloeibare oplossingen.

Je leert nu:

L het verband gebruiken tussen de toestandsgrootheden druk, volume en absolute temperatuur om de toestand van een ideaal gas en de veranderingen ervan te beschrijven.

Stoichiometrie leert ons wat de kwantitatieve verhoudingen zijn waarin stoffen reageren. Dat is vrij eenvoudig te berekenen met vaste stoffen en oplossingen met een gekende concentratie. Bij sommige reacties reageren of ontstaan echter gassen. De massa van een gas is moeilijk te bepalen. We kunnen wel het volume van een gas meten, maar dat gasvolume is dan weer afhankelijk van de heersende temperatuur en druk. Hier zullen we rekening mee moeten houden bij de omzetting van de stofhoeveelheid naar de eenheid mol.

Uit het deeltjesmodel weet je al dat gassen bij een bepaalde druk en temperatuur een groter volume innemen per stofhoeveelheid dan vloeistoffen of vaste stoffen.

1 Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

Ook het volume gas zullen we moeten omzetten naar een stofhoeveelheid, uitgedrukt in mol. Een gelijke molhoeveelheid van verschillende gassen neemt bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. Als we het volume van 1 mol gas kennen, het molaire gasvolume V m, (eenheid L mol), dan kunnen we het aantal mol gas berekenen door het volume gas te delen door het molaire gasvolume:

n = V V m

Als we de stofhoeveelheid (aantal mol n) van een gas kennen, dan kunnen we door het omvormen van de formule ook het volume berekenen dat dat gas inneemt, zie afbeelding XXX op de volgende pagina.

V = n · V m

Proefversie©VANIN

We beschouwen een gas onder normomstandigheden (n.o.). We spreken over normomstandigheden als de temperatuur i = 0 °C en de druk p = 1 013 hPa. Het molaire gasvolume is dan steeds 22,4 L mol

Als we dat getal onthouden, is het eenvoudig om vraagstukken op te lossen waarbij de reactie onder normomstandigheden plaatsvindt. We kunnen dan schakelen tussen het volume van het gas en het aantal mol door gebruik te maken van dit molaire gasvolume: V m = 22,4 L mol waarbij n = V V m = V 22,4 L mol

VOORBEELDVRAAGSTUK

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden.

Gegeven: m(H2) = 15,0 g n.o.

Gevraagd: V(H2)

Oplossing: n(H2) = m(H2) M(H2) = 15,0 g 2,0 g mol = 7,5 mol

n.o. : V m = 22,4 L mol V = n · V m V

Afb. 105 Molair gasvolume

OPDRACHT 17

Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden.

Gegeven: m(CO2) = 25,0 g

n.o.

Gevraagd: V(CO2)

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in:

V = n · V m

delen door molaire massa (g/mol)

oplossingen (c, V)

N = n · NA

vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

gram m n = N NA

vermenigvuldigen met molaire massa (g/mol) m = n · M

` Maak oefening 1 t/m 6 op p. 197-198.

gassen (V, Vm )

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) aantal deeltjes N

2 De algemene ideale gaswet

Het molaire gasvolume is alleen onder normomstandigheden gelijk aan 22,4 L mol. Het gasvolume is afhankelijk van de temperatuur en de druk. We kunnen V m steeds berekenen door gebruik te maken van de ideale gaswet.

Het deeltjesmodel van stoffen ken je al een tijdje. In gassen zitten de deeltjes ver van elkaar. Bij gewone druk en temperatuur oefenen ze geen krachten uit op elkaar (afstotend of aantrekkend). Bij gewone druk en temperatuur is hun volume bovendien te verwaarlozen ten opzichte van het volume van de ruimte die het gas inneemt. Onder die omstandigheden gedraagt het gas zich volgens de zogenaamde ideale gaswet: we spreken van een ideaal gas, waarbij de gasmoleculen elkaar niet beïnvloeden.

Uit de fysicalessen lenen we een paar wetten: de gaswet bij constante temperatuur (de wet van Boyle-Mariotte):

p · V = constant voor eenzelfde hoeveelheid gas

de gaswet bij constant volume (de drukwet van Regnault):

p T = constant voor eenzelfde hoeveelheid gas

Proefversie©VANIN

de gaswet bij constante druk (de volumewet van Gay-Lussac):

V T = constant voor eenzelfde hoeveelheid gas

Afb. 106 Deeltjesmodel gas

Afb. 107 Robert Boyle

Afb. 108 Henri Victor Regnault

Afb. 109 Joseph Gay-Lussac

Die drie wetten werden door Avogadro gecombineerd waarbij hij bovendien een verband legde tussen het aantal mol van een gas en het volume bij een gegeven druk en temperatuur. Die ideale gaswet gebruiken we in de chemie om een volume gas om te zetten naar een aantal mol of omgekeerd. Ze beschrijft het gedrag van ideale gassen onder invloed van druk, volume, temperatuur en aantal deeltjes:

p · V = n · R · T hierin is:

p = de druk in Pa (N/m2)

V = het volume in m3

n = de hoeveelheid gas in mol

R = de gasconstante (8,31 J · K−1mol−1)

T = de absolute temperatuur in K

De Kelvinschaal voor temperatuuraanduiding gaat niet uit van het vriespunt of kookpunt van water, zoals de Celsiusschaalverdeling. Kelvin ging uit van het absolute nulpunt: de koudste temperatuur die ooit werd gemeten: -273 °C (-273,15 °C om precies te zijn). Die temperatuur heeft in de Kelvinschaal dus de waarde 0 K. Atomen en moleculen gaan steeds minder bewegen als de temperatuur daalt en bij -273 °C mogen we aannemen dat ze volledig stilstaan. Daarom noemde Kelvin die temperatuur het absolute nulpunt, lager kan namelijk niet! Qua schaalverdeling lopen de Celsiusschaal en Kelvinschaal gelijk: daarom is 273 K = 0 °C en kunnen we dus ook stellen dat 100 °C = 373 K. Let op: bij temperaturen uitgedrukt in Kelvin wordt het ° of gradensymbool weggelaten.

Als we nu het molaire gasvolume willen berekenen, dan vormen we onze ideale gaswet om:

p · V = n · R · T herwerken we tot V = n · R · T p (n = 1, V = Vm)

V m = R · T p Je kunt er dus voor kiezen om steeds V m te berekenen en vervolgens het aantal mol in rekening te brengen of om meteen alle gegevens in de algemene gaswet te plaatsen.

Proefversie©VANIN

De ideale gaswet kun je alleen gebruiken bij gassen. Laat je niet verleiden om een volume vloeistof, dat ook in liter of m³ is opgegeven, om te zetten naar mol via de gaswet!

De juiste stofhoeveelheid (in mol) ga je ook alleen bekomen als elke variabele in de formule in de juiste eenheid wordt gezet. Merk ook op dat in de ideale gaswet nergens sprake is van het soort gas of de massa. Die variabelen doen er niet toe. Het molaire gasvolume is bij eenzelfde druk en temperatuur voor om het even welk gas altijd hetzelfde.

TIP

Hoe wisten we dat bij normomstandigheden het volume van 1 mol gas = 22,4 L?

Als we alle gegevens in de juiste eenheden zetten (p = 1013 102 Pa, T = 273 K) en de waarden invullen in de ideale gaswet, dan kunnen we het volume berekenen van 1 mol gas onder normomstandigheden:

V = n · R · T p = 1 mol · 8,31 J · K-1 · mol-1 · 273 K (1013 102 Pa) = 0,0224 m³ of 22,4 L

Dus V m = 0,0224 m³ of 22,4 L bij n.o.

3 Omzettingen

Proefversie©VANIN

De gegevens in een vraagstuk zullen vaak nog moeten worden omgezet naar de juiste eenheden alvorens de waarden in te vullen in de algemene ideale gaswet. Daarom herhalen we even de omzettingen die je al leerde kennen doorheen je studiejaren:

‒ 1 m³ = 1 000 dm³ = 1 000 L ‒ 1 bar = 105 Pa = 103 hPa

‒ 1 hPa = 100 Pa ‒ 1 mbar = 1 hPa

‒ 273 K = 0 °C

VOORBEELDVRAAGSTUKKEN

1 Welk volume neemt 12 g stikstofgas in bij 15 °C en 1 018 hPa?

Gegeven: m(N2) = 12 g

T = 15 °C

p = 1 018 hPa

Gevraagd: V(N2)

Oplossing: Eerst zetten we de gegevens om in de juiste eenheden, zodat we de ideale gaswet kunnen toepassen:

n(N2) = 12 g : 28,0 g mol = 0,43 mol

15 °C = 288 K

1 018 hPa = 1 018 · 102 Pa

Wanneer we die waarden invullen in de gaswet, krijgen we: V = n · R · T p

= 0,010 m3 of 10 L.

Antwoord: In de gegeven omstandigheden zal 12 g stikstof een volume innemen van 10 L.

2 Bereken de massa van 5,5 L waterstofsulfidegas (H2S) bij een temperatuur van 23 °C en een druk van 1 025 hPa.

Gegeven: T = 23 °C = 296 K

p = 1 025 hPa = 1 025 · 102 Pa

V(H2S) = 5,5 L = 0,0055 m3

Gevraagd: m(H2S)

Oplossing:

n(H2S) = p · V R · T = 102 500 Pa · 0,0055 m3 : (8,31 J · K-1 · mol-1 · 296 K) = 563,75 : 2 459,76 = 0,23 mol

m(H2S) = n(H2S) · M(H2S) = 0,23 mol · 34,1 g mol = 7,8 g

3 Bereken het volume van 28 g stikstofgas en van 32 g zuurstofgas bij 20 °C en 1 013 hPa.

Gegeven: m(N2) = 28 g

m(O2) = 32 g

T = 20 °C p = 1 013 hPa

Gevraagd: V(N2) en V(O2)

Oplossing:

We zetten de gegevens om in de juiste eenheid: temperatuur: 20 °C = 293 K druk: 1 013 hPa = 101 300 Pa

m M = n = 28 gram N2 28 g mol = 1 mol N2 en 32 gram O2 32 g mol = 1 mol O2

Hoewel de massa’s van beide gassen verschillen, gaat het over dezelfde molhoeveelheid. Het omvormen van de formule geeft voor beide gassen hetzelfde resultaat:

V(N2) = V(O2) = n · R · T p = 1 · 8,31 · 293 101 300 = 0,024 m³ = 24 L

Proefversie©VANIN

Als een reactie niet bij normomstandigheden plaatsvindt, moeten we altijd informatie krijgen over de druk en temperatuur. Zonder die gegevens kunnen we een gasvolume niet omzetten naar een aantal mol stofhoeveelheid.

Het verband tussen druk, temperatuur, volume en aantal mol gas wordt gegeven door de algemene gaswet: p · V = n · R · T, hierin is:

p = de druk in Pa (N/m2)

V = het volume in m3

n = de hoeveelheid gas in mol

R = de gasconstante (8,31 J · K−1 · mol−1)

T = de absolute temperatuur in K

` Maak oefening 7 t/m 14 op p. 199-202.

4 De gaswet bij een constante molhoeveelheid

Wanneer er geen chemische reactie optreedt en/of het totaal aantal mol gas bij een reactie onveranderd blijft, kunnen we de ideale gaswet ook gebruiken om volumeveranderingen in functie van temperatuursveranderingen te berekenen of omgekeerd. De gaswet kan dan in een andere vorm worden geschreven:

Omdat n1 = n2 ( aantal mol gas verandert niet) en omdat, na het omvormen van de formule, de molhoeveelheid steeds gegeven is door n = p · V R · T , kunnen we stellen dat

p1 · V1 R · T1 = p2 · V2 R · T2

Schrappen van de gasconstante R aan beide kanten van de vergelijking geeft dan:

p1 · V1 T1 = p2 · V2 T2

Proefversie©VANIN

Meer algemeen schrijven we p · V T = constante.

Van het feit dat druk, temperatuur en volume van een gas op die manier elkaar beïnvloeden, wordt gebruikgemaakt in de koeltechniek: koelkasten, diepvriezers, airco’s … Ze bevatten allemaal een gas dat zich makkelijk laat comprimeren en makkelijk terug uitzet. Vroeger werden hier vaak cfk’s (chloorfluorkoolwaterstoffen) voor gebruikt. Maar omdat die cfk’s schadelijk zijn voor het milieu (aantasting ozonlaag die ons beschermt tegen uv-straling van de zon), werden ze vervangen door andere koelgassen. Toch moeten die toestellen apart worden ingezameld op het einde van hun levensduur om de gassen te recycleren.

WEETJE

VOORBEELDVRAAGSTUK

Een heteluchtballon heeft een volume van 3 200 m³ en het gas in de ballon heeft een temperatuur van 130 °C. Bij welke temperatuur (°C) zal het volume dalen tot 3 000 m³ als de druk constant blijft?

Gegeven: V1 = 3 200 m³ T1 = 130 °C

V2 = 3 000 m³

p = constant

Proefversie©VANIN

Gevraagd: T2

Oplossing:

We gebruiken hier dus de tweede vorm van de gaswet, want n = constant (geen chemische reactie):

p1 · V1 T1 = p2 · V2 T2

Omdat bij dit vraagstuk ook de druk constant blijft (p1 = p2), wordt de formule nog eenvoudiger:

V1 T1 = V2 T2

We zetten alles om in de juiste eenheden (V1 = 3 200 m³, T1 = 403 K, V2 = 3 000 m³) en lossen de vergelijking op door de gevraagde temperatuur T2 te berekenen:

T2 = V2 · T1 V1 = 3 000 m³ · 403 K 3200 m3 = 378 K

Omgezet naar °C is dat 105 °C.

oplossingen (c, V) gassen (p, V, T) aantal gram m n = N NA

n.o. 1 mol = 22,4 L bij n.o. 1 mol = 22,4 L N = n · NA

vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) aantal deeltjes N

Nu we zowel de stoichiometrische hoeveelheden van vaste stoffen (in gram), vloeistoffen (volume en concentratie) en gassen (volume) kunnen berekenen, zijn we in staat om zowat elk stoichiometrisch vraagstuk op te lossen.

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Welk volume nemen 8,0 · 1 026 moleculen stikstofgas in onder normomstandigheden?

Wat is de totale massa van die moleculen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Bij de reactie van waterstofchloride met calciumcarbonaat ontstaan calciumchloride, water en koolstofdioxide. Hoeveel liter koolstofdioxide ontstaat er onder normomstandigheden als je begint met 25,0 g waterstofchloride en een overmaat aan calciumcarbonaat?

Gegeven: Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Zink reageert met waterstofchloride tot zinkchloride en waterstofgas. Hoeveel liter waterstofgas wordt er gevormd als je 1 000 kg zink laat reageren met voldoende waterstofchloride? Welke massa zuur moet je daarvoor gebruiken? De reactie vindt plaats onder normomstandigheden.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat aan zwavelzuur om onder normomstandigheden 1,5 L waterstofgas te bekomen?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Welk volume neemt 12 g stikstofgas in bij 15 °C en 1 018 hPa?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Bereken de massa van 5,5 L waterstofsulfidegas bij een temperatuur van 23 °C en een druk van 1 025 hPa.

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Waterstofgas reageert bij 20 °C en 1 050 hPa met 20 L zuurstofgas tot waterdamp. Hoeveel g waterstofgas is daarvoor vereist?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Hoeveel g ijzer moet met een overmaat verdunde zoutzuuroplossing reageren om 2,0 L waterstofgas te bekomen bij een druk van 1 722 hPa en een temperatuur van 80 °C? De reactie is: Fe + 2 HCl FeCl2 + H2

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Stikstofgas reageert met zuurstofgas tot distikstofpentaoxidegas. Over hoeveel g stikstofgas moet je beschikken om 33 L reactieproduct te bekomen, indien deze reactie plaatsvindt bij 40 °C en 1 240 hPa?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Hoeveel L waterstofgas kan je bij 45 °C en 1 053 hPa bereiden met 20,0 g zink en 150 mL zwavelzuur (0,35 mol L )?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Proefversie©VANIN

Hoeveel liter koolstofdioxidegas moet je bij 20 °C en 980 hPa in een calciumhydroxideoplossing doen om 50 g calciumcarbonaat te bereiden?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Wanneer de luchtdruk in een vliegtuig op 10 km hoogte sterk daalt komen er boven de zitplaatsen zuurstofmaskers naar beneden. Gedurende 15 minuten kunnen de passagiers gebruik maken van zuurstofgas door volgende reactie geproduceerd in een zuurstofgenerator:

2 NaClO3 (s) → 2 NaCl (s) + 3 O2 (g)

Een volwassene verbruikt per minuut gemiddeld 1,50 L O2 (g) bij

76,0 kPa en 290 K.

Welke massa NaClO3 is er nodig om een volwassene gedurende 15 minuten van het nodige zuurstofgas te voorzien?

Gegeven:

Proefversie©VANIN

Gevraagd:

Oplossing:

` Meer oefenen? Ga naar .

Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de stofhoeveelheden omrekenen in eender welke gevraagde eenheid;

L de massaconcentratie en de molaire concentratie van een oplossing berekenen.

Je leert nu:

L verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken om dichtheden beschrijven.

We weten dat de stofhoeveelheid mol steeds slaat op eenzelfde aantal deeltjes: 6,02 · 1023. In de 1ste graad leerde je dat deeltjes bij een gas verder uit elkaar zitten dan bij een vloeistof. Bij een vaste stof zijn de deeltjes nog dichter op elkaar gepakt. Daaruit volgt dus dat het ingenomen volume van eenzelfde aantal deeltjes verschilt van stof tot stof.

Als we het aantal deeltjes per volume-eenheid naar de massa van die deeltjes omzetten, bekomen we de verhouding m V . Die verhouding noemen we de dichtheid van een stof. De dichtheid van een stof in de gastoestand zal dus kleiner zijn dan de dichtheid van diezelfde stof in vloeibare toestand, die op haar beurt kleiner is dan de dichtheid in vaste toestand.

Niet alleen het verschil in aggregatietoestand speelt daarbij een rol. Ook de massa van elk deeltje en de onderlinge schikking (roostering) van de deeltjes zorgt voor een verschil in dichtheid. De dichtheid is daarom een stofeigenschap voor elke zuivere stof.

Neem bijvoorbeeld blokjes met eenzelfde volume van verschillende metalen. Het blokje lood zal merkelijk zwaarder zijn dan het blokje aluminium.

De verhouding tussen de massa en het volume noemen we de dichtheid (ρ) van de stof: ρ = m V

De dichtheid kan in meerdere eenheden worden weergegeven

( g m3 , g L , kg dm3 , kg L …)

OPDRACHT 18

Dichtheid van vloeistoffen

Werkwijze

Je leerkracht brengt achtereenvolgens gelijke volumes van de volgende stoffen samen in een beker:

water (zuivere stof) olijfolie (mengsel)

ethanol (zuivere stof)

1 L zuiver water weegt exact 1 kg.

De dichtheid van zuiver water is dus ρ = m V = 1 kg L

kg L olijfolie 0,920 kg L

0,789 kg L

Waarnemingen

De stof met zit onderaan de beker.

De stof met zit bovenaan.

Proefversie©VANIN

Met de formule van dichtheid kunnen we dus steeds schakelen tussen de massa en het volume van een zuivere stof of oplossing: ρ = m V het omvormen van de formule geeft V = m ρ of m = V · ρ

Let op dat je bij vloeistoffen de dichtheid niet verwart met de massa-concentratie. Dichtheid heeft niets te maken met de concentratie van de opgeloste stof.

DICHTHEID

MASSACONCENTRATIE

ρ = massa oplossing volume oplossing c = massa opgeloste stof volume oplossing

De verwarring tussen beiden gebeurt omdat beide grootheden dezelfde eenheid kunnen hebben.

Afb. 110 Dichtheid van vloeistoffen ethanol olijfolie water

KERNBEGRIPPEN KERNVRAGEN

CHEMISCH REKENEN

NOTITIES

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

gemiddelde relatieve atoommassa <A r > = het gewogen gemiddelde van alle relatieve atoommassa’s van de voorkomde isotopen

de relatieve massa van een molecule = de som van alle relatieve atoommassa's in de molecule

molecuulmassa = de massa van een molecule

formulemassa = de massa van een formule-eenheid = de som van alle relatieve atoommassa's van de formule

stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveelheid van een stof. Dat kan in aantal deeltjes, aantal gram of aantal mol.

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

GrootheidSymboolEenheid stofhoeveelheid (aantal deeltjes) N deeltjes

stofhoeveelheid (aantal gram) m g

stofhoeveelheid (aantal mol) n mol

Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro constante van Avogadro = een grootheid

symbool: NA

eenheid: deeltjes mol

NA = de constante van Avogadro= 6,02 · 1023 deeltjes mol Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

Proefversie©VANIN

molaire massa = molecuulmassa of formulemassa, aangevuld met de eenheid g mol molverhouding = de verhouding (in mol) waarin de stoffen reageren

zie schema op p. 151

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid vraagstukken met 2 gegeven stofhoeveelheden

Volg het stappenplan op p. 159.

Extra stap in het stappenplan op p. 162: eerst beperkende reagens bepalen

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel

massaconcentratie γ = m V ( g L )

molaire concentratie of stofhoeveelheidsconcentratie c = n V (eenheid: mol L )

concentratie = de verhouding opgeloste stof per hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale volume van de oplossing

zie schema op p. 177

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

verdunningsformule met water

Een oplossing kun je verdunnen of indampen.

oplossingen mengen

normomstandigheden

molair gasvolume de ideale gaswet:

p · V = n · R · T

c1 · V1 = c2 · V2

Verdunnen met oplosmiddel: aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie daalt c2 < c1

Indampen: oplosmiddel verdampt, aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie stijgt c2 > c1

Mengen met andere oplossing, aantal mol opgeloste

stof verandert wel

n1 + n3 = n2

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3) concentratie daalt of stijgt maar c3 < c2 < c1

Hoofdstuk 5: Chemisch rekenen met gassen

i = 0 °C

p = 1 013 hPa → molair gasvolume = 22,4 L mol

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in.

V = n · V m

p: de druk in Pa ( N m2 )

V m : het volume in m3

n: de hoeveelheid gas in mol R: de gasconstante (8,31 J · K−1mol−1)

oplossingen (c, V)

Proefversie©VANIN

gassen (V, Vm )

Hoofdstuk 6: Dichtheid van zuivere stoffen en oplossingen

dichtheid van een stof = de verhouding tussen de massa en het volume

ρ = m V

Dichtheid is geen concentratiegrootheid!

1 Begripskennis

Ik kan het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van atomen.

Proefversie©VANIN

Ik kan uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro.

Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen

2 Onderzoeksvaardigheden

Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen

Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven

Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen.

Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen

Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

Ik kan het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

JANOG OEFENEN

Notities

Proefversie©VANIN

POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID 04 THEMA

Eenden, pinguïns en heel wat andere vogels vertoeven een groot deel van hun leven op het water. Maar toch worden ze niet nat. Dat kun je mooi zien tijdens een regenbui: de waterdruppels glijden van hen af. Dat verschijnsel komt ook bij planten voor: ’s morgens of na een regenbui zie je overal druppels liggen op de bladeren. Als je de plant aanraakt, dan vallen ze er zo van af. Helaas heeft papier die eigenschap niet: het wordt meteen drijfnat.

Proefversie©VANIN

` Hoe komt het dat de veren van sommige vogels geen water opnemen en papier wel?

` Hoe komt het dat waterdruppels gemakkelijk van een plant rollen?

` Kunnen we voorspellen welke stoffen water opnemen en welke niet?

` Kunnen we voorspellen welke stoffen in elkaar oplossen?

We zoeken het uit!

Polaire en apolaire moleculen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L uitleggen dat de binding tussen 2 niet-metalen een atoombinding is;

L de lewisstructuur van een molecule tekenen.

Je leert nu:

L de betekenis van elektronegativiteit begrijpen;

L bepalen of een covalente binding polair of apolair is;

L op basis van de structuur bepalen of een molecule polair of apolair is.

1 Het dipoolkarakter van water

Een molecule is opgebouwd uit een bepaald aantal niet-metaalatomen, al dan niet van dezelfde soort. Die atomen zijn met elkaar verbonden door een gemeenschappelijk elektronenpaar. De symbolen van die atomen worden weergegeven in de formule en het aantal van elke soort wordt weergegeven door de index.

Ongeveer 70 % van het aardoppervlak is bedekt met water. Organismen bestaan bovendien voor een groot gedeelte uit water. Zonder water is er geen leven. Ook tijdens de chemielessen gebeuren heel wat experimenten in een waterige oplossing. Het is daarom belangrijk om even te kijken wat water zo speciaal maakt.

OPDRACHT 1

Invloed van een geladen staaf op een straal water en n-pentaan

Werkwijze

1 Je leerkracht vult een buret met n-pentaan (C5H12) en plaatst er een beker onder. Je leerkracht brengt negatieve ladingen aan op een kunststof lat of staaf door er met een wollen of zijden doek over te wrijven.

2 De leerkracht opent het kraantje en houdt de negatief geladen staaf naast de straal n-pentaan die uit de buret loopt.

3 Door papier te wrijven over een glazen staaf, ontstaat er een glasstaaf die positief geladen is. De leerkracht opent het kraantje en houdt de positief geladen staaf naast de straal n-pentaan die uit de buret loopt.

4 Je leerkracht brengt daarna achtereenvolgens een negatieve en een positieve staaf naast een waterstraal die uit een andere buret stroomt.

DEMO

OPDRACHT 1 (VERVOLG)

Waarnemingen

1 Teken op afbeelding XXX wat je ziet.

2 Vervolledig de waarnemingen.

Duid het juiste antwoord aan. Straal pentaan:

negatief geladen staaf: de straal pentaan wordt NIET / WEL aangetrokken door de negatieve geladen staaf positief geladen staaf: de straal pentaan wordt NIET / WEL aangetrokken door de positief geladen staaf

Waterstraal:

negatief geladen staaf: de waterstraal wordt NIET / WEL aangetrokken door de negatieve geladen staaf positief geladen staaf: de waterstraal wordt NIET / WEL aangetrokken door de positief geladen staaf

Proefversie©VANIN

Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan!

Of zoals het Engelse spreekwoord luidt: opposites attract.

Water (H2O) is een molecule opgebouwd uit 2 waterstofatomen (H) en een zuurstofatoom (O). Watermoleculen zijn neutraal, wat wil zeggen dat een waterdeeltje niet negatief of positief geladen is. Toch worden watermoleculen aangetrokken door zowel negatieve als positieve ladingen. Dat kan worden verklaard doordat water zowel een positief geladen als een negatief geladen zijde of pool heeft:

Als een positieve lading in de buurt wordt gebracht van een straal water, worden de negatieve zijden van alle watermoleculen aangetrokken. Hierdoor buigt de waterstraal zich naar de positieve lading.

Als een negatieve lading in de buurt van een waterstraal wordt gebracht, dan trekt die de positieve zijde van alle watermoleculen aan, waardoor de straal ook naar de lading afgebogen wordt.

Omdat water gekenmerkt wordt door een negatieve pool en een positieve pool, is water een voorbeeld van een polaire molecule of een dipoolmolecule

n-pentaan wordt niet aangetrokken door een positieve of negatieve lading, omdat ze geen positieve of negatieve zijde heeft. n-pentaan is dus een voorbeeld van een apolaire molecule.

Een molecule die zowel een positief geladen als een negatief geladen pool heeft, wordt een polaire molecule of een dipoolmolecule genoemd.

Moleculen die geen positieve en negatieve pool hebben, worden apolaire moleculen genoemd.

Afb. 111 Invloed van een geladen staaf op n-pentaan en een straal water

buret gevuld met water positief geladen staaf buret gevuld met water negatief geladen staaf

buret gevuld met n-pentaan geladen staaf

Afb. 112 Watermoleculen zijn neutraal: ze zijn niet positief of negatief geladen.

TIP

Afb. 113 n-pentaan is een apolaire molecule.

2 De elektronegativiteit

De EN-waarde vind je terug op het PSE.

12 1,2

Of een molecule polair of apolair is, hangt af van de structuur van de molecule en de mate waarin de atomen in de molecule geneigd zijn om elektronen naar zich toe te trekken. In de volgende delen zul je leren om te voorspellen of een molecule polair of apolair is.

Zoals je vorig jaar al leerde, staan sommige elementen (zoals metalen) liever elektronen af terwijl andere. (zoals niet-metalen) liever elektronen opnemen. Dat hangt af van een aantal eigenschappen zoals de grootte van de positieve kernlading, het aantal elektronen en de schikking van de elektronen op de schillen. Die factoren leiden tot een grotere of minder grote aantrekkingskracht op andere elektronen: de elektronegatieve waarde van een atoom.

De elektronegatieve waarde of de elektronegativiteit (EN) drukt uit in welke mate een element geneigd is om elektronen naar zich toe te trekken. De elektronegatieve waarde ligt tussen 0,7 en 4 en is een onbenoemd getal: ze heeft geen eenheid. Hoe groter de elektronegatieve waarde van een element, hoe sterker de neiging van een element om elektronen aan te trekken.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 2

Zoek de EN-waarde op in je PSE en onderzoek het verband tussen de EN van een element en de plaats van een element op het PSE.

1 Vul de tabel aan met het element met de hoogste en laagste EN.

EN element met hoogste EN element met laagste EN

2 Zoek de EN op van de volgende elementen en orden ze volgens stijgende elektronegatieve waarde.

OPDRACHT 2 (VERVOLG)

3 Bestudeer de EN-waarde van de verschillende elementen in eenzelfde groep. Wat stel je vast?

4 Bestudeer de EN-waarde van de verschillende elementen in eenzelfde periode. Wat stel je vast?

Proefversie©VANIN

5 Noteer in de pijlen of de EN in de aangegeven richting stijgt of daalt op het PSE.

H Li Be Na Mg

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn

B C N O F Ne

Al- Si P S Cl- Ar

Ga Ge As Se Br Kr

In Sn Sb Te I Xe

TlNh Pb FlBi Mc Po Lv At Ts Rn Og

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lu Lr He

6 Bij sommige elementen op het periodieke systeem staat geen EN. Welke elementen zijn dat?

7 Verklaar waarom erbij die elementen geen EN-waarde staat.

8 Waar op het PSE staan dus de meest elektronegatieve elementen?

De elektronegatieve waarde of de elektronegativiteit (EN) is een onbenoemd getal dat weergeeft in welke mate een element geneigd is om elektronen naar zich toe te trekken.

` Maak oefening 1 en 2 op p. 221.

3 Polariteit van de binding

OPDRACHT 3

Beantwoord de vragen.

1 Zoek de EN op van elk element in deze stoffen.

EN(H) = EN(H) = EN(S) = EN(C) = EN(S) =

HH

Proefversie©VANIN

CSS

2 Bereken het verschil in EN (ΔEN) van de atomen die door een atoombinding met elkaar zijn verbonden.

∆EN = ∆EN =

3 Welke van de atomen die met elkaar zijn verbonden door een atoombinding, trekt het hardst aan het gemeenschappelijk elektronenpaar?

Wanneer 2 atomen met een-zelfde EN gebonden zijn door middel van een atoombinding, dan trekken beide atomen even hard aan de elektronen van de atoombinding. Het gemeenschappelijk elektronenpaar bevindt zich dan perfect tussen de 2 atoomkernen. Zo’n atoombinding noemen we een apolaire atoombinding.

Het verschil tussen de EN van beide atomen (grootste EN – kleinste EN) duiden we aan met ΔEN.

OPDRACHT 4

Onderzoek de eigenschappen van de atoombinding in HCl.

Waterstofchloride heeft als formule HCl. Het waterstofatoom is verbonden door een covalente binding met het chlooratoom.

1 Zoek de EN op van elk element in die en schrijf ze boven elk element.

EN(H) = EN(Cl) =

2 Bereken het verschil in EN van de elementen die met elkaar verbonden zijn door een atoombinding.

∆EN =

3 Welk element trekt het hardst aan de gemeenschappelijke elektronen van de atoombinding?

4 Zijn de elektronen positief of negatief geladen?

Afb. 114 Apolaire covalente binding

5 Vul aan:

Als de gemeenschappelijke elektronen van de atoombinding verschuiven in de richting van het element met de EN, dan wordt dat element gedeeltelijk geladen.

Proefversie©VANIN

Als 2 atomen die verbonden zijn door een atoombinding, een verschillende elektronegatieve waarde hebben, dan zal het atoom met de hoogste EN het hardst aan de elektronen van de atoombinding trekken. Hierdoor zal het bindend elektronenpaar zich niet perfect in het midden tussen de 2 kernen bevinden, maar verschuiven naar het element met de hoogste elektronegativiteit. Een dergelijke atoombinding noemen we een polaire atoombinding

Doordat de elektronen van de atoombinding nu dichter bij het atoom met de hoogste EN liggen, wordt dat atoom gedeeltelijk negatief geladen. Maar omdat de elektronen van de atoombinding nog steeds gedeeld worden met het andere atoom, spreekt men van een negatieve deellading of een partieel negatieve lading. Die negatieve lading wordt aangeduid met het symbool δ-

Doordat de elektronen van de atoombinding nu het verst van het atoom met de laagste EN liggen, wordt dat atoom gedeeltelijk positief geladen. Omdat de elektronen van de atoombinding nog steeds gedeeld worden met het andere atoom, spreekt men van een positieve deellading of een partieel positieve lading. Die positieve lading wordt aangeduid met het symbool en δ+.

De grootte van de positieve en negatieve deelladingen rond een atoombinding neemt toe naarmate het verschil in EN van de atomen groter wordt.

EN(H) = 2,1EN(Cl) = 3,0 δ+ δ-

CI CICI H HH

Afb. 116 Door het verschil in EN tussen het element waterstof en chloor, verschuiven de elektronen van de atoombinding in de richting van het element chloor. Daardoor krijgt het element waterstof een partieel positieve lading en het element chloor een partieel negatieve lading.

Opgelet! De waarde ΔEN tussen de 2 elementen moet voldoende groot zijn om een polaire binding te hebben. Pas als het verschil in EN groter is dan 0,5 wordt van een polaire binding gesproken.

ΔEN < 0,5 → apolair

ΔEN > 0,5 → polair

Afb. 115 Polaire covalente binding

De waarde ΔEN geeft het verschil aan tussen de EN van de 2 atomen waartussen een atoombinding zich bevindt. Als ΔEN < 0,5, dan bevindt het bindend elektronenpaar van de atoombinding zich in het midden tussen de 2 kernen en spreken we van een apolaire covalente binding of een apolaire atoombinding

In een molecule ontstaat tussen 2 atomen een polaire atoombinding als ΔEN > 0,5. Het bindend elektronenpaar bevindt zich dan niet perfect tussen beide atoomkernen. Door de verschuiving van het bindend elektronenpaar, krijgt het atoom met de hoogste EN een negatieve deellading (δ-) en het atoom met de laagste EN een positieve deellading (δ+)

` Maak oefening 3 en 4 op p. 221-222.

4 Polariteit van moleculen

Proefversie©VANIN

Dipolen of polaire moleculen zijn neutrale moleculen met zowel een positief als een negatief geladen zijde. Die positief en negatief geladen zijden zijn een gevolg van de aanwezigheid van polaire atoombindingen én de ruimtelijke structuur van de molecule.

Als de molecule is opgebouwd uit 2 atomen die verbonden zijn door een polaire atoombinding, dan ontstaat er een molecule met aan de ene zijde een positieve (partiële) lading en aan de andere zijde een negatieve (partiële) lading: een dipool of polaire molecule.

In een molecule die 2 of meerdere polaire atoombindingen bevat, zullen meerdere atomen een positieve en/of negatieve partiële ladingen hebben. Valt het centrum van de negatieve deelladingen niet samen met het centrum van de positieve deelladingen, dan heeft de molecule een positieve en negatieve zijde en is ze een dipool. Vallen de centra van de positieve en negatieve deelladingen wél samen, dan is de molecule apolair omdat er geen positieve en negatieve pool aanwezig is.

Als een atoom elektronen van meerdere bindingen sterker naar zich toetrekt, dan noteren we een getal voor δ.- Een atoom dat, door zijn grotere EN-waarde, bijvoorbeeld de elektronen van 2 gebonden atomen naar zich toetrekt, zal zo een deellading 2δ- hebben.

TIP

Afb. 117 Zoutzuur (HCl) is een polaire molecule.

Ze heeft een positieve zijde (blauw) en een negatieve zijde (rood).

OPDRACHT 5

Onderzoek de polariteit van water.

De molecule water

Water is opgebouwd uit 2 waterstofatomen en een zuurstofatoom. Net zoals andere moleculen heeft water een bepaalde ruimtelijke, driedimensionale structuur. De 3 atomen bevinden zich niet op een rechte lijn (zie figuur 1), maar de molecule is ‘geknikt’ (zie figuur 2). De hoek tussen beide waterstofatomen bedraagt 104,5° (zie figuur 3).

1

Proefversie©VANIN

2

=

= 3

1 Zoek in het PSE de EN-waarde op van waterstof en zuurstof. Noteer dat bij figuur 2.

2 Is de binding tussen waterstof en zuurstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

3 Duid de partiële ladingen in de molecule aan in figuur 3.

4 Duid aan in de structuurformule (figuur 2): a met een blauwe stip het centrum van de negatieve ladingen; b met een rode stip het centrum van de positieve ladingen.

5 Is de molecule water polair of apolair? Motiveer je antwoord.

OPDRACHT 6

Onderzoek de polariteit van koolstofdioxide.

De molecule koolstofdioxide Koolstofdioxide bestaat uit een koolstofatoom dat gebonden is aan 2 zuurstofatomen. Koolstof heeft de lineaire structuur (zie thema 02) en de 3 atomen bevinden zich op een rechte lijn.

EN(C) = EN(O) = COO CO O

OPDRACHT 6 (VERVOLG)

1 Zoek in het PSE de EN-waarde op van koolstof en zuurstof. Noteer op de figuur.

2 Is de binding tussen koolstof en zuurstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

Proefversie©VANIN

3 Duid de partiële ladingen in de molecule aan.

4 Duid aan: a met een blauwe stip: het centrum van de negatieve ladingen; b met een rood kruis: het centrum van de positieve ladingen.

5 Is de molecule koolstofdioxide polair of apolair? Motiveer je antwoord.

Wanneer een geladen voorwerp in de buurt van een dipool wordt gebracht, zullen de dipoolmoleculen zich oriënteren als gevolg van die lading. Breng je een positieve lading in de buurt van dipoolmoleculen, dan zal de negatieve zijde van alle moleculen aangetrokken worden en de positieve zijde afgestoten. Omgekeerd zal een negatieve lading de positieve zijde van dipoolmoleculen aantrekken en de negatieve zijde ervan afstoten. Dat verklaart waarom een waterstraal dus zowel aangetrokken wordt door een negatief als een positief geladen staaf.

OPDRACHT 7

Teken een aantal moleculen water in de afbuigende waterstraal wanneer die in de buurt van een positieve en negatieve staaf wordt gehouden.

OPDRACHT 8

Onderzoek de polariteit van n-pentaan.

De molecule n-pentaan heeft als formule C5H12.

HC H H C H H C H H C H H C H H H

Afb. 118 Een molecule n-pentaan

EN(C) = EN(H) =

Proefversie©VANIN

1 Zoek in het PSE de EN-waarde op van waterstof en koolstof. Noteer dat op de figuur.

2 Is de binding tussen koolstof en waterstof een polaire of een apolaire binding? Motiveer je antwoord.

3 Duid de partiële ladingen in de molecule aan.

4 Is de molecule n-pentaan polair of apolair? Motiveer je antwoord.

Als in een molecule enkel apolaire atoombindingen voorkomen, dan zijn er geen partiële ladingen aanwezig. De molecule bevat bijgevolg ook geen negatieve en positieve pool. Een molecule met alleen maar apolaire bindingen zal daarom altijd een apolaire molecule zijn.

Om na te gaan of een molecule een dipool is of niet, volg je het volgende schema:

Polaire bindingen aanwezig (ΔEN > 0,5)?

Apolaire molecule Valt centrum positieve deelladingen samen met centrum negatieve deelladingen?

Apolaire molecule Polaire molecule

Let op: een molecule is pas een dipoolmolecule wanneer ze aan

2 voorwaarden voldoet:

1 Er moeten polaire bindingen aanwezig zijn.

2 De ladingscentra van de positieve en negatieve deelladingen mogen niet samenvallen.

Schema 3 Polaire of apolaire moleculen

Je kunt een polaire of apolaire binding ook als volgt voorstellen: Geiten die duwen tegen of trekken aan een paal, vertegenwoordigen een polaire binding. Als de geiten sterk genoeg zijn (ΔEN > 0,5) en hun krachten elkaar niet in evenwicht houden, dan wordt de paal schuin of omvergeduwd. Dan is de molecule een dipool.

In het geval van water zullen de geiten de paal omverduwen. Water is dus polair.

In een molecule CO2 trekken beide geiten aan de paal in tegengestelde richting én even hard. De 2 geiten werken elkaar zo tegen dat de paal blijft staan. CO2 is dus een apolaire molecule.

In een molecule zoals CH4 zijn er geen polaire bindingen aanwezig.

De geiten duwen of trekken niet.

De paal blijft dus staan.

De molecule CH4 is dus apolair.

Proefversie©VANIN

Een molecule met uitsluitend apolaire atoombindingen is altijd apolair.

Een molecule die polaire atoombindingen bevat, kan polair of apolair zijn:

• Als het centrum van de positieve deelladingen samenvalt met het centrum van de negatieve deelladingen, dan is de molecule apolair.

• Vallen de centra van de positieve en negatieve deelladingen niet samen, dan heeft de molecule een positieve en negatieve zijde.

Het is een dipoolmolecule

` Maak oefening 5 op p. 222.

WEETJE

Om na te gaan of een molecule een dipool is, wordt vaak gebruik-gemaakt van dipoolvectoren. Een dipoolvector is een symbolische voorstelling voor de kracht die op een elektronenpaar wordt uitgeoefend. De grootte van de vector is evenredig met het verschil in EN-waarden van beide gebonden atomen: de zin gaat van de partieel positieve naar de partieel negatieve lading.

Dipoolvectoren kun je, net zoals vectoren in de wiskunde en fysica optellen. Als de som van de vectoren, de resultante, niet gelijk is aan nul, dan dan is het een dipool(molecule) of een polaire molecule en is er een positieve en negatieve zijde aanwezig.

Als we de dipoolvectoren in een watermolecule verschuiven om in hetzelfde punt aan te grijpen, dan zien we duidelijk dat de resultante (in het rood) niet gelijk is aan nul. Water is duidelijk een polaire molecule, met een positieve en een negatieve zijde.

Ga op zoek naar de EN in je PSE.

a Zoek in het periodiek systeem op welk element de hoogste EN heeft.

b En welk(e) element(en) heeft de laagste EN?

Proefversie©VANIN

c Orden de volgende elementen volgens stijgende EN:

Al – B – Ge – Ra

Vul de tabel aan.

a Orden de elementen volgens stijgende EN en noteer de EN ernaast in de tabel hieronder:

Al – Ca – Cl – F – H – K – Li – O – P

b Schrijf bij elk element of het een metaal of een niet-metaal is.

c Wat stel je vast als je de EN van metalen vergelijkt met dat van de niet-metalen? Element

Duid aan of de atoombinding tussen de volgende elementen polair of apolair is.

Elementen

C & H

H & S

C & O

Atoombinding

apolair … polair

apolair

apolair

polair

polair

O & N … apolair … polair

S & O … apolair

polair

P & H … apolair … polair

Met welk element uit de 7de groep kan koolstof een apolaire atoombinding vormen?

Bepaal of de volgende stoffen bestaan uit polaire of apolaire moleculen.

Proefversie©VANIN

apolair … polair

apolair … polair … apolair … polair

apolair … polair

3D-beelden stoffen a, b en e

` Meer oefenen? Ga naar .

apolair … polair

apolair … polair

Intermoleculaire krachten

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L bepalen of een atoombinding polair of apolair is;

L bepalen of een molecule polair of apolair is.

Je leert nu:

L de verschillende soorten krachten tussen moleculen onderscheiden;

L uitleggen dat intermoleculaire krachten mee het kookpunt en smeltpunt van een stof bepalen.

Vorig jaar zijn de 3 aggregatietoestanden al aan bod gekomen. In een vaste stof zitten deeltjes op elkaar gestapeld, vaak op een zeer regelmatige manier in een rooster. Wanneer een vaste stof smelt, krijgen de deeltjes een hogere bewegingsvrijheid en rollen ze over elkaar. Als een vloeistof de kooktemperatuur bereikt, dan komen de deeltjes volledig los van elkaar en krijgen ze een nog grotere bewegingsvrijheid: ze gedragen zich nu als een gas. De aggregatietoestand van een stof bij een bepaalde temperatuur is deels een gevolg van de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes waaruit ze is opgebouwd.

1 Invloed van massa en polariteit op het kookpunt van een stof

Bij kamertemperatuur zijn sommige stoffen vast, terwijl anderen vloeibaar of een gas zijn. De aggregatietoestand hangt af van het smelt- en kookpunt van de stof.

OPDRACHT 9

Onderzoek het verband tussen het kookpunt en de eigenschappen van een stof.

1 Maak een grafiek waarin je het kookpunt (y-as) uitzet ten opzichte van de relatieve massa van de molecule (x-as). Gebruik voor elke reeks een andere kleur.

Reeks Stof Kookpunt in °C

De relatieve massa van de molecule

OPDRACHT 9 (VERVOLG)

Proefversie©VANIN

Tabel 7 Kookpunten van enkele stoffen

2 Beantwoord de vragen.

a Bekijk de resultaten van reeks 1, 2 en 3. Wat is het verband tussen de massa en het kookpunt?

b Welke stoffen van reeks 4 zijn dipoolmoleculen en welke apolaire stoffen?

c Wat is het effect van de polariteit op het kookpunt als je stoffen met ongeveer dezelfde massa vergelijkt?

d Teken nu in de grafiek het kookpunt van water erbij. De relatieve massa van water is 18.

e Water zou in reeks 1 moeten liggen. Dat zijn allemaal verbindingen van waterstof met een element uit hoofdgroep VIa. Ligt het kookpunt in lijn van de verwachtingen op basis van a?

Je kunt het vergelijken met een zwembad vol ballen. Opblaasbare strandballen zullen sneller uit het bad vliegen dan bowlingballen van eenzelfde grootte.

Wanneer we het kookpunt van gelijksoortige, apolaire stoffen met elkaar vergelijken (reeks 1, reeks 2 en reeks 3), valt uit de grafiek het verband tussen het kookpunt en de molecuulmassa af te leiden: hoe hoger de massa van de deeltjes, hoe hoger het kookpunt. Dat komt doordat zwaardere moleculen moeilijker ontsnappen aan de zwaartekracht en er meer energie nodig is om de moleculen te doen bewegen. In vergelijking tot lichtere moleculen zullen zwaardere moleculen pas bij een hogere temperatuur over elkaar (vloeistof) rollen of van elkaar loskomen (gas).

Als je het kookpunt van stoffen met een gelijkaardige massa vergelijkt (reeks 4), dan valt op dat het kookpunt van polaire verbindingen of dipoolmoleculen hoger ligt dan het kookpunt van apolaire verbinding. Dat komt doordat er tussen polaire moleculen sterkere intermoleculaire krachten bestaan: krachten die tussen de moleculen heersen en de moleculen bij elkaar houden. Pas als die intermoleculaire krachten verbroken worden, komen deeltjes los van elkaar. Omdat het verbreken van die intermoleculaire krachten energie kost, zullen stoffen die opgebouwd zijn uit dipoolmoleculen, hogere kookpunten hebben. Water heeft, ondanks zijn zeer lage molecuulmassa (18 unit), een bijzonder hoog kookpunt: 100 °C. Dat kookpunt ligt veel hoger dan dat van verbindingen tussen waterstof en de andere elementen van de 6de groep. Dat wijst erop dat er tussen watermoleculen bijzonder sterke krachten heersen die veel energie vereisen om ze te verbreken.

Die intermoleculaire krachten hebben een gelijkaardig effect op het smeltpunt van stoffen.

Proefversie©VANIN

De massa van deeltjes heeft een invloed op het kookpunt van de stof. Hoe hoger de massa, hoe hoger het kookpunt. Polaire verbindingen hebben een hoger kookpunt dan apolaire verbindingen met een gelijkaardige massa. Dat is een gevolg van het bestaan van krachten die tussen de moleculen heersen: de intermoleculaire krachten.

2 Intermoleculaire

krachten

2.1 De Londonkracht of Londondispersiekracht

Apolaire moleculen hebben geen polaire bindingen en dus geen permanente negatief geladen en positief geladen pool. Je zou dus denken dat er geen elektrostatische aantrekking (aantrekking tussen + en – ladingen) tussen de moleculen is. Maar doordat elektronen continu in beweging zijn, ontstaan er kortstondig minieme ladingsverschuivingen in moleculen, waardoor de moleculen elkaar een klein beetje aantrekken. Die zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten noemen we de Londonkrachten of de Londondispersiekrachten.

Die krachten zijn aanwezig in alle moleculen, dus ook in dipoolmoleculen, maar het zijn de enige intermoleculaire krachten in apolaire moleculen. De grootte van de Londonkracht neemt toe naarmate de molecule groter wordt

asymmetrische verdeling van elektronen

symmetrische verdeling van elektronen

asymmetrische verdeling van elektronen

Proefversie©VANIN

Afb. 119 Door bewegende elektronen ontstaan minieme ladingsverschuivingen, waardoor zwakke aantrekkingskrachten tussen moleculen ontstaan.

Door kortstondige ladingsverschuivingen ontstaan er zwakke aantrekkingskrachten tussen moleculen. Die krachten noemen we de Londonkrachten of Londondispersiekrachten. Die aantrekkingskrachten zijn de enige intermoleculaire krachten tussen apolaire moleculen. De grootte van die krachten neemt toe met de grootte van de molecule.

WEETJE

1 setae

1 miljoen setae

1 000 nanohaartjes aan de top van 1 seta gekko

Gekko’s kunnen moeiteloos op verticale wanden klauteren en blijven hangen. Het maakt voor gekko’s ook niet uit of het oppervlak nat of droog, koud of warm, glad of ruw, proper of vuil is. Ze doen dat niet op basis van klauwtjes, haakjes of lijm. Nee, ze blijven voornamelijk vastgehecht aan het oppervlak door de zwakke Londonkrachten. Aan de onderzijde van elke teen bevinden zich miljoenen haarachtige structuren, setae genoemd. Op de uiteinden daarvan zitten weer honderden tot duizenden nanohaartjes of spatulae. Die haartjes maken een intens contact met het oppervlak waar ze zich aan vasthechten. Tussen die spatulae en de moleculen van het oppervlak heersen Londonkrachten. Die zijn weliswaar zeer zwak, maar door het grote aantal spatulae tellen al die krachten op. De resulterende kracht is zo groot dat één teen het gewicht van een ondersteboven hangende gekko aan de wand kan houden.

OPDRACHT 10

DOORDENKER

Beantwoord het vraagstuk.

Stoffen met een kookpunt lager dan 35 °C en een vlampunt (laagste temperatuur waar een stof tot een ontbranding kan komen als ze met een ontstekingsbron in contact komt) lager dan 23 °C behoren tot de categorie 'zeer ontvlambare vloeistoffen en dampen'. In een labo staat een vat gevuld met propaan (C3H8) en hexaan (C6H14). Het label op de vaten is onleesbaar geworden, maar de naam van de stof niet. Toch is het voldoende om de naam van de stof te weten om af te leiden welke stof zeer ontvlambaar is. Weet jij welke stof dat is?

Proefversie©VANIN

2.2 Dipoolkracht

Polaire moleculen of dipoolmoleculen hebben een permanente positief geladen en negatief geladen pool. Je hebt al gezien dat positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken en gelijksoortige ladingen elkaar afstoten. Op die manier trekt de positief geladen pool van een dipoolmolecule de negatief geladen pool van een andere dipoolmolecule aan. Die intermoleculaire aantrekkingskracht noemen we de dipoolkracht of dipoolinteractie.

Dipoolkrachten zijn veel groter dan de zwakke Londonkrachten, die zowel in polaire als apolaire moleculen aanwezig zijn. Het kost dan ook veel meer energie om ze te verbreken en dat verklaart waarom de kook- en smeltpunten van polaire verbindingen (dipoolmoleculen) veel hoger zijn dan die van apolaire verbindingen met een gelijkaardige molecuulmassa. Hoe groter de partiële ladingen in de molecule, hoe sterker de onderlinge aantrekking tussen de moleculen. Daarom neemt de grootte van de dipoolkrachten toe naarmate het verschil in EN-waarde van de atomen die door de atoombinding met elkaar gebonden zijn, groter wordt.

Afb. 120 De tegengesteld geladen polen trekken elkaar aan, waardoor de moleculen zich op een welbepaalde manier oriënteren.

Tussen de positief geladen en negatief geladen polen van dipoolmoleculen (polaire moleculen) heersen intermoleculaire aantrekkingskrachten die we de dipoolkrachten of dipoolinteracties noemen. Die aantrekkingskrachten zijn veel groter dan de zwakke Londonkrachten. De grootte neemt toe naarmate de EN groter wordt.

2.3 Waterstofbruggen

OPDRACHT 11

Probeer via de applet zoveel mogelijk druppels water op het muntje aan te brengen.

a Wat merk je op?

Proefversie©VANIN

applet: waterstofbruggen

b Teken je waarneming.

c Probeer het in de applet nu met hexaan. Wat merk je op?

Als het element waterstof gebonden is aan een element met een hoge elektronegatieve waarde zoals N, O, Cl of F, ontstaat een zeer polaire binding De positieve en negatieve deelladingen zijn dan zo groot dat de dipoolkracht tussen het waterstofatoom en het niet-metaal (N, O, Cl of F) zeer sterk is. Die sterke dipoolkracht geven we daarom een aparte naam: de waterstofbrug

Door de hoge EN van het zuurstofatoom verschuiven de bindende elektronenparen van beide atoombindingen in een watermolecule naar het zuurstofatoom. Het zuurstofatoom wordt hierdoor tweemaal partieel negatief geladen. Elke watermolecule kan nu door vier waterstofbruggen verbonden worden met andere watermoleculen:

2 waterstofbruggen ontstaan doordat de partieel positieve waterstofatomen aangetrokken worden door een vrij elektronenpaar van een zuurstofatoom van een watermolecule.

Het tweemaal partieel negatief geladen zuurstofatoom kan 2 waterstofatomen van andere watermoleculen aantrekken, waardoor 2 bijkomende waterstofbruggen ontstaan.

Afb. 121 Tussen watermoleculen bestaan sterke waterstofbruggen.

Het zijn de waterstofbruggen die verantwoordelijk zijn voor het zeer hoge kookpunt en de oppervlaktespanning van water, want de waterstofbruggen zorgen ervoor dat de watermoleculen elkaar onderling zeer hard aantrekken.

Afb. 122 De waterstofbruggen in water zijn verantwoordelijk voor sterke onderlinge aantrekking van de watermoleculen.

Proefversie©VANIN

Een waterstofbrug ontstaat bij polaire moleculen die waterstof gebonden hebben op een sterk elektronegatief element (zoals zuurstof, stikstof, fluor). Daardoor ontstaat een zeer polaire atoombinding en grote (positieve en negatieve) deelladingen, en dus een bijzonder sterke dipoolkracht tussen het waterstofatoom met de positieve deellading en het atoom met een negatieve deellading van een andere molecule.

Als je een glas vol water schenkt, dan komt het water hoger dan de rand van het glas. Dat is te danken aan de oppervlaktespanning van water. Een molecule water IN de vloeistof is aan alle zijden omringd door andere watermoleculen. De krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen, heffen elkaar op. Bij de watermoleculen aan het wateroppervlak is dat niet het geval: hierdoor ondervinden ze een nettokracht naar binnen toe. De aantrekkingskrachten tussen de moleculen in het wateroppervlak zijn zelfs zo groot dat het oppervlak zich gedraagt als een vlies. Je kunt er dus een punaise of paperclip op laten drijven. Probeer het zelf eens!

De helmbasilisk of jezushagedis kan hierdoor zelfs over het water lopen, tenminste als hij er voldoende vaart achter steekt. Het vlies op het wateroppervlak is net niet sterk genoeg om zijn gewicht te dragen, dus moet hij ervoor zorgen dat hij zijn volgende stap heeft gezet voordat zijn vorige voet doorheen het wateroppervlak breekt.

Water is de enige stof op aarde die voorkomt in 3 aggregatietoestanden: vast (ijs), vloeibaar (water) en gas (waterdamp). Bij de meeste stoffen neemt de massadichtheid (de massa per volume) af met toenemende temperatuur: door warmte zetten stoffen uit, waardoor eenzelfde volume een kleinere hoeveelheid stof bevat.

Water is een buitenbeentje. Water heeft de hoogste massadichtheid bij 4 °C: 1 liter water bij 4 °C is zwaarder (en bevat meer water) dan een liter bij elke andere temperatuur. Water van 4 °C dat opwarmt, zet net als andere stoffen uit, waardoor er per liter minder water in zit. De massadichtheid neemt af.

Wanneer je water laat afkoelen onder de 4 °C, zal het ook uitzetten. Wie ooit al een fles of blikje met drank in de vriezer heeft gestopt, weet wellicht dat het zal barsten als het bevriest. Maar hoe komt dat?

Proefversie©VANIN

126 Dichtheidsverloop van water. Zuiver water heeft de grootste dichtheid bij 4 °C.

In vast water – ijs dus – zitten de water-moleculen gerangschikt in een rooster. De waterstofbruggen houden de watermoleculen op een relatief grote afstand van elkaar. Als het ijs begint te smelten, dan komen er moleculen los en wat dichter bij elkaar. Het volume water krimpt dus als het water smelt. Bij 4 °C zitten de watermoleculen het dichtst op elkaar. Als de temperatuur verder toeneemt, worden steeds meer waterstofbruggen gebroken en bewegen de moleculen steeds heviger, waardoor de onderlinge afstand tussen de moleculen weer groter wordt en het water uitzet.

Afb. 123 Oppervlaktespanning van water.

video: jezushagedis

Afb. 124 De jezushagedis

Afb. 125 Water dat bevriest, zet uit en kan glazen flessen doen breken.

Afb.

Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het verschil aangeven tussen moleculaire verbindingen en ionverbindingen;

L beschrijven dat polaire moleculen een positieve en negatieve zijde hebben;

L bepalen of moleculen polair of apolair zijn op basis van hun structuurformule;

L beschrijven welke krachten tussen polaire en apolaire moleculen heersen.

Je leert nu:

L polaire en apolaire stoffen op basis van hun oplosbaarheid in water onderscheiden;

L elektrolyten onderscheiden van nietelektrolyten;

L de processen ionisatie, hydratatie en dissociatie beschrijven;

L een ionisatie- en dissociatievergelijking opstellen;

L het verband leggen tussen bindingstype en geleidingsvermogen.

Mensen moeten gemiddeld anderhalve liter water drinken om de hoeveelheid water die ze dagelijks door zweet en urine verliezen, terug aan te vullen. Maar veel mensen vinden water te smaakloos. Ze verkiezen cola, limonade, koffie, thee, bier of wijn. Die dranken bestaan uit water waarin heel wat stoffen zijn opgelost. Maar niet alle stoffen lossen goed op. We willen weten of er een verband bestaat tussen de polariteit van een stof en de oplosbaarheid in een oplosmiddel.

Een oplosmiddel is een vloeistof. Tussen de moleculen van het oplosmiddel heersen intermoleculaire krachten. Je leerde al dat tussen apolaire moleculen zoals n-pentaan alleen zwakke Londonkrachten heersen en tussen polaire moleculen dipoolkrachten, en bij water ook nog waterstofbruggen. Die intermoleculaire krachten zullen bepalen welke stoffen kunnen worden opgelost.

1 Oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen

Ionverbindingen zijn opgebouwd uit grote aantallen positieve en negatieve ionen die zich in een ionrooster bevinden. De ionen worden op hun plaats gehouden door sterke elektrostatische aantrekkingskrachten. Sommige ionverbindingen lossen op in polaire oplosmiddelen zoals water.

Wanneer een ionverbinding in water terechtkomt, richten de watermoleculen hun positief geladen zijde (H-atomen) naar de negatieve ionen en hun negatief geladen pool (het zuurstofatoom) naar de positieve ionen. Zo ontstaan ion-dipoolinteracties. Als die krachten groter zijn dan de krachten tussen de ionen in het ionrooster, dan komen de ionen los.

Het verschijnsel waarbij de ionen die aanwezig waren in de verbinding, loskomen, wordt dissociatie genoemd. Eenmaal volledig vrij ontstaan er gehydrateerde ionen doordat de ionen volledig worden omringd door een mantel van watermoleculen. Dat verschijnsel heet hydratatie.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 12

ONDERZOEK

Onderzoek de oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen.

Ga naar en voer het labo uit.

OPDRACHT 13

Bekijk de video over het oplossen van een zout.

Formuleer in verschillende stappen het oplosproces van een ionverbinding.

video: zout oplossen in water

De ionen zijn al aanwezig en zitten met ionkrachten stevig vast in het ionrooster. Als het zout oplost, dan komen de ionen los uit het rooster en dissocieert het zout.

1 Watermoleculen richten zich met hun positieve pool naar .

2 Andere watermoleculen richten zich met hun negatieve pool naar

3 Als de ion-dipoolinteracties zijn dan de krachten tussen de ionen, dan komen de en valt het kristal uiteen. Dat is

4 Doordat de ionen zich omgeven met een , ontstaan er gehydrateerde Dat verschijnsel heet .

Ionverbindingen zijn al opgebouwd uit ionen voordat ze oplossen in water. Het oplosproces in water is een

De dissociatie van een zout kun je voorstellen door de dissociatievergelijking. Die vergelijking wordt opgesteld door links van de reactiepijl de formuleeenheid van de ionverbinding te noteren en rechts van de reactiepijl de soorten ionen. Het aantal van de verschillende ionen in de formule-eenheid, schrijven we als coëfficiënt in de vergelijking. Boven de reactiepijl schrijven we H2O, omdat het die molecule is die het ionrooster dissocieert.

TIP

De aggregatietoestand wordt in de reactievergelijking als subscript bij de verschillende deeltjes gemeld. Daarbij gebruiken we de volgende notaties: (s) of (v): vaste toestand (l) of (vl): vloeibare toestand (g): gasvormige toestand (aq): gehydrateerd ion, opgelost in water

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 14

Noteer de dissociatievergelijking van de onderstaande zouten.

a aluminiumchloride:

b natriumhydroxide:

Bij sommige ionverbindingen zijn de elektrostatische aantrekkingskrachten zo groot dat de watermoleculen ze bijna niet uit hun ionrooster kunnen trekken. Die zouten zijn zeer slecht oplosbaar. In thema 05 zul je zien welke zouten goed oplosbaar zijn en welke slecht oplosbaar.

OPDRACHT 15

Geleidbaarheid in oplossingen van ionverbindingen

Onderzoeksvraag

Hoe verschillen zuivere stoffen en oplossingen in het geleiden van de stroom?

Werkwijze

De leerkracht test of een aantal zuivere ionverbindingen en oplossingen van ionverbindingen de stroom geleiden. De leerkracht gebruikt hiervoor een open stroomkring met een testlampje en elektroden. Als het lampje gaat branden, dan geleidt de stof of de oplossing de elektrische stroom.

Waarnemingen

De lamp brandt WEL / NIET als de elektroden worden gebracht in de vaste ionverbindingen.

De lamp brandt WEL / NIET als de elektroden worden gebracht in een oplossing van de ionverbindingen.

DEMO

OPDRACHT 15 (VERVOLG)

Besluit

Vaste ionverbindingen geleiden

Ionverbindingen die oplossen, geleiden

Reflectie

a Verklaar je waarneming.

Proefversie©VANIN

b DOORDENKER: Zouten hebben hoge smeltpunten. Het smeltpunt van keukenzout (NaCl) bedraagt 801 °C. Zal een gesmolten zout de elektrische stroom geleiden? Verklaar je antwoord.

Omdat in een oplossing van een ionverbinding met water vrije ionen ontstaan, zal de oplossing de elektrische stroom geleiden. Ionverbindingen zijn daarom elektrolyten.

Ionverbindingen lossen niet op in apolaire oplosmiddelen omdat er geen elektrostatische aantrekking heerst tussen de apolaire moleculen van het oplosmiddel en de ionen in het rooster. Het oplosmiddel is niet in staat om zich tussen de ionen te begeven of de ionen uit het rooster los te trekken.

Ionverbindingen zijn niet oplosbaar in apolaire oplosmiddelen, maar veel ionverbindingen lossen goed op in polaire oplosmiddelen.

In een polair oplosmiddel zoals water ontstaan iondipoolinteracties tussen ionen.

Iondipoolinteracties overwinnen krachten tussen ionen in rooster niet: slecht oplosbaar zout Iondipoolinteracties overwinnen krachten tussen ionen in rooster: dissociatie of loskomen van ionen → hydratatie: de ionen worden omringd door een watermantel.

De dissociatievergelijking is de reactievergelijking die de dissociatie voorstelt. Omdat in een mengsel van ionverbindingen en water vrije ionen voorkomen, zijn ionverbindingen elektrolyten.

` Maak oefening 1 t/m 7 op p. 247-248.

2 Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen

OPDRACHT 16

ONDERZOEK

Onderzoek de oplosbaarheid van polaire en apolaire moleculen in polaire en apolaire oplosmiddelen.

Ga naar en voer het labo uit.

Proefversie©VANIN

Apolaire stoffen blijken niet op te lossen in polaire oplosmiddelen maar wel in apolaire oplosmiddelen. Dat komt omdat er tussen de moleculen van een apolair oplosmiddel alleen zwakke Londonkrachten heersen. Apolaire moleculen kunnen zich bijgevolg gemakkelijk plaatsen tussen de moleculen van een apolair oplosmiddel. Omdat de moleculen van de opgeloste stof elkaar onderling niet aantrekken, blijven ze onderling ook niet bijeen.

Afb. 127 Tussen apolaire moleculen van het oplosmiddel n-pentaan zijn enkel zwakke Londonkrachten aanwezig. Andere apolaire moleculen kunnen gemakkelijk plaatsnemen tussen de moleculen van het oplosmiddel.

Zowat het meest gebruikte polaire oplosmiddel is water. In vloeibaar water zijn de watermoleculen onderling stevig met elkaar verbonden door waterstofbruggen. Een apolaire molecule (zoals dijood) kan zich bijgevolg niet tussen de watermoleculen wringen. Mocht een apolaire molecule toch tussen watermoleculen verzeild raken, dan zou de onderlinge aantrekking van de moleculen van het oplosmiddel ervoor zorgen dat de apolaire molecule er terug uit wordt geduwd.

Afb. 128 Door de sterke onderlinge aantrekking van de watermoleculen, kunnen apolaire moleculen er niet tussen.

Afb. 129 Polaire moleculen lossen op in polaire oplosmiddelen, omdat tegengesteld geladen polen van oplosmiddel en opgeloste stof elkaar aantrekken.

Stoffen die opgebouwd zijn uit polaire moleculen, zoals glucose en methanol, lossen op in water en andere polaire oplosmiddelen. Dat komt doordat dipoolinteracties ontstaan tussen de moleculen van de opgeloste stof en het oplosmiddel: de positieve pool van een polaire molecule zal zich richten op de negatieve pool van de moleculen van het oplosmiddel en omgekeerd. Polaire moleculen van de op te lossen stof nemen dan als het ware de plaats in van enkele moleculen van het polaire oplosmiddel. Eventueel kunnen ook waterstofbruggen gevormd worden tussen de opgeloste stof en het oplosmiddel.

Het ontbreken van aantrekkingskracht tussen de dipoolmolecule en de moleculen van een apolair oplosmiddel enerzijds, en de onderlinge aantrekking van de dipoolmoleculen anderzijds, zorgt dat polaire moleculen zich niet verspreiden tussen de apolaire moleculen. Dipolen lossen dus niet op in apolaire oplosmiddelen. Ze blijven erop drijven als hun massadichtheid kleiner is dan die van het oplosmiddel, of zinken als hun massadichtheid groter is.

Proefversie©VANIN

Afb. 130 Omdat de dipoolinteracties sterker zijn dan de Londonkrachten tussen apolaire oplosmiddelen, lossen polaire moleculen niet op in apolaire oplosmiddelen zoals n-pentaan.

De oplosbaarheid van een moleculaire verbinding hangt af van de aard van de verbinding en het oplosmiddel:

Polaire moleculen lossen op in polaire oplosmiddelen.

Apolaire moleculen lossen op in apolaire oplosmiddelen

` Maak oefening 8 t/m 12 op p. 249-250.

Zijn je handen vettig van een afgevallen fietsketting?

Dat krijg je niet schoon met water. Vetten zijn apolair en je weet inmiddels dat apolaire stoffen niet oplossen in water. Vuil dat bestaat uit apolaire stoffen, spoel je niet zomaar weg met water. Je hebt zeep of een detergent nodig.

Een molecule zeep of detergent is opgebouwd uit een lang, apolair staartdeel en een polaire/geladen kop:

Proefversie©VANIN

apolaire staart

polaire kop

Afb. 131 De lange staart van een zeepmolecule bestaat uit C- en H-atomen en is apolair. De kop van de molecule is opgebouwd uit een -COO- groep en lost op in water.

Wanneer zeep wordt opgelost in water, zullen de apolaire staarten van de zeepmoleculen oplossen in het vet. De polaire kopjes van de zeepmoleculen blijven buiten het apolaire vuil zitten (zie afbeelding XXX). Wanneer je de handen gaat spoelen met water, trekken de watermoleculen met dipoolkrachten en waterstofbruggen aan de polaire koppen. Zo komt het deeltje vuil los.

Apolaire staarten lossen op in vet. De polaire/geladen kopjes blijven opgelost in water en helpen om het apolaire vuil los te maken van het oppervlak.

zeepmolecule

polaire/ geladen kop apolaire staart

Afb. 132 De werking van zeep vet oppervlak

3 Ionisatie van zuren en ammoniak

3.1 Ionisatie algemeen

OPDRACHT 17

Proefversie©VANIN

ONDERZOEK

Onderzoek welke stoffen of oplossingen de stroom geleiden.

Ga naar en voer het labo uit.

Soms zijn de dipoolkrachten tussen de watermoleculen en de opgeloste molecule zo groot dat de opgeloste molecule stuk wordt getrokken en ionen ontstaan. Het verschijnsel, waarbij een neutrale molecule stuk wordt getrokken en aanleiding geeft tot het ontstaan van ionen, wordt ionisatie genoemd. Het treedt op wanneer zuren of ammoniak (NH3) oplossen in water.

Dat verschijnsel wordt weergegeven door middel van de ionisatievergelijking

De ionisatievergelijking geeft links van de reactiepijl het zuur en rechts de gevormde ionen weer.

OPDRACHT 18

ONDERZOEK

Voer volgende proef uit.

Onderzoeksvraag

Welke stoffen of oplossingen geleiden de elektrische stroom?

Hypothese

Polaire oplosmiddelen geleiden de elektrische stroom.

Apolaire oplosmiddelen geleiden de elektrische stroom.

Oplossingen van (sommige) polaire moleculen geleiden de elektrische stroom.

Benodigdheden

materiaal stoffen

bekerglazen (100 mL)

gedestilleerd/gedemineraliseerd water

12 V stroombron

12 V lampje in houder

elektroden

maisolie

HCl (1 mol L )

NH3

suiker

ethanol

citroenzuur

OPDRACHT 18 (VERVOLG)

ONDERZOEK

Werkwijze

1 Maak gebruik van de onderbroken stroomkring waarmee je kan aantonen dat metalen de elektrische stroom geleiden.

2 Test of het lampje brandt door beide elektroden tegen elkaar te brengen.

Proefversie©VANIN

3 Onderzoek of de stoffen en oplossingen opgenomen in de tabel (zie waarnemingen), de stroom geleiden door er de elektroden in te brengen.

4 Noteer je waarnemingen elke keer in de tabel.

5 Spoel na elke proef de elektroden grondig met gedemineraliseerd water.

Waarnemingen

Zuivere stof

Geleiding Soort verbinding zuiver water ja / neen maisolie ja / neen

Oplossing in water van…

Geleiding Aard verbinding opgeloste stof suiker ja / neen ethanol ja / neen oplossing zoutzuur (HCl) ja / neen oplossing ammoniak (NH3)ja / neen

Verwerking

Geleiding van elektrische stroom is een verplaatsing van geladen deeltjes. Als een stof of een oplossing de elektrische stroom niet geleidt, zijn er ófwel geen geladen deeltjes aanwezig, ófwel kunnen de geladen deeltjes zich niet verplaatsen.

Een zuiver polair en apolair oplosmiddel geleidt de elektrische stroom WEL / NIET. Hieruit volgt dat er WEL / GEEN geladen deeltjes in aanwezig zijn.

Sommige oplossingen van polaire moleculen geleiden de elektrische stroom. Als een oplossing van een stof opgebouwd uit polaire molecule de elektrische stroom geleid, kunnen we afleiden dat er .

Besluit

Zuivere polaire en apolaire oplosmiddelen

Sommige oplossingen van polaire stoffen

Stoffen die bestaan uit neutrale moleculen, zoals zuren of ammoniak, kunnen aanleiding geven tot een oplossing die ionen bevat. Het verschijnsel waarbij ionen ontstaan uit ongeladen moleculen, noemen we ionisatie. Die ionen kunnen zich verplaatsen doorheen de vloeistof. Aangezien een elektrische stroom een verplaatsing is van geladen deeltjes, geleiden die oplossingen elektriciteit. Stoffen die in een oplossing de elektrische stroom geleiden, zoals zuren en ammoniak, noemen we elektrolyten. Stoffen die wel oplossen maar geen ionen vormen, zoals suiker, geven geen aanleiding tot een oplossing die de elektrische stroom geleidt. Dergelijke stoffen noemen we niet-elektrolyten.

Proefversie©VANIN

In de chemie betekent ‘oplossen’ dat twee stoffen een homogeen mengsel vormen. Als oplosmiddel wordt meestal water gebruikt. Het oplossen van een stof in water kan betekenen dat: aanwezige ionen loskomen uit het ionrooster (dissociëren), zoals een oplossing van een ionverbinding; moleculen van de opgeloste stof onveranderd mengen met de moleculen van het oplosmiddel, zoals een oplossing van suiker in water; moleculen gesplitst worden in ionen (ioniseren), zoals een oplossing van een zuur of ammoniak.

3.2 Ionisatie van zuren

Als een zuur oplost in water, trekt het zuurstofatoom van de watermolecule zo hard aan het waterstofatoom van het zuur, dat het gescheiden wordt van beide elektronen van de atoombinding. Op die manier wordt de zuurmolecule gesplitst in een proton of positief geladen waterstofion (H+) en een negatief geladen zuurrestion. Het waterstofion wordt gebonden op een watermolecule en vormt zo een hydroxoniumion (H3O+). Als een zuur meerdere waterstofatomen bevat, kunnen elk van de waterstofatomen als protonen van het zuur verwijderd worden. De negatieve lading van het zuurrestion is gelijk aan het aantal protonen dat werd afgesplitst van het zuur.

OPDRACHT 19

Formuleer in verschillende stappen de ionisatie van een zuur.

1 De ionen zijn nog in de molecuulstructuur van het zuur voordat het in water oplost.

Proefversie©VANIN

2 De zuurmolecule met een polaire atoombinding wordt omgeven door

3 Door de van de watermoleculen wordt de binding tussen waterstof en het zuurrest verbroken. Beide elektronen van de atoombinding

4 Het proton wordt gebonden op waardoor ontstaan Het zuur valt uiteen in een en een . We spreken van

OPDRACHT 20

Stel de ionisatievergelijkingen voor.

1 Zoutzuur heeft als formule HCl

Als je zoutzuur oplost in water, dan wordt de atoombinding tussen waterstof en chloor verbroken.

OCI H HH

a Duid de partiële ladingen aan in de watermolecule en de molecule zoutzuur.

b Duid met een stippellijn de dipoolkracht aan tussen de watermolecule en de zuurmolecule.

c Teken de deeltjes die ontstaan door reactie tussen de zuurmolecule en de watermolecule.

d Benoem de deeltjes die ontstaan door die reactie.

e Schrijf de ionisatievergelijking van zoutzuur.

2 Zwavelzuur

Zwavelzuur heeft als formule H2SO4. Als zwavelzuur opgelost wordt in water, dan kunnen 2 protonen worden afgesplitst. Dat gebeurt in 2 verschillende stappen waarbij telkens een proton wordt overgedragen aan een andere watermolecule. We spreken van een stapsgewijze ionisatie

HO SO

Proefversie©VANIN

a Duid met een stippellijn de dipoolkracht aan tussen de watermolecule en de zuurmolecule.

b Teken de deeltjes die ontstaan door reactie tussen de zuurmolecule en de watermolecule.

c Benoem de deeltjes die ontstaan door die reactie.

d Schrijf de ionisatievergelijking van: de eerste reactie;

de tweede reactie; zwavelzuur.

3.3 Ionisatie van ammoniak

Als ammoniak (NH3) oplost in water, richt het partieel positief geladen waterstofatoom van een watermolecule zich naar het partieel negatief geladen stikstofatoom van ammoniak. Door de sterke dipoolkracht wordt een proton afgesplitst van een watermolecule, waardoor een negatief hydroxideion ontstaat. De beide elektronen van het niet-bindende elektronenpaar van N worden vervolgens gebruikt om dat proton te binden op de molecule ammoniak, waardoor een positief ammoniumion (NH4+) wordt gevormd.

Proefversie©VANIN

Afb. 133 Het vrije elektronenpaar van stikstof wordt gebruikt om een waterstof afkomstig van water te binden.

De ionisatievergelijking van ammoniak wordt dan NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Ionisatie is het verschijnsel waarbij ionen ontstaan als moleculen oplossen in water. Het kan worden voorgesteld door een ionisatievergelijking. De ionisatievergelijking geeft links van de pijl water en ammoniak of het zuur weer, rechts de gevormde ionen na ionisatie. Zuren die oplossen in water geven aanleiding tot positieve hydroxoniumionen en negatieve zuurresten. Als ammoniak oplost in water ontstaan positieve ammoniumionen en negatieve hydroxide-ionen.

Een stof opgebouwd uit moleculen die in water ioniseren, is een elektrolyt omdat een oplossing van die stof de elektrische stroom geleidt. Moleculen die niet ioniseren zijn niet-elektrolyten

` Maak oefening 13 en 14 op p. 250.

4 Verband tussen zuurtegraad en concentratie van protonen

Je zag al dat tussen de watermoleculen in zuiver water sterke dipoolkrachten (en waterstofbruggen) heersen. Nu en dan zullen watermoleculen onder invloed van die krachten, net zoals zuren, ioniseren. Als een watermolecule stuk wordt getrokken, ontstaat zowel een hydroxoniumion (H3O+) als een hydroxide-ion (OH-). We noemen dat de auto-ionisatie van water.

Als je de concentratie van een stof wilt geven in mol L , dan plaats je de stof tussen vierkante haakjes. [H3O+] betekent 'de concentratie van H3O+'

OPDRACHT 21

ONDERZOEK

Nauwkeurige metingen tonen aan dat in 1 L zuiver water, zich 10-7 mol H3O+- en 10-7 mol OH--ionen bevinden.

In zuiver water geldt: concentratie H3O+ = concentratie OH[H3O+] = [OH-]

Een oplossing waar de concentratie aan H3O+ gelijk is aan de concentratie aan OH-, noemen we een neutrale oplossing.

Proefversie©VANIN

Onderzoek het verband tussen de zuurtegraad en de hoeveelheid van bepaalde ionen.

Benodigdheden

Materiaal

1 beker

digitale pH-meter

Werkwijze

Stoffen

een paar druppels azijn

natriumhydroxide (0,1 mol L )

1 Neem een beker en vul die met gedemineraliseerd water.

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT !

Check steeds goed de veiligheidsmaatregelen en gevaren van alle stoffen en materialen.

2 Meet de pH met de digitale pH-meter en noteer je waarneming.

3 Voeg enkele druppels azijn toe aan het water en meet de pH opnieuw.

4 Voeg een extra hoeveelheid azijn toe en meet de pH opnieuw.

5 Maak de beker leeg en spoel het grondig.

6 Spoel de elektroden van de digitale pH-meter af.

7 Vul de beker met gedemineraliseerd water.

8 Voeg enkele druppels van de NaOH-oplossing toe, roer en lees de pH opnieuw af.

9 Voeg nog enkele druppels van de NaOH-oplossing toe, roer en lees de pH van de oplossing opnieuw af.

Waarnemingen

a pH van gedemineraliseerd water:

b pH van een oplossing met azijnzuur:

c pH van een oplossing met meer azijnzuur:

d pH van een oplossing met NaOH:

e pH van een oplossing met meer NaOH:

Verwerking

In een neutrale oplossing zijn naast watermoleculen positieve en negatieve aanwezig.

Wanneer zuren oplossen in water, ze in een negatief en een positief . Als een zuur oplost in water, verhoogt de concentratie aan HYDROXONIUMIONEN / HYDROXIDE-IONEN in de oplossing. De pH van een dergelijke oplossing wordt dan

OPDRACHT 21 (VERVOLG)

ONDERZOEK

Verwerking

Wanneer hydroxiden oplossen in water, ze in positieve en negatieve . Hierdoor verhoogt de concentratie aan HYDROXONIUMIONEN / HYDROXIDE-IONEN in de oplossing. De pH van een dergelijke oplossing wordt dan .

Besluit

Een oplossing met meer hydroxoniumionen dan een neutrale oplossing heeft een pH KLEINER / GROTER dan 7.

Een oplossing met meer hydroxide-ionen dan een neutrale oplossing heeft een pH KLEINER / GROTER dan 7.

OPDRACHT 22

DOORDENKER

Hoe verandert de zuurtegraad als ammoniak in water opgelost wordt?

Proefversie©VANIN

WEETJE

Naast de pH is er ook de pOH. De pOH geeft weer hoe basisch de oplossing is. Ze kan worden berekend volgens de formule:

[OH ] = 10-pOH

In zuiver water is ook de pOH gelijk aan 7.

Als de concentratie aan H3O+ stijgt (en groter wordt dan de concentratie aan OH-), ontstaat een zure oplossing. Als de concentratie aan OH- stijgt (en groter wordt dan de concentratie aan H3O+), ontstaat een basische of alkalische oplossing.

De zuurtegraad of de pH geeft weer hoe zuur een oplossing is en hangt af van de concentratie aan H3O+ -en OH--ionen. De zuurtegraad wordt berekend op basis van de concentratie aan H3O+ in de oplossing volgens:

[H3O+] = 10-pH

Omdat de concentratie aan [H3O+] in zuiver water gelijk is aan 10-7 mol L , is de pH van zuiver water gelijk aan 7.

In oplossingen blijkt er steeds een verband te bestaan tussen de concentratie aan hydroxide-ionen en het aantal hydroxoniumionen, namelijk:

[H3O+] · [OH ] = 10-14 mol2 L2

Dat betekent dat de concentratie hydroxoniumionen stijgt als de concentratie aan hydroxide-ionen daalt en omgekeerd.

Als zuren oplossen in water, dan ioniseert het zuur waardoor de concentratie aan H3O+ stijgt. Als de concentratie aan hydroxoniumionen groter wordt dan 10-7 mol L , wordt de pH kleiner dan 7.

De concentratie OH- neemt toe bij ionisatie van ammoniak of dissociatie van ionverbindingen zoals hydroxiden. Als de concentratie OH- toeneemt, dan wordt de concentratie aan H3O+ kleiner dan 10-7 mol L , waardoor de pH groter wordt dan 7.

Proefversie©VANIN

maagzuur1

koffie5 10–5

urine6 10–6

gedestilleerd water7 10–7

menselijk bloed8 10–8

oplossing van bakpoeder9 10–9

broccoli10 10–10

zeep

bleekmiddel 11 10–11 12 10–12

neutraal meer basisch meer zuur 4 10–4

Afb. 134 Het verband tussen de concentratie van protonen en de pH.

WEETJE

Omdat de concentratie van de hydroxoniumionen van de meeste oplossingen tussen 1 (=100) en 10-14 mol L ligt, ligt de pH van de meeste oplossingen tussen 0 en 14. Wanneer de concentratie aan hydroxoniumionen groter is dan 1 mol L , zal de pH kleiner zijn dan 0.

Als ze kleiner is dan 10-14 mol L , dan zal de pH groter zijn dan 14. Die oplossingen zijn extreem zuur of alkalisch, en dus zeer gevaarlijk.

De zuurtegraad of pH hangt af van de concentratie aan H3O+ en OH-.

In een neutrale oplossing, zoals zuiver water, is de concentratie van beide ionen gelijk aan elkaar en de pH = 7.

Zure oplossingen hebben een pH < 7 omdat [H3O+] > [OH-].

Basische oplossingen hebben een pH > 7 omdat [H3O+] < [OH-].

` Maak oefening 15 op p. 250.

Kruis in de onderstaande tabel aan welke intermoleculaire krachten aanwezig zijn bij de moleculen.

Londonkrachten ‘Gewone’ dipoolkrachten H-bruggen

Apolaire moleculen zoals F2, I2, H2

Polaire moleculen zoals CO

met H gebonden op een nM met een lage EN zoals HI, H2S met H gebonden op een nM met een hoge EN zoals H2O, HF

Kruis aan welke intermoleculaire krachten er aanwezig zijn tussen de moleculen van de stof.

Stof Londonkrachten Dipoolkrachten H-bruggen

ammoniak (NH3)

fluorgas (F2) FF

koolstofdioxide (CO2) COO

methanol (CH3OH)

joodmonochloride ICI

Zoutzuur (HCl) heeft een kookpunt van -85 °C en waterstofbromide (HBr) een kookpunt van -66 °C. Hoe verklaar je het verschil in kookpunt?

Proefversie©VANIN

Een waterdruppel aan een lekkende kraan kan soms uren blijven hangen vooraleer die plots valt. Hoe komt het dat de druppel zo lang blijft hangen en dan uiteindelijk toch valt?

Plat op je buik vallen in water is pijnlijk. Verklaar waarom het minder pijnlijk is als je je lichaam kaarsrecht houdt en eerst met de handen of voeten in het water terechtkomt.

Proefversie©VANIN

Als je een soepbord vult met water en een paar snuifjes peper op het water strooit, blijft de peper op het oppervlak drijven (figuur 1). Wanneer je vervolgens een tandenstoker in wat afwasmiddel dipt, en daarmee het wateroppervlak aanraakt, wijkt de peper uiteen (figuur 2). Hoe kun je dat verschijnsel verklaren?

Geef de dissociatievergelijking van de volgende ionverbindingen.

a natriumfluoride

b Mg(NO3)2

c aluminiumsulfide

d kaliumcarbonaat

e K2SO4

Je gooit enkele kristallen keukenzout (NaCl) in een proefbuis met water en enkele kristallen in een oplossing met n-pentaan (apolair oplosmiddel). Je controleert of beide oplossingen de stroom geleiden. Wat zal het resultaat zijn en hoe kun je het resultaat verklaren?

Proefversie©VANIN

Lossen de stoffen op in water of in benzine (= een mengsel van apolaire koolwaterstoffen)?

1 Bepaal het verschil in elektronegativiteit.

2 Over welke soort binding gaat het: polair of apolair?

3 Wat is de aard van de stof: polair of apolair?

4 Lost de stof op in water of in benzine?

5 Duid in de lewisstructuren de partiële ladingen aan.

Stoffen ΔEN Soort binding Aard van de stof Oplosbaar in water of benzine?

a CO2 COO C-O : … benzine … water

b HCl CIH

c CCl4

d NH3

: … benzine … water

benzine … water

: … benzine … water

e H2S S HH H-S : … benzine … water

Welke stoffen lossen op in water en welke stoffen lossen op in n-pentaan?

dijood, ethaan, KOH, NH3, salpeterzuur (HNO3)

a in water: b in pentaan:

Bekijk de structuurformule van ammoniak en salpeterzuur. bij het extra materiaal op TIP 11

Je giet een kleine hoeveelheid water en een kleine hoeveelheid maisolie (apolair) in een reageerbuis. Maisolie heeft een kleinere massadichtheid dan water. Je laat een druppel inkt vallen in de proefbuis.

Het water kleurt blauw, de maïsolie niet. Is inkt een mengsel opgebouwd uit polaire of apolaire moleculen?

Kun je een pan waarin je spek hebt gebakken, proper maken met alleen maar water? Verklaar je antwoord.

Proefversie©VANIN

Schrijf de ionisatievergelijking van de volgende stoffen:

a ammoniak (NH3)

b waterstofjodide

c zwavelzuur

d fosforzuur

e water (auto-ionisatie)

Schrijf de stapsgewijze ionisatie van H2SO4

Je meet de pH-waarde van 3 vloeistoffen in een maatbeker. De pH van de vloeistof in de eerste maatbeker bedraagt 5, van de vloeistof in de tweede maatbeker 7 en van de derde maatbeker 11,4.

In welke maatbeker:

a bevinden zich hydroxoniumionen?

b bevinden zich hydroxide-ionen?

c is de concentratie hydroxoniumionen groter dan 107 mol L ?

d is de concentratie aan hydroxide-ionen kleiner dan 107 mol L ?

` Meer oefenen? Ga naar .

KERNBEGRIPPEN

KERNVRAGEN

POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

Proefversie©VANIN

NOTITIES

Hoofdstuk 1: Polaire en apolaire bindingen en moleculen elektronegativiteit (EN) = waarde die neiging weergeeft om elektronen naar zich toe te trekken

Een polaire atoombinding ontstaat als ∆EN > 0,5. Door een polaire atoombinding ontstaan partieel positieve (δ+) en partieel negatieve (δ-) ladingen.

polaire atoombinding: beide elektronen van een atoombinding zitten dichter bij een van de 2 atomen

polaire molecule of dipool: molecule met een positieve en negatieve zijde

apolaire molecule: molecule zonder positieve en negatieve zijde

Een polaire molecule of dipool ontstaat als: de molecule polaire atoombindingen bevat EN

het centrum van alle partieel positieve ladingen niet samenvalt met het centrum van alle partieel negatieve ladingen.

Hoofdstuk 2: Intermoleculaire krachten

intermoleculaire krachten: krachten die heersen tussen moleculen:

Londonkrachten

dipoolkrachten

waterstofbruggen

Eigenschappen zoals het kookpunt en smeltpunt van een stof hangen af van de massa van de moleculen en de intermoleculaire krachten:

Londonkrachten: zwakke aantrekkingskrachten die ontstaan door minieme ladingsverschuivingen in een molecule. Ze zijn aanwezig in alle moleculen.

dipoolkrachten: aantrekkingskracht tussen positieve pool van een dipoolmolecule en negatieve pool van een andere dipoolmolecule. waterstofbruggen: sterke dipoolkracht en tussen een H-atoom, gebonden aan een sterk elektronegatief element, en de negatieve zijde van een andere dipool.

Hoofdstuk 3: Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen

dissociatie: het verbreken van ionbindingen bij oplossen

hydratatie: ionen worden omringd door watermoleculen

dissociatievergelijking: vergelijking die de dissociatie voorstelt

elektrolyt: stof die in opgeloste of gesmolten toestand de elektrische stroom geleidt

Sommige ionverbindingen zijn goed oplosbaar in water, andere zijn slecht oplosbaar.

Bij dissociatie van een zout komen de positieve en negatieve ionen vrij. De ionen worden hierbij gehydrateerd = ze worden omringd door watermoleculen.

De dissociatie kan voorgesteld worden door een dissociatievergelijking.

Omdat in een oplossing of smelt van een ionverbinding ionen aanwezig zijn, zijn ionverbindingen elektrolyten.

KERNBEGRIPPEN

KERNVRAGEN

POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

Proefversie©VANIN

NOTITIES

Hoofdstuk 3: Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen ionisatie: een molecule die oplost wordt stukgetrokken in ionen.

Polaire stoffen lossen op in polaire oplosmiddelen maar niet in apolaire oplosmiddelen.

Apolaire stoffen lossen op in apolaire oplosmiddelen maar niet in polaire oplosmiddelen.

Als een zuur ioniseert in water, dan ontstaat er een hydroxoniumion (H3O+) en een negatief zuurrest (Z-)

Als ammoniak (NH3) ioniseert in water, dan ontstaat ammonium (NH4+) en hydroxide (OH-).

Stoffen die ioniseren in water, zijn elektrolyten.

ionisatievergelijking: vergelijking die ionisatie van een molecule voorstelt.

zuurtegraad of pH: maat voor de concentratie aan hydroxoniumionen in een oplossing

De ionisatie kan voorgesteld worden door een ionisatievergelijking.

Sommige moleculen lossen op in water maar ioniseren niet. Dat zijn niet-elektrolyten.

De zuurtegraad houdt verband met de concentratie aan hydroxoniumionen in een oplossing:

• neutrale oplossing:

pH = 7

[H3O+] = [OH-] = 10-7 mol L

• zure oplossing

pH < 7

[H3O+] > 10-7 mol L

• basische oplossing

pH > 7

[H3O+] < 10-7 mol L

JANOG OEFENEN

Proefversie©VANIN

1 Begripskennis

Ik kan beschrijven wat een polaire en apolaire atoombinding is.

Ik kan beschrijven wat een polaire en apolaire molecule is.

Ik kan de verschillende intermoleculaire krachten (Londonkrachten, dipoolkrachten, waterstofbruggen, ion-dipoolinteracties) uitleggen aan de hand van voorbeelden.

Ik kan uitleggen hoe het proces van dissociatie, ionisatie en hydratatie gebeurt.

Ik kan aangeven wat elektrolyten en niet-elektrolyten zijn.

Ik kan de oplosbaarheid van zouten, polaire en apolaire stoffen in polaire en apolaire oplosmiddelen toelichten

Ik kan het verschil aangeven tussen zure, neutrale, basische oplossing in termen van de concentratie aan H3O+-ionen en OH--ionen.

Ik kan een verschil in kookpunt- en smeltpunt van stoffen verklaren op basis van intermoleculaire krachten.

2 Onderzoeksvaardigheden

Ik kan onderzoeken of atoombinding polair of apolair is met behulp van de elektronegatieve waarde.

Ik kan onderzoeken of verbinding polair of apolair is op basis van de structuurformule.

Ik kan de dissociatie van een ionverbinding en ionisatie van een molecule voorstellen door middel van een dissociatie- of ionisatievergelijking.

Ik kan beschrijven hoe de ionisatie van van zuren en ammoniak verloopt.

Ik kan verklaren waarom oplossingen van zouten, zuren en ammoniak de stroom geleiden.

Ik kan voorspellen of ionverbindingen, polaire of apolaire stoffen zullen oplossen in een polair of apolair oplosmiddel.

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

Notities

Proefversie©VANIN

REACTIEMECHANISMEN 05 THEMA

In thema 03 leerde je al welke hoeveelheden van stoffen in verhouding met elkaar reageren, maar het is ook zeer belangrijk dat je kunt voorspellen wat er gebeurt en welke producten je bekomt na het samenvoegen van bepaalde reagentia. Is er explosiegevaar, is de oplossing erg zuur na reactie of wordt de oplossing net helder? Het is cruciaal dat we door onze kennis reacties kunnen voorspellen om in alle veiligheid te kunnen werken.

Proefversie©VANIN

` Welke soorten stoffen kunnen er zoal ontstaan door het samenvoegen van reagentia?

En hoe komt dat dan?

` Welke reactiemechanismen doen zich voor?

We zoeken het uit!

Oplosbaarheid en mogelijke reacties

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het onderscheid maken tussen een chemisch en een fysisch proces;

L ionisatie- en dissociatievergelijkingen van stoffen in water schrijven;

L zuur-base-indicatoren gebruiken;

L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden.

Je leert nu:

L het oplosgedrag van stoffen in water voorspellen en verklaren.

1 Oplosbaarheid

We werken in een labo vaak met oplossingen. De reactie verloopt dan vlotter omdat de reagerende deeltjes al zijn gedissocieerd of geïoniseerd. Omdat we geregeld met oplossingen werken, bekijken we eerst even de oplosbaarheid van verschillende stoffen.

Je leerde in thema 04 al hoe zouten oplossen in water: water zal de ionen dissociëren en nadien hydrateren. Je leerde ook al dat zuren in water zullen ioniseren en de ionen nadien gehydrateerd worden. Maar de dissociatie van het ionrooster gaat niet bij alle zouten even vlot. Soms zijn de krachten in het ionrooster zo groot dat de polaire watermoleculen ze niet uit elkaar kunnen halen. Zo’n zouten zullen dus weinig oplossen in water.

Met kalkwater (een heldere oplossing van calciumhydroxyde Ca(OH)2 ) kunnen we CO2 opsporen.

De calciumhydroxideoplossing reageert met koolstofdioxide en vormt calciumcarbonaat volgens de reactie:

Ca(OH)2 (v) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O (v)

Omdat calciumcarbonaat een slecht oplosbaar zout is, wordt de oplossing troebel: er ontstaat een suspensie. De calciumcarbonaat formule-eenheden worden door de watermoleculen niet meer allemaal gedissocieerd.

De oplosbaarheid van een zout in water is het maximumaantal gram van dat zout dat bij een bepaalde temperatuur oplost in 100 mL water. Die oplosbaarheid wordt meestal uitgedrukt in procenten. Zo is de oplosbaarheid van calciumchloride bij 20 °C wel 74 % ( 74 g 100 mL, dus zeer goed oplosbaar), terwijl die van calciumhydroxide slechts 0,156 % bedraagt en calciumcarbonaat amper 0,0014 % haalt. De oplosbaarheid is in het algemeen sterk afhankelijk van de temperatuur. Daarom gaan we stoffen bij het oplossen vaak verwarmen.

Proefversie©VANIN

We kunnen de zouten in 3 groepen indelen:

Groep 1 goed oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur meer dan 1 % (1 g per 100 mL) bedraagt

Groep 2 matig oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur ligt tussen 0,1 % en 1 %

Groep 3 slecht oplosbare zouten: zouten waarvan de oplosbaarheid bij kamertemperatuur minder dan 0,1 % bedraagt

Een oplossing waarin het maximum aan opgeloste stof aanwezig is, noemen we verzadigd. Het is dan onmogelijk om nog meer van dezelfde stof onder dezelfde omstandigheden op te lossen. Probeer je dit toch, dan zal de stof onopgelost blijven: er zal een neerslag ontstaan

Bij een onverzadigde oplossing is de maximale oplosbaarheid nog niet bereikt.

Maar welke zouten zijn goed oplosbaar en welke zouten lossen slecht op?

Dat komen we te weten door de oplosbaarheidstabel te gebruiken.

De tabel op de volgende pagina geeft een overzicht van de oplosbaarheid van verbindingen in water. Die tabel mag je altijd gebruiken.

Groep Positief ionGoed oplosbaar Slecht oplosbaar la Na+, K+ alle zoutengeen

lla

Mg2+, Ca2+, Ba2+ chloride bromide

jodide

nitraat

Mg-sulfaat

Mg-sulfiet

Ba-hydroxide sulfide carbonaat fosfaat

Ca- en Ba-sulfaat

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 1

VOORBEELDOEFENING

overgangselementen (1)

Cr2+, Mn2+

Fe2+, Fe3+

Co2+, Ni2+

Cu2+, Zn2+

Cd2+

overgangselementen (2)

IIIa

lVa (1)

lVa (2)

Ca- en Ba-sulfiet

Ca-hydroxide (0,16 %)

Mg-hydroxide

chloride bromide jodide nitraat sulfaat sulfide carbonaat fosfaat silicaat sulfiet hydroxide

Ag+, Hg2+ nitraat alle overige zouten

Al3+ chloride bromide sulfide carbonaat

Sn2+ jodide (0,98 %) nitraat sulfaat fosfaat silicaat sulfiet hydroxide

Pb2+ chloride (0,99 %) bromide (0,85 %) nitraat jodide sulfide carbonaat fosfaat silicaat sulfiet hydroxide

NH4+ alle zoutengeen

Tabel 8 Oplosbaarheidstabel

Bepaal de oplosbaarheid van een zout.

Is magnesiumsulfaat goed oplosbaar in water of zal het een neerslag vormen?

MgSO4 is een combinatie van de ionen Mg2+ en SO42Wanneer we de oplosbaarheidstabel bekijken, zien we dat deze combinatie een goed oplosbaar zout is.

OPDRACHT 2

Zijn deze zouten goed oplosbaar in water?

Vul de tabel aan.

Symbolische voorstelling Systematische naam Oplosbaar in water (ja/nee)?

AgCl

Proefversie©VANIN

2 Oplossingen mengen: mogelijke reacties

OPDRACHT 3

ONDERZOEK

Onderzoek of je op basis van de waarnemingen bij enkele eenvoudige experimenten de opgetreden chemische reacties in groepen kunt indelen.

Ga naar en voer het labo uit.

Niet alle zouten lossen even goed op. De dissociatie van de ionen gaat soms moeizamer. We spreken respectievelijk over goed oplosbare, matig oplosbare en slecht oplosbare stoffen. Wanneer de maximale oplosbaarheid is bereikt, spreken we van een verzadigde oplossing. Of een zout goed of slecht oplosbaar is, kunnen we afleiden uit de oplosbaarheidstabel.

Bij het samenvoegen van oplossingen zien we soms een neerslag ontstaan en soms ontwikkelt er zich een gas. Op basis van die waarneming kunnen we spreken over respectievelijk een neerslagreactie of een gasontwikkelingsreactie

` Maak oefening 1 op p. 260.

We bekijken in de volgende hoofdstukken wat we tijdens het experiment hebben waargenomen en hoe dat komt.

f ammoniumsulfaat ` Meer oefenen? Ga naar . 1

Zijn de volgende stoffen goed of slecht oplosbaar in water? Noteer de naam of de formule en gebruik je oplosbaarheidstabel.

Naam

a BaSO4

b zilvernitraat

c magnesiumbromide

d HgI2

e kaliumfosfaat

Formule Goed of slecht oplosbaar?

Proefversie©VANIN

Ionuitwisselingsreacties

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L het onderscheid maken tussen een neerslagreactie, gasontwikkelingsreactie en/of neutralisatiereactie aan de hand van reactievergelijkingen of waarnemingen;

L ionisatie- en dissociatievergelijkingen van stoffen in water noteren;

L zuur-base-indicatoren gebruiken;

L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden.

Je leert nu:

L aan de hand van waarnemingen een chemische reactie classificeren als een neerslag-, gasontwikkelings- of neutralisatiereactie;

L de processen ionisatie en dissociatie beschrijven en illustreren met een tekening;

L met behulp van de oplosbaarheidstabel bepalen of een ionverbinding goed of slecht oplosbaar is in water;

L stapsgewijs door ionreactievergelijkingen een neerslagreactie opstellen.

We gaan even na wat er zich exact afspeelt bij het samenvoegen van de oplossingen en hoe het komt dat we soms helemaal niets kunnen waarnemen, er soms neerslag en soms gas ontstaat.

Bij het samenvoegen van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride ontstaat een blauwgroene neerslag. Op basis van het dissociatiemodel en de gegevens over de oplosbaarheid, die je terugvindt in de oplosbaarheidstabel, kunnen we afleiden welke stof(fen) neerslaan.

Ook van koper(II)chloride hebben we een oplossing gemaakt. Koper(II) chloride is ook goed oplosbaar.

OPDRACHT 4

VOORBEELDOEFENING

In hoofdstuk 1 voegde je tijdens het labo kaliumcarbonaat en koper(II)chloride samen waarna een blauwgroene neerslag ontstond. Op basis van het dissociatiemodel en de gegevens over de oplosbaarheid, die je terugvindt in de oplosbaarheidstabel, kunnen we afleiden welke stoffen neerslaan.

Stap 1

We noteren de dissociatievergelijking (D1) van kaliumcarbonaat:

D1: K2CO3 (s) H2O 2 K+ (aq) + CO3 2(aq)

We noteren de dissociatievergelijking (D2) van koper(II)chloride:

D2: CuCl2 (s) H2O Cu2+ (aq) + 2 Cl- (aq)

Wanneer beide oplossingen worden samengevoegd, komen 4 verschillende ionen samen en wordt hieruit een neerslag gevormd. We kunnen de reactie van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride ook in een tekening voorstellen:

Proefversie©VANIN

oplossing van kaliumcarbonaat

oplossing van koper(II)chloride

Afb. 135 De reactie van kaliumcarbonaat en koper(II)chloride.

Er zijn twee nieuwe ioncombinaties mogelijk:

K+ en Cl- vormen samen KCl Cu2+ en CO32- vormen samen CuCO3

Uit de oplosbaarheidstabel leer je dat kaliumchloride een goed oplosbaar zout is. De ionen blijven gedissocieerd en gehydrateerd in de oplossing. Koper(II)carbonaat is een slecht oplosbaar zout: dit zout zal neerslaan. In een reactievergelijking met neerslagvorming duiden we neerslag aan met ↓

Stap 2

De essentiële ionenreactievergelijking (E) geeft aan welke deeltjes precies reageerden en een neerslag vormden.

E: Cu2+ (aq) + CO32- (aq) → CuCO3 (s)↓

Stap 3

In de stoffenreactievergelijking (S) noteren we ook de vorming van KCl, ondanks het feit dat die ionen in de oplossing bleven en het zout pas zal worden gevormd na het indampen van de oplossing.

S: K2CO3 + CuCl2 → 2 KCl + CuCO3↓

We doorlopen telkens dus hetzelfde stappenplan bij het noteren van ionuitwisselingsreacties:

STAP 1: Noteer de dissociatievergelijkingen (D) van de reagentia.

Proefversie©VANIN

STAP 2: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de vorming van neerslag. Dit is de essentiële reactievergelijking (E).

STAP 3: Schrijf de stoffenreactievergelijking (S) met alle nieuwe ioncombinaties en aanduiding van neerslag. Denk hierbij aan de vorming van anorganische zouten uit thema 01 en zorg dat de wet van behoud van atomen wordt gerespecteerd.

OPDRACHT 5

Noteer nu de dissociatievergelijkingen, essentiële ionenreactievergelijking en stoffenreactievergelijking van de overige neerslagreacties uit het labo van hoofdstuk 1.

Natriumsulfiet en koper(II)chloride

Kaliumcarbonaat en lood(II)nitraat

Natriumsulfiet en lood(II)nitraat

Kaliumjodide en lood(II)nitraat

OPDRACHT 6 DOORDENKER

Op welke manier kunnen neerslagreacties gebruikt worden bij het bepalen van de aanwezigheid van chloride-ionen?

Drinkwater (en zwembadwater) wordt vaak behandeld met chloorzouten om bacteriën te doden. Een teveel aan chloride-ionen in je drinkwater zorgt niet alleen voor een slechte geur en smaak, maar het kan ook irritatie aan de luchtwegen veroorzaken. De aanwezigheid van chlorideionen kan aangetoond worden door de toevoeging van zilvernitraat. Kun je die reactie bewijzen? Gebruik het stappenplan.

dissociatievergelijking zilvernitraat:

dissociatievergelijking calciumchloride: essentiële reactievergelijking:

stoffenreactievergelijking:

Proefversie©VANIN

Bij het samenvoegen van oplossingen kunnen positieve en negatieve ionen nieuwe verbindingen vormen. De reactie noemen we een ionuitwisselingsreactie. Die nieuwe verbindingen kunnen een onoplosbaar zout vormen. In dit geval ontstaat er een neerslag. De reactie noemen we in dat geval een neerslagreactie. Er kunnen tegelijkertijd ook 2 nieuwe onoplosbare zouten gevormd worden:

1

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ oplosbaar zout 4

AB + CD → AD↓ + CB

2

oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ onoplosbaar zout 4↓

AB + CD → AD↓ + CB↓

` Maak oefening 1 op p. 266.

Neerslagreacties kennen verschillende toepassingen:

- waterzuivering: verwijdering van ongewenste ionen

Bij neerslagreacties verdwijnt een ionensoort dus uit de oplossing, ze slaat neer. Daar kunnen we gebruik van maken om ongewenste ionen uit een oplossing te verwijderen. Een probleem is bijvoorbeeld de aanwezigheid van Ca2+- en Mg2+-ionen in leidingwater. Het leidt tot kalkaanslag waardoor bijvoorbeeld de wasmachine kan stukgaan of de douchekop of koffiezetter geen water meer doorlaten.

Proefversie©VANIN

We kunnen de calciumionen bijvoorbeeld uit het water halen voordat het in de leidingen van je woning komt. Dat kan met behulp van een waterontharder. Zo’n toestel bevat een vat met het oplosbare natriumcarbonaat (Na2CO3) als zout. Als die zoutoplossing in contact komt met het leidingwater, dan gebeurt er een ionenuitwisseling. De essentiële reactie is dat de calciumionen uit het leidingwater worden neergeslagen met behulp van de carbonaationen:

Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓

- opsporing ionen

Dankzij de typische kleur van bepaalde neerslagen kunnen neerslagreacties gebruikt worden om de aanwezigheid van bepaalde ionen aan te tonen.

Pb2+ + 2I- → PbI2 ↓

De bovenstaande neerslagreactie laat bijvoorbeeld toe om Pb2+-ionen in bodemstalen te identificeren door toevoeging van een KI-oplossing. Het neerslag heeft een typische felgele kleur. Andersom kan door middel van een Pb(NO3)2-oplossing de aanwezigheid van I– worden aangetoond.

Afb. 136 Een waterontharder bevat Na2CO3 als zout

Afb. 137 Typische gele kleur van PbI2

Vervolledig de volgende neerslagreacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking.

a Fe(NO3)3 + KOH

Proefversie©VANIN

b CaCl2 + Na3PO4

c CuSO4 + (NH4)2S

d KBr + AgNO3

e Na3PO4 + MgSO4

` Meer oefenen? Ga naar .

Protonenoverdrachtsreacties

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L een neerslagreactie noteren met behulp van de ionenreactievergelijking en stoffenreactievergelijking;

L ionisatie- en dissocatievergelijkingen van stoffen in water noteren

L zuur-base indicatoren gebruiken;

L een zure, basische en neutrale oplossing van elkaar onderscheiden.

Je leert nu:

L begrijpen dat zuren en basen elkaar neutraliseren;

L een neutralisatiereactie opstellen.

1 Zuur-baseneutralisatiereactie

ontdekplaat: pH

Je merkte in de demoproef van hoofdstuk 1 al dat niet alle reacties een neerslag opleveren. Bij sommige reacties ontstaat er een gas. Ook de reactie tussen een zuur en een hydroxide levert geen neerslag. Bij sommige reacties worden geen ionen uitgewisseld, meer specifiek protonen overgedragen. We onderzoeken ook hier de essentie van de reactie.

Neutralisatiereacties zijn reacties tussen een zuur en een hydroxide waarbij water gevormd wordt. In het woord neutralisatiereactie herken je het begrip neutraal, dat je al eerder tegenkwam in thema 01 toen je pH leerde kennen. In thema 04 leerde je ook dat de pH-waarde afhankelijk is van de hoeveelheid H+- en OH--ionen in de oplossing.

Gedestilleerd water wordt een neutrale oplossing genoemd omdat de hoeveelheid H+- en OH--ionen aan elkaar gelijk is (10-7 mol L en dus pH = 7). Wanneer we H+-ionen toevoegen aan het water, krijgen we een zure oplossing. Het toevoegen van OH--ionen leidt tot een basische oplossing

Een neutralisatiereactie is dan ook een reactie tussen een zuur (H+-ionen) en een hydroxide (OH--ionen). Het zuur draagt via de watermolecule een proton (H+) over aan een hydroxide-ion waarbij de H+-ionen en OH--ionen elkaar neutraliseren door de vorming van water. We spreken daarom over een protonenoverdrachtsreactie.

OPDRACHT 7

Wat is de relatie tussen een zuur en een base?

Onderzoeksvraag

Wat gebeurt er met de pH als een zuur en een base worden samengevoegd?

Proefversie©VANIN

Werkwijze

Je leerkracht meet 100 mL NaOH-oplossing (0,1 mol L ) in de maatcilinder af en brengt de vloeistof over in een maatbeker. Vervolgens voegt je leerkracht een paar druppels fenolftaleïne toe.

Je leerkracht meet nu 120 mL van de HCl-oplossing (0,1 mol L ) af in een tweede maatcilinder en voegt ook deze inhoud toe aan de maatbeker.

Waarnemingen

De oplossing kleurt na het toevoegen van de indicator.

Na het toevoegen van de tweede oplossing

Besluit

Omcirkel het juiste antwoord.

De oplossing gaat van een basische / neutrale / zure pH naar een basische / neutrale / zure pH.

OPDRACHT 8

VOORBEELDOEFENING

Om de correcte reactievergelijkingen van een neutralisatiereactie te noteren, gebruiken we opnieuw een stappenplan zoals bij de ionuitwisselingsreacties.

Hydroxiden zullen net als zouten dissocieren en zuren zullen ioniseren in water.

Stap 1: Noteer de dissociatie (D)/ionisatievergelijkingen (I) van de reagentia.

In onze demoproef:

D: NaOH H2O Na+(aq) + OH-(aq)

I: HCl + H2O → H3O+ (aq) + Cl- (aq)

De base dissocieert en levert dus hydroxide-ionen in een oplossing. Het zuur ioniseert door reactie met water en levert H3O+ of hydroxoniumionen op. Die zullen nadien met de hydroxide-ionen altijd watermoleculen vormen.

OPDRACHT 8 ( VERVOLG)

VOORBEELDOEFENING

Stap 2: We vereenvoudigen de ionenreactievergelijking en behouden alleen de onderdelen die echt met elkaar reageren (in dit geval aanleiding geven tot de vorming van water). Dit is de essentiële reactievergelijking (E), die voor een neutralisatiereactie altijd dezelfde is: de overdracht van een proton van het hydroxoniumion op het hydroxide-ion met vorming van water tot gevolg:

H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 3: Combineer de gevormde ionen tot nieuwe verbindingen. Denk hierbij aan de vorming van anorganische zouten uit thema 01 en zorg ervoor dat je de wet van behoud van atomen respecteert.

We bekomen dan de stoffenreactievergelijking (S). In onze demoproef:

NaOH + HCl→ NaCl + H2O

Proefversie©VANIN

Bij een neutralisatiereactie is de essentiële reactievergelijking altijd dezelfde: Er wordt een proton overgedragen van H3O+ op OH--ionen, die samen combineren tot de vorming van water.

Algemeen reactiepatroon:

ZUUR + BASE → ZOUT + WATER

HZ + MOH → MZ + H2O

Als er tijdens een neutralisatiereactie ook een onoplosbaar zout gevormd wordt, dan zal er naast de essentiële reactievergelijking (E) voor de neutralisatie ook een essentiële reactievergelijking voor de neerslagreactie zijn. We noteren dan beide essentiële reactievergelijkingen onder elkaar.

TIP

We herhalen het stappenplan om de reactievergelijkingen van een neutralisatiereactie te noteren:

Stap 1: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia (D, I).

Proefversie©VANIN

Stap 2: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de zuur-baseneutralisatie. Dit is de essentiële reactievergelijking (E): H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 3: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare stoffen vormen. Schrijf eventueel een tweede essentiële reactie vergelijking (E): de neerslagreactie.

Stap 4: Schrijf de stoffenreactievergelijking (S) met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met water als reactieproduct.

OPDRACHT 9

Neutralisatiereactie tussen gebluste kalk en zwavelzuur

Weiden, grasvelden of akkers die te zuur zijn, kunnen behandeld worden met basisch reagerende stoffen zoals gebluste kalk (Ca(OH)2). De gebluste kalk neutraliseert H+-ionen die aanwezig zijn in de zure bodem. We bekijken een eenvoudig voorbeeld van zwavelzuur (als bron van H+-ionen).

Stap 1: Noteer de dissociatie/ionisatievergelijkingen van de reagentia

Gebluste kalk (als hydroxide) gaat dissociëren in water, terwijl zwavelzuur zal ioniseren in water.

Dat geeft volgende reactievergelijkingen: dissociatie gebluste kalk: ionisatie zwavelzuur:

Stap 2: Noteer de essentiële reactievergelijking

We behouden dan de essentiële reactievergelijking van die neutralisatiereactie:

Daarnaast zien we ook de essentiële reactievergelijking van de neerslagreactie:

Stap 3: Noteer de stoffenreactievergelijking We bekijken de reactieproducten

Ca2+ kan reageren met SO42- ter vorming van het matig oplosbare zout CaSO4 (zie oplosbaarheidstabel).

H+ en OH- vormen samen water.

We kunnen nu de stoffenreactievergelijking noteren:

WEETJE

Om te voorkomen dat het industrieel afvalwater met een (te) hoge of (te) lage pH zou geloosd of hergebruikt worden, wordt het geneutraliseerd

Bij dat neutraliseren wordt, in tegenstelling tot wat je zou denken, het water niet noodzakelijk op een pH = 7 gebracht, maar meestal op een pH tussen 6,5 en 9,5

In de industrie is het belangrijk om het afvalwater te neutraliseren om corrosie en andere chemische reacties, die plaatsvinden bij een hoge of een erg lage pH, te vermijden. Gassen die bij zo’n ongewenste reacties kunnen vrijkomen, zijn ammoniak (NH3) en het zeer giftige blauwzuur (waterstofcyanide = HCN).

Te lage pH

Te hoge pH stoffen die afvalwater neutraliseren NaOH, Ca(OH)2 H2SO4, HCl

Naast de neutralisatie van een zuur met een hydroxide kunnen we nog 2 reacties als een neutralisatiereactie beschouwen.

2 Neutralisatie van een metaaloxide met een zuur

Proefversie©VANIN

Uit thema 01 weten we al dat metaaloxiden met water reageren tot hydroxiden. Een oplossing van een metaaloxide zal daarom ook kunnen geneutraliseerd worden met een zuur. Het stappenplan blijft identiek maar we voegen eerst de reactie van het metaaloxide met water toe.

OPDRACHT 10

Onderzoek de reactie tussen CaO en HCl.

Onderzoeksvraag

Welke stof(fen) worden gevormd wanneer we calciumoxide (CaO) oplossen in water en vervolgens zoutzuuroplossing (HCl) toevoegen?

Werkwijze

Je leerkracht brengt een mespunt CaO in een bekerglas en lost dit op in enkele mL water.

Je leerkracht voegt enkele druppels fenolftaleïne toe.

Je leerkracht brengt ongeveer 50 mL 0,1 mol L waterstofchloride-oplossing in een tweede bekerglas en druppelt deze waterstofchloride-oplossing langzaam bij de eerder verkregen oplossing.

Besluit

De indicator kleurt eerst , omdat het (troebele) mengsel is.

Naarmate er zoutzuur bij druppelt, .

De oplossing wordt

DEMO

OPDRACHT 11

VOORBEELDOEFENING

Uit deze demoproef kunnen we besluiten dat bij het oplossen van CaO in water calciumhydroxide ontstaat: CaO + H2O → Ca(OH)2

Proefversie©VANIN

Schrijf de vergelijking van de neutralisatiereactie uit onze demoproef.

Na het samenvoegen van deze calciumhydroxide-oplossing met zoutzuur ontstaat een neutrale oplossing van water en calciumchloride. Ook hier is sprake van een neutralisatiereactie, omdat het oxide bij de oplossing eerst een hydroxide vormde. We gieten opnieuw alles in een stappenplan:

Stap 1: We noteren nu eerst de reactie van het oxide tot hydroxide. CaO + H2O → Ca(OH)2

Stap 2: We noteren de dissociatie- en ionisatiereacties van de stoffen.

dissociatie hydroxide: Ca(OH)2 H2O Ca2+(aq) + 2 OH-(aq) ionisatie zuur: HCl + H2O → Cl-(aq) + H3O+(aq)

Stap 3: De essentiële reactie is hier opnieuw de neutralisatie door protonoverdracht. neutralisatie: H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: In de demoproef treedt er geen neerslagreactie op. Die extra essentiële reactie moeten we dus niet noteren.

Het stappenplan is weer hetzelfde, maar we voegen een extra stap als eerste stap toe, namelijk de reactie van een metaaloxide tot een hydroxide:

Stap 5: We schrijven de stoffenreactie waarbij we dus al weten dat er opnieuw water zal worden gevormd: CaO + 2 HCl → CaCl2 + H2O

Stap 1: Noteer de reactie van een metaaloxide tot een hydroxide.

Stap 2: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

Proefversie©VANIN

Stap 3: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de zuur-baseneutralisatie. Dit is de essentiële reactievergelijking: H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare stoffen vormen. Schrijf eventueel een tweede essentiële reactie op: de neerslagreactie.

Stap 5: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met water als reactieproduct op.

Een metaaloxide reageert met water tot een base (hydroxide) en kan vervolgens geneutraliseerd worden met een zuur.

Algemeen reactiepatroon:

METAALOXIDE + ZUUR → ZOUT + WATER MO + HZ → MZ + H2O

3

Neutralisatie

van een niet-metaaloxide met een base

In thema 01 leerde je hoe niet-metaaloxiden reageren met water tot een zuur.

Als we een oplossing van een niet-metaaloxide dus willen neutraliseren, dan zullen we er een base aan moeten toevoegen. Het stappenplan blijft hetzelfde, maar we voegen nu eerst de reactie van het niet-metaaloxide met water toe.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 12

Onderzoek de reactie tussen de oplossingen van koolstofdioxide (CO2) en natriumhydroxide (NaOH).

Onderzoeksvraag

Welke stoffen worden er gevormd wanneer we eerst CO2 oplossen in water en nadien een NaOH-oplossing toevoegen?

Werkwijze

Je leerkracht blaast door een rietje zachtjes lucht in een beker met water en voegt daarna enkele druppels indicator (broomthymolblauw) toe. Vervolgens brengt je leerkracht ongeveer 50 mL natriumhydroxideoplossing van 0,1 mol L in een tweede bekerglas en druppelt deze natriumhydroxide-oplossing langzaam bij de andere oplossing.

Waarnemingen

De indicator kleurt eerst , omdat de oplossing is. Na het toevoegen van voldoende NaOH-oplossing kleurt de oplossing

Besluit

De uitgeademde CO2 loste op in het water en vormde waardoor de oplossing werd. Nadien werd deze oplossing geneutraliseerd door het toevoegen van een DEMO

OPDRACHT 13

Schrijf vergelijking van de neutralisatiereactie uit onze demoproef.

Dit voorbeeld leert ons dat ook hier dezelfde stappen worden doorlopen:

Stap 1: de reactie van het niet-metaaloxide tot zuur: CO2 + H20 → H2CO3

Stap 2: de dissociatie- en ionisatiereacties van de stoffen: dissociatie hydroxide : NaOH H2O Na+ (aq) + OH- (aq) ionisatie gevormde zuur: H2CO3 + 2 H2O → CO32- (aq) + 2 H3O+ (aq)

Stap 3: De essentiële reactie is hier weer alleen de neutralisatie door protonoverdracht: H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: Natriumcarbonaat is een goed oplosbaar zout. We moeten dus geen neerslagreactie als essentiële reactie toevoegen.

Het stappenplan is weer hetzelfde, maar we voegen een extra stap als eerste stap toe, namelijk de reactie van een niet-metaaloxide tot een zuur:

Stap 5: De stoffenreactie schrijven we als: CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O

Proefversie©VANIN

Stap 1: Noteer de reactie van een niet-metaaloxide tot een zuur.

Stap 2: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

Stap 3: Noteer alleen de ionen die aanleiding zullen geven tot de zuur-baseneutralisatie. Dit is de essentiële reactievergelijking. H3O+ + OH- → 2 H2O

Stap 4: Onderzoek welke van de reactieproducten slecht oplosbare stoffen vormen. We schrijven eventueel een tweede essentiële reactie: de neerslagreactie.

Stap 5: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met water als reactieproduct op.

OPDRACHT 14

Beantwoord de vragen.

Intensief gebruikte akkers worden vaak te basisch (alkalisch). Als remedie strooit men er op zuurreagerende meststoffen op zoals difosforpentaoxide. Dat difosforpentaoxide reageert eerst met het water in de bodem en vervolgens met de aanwezige hydroxiden.

a Allereerst reageert het oxide met water. Volgens welk reactiepatroon zal dit gebeuren?

reactiepatroon:

b Geef nu de reactievergelijking tussen difosforpentaoxide en water.

reactievergelijking:

c Noteer nu de ionisatievergelijking van dit eindproduct; alsook de dissociatievergelijking van kaliumhydroxide (een veelvoorkomend hydroxide in bemeste bodems).

ionisatievergelijking:

dissociatievergelijking:

d Geef de essentiële reactievergelijking van deze reactie.

ER:

e Is de reactie tussen H3PO4 en KOH ook een neerslagreactie? Motiveer je antwoord.

f Geef de stoffenreactievergelijking van deze reactie.

SR:

Proefversie©VANIN

Bij het oplossen van een niet-metaaloxide in water ontstaat een zure oplossing. Die oplossing kan geneutraliseerd worden met een baseoplossing

Algemeen reactiepatroon:

NIET-METAALOXIDE + BASE → ZOUT + WATER nMO + MOH → MZ + H2O

4 Protonenoverdracht met gasontwikkelingsreactie

Protonenoverdracht moet niet altijd tussen een zuur en een base gebeuren. Soms kan een proton van een zuur overgedragen worden op een ander ion. Als daarbij dan een nieuw zuur gevormd wordt dat instabiel is, dan ontstaat er een gas.

Van 2 zuren weten we dat ze instabiel zijn en automatisch ontbinden in een gas:

waterstofcarbonaat (koolzuur): H2CO3 → H2O + CO2 ↑ waterstofsulfiet (zwavelig zuur): H2SO3 → H2O + SO2↑

Een derde zuur is altijd gasvormig bij kamertemperatuur: waterstofsulfide: H2S↑

→ H2S, CO2 en SO2 zijn gasvormig (aangeduid met ↑). We spreken dan ook over een protonenoverdracht met gasontwikkeling

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 15

VOORBEELDOEFENING

Tijdens het labo in opdracht 8 in hoofdstuk 1 met de druppelchemie ontstonden er gasbelletjes bij enkele van de proeven. Dat was bijvoorbeeld het geval na het samenvoegen van een kaliumcarbonaatoplossing met zoutzuur. We gaan verder met die reactie als voorbeeld.

Stap 1:

Kaliumcarbonaat zal in de oplossing als goed oplosbaar zout volledig dissociëren: dissociatie: K2CO3 H2O 2 K+ (aq) + CO32- (aq)

Het zuur HCl zal ioniseren in een oplossing:

ionisatie: HCl + H2O → Cl- (aq) + H3O+ (aq)

Nu volgen we een extra stap 2: Bij het samenvoegen van deze twee oplossingen worden H+-ionen van de hydroxoniumionen naar het carbonaation overgedragen (2de protonoverdracht), waardoor er koolzuur gevormd wordt: 2 H3O+ + CO3 2- → H2CO3 + 2 H2O

Het instabiel zuur koolzuur ontbindt vervolgens door vorming van een CO2-gas: H2CO3 → H2O + CO2 ↑

Stap 3:

De kaliumionen en chloride-ionen blijven in de oplossing want zij vormen een goed oplosbaar zout. De stoffenreactievergelijking wordt dan: K2CO3 + 2 HCl → 2 KCl + H2O + CO2 ↑

Hetzelfde reactiemechanisme zorgde voor gasvorming in het experiment met natriumsulfiet en HCl, want ook hier werd een instabiel zuur gevormd (H2SO3) dat spontaan ontbindt door vorming van een gas.

Opmerking: Er bestaan nog reacties waarbij gas wordt gevormd. Zo reageert een stukje magnesiumlint met zuur en vormt dat een gas. Dat reactiemechanisme behandelen we in hoofdstuk 4.

We kunnen het stappenplan dus als volgt herschrijven:

STAP 1: Noteer de dissociatie- en ionisatievergelijkingen van de reagentia.

Proefversie©VANIN

STAP 2: Als er na stap 1 carbonaationen (CO3 2-), sulfietionen (SO3 2-) of sulfide-ionen (S2-) zijn gevormd, dan noteren we de protonenoverdracht van het hydroxoniumion met vorming van het nieuwe zuur en de eventuele ontbinding van dat zuur.

STAP 3: Schrijf de stoffenreactievergelijking met de nieuwe ioncombinatie (en eventuele aanduiding van het neerslag) en met de reactieproducten na de eventuele ontbinding van de gevormde instabiele zuren op (en aanduiding van het gevormde gas).

Als een zuur reageert met een zout dat een sulfide-ion (S2-), carbonaation (CO3 2-), of sulfietion (SO32-) bevat, dan zal dat leiden tot de vorming van het gasvormige waterstofsulfide of instabiele nieuwe zuren. Dit kan koolzuur of zwavelig zuur zijn gevormd door een protonenoverdracht. Die zuren ontbinden door de vorming van gassen. We spreken daarom over gasontwikkelingsreacties.

H2CO3 → H2O + CO2 ↑ H2SO3 → H2O + SO2 ↑ H2S ↑

Mogelijkheden: carbonaat

sulfiet + zuur 1 → zout 2 + zuur 2 ↑ sulfide (zuur 2 is steeds onstabiel of een gas)

Modelvoorstelling:

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 280-283.

WEETJE

Kalkaanslag (CaCO3) kan worden verwijderd met azijnzuur (CH3COOH). Het toegevoegde azijnzuur draagt een proton over en reageert zo met de aanwezige kalkaanslag, waarbij een oplosbaar zout, water en CO2 worden gevormd:

Proefversie©VANIN

CaCO3 + 2 CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2↑

Spoel wel altijd grondig na met water! Door gebruik te maken van die reactie kunnen we bijvoorbeeld de douchekop, de waterkoker, het koffiezetapparaat en meer ontkalken zodat het water weer vlotjes doorloopt.

OPDRACHT 16

Wat gebeurt er als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) giet op ijzersulfide?

a Noteer de reactievergelijkingen volgens het stappenplan.

STAP 1 Noteer de ionisatievergelijking van salpeterzuur en de dissociatievergelijking van ijzer(II)sulfide. ionisatievergelijking salpeterzuur: dissociatievergelijking ijzersulfide:

STAP 2 Geef de essentiële reactievergelijking en de eventuele ontbinding van het nieuwe zuur.

ER:

STAP 3 Geef de stoffenreactievergelijking van deze reactie.

SR:

b Wat kun je besluiten als je een oplossing van salpeterzuur (HNO3) op ijzersulfide giet?

Afb. 138 Kalkaanslag op douchekop

Vervolledig de volgende neutralisatiereacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking.

a HNO3 + KOH

Proefversie©VANIN

b H3PO4 + LiOH

c NH4OH + H2S

d NaOH + H2SO4

e KOH + HBr

Vervolledig de volgende gasontwikkelingsreacties. Geef hiervoor eerst de ionisatie/dissociatievergelijking van beide stoffen: de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking.

a Na2CO3 + HCl

Proefversie©VANIN

b MgS + HNO3

c H3PO4 + K2CO3

d ZnCO3 + HNO3

Geef aan welke soort ionuitwisselingsreactie(s) optreedt. Geef hiervoor eerst de ionisatie/ dissociatievergelijking van beide stoffen; de stoffenreactievergelijking, de ionenreactievergelijking en de essentiële reactievergelijking(en).

a BaCl2 + Na2CO3

Proefversie©VANIN

b Co(NO3)2 + MgS

c HCl + Na2CO3

HCl + H20

d CaCl2 + H2SO4

e HNO3 + NH4OH

In het labo van een groot bedrijf is van enkele recipiënten het etiket van de fles gevallen. De etiketten liggen allemaal op de grond dus je kan nog wel lezen welke zouten ze bevatten.

Stap 1: Geef de chemische formules van de gekende zouten.

a koper(II)sulfaat =

b bariumhydroxide =

c magnesiumnitraat =

d natriumcarbonaat =

Stap 2: Combineer de 4 al gekende zouten met de 3 extra stoffen in onderstaande tabel.

a Noteer in de tabel of er een gasontwikkelingsreactie (↑), neerslagreactie (↓) of neutralisatiereactie (H2O-vorming: reactie tussen zuur en base) optreedt. Treedt er geen reactie op, dan noteer je /.

b Noteer ook welke stof gevormd wordt.

Proefversie©VANIN

CuSO4

Ba(OH)2

Mg(NO3)2

Na2CO3

Stap 3: Kun je nu met 100 % zekerheid besluiten welke stof in welke fles zit? Leg uit.

` Meer oefenen? Ga naar .

Ca(OH)2 HBr K2CO3

Elektronenoverdrachtsreacties of redoxreacties

Proefversie©VANIN

LEERDOELEN

Je kunt al:

L de ionlading van elementen bepalen.

Je leert nu:

L het begrip oxidatiegetal;

L een eenvoudige redoxreactie ontleden en de begrippen oxidator, reductor, oxidatie, reductie en elektronenoverdracht hierbij gebruiken;

L een eenvoudige redoxreactievergelijking tussen enkelvoudige stoffen opstellen.

1 Definitie oxidatie en reductie

Je hebt de ionuitwisselingsreacties en protonenoverdrachtsreacties van naderbij bekeken: neerslagreacties en neutralisatiereacties hebben geen geheimen meer voor jou. Maar er bestaan ook nog elektronenoverdrachtsreacties of redoxreacties: reacties waarbij letterlijk elektronen worden overgedragen.

We kunnen oxidatie simpelweg definiëren als een proces waarin elementen zich verbinden met zuurstof en reductie als een proces waarin zuurstof wordt onttrokken aan een oxide. Maar is het wel zo eenvoudig? Zouden er ook oxidatie- en reductiereacties bestaan waarin zuurstof geen rol speelt? Om die vraag te kunnen beantwoorden, bestuderen we eerst de verbrandingsreacties opnieuw.

OPDRACHT 17

Koper verbranden

Werkwijze

Je leerkracht houdt een stukje rood koper in de vlam van een bunsenbrander.

Waarnemingen

DEMO

OPDRACHT 18

1 Schrijf de reactievergelijking voor de verbanding van koper tot koper(I)oxide.

2 Noteer de ladingen van de atomen voor en na de reactie:

Proefversie©VANIN

lading koper lading zuurstof

Cu O CuO

Merk op dat zowel koper als zuurstof nu geladen ionen geworden zijn. Het koperion is na de reactie positief geladen en heeft dus elektronen afgestaan. Het oxide-ion is negatief geladen en heeft dus elektronen opgenomen. Er is dus een overdracht geweest van elektronen. We spreken daarom van een elektronenoverdrachtsreactie.

Koperatomen werden dus omgezet in Cu2+-ionen door het afstaan van elektronen: ze werden geoxideerd. Oxidatie in haar elementaire betekenis (opnemen van zuurstof) houdt dus eigenlijk de afgifte van elektronen in. Het deeltje dat de elektronen afstaat, noemen we de reductor. In deze reactie is kopermetaal de reductor:

Cu –2 e- → Cu2+

Zuurstofatomen werden omgezet in oxide-ionen door de opname van elektronen: ze werden gereduceerd. Het deeltje dat de elektronen opneemt, noemen we de oxidator. In deze reactie is zuurstof de oxidator: O2 + 4 e- → 2 O2-

Oxidatie en reductie zullen steeds tegelijkertijd moeten plaatsvinden: als een element elektronen kwijt wil, dan moet er ook een element zijn dat de elektronen wil ontvangen. Omdat de reductie en oxidatie altijd samen gebeuren, spreken we ook wel over redoxreacties

Bij de oxidatie van koper door zuurstofgas staat de reductor (Cu) de elektronen af aan de oxidator (O2). De afzonderlijke oxidatie en reductie noemen we halfreacties of deelreacties. Voor de verbranding van koper zijn dit:

oxidatie: Cu - 2 e- → Cu2+ reductie: O2 + 4 e- → 2 O2-

Bij een redoxreactie is het aantal elektronen dat wordt afgestaan tijdens de oxidatie, altijd gelijk aan het aantal elektronen dat wordt opgenomen tijdens de reductie. Bij de verbranding van koper staan 2 koperatomen in totaal 4 elektronen af aan de 2 zuurstofatomen van de zuurstofgasmolecule. We kunnen het volledige proces voorstellen in een schema (zie afb. 150). De 2 halfreacties worden dan aangeduid door middel van 2 pijlen.

Bij elke halfreactie wordt weergegeven hoeveel elektronen er worden opgenomen of afgegeven. Indien nodig wordt dit aantal vermenigvuldigd met het aantal atomen dat in de respectievelijke deelreactie geoxideerd of gereduceerd wordt.

2x omdat 2 zuurstofatomen worden gereduceerd

per zuurstofatoom worden 2 elektronen opgenomen

reductie van zuurstof

Proefversie©VANIN

2x omdat 2 koperatomen worden geoxideerd

oxidatie van koper

per koperatoom worden 2 elektronen afgestaan 2 ∙ (+ 2 e-)

Afb. 139 De oxidatie van koper door zuurstofgas

Opmerkingen:

Hoewel we spreken over oxidatie, is het absoluut niet noodzakelijk dat er zuurstof in de reactie voorkomt. Omdat we de definitie van oxidatie ruimer omschrijven als ‘het afstaan van elektronen’, kan dat evengoed met andere elementen.

OPDRACHT 19

Vul aan.

a IJzer reageert met zwavel tot ijzer(II)sulfide.

Noteer de reactievergelijking:

b Noteer de ladingen van de atomen voor en na de reactie:

AtomenLading ijzer Lading zwavel

Fe

S FeS

c Vul de tekst aan.

Als we de ladingen voor en na de reactie bestuderen, dan merken we dat ijzer wordt en zwavel wordt.

demovideo: ijzer(II)sulfide

reductor

oxidator

2 Cu + O2 2 CuO 2 ∙ (- 2 e-)

OPDRACHT 19 (VERVOLG)

d Noteer de halfreacties en vul de tekst aan:

halfreactie ijzer:

IIzer en wordt dus

IJzer is dus de .

halfreactie zwavel:

Zwavel en wordt dus

Zwavel is dus de

Proefversie©VANIN

Bij redoxreacties vindt een elektronenoverdracht tussen deeltjes plaats: Een deeltje dat elektronen opneemt, wordt gereduceerd. We noemen dit deeltje de oxidator Een deeltje dat elektronen afgeeft, wordt geoxideerd. We noemen dit deeltje de reductor

De redoxreactie is de som van 2 halfreacties: de oxidatie en de reductie.

2 Oxidatiegetallen

Tot nu toe hebben we alleen redoxreacties besproken waarbij de elektronen volledig werden overgedragen van de reductor naar de oxidator. Het is ook niet heel moeilijk om bij ionen de lading terug te vinden en daaruit de oxidatie en reductie af te leiden. Maar ook moleculen kunnen met elkaar reageren en andere moleculen vormen door een elektronenoverdracht of redox. Omdat de stoffen hier geen geladen ionen bevatten, moeten we een extra hulpmiddel hebben om te weten te komen wie eigenlijk de reductor en wie de oxidator is. Daarom werd het begrip oxidatiegetal (OG) bedacht. Soms worden ook de termen oxidatietrap (OT) of oxidatiegraad gebruikt.

Het oxidatiegetal (OG) van een gebonden atoom is het aantal elektronen dat het atoom meer (negatief oxidatiegetal) of minder (positief oxidatiegetal) bezit dan het ongebonden atoom.

Om te bepalen hoeveel elektronen een atoom ‘bezit’, kun je de volgende 3 regels toepassen:

1 Niet-bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom waartoe ze behoren.

2 Bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom met de grootste elektronegativiteit.

3 Bindende elektronenparen tussen 2 atomen met dezelfde elektronegativiteit worden verdeeld over de 2 atomen. Het oxidatiegetal wordt voorgesteld door een Romeins cijfer voorafgegaan door een teken: Het teken geeft weer of het atoom minder (+) of meer (-) elektronen krijgt toegewezen dan in ongebonden toestand. Het cijfer geeft weer hoeveel elektronen het atoom minder of meer heeft in vergelijking met zijn ongebonden toestand.

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 20

VOORBEELDOEFENING

Bepaal het oxidatiegetal van de volgende elementen. waterstofchloride (HCl)

EN(H) = 2,1 EN(Cl) = 3,0

Volgens de bovenstaande regels bevat het chlooratoom in waterstofchloride: 3 niet-bindende elektronenparen, dus 6 elektronen; 1 bindend elektronenpaar, want EN (Cl) > EN (H), dus 2 elektronen.

In totaal zijn dat dus 8 elektronen die we bij chloor rekenen.

In niet-gebonden toestand bevat een chlooratoom 7 valentie-elektronen. In waterstofchloride beschikt het over 8 elektronen: het oxidatiegetal is –I.

In niet-gebonden toestand beschikt een waterstofatoom over 1 valentie-elektron In waterstofchloride krijgt het geen elektronen toebedeeld: het oxidatiegetal van H is +I.

TIP

Merk op dat het oxidatiegetal van atomen in enkelvoudige stoffen altijd 0 is. Er is geen verschil in elektronegativiteit tussen de bindende atomen.

een molecule koolzuur (H2CO3)

> EN(C) > EN(H)

C: In deze molecule krijgt C geen elektronen meer toegewezen. In ongebonden toestand heeft C 4 elektronen: OG = +IV

O (blauw): In deze molecule krijgen de blauwe O-atomen telkens 8 elektronen toegewezen.

In ongebonden toestand heeft O 6 elektronen: OG = -II

O (groen): In deze molecule zijn er 8 elektronen. In ongebonden toestand zijn er 6 elektronen: OG = -II

H: In deze molecule zijn er 0 elektronen. In ongebonden toestand is er 1 elektron: OG = +I

OPDRACHT 20 (VERVOLG)

Als we de som nemen van de oxidatiegetallen van elk atoom, dan valt er meteen iets op:

2 ∙ OG(H) + 3 ∙ OG(O) + OG(C) = 0

2 ∙ (+I) + 3 ∙ (-II) + (+IV) = 0

De som van de oxidatiegetallen in een molecule is altijd 0!

het ammoniumion (NH4+)

Proefversie©VANIN

EN (N) > EN (H)

H krijgt in dit ion 0 elektronen toegewezen. In ongebonden toestand heeft H 1 elektron:

OG = +I

N krijgt in dit ion 8 elektronen toegewezen. In ongebonden toestand heeft N 5 elektronen:

OG = -III

Als we nu de som nemen van de oxidatiegetallen van elk atoom, dan stellen we vast dat die som gelijk is aan de lading van het ion: 4 ∙ (+I) + 1 . (-III) = +1

De som van de oxidatiegetallen van de atomen in een ion is gelijk aan de lading van het ion.

We hebben bij het bepalen van het oxidatiegetal gebruikgemaakt van de lewisstructuur. Meestal is dit niet nodig en volstaat het om deze 4 vuistregels toe te passen:

1 In samengestelde deeltjes is het oxidatiegetal van: een atoom uit groep 1 (Ia) (bv. Li, Na, K) altijd +I; een atoom uit groep 2 (IIa) (bv. Mg, Ca, Ba) altijd +II; een H-atoom meestal +I; een O-atoom meestal –II (behalve in peroxiden).

2 In een neutraal of ongeladen atoom en in enkelvoudige stoffen is het oxidatiegetal van het atoom gelijk aan 0.

bv. He, O2, Zn … : OG = 0

3 Bij een monoatomisch ion is het oxidatiegetal gelijk aan de lading van het ion.

bv. S2-: OG = - II, Al3+: OG = +III

OPDRACHT 21

VOORBEELDOEFENING

4 In alle andere gevallen is de som van de oxidatiegetallen van alle atomen gelijk aan de lading van het ion of gelijk aan 0 bij een molecule.

bv. H2O: Σ OG = 2 OG (H) + OG (O) = 2 · (+I) + 1 · (-II) = 0 NO3-: Σ OG = OG (N) + 3 OG (O) = (+V) + 3 · (-II) = -1

De kennis van oxidatiegetallen levert een groot voordeel op: als je voor een deeltje het oxidatiegetal van alle atomen uitgezonderd één kent en je kent de lading van het deeltje, dan kun je dus het ontbrekende oxidatiegetal berekenen.

Bereken het ontbrekende oxidatiegetal van zwavelzuur (H2SO4).

In H2SO4 is het OG van H +I en dat van O –II. De som van de oxidatiegetallen Σ OG = 0. Het OG van S kun je dan als volgt berekenen:

2 · OG (H) + OG (S) + 4 · OG (O) = 0 of 2 · (+I) + (x) + 4 · (-II) = 0, waaruit volgt dat x = 6 en dus OG (S) = +VI

OPDRACHT 22

Bepaal het oxidatiegetal van alle elementen in de volgende reactievergelijkingen:

2 Fe + O2 + 2 H2O 2 Fe(OH)2

OG:

OG:

Proefversie©VANIN

CaCl2 + Na2CO3 2 NaCl + CaCO3

OPDRACHT 23

Bepaal het oxidatiegetal van stikstof in HNO2.

Waterstofperoxide (H2O2) is een verbinding tussen 2 zuurstofatomen en 2 waterstofatomen, met als structuurformule: OOHH

Het is een van de zeldzame stoffen waar zuurstof niet het OG -II heeft maar -I. De binding tussen de 2 zuurstofatomen, de zogenaamde peroxidebinding, is erg reactief. Waterstofperoxide wordt o.a. gebruikt als ontsmettingsmiddel. Het zuurstofwater dat je bij de apotheker kunt kopen en gebruikt om wonden te ontsmetten is bijvoorbeeld een oplossing van 3 % H2O2 in water. De stof wordt ook gebruikt voor de ontsmetting van drinkwater en als bleekmiddel, bijvoorbeeld bij het bleken van stoffen, tanden, beenderen en haar. De ontsmettende en blekende eigenschappen zijn toe te schrijven aan het feit dat waterstofperoxide in staat is om veel andere stoffen te oxideren.

Proefversie©VANIN

Het oxidatiegetal van een gebonden atoom geeft weer hoeveel elektronen een atoom meer (negatief oxidatiegetal) of minder (positief oxidatiegetal) bezit dan het ongebonden atoom. Het oxidatiegetal wordt voorgesteld door een Romeins cijfer, voorafgegaan door een plus- of minteken.

Om te bepalen hoeveel elektronen een atoom ‘bezit’, kun je de volgende 3 regels toepassen:

1 Niet-bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom waartoe ze behoren.

2 Bindende elektronenparen worden toegewezen aan het atoom met de grootste Elektronegativiteit.

3 Bindende elektronenparen tussen 2 atomen met dezelfde elektronegativiteit worden verdeeld over de 2 atomen.

Het is niet nodig om de lewisstructuur te kennen of te tekenen om de oxidatiegetallen te bepalen:

Bij moleculen en ionaire verbindingen is de som van alle oxidatiegetallen gelijk aan nul.

Bij enkelvoudige stoffen is het oxidatiegetal van alle atomen gelijk aan nul.

Bij monoatomische ionen is het oxidatiegetal van het atoom gelijk aan de lading van het ion.

Bij polyatomische ionen is de som van alle oxidatiegetallen gelijk aan de lading van het ion.

` Maak oefening 1 op p. 298-299.

Afb. 140 Waterstofperoxide wordt gebruikt bij het bleken van tanden.

3 Bepalen van de oxidator en reductor

OPDRACHT 24

Vul aan.

Door koper(II)oxide te verhitten in aanwezigheid van houtskool ontstaan koper en koolstofdioxide.

a Noteer de reactievergelijking:

b Het oxidatiegetal van de atomen voor en na de reactie wordt dan (vul de tabel aan):

voor reactie na reactie

Proefversie©VANIN

c Uit de tabel kun je afleiden dat:

het oxidatiegetal van C : we zeggen dat C wordt ; het oxidatiegetal van Cu : we zeggen dat Cu wordt ; het oxidatiegetal van O

We stellen dit schematisch voor als volgt:

oxidatie van koolstof

WEETJE

Een atoom dat niet verandert van oxidatiegetal wordt in een redoxreactie weleens een spectatorelement of een tribune-element genoemd.

2 CuO + C → 2 Cu + CO2

We breiden de definitie van redoxreacties uit tot reacties waarbij het oxidatiegetal van sommige atomen verandert:

De oxidator is het deeltje dat een ander deeltje oxideert. De oxidator bevat het atoom waarvan het OG daalt tijdens de reactie.

De reductor is het deeltje dat een ander deeltje reduceert. De reductor bevat het atoom waarvan het OG stijgt tijdens de reactie.

In ons voorbeeld treedt koper(II)oxide op als oxidator en koolstof als reductor. 2 ∙ (+ 2 e-) - 4 e-) reductie van koper +II-II +IV-II 0 0

OPDRACHT 25

Stel de volgende reactie voor in een schema.

De reactie tussen zinkmetaal en zoutzuur zorgt voor de vorming van waterstofgas en zinkchloride.

Ga stapsgewijs te werk:

1 Noteer de reactie.

2 Noteer het oxidatiegetal van alle elementen.

3 Duid aan: oxidator, oxidatie, reductor, reductie.

4 Noteer het aantal elektronen dat wordt overgedragen (zoals weergegeven in het voorbeeld hierboven).

Proefversie©VANIN

Merk op dat bij deze redoxreactie na elektronenoverdracht een gas ontstaat: waterstofgas. Zoals we al opmerkten in het vorige hoofdstuk, kun je sommige gasontwikkelingsreacties ook onder redoxreacties classificeren.

OPDRACHT 26

Stel de elektrolyse van water voor in een schema.

Ook bij de elektrolyse van water worden 2 gassen gevormd via redox: waterstofgas en zuurstofgas.

1 Noteer de reactie.

2 Noteer het oxidatiegetal van alle elementen.

3 Duid aan: oxidator, oxidatie, reductor, reductie.

video: elektrolyse van water

4 Noteer het aantal elektronen dat wordt overgedragen (zoals weergegeven in het voorbeeld hierboven).

Reddingsvesten zijn vaak uitgerust met een lampje. Bij bepaalde uitvoeringen is dat lampje via stroomdraadjes verbonden met een magnesiumstrip en een koperstrip. Op de koperstrip is een dun laagje vast koper(I)chloride aangebracht. Koper(I)chloride is slecht oplosbaar in water.

Zodra zo’n reddingsvest in het water belandt, gaat het lampje branden. De Cu+-ionen worden omgezet in kopermetaal via de onderstaande redoxreactie. Daardoor wordt er kopermetaal afgezet op de koperstrip en verdwijnt de koper(I)chloridelaag. De elektronenoverdracht (en dus elektrische stroom) wordt hierdoor verzekerd.

SR: Mg + 2 CuCl → MgCl2 + 2 Cu

Aangezien zowel CuCl als MgCl2 volledig dissociëren in water, kan deze reactie ook met behulp van de ionenreactievergelijking genoteerd worden:

IR: Mg + 2 Cu+ + 2 Cl- → Mg2+ + 2 Cl- + 2 Cu

We controleren nu even of deze reactie eveneens een redoxreactie is. We vermelden Cl- niet omdat het OG voor dit deeltje gelijk blijft

Reactie: Mg + 2 Cu+ → Mg2+ + 2 Cu

OG: 0 +I +II 0

Het OG van Cu daalt van +I (in Cu+) naar 0 (in Cu). Cu+ wordt gereduceerd en dus is Cu+ zelf de oxidator. Het OG van Mg stijgt van 0 (in Mg) naar +II (in Mg2+). Magnesium wordt geoxideerd en dus is magnesiummetaal de reductor.

Wanneer we deze veranderingen in OG bekijken, lijkt het zo dat er een verschillend aantal elektronen reageert. Als je de volledige reactie bekijkt en rekening houdt met de voorgetallen voor de elementen, worden er wel degelijk 2 elektronen afgegeven door magnesium, die dan alle 2 worden opgenomen door de Cu+-ionen. Met andere woorden: ook hier worden evenveel elektronen afgegeven door het ene element, als er worden opgenomen door het andere element.

4 Redoxreacties opstellen

Proefversie©VANIN

De reactievergelijking is niet altijd gegeven. Maar de voorgetallen kunnen we ook vinden door de elektronenoverdracht goed te bestuderen. Bepaal de voorgetallen door het aantal elektronen bij de oxidatie en reductie in balans te brengen.

Om de redoxvergelijking op te stellen, moet je dus eerst de oxidatie- en reductiereactie identificeren. Dat kun je al. Daarna pas je de voorgetallen aan, zodat het totaal aantal afgestane elektronen bij de oxidatie gelijk is aan het totaal aantal opgenomen elektronen bij de reductie.

Het stappenplan voor bij het schrijven van een correcte redoxvergelijking is dan:

Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

Proefversie©VANIN

Stap 2: Bepaal het oxidatiegetal van de verschillende atomen.

Stap 3: Identificeer de oxidatie- en reductiereactie.

Stap 4: Noteer voor beide deelreacties het aantal elektronen dat wordt opgenomen of afgestaan, en of dat dan oxidatie of reductie is en pas de voorgetallen aan in de reactievergelijking, zodat het elektronentransport in evenwicht is.

Stap 5: Duid de oxidator en de reductor aan.

OPDRACHT 27

Schrijf de redoxvergelijking.

Koper(II)oxide reageert met magnesium, met vorming van kopermetaal en magnesiumoxide.

We volgen het stappenplan:

Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

CuO + Mg → Cu + MgO

Stap 2: Schrijf het oxidatiegetal van alle atomen.

+II -II 0 0 +II -II

CuO + Mg → Cu + MgO

Stap 3: Identificeer de oxidatie en de reductie in een schema.

VOORBEELDOEFENING reductie

+II -II +II -II 0 0 oxidatie

CuO + Mg → Cu + MgO

OPDRACHT 27 (VERVOLG)

VOORBEELDOEFENING

Stap 4: Noteer voor beide deelreacties het aantal elektronen dat wordt opgenomen of afgestaan, en of dat dan oxidatie of reductie is.

Het totaal aantal afgestane elektronen bij de oxidatie moet gelijk zijn aan het totaal aantal opgenomen elektronen bij de reductie. Als dit niet klopt, moet je de voorgetallen aanpassen.

oxidatie: oxidatiegetal +2

Proefversie©VANIN

OPDRACHT 28

CuO + Mg → Cu + MgO

- 2 e+ 2 ereductie: oxidatiegetal -2

Stap 5: Duid de oxidator en reductor aan.

oxidatie: oxidatiegetal +2

- 2 e+ 2 ereductie: oxidatiegetal -2

CuO + Mg → Cu + MgO

Schrijf de redoxvergelijking.

Aluminiummetaal reageert met ijzer(III)oxide, met vorming van ijzermetaal en aluminiumoxide.

Stap 1: Noteer de reagentia en de reactieproducten.

Stap 2: Schrijf het oxidatiegetal bij alle atomen.

Stap 3: Identificeer de oxidatie en de reductie.

OPDRACHT 28 (VERVOLG)

Stap 4: Bij elke deelreactie noteren we het aantal elektronen dat wordt opgenomen of afgestaan.

Proefversie©VANIN

Stap 5: Duid de oxidator en de reductor aan.

Een redoxreactie is een reactie waarbij het oxidatiegetal van sommige atomen verandert:

Bij oxidatie staat een atoom elektronen af. Hierdoor stijgt het oxidatiegetal van dit atoom. De reductor bevat het atoom of de atomen waarvan het oxidatiegetal toeneemt.

Bij reductie neemt een atoom elektronen op. Hierdoor daalt het oxidatiegetal van dit atoom. De oxidator bevat het atoom of de atomen waarvan het oxidatiegetal afneemt.

Bij het opstellen van een redoxvergelijking ga je als volgt te werk:

STAP 1 Schrijf de formules van de reagentia en de reactieproducten op.

STAP 2 Bepaal het oxidatiegetal van de verschillende atomen in de stoffen.

STAP 3 Identificeer de oxidatie- en reductiereactie.

STAP 4 Duid de elektronenoverdracht aan en pas de voorgetallen in de reactievergelijking aan, zodat het elektronentransport bij de oxidatie en reductie in evenwicht is.

STAP 5 Duid de oxidator en de reductor aan.

` Maak oefening 2 en 3 op p. 299-300.

Bepaal het OG van elk element in de volgende stoffen:

a zuurstofgas O2

Proefversie©VANIN

b ijzermetaal Fe

c koolstofdioxide CO2

d koolstofmonoxide CO

e carbonaation CO32-

f calciumjodide CaI2

g kaliumfosfaat K3PO4

h zwaveltrioxide SO3

i N in HNO3

j P in PO43-

Proefversie©VANIN

Zijn deze reacties een redoxreactie of niet? Leg uit. Controleer de oxidatiegetallen!

a SO3 + H2O → H2SO4

b Cl2 + H2S → 2 HCl + S

c NaOH + HCl → H2O + NaCl

d 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

e 2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2

f H2CO3 → H2O + CO2

g 2 H2 + O2 → 2 H2O

h AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

i H+ + OH- → H2O

j 2 Al2O3 → 4 Al + 3 O2

Geef voor volgende redoxreacties de halfreacties en de totale reactie. Stel de reactie schematisch voor. Duid in je schema de oxidator en de reductor aan.

a synthese van zilveroxide uit zilver en zuurstofgas

Proefversie©VANIN

b verbranding van magnesium

c synthese van koper(II)jodide uit de enkelvoudige stoffen

` Meer oefenen? Ga naar .

ZOUTEN

Proefversie©VANIN

Ze lossen niet allemaal even goed op in water:

Goed oplosbare zouten

Matig oplosbare zouten Slecht oplosbare zouten oplosbaarheid bij kamertemperatuur > 1 g per 100 mL oplosmiddel

oplosbaarheid bij kamertemperatuur tussen 0,1 g en 1 g per 100 mL oplosmiddel

oplosbaarheid bij kamertemperatuur < 0,1 g per 100 mL oplosmiddel

Een oplossing waarin het maximum aan opgeloste stof aanwezig is, noemen we verzadigd. zie oplosbaarheidstabel op p. 258

3 REACTIEMECHANISMEN

1 Ionuitwisselingsreacties

Er kan 1 of meer neerslag ontstaan, aangeduid met ↓ 1 neerslag oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ oplosbaar zout 4

AB + CD → AD↓ + CB

BMeer neerslag oplosbaar zout 1 + oplosbaar zout 2 → onoplosbaar zout 3↓+ onoplosbaar zout 4↓

AB + CD → AD↓ + CB↓

voor het opstellen van ionuitwisselingsreactie: zie stappenplan op p. 263

2 Protonenoverdrachtsreacties

2 reactiesoorten:

Proefversie©VANIN

Neutralisatiereacties

zuur + base → zout + water

MO + zuur → zout + water

NMO + base → zout + water

Gasontwikkelingsreacties

zuur 1 + zout 1 → zuur 2 + zout 2

Als het eerste zout S2-, SO32- of CO32- bevat, dan zal het gevormde nieuwe zuur gasvormig zijn of ontbinden met vorming van een gas.

Gas wordt aangeduid met ↑

voor het opstellen van neutralisatiereacties: zie stappenplan op p. 270

3 Elektronenoverdrachtsreacties

Het oxidatiegetal van de elementen wijzigt bij:

Reductie

= een chemisch proces waarbij in een stof of deeltje het OG van een element daalt door het opnemen van elektronen

Reductor

Oxidatie

= een chemisch proces waarbij in een stof of deeltje het OG van een element stijgt door het afstaan van elektronen

Oxidator

= stof of deeltje waarin een element in OG stijgt= stof of deeltje waarin een element in OG daalt = stof of deeltje dat geoxideerd wordt = stof of deeltje dat gereduceerd wordt

Voor het opstellen van een redoxreactievergelijking: zie stappenplan op p. 295

Proefversie©VANIN

1 Begripskennis

Ik kan de volgende begrippen uitleggen: ionuitwisselingsreactie neerslagreactie oplosbaarheid in water protonenoverdrachtsreactie neutralisatiereactie gasontwikkelingsreactie elektronenoverdrachtsreactie redoxreactie oxidatiegetal

oxidator, reductor, oxidatie, reductie, elektronenbalans stoffenreactievergelijking met essentiële reactievergelijking

2 Onderzoeksvaardigheden

Ik kan het oxidatiegetal van elementen in enkelvoudige stoffen en verbindingen bepalen

Ik kan ionuitwisselingsreacties onderscheiden van redoxreacties op basis van oxidatiegetallen.

Ik kan ionuitwisselingsreacties classificeren als neerslagreactie.

Ik kan een protonenoverdrachtsreactie omschrijven als een gasontwikkelingsreactie of neutralisatiereactie op basis van waarnemingen of reactievergelijkingen.

Ik kan gebruik maken van de oplosbaarheidstabel om te voorspellen of stoffen oplossen in water.

Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van neerslagreacties schrijven

Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van gasontwikkelingsreacties schrijven.

Ik kan de stoffenreactievergelijking, ionenreactievergelijking en essentiële reactievergelijking van neutralisatiereacties schrijven.

Ik kan het oxidatiegetal van elk element in een verbinding bepalen.

Ik kan redoxreacties ontleden en de begrippen oxidator, reductor, oxidatie, reductie en aantal overgedragen elektronen aanduiden in de reactie.

Ik kan eenvoudige redoxreacties volgens stappenplan opstellen en aanvullen

` Je kunt deze checklist ook op invullen.

JANOG OEFENEN

Notities

Proefversie©VANIN