introductiecursus bouwchemie

INTRODUCTIECURSUS
BOUWCHEMIE
HOOFDSTUK 1: INLEIDING – MOLECULEN
EN ATOMEN
1
OVERZICHT
1.
Zuivere stof, moleculen en atomen
2.
1. Moleculeformules
Elementen
3.
Atoomtheorie
4.
Atoommassa
5.
Moleculemassa
6.
De mol
7.
Wetten van Avogadro
8.
De chemische reactie
9.
Het periodiek systeem
2
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
3
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Heterogeen materiaal: geen homogene samenstelling,
eigenschappen kunnen verschillen van monster tot monster
4
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Zuivere stof
• Elk monster heeft dezelfde samenstelling en eigenschappen
• Niet door fysische middelen te scheiden tot eenvoudigere stoffen
Vastomlijnde eigenschappen
•
•
•
•
Smeltpunt
Kookpunt
Brandbaarheid
…
Voorbeelden
•
•
•
•
•
Water
Marmer
Zink
Keukenzout
…
5
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Onzuivere stoffen of mengsels van zuivere stoffen
= wel door fysische middelen te scheiden (bv. destillatie, filtratie,
kristallisatie,…)
Voorbeelden
• Zoutoplossing
• Melk, verf
6
SCHEIDING IN BOUW
Kristallisatie
van zouten
Destillatie van ruwe olie levert stookolie en gas
Filtratie
7
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Zuivere stof
= verzameling van dezelfde deeltjes die de fysische en chemische
eigenschappen van die stof dragen
 moleculen of atomen (of formule-eenheden)
Zn
NaCl
H2O
CaCO3
8
MOLECULEFORMULES
4 H2CO3
Index
Coëfficient
= aantal moleculen
Index = aantal atomen in molecule
9
MOLECULEFORMULES: OEFENINGEN
1.
2.
Waar of niet waar?
1.
De index wordt steeds vóór de molecule geschreven
2.
De coëfficiënt geeft aan hoeveel moleculen er zijn
Hoeveel atomen zitten er in 3 moleculen H2SO4?
10
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Zuivere stof  moleculen of atomen
Molecule bestaat uit atomen
Voorbeelden molecule
• H2O (water)
• CaCO3 (calciumcarbonaat)
• NaCl (keukenzout)
Let op notatie: aantal elementen in subscript!
Voorbeelden atomen
• Zie periodiek systeem der elementen (PSE)
11
Elementen
Atoommassa
12
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Zuivere stof  enkelvoudige stof of samengestelde stof
Enkelvoudige stof  slechts één atoomsoort
Voorbeelden
• H2
• O2
• Ne
((di)waterstof)
(zuurstof)
(neon)
Samengestelde stof  twee of meer atoomsoorten
Voorbeelden
• H2O
• NaCl
(water)
(keukenzout)
13
OVERZICHT INDELING STOFFEN
Materie
STOFFEN
Heterogeen
Homogeen
Fysisch proces
Mengsel
Scheidingstechniek
Zuivere stof
Samengestelde Chemisch
zuivere stof
proces
(verbinding)
Enkelvoudige
zuivere stof
meerdere soorten
moleculen
1 soort moleculen
meerdere atoomsoorten
1 soort moleculen
1 atoomsoort
14
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
OEFENINGEN
Waar of niet waar?
1.
Een atoom kan uit meerdere moleculen bestaan.
2.
Een zuivere stof kan enkel op chemische wijze gescheiden
worden.
3.
Destillatie is een manier om een onzuivere stof op fysische wijze
te scheiden.
4.
Een samengestelde stof bestaat steeds uit twee of meer atomen.
5.
Hg (kwik) is een zuivere stof en ook een enkelvoudige stof.
15
ELEMENTEN
± 110 gekende elementen
16
ELEMENTEN
Grove indeling  metalen en niet-metalen
Metalen
• Geleiden warmte en elektriciteit
• Zijn pletbaar en rekbaar
• Kunnen positieve deeltjes vormen
Niet-metalen
• Geleiden warmte en elektriciteit nagenoeg niet (isoleren ze)
• Zijn bros
• Kunnen negatieve deeltjes vormen
17
ELEMENTEN
18
ELEMENTEN: OEFENINGEN
1.
Zoek de notaties van de volgende 13 elementen en bepaal of het
een metaal of een niet-metaal is (tip: zie het PSE)
Lood, zink, waterstof, koolstof, stikstof, tin, calcium, helium,
aluminium, kalium, zwavel, koper
2.
Waarvoor staan de volgende 13 symbolen? Zijn het metalen of nietmetalen? (tip: PSE)
Cd, O, Ag, Cl, Hg, Li, Ne, Ar, Na, Fe, I, Mg, F
19
OVERZICHT
1.
Zuivere stof, moleculen en atomen
2.
1. Moleculeformules
Elementen
3. Atoomtheorie
4.
Atoommassa
5.
Moleculemassa
6.
De mol
7.
Wetten van Avogadro
8.
De chemische reactie
9.
Het periodiek systeem
20
ATOOMTHEORIE
Niels Bohr
The yorkshire diamond
Volgens de atomaire structuur van diamant
atomium
Fe atomen in vast ijzer
21
ATOOMTHEORIE VAN DALTON
• “Alle materie is opgebouwd uit atomen (kleine deeltjes)”
• “Atomen zijn ondeelbaar en onafbreekbaar (noch vernietigd, noch
geschapen worden)”
• “Alle atomen van een gegeven element zijn identiek (grootte, massa,
eigenschappen). Atomen van verschillende elementen hebben een
andere massa en eigenschappen”
• “Tijdens een chemische reactie worden atomen niet gevormd,
vernietigd of omgezet in andere types atomen (atomen zijn
onveranderlijk), maar treedt er een hergroepering van atomen op”
• “Verbindingen worden gevormd door de combinatie van gehele
aantallen atomen van verschillende elementen. Dezelfde elementen
kunnen meer dan één verbinding vormen”
“Knikkermodel”
22
ATOOMTHEORIE VAN DALTON
Kritiek op atoomtheorie van Dalton
• Atomen zijn niet de kleinste deeltjes (bv. protonen, elektronen,
neutronen,…)
• Atomen zijn veranderlijk: bepaalde atomen kunnen in andere atomen
omgezet worden door radioactieve ontbinding (vb. uranium)
• Atomen zijn wel deelbaar (kernsplijting)
• Atomen blijven niet behouden: bepaalde atomen kunnen vernietigd
worden met vrijstelling van energie in kernreacties
• Atomen van eenzelfde element zijn niet altijd identiek in massa
aangezien er “isotopen” bestaan
Kernfysica en -chemie: atoomtheorie van Dalton is onbruikbaar
23
ATOOMTHEORIE VAN BOHR
H2O
Niels Bohr
24
ATOOMMODEL BOHR VERSUS
QUANTUM MECHANICA
25
CHEMISCHE REACTIE
Chemische reactie:
hergroepering van atomen om nieuwe moleculen te vormen
Voorbeeld
Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2
+

+
26
ATOOMTHEORIE : OEFENINGEN
Waar of niet waar?
1.
Atomen zijn onveranderlijk.
2.
Dalton werkte in een kerncentrale.
3.
Een chemische reactie is een hergroepering van moleculen.
4.
Atomen zijn ondeelbaar.
27
OVERZICHT
1.
Zuivere stof, moleculen en atomen
2.
1. Moleculeformules
Elementen
3.
Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8.
De chemische reactie
9.
Het periodiek systeem
28
ATOOMMASSA
Hoeveel weegt 1 atoom H?
A.
B.
C.
D.
E.
1,67 g
0,00167 g
0,00000167 g
0,00000000167 g
0,00000000000000000000000167 g
= 1,67.10-3 g
= 1,67.10-6 g
= 1,67.10-9 g
= 1,67.10-24 g
29
ATOOMMASSA
(Absolute) atoommassa m van enkele atomen
•H
•C
•N



1,67 x 10-27 kg
20,04 x 10-27 kg
23,38 x 10-27 kg
Standaard kilogram
Gebaseerd op massa van 1 liter zuiver water
 Veel te klein om mee te werken!
Relatieve atoommassa Ar
1 unit = 1,67 x 10-27 kg = 1 amu of 1 u
Niet zo vreemd als je denkt…
30
ATOOMMASSA
Formules
Relatieve atoommassa
Ar = matoom/u
Voorbeelden
• H
• C
• N



1,0079
12,011
14,0067
Absolute atoommassa
matoom = Ar . u
Voorbeelden
• H
• C
• N



1,67 x 10-27 kg
20,04 x 10-27 kg
23,38 x 10-27 kg
OF
OF
OF
1,0079 u
12,011 u
14,0067 u
31
Opzoeken Ar? in periodiek systeem der elementen
32
ATOOMMASSA
Hoeveel weegt 1 atoom H?
A.
B.
C.
D.
E.
1,67 g
0,00167 g
0,00000167 g
0,00000000167 g
0,00000000000000000000000167 g
= 1,67.10-3 g
= 1,67.10-6 g
= 1,67.10-9 g
= 1,67.10-24 g
33
ATOOMMASSA: OEFENINGEN
1.
Geef de relatieve atoommassa van volgende 10 elementen (Tip: PSE)
He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ag, Pb
Wat valt er op in relatie met het atoomnummer?
2.
Geef de absolute atoommassa van volgende 5 elementen (Tip: PSE)
He, C, N, O, Pb
3.
Hoeveel is 1,67 x 10-27 kg in g?
34
MOLECULEMASSA
(Absolute) moleculemassa m en relatieve moleculemassa Mr
Optellen van atoommassa’s naargelang aantal atomen
Basiskennis!
Voorbeeld: moleculemassa van water H2O
• Absolute atoommassa’s m
• H:
1,67.10-27 kg
• O:
26,78.10-27 kg
• Relatieve atoommassa’s Ar
• H:
1,0079
• O:
15,999
• Relatieve moleculemassa Mr
• 2 * 1,0079 + 15,999 ≈ 18
35
MOLECULEMASSA: OEFENINGEN
1.
Geef de relatieve moleculemassa van volgende 5 moleculen
1.
2.
3.
4.
5.
2.
HCl
H2
HNO3
NaCl
C8H18
(zoutzuur)
((di)waterstof)
(waterstofnitraat)
(keukenzout)
(octaan)
Geef de absolute moleculemassa van volgende 2 moleculen
1.
2.
O2
CH4
(zuurstof)
(methaan)
36
DE MOL
Aanduiding aantal deeltjes
1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes  getal van Avogadro NA
Welke deeltjes?
Blijft gelijk: atomen, moleculen, ionen, elektronen, ...
Massa van 1 mol deeltjes
Massa van 1 mol deeltjes (molaire massa M) = Ar of Mr uitgedrukt in g
Voorbeeld
1 mol water (H2O)
• 6,02 x 1023 deeltjes
• Relatieve moleculemassa Mr (H2O) = 18
• M (H2O) = 18 g/mol
37
DE MOL: OEFENINGEN
1.
Waarvoor staan de volgende 3 symbolen
1.
2.
3.
2.
Wat is de eenheid van volgende 3 grootheden:
1.
2.
3.
3.
m
Mr
Ar
Molaire massa
Relatieve deeltjesmassa
Absolute deeltjesmassa
Hoeveel gram weegt
1.
2.
3.
2 mol H2
4 mol HCl
10 mol Pb
38
WETTEN VAN AVOGADRO
1 mol is steeds 6,02 x 1023 deeltjes, van om het even welke stof
1 mol van gelijk welk gas neemt steeds eenzelfde volume in bij gelijke
temperatuur (T) en druk (p):
22,42 l
bij 0 °C en atmosferische luchtdruk (101300 Pa = 1 atm)
DUS bij 0 °C en 101300 Pa:
•
•
•
•
1 mol H2 neemt 22,42 liter in
1 mol He neemt 22,42 liter in
1 mol O2 neemt 22,42 liter in
...
39
LET OP !
Diatomaire gassen
H2, N2, O2, F2, Cl2
Edelgassen: niet diatomair
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Diatomaire stoffen die niet gasvormig zijn
Br2, I2
40
WAT HEEFT DAT MET
ARCHITECTUUR TE MAKEN?
Lagere warmtegeleidbaarheid => betere isolatie
(samen met low-E coatings of Ag laagjes)
41
WETTEN VAN AVOGADRO:
OEFENINGEN
Waar of niet waar?
1.
Bij 0 Pa en 101300 °C neemt 1 mol van om het even welk gas
exact 22,42 liter in
2.
Een luchtdruk van 101300 Pa komt overeen met 1 bar
42
OVERZICHT
1.
Zuivere stof, moleculen en atomen
2.
1. Moleculeformules
Elementen
3.
Atoomtheorie
4.
Atoommassa
5.
Moleculemassa
6.
De mol
7.
Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie
9.
Het periodiek systeem
43
CHEMISCHE REACTIE
aA + bB  cC + dD
Reactieproducten
Reagentia
Stoichiometrische coëfficiënten of
voorgetallen
Evenveel atomen links als rechts!
Coëfficiënt 1 wordt weggelaten
Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2
44
CHEMISCHE REACTIE
Richtlijnen
• Eens de moleculeformules juist zijn (correcte indices), mogen deze
niet meer veranderd worden
Voorbeeld
Mg en HCl
reageren tot
MgCl2 en H2
• Vervolgens dient enkel m.b.v. de coëfficiënten het gelijk aantal atomen
links en rechts bereikt te worden
Voorbeeld
Mg + 2 HCl  MgCl2 + H2
45
CHEMISCHE REACTIE
Hoe een chemische reactie balanceren?
1.
2.
Bepaal hoeveel atomen van iedere soort er links en rechts zijn
Zoek één atoom (of complex ion zoals SO4) dat links in slechts één
molecule staat en rechts ook in slechts één molecule staat
•
3.
Balanceer dat atoom
•
•
4.
Wacht met waterstof (H) en zuurstof (O) tot op ‘t laatste
Vermenigvuldig desnoods niet-gehele getallen (bijv. 2,5)
Breng daarna alles naar gehele getallen (vermenigvuldig bijv. ganse
reactie met 2)
Zoek het volgende atoom in onevenwicht en herhaal stap 3 voor dat
atoom
46
CHEMISCHE REACTIE: OEFENINGEN
Zoek de juiste coëfficiënten bij de volgende reacties
NaOH 
1.
HCl +
NaCl +
2.
CaO + H2O  Ca(OH)2
3.
HNO2 +
4.
Na +
5.
SO3 +
6.
HNO3 +
7.
HF +
8.
HBr +
9.
Al +
10.
P +
Ca(OH)2 
O2 
H2O
Ca(NO3)2 +
H2O
H2SO4
Ca(OH)2 
KOH 
KF +
Ca(OH)2 
O2 
Ca(NO2)2 +
Na2O
H2O 
HCl 
H2O
H2O
CaBr2 +
AlCl3 +
H2O
H2
P2O5
47
OVERZICHT
1.
Zuivere stof, moleculen en atomen
2.
1. Moleculeformules
Elementen
3.
Atoomtheorie
4.
Atoommassa
5.
Moleculemassa
6.
De mol
7.
Wetten van Avogadro
8.
De chemische reactie
9. Het periodiek systeem
48
PERIODIEK SYSTEEM
Rangschikking van de elementen
• Atomen geordend volgens toenemende atoommassa (eigenlijk
atoomnummer = aantal protonen, zie later)
• Periodisch weerkeren van eigenschappen
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Periode
Groep
49
PERIODIEK SYSTEEM
50
METALEN
51
NIET-METALEN
52
HALFMETALEN
53
PERIODIEK SYSTEEM: GROEPEN
54
PERIODIEK SYSTEEM: PERIODEN
55
ALKALIMETALEN
56
AARDALKALIMETALEN
57
HALOGENEN
58
EDELGASSEN
59
ELEMENTEN UIT HOOFDGROEPEN
60
OVERGANGSELEMENTEN
61
LANTHANIDES EN ACTINIDES
62
PERIODIEK SYSTEEM: OEFENINGEN
Waar of niet waar?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Het element Zn bevindt zich in een a-groep
Fe, Co en Ni zitten in dezelfde groep omdat ze grote horizontale
verwantschap vertonen.
Elementen in één periode bezitten bepaalde overeenkomsten in
fysische en chemische eigenschappen.
Elementen in één groep bezitten bepaalde overeenkomsten in
fysische en chemische eigenschappen.
Niet-metalen staan links in het PSE.
De groep van alkalimetalen bevindt zich naast die van
aardalkalimetalen.
Het atoomnummer van een element kan afgeleid worden uit haar
plaats in het PSE.
63
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 1: Geef de naam van de volgende elementen
1.
2.
3.
4.
5.
C
P
Ca
Ti
Si
………………………………
………………………………
………………………………
………………………………
………………………………
VRAAG 2: Geef het symbool voor de volgende elementen
1.
2.
3.
Lithium
Chloor
Magnesium
………………………………
………………………………
………………………………
64
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 3: Bepaal de molaire massa van de volgende stoffen
A.
B.
C.
Fe2O3
BF3
N2O
………………………………
………………………………
………………………………
VRAAG 4: Hoeveel mol zitten er in 1 g van de volgende stoffen?
A. CH3OH
B. NH4NO3
………………………………
………………………………
VRAAG 5: Zoek de juiste coëfficiënten bij de reacties op p. 10 in de cursustekst
65
HERHALINGSOEFENINGEN
66
HERHALINGSOEFENINGEN
67