Chemie van water

CVO KISP - OEFENLES
Chemie van water
Mevrouw Baeten
4e jaar Wetenschappen
7-12-2013
Inhoud
1.
Inleiding ........................................................................................................................................... 2
2.
Inleidende proef .............................................................................................................................. 2
3.
Bouwstenen water .......................................................................................................................... 3
4.
Polariteit .......................................................................................................................................... 4
a.
Elektronegativiteit ....................................................................................................................... 4
b.
Polaire en apolaire bindingen ..................................................................................................... 4
c.
Polaire en apolaire moleculen ..................................................................................................... 5
5.
Terugkoppeling naar de inleidende proef ....................................................................................... 7
6.
Bijlage .............................................................................................................................................. 8
7.
Bronnen ........................................................................................................................................... 9
DOELSTELLINGEN
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
De elektronegatieve waarde van een atoom kunnen geven
Het verschil in elektronegatieve waarden van een molecule kunnen geven
De geometrie van het watermolecule kunnen geven
Het dipoolkarakter (polair of apolair) van een watermolecule of een binaire stof kunnen verklaren
vanuit het verschil in EN-waarden tussen de bindingspartners en de geometrie van de molecule
De oplosbaarheid van stoffen in water experimenteel onderzoeken
Het dipoolkarakter van water experimenteel onderzoeken
De waargenomen gegevens ter discussie stellen aan de hand van verschillende criteria
Het gekregen materiaal met respect behandelen
Samen naar de juiste oplossing zoeken
1
1. Inleiding
Water is ontegensprekelijk één van de belangrijkste moleculen om leven mogelijk te maken
op aarde. Water is echter meer dan enkel een oceaan of regen, het creëert leven .
2. Inleidende proef
Aan de hand van een groepswerk gaan jullie ZELF aan de slag. Twee bekers worden gevuld
met water (H2O). Bovenop de eerste beker wordt olie gegoten. In de tweede beker wordt
citroenzuur gedaan.
Waarneming:
2
Sommige stoffen lossen blijkbaar in elkaar op en andere niet. Dit wil zeggen dat als je
stoffen bij elkaar brengt , ze in sommige gevallen een egaal en stabiel mengsel vormen. In
andere gevallen echter zullen er, als het mengsel even stil heeft gestaan, lagen of ogen
gevormd worden en is er dus geen sprake van een oplossing. Hoe komt dat?
3. Bouwstenen water
Een watermolecule bestaat uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. Deze hangen
aan elkaar vast doordat hun respectievelijke elektronen een chemische binding gaan
vormen. Een watermolecule is dus een samengestelde stof. Zuurstof (O) laat elk van beide
waterstofatomen een elektron mee gebruiken, en de waterstofatomen (H) gebruiken op hun
beurt elk ook een elektron van zuurstof (O). Zo komen er gemeenschappelijke
elektronenparen te liggen tussen zuurstof (O) en elk van de twee waterstofatomen (2xH).
Omdat de elektronegatieve waarde van zuurstof hoger is dan waterstof, zullen de
elektronen meer naar zuurstof getrokken worden.
De structuur van water:
3
4. Polariteit
a. Elektronegativiteit
De kracht waarmee atomen elektronen naar zich toe trekken noemt men in de scheikunde
elektronegativiteit. De waarde voor elektronegativiteit staat voor elk element rechts
bovenaan in de tabel van Mendeljev. Zoals hierboven vermeld voor water: de
elektronegativiteit van zuurstof is veel groter dan die van waterstof. Dit wil zeggen dat
zuurstof harder trekt en de gemeenschappelijke elektronenparen meer aan de
zuurstofkant terechtkomen.
Voorbeelden:
Het fluoratoom(e.n. = 4) trekt elektronen sterker aan dan het zuurstofatoom (e.n. = 3.5)
Het chlooratoom (e.n. = 3.0) trekt elektronen sterker aan dan het koolstofatoom (e.n. = 2.5)
Water bestaat uit zuurstof en waterstof:
e.n. van waterstofatoom = …………….
e.n. van zuurstofatoom = …………..
Het verschil in e.n. waarde = …………
b. Polaire en apolaire bindingen
Als tussen 2 atomen het verschil in e.n. waarde verschillend is van nul dan is de binding
tussen deze atomen polair. Hoe groter het verschil, hoe meer polair een binding is. Iedere
polaire molecule bevat een dipool (
Omdat elektronen altijd negatief geladen zijn, krijgt de zuurstofkant van de watermolecule
hierdoor een negatieve lading. De andere kant van de molecule, de waterstofkant, krijgt
bijgevolg een positieve lading. De moleculen van water hebben dus een positieve en een
negatieve pool, daarom zijn de bindingen polair.
4
Oefening 1: Geef via het verschil in e.n. waarde aan of de volgende bindingen polair of apolair zijn.
HCL:
O2:
water:
ammoniak:
c. Polaire en apolaire moleculen
Als je naar dit tweede model van de watermolecule kijkt, waar de bindingen getekend zijn, zie je dat
de atomen niet precies om één lijn liggen. Het is precies door deze geknikte (asymmetrische) vorm
dat er een duidelijk positieve en negatieve kant in een molecule kan ontstaan.
Als een molecule NIET SYMMETRISCH is opgebouwd dan is de molecule POLAIR
Als een molecule VOLLEDIG SYMMETRISCH is opgebouwd dan is de molecule APOLAIR
 Dit houdt dus in dat een molecule met polaire bindingen APOLAIR kan zijn en omgekeerd!!!
 De moleculen van polaire stoffen kenmerken zich door twee eigenschappen:
o Groot verschil in elektronegatieve waarde tussen de atomen
o De moleculen hebben een asymmetrische bouw
5
Oefening 2: Onderzoek of de moleculen polair of apolair zijn.
HCL:
O2:
water:
ammoniak:
Uitbreiding: http://www.schooltv.nl/beeldbank/clippopup/20031208_19_03amonia
6
5. Terugkoppeling naar de inleidende proef
We zagen in de inleidende proef dat olie niet oplost in water. Echter citroenzuur zal wel
oplossen in water.
Oefening: Probeer aan de hand van de polariteit te achterhalen wat water gemeen heeft
met citroenzuur of olie.
De lewisstructuren van citroenzuur en olie zijn gegeven.
Citroenzuur:
Een voorbeeld van een olie:
Verklaring voor oplosbaarheid:
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Er geldt dus dat POLAIRE MOLECULEN zullen oplossen in POLAIRE MOLECULEN. Omgekeerd
zal ook gelden dat APOLAIRE MOLECULEN zullen oplossen in APOLAIRE MOLECULEN. Dit
heet het Like Likes Like principe.
7
6. Bijlage
TABEL VAN MENDELJEV
8
7. Bronnen
*VVKSO, leerplannen, geraadpleegd op 17/10/2013, www.Vvkso.be
*Cursus Dca, CVO Kisp Gent, 2013-2014
*Onderwijs Vlaanderen, VOETen 2010, geraadpleegd op 17/10/2013:
http://www.ond.vlaanderen.be/curriculum/publicaties/voet/voet2010.htm
*Schooltv, Amoniakfontein, geraadpleegd op 25/11/2013, www.schooltv.nl/beeldbank/clip
*centrum voor taal en onderwijs, polaire en apolaire stoffen, geraadpleegd op 25/11/2013,
http://cteno.be/downloads/secundair_onderwijs_bronnenboek_polaire_en_apolaire_stoffen.pdf
*Chemical Principles, Steven Zumdahl, Hisbourgh, 6th edition
th
*Molecular Cell Biology, W.H. Freeman and Company, 2008, 6 edition
*Begeleid zelfstandig leren, de chemie van water, geraadpleegd op 25/11/2013,
http://www.begeleidzelfstandigleren.com/chemie/
9