Basiscursus chemie

Basiscursus chemie
L. Standaert
2006-2007
Deze cursus werd samengesteld door L. Standaert,
Schooljaar 2006-2007, Heilig Graf
Een digitale kopie van deze cursus vind je op http://standaert.classy.be
Voor –ernstige- problemen of vragen over de leerstof kan je me contacteren op
[email protected]
Reken op 24 uur voor een antwoord, dus best niet wachten tot de avond voor het
examen!
Bronvermelding:
Bij het samenstellen van deze cursus werd in meer of mindere mate gebruik
gemaakt van
Chemie plus 3, Pelckmans uitgeverij
Cursusmateriaal V. Verhaegen
Chemie eenheid 3b, standaard uitgeverij
Andere bronnen worden bij de gebruikte illustratie geplaatst.
2
1-de chemische elementen.....................................................................................5
1a atomen ...........................................................................................................5
1b chemische stoffen ..........................................................................................6
1c Symbolen en formules....................................................................................7
2 Chemische reacties .............................................................................................9
2a het verschil tussen een mengsel en een chemische verbinding ....................9
2b mengsels en zuivere stoffen.........................................................................10
Vragen...............................................................................................................10
Oefeningen........................................................................................................11
2c chemische reacties.......................................................................................12
2d reactievergelijkingen ....................................................................................12
Oefeningen........................................................................................................14
3 Atoommodel.......................................................................................................15
3a Wat is een“model” ? .....................................................................................15
3b Het atoommodel van Thomson ....................................................................16
3c Het atoommodel van Rutherford ..................................................................18
Atoommassa .....................................................................................................20
Vragen...............................................................................................................21
3d Atoommodel van Bohr..................................................................................22
4 Het periodiek systeem der elementen ...............................................................24
4a Groepen .......................................................................................................25
Bijlage : eigenschappen en toepassingen van metalen en niet-metalen ..........27
4b Periodes .......................................................................................................29
Vragen...............................................................................................................29
5 Chemische verbindingen ...................................................................................30
5.1 Edelgasconfiguratie: basisregel van chemische bindingen ............................30
5.2 Ionen...............................................................................................................30
5.2 Ionbinding .......................................................................................................31
5.3 Covalente binding ...........................................................................................31
5.4 Metaalbinding .................................................................................................31
Oefeningen ...........................................................................................................32
5.4b De metaalbinding..........................................................................................35
5.5 Elektriciteit ......................................................................................................36
6 Mol- en molmassa .............................................................................................37
6.1 Molmassa .......................................................................................................37
6.2 Mol ..................................................................................................................38
6.3 Oefeningen .....................................................................................................39
Wet van massabehoud .........................................................................................41
Wat kan je nu? ......................................................................................................42
Extra oef ...............................................................................................................42
7 Onderzoeken en herkennen van stoffen............................................................43
7.1 Eigenschappen van stoffen.............................................................................43
7.2 Mengsels scheiden .........................................................................................44
7.3 Soorten mengsels ...........................................................................................45
8 Soorten stoffen: anorganische verbindingsklassen ...........................................46
.1 Zuren ................................................................................................................46
8.1.1 Definitie ....................................................................................................46
8.1.2 Indeling.....................................................................................................47
Oefeningen ...........................................................................................................47
Enkele zuren en hun eigenschappen ...............................................................48
8.2 Basen..............................................................................................................49
Definitie .............................................................................................................49
Bijlage: enkele basen en hun toepassingen......................................................49
8.3 Zuren + Basen = ? .........................................................................................50
8.4 pH-waarde ......................................................................................................51
3
Indicatoren ............................................................................................................51
8.2 Zouten.............................................................................................................53
Definitie .............................................................................................................53
Hydraten............................................................................................................53
Polaire molecules & kristallen ...........................................................................53
Enkele voorbeelden van zouten............................................................................54
8.3 Oxiden ............................................................................................................55
8.3.1 Metaaloxiden ...............................................................................................55
8.3.2 Niet-metaaloxiden ........................................................................................55
Vragen bij de tekst ............................................................................................56
Vragen bij de tekst: ...........................................................................................57
Oefeningen ...........................................................................................................58
Wat moet je kennen/kunnen? ...............................................................................59
4
1-de chemische elementen
1a atomen
Er bestaan miljoenen en miljoen kleuren. Die zijn allemaal gemaakt uit combinaties
van 3 basiskleuren.
Op dezelfde manier zijn er miljoenen en miljoenen stoffen. Deze zijn allemaal gemaakt
uit een beperkt aantal soorten atomen.
In de natuur komen 92 verschillende atomen voor. Deze verschillende atomen
noemen we de verschillende chemische elementen. Met deze 92 kan je (bijna) alle
stoffen die we kennen aanmaken.
Eén (1) deeltje van een chemisch element noemen we een atoom.
Dit woord komt van het Griekse “atomos” wat ondeelbaar betekent.
terzijde:
Plutonium is het chemisch
element waarmee je
atoombommen kan
bouwen. Dit element komt
op aarde in de natuur niet
voor, het is door de mens
gemaakt om de 2e
atoombom mee te
vervaardigen. Het is het 94e
element.
De diameter van een atoom is gemiddeld ongeveer 0.3 nm.
1nm = 1 nanometer= 1 miljoenste van een millimeter.
In 1 gram keukenzout zitten ongeveer 2.10²² atomen.
5
1b chemische stoffen
De miljoenen en miljoenen stoffen worden gevormd door verschillende combinaties van
chemische elementen.
Eén deeltje van een chemische stof noemen we een molecule.
Wanneer je een brok keukenzout hebt, kan je dat in 2 breken, en nog eens in 2 en nog
eens…
En eens het kleiner is dan je kan zien, kleiner dan je met een microscoop kan zien, dan
kan je het in theorie nog steeds breken.
Chemici gebruiken
modellen om te bestuderen
hoe een molecule eruit ziet,
met verschillend gekleurde
bollen voor verschillende
atoomsoorten
Je kan dat evenwel niet tot in het oneindige doen. Op
een gegeven moment heb je één deeltje zout. Je kan
dat nog breken in aparte atomen, maar dan is het geen
keukenzout meer. Dat kleinste deel noemen we een
molecule.
Deze molecule kan bestaan uit één of meerdere soorten
atomen.
Moleculen kunnen heel eenvoudig zijn, of heel groot en complex
Model van een watermolecule
Model van een DNA-molecule
6
1c Symbolen en formules
De 92 elementen hebben allemaal een naam. Maar om atomen en moleculen korter te
kunnen noteren, worden symbolen gebruikt.
Opdracht:: Zoek de naam en het bijhorende symbool van de eerste 20 elementen
Naam
Symbool
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Maak een lijst van de symbolen en nemen van de elementen met de volgende
atoomnummers en studeer deze eveneens in:
Z=24,26,28,29,30,35,36,47,50,53,54,56,78,79,80,82,86,92,94
7
8
2 Chemische reacties
2a het verschil tussen een mengsel en een chemische verbinding
Proef 1:
Los 20 gram zout op in een maatbeker met
100 cl water.
Roer tot alles opgelost is.
Blijf daarna zout toevoegen.
Op een bepaald moment kan je geen zout
meer oplossen. Wanneer je meer zout
oplost, dan zinkt het naar de bodem.
Wel kan je het water verwarmen. In warm
water kan je meer zout oplossen dan in
koud water.
Je kan ook al het water laten verdampen.
Wat je dan krijgt is een beker met zout. De
aard van de stoffen is niet verandert; de
zoutmolecules zijn nog steeds
zoutmolecules en water is nog steeds
water (het is gasvormig, waterdamp,
geworden)
Het proces waarbij een vaste stof
gezuiverd wordt uit een mengsel, door
de vloeistof te verdampen heet
kristallisatie.
Dit is ook hoe zout gewonnen wordt uit
zeewater. In de natuur gebeurt dit in
warme streken, vb Guatemala, waar
laaggelegen vlaktes regelmatig
onderlopen. Het resultaat zijn enorme
spiegelgladde zoutvlaktes.
Omdat die zo effen als een biljartlaken
zijn, worden die vlaktes dikwijls
gebruikt om snelheidsrecords te
vestigen.
Water met zout is een mengsel.
Een mengsel waarin we een stof (vast,
vloeibaar of gasvormig) oplossen in een
vloeistof, noemen we een oplossing.
(foto’s DieselMAX, snelste dieselvoertuig ter
wereld)
Proef 2:
Voeg 20 cl HCl toe aan een maatbeker met 100 cl water.
Dit is een simulatie van zure regen.
(een zuur is categorie van stoffen, zoals metalen. Er zijn verschillende zuren en HCl is er
een voorbeeld van)
Laat enkele spijkers voorzichtig in de oplossing vallen.
Warm de oplossing op met een bunsenbrander, dan gaat de reactie wat sneller.
Na een tijdje merk je dat de spijkers roesten.
Er vindt een chemische reactie plaats.
Hierbij is een nieuwe stof, en dus een nieuwe molecule, ontstaan: roest.
We zeggen dat het ijzer reageert met de zuurstof die in het water zit. Het resultaat van
9
een reactie noemen we het reactieproduct.
In de zoutoplossing is er niks veranderd aan de bestanddelen. De molecules NaCl en H2O
blijven bij een mengsel naast elkaar bestaan.
Bij de spijkers is de aard van de stof wel veranderd. Fe reageert met O2, zuurstofgas, dat
opgelost is in water en vormt Fe2O3, roest.
Dit wordt uitgeschreven in een reactievergelijking:
4 Fe + 6 O2 --> 2 Fe2O3
Hier gaan we straks verder op in.
2b mengsels en zuivere stoffen
Elk apart noemen we NaCl en H2O zuivere stoffen. Omdat ze bestaan uit verschillende
soorten atomen noemen we dit samengestelde zuivere stoffen
vb: H2O, HNO3
Een stof die bestaat uit één soort atomen noemen we een enkelvoudige zuivere stof.
vb 02, O3, H2, Fe
In een zuivere stof komen maar één soort moleculen voor.
Vragen
-Zeg van volgende stoffen of het gaat om een samengestelde of een enkelvoudige zuivere
stof:
Na2S
Na2CO3
N2
Fe2O3
He
-Hoeveel soorten moleculen komen er voor in zuiver water?
-In het zout water uit de vorige proef komen 2 soorten moleculen voor en 4 soorten
atomen. Welke?
Is er een verschil tussen O3 en O2? Zo ja, welk?
10
Oefeningen
11
2c chemische reacties
De vorming van een nieuwe stof uit 2 stoffen noemen we een chemische reactie.
In sommige gevallen gebeurt zo’n reactie vanzelf als je 2 stoffen samenvoegt.
In andere gevallen moet je die 2 een beetje aanmoedigen. (een kaars ontbrandt niet
vanzelf, maar eens je ze aansteekt gaat de reactie wel vanzelf verder)
In nog andere gevallen moet je er energie instoppen voor er een reactie plaatsvindt (vb
een ei koken)
Waarom sommige stoffen wel en andere niet met
elkaar reageren, bespreken we hier niet. Een stof
die makkelijk reageert noemen we reactief. Een
stof die niet wil reageren noemen we inert.
De atmosfeer bevat ongeveer
21 % zuurstofgas (O2).
Zuurstofgas is zo reactief dat
het enkel in de atmosfeer kan
voorkomen omdat het constant
aangemaakt wordt door planten.
In een atmosfeer van 100%
zuurstof brandt ijzer. Zuivere
zuurstof is dan ook erg
gevaarlijk.
Een filmpje van brandend ijzer
vind je op:
proefje: Magnesium is een metaal
dat makkelijk ontbrandt. Het geeft
een felle vlam.
Het reactieproduct is een bleke as,
magnesiumoxide: MgO
Verbranden van een stof is steeds een chemische
reactie met zuurstofgas.
http://www.angelo.edu/faculty/kbou
drea/demos/burning_iron/burning_ir
on.htm
2d reactievergelijkingen
Een chemische reactie wordt uitgeschreven in symbolen, dit noemen we een
reactievergelijking.
Voor de verbranding van magnesium kunnen we schrijven:
2Mg + O2 ￫ 2MgO
12
Waarom het reactieproduct MgO is, en niet bv Mg203 of MgO2, zien we verder in de
cursus.
Een reactievergelijking volgt evenwel steeds een paar basisregels:
1-er verdwijnen geen atomen, er komen er ook geen bij.
2-atomen kunnen niet veranderen in andere soorten
atomen
Voor
Je moet na de reactie dus evenveel van elke soort
atomen hebben dan ervoor. Het enige wat je mag doen
is nieuwe combinaties maken.
2x Mg
2x Mg
2x O
2x O
De 2 bij O2 noemen we de index. Deze
geeft weer hoeveel atomen er in één
molecule zuurstofgas zitten.
2Mg + O2
Na
￫
2MgO
De 2 bij 2MgO noemen we de coëfficiënt.
Deze geeft weer hoeveel moleculen MgO
er gevormd worden in verhouding tot de
andere moleculen in de reactievergelijking
Een chemische reactie volgt steeds in vaste verhoudingen. Bij verbranding van
magnesium worden steeds 2 deeltjes Mg per deeltje O2 verbruikt. Hierbij worden steeds 2
deeltjes MgO gevormd.
De coëffienten in een reactievergelijking geven deze verhoudingen weer. Het zijn steeds
de eenvoudigst mogelijke verhoudingen. Je mag dus niet schrijven:
4Mg + 2O2 ￫ 4MgO
Met volgende reactievergelijking is iets mis, kan je ze verbeteren?
Ag + HCl →
AgCl + H2
13
Oefeningen
2.1 Hoeveel atomen van elke atoomsoort in deze moleculen?
2 O2
8 Cr2O7
3 N2O5
7 NaHCO3
6 Na2CO3
2.2 Oefeningen: breng de coëfficiënten in orde
(blijf van de indices af !):
HCl
+
Zn
→
ZnCl2
SO2
+
H2O
→
H2SO3
N2O5
+
H2O
→
HNO3
CO2
+
Na OH →
Na2CO3 +
H2O
Sn
+
H Cl
→
Sn Cl4 +
H2
Na2SO4 +
H3PO4
Na3PO4
+ H2SO4 →
+
H2
14
3 Atoommodel
3a Wat is een“model” ?
Voorbeelden van modellen:
maquette van een gebouw
het deeltjesmodel
Computermodel van een gebouw
voorstelling van het zonnestelsel
schaalmodel van een motor
Atoommodel van Rutherford
Is een model een volledige, perfecte voorstelling van de werkelijkheid?
Wat is het dan wel?
15
Waar is een model goed voor? Waarvoor kan je het gebruiken?
3b Het atoommodel van Thomson
Tot het eind van de 19e eeuw ging men ervan uit dat het atoom een ondeelbaar bolletje
was.
Men had het periodiek systeem van de elementen opgesteld, en met de verschillende
soorten atomen kon men het ontstaan van nieuwe stoffen verklaren.
Tot men elektrische lading ontdekte.
Men wist in 1895 nog niet veel over
elektriciteit, maar men had ontdekt dat er 2
soorten ladingen waren: positieve en
negatieve, zoals de + en – van een batterij.
Dit kon men niet verklaren met hun huidige
model van atomen.
In een zuivere stof zit immers maar één
soort moleculen, maar blijkbaar dus 2
verschillende soorten elektrische lading.
Wanneer je een plastic staaf opwrijft
met een doek dan wordt die statisch
geladen.
Proef:
Wrijf een plastic staaf op met een nylonkous. Deze wordt elektrostatisch geladen. Plaats
deze op een ronddraaiende sokkel.
Wrijf een glazen staaf op met een kattevel en houd deze naast de eerste staaf. Beide
staven trekken elkaar aan.
Wrijf een 2e plastic staaf op en houd deze naast de eerste staaf. Wat merk ,je?
16
Thomson stelde zich in 1895 een atoommodel
voor waarbij hij het atoom voorstelde als een
bolvormige pudding met krenten over die bol
gestrooid. Hij veronderstelde dat de pudding zelf
positief geladen was en de krenten negatief
geladen. Deze krenten werden later elektronen
genoemd.
Over het geheel was het atoom dan
normaalgezien neutraal geladen, maar door
wrijven kon een atoom enkele elektronen
verliezen, of er konden er enkele meer aan de
positief geladen bol blijven kleven.
Puddingmodel van Thomson ,
met negatieve elektronen in
een positieve massa (1895)
FUNDAMENTELE KRACHTEN
In de natuur kende men al één fundamentele kracht: zwaartekracht. Voorwerpen
met massa (jij en de aarde) trekken elkaar aan.
Elektrische aantrekking en afstoting werd veroorzaakt door elektrische lading en
was een andere kracht, onafhankelijk van de massa van een voorwerp.
We noemen het de elektromagnetische kracht. Gelijke ladingen stoten elkaar af,
ongelijke trekken elkaar aan. Deze kracht is de grondslag van:
- elektriciteit
- magnetische aantrekkingskracht
-statische elektriciteit
-alle chemische reacties en de vorming van moleculen
-het feit dat je niet door muren kan lopen (zie verder)
17
3c Het atoommodel van Rutherford
Dit model werd in 1911 verbeterd door Rutherford, die stelde dat bijna alle massa, en de
positieve lading van een atoom zich in een massieve kern bevond met de elektronen
eromheen zoals planeten rond de zon.
In die kern bevinden zich 2 verschillende soorten deeltjes: protonen die positief geladen
waren en neutronen, die neutraal geladen zijn.
Figuur 1: atoommodel
http://www.yourdictionary.com/images/ahd/jpg/A4atom.jpg
Protonen: hebben een bepaalde massa
en een positieve lading,
Symbool: p+
Neutronen: hebben bijna net dezelfde
massa als een proton, maar geen
elektrische lading
Symbool: n
Elektronen: hebben een heel kleine
massa, ongeveer 1/2000 van die van een
proton, en een negatieve lading
symbool: e-
18
De vorige tekeningen zijn niet op schaal getekend.
Dat zou ook niet goed lukken, de kern van een atoom is 100’000 keer kleiner dan het
volledige atoom.
Als je de kern van een atoom op schaal zou voorstellen ter grootte van een erwt, dan
vlogen de elektronen er omheen in banen met een diameter van 300 meter.
Stel je een voetbalstadium voor als één atoom, dan is de kern een bolletje van 1mm
diameter op de middenstip. Maar 99,99% van de massa van het stadium zit
geconcentreerd in die middenstip.
Wij, en alle materie op aarde zijn even leeg als de ruimte !
De enige reden waarom we niet los door elkaar of door muren kunnen lopen is
omdat jouw elektronen die van mij afstoten.
Neutronensterren
Bij een grote ster (met een diameter
van 200’000km of meer) kan de
zwaartekracht zo groot worden dat de
atomen in de ster kapotgedrukt
worden.
De ster stort dan in en enkel de
neutronen blijven over, die dicht
opeengepakt zitten. Het resultaat is
een neutronenster, met een diameter
van ongeveer 10 km.
Alle materie op aarde bestaat uit atomen en
is dus ‘hol’.
In de ruimte bestaan er echter
neutronensterren.
Eén koffielepel materie van een
neutronenster heeft een massa van
200’000’000 ton!
19
. Dit is waarom radioactieve straling los
door ons heen kan gaan; voor een klein
stralingsdeeltje is normale materie zoiets
als ons zonnestelsel. Of op zijn best
zoiets als een asteroïdenveld; sommige
stralingdeeltjes botsen op een
atoomkern en kaatsen terug, maar de
meeste vliegen er gewoon doorheen.
Experiment van Rutherford met alfastraling
Indien atomen op puddingbollen leken,
dan zouden stralingsdeeltjes los door elke
materie moeten schieten zoals een kogel
door een blok gelatine.
Dat is hoe Rutherford in 1911 ontdekte
dat een atoom niet zoals een volle bol
pudding kon zijn. Hij merkte dat
stralingsdeeltjes door goudfolie
passeerden, maar enkelen net heel hard
terugkaatsten.
Atoommassa
Dit atoommodel klopte met wat men wist over de massa en de aard van de verschillende
atomen.
-het aantal protonen bepaalt de aard van het atoom. Een atoom met één proton is H, een
atoom met 2 protonen is He,…
-het aantal neutronen in een kern is ongeveer gelijk aan het aantal protonen. Maar die
regel klopt niet voor elk element. Zwaardere elementen hebben er in verhouding meer. Zo
heeft lood 82 protonen en 125 neutronen. Waterstof heeft één proton en geen neutron.
-de relatieve atoommassa van een atoom wordt bepaald door de som van de protonen en
neutronen van het element. De relatieve massa van een proton of een neutron is
ongeveer 1.
20
(De reden waarom dit niet precies één is, heeft te maken met kernfysica en Einstein en
zien we niet in deze cursus.)
Vragen
Zoek op in de tabel.
(het aantal neutronen kan je er soms niet precies weten. Dan moet je afronden)
Aantal p+
Aantal n ?
Aantal e-
Helium
12
Aluminium
20
Koper
Platina
82
Uranium
-De aarde heeft een straal van ongeveer 6350 km. Als je een atoom zou uitvergroten tot
de grootte van de aarde, hoe groot zou de kern dan zijn?
Maak hiervan een tekening:
21
3d Atoommodel van Bohr
Bohr was één van de wetenschappers die (later in zijn leven) aan de atoombom werkte.
Hij ontdekte in 1914 dat elektronen toch niet helemaal zoals planeten rond de zon waren.
Een planeet kan een klein beetje dichter of verder bij de zon komen, bv door een botsing
met een asteroïde. Elektronen konden dit blijkbaar niet, merkte Bohr.
Ze kunnen enkel in welbepaalde banen voorkomen, en nergens tussenin.
Deze banen werden schillen genoemd en kregen opeenvolgende letters:
K voor de eerste, binnenste schil, L voor de tweede…
Op elke schil pasten bovendien maar een bepaald aantal elektronen, namelijk 2n²
elektronen waarbij n het nummer van de schil is
Max. aantal elektronen op elke schil is dan:
Max aantal eK
L
M
N
O
22
Dit is niet het laatste of het meest nauwkeurige
model.
Dit model is echter voor ons nauwkeurig genoeg
om te onderzoeken hoe chemische reacties
gebeuren.
De elektronen op de buitenste schil worden
valentie-elektronen genoemd en bepalen hoe dit
element zal reageren met andere elementen.
Valentie-elektronen
Enkel deze –buitenste- elektronen
kunnen loskomen van het atoom.
Het zijn dan ook enkele van deze
elektronen die losgewreven worden
bij proefjes met elektrostatica.
De verdeling van elektronen bij elk element vind
je terug in het periodiek systeem van de
elementen (de tabel):
Hoeveel valentie-elektronen heeft:
Lithium
Beryllium Boor
Koolstof
Stikstof
Zuurstof
Fluor
aantal
Natrium
Magnesium
Silicium
Zwavel
Chloor
Argon,
aantal
23
4 Het periodiek systeem der elementen
Mendeljev, een russisch scheikundige, kon in
1866
als eerste een systeem ontdekken in de
volgorde van de verschillende elementen.
De tabel met de elementen wordt dan ook de
tabel van Mendeljev genoemd.
Mendeljev
(8 februari 1834 – 2 februari
1907)
Men kende nog niet alle elementen, dus zijn
tabel had lege plekken.
Andere wetenschappers werden overtuigd van
de waarde van zijn tabel toen bleek dat nieuw
ontdekte elementen netjes pasten in zijn tabel,
op plaatsen waar hij voorspelde dat er nog
een element ontbrak.
De tabel geeft een 3-voudige ordening:
1- de elementen staan geordend volgens atoomnummer Z
2- Elke horizontale rij wordt een periode genoemd. Alle elementen op één rij
hebben eenzelfde aantal schillen
3-Elke verticale kolom wordt een groep genoemd. Alle elementen in één groep
hebben éénzelfde aantal valentie-elektronen. Hierdoor vertonen ze een
gelijkaardig gedrag bij chemische reacties.
24
4a Groepen
De namen van de
groepen heb je niet
nodig om chemische
verbindingen te
begrijpen. Daarom
moet je ze niet –
allemaal- kennen.
De verschillende hoofdgroepen
hebben elk een naam:
Metalen zijn niet inert. Bijna alle
metalen roesten, ze reageren met
het zuurstofgas in de lucht.
Ia: alkalimetalen
IIa: aardalkalimetalen
IIIa aardmetalen
IVa: koolstofgroep
Va: stikstofgroep
VIa: zuurstofgroep
VIIa: halogenen
0: edelgassen.
In de natuur komen ze meestal voor
in de vorm van erts. Ijzererts moet
gezuiverd worden voor je bruikbaar
ijzer krijgt.
Uitzonderingen zijn edelmetalen
zoals platina en gouod, die weinig
reactief zijn en in de natuur in zuivere
vorm voorkomen.
Het is wel belangrijk
om te weten waar
edelgassen op de
tabel staan en welke
elementen metalen
zijn en welke nietmetalen.
Het onderscheid
tussen de
verschillende soorten
metalen begrijpen, is
ook belangrijk.
De Ia- en IIa- metalen zijn erg
reactieve metalen. Hoe hoger op de
tabel hoe heviger ze reageren.
De groepen met een b na het romeinse
cijfer noemen we nevengroepen.
De metalen in de b-groepen noemen
we overgangsmetalen. De meeste
stoffen die we in het dagelijks leven
metalen noemen en gebruiken om
dingen te bouwen, horen hierin thuis.
Vb Ijzer, Koper…
Zoals de naam aangeeft zijn de eerste 3 groepen metalen
De uitzondering is boor, wat een niet-metaal is, en waterstof wat helemaal nergens
bij hoort.
De onderverdeling tussen metalen en niet-metalen is een schuine lijn op de tabel,
zoals hierboven aangegeven. Al, Ge, Sb, Po zijn nog metalen. Elementen links
ervan zijn niet-metalen, behalve de rechtse kolom: edelgassen.
Niet-metalen zijn als enkelvoudige stof minder reactief dan de metalen. Zo kan N2
(stikstofgas) beschouwd worden als een inert gas
Edelgassen zijn inert.
25
26
Bijlage : eigenschappen en toepassingen van metalen en nietmetalen
Edelgassen
27
Niet-metalen
28
4b Periodes
De periodes hebben geen namen, enkel nummers die je links op de tabel terug
vindt.
Niet alle periodes bevatten evenveel elementen; vanaf periode 4 zitten er een aantal
elementen geschoven tussen groep IIa en IIIa.
In periode 6 verspringt de tabel plots van 57 naar 72. 58 tot 71 moeten daar
eigenlijk tussen, maar staan onderaan de tabel omdat die anders onoverzichtelijk
wordt. 58 tot 71 behoren dus ook tot periode 6, ze hebben immers 6
elektronenschillen.
Vragen
Welk onderscheid kan je maken tussen de verschillende metalen?
Rangschik volgende stoffen bij de metalen, niet-metalen of edelgassen:
N
Mn
Fe
Ra
Ar
Rn
Ca
F
Ne
Zijn de elementen op de onderste 2 rijen van de tabel metalen of niet-metalen?
Waar op de tabel vind je edelgassen?
29
5 Chemische verbindingen
5.1 Edelgasconfiguratie: basisregel van chemische
bindingen
Edelgassen zijn inert. Ze bestaan op zichzelf en gaan geen reacties aan met
andere elementen. 8 elektronen vormen een stabiel geheel.
8 elektronen op de buitenste schil noemen we de edelgasconfiguratie.
Wanneer er een 9e
bijkomt, begint het
element liever een
volgende schil te
vullen.
(zie de
elektronenconfiguratie
van K )
Er zijn bij de metalen
een aantal ‘rare’
gevallen. Zo kan Ijzer
bv zowel een 2waardig als een 3waardig ion vormen.
Wat je moet kunnen
is de logica met de
eenvoudige regels
kunnen toepassen.
De rare gevallen zien
we later, onthoud
alleen dat er je nog
verbindingen zult
tegenkomen
waarvoor de
basisregels niet lijken
te kloppen.
Andere atomen zijn niet stabiel en willen die edelgasconfiguratie proberen
bereiken.
En ook:
Op de buitenste schil van een atoom bevinden zich nooit meer dan 8
elektronen.
5.2 Ionen
Metalen zullen hun valentie-elektronen proberen kwijt te spelen. Om dit te doen
moeten ze energie kunnen opnemen uit hun omgeving.
Wanneer ze hun valentie-elektronen verliezen, vormen metalen positieve ionen
Vb Mg-atoom wordt een Mg2+-ion.
Dit ion heeft een tweewaardig positieve lading. Het heeft 2p+ meer dan het e- heeft.
Niet-metalen doen het omgekeerde, en zullen elektronen proberen opnemen om de
edelgasconfiguratie te bereiken.
Ze vormen negatief geladen ionen.
Vb F-atoom wordt F—ion
N-atoom wordt N3--ion
30
5.2 Ionbinding
Een binding tussen een metaal en een
niet-metaal noemen we een ionbinding.
Het metaal staat zijn valentie-elektronen
af aan het niet-metaal zodanig dat beide 8
elektronen op de buitenste schil
verkrijgen.
De ionen worden hierbij aan elkaar
gebonden door hun onderlinge elektrische
aantrekkingskracht
5.3 Covalente binding
Naamgeving
Regel:
Naam metaal + (Latijnse naam
niet-metaal) + ide
N: nitride
O: oxide
S: sulfide
F: fluoride
Cl: choride
Br: bromide
I: Jodide
Vb NaCl is natriumchloride
Opgelet!
Verbindingen met
waterstof zijn
covalente
bindingen
(herinner je dat
waterstof een
geval apart is)
Een binding tussen een niet-metaal en
een niet-metaal noemen we een
covalente binding.
De 2 niet-metalen delen elektronen om
paren te vormen. De gemeenschappelijke
elektronen tellen bij elk van beide atomen
Mee om 8 elektronen te bereiken op hun
buitenste schil.
Vòòr elke naam van een element
hoort dan een voorvoegsel dat de
index weergeeft
1: mono
2: di
3:tri
4:tetra
5:penta
6 hexa
7:septa
8: octo
5.4 Metaalbinding
vb N2O3 is distikstoftrioxide
is een binding tussen metalen. Dit zien we
verder.
Noot:
-het voorvoegsel ‘mono’ wordt bijna
altijd weggelaten
-Bij ionbindingen worden deze
voorvoegsels in chemiehandboeken
niet gebruikt. Je zal dus kaliumoxide
terugvinden als benaming voor K2O
31
Oefeningen
1-Welk soort binding treffen we aan tussen :
Aluminium en chloor
Stikstof en zuurstof
Ijzer en zuurstof
Calcium en fluor
Koolstof en waterstof
2-Welke ionen vormen volgende elementen? Noteer deze correct.
Al
F
K
Mg
O
I
3-Welk element zal de edelgasconfiguratie van neon bereiken bij het vormen
van ionen met lading -2?
4-Een deeltje met 10 e-, 13 n en 12 p+ is een
Positief ion
Negatief ion
Edelgas
Motiveer kort je antwoord.
32
5- Teken hoe de binding verloopt tussen volgende elementen.
Noteer de lewisformule van de resulterende stof, de chemische formule en
geef de naam.
Zeg ook welk soort binding dit is
- calcium en zuurstof
Zuurstof bindt niet
op zichzelf, dus je
moet het
koolstofatoom in
het midden
plaatsen
-koolstof en zuurstof
- natrium en zuurstof
-Broom (en broom)
- aluminium en jodium
-aluminium en zuurstof
-waterstof en fluor
-waterstof en zuurstof
-barium en broom
33
6- Volgende stoffen reageren met elkaar.
Vul het ontbrekende reactieproduct aan en breng de coëfficiënten in orde.
•
HCl
•
Ca (OH)2
•
Ag
•
+
Zn
→
+
H2
+
HCl
→
+
H2O
+
H Cl
→
Mg
+
HCl
Sn
+
H Cl
→
→
+
H2
+
H2
+
H2
7 Bij volgende ionbindingen is de naamgeving zonder voorvoegsels
gebruikt. Geef de formule van deze stof.
Magnesiumbromide
lithiumoxide
kaliumjodide
7-Moeilijk: zoek de Lewisformule voor
N2O3
CH4
34
5.4b De metaalbinding
Metalen vormen positieve ionen; ze willen hun valentie-elektronen kwijt. Toch zijn
de belangrijkste bouwmaterialen metalen: ijzer, koper, titanium...
Metalen kunnen ook onderling een binding aangaan. Hierbij stoten de
metaalatomen hun valentie-elektronen af en vormen een kristalrooster.
Een kristalrooster
betekent dat alle
metaalionen netjes
geordend in de stof
zitten.
De ionen stoten elkaar af. Hierdoor liggen die in bv een stuk ijzer allemaal netjes
even ver uit elkaar.
Omdat ze zo netjes even ver van elkaar liggen, vormen ze een patroon, ,zoals
soldaten die in het gelid staan. Dit patroon noemen we een kristalrooster.
De valentie-elektronen worden vrije elektronen. Geen enkel ion wil die elektronen
opnemen. Ze kunnen niet uit het stuk ijzer ontsnappen, maar kunnen wel vrij tussen
de verschillende ionen bewegen.
Opgelet:
In een stuk metaal
kunnen enkel de
elektronen zich
verplaatsen. De
positieve ionen
zitten vast op hun
plaats. Ionen en
moleculen kunnen
enkel vrij bewegen
in een gas of een
vloeistof
In een vaste stof
trillendie ter
plaatse.
De vrije elektronen zijn zoals een smeervloeistof die de metaalionen samenhouden.
Het Atomium
Het atomium stelt een stukje van een
kristalrooster van ijzer voor. Elke bol
beeldt hierbij een Fe-ion uit. Het
atomium moet dus eigenlijk het
Ionium heten.
(Weetje: het oorspronkelijke ontwerp
steunde enkel op de onderste bol en
had de 3 zijsteunen niet, maar dit
ontwerp was te radicaal om te
kunnen bouwen.)
35
5.5 Elektriciteit
Elektriciteit is het verplaatsen van elektrische lading.
Daarom spreken
we ook van
elektrische stroom,
zoals water in een
rivier stroomt.
Proefje:
We testen bij enkele materialen of ze elektriciteit geleiden door een stukje van het
materiaal tussen 2 stroomdraden van een elektrische schakeling te plaatsen. Indien
de2 draden contact maken, gaat een lamp branden. Indien het materiaal geleidt, zal
de lamp ook gaan branden.
Bij vaste stoffen geleiden metalen elektriciteit.
Dit komt doordat de vrije elektronen zich van de (metalen) stroomdraad doorheen
het metaal als een vloeistof naar de tweede (ook metalen) stroomdraad kunnen
verplaatsen.
Zuiver natrium en
lithium zullen ook
elektrische stroom
geleiden, maar zijn
te reactief om in de
natuur in zuivere
vorm voor te
komen.
Niet alle metalen
geleiden elektriciteit
even goed. In
elektriciteitskabels
wordt meestal
koper of aluminium
gebruikt.
Keukenzout (ionbinding) en lucht (CO2, O2, N2: covalente bindingen) geleiden
elektriciteit niet.
In vaste stoffen is elektriciteit de verplaatsing van een negatieve elektrische
lading, namelijk elektronen
Proefje:
We plaatsen de 2 stroomkabels in een beker zuiver water.
Wat merk je?
We voegen keukenzout toe aan het water en herhalen het proefje. Wat merk je?
Verklaring:
NaCl lost op in water. Hierbij valt het uiteen in ionen; Na+ en ClDeze ionen kunnen zich verplaatsen door de vloeistof. Er kan zich hierdoor een
elektrische lading verplaatsen. De oplossing elektriciteit geleidt
Opmerking:
Niet alle stoffen zullen oplossen in water. Vb grof zand in water slaat neer op de
bodem.
Niet alle opgeloste stoffen zullen de stroom geleiden, omdat niet alle stoffen in
ionen uit elkaar vallen. bv alcohol of suiker in oplossing geleiden de stroom niet.
36
6 Mol- en molmassa
We hebben geleerd om reactievergelijkingen aan te vullen. Deze
reactievergelijkingen geven ons de verhoudingen tussen de verschillende stoffen
betrokken bij de reactie.
Bv
2HCl
+
Zn
→ ZnCl2
+
H2
Voor elke molecule zink heb je 2 molecules waterstofchloride nodig, om één
molecule zinkchloride te vormen en één molecule waterstofgas.
Wanneer je echter reagentia mengt, dan tellen we geen atomen. We wegen die
stoffen af. Om te kunnen bereken hoeveel gram van elke stof we nodig hebben,
Voeren we het begrip mol in
6.1 Molmassa
De molmassa van een molecule is de som van de atoommassa’s van de
samenstellende atomen van de molecule.
Vb
De molmassa van HCl is (1,01 +35,45)=36,45
37
6.2 Mol
Eén mol van om het even welke stof is zoveel gram van die stof als gegeven
door molmassa van die stof
Een atoom zink weegt 65,38 keer meer dan
een atoom waterstof.
In 1,01 gram H-atomen zitten
Wanneer ik nu één gram waterstofatomen
zou nemen, dan zitten hierin een bepaalde
hoeveelheid atomen.
Wil ik nu evenveel zinkatomen, dan zal ik
65,38 gram zinkatomen nodig hebben. Elk
zinkatoom weegt immers 65,38 keer meer
dan een H-atoom!
6,02214 ×1023 atomen. Dit getal is
de constante van Avogadro
(deze waarde moet je niet van
kennen, je moet wel de redenering
kunnen uitleggen achter het begrip
mol.)
De definitie van 1 mol van een stof is zo
gekozen dat er steeds evenveel moleculen
van een stof in 1 mol zitten.
1 mol H2 is (1,01 +1,01)=2,02g
1 mol HCl is (1,01 +35,45)=36,45g
1 mol Zn is 65,38g
Hoeveel gram HCl moet ik in de vergelijking op de vorige pagina bij 1 mol zink
voegen opdat beide stoffen volledig wegreageren?
Let op, je hebt 2x
zoveel HCl nodig
als Zn
38
6.3 Oefeningen
Vul aan:
1 mol van …… is
………. Gram
NaCl
H2O
CaO
Fe
AgF2
N2O3
He
CO2
Bereken voor onderstaande reacties de benodigde verhoudingen in gram voor de
reagentia:
→ H2SO3
SO2
+
H2O
CO2
+
Na OH → Na2CO3 + H2O
39
Sn
+
HCl
+
H Cl
→ Sn Cl4
NaOH --> H2O +
+
H2
NaCl
Indien ik magnesium verbrand, zal de as meer of minder wegen dan het
magnesiumlint zelf?
Indien ik bij volgende reactie 12 gram Mg gebruik, hoeveel MgO zal ik dan
bekomen?
2Mg
+
02
→ 2MgO
40
Wet van massabehoud
We weten al dat je bij een chemische reactie evenveel atomen van elk element bij
de reactieproducten krijgt, als je er bij de reagentia instop.
Er verdwijnen geen atomen, er komen er ook geen bij en er veranderen er geen van
atoomsoort.
(tenminste niet bij
chemische reacties.
Als je een
atoombom bouwt,
is het een gans
ander verhaal.
Maar dat is
kernfysica, geen
basiscursus
chemie)
Zo weten we dat bij onderstaande reactie een coëfficiënt ontbreekt bij de reagentia:
HCl
+
Zn
→
ZnCl2
+
H2
Nu weten we ook dat elk atoom een bepaald gewicht heeft.
En aangezien er evenveel van elke soort vòòr als na de reactie teruggevonden
worden, betekent dit dat de reactieproducten samen evenveel wegen als de
reagentia.
De som van de massa’s van de opgebruikte reagentia is steeds gelijk aan de
som van de massa’s van de verkregen reactieproducten.
Wanneer je hout verbrandt, en je zou alle rook in een grote ballon opvangen, dan
zou het gewicht van de rook en de assen precies gelijk zijn aan het gewicht van het
hout waarmee je het vuur aanmaakte!
41
Wat kan je nu?
Je kan voor eenvoudige chemische reacties:
-een ontbrekend reactieproduct bepalen
-uitzoeken om welk soort binding het hier gaat (ionbinding of covalente binding)
-de juiste chemische formule van het reactieproduct bepalen
-de coëfficiënten van de reactieproducten en reagentia bepalen
-de verhoudingen bepalen in gram van de benodigde reagentia
- berekenen hoeveel gram reactieproducten je verkrijgt
-de naam van eenvoudige chemische stoffen geven
Extra oef
Je kan bovenstaande vaardigheden toepassen in volgende oef:
Mg
Cl2
+
+
HCl →
KI (kaliumjodide)
+
H2
--> KCl +
Ca + H2O --> Ca(OH)2 +
-
42
7 Onderzoeken en herkennen van stoffen
Proefje:
in 2 petrischaaltjes bevinden zich 2 witte kristalvormige vaste stoffen.
Hoe kunnen we deze stoffen van elkaar onderscheiden?
7.1 Eigenschappen van stoffen
Alle stoffen hebben bepaalde eigenschappen. Je herkent een stof aan zijn
eigenschappen. Zo heeft alcohol een andere geur dan benzine en weegt kwik meer
dan aluminium.
Een aantal stofeigenschappen zijn:
Aggregatietoestand
Een stof kan gasvormig, vast of vloeibaar zijn bij
een bepaalde temperatuur en druk. De meeste
stoffen hebben 3 aggregatietoestanden (vb ijs –
water –w aterdamp)
Uitzicht
Stoffen hebben een bepaalde
kleur/gladheid/structuur…
Smaak
Hardheid
Diamant kan je niet krassen met een spijker, glas
wel
Massadichtheid
Sommige stoffen drijven, andere zinken.
Kook- en
smelttemperatuur
Water kookt bij 100°C
Ethanol kookt al bij 78°C
Oplosbaarheid
Zout lost op in water, zand niet.
Sommige verven lossen op in white spirit, andere
in water, nog andere in geen van beide.
Piepschuim geleidt warmte erg slecht. He”t wordt
gebruikt om huizen te isoleren. Gietijzer geleidt
warmte goed, we gebruiken het voor kookpotten
Geleidingsvermogen
voor warmte
Geleidingsvermogen
voor elektrische stroom
Brandbaarheid
Suiker verkoolt bij verhitting, het verbrandt.
Keukenzout niet.
43
Deze laatste eigenschap kunnen we veralgemenen:
Sommige stoffen reageren met een bepaalde stof, andere niet.
Zie ook
http://science.
howstuffworks.com
/luminol.htm
Zo kan CSI bloedsporen op een tapijt zichtbaar maken door een stof genaamd
luminol op het tapijt te verstuiven. Door een chemische reactie tussen het bloed en
deze stof worden de bloedsporen lichtgevend.
Als je weet dat rode wijn deze reactie niet vertoont, maar enkel bloed, dan weet je
dat de stof op het tapijt wel bloed moet zijn.
Een stof die je gebruikt om te bepalen welke stof een andere stof is, noemen we
een indicator.
7.2 Mengsels scheiden
De oude naam
van chemie is
dan ook
scheikunde; de
kunde om
mengsels te
scheiden in
zuivere stoffen
Stoffen komen in de natuur zelden alleen voor. Ze zijn meestal gemengd met
andere.
Je kan mengsels scheiden op basis van hun verschillende eigenschappen.
Zo kan je zout winnen uit zeewater door het zeewater te verdampen.
De verschillende technieken om mengsels te scheiden noemen we
scheidingstechnieken.
Deze scheidingstechnieken zien we in een aantal (leerlingen)proeven.
44
7.3 Soorten mengsels
A- Heterogene mengsels zijn mengsels waarbij je minstens één van de
componenten kan onderscheiden. Soms moet je daarvoor een microscoop of
vergrootglas gebruiken. De deeltjes zijn groter dan 10-9 m
Grove mengsels: aparte korrels
vb
Noteer bij elke
soort mengsel
enkele
voorbeelden.
Suspensies: fijne vaste deeltjes in een vloeistof
vb
Emulsies: fijne vloeistofdeeltjes in een vloeistof
vb
Nevel: fijne vloeistofdeeltjes in een gas
vb
Rook: fijne stofdeeltjes in een gas
vb
B- Homogene mengsels zijn mengsels
waarbij je de afzonderlijke componenten
niet kan onderscheiden. De deeltjes zijn
dus erg klein, normaalgezien aparte
moleculen.
De eigenschappen van mengsels
kunnen sterk verschillen van de
eigenschappen van de zuivere
stoffen die dit mengsel bevat.
Vb het kookpunt van zout water is
hoger dan 100°C
Bij legeringen in het bijzonder
kunnen de eigenschappen van
legeringen sterk afwijken van die
van de aparte metalen. Zo bevat
roestvrij staal in de tabel hiernaast
78 % ijzer, maar zal niks van de
legering roesten.
Aluminium in constructies is een
legering, want zuiver aluminium is
helemaal niet sterk
Oplossingen zijn homogene mengsels
Een legering is
een mengsel van
verschilende
metalen die door
elkaar gesmeed
worden.
Legeringen van metalen zijn homogene mengsels.
45
,
8 Soorten stoffen: anorganische verbindingsklassen
We maken in chemie een onderscheid tussen organische en anorganische chemie.
Organische chemie is de studie van organische stoffen (alles waar wij en andere
levende wezens uit gemaakt zijn) Voorbeelden van organische stoffen zijn suiker,
vitamines, vetten of DNA.
In deze cursus worden de verschillende soorten anorganische stoffen besproken:
zuren, basen, oxiden en zouten
.1 Zuren
8.1.1 Definitie
Zuren zijn stoffen die opgelost in water H+-ionen afsplitsen. Het negatieve ion dat
hierbij ontstaat noemen we de zuurrest.
In een zuur is de
waterstof covalent
gebonden. Bij het
oplossen in water
worden ionen
gevormd.
Een covalente
binding vormt
normaalgezien
geen ionen, maar
waterstof is een
raar geval.
Breek er je hoofd
niet over. Indien je
later meer chemie
ziet, leer je waarom
water zo’n
vreemde stof is.
De gevormde ionen zullen
nieuwe bindingen willen
aangaan, ze zijn erg reactief.
Voorbeeld:
Dit is waarom zuren veel
materialen aantasten.
Een sterk zuur zal op je hand
brandwonden veroorzaken,
doordat de gevormde ionen
reageren met de stoffen van
je huid.
Zure regen zal kalksteen en
metalen in gebouwen en
kunstwerken aantasten.
Nu zullen in oplossing slechts een deel van de
zuur-moleculen uiteen vallen in ionen. De rest blijft heel.
Je kan aantonen dat er ionen gevormd worden doordat zuur, opgelost in water,
elektrische stroom geleidt.
Zuren die weinig H+-deeltjes vormen, noemen we zwakke zuren.
Zuren die veel H+-deeltjes vormen, noemen we sterke zuren.
46
8.1.2 Indeling
Binaire zuren kennen we al. Ze zijn
opgebouwd uit 2 elementen
Ternaire zuren zijn opgebouwd uit 3
elementen: waterstof, een niet-metaal
en zuurstof
vb HCl, waterstofchloride
Vb H2SO4, diwaterstofsulfaat
De naamgeving is hier enigszins
anders:
Voorvoegsel – waterstof –stam nietmetaal - aat
Bij covalente
bindingen met 3
elementen,kan je
de puzzel op
meer dan één
manier doen
kloppen.
Wij hebben hier
geen oefeningen
op gemaakt. Je
moet dan ook
geen
lewisformules
kunnen opstellen
van ternaire
zuren.
Het doel van dit
hoofdstuk is om
een
vereenvoudigd
overzicht te
geven van de
verschillende
soorten stoffen
die jullie later
zullen gebruiken
Er bestaan ook nog andere soorten ternaire zuren. Zo is er ook H2SO3,
diwaterstofsulfiet.
Met chloor bestaan er zelfs 4: HClO4, waterstofperchloraat ; HClO3
waterstofchloraat, HClO2 waterstofchloriet en HClO waterstofhypochloriet.
De naamgeving van deze stoffen hoef je niet te kennen, onthoud enkel dat ook deze
andere vormen bestaan.
Oefeningen
Geef de naam van volgende ternaire zuren:
HClO3
HNO3
HF
HBrO3
47
Enkele zuren en hun eigenschappen
Onthoud van
deze stoffen de
gebruiksnaam.
De rest van deze
tabel is bijlage.
48
8.2 Basen
Definitie
Basen zijn stoffen die, opgelost in water, OH—-ionen zullen afsplitsen.
Basen bestaan uit één of meerdere OH-groepen, gebonden op een metaal.
De binding
tussen het metaal
en de OH-groep
is een ionbinding.
Dat hier ionen in
oplossing
gevormd worden,
is dus logisch
volgens de
theorie die we
gezien hebben.
Naamgeving
Naam metaal –
voorvoegsel- hydroxide
Net als bij zuren spreken we van een sterke en
een zwakke base, wanneer een groot of een
klein deel van de moleculen uiteen zullen vallen
in oplossing.
vb
NaOH natriumhydroxide
Ca(OH)2 calciumdihydroxide
De chemische formule is anders dan we gewoon
zijn:
De OH-groep wordt achteraan geschreven, zoals in het voorbeeld. Indien er
meerdere OH-groepen zijn, staan die tussen haakjes:
vb Ca(OH)2
Een andere naam voor basen is hydroxiden.
Bijlage: enkele basen en hun toepassingen
Onthoud van
NaOH dat het
eiwitten aantast.
Eiwitten zijn de
bouwstenen van
ons lichaam
(vlees = eiwitten)
De gebruiksnaam
voor NaOH is
loog of
natriumloog
49
8.3 Zuren + Basen = ?
Een zuur vormt H+-ionen. Een base vormt OH—-ionen.
Wat gebeurt er wanneer beide met elkaar reageren?
H+ + OH— → H2O !
proef:
we voegen gelijke hoeveelheden waterstofchloride en natriumhydroxide samen.
HCl + NaOH → H2O + NaCl
Een zuur en een base in oplossing vormen allebei ionen. Deze ionen zullen met
elkaar reageren en vormen water en een zout. Hierbij komt warmte vrij.
Een zuur en een base reageren met elkaar en vormen water en een zout.
Dit is een neutralisatiereactie.
Een zuur en een base in een oplossing heffen elkaar op. Zuren en basen zijn dus
blijkbaar elkaars tegengestelde.
50
8.4 pH-waarde
Zuren en basen kunnen erg reactief zijn.
Daarom tast zure regen metalen aan.
Schuurzeep daarentegen is basisch,
droogt ze je huid uit.
Gips en cement zijn ook sterk basisch;
zonder handschoenen met deze
producten werkt, krijg je kloven is je
daaro
Indien rivierwater te zuur is, kan er niks in
Indien het te basisch is ook niet.
Biologen zullen daarom de zuurtegraad
oppervlaktewater gaan meten.
leven.
indien
hande
Ze doen dit met een pH-meter.
NaOH is een ingredient om zeep te
maken. Indien bij het maken van
zeep teveel base gebruikt wordt,
dan blijft de zeep basisch.
De pH-waarde is een schaal van 1 tot
Een zeep met een pH van 9 of
meer zal je huid uitdrogen.
1 is heel sterk zuur,
..
6 is licht zuur
7 is neutraal
8 is licht basisch
…
14 is heel sterk basisch.
pH-meter
Daarom maken fabrikanten
reclame voor zeep die ‘pH-neutraal’
is. Dit is zeep met een pH van 7.
Zeep met vermelding van pH-waarde
Indicatoren
51
van
14.
Namen indicatoren
zijn ter illustratie
Een goedkope manier om pH-waarde te meten is het gebruik van indicatoren.
Dit zijn stoffen die van kleur veranderen naargelang ze in een zure of een basische omgevin
gebracht worden.
De gebruiksnaam
voor NaOH is loog
of natriumloog
De meest gebruikte indicator is het pHzijn papiertjes gedrenkt in een indicator.
Bij pH-strookjes hoort een kleurenschaal.
Je kan de verkleuring van een pH-strookje
met de kleurenschaal om de pH-waarde te
strookje.
vergelijk
bepalen.
uit ‘Fight Club’
Tyler Durden: Now, ancient
people found their clothes got
cleaner if they washed them
at a certain spot in the river.
You know why?
Narrator: No.
Tyler Durden: Human
sacrifices were once made on
the hills above this river.
Bodies burnt, water speeded
through the wood ashes to
create lye.
[holds up a bottle]
Tyler Durden: This is lye the crucial ingredient. The lye
combined with the melted fat
of the bodies, till a thick white
soapy discharge crept into
the river.
Zelf zeep maken:
http://www.thuisexperimenter
en.nl/science/zeep/zeep.htm
52
8.2 Zouten
Zout is geen naam voor één specifieke stof, maar voor een hele groep stoffen. Wat
we in de keuken zout noemen, NaCl, is slechts één van vele zouten.
Wanneer een zuur reageert met een base, wordt water gevormd en een 2e stof.
Deze 2e stof is een zout.
Definitie
Een zout is een stof die bestaat uit een metaal en een zuurrestgroep.
Zouten zijn altijd ionbindingen.
De naamgeving is als volgt:
(voorvoegsel) +naam metaal + (voorvoegsel) + naam zuurrestgroep
Hydraten
Hydraten zijn zouten die water in hun
kristalrooster bevatten.
Noot: je mag
normaalgezien
geen breuken
gebruiken in
chemische
formules. Bij
hydraten wordt
daar soms tegen
gezondigd.
Gips is een voorbeeld van een hydraat.
Je noteert onverhard gips als CaSO4.1/2 H2O
Wanneer je hierbij water toevoegt, krijg je een
stof die door het kristalwater aan elkaar kleeft:
CaSO4.2H2O
Wanneer je keukenzout in
een open schaaltje laten
staan, dan zal je na een tijdje
merken dat het zout
geklonterd is.
Keukenzout trekt water aan.
Het heeft watermoleculen
opgenomen uit de lucht.
Deze watermoleculen werken
als een soort lijm tussen de
zoutkristallen.
Dit water zal op
kamertemperatuur niet
gewoon verdampen uit het
zout, het ‘kleeft’ aan de
NaCl-moleculen.
Polaire molecules & kristallen
Je kan dit kristalwater wel
verwijderen door het zout te
verhitten.
Bij een ionbinding geeft het metaal zijn valentie-elektronen af aan het niet-metaal.
De valentie-elektronen zijn bijgevolg niet eerlijk verdeeld over de molecule.
Daarom heeft een ionbinding, zoals NaCl een positieve en een negatieve kant.
Hiermee kan je het ontstaan van kristallen verklaren (alle moleculen netjes
geordend)
53
Enkele voorbeelden van zouten
te kennen:
CaCO3, CaSO4:
eigenschappen,
naam en
toepassingen
Overige stoffen in
bijlage
54
8.3 Oxiden
Een oxide is een verbinding met zuurstof. Alle elementen vormen oxiden.
Oxiden worden opgedeeld in metaaloxiden en niet-metaal oxiden.
8.3.1 Metaaloxiden
Een metaaloxide is een verbinding tussen een metaal en zuurstof.
Het bekendste metaaloxide is roest: Fe2O3
Alle onedele metalen reageren met zuurstof en vormen oxiden.
8.3.2 Niet-metaaloxiden
Een niet-metaaloxide is een verbinding tussen een niet-metaal en zuurstof.
Niet-metaaloxiden komen meestal voor in de vorm van gassen.
Ze kunnen van nature voorkomen in de atmosfeer zoals CO2
Of als uitlaatgassen: CO, NO2
55
Vragen bij de tekst
1- Welke drie methodes worden gebruikt om metalen te beschermen tegen roesten?
2- Geef een synoniem voor roest
3-Waarom is roest in constructies een probleem?
4- Waarom zal onbeschermd zink niet wegroesten zoals ijzer dit doet?
Welk ander metaal vertoont dezelfde eigenschap?
56
Vragen bij de tekst:
1- Waarom veroorzaakt koolstofmonoxide verstikking, zelfs al is er nog zuurstof
in de kamer en slechts een klein percentage koolstofmonoxide?
2- In welke omstandigheden kan koolstofmonoxide zich vormen?
3-Waar kom je, naast slecht geventileerde kachels, nog in contact met
koolstofmonoxide?
57
Oefeningen
1-Zeg van volgende stoffen of het gaat om een zuur, een base, een zout, een
metaaloxide of een niet-metaaloxide of geen van bovenstaande.
Na2O
Kaliumsulfaat
Diwaterstofsulfaat
Melkzuur
WC-ontstopper
Calciumdihydroxide
Zoutzuur
Calciumcarbonaat
Waterstofchloride
Waterstofnitriet
Zink
Natriumhydroxide
Dilithiumoxide
Kaliumchloride
58
Wat moet je kennen/kunnen?
Hoofdstuk 5--> 8
Kunststoffen
-het verschil tussen thermoplasten en thermoharders kunnen uitleggen
-voor- en nadelen van beide kunnen geven
-van elke categorie 2 voorbeelden kunnen geven
Hoofdstuk 5
-het principe van de covalente en ionbinding kunnen uitleggen
-bij 2 gegeven elementen de aard van de binding en de samenstelling van de
gevormde molecule kunnen geven + lewisformule +tekening (zie oefeningen)
-kunnen uitleggen wat ionen zijn
-de naamgeving voor eenvoudige stoffen kunnen toepassen
-het principe van de metaalbinding kunnen uitleggen
-elektrische geleiding in metalen kunnen verklaren
-elektrische geleiding in vloeistoffen kunnen verklaren
-kunnen verklaren welke stoffen in oplossing elektriciteit geleiden en welke niet
Hoofdstuk 6
-niet kennen
Hoofdstuk 7:
-kunnen uitleggen hoe je algemeen verschillende stoffen kan onderscheiden en
hiervan enkele voorbeelden kunnen geven.
-van eenvoudige mengsels kunnen aangeven hoe je ze zou kunnen scheiden.
-Volgende scheidingstechnieken kunnen uitleggen: chromatografie, distillatie,
zeven, bezinken en afgieten, centrifugeren, kristalliseren
-een toepassing kunnen geven van bovenstaande scheidingstechnieken
-van bovenstaande scheidingstechnieken kunnen zeggen op welk verschil in
eigenschappen deze gebaseerd zijn
-bij de namen voor verschillende soorten mengsels kunnen zeggen om welk soort
mengsel het gaat
-van verschillende soorten mengsels een correct voorbeeld kunnen geven
-van de verschillende legeringen kunnen zeggen welke metalen in deze legering
vervat zitten (niet constantaan en dural, percentages ook niet)
Hoofdstuk 8:
-Bij een gegeven chemische formule kunnen zeggen om welk soort stof het gaat
-de definitie van een base, een zuur, een zout en een oxide kunnen geven
-de pH-schaal kunnen uitleggen en gebruiken
-kunnen verklaren waarom zuren en basen elkaars tegengestelde zijn
-het verschil tussen binaire en ternaire zuren kunnen duiden
-aan de hand van de naam van het zuur kunnen herkennen of het gaat om een
ternair of een binair zuur
59
-de chemische formule van zwavelzuur en salpeterzuur kennen
-de gevaren van het gebruik van salpeterzuur kunnen duiden bij het etsen
-kunnen uitleggen waarom je bij het etsen handschoenen en een afzuigkast gebruikt
(en niet gewoon een ventilator)
-de naamgeving bij hydroxiden kennen
-een toepassing van pH-waardes kunnen geven en duiden
-van krijt en gips de eigenschappen, toepassingen en chemische formule kennen
-kunnen verklaren waarom sommige stoffen kristallen vormen
-bij de gegeven reactievergelijking van gips de verschillende delen van die
vergelijking kunnen verklaren.
-kunnen uitleggen wat hydraatwater is aan de hand van een concreet voorbeeld
-kunnen zeggen hoe je van uitgehard gips opnieuw gipspoeder kan maken
-kunnen verklaren waarom zink en aluminium niet wegroesten, en ijzer bv wel
-3 methodes kunnen geven hoe ijzer beschermd kan worden tegen roesten
-de gevaren van koolstofmonoxide duiden
-kunnen zeggen waar er gevaar in voor koolstofmonoxidevergiftiging
60