Hfst 2 De aarde : onze hofleverancier

Hfst 2 De aarde : onze hofleverancier
§ 2.1 De aarde
2
In de zee kunnen de elementen alleen in de vorm van oplosbare stoffen zitten.
In de aarde kunnen ze ook voorkomen in niet oplosbare stoffen
3
polyetheen plastic voorwerpen
glas : ramen en glasservies
zout : als toevoeging aan het eten maar ook bv in tandpaste en schuurmiddelen
Koper : water en gasleidingen
Grafiet : potloden en middel om sloten of iets dergelijk te smeren
4
vulkaanuitbarsting : niet te voorkomen omdat aardplaten altijd bewegen en er dus op
sommige plaatsen openingen kunnen komen.
Broeikaseffect : Wel te voorkomen door alleen CO2 neutrale brandstoffen te
gebruiken. Bv windenergie, zonne-energie of bioenergie.
Plastic afval op zee : wel te voorkomen door plastic niet weg te gooien maar te
recycleden.
Orkaan : niet te voorkomen alhoewel de zwaarte van de orkanen wel afhangt van de
temperatuur van het zeewater.
Aardbevingen : sommige bevingen zijn niet te voorkomen omdat die ontstaan door
verschuivingen van de aardplaten. Maar door de winning van gas en mineralen
verander je wel de bodem waardoor er aardbevingen kunnen ontstaan in gebieden
waar die normaal niet of nauwelijks voorkomen (zie nu in Groningen)
Vervuiling van de rivieren : Wel te voorkomen door geen vuil in de rivieren te lozen.
5
Daar het grootste gedeelte van het ijzer niet in de korst zit, maar in de kern. (IJzer
verbinding zijn altijd vast (want of metaal of zout) en zitten dus niet in de lucht)
6
De gassen in de aarde zijn ontstaan uit vaste of vloeibare stoffen. Deze zitten dus altijd
onder druk opgesloten in de aarde. Dus door alleen een leiding naar de gasbel de
maken kun je het grootste gedeelte van het gas omhoog krijgen. Vaste stoffen moet je
altijd daar waar het zit uit de aarde gehaald worden. Deze komen niet vanzelf omhoog.
Dit kost dus energie om deze naar boven te halen.
7
a
b
Een laag zeewater stroomt in het af te sluiten bekken. Daarna sluit men het
bekken en laat de zon het water verdampen. Na verloop van tijd is het water
verdampt en kan het zout van de bodem van het bekken geschept worden.
In Nederland wordt water door een zoutmijn gepompt. Het water wordt
ondertussen verzadigd met zout en kan dan naar boven gepompt worden. Het
water moet nu nog uit het mengsel verwijderd worden door het water af te
dampen.
8
Het winnen van het goud kost nog meer dan wat de prijs van goud nu waard is. Het is
dus nu nog goedkoper om goud te kopen dan om het te winnen.
9
a
Mg
b
c
d
e
f
10
a
b
c
d
In de formules komen meer dan één atoomsoort voor, dus zijn het ontleedbare
stoffen. Een niet ontleedbare stof bestaat maar uit één atoomsoort
Bij een zuivere stof hebben we maar een formule. In deze formule kunnen wel
meerdere atoomsoorten zitten, maar deze staan in een formule (dus zonder
komma’s ertussen). Bij een mengsel hebben we te maken met meerdere stoffen
met verschillende formules. De formules staan met komma’s of woorden van
elkaar gescheiden. Dus H2O2 is een zuivere stof en H2 en O2 is een mengsel
van 2 stoffen.
Elektrolyse is een ontledingsmethode. Je ontleed de stof met behulp van
elektrische stroom.
eerst reactieschema
MgCl2 (s) → Mg (s) + Cl2 (g)
Vergelijking is al kloppend
Een legering is een mengsel van 2 of meer metalen. Deze metalen zijn op
atoomniveau gemengd. Een legering kun je maken door de metalen samen te
smelten , het gesmolten mengsel wordt goed te mengen en het daarna af te
langzaam af te koelen.
De naam black smoker is gekozen omdat het net lijk als af de “rook”
(dus het kokend hete zwarte water ) er net uitziet als een zwarte rookkolom. De
gestolde mineralen lijken net een askegel. Dus vandaar de naam black smoker
In de warme vloeistof kunnen veel meer mineralen oplossen dan in de
afgekoelde vloeistof. Het teveel aan mineraal slaat al het ware neer op het al
eerder neergeslagen mineraal zodat je een schoorsteenachtige pijp krijgt.
6CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6O2 (g)
H2O
§ 2.2 Atomen
14
Op pag 19 1e kolom onderaan kun je lezen
diameter kern atoom = 10–15 m
diameter gehele atoom = 10–10 m
dus de diameter van het gehele atoom is Error! = 105 x zo groot als de diameter van
de kern
dus als de kern een diameter van 1 cm heeft dan is de diameter van het hele atoom
105 cm ≙ 100 km dus afstand tot de kern = 0,5 • 100 km = 50 km
(de grootte van de kern kun je hier verwaarlozen)
15
a
b
c
d
lading proton is 1+ dus lading 6+ dan heeft het 6 protonen
aantal protonen is gelijk aan atoomnummer dus atoomnummer 6
atoom is neutraal dus voor elke proton ook een elektron dus ook 6 elektronen
-
6e
6p
16
a
Voorbeeld C–12
C-12 heeft massagetal 12
massagetal = aantal protonen + aantal neutronen
C heeft atoomnummer 6 (zie periodiek systeem)
Dus C-12 heeft 6 protonen, 6 elektronen en 12 –6 = 6 neutronen
Schema
atoom
atoomnummer Aantal
protonen
C-12
6
6
N-14
7
7
Ba-138
56
56
Au-197
79
79
b
C-12
Aantal
elektronen
6
7
56
79
C-14
-
-
6e
6e
6p,
6n
6p,
8n
Ba-138
Au-197
-
-
56e
56p,
82 n
17
47 protonen dus atoomnummer 47
Ag heeft atoomnummer 47
18
a
b
Aantal
neutronen
12 – 6 = 6
14 –7= 7
138 –56 = 82
197 –79 = 118
79e
79p,
118 n
Mg –24 78,8 %
Mg –25 10,1 %
Mg –26 11,1 %
Overige isotopen komen niet in de natuur voor
Mg atoomnummer 12
dus alle isotopen 12 protonen en 12 elektronen
aantal neutronen is verschillend
Mg – 24 heeft 24 – 12 = 12 neutronen
Mg – 25 heeft 25 – 12 = 13 neutronen
Mg – 26 heeft 26 – 12 = 14 neutronen
19
Een brandstof is een stof die bij verbranding dus bij de reactie met zuurstof energie
levert. Uranium levert wel energie maar in de kernreactor wordt het niet verbrand,
maar wordt het atoom gesplitst. Dus is het wel een stof die energie kan leveren, maar
geen brandstof volgend bovenstaande definitie.
20
a
b
c
Een helium kern heeft 2 protonen
Een radium atoom heeft 88 protonen
Als een radiumatoom spits in een heliumkern en deeltje X dan moet X
88 – 2 = 86 protonen hebben (er verdwijnen geen protonen)
Ra –226 heeft 226 – 88 = 138 neutronen
4;2 He heeft 4 – 2 = 2neutronen
dus X heeft 138 – 2 = 136 neutronen
x Heeft 86 protonen dus atoomnummer 86
atoomnummer 86 is Rn (Radon)
21
In de verval vergelijking van uranium staat 1 neutron voor de pijl en 2 neutronen na de
pijl. Dus na elk verval van een atoom uranium kunnen daarna 2 reacties plaatsvinden
dan 4 dan 8 dan 16 enz. Dus de reactie loopt zelf uit de hand als er geen neutronen
afgevangen worden.
22
a
b
c
Calcium en scancium (ook Titaan, vandium, chroom tot en met Krypton)
natrium en Rubium, (ook litium, cesium Francium en waterstof)
De atomen in de zelfde groep dus de elementen van antwoord b
23
a
Ze staan ook in de groep van de edelgassen dus je verwacht dat ze ook
dat ze gasvormig zijn en nauwelijks reageren et andere stoffen
Ne-20 en Ne 22 (ook Ne-21 mag maar 20 en 22 komen het meest voor in de
natuur)
beide isotopen hebben 10 protonen en 10 elektronen Ne-20 heeft ook 10
neutronen (20 –10) terwijl Ne –22 er 12 heeft (22–10)
Ze staan beide op dezelfde plek want het aantal protonen bepaald de positie in
het periodieke systeem
Dus beide staan in periode 2 groep 18
b
c
24
a
b
c
d
I-131 I atoomnummer 53
dus 53 protonen en 53 elektronen
en 131 – 53 = 78 neutronen
Bij bètastraling is er 1 neutron dat zich spits in 1 proton + 1 elektron. Het
elektron verdwijnt uit het atoom dus atoom krijgt 1 proton erbij en er gaat een
neutron af. Dus het atoomnummer neemt met 1 toe dus wordt 54
massagetal blijft gelijk want ipv neutron komt er een proton dus aantal
protonen neemt met 1 toe maar aantal neutronen neemt met 1 af dus massagetal
(= aantal protonen + aantal neutronen ) blijft gelijk
het nieuwe atoom heeft 54 protonen dus atoomnummer is 54 dus het atoom is
Xenon het massa getal is 131
dus het is Xe-131
§ 2.3 Aardolie of aardgas?
26
a
b
27
a
b
c
d
28
a
b
c
2C (s) + O2 (g) → 2CO (g)
C (s) + H2O (l) → CO (g) + H2 (g)
In steenkool zitten allerlei vervuilingen. Deze kunnen na de kolenvergassing
makkelijker uit het ontstane gas gehaald worden zodat zuiver synthese gas
overblijft. Bij de verbranding ontstaan dan alleen CO2 en H2O en niet allerlei
vervuilende stoffen zoals bv SO2
aardolie, aardgas en steenkool
fossiele brandstoffen zijn niet duurzaam omdat ze veel sneller verbruikt
worden dan dat ze ontstaan in de aarde
Omdat er meer CO2 ontstaat bij de verbranding dan er door de natuur via de
bomen wordt vastgelegd. Dus krijgen we een hogere CO2 concentratie in de
lucht en dus een versterkt broeikaseffect
windenergie en zonne-energie geeft geen CO2 productie dus niet nadelig voor
de opwarming van de aarde
Bij verbranding van biomassa ontstaat wel CO2 maar dezelfde hoeveelheid
CO2 is vast gelegd bij het ontstaan van de biomassa. Dus tijdens het groeien
van de planten dus ook in een korte tijd.
De stoffen onderuit de toren hebben hoge kookpunten dus is de
vdWaalsbinding tussen de moleculen sterker, dus hebben ze hoge
molecuulmassa’s dus zijn het grote moleculen.
Doordat de vdWaalsbinding sterk is, is ook de viscositeit van de vloeistof
hoog.
Aardgas bestaat voornamelijk uit CH4 moleculen dus kleine moleculen. De
vdWaalsbinding is dus zwak vandaar dat de stof bij kamertemperatuur al
gasvormig is. Aardolie bestaat uit veel grotere moleculen. De vdWaalsbinding
is dus sterker en dus is het bij kamertemperatuur vloeibaar.
29
a
b
CO2 (er van uitgaand dat steenkool alleen C bevat)
CO2 en H2O
30
a
b
C4 H10
eerst reactieschema
C4H10 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l)
Dan kloppend maken
2C4H10 (g) + 13O2 (g) →8CO2 (g) + 10H2O (l)
31
Het kookpunt van butaan is 0 ˚C dus als we butaan zouden gebruiken zou dat vloeibaar
zijn bij temperaturen onder 0. Het zou dan in de winter niet onder druk in de gastank
zitten en dus niet normaal uitstromen. Propaan heeft een kookpunt van –88 ˚C. Zo
koud is het niet winterdag en zal dus altijd onder druk kunnen uitstromen.
32
a
b
koolstofmonooxide
koolstofmonooxide is giftig omdat het in ons bloed de positie van zuurstof
inneemt. Je kunt dan niet meer genoeg zuurstof opnemen.
c
d
Kolendamp is niet juist omdat met kolen juist koolstof wordt bedoeld.
Kolendamp zou dan gasvormige koolstof moeten zijn.
Eerst reactieschema
CH4 (g) + O2 (g) → CO (g) + H2O (l)
Dan kloppend maken
CH4 (g) + O2 (g) → CO (g) + 2H2O (l)
33
Methaan tot en met butaan zijn bij kamertemperatuur gasvormig, pentaan en hexaan
zijn bij kamertemperatuur vloeibaar.
§ 2.4 Covalente binding
35
CH4 waterstof heeft covalentie 1 dus alle waterstof atomen moeten aan het koolstof
atoom verbonden zijn wil het een molecuul kunnen vormen. Dus het koolstof atoom is
verbonden met 4 waterstof atomen en heeft dus covalentie 4. (Als twee waterstof
atomen aan elkaar zitten hebben ze geen mogelijkheid meer om nog andere bindingen
aan te gaan en kunnen ze dus niet in het CH4 molecuul zitten)
36
a
37
b
NH3 waterstof heeft covalentie 1 dus alle waterstofatomen moeten aan het
stikstofatoom verbonden zijn wil het een molecuul kunnen vormen. Dus het
stikstofatoom is verbonden met 3 waterstofatomen en heeft dus covalentie 3.
N2
c
N≡ N
a
Omdat waterstof covalentie 1 heeft moet ook F covalentie 1 hebben. Beide
atomen zijn met 1 binding aan elkaar gebonden H −F
broom en jood staan in dezelfde groep al Chloor en Fluor en zullen dus net al
Chloor en Fluor ook covalentie 1 hebben.
b
38
H
a
methaan
H C H
H
H H H
b
propaan
H C C C H
H H H
c
39
a
b
c
koolstofdixixe O C O
Zwavel staat onder O dus de formule zal H2S zijn, vergelijkbaar met H2O.
Zwavel heeft dus covalentie 2
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
d
e
Si + 4He
→ 32S
Eerst reactieschema
28
S (s) + O2 (g) + H2O (l) → H2SO4 (l)
Dan kloppend maken
2S (s) + 3 O2 (g) + 2H2O (l) → 2H2SO4 (l)
40
a
b
covalentie 0
groep
c
d
e
41
a
b
14
C 4
Si 4
16
O 2
S 2
Se 2
17
F 1
Cl 1
Br 1
I 1
18
He
Ne
Ar
Kr
0
0
0
0
van groep 18 naar 14 neemt de covalentie steeds met 1 toe te beginnen bij
covalentie 0.
Pcovalentie 3 , Cl covalentie 1 dus PCl3
Si covalentie 4 , Br covalentie 1 dus SiBr4.
0 ˚C ≙ -273 K dus 23K ≙ 23 - 273 = - 250 °C
O
O
H
c
15
N 3
P 3
Se 3
H
Eerst reactieschema
H2O2 (l) → H2O (l) + O2 (g)
Dan kloppend maken
2H2O2 (l) → 2H2O (l) + O2 (g)
42
d
H
a
destilatie is een scheidingstechniek dus de binding tussen de moleculen wordt
verbroken dus de vd Waalsbinding.
atoombinding is sterker dan vdWaalsbinding omdat bij deze temperatuur deze
nog niet wordt verbroken terwijl de vdWaalsbinding al wel wordt verbroken
C8 H18
de molecuulformule voldoet aan de algemene regel voor alkanen CnH2n + 2 dus
is het een alkaan.
b
c
d
e
f
g
43
a
C
C
C
N
C10H22 → C6H14 + C4H8
stof X is geen alkaan want hij voldoet niet aan de algemene formule voor
alkanen.
n = 22 dus 2n + 2 = 2 • 22 + 2 = 46
dus C22H46
waterdamp H2O (g)
koolstofdioxide CO2 (g)
zwaveldioxide SO2 (g)
waterstofsulfide H2S (g)
waterstof H2 (g)
koolstofmonooxide CO (g)
waterstofchloride HCl (g)
waterstoffluoride HF (g)
helium He (g)
O
b
H
O
H
C
O
S
H
H
H
H
H
Cl
H
F
He
c
Met de covalenties zoals we die nu kennen kunnen we geen juiste structuur
bedenken. Want C heeft bv covalentie 4 en O heeft covalentie 2 dus CO kan
niet
§ 2.5 Periodieke systeem
45
a
b
c
d
chloor stoomnummer 17 dus ook 17 elektronen
chloride heeft lading –1 dus 1 elektron meer dan atoom dus 18 elektronen
ijzer atoomnummer 26 dus 26 elektronen
ijzer II ion heeft lading +2 dus 2 elektronen minder dan atoom dus 24
elektronen
46
a
b
K+ en I– dus gelijke lading dus 1 : I dus KI
Cu2+ en Br– lading verhouding lading is 2 : 1 dus verhouding moet 1 : 2 zijn
wil lading gelijk zijn dus CuBr2
Fe3+ en S2– lading verhouding is 3 : 2 dus verhouding moet 2 : 3 zijn wil lading
gelijk zijn dus Fe2S3
Al3+ en O2– lading verhouding is 3 : 2 dus verhouding moet 2 : 3 zijn wil
lading gelijk zijn dus Al2O3
c
d
47
a
b
c
d
K+ e Br– kaliumbromide
Na+ en S2– natriumsulfide
Fe3+ en Cl– dus ijzer (III)chloride
(het is Cl– negatieve lading dus 3– dus positieve lading 3+ dus Fe3+)
Zn2+ en O2– Zinkoxide
48
Al2O3 aluminiumoxide
Fe2O3 ijzer(III) oxide (3 x 2- dus moet het 2 x 3+ zijn)
TiO2 Titaan(IV)oxide (2 x 2- dus 1 x 4+)
H2O water
49
formule Geleid bij Geleid in
kamertemp gesmolten
toestand
Methaan
CH4
–
–
Stikstof
N2
–
–
Water
H2O
–
–
Tin
Sn
+
+
Kalium
K
+
+
Natriumchloride NaCl
–
+
Naam rooster
Molecuul rooster
Molecuul rooster
Molecuul rooster
Metaal rooster
Metaal rooster
ionrooster
§ 2.6 Metalen
51
Eerst reactie schema
Fe (s) + O2 (g) → Fe2O3 (s)
Dan kloppend maken
4Fe (s) + 3O2 (g) → 2Fe2O3 (s)
52
Eerst reactie schema
CuO (s) + C (s) → Cu (s) + CO2 (g)
Dan kloppend maken
2CuO (s) + C (s) → 2Cu (s) + CO2 (g)
53
a
Eerst reactie schema
Fe2S3 (s) + O2 (g) → Fe2O3 (s) + SO2 (g)
Dan kloppend maken
b
2Fe2S3 (s) + 9O2 (g) → 2Fe2O3 (s) + 6SO2 (g)
Eerst reactie schema
Fe2O3 (s) + C (s) → Fe (s) + CO2 (g)
Dan kloppend maken
2Fe2O3 (s) + 3C (s) → 4Fe (s) + 3CO2 (g)
54
a
Het is Al3+ en OH– dus Al(OH)3
Het is Al3+ en O2– dus Al2O3
Eerst reactie schema
Al(OH)3 (s) → Al2O3 (s) + H2O (l)
Dan kloppend maken
b
2Al(OH)3 (s) → Al2O3 (s) + 3H2O (l)
Eerst reactie schema
Al2O3 (s) → Al (s) + O2 (g)
Dan kloppend maken
2Al2O3 (s) → 4Al (s) + 3O2 (g)
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
c
§ 2.7 Toepassingen
Dubbelzout
1
Fe Atoomnummer 26
2
Fe3+ ion
Fe atoom
-
26e
-
23e
26p ,
26p ,
3
Massagetal = aantal protonen+ aantal neutronen
Massagetal = 56 dus 56 – 26 = 30 neutronen
4
Negatieve lading is 2 • 2- = 4 dus positieve lading ook 4+
lading Fe is 3 + dus nog 1 + voor Cu ion
dus Cu+
Seleen
5
waterstof heeft covalentie 1 dus beide waterstofatomen moeten aan het Seleenatoom
zitten dus Seleen heeft covalentie 2
6
Se
H
H
Oppassen met fosfor
7
formule AlP
positieve ion Al3+
ion is P3─
dus positieve lading is 3+ dus negatieve lading ook 3─ dus
8
het bestaat uit ionen dus ionrooster
9
formule PH3 covalent H is 1 dus alle H moeten verbonden zijn met P dus 3 H aan een
P dus covanlentie is 3.
10
gaat om binding in de moleculen dus de atoombinding
11
Gaat om binding tussen de moleculen dus de vdWaalbinding
Benzine blauw
12
Een koolwaterstof is een verbinding die uit koolstof en waterstof bestaat.
13
Dit is een scheidingsmethode dus destilleren
Overmaat 17O
14
ozon, kooldioxide, koolmonoxide en lachgas
15
ozon trioxide O3
koolstofdioxide CO2
koolstofmonoxide CO
lachgas distikstofoxide N2O
16
spore-gassen zijn gassen die in heel kleine hoeveelheden voorkomen
17
het aantal neutronen want beide zijn zuurstof dus protonen en elektronen zijn beide 8,
maar het aantal neutronen is in 17O 17 ─ 8 = 9 en in 16O 16 ─ 8 = 8
18
Dit zijn isotopen van zuurstof (afkomst betekenis iso = gelijk en toop = plaats )
19
Dit komt door massa afhankelijke fractionering
in de lucht treedt de volgende reactie op
CO + OH → CO2 + H
bij deze reactie reageert 16O gemakkelijker dus is 17O percentage groot in de
achtergebleven CO