■■ 2 Periodiek systeem 10 a Goud is een metaal en geleidt dus de stroom. Pyriet is geen metaal en geleidt dus niet de stroom. ■■ 2.1 Metalen en niet-metalen 1 Zout, voor bestrijding van gladheid. Zand, ondergrond voor bouw en wegen Gas, voor elektriciteit en warmte. b pyriet + zuurstof ijzeroxide + zwaveldioxide FeS2(s) +2 ½ O2(g) FeO(s) + 2 SO2(g) 2 FeS2(s) +5 O2(g) 2 FeO(s) + 4 SO2(g) 2 ijzeroxide + koolstof ijzer + koolstofdioxide 2 FeO(s) + C(s) 2 Fe(s) + CO2(g) Hoe haalt men zout uit de bodem? Zout is oplosbaar in water, metaalertsen zijn dat niet. Zout kun je dus ondergronds oplossen en omhoog pompen. Metaalertsen moeten echt opgegraven worden. c Pyriet is een ontleedbare stof en is dus in principe te gebruiken als grondstof voor de productie van zwavel. 11 a Kwik wordt vast bij 234 K. 3 a ijzer(II)oxide + cokes ijzer + koolstofdioxide 2 FeO(s) + C(s) 2 Fe(s) + CO2(g) b Je moet tijdens het proces voortdurend sterk verhitten, dus dit is een endotherme reactie. 4 a Bij elektrolyse treedt ontleding op van de stof. b Kwik is beneden deze temperatuur een vast metaal, dat net als andere vaste metalen de stroom zal geleiden. 13 a Fosfor is een niet-metaal dat de stroom niet zal geleiden. b De niet-metalen zwavel en koolstof zijn brandbaar. Aluminiumoxide aluminium + zuurstof 2 Al2O3 4 Al + 3 O2 c Die conclusie mag je niet zomaar trekken. De edelgassen zijn niet-metalen, die niet reageren met zuurstof! b Uit één stof (aluminiumoxide) ontstaan twee stoffen. Het is dus een ontleding. 5 a butagas + zuurstof water + koolstofdioxide C4H10 + 6,5 O2 5 H2O + 4 CO2 2 C4H10(g)+ 13 O2(g) 10 H2O(l) + 8 CO2(g) b Een butagasvlam is in staat om water aan de kook te brengen. Er komt dus energie bij vrij: de reactie is exotherm. 6 a Die metalen zitten al heel lang in de aarde en worden blijkbaar niet aangetast door vocht en zuurstof. Ze reageren dus niet met andere stoffen: het zijn edele metalen. ■■ 13 a Mendelejev rangschikte de elementen naar opklimmende atoommassa. Verder plaatste hij de elementen met overeenkomstige eigenschappen onder elkaar in dezelfde kolom. b “Periodiek” betekent “regelmatig terugkerend”. In het periodiek systeem keren met een zekere regelmaat elementen terug die vergelijkbare chemische eigenschappen hebben. b Goud, zilver, platina, palladium, kwik. 7 8 Arjen denkt dat alle zuurstof aanwezig is in de vorm van siliciumoxide. Dat is onjuist, want er is veel water en er zijn zeer veel andere oxides. De uitspraak is juist. Er is 74,1 massa % silicium en zuurstof in de aardkorst aanwezig. Silicium en zuurstof zijn niet-metalen. 9 a Diamant bestaat uit één element: koolstof. De andere edelstenen zijn opgebouwd uit onder andere siliciumdioxide, een ontleedbare stof. b Als een diamant verbrandt, reageert de koolstof met zuurstof. Er ontstaat dan koolstofdioxide! Weg diamant! 2.2 De bouw van het atoom 14 a Ze staan boven elkaar, in dezelfde kolom. b Ze staan naast elkaar. 15 Natrium wordt onder olie bewaard, omdat het niet in contact mag komen met lucht en water. Natrium reageert snel met water en met zuurstof. 16 a Een mengsel van waterstof en zuurstof is explosief. Er is dus waterstof ontstaan. b Waterstof moet wel ontstaan zijn uit water. 17 Kalium en de andere metalen uit groep 1 reageren nog heftiger dan natrium met water. Daardoor zijn de proeven te gevaarlijk om op school te doen. 18 Radon is een edelgas. Het staat in groep 18. 19 27 a In H2O en in D2O komen per molecuul 2 x 1 + 8 = 10 protonen voor, dus ook 10 elektronen. In totaal zijn er in een molecuul H2O 2 x 0 + 8 = 8 neutronen. In een molecuul D2O komen 2 x 1 + 8 = 10 neutronen voor. b Een deuteriumatoom bestaat uit een proton, een elektron en een neutron. De totale massa is, afgerond, 2 u. Een tritiumatoom bestaat uit een proton, een elektron en twee neutronen. De totale massa is, afgerond, 3u. Dat mag je zelf doen. 20 a Zie ook opdracht 18. Cesium staat in groep 1. Net als natrium en kalium reageert cesium heftig met water. De reactie verloopt nog heftiger dan die van kalium en natrium. 21 Volgens Dalton zijn atomen harde onveranderlijke “knikkers”. Volgens het model van Dalton kunnen er geen deeltjes ontsnappen uit een atoom. 22 c De massa van een “gewoon” waterstofatoom is 1 u. De gemiddelde atoommassa van waterstof is 1,008 u. Daaruit blijkt dat het percentage H heel hoog is en het percentage D en T heel laag. 28 Kijk in tabel 25 naar de halveringstijd. Die geeft aan in hoeveel tijd de helft van de (radioactieve) atomen vervalt. Het zijn de atoomsoorten met de atoomnummers 6 en 26. Dus koolstof, C, en ijzer, Fe. In tabel 25 is bij diverse isotopen te zien dat ze helemaal niet radioactief zijn, bijvoorbeeld helium-3 en helium-4, of koolstof-12 en koolstof-13. Kevins bewering is dus onjuist. 23 a Het atoomnummer van Al is 13. b Het atoomnummer van P is 15. Het aantal 29 protonen is dus ook 15. a Eigenlijk kan dat niet. Maar het is waarschijnlijk boor-10 en boor-11. (Boor-10 en boor-12 had ook gekund!) c Het atoomnummer van Pt is 78. Het aantal protonen = aantal elektronen = 78. d Het atoomnummer is dus 12. Het is dus b Bij 50% boor-10 en 50 % boor-11 zou de gemiddelde massa gelijk zijn aan 10,5. De gemiddelde massa is 10,81: veel dichter bij 11 dan bij 10. Boor-11 komt dus het meeste voor. magnesium, Mg. e Het atoomnummer is dus 30. Dat is zink, Zn. 24 atoom He Li O aantal elektronen 2 3 8 elektronen in K-schil 2 2 2 elektronen in L-schil 0 1 6 Zie ook tabel 25. 30 Van de 1000 atomen zijn er 75 met massa 6,015 u. De andere 925 hebben een massa 7,016 u. De totale massa = 75 x 6,015 + 925 x 7,016 u = 451,14 + 6489,8 = 6940,9254 u. De gemiddelde atoommassa is dus (afgerond) 6,941 u. 25 kern kern wolk soort deeltje proton neutron elektron afkorting massa (in u) p 1,0 n 1,0 e 0,0 lading 1+ 0 1– 26 a Zilver, Ag. Neem 1000 atomen lithium in gedachten. Bereken daarvan de massa en dan de gemiddelde massa. ■■ 2.3 Soorten stof 31 + : wel stroomgeleiding - : geen stroomgeleiding vast gesmolten metalen + + zouten + moleculaire stoffen b De atoommassa is dus 107 u. c De kern bestaat uit 47 protonen en 107-47 = 60 neutronen. De elektronenwolk bevat 47 elektronen. d 107Ag of Ag-107. 32 a Ga na tot welke groep stoffen paraffine behoort. Rode fosfor lost nergens in op en is een vrij stabiele stof. Het is wel brandbaar. Het is opgebouwd volgens een atoomrooster. Paraffine is een ontleedbare stof, opgebouwd uit twee niet-metalen. Paraffine is dus een moleculaire stof. Paraffine geleidt niet de stroom. d Magnesium is een metaal en dus opgebouwd volgens een metaalrooster. e Geef de formule van glucose. b Koper is een metaal. Het geleidt de stroom in vaste en in gesmolten toestand. De formule van glucose is C6H12O6. Glucose is dus geen zout, maar een moleculaire stof: molecuulrooster. c Natrium is een metaal, broom is een nietmetaal. Natriumbromide is dus een zout. 33 Volgens het model van Dalton zijn atomen vaste, onveranderlijke deeltjes. Dit model kan het optreden van elektronen niet verklaren. Het atoommodel van Rutherford is hiervoor wel geschikt. 34 f Ga eerst na tot welke groep stoffen titaan behoort. Zie ook opdracht 21. Titaan is een metaal en dus opgebouwd volgens een metaalrooster. 37 De elektronenwolk is hoofdzakelijk leeg, dus er is ruimte genoeg voor vrije elektronen die zich van het ene koperatoom naar het andere koperatoom verplaatsen. Koperchloride kan gemaakt worden uit een metaal en een niet-metaal. Dus koperchloride is een zout. In de vaste toestand kunnen de ionen niet van hun plaats komen. In de vloeibare toestand kunnen de ionen wel bewegen en is stroomgeleiding mogelijk. 35 a Als lood smelt, verliest het zijn vorm. Het metaalrooster stort in elkaar. 38 b Als lood smelt, wordt de metaalbinding zwakker. Pas als gesmolten lood het kookpunt bereikt, wordt de metaalbinding verbroken en verdampt het gesmolten lood. c Hoe sterker de metaalbinding, hoe hoger het smeltpunt. Bij lood is de metaalbinding dus sterker dan bij tin (bij dezelfde temperatuur). d De metaalbinding in kwik is zwakker dan bij andere metalen. Daarom heeft kwik een lager smeltpunt dan de andere metalen. 36 a Jood bestaat uit moleculen I2. Vaste jood is dus opgebouwd volgens een molecuulrooster. b Let op de plaats van silicium in het periodiek systeem. Silicium vertoont overeenkomsten met koolstof, dat vooral als grafiet en diamant voorkomt. Hier is sprake van een atoomrooster. Silicium is ook opgebouwd volgens een atoomrooster. c Maak gebruik van gegevens in tabel 40A en 45C van Binas. Ga na tot welke groep stoffen koperchloride behoort. Ga eerst na tot welke groep stoffen zink en zinkchloride behoren. Kijk ook naar opdracht 34. Zink is een metaal, dat in vaste toestand de stroom kan geleiden door middel van de vrije elektronen. Zinkchloride is net als koperchloride een zout. Zie verder bij opdracht 37.. 369 Ga eerst na tot welke groep stoffen de genoemde stoffen behoren. a Kaliumjodide is een zout, dat opgebouwd is uit positieve en negatieve ionen. Die trekken elkaar aan: de ionbinding. b Koolstof is een niet-metaal. Het komt vooral voor als grafiet en diamant. De koolstofatomen zijn in deze stoffen door middel van atoombindingen aan elkaar gebonden. c Koper is een metaal. Het is opgebouwd uit positieve metaalionen en negatieve elektronen. Die trekken elkaar sterk aan: de metaalbinding. d Zie de antwoorden a, b en c. Fosfor komt in twee varianten voor: witte fosfor en rode fosfor. Witte fosfor verdampt gemakkelijk en reageert snel met zuurstof. Het kan ook in een geschikt oplosmiddel worden opgelost. Het bestaat uit moleculen P4. Het is dus opgebouwd volgens een molecuulrooster. 40 a Een natriumatoom bevat 11 protonen en 11 elektronen. b Een chlooratoom bevat 17 protonen en 17 elektronen. In tabel 40A staat bij astaat dat het ion een lading 7+ heeft. In het periodiek systeem staat At in groep 17, net als bijvoorbeeld chloor. Dan verwacht je een ion met lading 1-. 41 K- atoom K+ ion S-atoom S2- ion aantal protonen 19 19 16 16 aantal elektronen 19 18 16 18 47 I– O2– Cl– O2– Cl– Sr2+ Zr4+ Pd4+ Pt2+ W6+ 42 a Lood(IV)chloride is opgebouwd uit lood(IV)ionen, Pb4+ en chloride-ionen, Cl–. Sr2+I–2 Zr4+O2–2 Pd4+Cl–4 Pt2+O2– W6+Cl–6 formule SrI2 ZrO2 PdCl4 PtO WCl6 b De ionen zijn aanwezig in de verhouding 1 : 4. De verhoudingsformule is dus Pb4+Cl–4 of kortweg PbCl4. ■■ 2.4 Atoombinding 43 a K+ en S2– in de verhouding 2: 1 48 a C(s) + O2(g) CO2(g) b Al3+ en Cl– in de verhouding 1 : 3 c Fe2+ en O2– in de verhouding 1 : 1 44 a Lithium heeft atoomnummer 3 en staat in groep 1, net als bijvoorbeeld natrium. Het lithiumion heeft dus de lading 1+. b Jodium heeft atoomnummer 53 en staat in groep 17, net als bijvoorbeeld chloor. Het jodide-ion heeft dus de lading 1–. c Seleen heeft atoomnummer 34 en staat in groep 16, net als bijvoorbeeld zuurstof. Het selenide-ion heeft dus de lading 2–. b Bij de volledige verbranding van een ontleedbare stof ontstaan de oxides van de elementen waaruit die stof is opgebouwd. Bij de volledige verbranding van aardgas, CH4, ontstaan de oxides van koolstof, CO2, en van waterstof, H2O. 49 a Ga na wat de formule is van glucose. Bij de volledige verbranding van een ontleedbare stof ontstaan de oxides van de elementen waaruit die stof is opgebouwd. De formule van glucose is C6H12O6. De oxides die ontstaan, zijn koolstofdioxide en water. C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O d Barium heeft atoomnummer 56 en staat in groep 2, net als bijvoorbeeld magnesium. Het magnesiumion heeft dus de lading 2+. e De ionen van de elementen in groep 1, resp. 2 hebben een lading 1+, resp. 2+. De ionen van de elementen in groep 16, resp.17 hebben een lading –2, resp. –1. b Ga na hoe glucose gevormd wordt in groene planten. In groene planten vindt fotosynthese plaats. Uit koolstofdioxide en water ontstaan glucose en zuurstof. Dat is precies de omgekeerde reactie van de volledige verbranding van glucose. Er is dus een gesloten kringloop: er zijn geen extra stoffen van buitenaf voor nodig. 45 K+ Ag+ Fe3+ Mg2+ Zn2+ Sn4+ I– O2– Cl– Br– O2– Cl– verhouding 1:1 2:1 1:3 1:2 1:1 1:4 K+I– Ag+2O2– Fe3+Cl–3 Mg2+Br–2 Zn2+O2– Sn4+Cl–4 formule KI Ag2O FeCl3 MgBr2 ZnO SnCl4 50 a 46 ionlading francium-ion bismut-ion mendelevium-ion astaation Fr+ Bi3+ , Bi5+ Md2+ Md3+ At–, At7+ metaal of nietmetaal metaal groep 1 metaal metaal grensgeval b F–F 51 a H – I b Br – Br 52 a koolstofatomen moeten wel op covalentie 4 uitkomen. Dat betekent een extra binding tussen twee C-atomen. b O=O 53 a Het atoomnummer van stikstof is 7. c In een molecuul propeen komt één dubbele binding voor, tussen twee C-atomen. Er zijn dus zes enkele C-H bindingen en één C-C binding. b Een stikstofatoom heeft drie elektronen beschikbaar voor het vormen van gemeenschappelijke elektronenparen. c De atoomrest van een stikstofatoom bestaat uit de kern plus de 4 resterende elektronen. 57 a b d 54 Let erop dat koolstof covalentie 4 heeft en zuurstof covalentie 2. Hoe kunnen aan een atoom met covalentie vier slechts twee atomen gebonden zijn? Zonder dubbele bindingen red je het niet in dit geval. Koolstof heeft covalentie 4, zuurstof heeft covalentie twee. Een structuurformule als O – C – O klopt dus niet. De covalenties kloppen wel als je dubbele bindingen gebruikt: O=C=O Koolstof heeft nu wel covalentie 4 (2 x 2) en zuurstof covalentie 2. c H-S -H 58 a Je moet eerst weten tot welke groep een stof behoort. Zo zijn bij moleculaire stoffen de vanderwaalsbindingen belangrijk. Bij zouten en metalen spelen die geen rol van betekenis. b De vanderwaalskrachten zijn aanwezig in de vaste en vloeibare fase. c Butaan en zuurstof zijn moleculaire stoffen. In de moleculen zijn atoombindingen aanwezig. 55 a Een waterstofatoom heeft covalentie 1 en kan dus maar één enkele atoombinding hebben met een ander atoom. d Natriumchloride is een zout. Tussen de ionen is sprake van de ionbinding. e Butaan en zuurstof zijn bij kamertemperatuur gassen. Bij (sterk) afkoelen kunnen zij vloeibaar en zelfs vast worden. Tussen de moleculen is in de vaste en vloeibare fase sprake van vanderwaalsbindingen. b c Een molecuul butaan bestaat uit vier Catomen en tien H-atomen. Er is dan geen mogelijkheid voor een dubbele binding. Met enkele bindingen kunnen vier C-atomen en tien H-atomen precies aan elkaar gebonden zijn in één enkel molecuul. 56 a Zie ook opdracht 55b Wat moet je doen als er te weinig waterstofatomen lijken te zijn? Koolstof heeft covalentie 4, waterstof heeft covalentie 1. De drie koolstofatomen moeten dus aan elkaar vastzitten. Vervolgens kunnen we de zes waterstofatomen aan de koolstofatomen ‘vastplakken’. Maar.... de ■■ Toepassing 1 De elementen silicium, zuurstof en aluminium komen het meeste voor in de aardkorst. 2 Dat zijn waarschijnlijk siliciumdioxide en aluminiumoxide. 3 In het menselijk lichaam komen de elementen koolstof, stikstof en zuurstof het meest voor. 4 Watermoleculen en eiwitmoleculen. 5 6 In het heelal komen de elementen koolstof, stikstof en zuurstof het meest voor. In het menselijk lichaam en in de aardkorst komt veel koolstof en zuurstof voor. Dat geldt ook voor stikstof, natrium, fosfor en calcium. In het menselijk lichaam komt geen aluminium voor en maar heel weinig silicium. 17 Er is niet gegeven wat die overige 86,6 % is. 18 Mars heeft amper een atmosfeer. Bovendien zou je meer van de ontstaansgeschiedenis van Mars moeten weten om hier iets over te kunnen zeggen. 19 Argon behoort tot de edelgassen. Deze elementen laten zich chemisch niet binden. De edelgassen staan in groep 18 van het periodiek systeem. 7 Daar mag je zelf over nadenken en met anderen discussiëren. 20 8 Eka-aluminium staat dus onder aluminium. Het is het element gallium, Ga. 21 9 Ekaborium is scandium, Sc, atoomnummer 21. 10 Gallium is vernoemd naar Gallia = Frankrijk, Scandium naar Scandia = Scandinavië. 40 aantal protonen aantal neutronen aantal elektronen eka-aluminium 68 5,9 laag gallium gevonden: 69,72 12 Ekazirkonium is het element onder zirkonium. (nummer 40). Dat is hafnium, Hf. 13 De gesteenten zijn opgebouwd uit ijzerionen, oxide-ionen, disulfide-ionen en titaniumionen. 14 Hematiet bestaat uit ijzerionen en O2–ionen in de verhouding 2 : 3. Dus twee ijzerionen moeten zes plusladingen hebben. Dus Fe3+. Ilmeniet bestaat uit ijzerionen, titaniumionen en oxide-ionen in de verhouding 1 : 1 : 3. Een ijzerion en een titaniumion hebben dus samen zes plusladingen. Dat betekent (zie ook tabel 40A) Fe2+ en Ti4+. 15 Hematiet = ijzer(III)oxide Pyriet = ijzer(II)disulfide Ilmeniet is ijzer(II)titaan(IV)oxide. 16 De gesteenten zijn te beschouwen als zouten. In de vaste toestand kunnen de ionen niet vrij bewegen en is van stroomgeleiding geen sprake. 18 22 18 Bij de omzetting van 40 K in 40Ar reageren blijkbaar een proton en een elektron met elkaar en ontstaat een neutron. Dat neutron blijft in de kern van het zo ontstane argonatoom. 23 De ouderdom van het gesteente wordt bepaald door te kijken naar het 40Ar dat ontstaan is ná het stollen van het gesteente. Als er tijdens het stollen al 40Ar werd ingesloten is daardoor de hoeveelheid 40Ar in het gesteente groter dan de hoeveelheid 40Ar die ontstaan is ná het stollen. Het gesteente wordt dan als ouder bepaald dan het in werkelijkheid is. 24 De magnesiumionen en de orthosilicaationen komen voor in de verhouding 2 : 1. Twee magnesiumionen hebben een lading 4+. Het orthosilicaation heeft dus een lading 4–. ■■ Voorbeeldproefwerk 5,3 303 K eigenschappen eka-borium scandium voorspelde 44 gevonden: atoommassa (u) 44,956 dichtheid 3,0 2,99 smeltpunt hoog 1814 K Conclusie: de voorspellingen van Mendelejev kloppen behoorlijk goed! 40Ar 22 11 eigenschappen voorspelde atoommassa (u) dichtheid smeltpunt K 19 21 19 1 a Koperchloride is een ontleedbare stof, opgebouwd uit een metaal en een niet-metaal. Dat soort stoffen is vrijwel altijd een zout. Volgens tabel 42A zijn het smeltpunt een kookpunt hoog. Dat past bij een zout. Het smeltpunt van barium is volgens tabel 40A hoog. Barium staat in groep 2 van het periodiek systeem, onder magnesium. Barium is dus een metaal. C6H12O6 is opgebouwd uit niet-metalen. Dit soort stoffen is vaak (niet altijd!) een moleculaire stof. b Koperchloride is een zout, dat goed oplosbaar is in water. Koperchloride kan in gesmolten toestand en in opgeloste toestand elektrische stroom geleiden, omdat de koperionen en de chloride-ionen dan vrij kunnen bewegen. Barium is een metaal, dat in vaste en gesmolten toestand de stroom kan geleiden door middel van de vrije elektronen. C6H12O6 is een moleculaire stof, die de elektrische stroom nooit zal geleiden. CuCl2 barium C6H12O6 vast geleidt - gesmolten geleidt geleidt - opgelost geleidt - 2 a Sulfide-ionen hebben altijd een lading 2– De kwikionen hebben dus een lading 2+. b c De molecuulformule is CF2ClBr. d e De stof is opgebouwd uit niet-metalen en dat type stoffen is meestal een moleculaire stof. De stof kan dan niet de elektrische stroom geleiden. 5 a Ga na wat het atoomnummer van plutonium is. Het atoomnummer van Pu is 94. Een Pu-238 atoom bevat 94 protonen en 238 - 94 = 144 neutronen. Als een alfadeeltje wordt afgesplitst, blijven er 94 -2 = 92 protonen over en 144 - 2 = 142 neutronen. b Het is dus element 92, uranium. c Zoek het smeltpunt en kookpunt op van zwaveldioxide. - Het smeltpunt van zwaveldioxide is 200 K volgens tabel 12. Het kookpunt is 263 K. Dat lage smeltpunt en kookpunt wijst op een moleculaire stof. Zwaveldioxide is geen zout. - Volgens tabel 40A vormen zwavel en zuurstof negatieve ionen en daaruit is geen zout samen te stellen. d Kwik is een metaal, dat in de vloeibare (gesmolten) toestand de stroom kunnen geleiden door middel van vrije elektronen. 3 a Astaat staat in groep 17 van het periodiek systeem. Daarin staan ook chloor en jood. Astaat behoort dus tot de halogenen. b Astaat zal in chemisch opzicht op de halogenen lijken en dus een niet-metaal zijn. (in werkelijkheid is astaat een lastig grensgeval. Het element heeft een zikverkleurig, metaalachtig uiterlijk). c Astaat heeft atoomnummer 85 en atoommassa 210. Een atoom astaat bevat dus 85 protonen, 85 elektronen en 210 - 85 = 125 neutronen. d Astaat vertoont overeenkomsten met chloor, broom en jood. Je kunt dus de formule At2 verwachten voor de niet-ontleedbare stof. 4 a 2 P + 3 Cl2 2 PCl3 b Aan een fosforatoom zijn drie chlooratomen gebonden. De covalentie van fosfor is dus drie. c Uranium heeft symbool U. d Een kernsplitsing is niet te beïnvloeden door chemicaliën toe te voegen of door bijvoorbeeld verwarmen of afkoelen. Het is dus geen chemische reactie, maar een natuurkundig proces.