1 Natuurwetenschappen

CHT 31/41
Schooljaar 2003 - 2004
In de middeleeuwen waren alchemisten voor de andere mensen tovenaars. Zij
roerden in grote potten allerlei stoffen bij elkaar en hoopten dat er goud
gevormd werd.
Dat chemici geen goud kunnen maken is voor iedereen inmiddels bekend, maar
veel mensen zien chemici nog wel als degenen die in kolven roeren, stoffen uit
reageerbuizen in elkaar overgieten, e.d. In het moderne beroepsbeeld horen
echter veel meer aan computers gekoppelde moderne apparatuur. Het
instrumentarium waarmee chemici hun werk doen is veranderd, de chemie zelf
niet. Nog steeds verandert het dagelijkse leven door chemische vindingen.
René Punt en Dik de Vooys
CHT 31/41
Inhoudsopgave
6
6
6
6
6
6
7
7
8
8
8
1. Natuurwetenschappen
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
Inleiding
Leerdoelen
Andere natuurwetenschappen
Overgangsgebieden
Indeling van de chemie
Analyse: kwantitatief / kwalitatief
Overzicht
Nieuwe begrippen
Samenvatting
Opgaven
10
10
10
10
11
11
12
12
13
13
13
13
13
14
14
14
14
15
15
16
16
16
16
18
2. Stoffen
2.1. Inleiding
2.2. Leerdoelen
2.3. Wat wordt verstaan onder een stof?
2.4. Toestand van de stoffen
2.5. Aggregatietoestanden
2.6. Kleinste deeltjes van een stof
2.7. Eigenschappen van moleculen
2.8. Zuivere stoffen
2.9. Fysische processen
2.10. Chemische processen
2.11. Reactieschema
2.12. Ontleding
2.12.1. Elektrolyse
2.12.2. Fotolyse
2.12.3. Thermolyse
2.13. Synthese
2.14. Verbrandingsreactie
2.15. Andere soorten reacties
2.16. Overzicht
2.17. Nieuwe begrippen
2.18. Samenvatting
2.19. Opgaven
3.
20
20
20
21
21
21
21
22
22
22
22
22
22
23
Mengsels en scheidingsmethoden
3.1. Inleiding
3.2. Leerdoelen
3.3. Mengsels
3.4. Fysische eigenschappen mengsels
3.5. Homogene mengsels
3.5.1. Oplossing
3.5.2. Gasmengsel
3.6. Heterogene mengsels
3.6.1. Suspensie
3.6.2. Emulsie
3.7. Metaalmengsels
3.8. Eigenschappen bestanddelen mengsels
3.8.1. Deeltjesgrootte
2
CHT 31/41
3.8.2. Dichtheid
3.8.3. Vluchtigheid
3.8.4. Oplosbaarheid
3.8.5. Aanhechtingsvermogen (adsorptie)
3.8.6. Lading
3.9. Scheidingsmethoden
3.9.1. Zeven
3.9.2. Filtreren
3.9.3. Decanteren
3.9.4. Bezinken
3.9.5. Centrifugeren
3.9.6. Indampen
3.9.7. Destilleren
3.9.8. Extraheren
3.9.9. Adsorptie
3.9.10. Elektroforese
3.9.11. Chromatografie
3.9.12. Overzicht
3.10. Nieuwe begrippen
3.11. Samenvatting
3.12. Opgaven
4. Stoffen nader bekeken
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
Inleiding
Leerdoelen
Moleculen
Elementen (op stofniveau)
Verbindingen en atoomsoorten
Atoomsoorten
Chemische notatie elementen
Elementen
4.8.1. Elementbegrip op stofniveau
4.8.2. Elementbegrip op molecuulniveau (= atoomsoort)
4.8.3. Aggregatietoestand elementen
4.9. Notatie verbindingen
4.10. Overzicht
4.11. Nieuwe begrippen
4.12. Samenvatting
4.13. Opgaven
30
30
30
30
30
31
31
31
32
32
32
32
32
33
34
34
35
37
37
37
37
38
39
39
40
40
40
41
41
42
5. Bouw atomen
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
5.10.
5.11.
5.12.
23
23
23
23
23
23
24
24
25
25
25
25
26
26
26
26
27
27
28
28
28
Inleiding
Leerdoelen
Atoomkern / elektronen
Atoommodel Bohr
Elektronenverdeling volgens Bohr
Valentie
Atoomnummer
Massagetal
Isotopen
Atoommassa
Molecuulmassa
Formulemassa
3
CHT 31/41
5.13.
5.14.
5.15.
5.16.
Overzicht
Nieuwe begrippen
Samenvatting
Opgaven
42
42
44
44
6. Periodiek Systeem der elementen
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
Inleiding
Leerdoelen
Perioden en groepen
Verdeling elementen naar eigenschappen
6.4.1. Metalen
6.4.2. Niet-metalen
6.4.3. Halfmetalen
6.5. Namen diverse groepen Periodiek Systeem
6.5.1. Alkalimetalen
6.5.2. Aardalkalimetalen
6.5.3. Halogenen
6.5.4. Edelgassen
6.5.5. Overgangsmetalen
6.6. Atoomstraal
6.7. Elektronegativiteit
6.8. Overzicht
6.9. Nieuwe begrippen
6.10. Samenvatting
6.11. Opgaven
7. Elektronen nader bekeken
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
Inleiding
Leerdoelen
Hoofdschillen
Subschillen
Opvulling subschillen
7.5.1. Schuine pijlen diagram
7.5.2. Voorbeelden van opvulling
7.5.3. Afleiden eenvoudige elektronenconfiguratie
7.6. Overzicht
7.7. Nieuwe begrippen
7.8. Samenvatting
7.9 Opgaven
4
47
47
47
47
48
48
48
48
49
49
49
49
49
49
50
50
50
50
51
52
54
54
54
54
54
55
55
56
57
58
58
58
59
CHT 31/41
8. Elektronenconfiguratie en Periodiek Systeem
8.1.
8.2.
8.3.
Inleiding
Leerdoelen
Plaats van de elementen in het Periodiek Systeem
8.3.1. s-blok
8.3.2. p-blok
8.3.3. d-blok / f-blok
8.4. Overzicht
8.5. Nieuwe begrippen
8.6. Samenvatting
8.7. Opgaven
60
60
60
60
60
61
62
62
62
63
64
64
64
64
64
64
64
64
65
65
65
65
66
66
67
67
67
9. Orbitalen
9.1.
9.2.
9.3.
Inleiding
Leerdoelen
Orbitalen
9.3.1. s-subschil
9.3.2. p-subschil
9.3.3. d-subschil
9.3.4. f-subschil
9.4. Vorm van de orbitalen
9.4.1. s-orbitalen
9.4.2. p-orbitalen
9.5. Valentieschil
9.6. Overzicht
9.7. Nieuwe begrippen
9.8. Samenvatting
9.9. Opgaven
68
10.Totaal overzicht
74
11.Oefentoets
81
Periodiek Systeem
5
CHT 31/41
1.
Natuurwetenschappen
1.1
Inleiding
Samen met o.a. natuurkunde (fysica) en biologie, behoort de scheikunde (chemie) tot de
natuurwetenschappen.
1.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:







5 voorbeelden van natuurwetenschappen noemen
3 overgangsgebieden van natuurwetenschappen noemen
3 werkgebieden van de chemie noemen
het onderscheid tussen schei- en natuurkunde aangeven
beschrijven wat wordt verstaan onder preperatieve chemie, analytische chemie, organische
chemie en anorganische chemie
globaal beschrijven wat kwalitatieve en wat kwantitatieve analyse is
globaal het werkterrein van de chemicus beschrijven
1.3
Andere natuurwetenschappen
De chemie houdt zich bezig met verandering van stoffen. De natuurkunde (= fysica) voert metingen
aan stoffen uit. Er vinden in de natuurkunde geen (blijvende) verandering van stoffen plaats. In de
biologie worden stoffen onderzocht afkomstig van planten, dieren en / of mensen.
Naast deze vakken zijn er nog andere natuurwetenschappen. De astronomie houdt zich bezig met de
sterren en alles wat erbij hoort, de geologie met de processen in de aardkorst en de oceanologie met
de processen in de zeeën.
1.4
Overgangsgebieden
De natuurwetenschappen lopen in elkaar over. Ook de chemicus meet stoffen, zonder ze te
veranderen. Dit wordt fysische chemie genoemd, een overgangsgebied van de chemie en de fysica. Zo
wordt het overgangsgebied tussen de biologie en de chemie biochemie genoemd en het
overgangsgebied tussen de biologie en de fysica biofysica. Een ander voorbeeld waarbij
natuurwetenschappen worden gecombineerd is biomechanica, een overgangsgebied tussen de biologie
en de mechanica.
1.5
Indeling van de chemie
De chemicus bestudeert dus processen waarin stoffen blijvend veranderen. Soms maakt de chemicus
ook stoffen. Hij houdt zich dan bezig met preperatieve chemie ook wel synthese genoemd. Daarna
onderzoekt hij deze stoffen.
Vaak zal een chemicus ook willen weten met welke stoffen hij te maken heeft en hoeveel hiervan
aanwezig is. We noemen die chemicus dan een analytisch chemicus.
Een analytisch chemicus welke zich bezig houdt met het analyseren van stoffen in (voornamelijk)
lichaamsvloeistoffen (o.a.. bloed, urine) noemt men een klinisch chemicus.
6
CHT 31/41
Soms wordt de chemie anders verdeeld en wel in organische en anorganische chemie. Bij de
anorganische chemie worden stoffen bestudeerd waarin geen ingewikkelde koolstofverbindingen
voorkomen. Bij de organische chemie worden juist de stoffen bestudeert welke ‘ingewikkelde’
koolstofverbindingen bevat. Vroeger dacht men dat deze koolstofverbindingen gemaakt werden in
plantaardige, dierlijke of menselijke organismen. Heden ten dage worden dit soort verbindingen ook
in chemische fabrieken gemaakt, bijvoorbeeld in de polymeerchemie, waar kunststoffen worden
geproduceerd.
1.6
Analyse: kwantitatief / kwalitatief
De meeste chemici houden zich met analytische chemie bezig. Zij willen weten of een stof zich ergens
in bevindt, we noemen dit kwalitatieve analyse en / of hoeveel er van een bepaalde stof bevat, we
spreken dan van kwantitatieve analyse. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de bepaling van het
chroomgehalte in staal.
Voordat de chemicus iets kan zeggen of en hoeveel er van een stof in een monster zit zal hij een groot
aantal handelingen moeten doen voordat de uiteindelijke analyse kan worden uitgevoerd.
1.7




Overzicht
Natuurwetenschappen zijn o.a.:
 natuurkunde
 biologie
 chemie
 astronomie
 geologie
Overgangsgebieden natuurwetenschappen zijn o.a.
 biochemie
 fysische chemie
 biofysica
Werkgebieden van de chemie zijn o.a.
 preperatieve chemie
 analytische chemie
 klinische chemie
Een andere indeling van de chemie is:
 organische chemie
 anorganische chemie
7
CHT 31/41
1.8
Nieuwe begrippen
Scheikunde (chemie)
De natuurwetenschap, die zich bezighoudt met stoffen die blijvend
veranderen.
Natuurkunde (fysica)
De natuurwetenschap, die zich bezighoudt met stoffen die niet
veranderen.
Preperatieve chemie
Chemie, die zich bezighoudt met het maken van nieuwe stoffen.
Analytische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met het bepalen hoeveel van welke stoffen
er aanwezig is.
Klinische chemie
Chemie, die zich bezig houdt met het bepalen van stoffen in
lichaamsvloeistoffen.
Kwantitatieve analyse
Het bepalen van hoeveel stof er aanwezig is.
Kwalitatieve analyse
Het bepalen van welke stoffen er aanwezig zijn.
Organische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met de “ingewikkelde”
koolstofverbindingen.
Anorganische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met alle chemie buiten de organische
chemie.
1.9
Samenvatting
Natuur- en scheikunde behoren tot de natuurwetenschappen. Naast deze vakken bestaan er ook andere
natuurwetenschappen en er zijn ook overgangsgebieden. Het verschil tussen de natuur- en scheikunde
wordt gevormd door het al dan niet blijvend veranderen van stoffen. Chemie kan in diverse
doelgebieden onderverdeeld worden.
1.10 Opgaven
1. Geef 5 voorbeelden van natuurwetenschappen.
2. Noem 3 overgangsgebieden tussen chemie, natuurkunde en / of biologie.
3. Leg het verschil tussen schei- en natuurkunde uit.
4. Leg uit wat wordt verstaan onder
a. kwalitatieve chemie
b. kwantitatieve chemie
5. Beschrijf waarmee een chemicus zich bezig kan houden.
8
CHT 31/41
6. Welke natuurwetenschap houdt zich bezig met
a. het verbeteren van de atoombom?
b. het bepalen van de hoeveelheid ijzer in bloed?
c. het maken van medicijnen?
7. Waarin onderscheidt de klinische chemie zich van de biochemie?
8. Waarin onderscheidt de preperatieve chemie zich van de analytische chemie?
9. Hoe heet het overgangsgebied tussen de geologie en de chemie?
10. Er is een deelgebied in de chemie waarin deze wetenschap elektrische verschijnselen bestudeert in
samenhang met de chemie. Dit deelgebied heeft een specifieke naam. Welke?
9
CHT 31/41
2.
Stoffen
2.1
Inleiding
We hebben het in hoofdstuk 1 al gehad over stoffen zonder precies aan te geven wat onder stoffen
wordt verstaan. Dit hoofdstuk gaat over wat stoffen zijn en wat een fysisch- en wat een chemisch
proces is.
2.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:
 beschrijven wat onder een stof wordt verstaan
 beschrijven wat onder stofeigenschappen wordt verstaan
 voorbeelden geven van stofeigenschappen welke met de zintuigen kunnen worden waargenomen
 beschrijven wat onder fysische constanten wordt verstaan
 fysische constanten opzoeken in BINAS en het handbook of Physics and Chemistry
 een aantal fysische constanten noemen
 beschrijven wat onder cohesie, adhesie en diffusie wordt verstaan
 cohesie, adhesie en diffusie in praktijkvoorbeelden herkennen
 beschrijven wat er met cohesie en diffusie gebeurt bij temperatuurverhoging
 de aggregatietoestanden, inclusief de symbolen noemen
 de overgangen van de aggregatietoestanden (vast vloeibaar; vast  gas; vloeibaar  gas) in
elkaar noemen , beschrijven en herkennen
 een molecuul duidelijk beschrijven
 een zuivere stof beschrijven
 beschrijven hoe de temperatuur verandert bij warmtetoevoer, ook bij overgangen van
aggregatietoestand
 beschrijven wat onder zuiverheidsgraad van een stof wordt verstaan
 2 zuiverheidsaanduidingen noemen en beschrijven wat hieronder wordt verstaan
 beschrijven wat onder een fysische- en wat onder een chemische verandering wordt verstaan
 de verschillen tussen fysische en chemische veranderingen beschrijven
 fysische en chemische veranderingen herkennen
 beschrijven wat onder een reactieschema wordt verstaan
 beschrijven wat in een reactieschema de uitgangsstoffen en wat de reactieproducten zijn
 beschrijven wat onder een ontleding wordt verstaan
 3 verschillende ontledingstechnieken noemen
 van deze 3 ontledingstechnieken een voorbeeld noemen
 beschrijven wat onder een synthese wordt verstaan
 beschrijven wat onder een verbrandingsreactie wordt verstaan
2.3
Wat wordt verstaan onder een stof?
In de chemie wordt onder een stof niet de deeltjes verstaan die in de lucht zweven en op kasten, tafels,
enz. terecht komt. Ook wordt onder een stof niet het materiaal waarvan je kleren maakt verstaan. Nee
in de chemie wordt de volgende definitie van een stof gehanteerd:
Een stof is alles wat massa heeft en ruimte inneemt.
10
CHT 31/41
In plaats van stoffen spreekt men ook wel over materie. Een stof heeft kenmerkende
stofeigenschappen.
Sommige van die stofeigenschappen kunnen we met onze zintuigen waarnemen. Voorbeelden hiervan
zijn geur, kleur, hardheid, smaak, enz.
Andere eigenschappen kunnen we met bepaalde instrumenten meten. Deze stofeigenschappen noemen
we fysische constanten. Voorbeelden hiervan zijn: smeltpunt, kookpunt, dichtheid, oplosbaarheid,
brekingsindex.
Fysische constanten worden gebruikt om na te gaan met welke stof we te maken hebben (kwalitatief
onderzoek) en met hoeveel stof we te maken hebben (kwantitatief onderzoek).
Verder kan je fysische constanten vinden in BINAS en nog beter in het Handbook of Chemistry and
Physics.
Verder moet opgemerkt worden dat bijvoorbeeld vorm van een stof geen stofeigenschap is.
2.4
Toestand van de stoffen
Bij kamertemperatuur (ca. 20 °C) zijn sommige stoffen een gas, andere zijn vloeibaar en weer andere
zijn vast. We noemen dit de aggregatietoestand van een stof. Bij een andere temperatuur is de
toestand van een stof misschien heel anders. Zo is water bij normale luchtdruk onder de 0 °C een
vaste stof, tussen 0 °C en 100 °C een vloeistof en boven de 100 °C een gas. Dit alles heeft te maken
met de krachten die de deeltjes van een stof op elkaar uitoefenen.
Eén van deze krachten is de
cohesiekracht, ofwel de kracht die
gelijksoortige deeltjes op elkaar
uitoefenen.
= molecuul
= krachten tussen moleculen
cohesiekrachten (niet alle
krachten zijn ingetekend)
Anderzijds werkt op de deeltjes de
diffusie. Diffusie werkt tegengesteld
aan de cohesiekracht en zorgt ervoor
= diffusiekracht die
dat stofdeeltjes uit elkaar gedreven
moleculen
worden.
uiteen drijft (niet alle
Diffusie kunnen we waarnemen als
krachten zijn ingetekend)
we in een ruimte een gaskraan openzetten. Na bepaalde tijd ruiken we het gas op een heel andere
plaats.
Gassen vertonen grote diffusie en er werkt een kleine cohesiekracht tussen de deeltjes. Vaste stoffen
vertonen weinig diffusie en er werkt een grote cohesiekracht tussen de deeltjes.
Bij temperatuurverhoging wordt de cohesiekracht kleiner en de diffusie groter. Op een bepaald
moment zal dus een stof van de vaste toestand overgaan in de vloeibare toestand en vervolgens in de
gastoestand.
= molecuul
2.5
Aggregatietoestanden
De verschijningsvormen zijn dus: gasvormig, vloeibaar en vast. Deze verschijningsvormen kunnen
worden weergegeven met een symbool:
s
het engelse “solid”
voor een vaste stof
l
het engelse “liquid”
voor een vloeistof
g
het engelse “gas”
voor een gas
Als we later reacties van stoffen gaan beschrijven moeten we vaak de toestand van een stof met dit
symbool (tussen haakjes) aangeven.
11
CHT 31/41
Een overgang van de ene aggregatietoestand naar de andere komt in de natuur vaak voor. De
verschillende overgangen zijn benoemd en aangegeven in onderstaand figuur.
GAS
vervluchtigen
condenseren
sublimeren
verdampen
stollen
VASTE STOF
VLOEISTOF
smelten
Er zijn processen waarin meerdere aggregatietoestanden na elkaar plaats. Een voorbeeld hiervan is
destilleren. Hierbij gaat de stof eerst over van de vloeibare toestand naar de gasfase om vervolgens
weer in de vloeibare fase terug te keren.
destilleren : verdampen + condenseren
sublimeren: vervluchtigen + sublimeren (dubbel begrip)
rijpen
: sublimeren van water
bevriezen : stollen van water
2.6
Kleinste deeltjes van een stof
In de chemie kennen we miljoenen stoffen. De kleinste deeltjes van een stof met nog dezelfde
stofeigenschappen noemen we moleculen. Als moleculen worden gesplitst gaat de stof, met z’n
stofeigenschappen verloren en krijgen we andere deeltjes die we later nog zullen bespreken.
Definitie van een molecuul
Een molecuul is het kleinste deeltje van een stof. Het deeltje heeft dan nog de bekende
stofeigenschappen.
2.7
Eigenschappen van moleculen
De cohesie- en diffusiekrachten zijn reeds
gemeld. Maar moleculen oefenen ook krachten op
andersoortige moleculen uit. We noemen deze
kracht adhesiekracht.
cohesie
kracht
adhesie
kracht
diffusie
Zuivere stoffen hebben vaste fysische constanten zoals smeltpunt, kookpunt, dichtheid, brekingsindex,
oplosbaarheid, enz. bij bepaalde omstandigheden (zo is bijvoorbeeld het kookpunt afhankelijk van de
heersende druk).
12
CHT 31/41
2.8
Zuivere stoffen
Echte zuivere stoffen bestaan niet, vrijwel elke stof zal in meerdere of mindere mate verontreinigd
zijn. Kleine verontreinigingen noemt men sporenverontreinigingen. Stoffen hebben dan wel een kooken smeltpunt en de fysische constanten komen overeen met de in de tabellenboeken opgegeven
waarden. Als je een bepaalde stof bij een chemicaliënfirma koopt wordt de zuiverheidsgraad
aangegeven zijn, voorbeelden zijn: pro analyse (p.a.), chemisch zuiver, reinst, enz..
Afhankelijk van de toepassing moet de chemicus voor een bepaalde zuiverheid kiezen. Altijd de meest
zuivere vorm kiezen kan nogal in de papieren lopen en is meestal niet noodzakelijk. In goede
voorschriften staat de gewenste zuiverheid vermeld.
2.9
Fysische processen
De fysische eigenschappen van een stof kunnen veranderen. Zo verandert water na het koken tot
waterdamp en na bevriezen tot ijs. Op ijs kan je schaatsen, in water zwemmen en in waterdamp kun je
lopen. De eigenschappen zijn geheel anders, maar de moleculen zijn niet veranderd, alleen anders
gebonden. Bij ijs bestaat er een kristalstructuur. De “ijs”moleculen (watermoleculen) zitten stevig aan
elkaar gebonden en kunnen zoals we weten ook belast worden. De cohesiekrachten zijn groot. Bij
water zijn deze cohesiekrachten kleiner en de diffusie groter dan bij ijs. Bij waterdamp zijn de
cohesiekrachten nog veel kleiner en de diffusie groot. Na verloop van tijd neemt de damp de hele
ruimte in. Bij verandering van temperatuur kan ijs weer overgaan in water en omgekeerd.
Overgangen van aggregatietoestanden zijn fysische processen. Vaak worden deze processen dan ook
als voorbeeld gegeven van fysische processen. Er wordt aangegeven dat een fysisch proces een proces
is waarbij de oorspronkelijke situatie gemakkelijk terug te krijgen is.
Sommige fysische veranderingen gaan echter niet zo makkelijk terug in de oorspronkelijke toestand,
zoals het breken van een vaas, maar wat in ieder geval waar is dat de oorspronkelijke moleculen niet
veranderd zijn.
Algemeen geldt dat bij fysische processen de moleculen niet
veranderen.
Het is als beginnend beroepsbeoefenaar echter nog niet altijd gemakkelijk te onderkennen of men te
maken heeft met een fysisch dan wel een chemisch proces. Echter oefening baart kunst.
2.10 Chemische processen
Bij chemische processen veranderen in tegenstelling tot fysische processen de moleculen en dus de
stoffen wel. De fysische constanten veranderen volledig. Een andere naam voor het plaatsvinden van
een chemische proces is reactie. Reacties kunnen we in reactieschema’s en later in
reactievergelijkingen weergeven.
Algemeen geldt dat bij chemische processen de moleculen wel veranderen.
Bijvoorbeeld koolstof reageert met zuurstof tot koolstofdioxide. Koolstof en koolstofdioxide bestaan
uit geheel andere moleculen en hebben volledig andere eigenschappen.
Voorbeelden van chemische processen zijn ontledingen, syntheses en verbrandingsreacties.
2.11 Reactieschema
De reactie van koolstof met zuurstof kunnen we als volgt schrijven:
koolstof + zuurstof  koolstofdioxide
We noemen een als hierboven geschreven chemische reactie een reactieschema. Voor de reactiepijl
staan de uitgangsstoffen (= reactanten) en na de reactiepijl de reactieproducten (hier reactieproduct).
13
CHT 31/41
2.12 Ontleding
Ontleding is een chemische reactie. Bij een ontleding ontstaat uit één stof meerdere andere stoffen.
Schematisch wordt dit:
A

B+C+…
Waarbij A, B en C stoffen voorstellen. A is de uitgangsstof, terwijl B, C, enz. de reactieproducten
zijn. We onderscheiden 3 soorten ontledingen: elektrolyse, fotolyse en thermolyse.
2.12.1
Elektrolyse
Een ontleding onder invloed van elektriciteit noemen we elektrolyse. Een voorbeeld van een
elektrolyse is:
+
-
E
Water
waterstof + zuurstof
De stof water reageert dus tot de stoffen
waterstofgas en zuurstofgas. Water, de
uitgangsstof, heeft totaal andere
eigenschappen dan de reactieproducten
waterstof en zuurstof!
zuurstofmoleculen
waterstofmoleculen
2.12.2
Fotolyse
Een ontleding onder invloed van licht noemen we fotolyse.
Een voorbeeld van een fotolyse is:
Zilverbromide
licht
zilver + broom
Deze ontleding vinden we bij fotografie. De uitgangsstof zilverbromide wordt op de fotografische
plaat onder invloed van licht omgezet in de reactieproducten zilver en broom.
2.12.3
Thermolyse
Een ontleding onder invloed van warmte noemen we thermolyse. Een voorbeeld van een thermolyse
is:
T
Suiker
koolstof + water + brandbare gassen
De uitgangsstof suiker wordt onder invloed van warmte omgezet in de uitgangsproducten koolstof en
water.
Een andere spectaculaire thermolyse is:
Ammoniumdichromaat
T
chroom(III)oxide + stikstof + water
14
CHT 31/41
De oranjekleurige vaste uitgangsstof ammoniumdichromaat wordt omgezet in de reactieproducten:
groenkleurig vaste chroom(III)oxide en het kleurloze gas stikstof en water. Bij deze reactie zal water
voorkomen in de vorm van waterdamp.
2.13 Synthese
Synthese is het maken van stoffen uit andere stoffen al dan niet met nevenproducten. Schematisch ziet
dat er dus als volgt uit:
of
A+B+…
 C
A+B+…
 C + nevenproduct(en)
De uitgangsstoffen A, B, enz. vormen dus een reactieproduct, te weten C met eventueel
nevenproducten. Voorbeelden van synthese zijn:
Voorbeeld 1
Fenol + methanal

polyfenolformaldehyde
Waarbij de uitgangsstoffen fenol en methanal het reactieproduct polyfenolformaldehyde vormen.
Wetenswaardig is misschien dat polyfenolformaldehyde het eerste gesynthetiseerde
polymeermolecuul is. In 1907 maakte de Belg Baekeland deze stof voor het eerst. De stof wordt ook
wel bakeliet genoemd. We komen deze stof nog wel eens tegen in oude schakeldozen of
lampfittingen.
Voorbeeld 2
ethanol + ethaanzuur 
ethylacetaat + water
De uitgangsstoffen zijn ethanol en ethaanzuur. Door reactie van deze stoffen wordt ethylacetaat
gesynthetiseerd. Water komt als nevenproduct vrij. Ethylacetaat is een in de chemie vaak gebruikt
oplosmiddel.
2.14 Verbrandingsreactie
Een andere belangrijke chemische reactie is de verbrandingsreactie. Dit is een reactie waarbij een
stof reageert met zuurstof. Bepaalde verbrandingsreacties kunnen gepaard gaan met
vuurverschijnselen (vlammen). Bij verbrandingsreacties zonder vuurverschijnselen spreken chemici
meestal van oxidatiereacties. Een verbrandingsreactie is natuurlijk ook een oxidatiereactie.
Een voorbeeld van een verbrandingsreactie is:
Methaan + zuurstof

koolstofdioxide + water
Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas. Als er voldoende zuurstof aanwezig is wordt bij de
verbrandingsreactie koolstofdioxide en water gevormd.
Er komt bij deze reactie zoveel warmte vrij dat er vuurverschijnselen zijn waar te nemen.
2.15 Andere soorten chemische reacties
15
CHT 31/41
We zullen later nog vele soorten reacties leren kennen. Soms kunnen chemische reacties tot meerdere
typen reacties behoren. Het indelen van chemische reacties behoort tot de aard van mensen. De natuur
houdt zich daar niet aan.
2.16 Overzicht











Stof met stofeigenschappen:
 zintuigen: vb. kleur, geur, enz.
 Fysische constanten: vb. kookpunt, smeltpunt, brekingsindex, oplosbaarheid
Krachten op stoffen: cohesie, adhesie, diffusie
Aggregatietoestanden l, g, s
Overgangen van aggregatietoestanden
 stollen, smelten, verdampen, condenseren, sublimeren, vervluchtigen
Moleculen: kleinste deeltjes van een stof
Fysische processen stoffen (dus ook moleculen) veranderen niet
Chemische processen: moleculen veranderen wel
Reactieschema: uitgangsstoffen (in woorden) links van de reactiepijl, producten rechts
Ontleding
 Elektrolyse
 Fotolyse
 Thermolyse
Synthese
Verbrandingsreactie
2.17
Nieuwe begrippen
Stof of materie
Alles wat massa heeft en ruimte inneemt.
Fysische constante
Een stofeigenschap die gemeten kan worden.
Aggregatietoestand
De toestand waarin een stof zich bevindt, dit kan zijn: vast, vloeibaar of
gas.
Cohesiekracht
Kracht, waarbij gelijke deeltjes elkaar aantrekken.
Adhesiekracht
Kracht, waarbij ongelijke deeltjes elkaar aantrekken.
Diffusie
Het verschijnsel dat deeltjes spontaan uit elkaar gaan en de hele ruimte
vullen.
Destilleren
Overgang van vloeibaar naar gas en omgekeerd.
Smelten
Overgang van vast naar vloeibaar.
Stollen
Sublimeren
Overgang van vloeibaar naar vast.
Overgang van gas naar vast.
Vervluchtigen
Overgang van vast naar gas.
Verdampen
Overgang van vloeibaar naar gas.
16
CHT 31/41
Condenseren
Overgang van gas naar vloeibaar.
Sporenverontreiniging Stof met een zeer kleine verontreiniging.
Uitgangsstoffen
Stoffen die reageren.
Reactieproducten
Stoffen die bij een reactie ontstaan.
Reactieschema
Het weergeven van een chemische reactie: links voor de reactiepijl staan
de uitgangsstoffen, gescheiden door een “+” teken en rechts van de pijl
staan de reactieproducten ook gescheiden door een “+” teken.
Ontleding
Een chemische reactie waarbij uit één uitgangsstof twee of meer andere
stoffen ontstaan.
Elektrolyse
Ontleding onder invloed van een elektrische stroom.
Fotolyse
Ontleding onder invloed van licht.
Thermolyse
Ontleding onder invloed van warmte.
Synthese
Een chemische reactie waarbij uit één stof twee of meer uitgangsstoffen
ontstaan.
Verbrandingsreactie
Chemische reactie, waarbij een stof reageert met zuurstof en waarbij
vuurverschijnselen zijn waar te nemen.
2.18
Samenvatting
Onder een stof wordt alles verstaan wat massa heeft en ruimte inneemt. Meetbare stofeigenschappen
zijn fysische constanten, hiermee kan de soort en hoeveelheid stof bepaald worden.
Een stof kan in verschillende toestanden verkeren (gas, vloeibaar of vast). Dit hangt af van de grootte
van de cohesiekracht en de diffusie tussen de moleculen.
De overgangsvorm tussen deze toestanden zijn fysische processen, de moleculen veranderen niet. Als
de moleculen wel veranderen spreken we van een chemische verandering of chemische reactie. Deze
chemische reactie kan in een reactieschema worden weergegeven. Chemische reacties zijn o.a.
ontleding, waarbij uit één stof meerdere stoffen ontstaan en synthese waarbij uit meerdere stoffen een
nieuwe stof verkregen wordt.
17
CHT 31/41
2.19 Opgaven
1. Beschrijf wat onder een stof wordt verstaan.
2. Wat wordt onder de stofeigenschappen van een stof verstaan? Noem een aantal
stofeigenschappen.
3.
Wat wordt onder fysische constanten verstaan? Noem een aantal fysische constanten.
4. Leg de volgende begrippen uit
a. cohesiekrachten
b. adhesiekrachten
c. diffusie
5. Wat gebeurt er met de cohesiekrachten en de diffusie bij
a. het stollen van kaarsvet
b. het verdampen van alcohol
c. het vervluchtigen van jood
d. het smelten van ijs
6. Noem 2 zuiverheidsaanduidingen. Welke aanduiding toont de zuiverste stof?
7. Ga naar de onderwijsassistent en vraag of je op het etiket van een pot natriumchloride p.a. mag
kijken. Noteer de gegevens over de zuiverheid.
8. Geef het reactieschema van de ontleding van zinkoxide tot zink en zuurstof.
9. Noem 3 ontledingstechnieken.
10. Is de ontleding een chemische reactie? Verklaar het antwoord.
11. Is een synthese een chemische reactie? Verklaar het antwoord.
12. Wanneer wordt een reactie een verbrandingsreactie genoemd?
13. Is voor een ontleding energie nodig of komt er juist energie vrij? Verklaar het antwoord.
14. Noem 5 soorten stofeigenschappen welke je met je zintuigen kunt waarnemen.
15. Noem 6 fysische constanten.
16. Geef van water deze 6 fysische constanten
17. Zijn fysische constanten echt constanten? Geef aan onder welke voorwaarden fysische constanten
constant zijn.
18. Wat wordt bedoeld met kwalitatief onderzoek?
19. Als de hoeveelheid van een hoeveelheid hormoon in het bloed van een wielrenner wordt bepaald.
Wat voor soort onderzoek wordt dan bedoeld?
18
CHT 31/41
20. Kwik is een zeer gevaarlijke stof. Deze stof werd vroeger altijd in thermometers gebruikt. Als de
thermometer kapot ging kwam het kwik soms op tafel terecht en vormde een bolletje. Geef een
verklaring waarom dit een bolletje werd.
21. Welke kracht is vooral bij lijm van belang?
22. Bij welke aggregatietoestand is diffusie het grootst?
23. Geef een omschrijving van een zuivere stof.
24. Geef het verschil aan tussen een fysisch- en een chemisch proces.
25. Geef het reactieschema van de reactie waarbij propaan verbrandt tot koolstofdioxide en water
(bedenk welke uitgangsstof nog meer aan de reactie deelneemt).
26. Waarom wordt bij chemische experimenten altijd gebruik gemaakt van demi-water?
27. Zoek de fysische eigenschappen van alle stoffen op die betrokken zijn bij de elektrolyse van
water. Verzin van deze stoffen (uitgangsstof en reactieproducten) andere chemische reactie.
19
CHT 31/41
3.
Mengsels en scheidingsmethoden
3.1
Inleiding
Zoals in het vorige hoofdstuk is gemeld, hebben we nooit echt met zuivere stoffen te maken. Meestal
zullen verschillende soorten moleculen tegelijkertijd voorkomen.
Bij een sporenverontreinigingen, kunnen we nauwelijks spreken van een mengsel. In zo’n geval wordt
meestal gesproken van zuivere stoffen.
Als zuivere stoffen door elkaar heen zitten spreken we van een mengsel.
3.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:
















beschrijven wat onder een sporenverontreinging wordt verstaan
beschrijven wat onder een mengsel wordt verstaan
het temperatuurverloop schetsen bij verwarming van een mengsel en een zuivere stof, ook bij
aggregatieovergangen
beschrijven wat een homogeen mengsel is
beschrijven wat onder een oplossing wordt verstaan
beschrijven wat onder een gasmengsel wordt verstaan
een voorbeeld geven van een oplossing
een voorbeeld geven van een gasmengsel
beschrijven wat een heterogeen mengsel is
beschrijven wat onder emulsie en onder suspensie wordt verstaan
een voorbeeld geven van een emulsie en van een suspensie
een voorbeeld geven van een metaalmengsel
aangeven hoe een metaalmengsel meestal wordt genoemd
beschrijven waarom mengsels worden vervaardigd
beschrijven waarom een chemicus mengsels scheidt
6 fysische eigenschappen noemen waarop scheidingen zijn gebaseerd
 2 chemische technieken noemen om stoffen op basis van hun deeltjesgrootte te scheiden
 2 chemische technieken noemen om stoffen op basis van hun dichtheid te scheiden
 2 chemische technieken noemen om stoffen op basis van hun vluchtigheid te scheiden
 2 chemische technieken noemen om stoffen op basis van hun oplosbaarheid te scheiden
 1 chemische techniek noemen om stoffen op basis van hun aanhechtingsvermogen te scheiden
 1 chemische techniek noemen om stoffen op basis van hun lading te scheiden
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij zeven wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij filtreren wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij bezinken wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij decanteren wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij centrifugeren wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij indampen wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij destilleren wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij extraheren wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij adsorptie wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij elektroforese wordt gebruikt
 een praktijkvoorbeeld noemen waarbij chromatografie wordt gebruikt
 bij een praktijkvoorbeeld de juiste scheidingsmethode aangeven
3.3
Mengsels
20
CHT 31/41
In de praktijk worden stoffen bewust bij elkaar gevoegd. Denk maar aan geneesmiddelen, waarbij een
kleine hoeveelheid werkzaam medicijn wordt gemengd met een grote hoeveelheid vulstof. Dit wordt
gedaan o.a. omdat anders de pilletjes veel te klein zouden zijn. Wel is belangrijk dat de werkzame stof
zo goed mogelijk over de vulstof verdeeld is.
Ook al onze dagelijkse voedingsmiddelen zijn mengsels, zoals melk, brood, limonade, wijn, enz.
Zeewater is een mengsel van voornamelijk water en zout. We spreken in dit geval van een oplossing.
3.4
Fysische eigenschappen van mengsels
Als we een mengsel verwarmen zal er, zoals bij zuivere stoffen, geen smeltpunt zijn, maar een
smelttraject, dit geldt ook voor het kookpunt / kooktraject.
temperatuur
temperatuur
stof is volledig
gesmolten
stof is volledig
gesmolten
smelttraject
smeltpunt
stof begint
te smelten
stof begint
te smelten
Tijd
Tijd
3.5
Homogene mengsels
Als mengsels zoals zeewater, het water en het zout helemaal goed gemengd zijn en dus de
samenstelling op iedere plaats in het mengsel exact hetzelfde is, spreken we van homogene mengsels.
Andere voorbeelden van homogene mengsels zijn koffie, thee, stroop en lucht.
3.5.1 Oplossing
Een oplossing is een homogeen vloeibaar mengsel waarbij de opgeloste stoffen volledig egaal
verdeeld zijn. Dit kan zijn een vaste stof, gemengd (opgelost) in een vloeistof of een vloeistof
gemengd (opgelost) in een andere vloeistof.
Voorbeelden zijn
 suikerwater
= suiker opgelost in water (zoals bij koffie en de thee)
 verdunde alcohol = alcohol opgelost in water (zoals bij jenever)
21
CHT 31/41
3.5.2 Gasmengsel
Gassen mengen meestal homogeen. Een voorbeeld hiervan is lucht.
3.6
Heterogene mengsels
Vruchtensap, waarbij zich vruchtextract in het oplosmiddel water bevindt, is een voorbeeld van een
heterogeen mengsel. We kunnen zien dat zo’n mengsel niet overal dezelfde samenstelling heeft. Als
er zogenaamde grensvlakken aanwezig zijn is er altijd sprake van een heterogeen mengsel. Dit geldt
ook voor bijvoorbeeld bruisend mineraalwater. Er is dan koolstofdioxide in het water opgelost. Dit
zijn de belletjes die bij het inschenken in een glas te zien zijn. Er is een duidelijk scheidingsvlak
tussen de belletjes en het water en dus een heterogeen mengsel.
Elke troebele oplossing is heterogeen!
3.6.1 Suspensie
Een suspensie is een heterogeen mengsel van een vaste stof in een vloeistof.
Een voorbeeld hiervan is tandpasta.
3.6.2 Emulsie
Een emulsie is een heterogeen mengsel van een vloeistof in een andere vloeistof. Deze vloeistoffen
mengen niet. Een voorbeeld hiervan is melk. Hierbij zijn kleine vloeibare vetbolletjes aanwezig in een
waterige oplossing.
3.7
Metaalmengsels
Het mengen van metalen was reeds in de oudheid een lucratieve bezigheid. Eerst was er het
ijzertijdperk. De ontdekking van ijzer veranderde de wereldgeschiedenis. Later ontstond het
bronstijdperk. Men mengde het relatieve zachte koper met ca. 10 % tin en kreeg het harde brons.
Brons had allerlei betere eigenschappen dan ijzer. Zo is men steeds bezig gebleven om metalen met
elkaar te mengen om betere eigenschappen te verkrijgen. Men besefte wel dat bepaalde eigenschappen
beter passen bij een bepaalde toepassing, terwijl andere eigenschappen weer beter bij andere
toepassingen hoorden.
Een metaalmengsel noemen we een alliage = legering. Het mengen van en het bewerken van metalen
wordt metallurgie genoemd.
3.8
Eigenschappen bestanddelen van mengsels
Het mengen van stoffen wordt gedaan om betere eigenschappen te krijgen dan de afzonderlijke
stoffen.
De chemicus zal echter, om de samenstelling van een monster te bepalen, het mengsel weer moeten
ontmengen. We spreken echter nooit van ontmengen maar van scheiden.
Dit is een veel voorkomend werk voor een chemicus. Het heeft tenslotte de chemie, in het Nederlands,
de naam scheikunde opgeleverd of wel de kunde van het scheiden. De chemicus maakt dan gebruik
van een aantal eigenschappen van de samenstellende stoffen. Hieronder zullen we er een aantal
noemen.
22
CHT 31/41
3.8.1 Deeltjesgrootte
Eén van de eigenschappen van een stof is de deeltjesgrootte. Alhoewel voor de stof suiker we de stof
kennen in de vorm van klontjes, gewone kristalsuiker als ook poedersuiker, zal over het algemeen
toch een bepaalde stof in een mengsel een bepaalde deeltjesgrootte hebben. De stof is dan tenslotte
meestal goed gemengd. Als stoffen in een mengsel verschillen in deeltjesgrootte kunnen we de stof
vaak scheiden d.m.v. zeven of door filtreren.
3.8.2 Dichtheid
Een andere eigenschap van stoffen is de dichtheid ofwel de massa per volume-eenheid. Vaak wordt
gezegd dat goud zwaar is. Een kg goud weegt echter evenveel als een kg veren. Het volume verschilt.
En daarmee dus ook de dichtheid. In een mengsel zullen de stoffen met een grote dichtheid naar
beneden zakken, terwijl de deeltjes met de kleinste dichtheid omhoog stijgen. Dit geldt voor zowel
vloeistoffen als voor gasmengsels. In vaste stof mengsels geldt dit ook, doch hebben we te maken met
doordringbaarheid, waardoor scheiding dan niet plaatsvindt.
In de chemie maken we gebruik van de dichtheid door bezinken en door centrifugeren.
3.8.3 Vluchtigheid
Stoffen verschillen vaak in vluchtigheid. En als het kookpunt dan in de buurt ligt van een gebied wat
voor de chemicus makkelijk bereikbaar is kunnen stoffen met een verschillend kookpunt van elkaar
worden gescheiden. De technieken die hiervan gebruik maken zijn destilleren en indampen.
3.8.4 Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van een stof kan veel verschillen. Zout lost op in water, terwijl zand dit absoluut
niet doet. Van dit verschil kunnen we in de chemie gebruik maken. Een chemische techniek die hier
gebruik van maakt is de extractie.
3.8.5 Aanhechtingsvermogen (adsorptie)
De adhesiekrachten (adsorptie) van stoffen zijn vaak verschillend. Verschil van deze adhesiekrachten
kan een scheiding opleveren. Aanhechtingsvermogen wordt in de chemie meestal adsorptie genoemd.
3.8.6 Lading
Soms hebben deeltjes een bepaalde elektrische lading. De chemicus kan gebruik maken van het
verschil in lading. Een scheidingstechniek die hierop gebaseerd is, is elektroforese.
3.9
Scheidingsmethoden
In de voorgaande paragraaf zijn de meeste scheidingsmethoden reeds genoemd. In deze paragraaf
zullen de verschillende technieken nogmaals onder de loep worden genomen.
Tijdens een fysische scheidingsmethode veranderen de moleculen van de stoffen niet. Het is dus een
fysisch gebeuren. Het feit dat het bij de chemie wordt uitgelegd is dat de chemicus veel van deze
scheidingsmethoden gebruik maakt.
3.9.1 Zeven
23
CHT 31/41
Goudzoekers in het wilde westen maakten van zeven gebruik om
gouddeeltjes uit een modderig mengsel te krijgen.
Een andere toepassing van zeven is om fijne meeldeeltjes te
verkrijgen voordat een taart wordt gebakken. De nat geworden
klontjes meel worden eruit gezeefd.
In het milieuonderzoek wordt vaak grond gezeefd. Er wordt dan
gebruik gemaakt van een hele serie op elkaar gezette zeven, waarbij
de bovenste een zeer grove zeef is en de zeven naar beneden toe
steeds fijner worden. Het grondmengsel wordt op de bovenste zeef
gedaan en het geheel van zeven wordt, op een schudmachine,
geschud. Op elke zeef wordt dan een fractie grond gevonden. Dit
zegt iets over de samenstelling van de grond. Tevens kunnen op
iedere fractie diverse analyse worden uitgevoerd.
grove zeef
fijne zeef
Bij zeven wordt dus gebruik gemaakt van het verschil in deeltjesgrootte van diverse stoffen.
3.9.2 Filtreren
Ook bij filtreren wordt gebruik gemaakt van verschil in deeltjesgrootte. Bij filtreren maken we
gebruik van het feit dat er sprake is van een mengsel van een vloeistof en een vaste stof. De kleine
moleculen van de vloeistof gaan door het filter (filtraat) terwijl de grote korrels vaste stof op het
filter achterblijven (residu).
Als het filtraat een oplossing van een vaste stof in een vloeistof is kunnen we via een andere
scheidingstechniek, indampen, de vaste stof verkrijgen.
Er zijn veel verschillende filters. Het bekendst is filtreerpapier. Dit wordt buiten de chemie o.a.
gebruikt bij het koffiezetten. In de chemie wordt er ook veel gebruik van gemaakt. Er wordt dan een
filtreerpapiertje gevouwen in een trechter. Er is filtreerpapier met verschillende poriegrootte.
filter
filtreerpapier
residu
rubberkurk
trechter
vacuumslang
Büchnertrechter
gaas
filtraat
afzuigerlenmeyer
Een andere manier van filtreren is via de Büchner-trechter. We zullen dit in de praktijk vaak
tegenkomen bij het zuiveren van nieuw gemaakte stoffen.
24
CHT 31/41
Een filterkroes is een kroes waarbij het filter wordt gevormd door gesinterd glas. Dit kan in
verschillende deeltjesgrootte worden verkregen. Het meest gebruikt is de zogenaamde G4-filterkroes.
In de praktijk zal je hiermee ook diverse keren te maken krijgen.
De nieuwste ontwikkeling op filtratiegebied zijn de membraanfilters. Hiermee kunnen zeer kleine
deeltjes worden gefiltreerd.
3.9.3 Decanteren
De bezonken stof kunnen we nu door middel van decanteren
van de vloeistof scheiden. We gieten de bovenstaande
vloeistof af en de vaste stof blijft over. Deze techniek wordt
vaak in combinatie met filtreren en bezinken toegepast.
residu
3.9.4 Bezinken
bovenstaande
vloeistof
Bij deze techniek maken we gebruik van het verschil in
dichtheid in een mengsel. De stof met de grootste dichtheid zakt naar beneden, terwijl de stof met de
kleinste dichtheid naar boven komt. De scheiding vindt plaats door middel van decanteren.
3.9.5 Centrifugeren
Als we in bloed de bloedcellen zouden willen laten bezinken, dan moeten we geduld hebben.
Bloedcellen zullen, en dan nog maar gedeeltelijk, in ca. 24 uur uitzakken. Bij bezinken wordt gebruik
gemaakt van de zwaartekracht. Als we op de deeltjes een grotere kracht
uitoefenen zal het bezinkingsproces sneller verlopen. In de praktijk
gebruiken we daarvoor de centrifugale kracht. Deze kracht in normale
laboratoriumcentrifuges kan wel 1000 tot 2000x zo groot zijn als de
zwaartekracht. Om bijvoorbeeld bloedcellen in bloed naar de bodem van
een centrifugebuis te brengen is nu slechts 5 tot 10 minuten nodig.
Daarna kan men de bloedvloeistof (serum of plasma) van de bloedcellen
decanteren of pipetteren.
3.9.6 Indampen
indampschaal
Als we een mengsel hebben van stoffen met een
verschillende vluchtigheid, kunnen we de stof die
het eerst verdampt verwijderen door het mengsel
te verwarmen. Als we slechts geïnteresseerd zijn
in de overblijvende stof is indampen een
mogelijke techniek. Uiteraard mag de
overblijvende stof door de verhitting niet kapot
gaan (ontleden).
Een toepassing op grote schaal wordt in het
buitenland toegepast. Op het strand wordt een
bassin gegraven waar het zeewater bij vloed in
loopt. Bij eb verdampt het water en kan het
overblijvende zout worden weggeschept en
verkocht.
25
CHT 31/41
3.9.7 Destilleren
Als we geïnteresseerd zijn in de stof die
het eerst verdampt of in alle stoffen van
het mengsel, dan is destillatie een
techniek die in aanmerking komt. De
vluchtigste stof wordt na verdamping
gecondenseerd en opgevangen. De
overgekomen stof noemen we het
destillaat de niet verdampte resterende
stof het residu.
Voor de jeneverbereiding wordt alcohol
gedestilleerd. Zo kan jenever een
alcoholpercentage van 40 % krijgen. Via
de normale vergistingsprocessen zoals bij
wijn en bier is dit niet mogelijk omdat de
gistcellen bij ca. 20 % alcohol afsterven.
koelwater
residu
koelwater
destillaat
3.9.8 Extraheren
Vaste stoffen kunnen in vloeistoffen oplossen. We maken hiervan gebruik door bijvoorbeeld koffie en
thee in heet water te krijgen. De geur- en kleurstoffen uit de koffie en de thee extraheren in het hete
water. Overblijven dus de (gemalen) koffiebonen en de theebladeren. Bij koffie wordt water
gedestilleerd
en lossen de geur- en smaakstoffen op in het overgedestilleerde warme water op. Vervolgens wordt
via filtratie de oplossing van het residu gescheiden. Bij thee wordt na het extraheren meestal gebruik
gemaakt van filtreren / zeven.
Op het laboratorium maken we ook gebruik van deze techniek.
We kunnen uit vaste stoffen bepaalde stoffen waarin we
geïnteresseerd zijn oplossen in een bepaalde vloeistof.
Vervolgens kunnen we met een andere techniek de opgeloste
stoffen scheiden van de rest.
vloeistof 1
vloeistof 2
dichtheid vloeistof 2 is
groter dan dichtheid
vloeistof 1
Bij een andere manier van extractie wordt gebruik gemaakt van
twee niet mengbare vloeistoffen. Er is dan meestal sprake van
een verschil in oplosbaarheid van de stof waarin we
geïnteresseerd zijn en de andere stoffen. De scheiding van de
twee vloeistoffen vindt plaats in een zogenaamde scheitrechter.
Scheitrechter
3.9.9 Adsorptie
Tussen stoffen bestaan adhesiekrachten. Gelukkig maar, anders zou het
bijvoorbeeld onmogelijk zijn om iets aan een vork te prikken of op een lepel
te krijgen. Het nadeel is dat we na het eten ook moeten afwassen.
In plaats van adhesie spreken we meestal van adsorptie ofwel
aanhechtingsvermogen. In de praktijk maken we gebruik van stoffen met
een zeer groot aanhechtingsvermogen zoals bijvoorbeeld norit. Bij
voedselvergiftiging zullen de giftige stoffen aan norit binden en zo hun
26
actieve
kool
geadsorbeerde
stof
CHT 31/41
schadelijke werking niet of minder kunnen uitoefenen.
Ook op het laboratorium gebruiken we verschil in adsorptievermogen. Zo kunnen we bijvoorbeeld de
kleurstof in spiritus verwijderen door deze aan actieve kool te binden. Na de adsorptie worden de
stoffen door middel van filtratie van elkaar gescheiden. Overblijft een kleurloze vloeistof die
grotendeels uit alcohol bestaat.
3.9.10
Elektroforese
Als stoffen een verschillende lading hebben
kunnen we op het laboratorium deze stoffen
van elkaar scheiden door middel van
elektroforese. Bij deze techniek wordt tussen
twee elektrodes in een oplossing een spanning
aangelegd.. De positief geladen deeltjes zullen
naar de negatieve elektrode (kathode) gaan,
terwijl de negatief geladen deeltjes naar de
positieve elektrode (anode) zullen gaan. Deze
techniek wordt veel toegepast in klinisch
chemische laboratoria om eiwitten van elkaar te scheiden.
-
3.9.11
+
+
-
Chromatografie
Dit is een techniek die het eerst werd toegepast bij het scheiden van kleurstoffen. Vandaar de naam
(chromos = kleur). Deze techniek berust op verschillende fysische verschijnselen. Meestal is het een
verschil in oplosbaarheid en adsorptie en dus vergelijkbaar met extractie. Karakteristiek is in ieder
geval dat er één stof langs een andere beweegt. Dit kan zijn een vloeistof, we spreken dan van
vloeistofchromatografie of een gas en we spreken dan van gaschromatografie. Er bestaan van deze
techniek vele uitvoeringsvormen en de ontwikkeling van deze techniek is nog in volle gang. We
kunnen zeer kleine hoeveelheden stof uit een mengsel hiermee scheiden. Zo kunnen we bijvoorbeeld
verschillende kleurstoffen uit inkt van elkaar scheiden en in benzine meer dan 80 componenten
onderscheiden. Chromatografietechnieken zijn tegenwoordig onmisbaar op het moderne laboratorium.
3.10 Overzicht




Mengsels
Homogeen
 oplossing
 gasmengsel
Heterogeen
 suspensie
 Emulsie
Scheiden van mengsels
verschil in deeltjesgrootte
verschil in dichtheid
verschil in vluchtigheid
verschil in oplosbaarheid
zeven
filteren
bezinken
centrifugeren
bij beiden + decanteren of filtreren
indampen
destilleren
extractie
chromatografie
27
CHT 31/41
verschil in aanhechtingsvermogen
verschil in lading
adsorptie
chromatografie
elektroforese
3.11 Nieuwe begrippen
Mengsel
Meerdere zuivere stoffen door elkaar.
Homogeen mengsel
Een mengsel dat op elke plaats dezelfde fysische eigenschappen heeft.
Oplossing
Homogeen mengsel van een vaste stof / vloeistof (opgeloste stof) en een
vloeistof (oplosmiddel).
Heterogeen mengsel
Een mengsel dat op verschillende plaatsen verschillende fysische
eigenschappen heeft. Bij sprongsgewijze verandering is een grensvlak
aanwezig.
Suspensie
Heterogeen mengsel van vaste deeltjes in een vloeistof.
Emulsie
Heterogeen mengsel van vloeistofbolletjes in een vloeistof.
Alliage of legering
Homogeen mengsel van metalen.
Metallurgie
Het mengen en bewerken van metalen.
Scheiden
Een mengsel omzetten in zuivere stoffen.
3.12 Samenvatting
De meeste stoffen bestaan uit mengsels. Mengsels hebben, in tegenstelling tot zuivere stoffen geen
smelt- en kookpunt, maar een smelt- en kooktraject.
Mengsels kunnen onderverdeeld worden in homogeen en heterogeen en kunnen door
scheidingstechnieken bewerkt worden tot zuivere stoffen. De scheidingstechnieken zijn gebaseerd op
verschillende eigenschappen van de deeltjes die in een mengsel voorkomen, zoals dichtheid, grootte,
aanhechtingsvermogen en lading.
3.13 Opgaven
1. Geef een voorbeeld van
a. een heterogeen mengsel
b. een homogeen mengsel
2. Geef een voorbeeld van
a. een gasmengsel
b. een oplossing
3. Wat voor soort mengsel is zeewater? Verklaar het antwoord.
4. Wat voor soort mengsel is bloed? Verklaar het antwoord.
28
CHT 31/41
5. Aceton en water zijn volledig mengbaar. We kunnen dan ook spreken van een oplossing van
aceton in water. Kunnen we dit mengsel scheiden met behulp van:
a. extractie,
b. destillatie,
c. chromatografie?
6. Wijn bevat o.a. ethanol, water, smaakstoffen en kleurstoffen.
a. Welke scheidingsmethode kun je gebruiken om de kleurstoffen in handen te krijgen?
b. Welke scheidingsmethode kun je gebruiken om de ethanol uit de wijn te verwijderen?
c. Met welke scheidingsmethode kun je onderzoeken welke kleurstoffen in de wijn voorkomen?
7.
Wat wordt onder een sporenverontreiniging verstaan?
8. We kennen verschillende soorten mengsels.
a. Wat wordt onder een mengsel verstaan?
b. Noem 3 soorten mengsels.
c. Beschrijf de verschillen tussen deze mengsels.
9. Wanneer spreken we van
a. een homogeen mengsel? Geef hiervan een voorbeeld
b. een heterogeen mengsel? Geef hiervan een voorbeeld.
10. Wanneer spreken we van een oplossing?
11. Gasmengsels kunnen in vrijwel alle samenstellingen worden gemaakt.
a. Noem een “natuurlijk” gasmengsel.
b. Is dit een homogeen of een heterogeen mengsel? Geef een korte verklaring.
c. Hoe kunnen we de componenten dit gasmengsel van elkaar scheiden?
12. Geef een korte beschrijving van en geef een voorbeeld van
a. een suspensie
b. een emulsie
13. Hoe wordt een metaalmengsel ook wel genoemd?
29
CHT 31/41
4.
Stoffen nader bekeken
4.1
Inleiding
In hoofdstuk 2 hebben we aangegeven dat stoffen bestaan uit moleculen en dat zuivere stoffen
eigenlijk niet bestaan. In hoofdstuk 3 hebben we mengsels besproken, dus waarin verschillende
stoffen naast elkaar bestaan.
In dit hoofdstuk zullen we de stoffen proberen in te delen.
4.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:














beschrijven waaruit moleculen zijn opgebouwd
beschrijven wat een stof is die niet verder te ontleden is
beschrijven wat een stof is die wel verder te ontleden is
beschrijven wat onder een element wordt verstaan
beschrijven wat onder een verbinding wordt verstaan
7 twee-atomige elementen noemen
2 elementen noemen die vloeibaar zijn en daarbij aangeven of zij tot de metalen dan wel de nietmetalen behoren
vanuit de namen van onderstaande elementen het symbool geven en vanuit het symbool de naam:
waterstof, helium, lithium, beryllium, boor, koolstof, stikstof, zuurstof, fluor, neon, natrium,
magnesium, aluminium, silicium, fosfor, zwavel, chloor, argon, kalium, calcium, chroom,
mangaan, ijzer, kobalt, koper, zink, broom, zilver, tin, jood, barium, platina, goud, kwik en lood
aangeven hoe de notatiewijze voor verbindingen is
aangeven wat onder index in een chemische formule wordt verstaan
een molecuulformule beschrijven
een verhoudingsformule beschrijven
het verschil tussen een molecuulformule en een verhoudingsformule aangeven
indexen binnen molecuulformules en verhoudingsformules toepassen
4.3
Moleculen
Zuivere stoffen bestaan uit moleculen. Moleculen zijn de kleinste deeltjes van een stof met nog
dezelfde eigenschappen als de stof. Moleculen bestaan wel uit kleinere deeltjes, maar die deeltjes, de
atomen, hebben niet meer dezelfde eigenschappen als die stof.
4.4
Elementen (op stofniveau)
Zoals we in hoofdstuk 2 hebben gezien kunnen we bepaalde stoffen ontleden. We krijgen dan uit één
stof meerdere andere stoffen. Soms zijn die stoffen ook weer te ontleden. We vragen ons af hoe ver
kunnen we hiermee doorgaan. Krijgen we stoffen die we niet meer kunnen ontleden? Het antwoord is
ja, dit zijn stoffen die uit slechts één atoomsoort bestaan.
Stoffen die uit slechts één atoomsoort bestaan noemen we elementen. Er zijn maar een beperkt aantal
elementen (ca. 100).
Stoffen die wel te ontleden zijn noemen we verbindingen. Er zijn onnoemelijk veel verbindingen.
4.5
Verbindingen en atoomsoorten
30
CHT 31/41
Alle verbindingen zijn opgebouwd uit atomen. Op dit ogenblik zijn er meer dan 100 verschillende
atoomsoorten bekend. In de natuur komen ongeveer 90 atoomsoorten voor. Alle andere atoomsoorten
zijn gemaakt in laboratoria (d.m.v. kernreacties).
Verbindingen bestaan dus uit verschillende atoomsoorten.
Water bestaat bijvoorbeeld uit de atoomsoorten waterstof en zuurstof samen en nylon bestaat uit de
atoomsoorten koolstof, stikstof en waterstof samen.
Zowel bij de atoomsoorten als bij de verbindingen hebben we nog niet aangegeven uit hoeveel atomen
het molecuul van een bepaalde stof is opgebouwd. We komen hier later op terug.
4.6
Atoomsoorten
Atomen van een bepaald element zijn niet helemaal precies gelijk (we komen in het volgende
hoofdstuk hierop terug), maar zij hebben alle dezelfde chemische eigenschappen. Een element bevat
maar één atoomsoort. De elementen kunnen worden onderscheiden in:

metalen

niet-metalen
Het onderscheid tussen deze verschillende elementen wordt gemaakt op grond van de
stofeigenschappen van deze elementen.
4.7
Chemische notatie elementen
Omdat alle stoffen uit elementen zijn opgebouwd had de chemicus behoefte aan een eigen
symbolenschrift. Voor alle chemici op de wereld is dit gelijk. Het betreft tot op dit moment 108
elementen (ca. 90 natuurlijke en ca. 18 op laboratoria gemaakte).
De symbolen bestaan alle uit één of twee letters. De eerste letter is altijd een hoofdletter en de
tweede altijd een kleine letter.
Onder kleine letter wordt verstaan geen hoofdletter. Zo is een a heel anders dan een kleine A! De
notatie CA moet zijn Ca! De symbolen zijn meestal afgeleid van hun latijnse naam. Zo is het symbool
voor ijzer Fe, afgeleid van ferrum en het element antimoon Sb van stibium. De symbolen van de
eerste 20 elementen en een aantal andere belangrijke elementen zijn:
4.8
Naam
element
Symbool
Naam
element
Symbool
Waterstof
Helium
Lithium
Beryllium
Boor
Koolstof
Stikstof
Zuurstof
Fluor
Neon
Natrium
Magnesium
Aluminium
Silicium
Fosfor
Zwavel
Chloor
Argon
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Kalium
Calicum
Chroom
Mangaan
IJzer
Kobalt
Koper
Zink
Broom
Zilver
Tin
Jood
Barium
Platina
Goud
Kwik
Lood
K
Ca
Cr
Mn
Fe
Co
Cu
Zn
Br
Ag
Sn
I
Ba
Pt
Au
Hg
Pb
Elementen
31
CHT 31/41
Het begrip element wordt door chemici vaak slordig gebruikt. En daarom willen we dat hier proberen
duidelijk te maken.
4.8.1 Elementbegrip op stofniveau
Op stofniveau worden elementen stoffen genoemd, die slechts uit één atoomsoort bestaan. De meeste
elementen zijn metalen en metaalatomen zitten (onder normale omstandigheden) meestal in een
metaalrooster. Voor het gemak schrijven we deze elementen gewoon met het symbool van deze stof.
Bijvoorbeeld spreekt men van ijzer (Fe), aluminium (Al), natrium (Na), enz.
Niet metalen zitten meestal niet in zo’n rooster en komen als “vrije” moleculen voor. Daarom worden
de elementen op stofniveau meestal als die moleculen weergegeven.
Van alle elementen die we kennen zijn er 7 stoffen die twee-atomig zijn. Dit zijn:
 waterstof
H2
 stikstof
N2
 zuurstof
O2
 fluor
F2
 chloor
Cl2
 broom
Br2
 jood
I2
Edelgassen zijn altijd éénatomige stoffen dus worden éénatomig geschreven. Dus He (helium), Ne
(neon), Ar (argon) ,Kr (krypton) ,Xe (xenon) en Rn (radon).
Een paar stoffen zijn zelfs meeratomig. Bekend zijn O3 (ozon), fosfor (P4) en zwavel (S8).
Van één element kunnen dus meerdere soorten moleculen voorkomen. Zo kan zuurstof bestaan uit O2,
maar ook uit O3.
4.8.2 Elementbegrip op atoomniveau (= atoomsoort)
Bij elementen op atoomniveau wordt de atoomsoort bedoeld. Dus bijvoorbeeld water bestaat uit 2
atoomsoorten en wel waterstof (H) en zuurstof (O). We zeggen dat water bestaat uit de elementen H
en O. Bij het begrip element op atoomniveau worden de elementen altijd uisluitend met het symbool
aangegeven. Als zodanig staan de elementen ook vermeld in het Periodiek Systeem (zie later).
4.8.3 Aggregatietoestand elementen
De metalen zijn bij kamertemperatuur en normale luchtdrukken vast op één uitzondering na. Kwik
(Hg) is namelijk vloeibaar. Er zijn geen gasvormige metalen.
De niet-metalen kunnen vast, vloeibaar of gasvormig zijn. Er is slechts één niet-metaal welke
vloeibaar is, namelijk broom (Br2).
4.9
Notatie verbindingen
Bij verbindingen wordt in de notatie aangegeven uit welke elementen (atoomsoort) de stof is
opgebouwd. In verbindingen komen de elementen in bepaalde verhoudingen voor. In de chemie wordt
de verbinding weergegeven door een formule waarin tot uiting komt uit welke elementen de
verbinding bestaat en in welke verhouding de elementen in de verbinding voorkomen.
Water wordt gevormd uit waterstof en zuurstof, dus in de formule voor water komt het symbool van
waterstof H en zuurstof O voor. Verder is de verhouding van waterstofatomen en zuurstofatomen in
water 2 : 1 en dus is de formule voor water H2O. De twee als subscript geschreven onder de H noemen
32
CHT 31/41
we de index en onder O staat niets, de één wordt weggelaten. De index is dus één. We spreken van
een verhoudingsformule.
Water bestaat uit moleculen. Elk molecuul water bestaat uit 2 atomen H en 1 atoom O. De formule
H2O geeft dus niet alleen de verhouding van de atomen weer, maar ook de opbouw van het molecuul
van water. We spreken van een molecuulformule.
Niet alle stoffen bestaan uit moleculen, zoals zouten (deze bestaan uit ionen (zie later)). Aan de
formule is helaas niet te zien of het een verhoudingsformule of een molecuulformule betreft.
Alle stoffen hebben een verhoudingsformule, echter niet alle stoffen hebben een molecuulformule.
Bij water is de verhoudingsformule en de molecuulformule gelijk.
Voorbeelden:
STOF
Water
Natriumchloride (keukenzout)
Benzeen
Calciumchloride
Glucose
Aluminiumcarbide
VERHOUDINGSFORMULE
H2O
NaCl
CH
CaCl2
CH2O
Al4C3
MOLECUULFORMULE
H2O
Bestaat niet uit moleculen
C6H6
Bestaat niet uit moleculen
C6H12O6
Bestaat niet uit moleculen
Als een stof uit moleculen bestaat wordt altijd de molecuulformule gegeven en niet de
verhoudingsformule omdat deze meer informatie geeft. De verhoudingsformule is hieruit altijd simpel
af te leiden.
Voorbeeld
In een molecuul C6H6 is de verhouding van de C-atomen en de H-atomen 1 : 1. De
verhoudingsformule is dus CH.
4.10 Overzicht










Moleculen zijn de kleinste deeltjes van een stof.
Moleculen bestaan uit atomen.
Te ontleden stoffen worden verbindingen genoemd.
Niet meer te ontleden stoffen worden elementen genoemd.
Een element bestaat uit één soort atomen.
Elementen hebben een symbool bestaande uit maximaal 2 letters. De eerste letter is een
hoofdletter, de tweede letter een kleine letter.
Metalen en niet-metalen vormen verbindingen (zouten) met kristalstructuren waarbij de formule
een verhoudingsformule is..
Indexen binnen een molecuulformule of een verhoudingsformule geeft het aantal betrokken
atomen per molecuul / formule weer.
Scheiden is het “sorteren” van moleculen, terwijl een chemische reactie is het herschikken van
atomen in moleculen
Een element op stofniveau is een niet meer te ontleden stof
33
CHT 31/41

Een element op molecuulniveau is een atoomsoort
Stoffen
Zuivere
stoffen
mengen
ontleden
Verbindingen
4.11
verbinden
Mengsels
scheiden
Elementen
Homogeen
heterogeen
o.a. oplossing
o.a. suspensie en
emsulsie
Nieuwe begrippen
Element
Op stofniveau: een niet meer te ontleden stof
Op atoomniveau: een atoomsoort
Verbinding
Zuivere stof die te ontleden is.
Atoom
Onderdeel van een molecuul.
Chemische formule
Een notatie waarbij de atomen in een element of verbinding worden
weergegeven.
Index
Verhoudingsgetal binnen een chemische formule. Opmerking: als de index
één is wordt deze niet genoteerd.
Verhoudingsformule
Formule waarin de verhoudingen van de elementen in een stof zijn
weergegeven.
Molecuulformule
Formule waarin de verhoudingen van de atomen in een molecuul zijn
weergegeven.
4.12
Samenvatting
Stoffen die niet meer te ontleden zijn worden elementen genoemd. De andere zuivere stoffen zijn
verbindingen.
Verbindingen bestaan uit moleculen, die op hun beurt weer uit atomen bestaan.
Elementen kunnen onderverdeeld worden in metalen en niet-metalen. Atomen en elementen worden
genoteerd met één of twee letters.
Bij verbindingen worden de atomen in het molecuul genoteerd, met als index het aantal. Is er geen
molecuul, dan geeft de formule de verhouding van de atomen in de stof weer.
34
CHT 31/41
4.13 Opgaven
1. Waaruit zijn moleculen opgebouwd?
2. Welke stoffen zijn niet te ontleden? Wat hebben deze stoffen gemeen?
3. Welke stoffen zijn wel te ontleden?
4. Wat verstaat men onder
a. een element?
b. een verbinding?
5. Noem 7 twee-atomige elementen.
6. Geef het symbool voor
a. waterstof
b. stikstof
c. chloor
d. fosfor
e. platina
f. ijzer
g. goud
h. kobalt
i. mangaan
7. Geef de naam voor:
a. Al
b. F
c. O
d. Sn
e. Mg
f. Ar
g. C
h. B
i. Cr
j. Pb
8. Beschrijf hoe men verbindingen noteert en verklaar waarom dit op deze wijze gebeurt.
9. Beschrijf wat verstaan wordt onder
a. een molecuulformule
b. een verhoudingsformule
10. Beschrijf het verschil en de overeenkomst tussen een molecuulformule en een
verhoudingsformule.
11. Waaraan kan men zien of men met een molecuulformule dan wel met een verhoudingsformule te
maken heeft?
12. Chlorofyl A is een verbinding die in groene planten voorkomt. Eén molecuul van deze stof bestaat
uit 55 atomen koolstof, 72 atomen waterstof, 5 atomen zuurstof, 4 atomen stikstof en 1 atoom
magnesium. Geef de formule van Chlorofyl A.
35
CHT 31/41
13. Uit hoeveel atomen en van welke elementen bestaan:
a. H2SO4
b. C10H12Cl2N2
c. C14H17NO3
d. C6H6O6
14. Gegeven het volgende reactieschema:
Ammoniumdichromaat 
chroom(III)oxide + stikstof + water
Waarbij verder gegeven is dat de stoffen de volgende formule hebben:
Ammoniumdichromaat:
(NH4)2Cr2O7
Chroom(III)oxide:
Cr2O3
Stikstof:
N2
Water
H2O
a. Welke stof(fen) is / zijn dan elementen?
b. Welke stoffen zijn verbindingen?
c. Tot welke elementen kunnen de verbindingen nog ontleden?
d. Wat zijn de uitgangsstoffen?
e. Wat zijn de reactieproducten?
36
CHT 31/41
5.
Bouw atomen
5.1
Inleiding
Reeds in de tijd van de oude Grieken (door Democritus) werden atomen genoemd. Ondanks dat vele
geleerden van het atoombegrip gebruik maakten, was het in ca. 1800 de Engelsman Dalton die atomen
uitvoerig beschreef. Hij beschreef atomen o.a. als ondeelbare deeltjes, deeltjes van de elementen. Hij
stelde dat atomen afmetingen en massa bezitten, en dat atomen zich in bepaalde verhoudingen met
elkaar konden verbinden tot verbindingen.
Ca. één eeuw later hebben Thomson en Rutherford het atoom nader beschreven en aangegeven dat het
atoom uit een kern bestond met daarom heen cirkelende elektronen. Niet lang daarna ontwikkelde de
Deense geleerde Bohr de huidige theorie over atomen.
5.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:


















het atoommodel van Rutherford beschrijven
aangeven welke experimenten Rutherford ter ondersteuning van zijn model uitvoerde
beschrijven wat wordt verstaan onder nucleonen, protonen, neutronen en elektronen
3 soorten radio-actieve straling noemen
de 3 soorten radio-actieve straling beschrijven en de lading aangeven
het atoommodel van Bohr beschrijven
de namen van de verschillende elektronenschillen, volgens Bohr, noemen
het maximaal aantal elektronen per schil berekenen (met formule)
de elektronenconfiguratie (volgens Bohr) berekenen van eenvoudige elementen
aangeven wat onder de valentieschil en wat onder valentie wordt verstaan
beschrijven wat onder atoomnummer en massagetal wordt verstaan
uit atoomnummer en massagetal het aantal protonen, neutronen en elektronen berekenen
de notatie voor atomen inclusief atoomnummer en massagetal weergeven
beschrijven wat onder isotopen wordt verstaan
beschrijven wat onder atoommassa wordt verstaan
de definitie voor atomaire massa-eenheid geven
atoommassa’s opzoeken
molecuulmassa’s / formulemassa’s berekenen
5.3
Atoomkern / elektronen
Het atoommodel van Rutherford kan als volgt omschreven
worden:
 een atoom bestaat uit een positieve kern, welke vrijwel de
gehele massa herbergt
 de kern bestaat uit kerndeeltjes (nucleonen): (positieve)
protonen en (neutrale) neutronen
 op relatief grote afstand van de kern bewegen zich de negatief
geladen elektronen, die samen de elektronenwolk vormen
37
protonen
en
neutronen
CHT 31/41
 de lading van het elektron is even groot maar tegengesteld aan dat van het proton
 het aantal protonen en elektronen is gelijk. Dus de totale lading van de protonen is gelijk aan de
totale lading van de elektronen in een atoom.
Bij de experimenten die Rutherford uitvoerde om tot zijn model te komen gebruikte hij radio-actieve
straling die hij op zeer dunne metaalfolies liet vallen. De verstrooiing van de straling kon hij meten
met behulp van fotofilms. De belichting van de films gaf aan hoe de straling verstrooid was.
fotografische film
Au-folie
zeer dun
Uit deze verstrooing blijkt dat dat de atoomkernen zeer klein en compact zijn en dat de elektronen
zich op grote afstand van de kern bevinden.
Van o.a. het echtpaar Curie was bekend dat er
meerdere soorten radio-actieve straling bestond.
We noemen hier:
 α-straling (alfa). Deze straling was positief
geladen, en bestond zoals men later ontdekte
uit positieve heliumkernen.
 β -straling (bèta). Deze straling was negatief
geladen en bestond uit energierijke elektronen
 γ-straling (gamma). Deze straling is ongeladen.
Deze straling was zeer energierijk.
Uit de verschillen van verstrooiing van de
verschillende soorten radio-actieve straling kon de
theorie van Rutherford worden opgesteld.
5.4
positieve pool
negatieve pool

+

Radio-actieve bron met
zowel -, , als -straling
uitzendende bron

Loodkasteel
Atoommodel Bohr
Bohr heeft het atoommodel van Ruhterford overgenomen, echter heeft hij gevonden dat elektronen
alleen op bepaalde afstanden van de kern zich konden bevinden. Hij noemde dit elektronenschillen.
De eerste schil, geteld vanaf de kern, noemde hij de K-schil. De tweede schil noemde hij de L-schil,
de derde de M-schil, de vierde de N-schil, enzovoort.
38
CHT 31/41
5.5
Elektronenverdeling volgens Bohr
Bohr stelde op basis van experimenten vast dat de elektronenschillen een maximaal aantal elektronen
konden bevatten.
Hij kwam tot de volgende aantallen:
M-schil
n=3
2 n2 = 18
L-schil
n=2
2 n2 = 8
K
L
M
K-schil
n=1
2 n2 = 2
kern
K-schil maximaal 2 elektronen
L-schil maximaal 8 elektronen
M-schil maximaal 18 elektronen
N-schil maximaal 32 elektronen
Bij nadere vaststelling bleek dit via een wiskundige formule berekend te kunnen worden. En wel via
de formule 2  n2, waarbij n het nummer van de schil is. De O-schil, de 5e-schil zou dus maximaal
2  52 = 50 elektronen kunnen bevatten.
Zeker de “grote” atomen hebben nooit het maximale aantal elektronen in de buitenste schil. Meestal
zal het aantal elektronen in de buitenste schil niet groter zijn dan acht.
De elektronen in die buitenste schil zijn in de chemie ontzettend belangrijk. Zij bepalen de chemische
eigenschappen van dat element. We noemen deze schil de valentieschil.
Hoe de elektronen verdeeld zijn over de verschillende schillen wordt de elektronenconfiguratie
genoemd. In hoofdstuk 7 zal de elektronenconfiguratie nog nader besproken worden.
5.6
Valentie
De buitenste elektronen worden de valentie-elektronen genoemd. Later zullen we zien dat atomen
ernaar streven om 8 elektronen in de buitenste schil te verkrijgen. Het aantal elektronen wat tekort is
om de 8 elektronen te bereiken of teveel is om de schil leeg te krijgen wordt de valentie genoemd.
Opm: dit geldt voor alle elektronenschillen behalve de eerste! In deze schil is het streven om 2
elektronen (het maximum) te verkrijgen.
39
CHT 31/41
5.7
Atoomnummer
Het atoomnummer van een atoom geeft het aantal protonen in de kern aan. Omdat het aantal protonen
en het aantal elektronen in een atoom gelijk is, geeft het atoomnummer bij atomen ook het aantal
elektronen aan.
Het atoomnummer wordt weergegeven het symbool Z en wordt indien nodig bij het chemisch
symbolenschrift aangegeven voor en onder het symbool van het element. Bijvoorbeeld koolstof heeft
6 protonen (Z = 6) en wordt geschreven als 6C.
5.8
Massagetal
Het massagetal is het aantal kerndeeltjes (nucleonen), dus het aantal protonen + het aantal neutronen.
Het massagetal wordt weergegeven met het symbool A en bij het chemisch symbolenschrift
aangegeven voor en boven het symbool van het element. Koolstof heeft bijvoorbeeld 6 protonen en 6
neutronen en wordt geschreven als 12C. Samen met het atoomnummer wordt dit weergegeven als 126 C.
Uit de volledige schrijfwijze van een bepaald atoom kunnen we het aantal protonen, neutronen en
elektronen afleiden.
Voorbeeld
238
92 U
dit atoom heeft dus een atoomnummer van 92 en een massagetal van 238. Het atoom
heeft dus 92 protonen, 92 elektronen en 238 – 92 = 146 neutronen.
De algemene schrijfwijze van element E is dus: ZA E
Waarbij A = massagetal en Z = atoomnummer (= aantal protonen = aantal elektronen)
5.9
Isotopen
Een element heeft allemaal atomen met hetzelfde atoomnummer Z. Het element uranium U heeft dus
altijd atoomnummer 92.
Atomen met hetzelfde atoomnummer (atoomsoort) kunnen wel een verschillend massagetal hebben.
Zo bestaan er in de natuur ook atomen van deze atoomsoort met massagetal 235 en zelfs met
massagetal 234. Weliswaar komen die in veel geringere hoeveelheden voor.
We noemen nu atomen die hetzelfde atoomnummer hebben, maar een ander massagetal isotopen. Het
verschil wordt dus alleen veroorzaakt door een verschil in aantal neutronen. Deze isotopen komen
verspreid voor en hebben dezelfde chemische eigenschappen. Alleen met zeer geavanceerde
apparatuur kunnen we deze isotopen van elkaar scheiden op grond van fysische eigenschappen.
In o.a. BINAS kunnen we nagaan hoeveel er van een bepaald atoom voorkomt. Als in de natuur
uranium wordt gevonden bestaat dit uranium voor 0,0006 % uit het isotoop 234
92 U, voor 0,72 % uit het
238
isotoop 235
92 U en voor 99,28 % uit het isotoop 92 U. Het aantal protonen voor deze 3 isotopen bedraagt
dus 92. Het aantal neutronen bedraagt dus respectievelijk 142, 143 en 146.
Waarin isotopen vaak wel verschillen is de stabiliteit. Als een isotoop teveel of te weinig neutronen in
de atoomkern heeft kan een isotoop vroeger of later uit elkaar vallen. Dit gaat dan gepaard met het
uitzenden van radio-actieve straling. Zo is bij uranium geen enkel isotoop volledig stabiel, maar
235
5
8
bedraagt de gemiddelde levensduur van het isotoop 234
92 U 2,4.10 jaar voor 92 U is dit 7,04.10 jaar en
voor
238
92 U
4,47.109 jaar.
40
CHT 31/41
De isotopen van waterstof deuterium en tritium hebben als enige isotopen een “eigen” symbool en wel
respectievelijk D en T. D  12H en T  13H .
5.10 Atoommassa
Het massagetal geeft niet de werkelijke gemiddelde massa van alle atomen van een stof. Het is
tenslotte slechts de som van de kerndeeltjes. Een element bestaat uit verschillende isotopen en die
isotopen hebben verschillende massagetallen. Daarom heeft men het begrip atoommassa ingevoerd.
De atoommassa is de gemiddelde massa van alle atomen van een element.
Verder heeft men in het verleden gediscussieerd over welke eenheid gebruikt zou worden. De
kilogram, de SI-eenheid, is voor zulke geringe massa’s als voor atomen niet zo geschikt. Zo is de
massa van een proton 1,67265.10-27 kg, de massa van een neutron hier vrijwel gelijk aan, namelijk
1,67495.10-27 g en de massa van een elektron ca. 1840 х zo klein 9,1095.10-31 kg. Daarom heeft men
gezocht naar een eenheid die hanteerbaarder was. Men koos hiervoor de atomaire massa-eenheid met
als symbool u.
Omdat koolstof zo’n belangrijk element is, heeft men uiteindelijk gekozen voor de volgende definitie:
Eén atomaire massa-eenheid is gelijk aan één twaalfde van de massa van een koolstof 12 isotoop, dus
1u=
1
x massa
12
12
6C
= 1,66057.10-27 kg
De atoommassa is dus de (gewogen) gemiddelde massa van alle in een element voorkomende
isotopen.
Voorbeeld
Magnesium bestaat volgens BINAS uit 78,7 %
11,2 % uit
26
12
24
12
Mg , voor 10,1 %
25
12
Mg en voor
Mg.
Het gemiddeld massagetal kan nu berekend worden via:
0,787 x 24 + 0,101 x 25 + 0,112 x 26 = 24,3.
Dit gemiddelde massagetal is nu niet helemaal gelijk aan de atoommassa, maar wel vrijwel gelijk.
In het kleine Periodiek Systeem vinden we de atoommassa’s genoteerd in de rechterbovenhoek. Gaan
we later berekeningen uitvoeren met de atoommassa’s, dan hebben we op de laboratoriumschool in
Goes gekozen om voordat de berekening wordt uitgevoerd deze atoommassa’s af te ronden op 2
decimalen na de komma. Zo wordt de atoommassa van H dus 1,01 u (op het kleine Periodieke
Systeem 1,008).
5.11 Molecuulmassa
De molecuulmassa is som van de atoommassa’s van alle atomen van het molecuul.
Bijvoorbeeld H2O:
2  MH = 2 x 1,01
= 2,02 u
1 MO = 1 x 16,00
= 16,00 u
MH2O
= 18,02 u; de molecuulmassa van H2O is dus 18,02 u.
41
CHT 31/41
5.12 Formulemassa
Als een stof niet uit moleculen bestaat spreekt men niet van molecuulmassa, maar van formulemassa.
Natriumchloride, is zo’n stof welke onder normale omstandigheden niet uit moleculen bestaat, maar
uit een kristalstructuur. We kennen dan alleen de verhoudingsformule NaCl.
Dus MNaCl is de formulemassa van NaCl.
En wel: MNaCl = MNa + MCl = 22,99 u + 35,45 u = 58,44 u.
De formulemassa is de massa van de kleinste verhoudingsformule.
We gebruiken wel gewoon het symbool M net als bij de atoommassa en molecuulmassa.
5.13 Overzicht








Atoommodel Rutherford:
 atomen bestaan uit een atoomkern + elektronenwolk
 atoomkern bevat nucleonen: protonen + neutronen
 atoomkern bevat vrijwel alle massa
 elektronen op relatief zeer grote afstand van de atoomkern
Atoommodel Bohr
 elektronenverdeling in schillen, respectievelijk K, L, M, enz
 opvulling elektronenschillen volgens formule 2  n2
Valentieschil is de buitenste elektronenschil
Atoomnummer Z is het aantal protonen
Massagetal A is het aantal protonen + het aantal neutronen
In een atoom is het aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen (=atoomnummer)
Isotopen zijn atomen met hetzelfde atoomnummer maar met een verschillende atoommassa, dus
met een zelfde aantal protonen en een verschillend aantal neutronen
Onstabiele atomen hebben teveel of te weinig neutronen en zenden daarom radio-actieve straling
uit
Soorten radio-actieve straling:
α-straling
positieve heliumkernen.
β -straling
energierijke elektronen
-straling
zeer energierijk licht.
Atoommassa wordt uitgedrukt in atomaire massa-eenheid u
Molecuulmassa is de massa van een molecuul (som van de atoommassa’s) uitgedrukt in u
Formulemassa is de massa van een formule-eenheid bij kristallen

1u=







1
 m 126 C
12
5.14 Nieuwe begrippen
Atoomkern
De atoomkern bevindt in het midden van een atoom en herbergt vrijwel alle
massa. De atoomkern is positief geladen.
Elektronen
Elektronen draaien op relatief grote afstand om de atoomkern. De massa is zeer
klein t.o.v. de atoomkern. Elektronen zijn negatief geladen.
42
CHT 31/41
Nucleonen
Nucleonen zijn kerndeeltjes. Er zijn 2 soorten kerndeeltjes: de protonen en de
neutronen.
Protonen
Protonen zijn positief geladen kerndeeltjes. De lading is net zo groot als die van
een elektron doch tegengesteld. Protonen hebben een massa die ca. 1860 zo
groot is als die van een elektron.
Neutronen
Neutronen zijn neutrale kerndeeltjes. De massa is vrijwel even groot als die van
een proton.
Straling
Sommige atoomkernen zenden straling uit. Deze straling is gebruikt voor het
onderzoek naar atomen. We onderscheiden 3 soorten straling:
-straling: positieve He-kernen
-straling: energierijke elektronen
-straling: zeer energierijk
Elektronenschillen
Bohr verbeterde het atoommodel van Rutherford door elektronenschillen voor te
stellen. De elektronenschillen bevinden zich op een bepaalde afstand van de
kern. Vanaf de kern bevinden zich de volgende schillen: K – L – M – N – O – P
–Q
Maximaal aantal
elektronen in schil
Het maximale aantal elektronen in een elektronenschil is te berekenen via de
formule 2  n2, waarbij n de elektronenschil geteld vanaf de atoomkern voorstelt.
Valentie
De valentie of waardigheid is het aantal elektronen in de buitenste
elektronenschil.
Valentieschil
Buitenste elektronenschil.
Atoomnummer
Het atoomnummer is het aantal protonen in de atoomkern. Bij atomen is het
aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen.
Isotopen
Isotopen zijn atomen met een zelfde atoomnummer doch een verschillend
massagetal. Dit verschillend massagetal is veroorzaakt door een verschil in
aantal neutronen.
Atomaire massaeenheid (u)
De atomaire massa-eenheid is gedefinieerd als: 1 u =
Atoommassa
De atoommassa wordt uitgedrukt in u.
Molecuulmassa
De molecuulmassa is de som van de atoommassa’s van de in het molecuul
voorkomende atomen.
Formulemasa
De formulemassa is de som van de atoommassa’s van de atomen in een
verhoudingsformule.
43
1
12
. m ( 126 C)
= 1,66057.10-27 kg
CHT 31/41
5.15 Samenvatting
In de loop van de tijd heeft men onderzocht hoe atomen in elkaar zitten. Volgens Bohr bevinden
elektronen zich op vaste afstanden in elektronenschillen van de kern. De atoomkern bevat protonen en
neutronen. De verdeling van de elektronen over de schillen wordt de elektronenconfiguratie genoemd
en bepaalt de chemische eigenschappen van het element. Vooral de buitenste elektronen (valentieelektronen) zijn verantwoordelijk voor het chemisch gedrag.
Elk atoom wordt gekarakteriseerd door het aantal elektronen (= aantal protonen). Dit is het
atoomnummer. Bij een bepaald atoomnummer kan het aantal neutronen nog verschillen (isotopen). De
atoommassa wordt gemeten in de atomaire massa-eenheid (u),
1
van de massa van
12
12
6
C.
5.16 Opgaven
1. Geef een goede omschrijving van het waterstofatoom volgens de theorie van
a. Rutherford
b. Bohr
2. Geef een goede omschrijving van het koolstofatoom volgens de theorie van
a. Rutherford
b. Bohr
3. Beschrijf de experimenten van Rutherford. Waarom kwam hij tot de veronderstelling dat een
atoom grotendeels uit “niets” bestaat.
4. Wat wordt verstaan onder
a. een proton
b. een neutron
c. een elektron
d. een nucleon
5. Noem 3 soorten radio-actieve straling en geef de verschillen tussen deze straling aan.
6. Waardoor wordt radio-actieve straling veroorzaakt?
7. Geef een goede omschrijving van het atoommodel zoals die werd opgesteld door
a. Rutherford
b. Bohr
8. Bereken hoeveel elektronen de N-schil maximaal kan bevatten
9. Wat wordt onder de valentieschil verstaan?
10. Wat is de valentieschil bij
a. een waterstofatoom
b. een zuurstofatoom
c. een kaliumatoom
11. Beschrijf de volgende begrippen:
a. atoomnummer
b. massagetal
c. isotoop
44
CHT 31/41
12. Bereken het massagetal van het isotoop met
a. 18 protonen, 18 elektronen en 19 neutronen.
b. 92 protonen, 92 elektronen en 146 neutronen
13. Bereken het aantal elektronen van het isotoop met
a. 18 protonen en 37 neutronen
b. massagetal 42 en 22 neutronen
14. Wat is de definitie voor atomaire massa-eenheid?
15. Wat is het symbool voor atomaire massa-eenheid?
16. Zoek op de atoommassa voor
a. ijzer
b. magnesium
c. uranium
d. chloor
17. Een H-atoom heeft een gemiddelde massa van 1,6735610-24 g. Bereken hoeveel u dit is.
18. De diameter van de kern van een H-atoom is 10-5 nm (n = 10-9m). De diameter van een H-atoom is
0,30.10-10 m. Als men deze kern voorstelt door een knikker met een diameter van 1 cm, op welke
afstand in m cirkelt dan het elektron om de kern?
19. Vul in:
Isotoop
Massagetal
Atoomnummer
Aantal
protonen
Aantal
neutronen
Aantal
elektronen
Aantal
protonen
Aantal
neutronen
Aantal
elektronen
16
8O
17
8O
18
8O
20. Vul in:
Isotoop
X
Y
Z
P
Q
R
Massagetal Atoomnummer
75
33
31
17
201
15
18
80
44
57
81
137
21. Indien chloor bestaat uit een mengsel van de isotopen
Wat is dan het massagetal van chloor?
35
17
Cl en
37
17
Cl in een verhouding van 3 : 1.
22. Geef de elektronenconfiguratie voor de elementen met de atoomnummers 5, 8, 11, 16 en 20.
45
CHT 31/41
23. Bereken de molecuulmassa’s in u van
a. H2O
b. CS2
c. P2O5
d. C3H8
e. C6H6O6
24. Bereken de formulemassa’s in u van
a. NaCl
b. KBr
c. Ca3B2
d. Fe4C3
46
CHT 31/41
6.
Periodiek Systeem der elementen
6.1
Inleiding
In de 19e eeuw kende men ca. 60 elementen. De eigenschappen van deze elementen werden bekend
door chemische experimenten. Sommige elementen bezaten vergelijkbare chemische eigenschappen.
Zo’n verzameling van elementen kreeg soms een naam. Zo kennen we de alkalimetalen, de
aardalkalimetalen, de halogenen en de edelgassen.
Maar een aantal geleerden zochten naar nog meer ordening. Het lukte Mendelejev in 1869 als eerste
om een ordening aan te geven. Hij ontwierp het Periodiek Systeem der elementen. Hij rangschikte, de
op dat moment bekende elementen, op atoommassa en zette de elementen met vergelijkbare
chemische eigenschappen onder elkaar. Hij kwam toen tot een systeem waar nog wat gaten in zaten,
maar langzamerhand werden die gaten opgevuld door elementen die later werden gevonden.
Later toen atoommassa’s goed te bepalen waren, bleek het handiger om de elementen op
atoomnummer te rangschikken. Nu is er een systeem waarin ruim 100 elementen zijn gerangschikt.
Alle chemici op de wereld maken gebruik van dit systeem.
6.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:
















aangeven wie het Periodiek Systeem der elementen heeft ontworpen
beschrijven wat het verschil is tussen de opvolgende vakjes in het Periodiek Systeem der
elementen
beschrijven wat een periode en wat een groep is in het Periodiek Systeem der elementen
beschrijven wat elementen in dezelfde periode gemeen hebben
beschrijven waarin elementen in dezelfde periode verschillen
beschrijven wat elementen in dezelfde groep gemeen hebben
beschrijven waarin elementen in dezelfde groep verschillen
beschrijven waar de metalen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
 beschrijven waar de alkalimetalen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
 beschrijven waar de aardalkalimetalen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
beschrijven waar de halogenen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
beschrijven waar de edelgassen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
beschrijven waar de overgangsmetalen zich in het Periodiek Systeem der elementen bevinden
beschrijven wat onder halfmetalen wordt verstaan
beschrijven hoe de atoomstraal in een bepaalde groep verandert en aangeven waarom dit het geval
is
beschrijven hoe de atoomstraal in een bepaalde periode verandert en aangeven waarom dit het
geval is
beschrijven wat onder EN-waarde wordt verstaan
EN-waarden opzoeken
6.3
Perioden en groepen
Bekijk het Periodiek Systeem dat in bijlage in dit dictaat is toegevoegd.
De naast elkaar staande elementen (rij) werden perioden genoemd.
De onder elkaar staande elementen in het systeem (kolom) vormen de groepen. Dit zijn o.a. de
alkalimetalen, aardalkalimetalen, enz. De groepen zijn genummerd van 1 tot en met 18. Er zijn 14
zogenaamde nevengroepen. Dit zijn weinig voorkomende en chemisch weinig interessante elementen
(zeldzame aarden, periode 6 en actiniden, periode 7) en we zullen hier niet verder bij stilstaan.
47
CHT 31/41
Later bleek dat elementen in dezelfde periode allemaal net zoveel elektronenschillen bezitten en de
elementen in dezelfde groep hebben gelijke aantal elektronen in de valentieschil.
In een periode (horizontale rij) staan allemaal elementen met hetzelfde aantal elektronenschillen.
6.4
Verdeling elementen naar eigenschappen
Van oudsher zijn elementen verdeeld naar eigenschappen. Deze verdeling vindt als volgt plaats:
6.4.1 Metalen
Metalen vertonen metaaleigenschappen, te weten:

glanzend uiterlijk (na polijsten)

vervormbaar, smeedbaar

goede geleiding van elektriciteit en warmte

vast bij kamertemperatuur; kwik vormt hierop een uitzonderling, dit is een vloeistof.
De metalen zijn via een zogenaamd metaalrooster met elkaar verbonden. De kracht om metaalatomen
van elkaar te scheiden is groot.
6.4.2 Niet-metalen
De meeste (zie ook 6.4.3) elementen die niet alle metaaleigenschappen hebben, worden ingedeeld in
de niet-metalen. Veel van de niet-metalen zijn gasvormig zoals waterstof, stikstof, zuurstof; een aantal
zijn vast zoals koolstof, zwavel, jood, terwijl één niet-metaal vloeibaar is, te weten broom. Nietmetalen geleiden slecht.
Een aantal niet-metalen komt voor als 2-atomig molecuul, te weten waterstof H2, stikstof N2, zuurstof
O2, fluor F2, chloor Cl2, broom Br2 en jood I2.
6.4.3 Halfmetalen
Een aantal elementen op het grensgebied van de metalen en de niet-metalen, Silicium (Si), germanium
(Ge), arseen (As), antimoon (Sb) en telluur (Te) hebben wel het uiterlijk van een metaal, maar hebben
matige geleidende eigenschappen.
Deze zogenaamde halfgeleiders worden tegenwoordig veel gebruikt in de elektronica.
Men noemt deze elementen de halfmetalen.
1
1
2
3
4
5
6
7
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Ku
Ha
Uh
Us
De donker gearceerde elementen zijn de metalen, de minder donker gearceerde elementen halfmetalen
en de overigen zijn de niet-metalen.
6.5
Namen van diverse groepen in het Periodiek Systeen
48
CHT 31/41
6.5.1 Alkalimetalen
De elementen van groep 1, buiten waterstof, in het Periodiek Systeem zijn de alkalimetalen. Deze
elementen hebben alle één elektron in hun valentieschil. Later zal blijken dat zij in verbindingen dit
elektron afstaan. Zij zijn dan 1-waardig positief geladen.
1
1
2
3
4
5
6
7
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Ku
Ha
Uh
Us
6.5.2 Aardalkalimetalen
De elementen van groep 2, Beryllium tot en met Radium, vormen de aardalkalimetalen. Al deze
elementen hebben twee elektronen in hun valentieschil. Zij staan in verbindingen 2 elektronen af. Zij
zijn dan 2-waardig positief geladen.
6.5.3 Halogenen
De elementen van groep 17, fluor tot en met jood, vormen de halogenen. Deze groep van elementen
hebben 7 elektronen in hun valentieschil. Zij nemen in verbindingen één elektron op. Zij zijn dan 1waardig negatief geladen. Ook At (astaat) heeft 7 elektronen in de buitenste schil, maar dit element
ligt in het scheidingsvlak tussen metalen en niet-metalen en heeft ook metaalachtige eigenschappen.
Daarom wordt At meestal niet tot de halogenen gerekend.
6.5.4 Edelgassen
De edelgassen staan in groep 18, Helium tot en met Radon. In sommige Periodieke systemen wordt
dat groep 0 genoemd. De edelgassen hebben acht elektronen in hun valentieschil (uitzondering He),
dat wil zeggen een volle valentieschil. Zij verbinden zich niet met andere elementen. Dit is de reden
dat zij “edel” worden genoemd.
6.5.5 Overgangsmetalen
De elementen van de groepen 3 tot en met 12 vormen de overgangsmetalen. Hierin komen veel
gebruikte metalen als ijzer, koper, nikkel, zilver, goud voor.
6.6
Atoomstraal
De atoomstraal neemt toe met de periode. Dus de atoomstraal binnen de alkalimetalen, inclusief H,
neemt toe van H tot Fr. Waterstof H heeft een atoomstraal van 30.10-12 m, terwijl Fr (francium ) een
atoomstraal heeft van 270.10-12 m ofwel 9x zo groot.
49
CHT 31/41
Binnen een periode neemt de atoomstraal van links naar rechts af. Lithium Li heeft bijvoorbeeld een
atoomstraal van 152.10-12 m terwijl fluor F een atoomstraal heeft van 64.10-12 m.
Dit komt omdat de kern van het fluoratoom veel harder aan de elektronen trekt dan de kern van het
lithiumatoom.
Om de grootte op schaal te schatten is verhouding tussen de grootte van de atoomkern t.o.v. grootte
het atoom ca. 1 miljoen.
6.7
Elektronegativiteit
Hoe hard de kernen van atomen van een element aan de valentie-elektronen trekken wordt
weergegeven door de zogenaamde elektronegativiteitswaarde (EN-waarde). Die EN-waarde staat in
het Periodiek Systeem van de bijlage als laatste getal genoemd. Ook in de kleine Periodieke Systemen
staan zij vermeld.
6.8





Overzicht
Periodiek Systeem der elementen: ordening van elementen
 Groepen: elementen met vergelijkbare chemische eigenschappen
 Perioden: elementen met dezelfde aantal elektronenschillen
Bijzondere groepen:
 groep 1
alkalimetalen, 1 elektron in valentieschil
 groep 2
aardalkalimetalen, 2 elektronen in valentieschil
 groep 17
halogenen, 7 elektronen in valentieschil
 groep 18
edelgassen, 8 elektronen in valentieschil
 groepen 3 t/m 12: overgangsmetalen
Halfmetalen: elementen op grensgebied metalen en niet-metalen met soms metaal en soms nietmetaal eigenschappen
Atoomstraal neemt in Periodiek Systeem toe van boven naar onder en van rechts naar links
Elektronegativiteitswaarde: geeft aan hoe sterk atomen van een element aan de valentieelektronen trekken
6.9
Nieuwe begrippen
Periodiek
Systeem der
elementen
Een rangschikking van elementen in groepen en perioden. Het Periodiek Systeem der
elementen wordt meestal kortweg Periodiek Systeem genoemd.
Groep
Een kolom in het Periodiek Systeem. In een groep hebben alle elementen hetzelfde
aantal elektronen in de buitenste schil. Deze elementen hebben vergelijkbare chemische
eigenschappen.
50
CHT 31/41
Metalen
Elementen met metaaleigenschappen:
 glanzend uiterlijk (na polijsten)
 vervormbaar, smeedbaar
 goede geleiding van elektriciteit en warmte
 vast bij kamertemperatuur (uitzondering Hg)
ca. 70 elementen zijn metalen.
Niet-metalen
Elementen die geen metaaleigenschappen hebben noemen we niet-metalen.
Half-metalen
Een aantal elementen hebben een aantal metaaleigenschappen. Deze elementen noemt
men de halfmetalen. Dit zijn Si, Ge, As, Sb en Te
Deze elementen worden gebruikt als halfgeleiders.
Alkalimetalen
Elementen uit de 1e groep van het Periodiek Systeem m.u.v. H. Zij hebben 1 elektron
in de buitenste schil.
Aardalkalimetalen
Elementen uit de 2e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben 2 elektronen in de
buitenste schil.
Halogenen
Elementen uit de 17e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben 7 elektronen in de
buitenste schil.
Edelgassen
Elementen uit de 18e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben een volle buitenste
schil. Dit wordt edelgasconfiguratie genoemd. Edelgassen kennen geen chemische
reacties.
Overgangsmetalen
Elementen uit de 3e tot en met 13e groep van het Periodiek Systeem.
Atoomstraal
Afstand van de atoomkern tot de buitenste elektronenschil
Elektronegativiteit
De kracht die een atoomkern op de elektronen uitoefent.
Periode
Horizontale rij in het Periodiek Systeem. In een periode (horizontale rij) staan
elementen met hetzelfde aantal elektronenschillen.
6.10 Samenvatting
Wanneer de elementen geordend worden op het atoomnummer van de atomen, waarbij de elementen
met ongeveer gelijke chemische eigenschappen onder elkaar komen te staan, ontstaat het Periodiek
Systeem (der elementen).
Elke rij (periode) lager komt overeen met een schil extra. Elke groep elementen bevat atomen met
evenveel valentie-elektronen. Een aantal groepen hebben een eigen naam.
De atoomstraal neemt van boven naar beneden en van rechts naar links toe in het Periodiek Systeem.
51
CHT 31/41
6.11 Opgaven
1. Wie heeft het Periodiek Systeem der elementen ontworpen?
2. Waarin verschillen twee naast elkaar staande elementen in het Periodiek Systeem der elementen?
3. Waarin verschillen twee onder elkaar staande elementen in het Periodiek Systeem der elementen?
4. Hoe noemt men in het Periodiek Systeem der elementen
a. een (horizontale) rij?
b. een (verticale) kolom?
5. Waarin verschillen de elementen in een periode van het Periodiek Systeem der elementen?
6. Waarin verschillen de elementen in een groep van het Periodiek Systeem der elementen?
7.
Wat hebben de elementen in eenzelfde periode van het Periodiek Systeem der elementen
gemeen?
8.
Wat hebben de elementen in eenzelfde groep van het Periodiek Systeem der elementen gemeen?
9. Geef in het Periodiek Systeem der elementen aan waarin zich bevinden
a. de metalen
b. de halfmetalen
c. de overgangsmetalen
d. de niet-metalen
e. de alkalimetalen
f. de aardalkalimetalen
g. de halogenen
h. de edelgassen
10. Wanneer spreken we van
a. metalen?
b. halfmetalen?
c. niet-metalen?
d. edelgassen?
11. Welk element heeft een grotere atoomstraal, verklaar het antwoord
a. boor of gallium?
b. silicium of chloor?
c. beryllium of aluminium?
12. Zoek in BINAS ook de atoomstralen op van opgave 11. Vergelijk je antwoord met de gevonden
waarde.
13. Wat wordt onder de EN-waarde verstaan?
14. Zoek de EN-waarde op van
a. natrium
b. chloor
c. nikkel
d. zuurstof
52
CHT 31/41
15. Gegeven het element calcium Ca
a. In welke groep en in welke periode van het Periodiek Systeem zit calcium?
b. Hoort calcium tot de metalen of de niet-metalen
c. Welke 2 elementen zullen wat betreft chemische eigenschappen het dichst bij calcium in de
buurt komen? Geef een korte verklaring.
d. Bevindt calcium zich nog in een bijzonder gebied van het Periodiek Systeem, zo ja welke?
e. Hoeveel elektronenschillen heeft calcium?
f. Hoeveel valentie-elektronen heeft calcium?
16. Gegeven het element Cl.
a. In welke groep en in welke periode van het Periodiek Systeem zit chloor?
b. Hoort chloor tot de metalen of de niet-metalen
c. Welke 2 elementen zullen wat betreft chemische eigenschappen het dichst bij chloor in de
buurt komen? Geef een korte verklaring.
d. Bevindt chloor zich nog in een bijzonder gebied van het Periodiek Systeem, zo ja welke?
e. Hoeveel elektronenschillen heeft chloor?
f. Hoeveel valentie-elektronen heeft chloor?
17. Welk element heeft de grootste atoomstraal?
a. Al of In
b. B of F
c. Cs of At
18. Geef de elektronegtiviteitswaarde van:
a. K
b. Cs
c. F
d. Cl
e. Al
53
CHT 31/41
7.
Elektronen nader bekeken
7.1
Inleiding
We hebben eerst stoffen leren kennen, vervolgens dat deze stoffen uit moleculen bestonden.
Beschreven werd ook dat we van chemie spreken als er processen plaatsvinden waarbij de moleculen
veranderen.
Vervolgens hebben we geleerd dat elementen stoffen zijn die slechts één soort atomen hebben.
Atomen bestaan uit een atoomkern en zoals Bohr heeft aangetoond elektronen in elektronenschillen
daarom heen. Verder bleek bij bestudering van het Periodiek Systeem dat vrijwel uitsluitend de
valentie-elektronen de chemische eigenschappen van stoffen bepalen.
Later bleek dat het atoommodel van Bohr nadere aanpassing nodig had omdat dit model niet
voldoende was om alle chemische en ook fysische verschijnselen te verklaren.
De geleerden gingen dus op zoek hoe het in “werkelijkheid” met elektronen was gesteld. En dat
onderzoek loopt nog steeds. We zullen in etappen, waarvan dit hoofdstuk de eerste etappe is, een tip
van de sluier oplichten. Naarmate de opleiding vordert zullen jullie steeds meer in de keuken van deze
geleerden kunnen kijken.
7.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:




de hoofdschillen benoemen
aangeven welke en hoeveel subschillen de verschillende hoofdschillen bevatten
van een willekeurig element (met gegeven atoomnummer) de uitgebreide elektronenconfiguratie
bepalen
vanuit de uitgebreide elektronenconfiguratie de eenvoudige elektronenconfiguratie opstellen van
een willekeurig element.
7.3
Hoofdschillen
De schillen zoals Bohr voorstelde, de K-L-M-N-enz schillen, noemen we tegenwoordig de
hoofdschillen. Deze hoofdschillen bevatten een aantal subschillen.
7.4
Subschillen
Tegenwoordig heeft men ontdekt dat iedere hoofdschil uit één of meerdere subschillen bestaat.
De K-schil bleek slechts één subschil te hebben. Men noemt deze subschil de 1s-subschil.
De 1 staat voor de eerste hoofdschil, de K-schil dus. De s komt voort uit een fysische meting waardoor
het bestaan van subschillen duidelijk werd. Ook bleek zo’n s-subschil een bepaalde vorm te hebben. We
komen hier later op terug. De 1s-subschil bleek maximaal 2 elektronen te kunnen bevatten. Dit klopt dus
met wat we voor de K-schil al eerder hebben geleerd.
De L-schil bleek 2 subschillen te hebben. De 2s-subschil en de 2p-subschil.
De 2s-subschil bleek groter dan de 1s-subschil te zijn, maar de vorm was hetzelfde. Ook de 2s-subschil
kon maximaal 2 elektronen te kunnen bevatten. De 2p-subschil was duidelijk anders van vorm en kon 6
elektronen bevatten.
54
CHT 31/41
De M-schil bleek 3 subschillen te hebben. De 3s-subschil, de 3p-subschil en de 3d-subschil.
Voor de 3s-subschil geldt weer dat deze dezelfde vorm heeft dan de 1s- en de 2s-subschillen, maar weer
ietsjes groter is. De 3p-subschillen hebben dezelfde vorm dan de 2p-subschillen, maar ook ietsjes groter.
De 3d-subschillen kunnen 10 elektronen bevatten en zijn uiteraard weer anders van vorm.
De N-schil bleek 4 subschillen te hebben. De 4s-subschil, de 4p-subschil, de 4d-subschil en de 4fsubschil. Voor de 4s-, 4p- en de 4d-subschillen geldt weer hetzelfde verhaal als hierboven geschetst. De
4f-subschil kan 14 elektronen bevatten.
Zo zouden we verwachten dat de O-schil 5 subschillen kan hebben. Theoretisch is dit misschien het
geval, maar we hebben geen atomen die zoveel elektronen hebben dat al deze subschillen gevuld zouden
worden.
We kennen daarom voor de O-schil ook slechts 4 subschillen, respectievelijk de 5s-subschil, de 5psubschil, de 5d-subschil en de 5f-subschil. Ook de opvolgende hoofdschillen hebben niet meer
subschillen. In de volgende paragraaf zullen we uitleggen waarom er niet meer dan 4 subschillen zijn.
7.5
Opvulling subschillen
De opvulling van de elektronen gebeurt vanaf de atoomkern. Eerst zal de K-schil worden opgevuld,
daarna volgt de L-schil, enz. Echter zal het bij de hogere hoofdschillen niet altijd zijn dat zij volledig
opgevuld zijn. Sommige subschillen van hogere hoofdschillen worden eerder opgevuld dan andere
subschillen van lagere hoofdschillen. Hoe dit patroon verloopt is gegeven in het zogenaamde schuine
pijlen diagram. Uit dit diagram kunnen we de volgorde van opvulling aflezen. Deze volgorde komt door
de potentiële energie inhoud van deze subschillen.
7.5.1 Schuine pijlen diagram
Hoofdschil
n
s-subschil
1
1s
p-subschil
d-subschil
f-subschil
1
K
3
2
4
L
2
2s
2p
M
3
3s
3p
5
6
3d
7
N
4
4s
4p
4d
4f
O
5
5s
5p
5d
5f
P
6
6s
6p
6d
6f
Q
7
7s
7p
7d
7f
8
9
10
De eerste pijl geeft aan dat de 1s-subschil het eerste wordt opgevuld
De tweede pijl geeft aan dat vervolgens de 2s-subschil wordt opgevuld.
De derde pijl geeft aan dat de 2p-subschil wordt opgevuld en vervolgens de 3s-subschil.
Tot nu toe is er geen verschil met als we “gewoon” horizontaal hadden opgevuld.
De vierde pijl geeft aan dat de 3p-subschil en daarna de 4s-subschil wordt opgevuld.
We zien dat de 4s-subschil eerder wordt opgevuld dan de 3d-subschil.
55
CHT 31/41
De vijfde pijl geeft aan dat vervolgens de 3d-subschil wordt opgevuld, gevolgd door 4p-subschil en
daarna de 5s-subschil.
De zesde pijl geeft aan dat de volgorde verder gaat met respectievelijk de subschillen 4d, 5p en 6s.
De zevende pijl geeft vervolgens de subschillen 4f , 5d, 6p en 7s
De achtste pijl 5f en 6d en dan stopt de pijl.
Dit komt omdat dan voor zelfs het element met de hoogste aantal elektronen, element me7
atoomnummer 108, alle elektronen een plaatsje hebben gevonden.
De totale volgorde van de subschillen is dus:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d
7.5.2 Voorbeelden van opvulling
Een element heeft zoveel subschillen als nodig is om al z’n elektronen te herbergen. De opvulling vindt
altijd plaats zoals aangegeven met het schuine pijlen diagram.
Voorbeeld 1
Waterstof heeft atoomnummer 1, dus schrijven we 1H.
Dat ene elektron zal zich dus in de 1s-subschil bevinden. We noteren het aantal elektronen in een
subschil als subschript boven de orbital. Dus:
1s1
We noemen dit de uitgebreide elektronenconfiguratie.
1H
De eerder genoemde elektronenconfiguratie via van de hoofdschillen is hieruit af te leiden. Zie
daarvoor de volgende paragraaf.
Voorbeeld 2
We willen de elektronenconfiguratie weten van het atoom zirkonium met atoomnummer 40.
De 1s-subschil kan 2 elektronen bevatten en zal het eerst opgevuld worden. We noteren dit als
40Zr
1s2. De volgende subschil is de 2s-subschil. Deze kan ook 2 elektronen bevatten. We noteren dit
als 2s2. Er zijn nu dus al 4 elektronen in ondergebracht. Nog 40 - 4 = 36 te gaan. Vervolgens
komt de 2p-subschil aan de beurt. Deze subschil kan 6 elektronen bevatten. We noteren dit als
2p6. Nu zijn er dus 4 + 6 = 10 elektronen ondergebracht. De 3s-subschil wordt opgevuld met 2
elektronen, 3s2. Het totaal aantal is nu 12 elektronen.
De 3p-subschil kan 6 elektronen bevatten, genoteerd als 3p6. Het totaal aantal is nu 18
elektronen.
Na de 3p-subschil volgt de 4s-subschil. De 4s-orbital bevat maximaal 2 elektronen, 4s2. Het
totaal is nu 20 elektronen. We zijn op de helft.
Na de 4s-subschil komt de 3d-subschil aan de beurt. Deze kan maximaal 10 elektronen bevatten.
We noteren 3d10. Het totaal wordt nu 30 elektronen. Nog 10 te gaan.
Na de 3d-subschil volgt de 4p-subschil. We noteren 4p6. Het totaal wordt 36 elektronen. We
komen in de buurt.
Dan volgt de 5s-subschil, 5s2 dus en het totaal wordt 38 elektronen. Nog 40 - 38 = 2 elektronen
te gaan.
De volgende subschil is de 4d-orbital. Hierin kunnen maximaal 10 elektronen. We hebben echter
nog maar 2 elektronen en de 4d-orbital is dus niet volledig gevuld. Wwe schrijven 4d2. De
elektronenconfiguratie is dus: 40Zr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2
Voorbeeld 3
56
CHT 31/41
Het element met het meeste aantal elektronen, unniseptium met als symbool Us zal dus de meest
uitgebreide elektronenconfiguratie hebben. Geen probleem als we gewoon het schuine pijlen
diagram volgen:
107Us
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d5
We zien dus dat op dat moment de 6d-subschil nog niet geheel gevuld is! Overigens is Us een element
welke in de natuur niet voorkomt en alleen op een laboratorium kan worden gemaakt waarna het zeer
kort kan bestaan.
7.5.3 Afleiden eenvoudige elektronenconfiguratie
Als we überhaupt na de uitgebreide elektronenconfiguratie de (eenvoudige) elektronenconfiguratie nog
willen weten, is het toch eenvoudig te vinden. We tellen de aantallen van de elektronen in de subschillen
met hetzelfde nummer bij elkaar op en we weten het aantal elektronen in de hoofdschil.
Voorbeeld
40Zr
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2
De K-schil bevat 2 elektronen (die in de 1s-subschil)
De L-schil bevat 8 elektronen (2 in de 2s-subschil en 6 in de 2p-subschil, samen 8)
De M-schil bevat 18 elektronen (2 in de 3s-subschil, 6 in de 3p-subschil en 10 in de 3d-subschil)
De N-schil bevat 10 elektronen (2 in de 4s-subschil, 6 in de 4p-subschil en 2 in de 4d-subschil)
De O-subschil bevat 2 elektronen (die van de 5s-subschil)
De eenvoudige elektronenconfiguratie is dus:
40Zr:
2 – 8 – 18 – 10 – 2
Voorbeeld
107Us
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d5
K-schil: n=1
L-schil:
M-schil:
N-schil: n=4
O-schil: n=5
P-schil: n=6
Q-schil: n=7
2
n=2
n=3
32
32
13
2
(1s2)
8
(2s2 + 2p6)
18
(3s2 + 3p6 + 3d10)
2
(4s + 4p6 + 4d10 + 4d14)
(5s2 + 5p6 + 5d10 + 5d14)
(6s2 + 6p6 + 6d5)
(7s2)
Dus de elektronenconfiguratie in totaliteit:
107Us
2 – 8 – 18 – 32 – 32 – 13 – 2
Volgens de formule van het maximaal aantal elektronen per hoofdschil 2.n2 zijn dus alleen de K,
L, M en N-schil maximaal gevuld!
57
CHT 31/41
7.6
Overzicht
 Hoofdschillen bevatten subschillen
 de K-schil bevat 1 subschil, de 1s-subschil
 de L-schil bevat 2 subschillen, de 2s- en de 2p-subschillen
 de M-schil bevat 3 subschillen, de 3s- , de 3p- en de 3d-subschillen
 de N-schil bevat 4 subschillen, de 4s-, de 4p-, de 4d- en de 4f-subschillen
 de O-schil bevat 4 subschillen, de 5s-, de 5p-, de 5d- en de 5f-subschillen
 De P- en de Q-schil zijn nooit geheel gevuld
 De (eenvoudige) elektronenconfiguratie is af te leiden uit de uitgebreide elektronenconfiguratie
7.7
Nieuwe begrippen
Subschil
Onderdeel van een hoofdschil.
s-subschil
bevindt zich in iedere hoofdschil en kan maximaal 2 elektronen bevatten.
p-subschil
bevindt zich vanaf de L-schil in iedere hoofdschil en kan maximaal 6 elektronen
bevatten.
bevindt zich vanaf de M-schil in iedere hoofdschil en kan maximaal 10 elektronen
bevatten.
d-subschil
f-subschil
bevindt zich in de N- en de P-hoofdschil en kan maximaal 14 elektronen bevatten.
Schuine pijlen diagram dit diagram geeft de volgorde van opvulling plaats van de elektronen in de diverse
subschillen.
Uitgebreide
elektronenconfiguratie
7.8
De elektronenverdeling in alle subschillen (de eenvoudige) elektronenconfiguratie in
hoofdschillen is af te leiden vanuit de uitgebreide elektronenconfiguratie.
Samenvatting
Elektronen bepalen de chemische eigenschappen van stoffen. De elektronen volgens Bohr zijn verdeeld
in de hoofdschillen (K, L, M, enz.). Deze hoofdschillen zijn onderverdeeld in subschillen.
De K-schil heeft één subschil te weten de 1s-subschil
De L-schil heeft de 2s- en de 2p-subschillen
De M-schil heeft de 3s-, de 3p- en de 3d-subschillen
De N-schil heeft de 4s-, de 4p-, de 4d- en de 4f-subschillen
De O-schil heeft de 5s-, de 5p-, de 5d- en de 5f-subschillen
De P-schil heeft de 6s-, de 6p-, en de 6d-subschillen
De Q-schil heeft de 7s- subschil
De s-subschillen kunnen maximaal 2 elektronen bevatten, de p-subschillen kunnen maximaal 6
elektronen bevatten, de d-subschillen kunnen maximaal 10 elektronen bevatten en de f-subschillen
kunnen maximaal 14 elektronen bevatten.
De opvulling van de elektronen vindt plaats op basis van het schuine pijlen diagram.
58
CHT 31/41
7.9
Opgaven
1. Bij elektronenconfiguratie hebben we te maken met elektronenschillen
a. Welke chemicus heeft de elektronenschillen geïntroduceerd?
b. Geef de naam van de 7 hoofdschillen.
c. Geef per hoofdschil aan welke subschillen er mogelijk zijn.
d. Geef per subschil aan hoeveel elektronen er maximaal in kunnen zitten.
e. Geef de volgorde van alle subschillen naar energie-inhoud.
2. Geef de uitgebreide elektronenconfiguratie van:
a. 23V
b. 34Se
c. 56Ba
d. 92U
3. Leid voor de uitgebreide elektronenconfiguratie van de vorige vraag de (eenvoudige)
elektronenconfiguratie af.
4. Gegeven een element met de volgende uitgebreide elektronenconfiguratie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3
a.
b.
c.
d.
e.
f.
In welke periode van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
In welke groep van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
Leid van de uitgebreide elektronenconfiguratie de eenvoudige elektronenconfiguratie af..
Hoeveel elektronen heeft dit element?
Hoeveel protonen heeft dit element?
Zoek dit element op in het Periodiek Systeem en controleer de antwoorden die je gegeven hebt
bij a en b.
5. Gegeven een element met de volgende uitgebreide elektronenconfiguratie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f3
a.
b.
c.
d.
e.
f.
In welke periode van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
In welke groep van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
Leid van de uitgebreide elektronenconfiguratie de eenvoudige elektronenconfiguratie af..
Hoeveel elektronen heeft dit element?
Hoeveel protonen heeft dit element?
Zoek dit element op in het Periodiek Systeem en controleer de antwoorden die je gegeven hebt
bij a en b.
6. Gegeven een element met de volgende uitgebreide elektronenconfiguratie:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p3
a.
b.
c.
d.
e.
f.
In welke periode van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
In welke groep van het Periodiek Systeem der elementen bevindt zich dit element?
Leid van de uitgebreide elektronenconfiguratie de eenvoudige elektronenconfiguratie af..
Hoeveel elektronen heeft dit element?
Hoeveel protonen heeft dit element?
Zoek dit element op in het Periodiek Systeem en controleer de antwoorden die je gegeven hebt
bij a en b.
59
CHT 31/41
8. Elektronenconfiguratie en Periodiek Systeem
8.1
Inleiding
In dit hoofdstuk wordt de betekenis van de subschillen voor het Periodiek Systeem duidelijk gemaakt.
8.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:



vanuit de elektronconfiguratie de plaats van elementen in het Periodiek Systeem bepalen
vanuit de plaats in het Periodiek Systeem de elektronenconfiguratie vinden
uileggen wat de elektronenconfiguratie is van elementen uit respectievelijk het s-blok, het p-blok, het
d-blok en het f-blok
uitleggen wat onder edelgasconfiguratie wordt verstaan
uitleggen waarom de edelgasconfiguratie een bijzondere elektronenconfiguratie is


8.3
Plaats van de elementen in het Periodiek Systeem
8.3.1 s-blok
Als we naar de elementen uit Groep 1 van het Periodiek Systeem kijken, de alkalimetalen, dan zien we
het volgende:
3Li
11Na
19K
37Rb
55Cs
87Fr
1s2 2s1
1s2 2s2 2p6 3s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s1
We zien dus dat alle alkalimetalen 1 elektron in een buitenste s-subschil hebben. Dit is de verklaring dat
deze 6 elementen zoveel op elkaar lijken. Een buitenbeentje is waterstof. Ondanks dat waterstof wel een
vergelijkbare elektronenconfiguratie heeft, namelijk 1s1, lijken de chemische eigenschappen maar ten
dele op die van de overige elementen uit deze groep en de fysische eigenschappen al helemaal niet.
Voor de aardalkalimetalen geldt dat de hoogste s-subschil net gevuld is met 2 elektronen. Ook deze
elementen hebben vergelijkbare chemische eigenschappen.
Bij zowel de alkalimetalen als de aardalkalimetalen de laatst genoemde subschil een s-subschil. We
noemen daarom dit gedeelte van het Periodiek Systeem het s-blok.
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
H
Li Be
Na Mg
K Ca Sc
Rb Sr Y
Cs Ba La
Fr Ra Ac
4
5
6
Ti V Cr
Zr Nb Mo
Hf Ta W
Ku Ha Uh
7
8
Mn Fe
Tc Ru
Re Os
Us
9
Co
Rh
Ir
60
10
Ni
Pd
Pt
11
12
13
14
15
16
17
Cu Zn
Ag Cd
Au Hg
B
Al
Ga
In
Tl
C
Si
Ge
Sn
Pb
N
P
As
Sb
Bi
O
S
Se
Te
Po
F
Cl
Br
I
At
18
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
CHT 31/41
8.3.2 p-blok
Vergelijkbaar horen de elementen in de groepen 13 tot en met 18 waarbij de hoogste subschil een psubschil is tot het p-blok.
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
H
Li Be
Na Mg
K Ca Sc
Rb Sr Y
Cs Ba La
Fr Ra Ac
4
5
6
Ti V Cr
Zr Nb Mo
Hf Ta W
Ku Ha Uh
7
8
Mn Fe
Tc Ru
Re Os
Us
9
Co
Rh
Ir
10
Ni
Pd
Pt
11
12
13
14
15
16
17
Cu Zn
Ag Cd
Au Hg
B
Al
Ga
In
Tl
C
Si
Ge
Sn
Pb
N
P
As
Sb
Bi
O
S
Se
Te
Po
F
Cl
Br
I
At
18
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
De elementen uit groep 18, de edelgassen, hebben dus allemaal een elektronenconfiguratie waarbij de
p-subschil net helemaal gevuld is.
Voorbeelden
10Ne
86Rn
1s2 2s2 2p6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
Deze elektronenconfiguratie noemen we wel de edelgasconfiguratie. In de buitenste hoofdschil zitten er
dus 8 elektronen (s2 + p6).
De enige uitzondering is He welke een elektronenconfiguratie heeft van 1s2. He heeft dus een volle 1e
hoofdschil en heeft dezelfde eigenschappen als de overige edelgassen.
Edelgassen reageren niet met andere stoffen en omdat zoals we reeds gemeld hebben de chemische
eigenschappen grotendeels afhangen van de elektronenconfiguratie moet de edelgasconfiguratie dus een
bijzondere zijn. We komen hier later uitgebreid op terug.
De elementen uit groep 17, de halogenen, hebben een elektronenconfiguratie waarbij de buitenste p-schil
5 elektronen bevat. De buitenste hoofdschil heeft dus 7 elektronen.
De elementen uit groep 16 hebben 4 elektronen in de buitenste p-subschil en de buitenste hoofdschil 6
elektronen.Deze groep heeft geen specifieke naam.
De elementen uit groep 15 hebben 3 elektronen in de buitenste p-schil en dus 5 in de buitenste
hoofdschil.
De elementen uit groep 14 twee elektronen in de buitenste p-schil en dus 4 elektronen in de buitenste
hoofdschil.
De elementen uit groep 13 één elektron in de buitenste p-subschil en dus 3 elektronen in de buitenste
hoofdschil.
61
CHT 31/41
8.3.3 d-blok / f-blok
Voor de overgangsmetalen geldt dat de buitenste subschil een d-subschil is. Deze elementen horen dus
bij het d-blok.
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
H
Li Be
Na Mg
K Ca Sc
Rb Sr Y
Cs Ba La
Fr Ra Ac
4
5
6
Ti V Cr
Zr Nb Mo
Hf Ta W
Ku Ha Uh
7
8
Mn Fe
Tc Ru
Re Os
Us
9
Co
Rh
Ir
10
Ni
Pd
Pt
11
12
13
14
15
16
17
Cu Zn
Ag Cd
Au Hg
B
Al
Ga
In
Tl
C
Si
Ge
Sn
Pb
N
P
As
Sb
Bi
O
S
Se
Te
Po
F
Cl
Br
I
At
18
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
De laatste 2 subschillen zijn …s2 … dx. In de buitenste hoofdschil zitten daarom altijd 2 elektronen.
La en Ac zijn licht gearceerd omdat in deze vakjes nog per vakje 14 elementen bevatten die tot het f-blok
behoren.
8.4
Overzicht
s-blok laatste subschil is een s-subschil
p-blok laatste subschil is een p-subschil
d-blok laatste subschil is een d-subschil
f-blok laatste subschil is een f-subschil
edelgasconfiguratie
..p6, uitzondering He: 1s2
8.5
Nieuwe begrippen
s-blok
In het s-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een s-subschil is.
Deze elementen bevinden zich in de groepen 1 en 2 van het Periodiek Systeem der
elementen.
p-blok
In het p-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil en p-subschil is.
Deze elementen bevinden zich in de groepen 13 tot en met 18 van het Periodiek
Systeem der elementen.
d-blok
In het d-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een d-subschil is.
Deze elementen bevinden zich in de groepen 3 tot en met 12 van het Periodiek
Systeem der elementen.
f-blok
In het f-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een f-subschil is.
Deze elementen bevinden zich in de nevengroepen van het Periodiek Systeem der
elementen.
edelgasconfiguratie
De edelgasconfiguratie is een elektronenconfiguratie waarbij de elementen zich in
het p-blok bevinden en dat de buitenste p-orbitalen 6 elektronen bevat, dus juist
vol is. Uitzondering is He, bij dit element is juist de K-schil net vol.
62
CHT 31/41
8.6
Samenvatting
Vanuit de elektronenconfiguratie is de plaats in het Periodiek Systeem terug te vinden en omgekeerd
vanuit het Periodiek Systeem kan de elektronenconfiguratie worden gevonden.
De chemische eigenschappen worden voornamelijk bepaald door de elektronenconfiguratie zodat het
niet vreemd is dat elementen in eenzelfde groep van het Periodiek Systeem der elementen vergelijkbare
eigenschappen vertonen.
Een bijzondere groep van het Periodiek Systeem wordt gevormd door de edelgassen. Deze edelgassen
hebben een elektronenconfiguratie welke de edelgasconfiguratie wordt genoemd.
8.7
Vragen
1. Tot welk blok behoort het element met de volgende elektronenconfiguraties:
a.
b.
c.
d.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f13
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
1s2
2. Geef zonder het Periodiek Systeem te gebruiken aan waar je het element verwacht met de
volgende elektronenconfiguratie: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d7
3. Geef de elektronenconfiguratie van het element welke zich op onderstaande plaats in het Periodiek
Systeem bevindt:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
4. Wat wordt onder edelgasconfiguratie verstaan?
5. Wat is typerend voor de elektronenconfiguratie van:
a. halogenen?
b. alkalimetalen?
63
10
11
12
13
14
15
16
17
18
CHT 31/41
9. Orbitalen
9.1
Inleiding
Ook de subschillen geven geen volledig beeld hoe elektronen in een atoom verdeeld zijn. In de
praktijk blijkt dat elektronen zowel binnen een atoom als ook in bindingen steeds optreden in
tweetallen. Dit strookt niet met het feit dat er zich bijvoorbeeld in de p-schil 6 elektronen bevinden.
De werkelijkheid bleek dat subschillen weer uit orbitalen bestaan. We zullen in dit hoofdstuk de
verdeling van subschillen in orbitalen behandelen en verder voor de orbitalen van de s- en de psubschillen de vorm van de orbitalen weergeven.
9.2
Leerdoelen
Na bestudering van dit hoofdstuk kun je:







de vorm van s-orbitalen schetsen
de vorm van p-orbitalen schetsen
aangeven uit hoeveel orbitalen de s-subschil bestaat
aangeven uit hoeveel orbitalen de p-subschil bestaat
aangeven uit hoeveel orbitalen de d-subschil bestaat
aangeven uit hoeveel orbitalen de f-subschil bestaat
schetsen hoe de verschillende p-orbitalen zich ten opzichte van elkaar bevinden
9.3
Orbitalen
Subschillen bestaan weer uit zogenaamde orbitalen. Deze orbitalen bevatten elk slechts 2 elektronen.
Deze 2 elektronen verschillen weer van elkaar door de draairichting rond hun as, we noemen dit de
spin van het elektron. Pas veel later in de opleiding zullen we hier pas weer op terugkomen.
9.3.1 s-subschil
Omdat de s-subschil slechts 2 elektronen kan bevatten zal het duidelijk zijn dat de s-subschil slechts 1
orbital kan bevatten. Voor de K-schil is dit bijvoorbeeld de 1s-orbital. Voor de L-schil de 2s-orbital,
enz.
9.3.2 p-subschil
De p-subschil kan 6 elektronen bevatten en zal dus uit 6/2 = 3 orbitalen bestaan. Deze orbitalen
worden onderscheiden door ze respectievelijk als subschript x, y en z mee te geven. Voor de L-schil
worden dit dus de 2px-, de 2py- en de 2pz-orbitalen.
9.3.3. d-subschil
De d-subschil kan 10 elektronen bevatten en zal dus uit 10/2 = 5 orbitalen bestaan. Omdat we deze
orbitalen niet verder zullen uitwerken is het niet nodig ze te onderscheiden.
64
CHT 31/41
9.3.3 f-subschil
De f-subschil kan 14 elektronen bevatten en zal dus uit 14/2 = 7 orbitalen bestaan. De f-orbitalen
zullen we zeker niet verder uitwerken. Het betreft tenslotte relatief voor ons onbelangrijke elementen.
9.4
Vorm van orbitalen
Rutherford beschreef de elektronen nog als elektronenwolken. Bohr beschreef dat elektronen zich in
schillen bevonden en dat elektronen in een soort planetenbaan om de kern bewogen. Met orbitalen
moeten we dat begrip loslaten.
Elektronen bewegen met enorme snelheden om de atoomkern en kunnen zich binnen een bepaald
gebiedje bevinden. De vorm van die gebiedjes is voor de verschillende orbitalen verschillend. We
zullen hieronder die van de s-orbitalen van de 3 verschillende p-orbitalen bespreken.
9.4.1 s-orbitalen
De s-orbitalen zijn een bolvormig gebied rond de kern waarin de elektronen zich met grote
waarschijnlijkheid (> 99 %) zullen bevinden.
1 s-orbital
2 s-orbital
Dit bolvormige gebied is voor de 1s-orbital veel kleiner dan voor bijvoorbeeld de 7s-orbital.
Verder is via wiskundige berekeningen en metingen vastgesteld dat er een gemiddelde afstand is
te bepalen t.o.v. de atoomkern. Deze gemiddelde afstand werd vroeger aangenomen als de
elektronenbaan. De gemiddelde afstand van de elektronen van de 1s-orbital is kleiner dan de
gemiddelde afstand van de 2s-orbital, enz.
9.4.2 p-orbitalen
Een p-orbital is ook een waarschijnlijkheidsgebied waarin maximaal 2 elektronen zich kunnen bevinden.
De vorm van dit gebiedje is niet bolvormig, maar haltervormig, zie linker afbeelding.
p-orbial
65
CHT 31/41
In het centrum van de halter bevindt zich de atoomkern. De elektronen kunnen gemakkelijk van
de ene "flap" van de halter naar de andere "flap" van de halter gaan. Dit is één gebied. We
hebben al geleerd dat er steeds per hoofdschil drie p-orbitalen zijn. De oriëntatie van van deze
orbitalen is in het x-y-z stelsel.
Y-as
Z-as
2py
2pz
X-as
2px
3 p-orbialen
De elektronen van de ene p-orbital, bijvoorbeeld de 2px-orbital kunnen niet naar de andere porbitalen, dus de 2py- en de 2pz-orbitalen.
Ook geldt hier weer dat de halters van de 3p-orbitalen groter zijn dan de halters van de 2porbitalen.
9.5
Valentieschil
Later zal blijken dat in de valentieschil de vorm van de orbitalen nog anders zal zijn. Dit is om
de mogelijkheid te geven om bindingen met andere atomen te verwezelijken. We komen hier
later op terug.
9.6







Overzicht
Hoofdschil bevat subschillen
 s-subschil
 p-subschil
 d-subschil
 f-subschil
Subschillen zijn verdeeld in orbitalen
 s-subschil
 s-orbital
 p-subschil
 px-orbital
 py-orbital
 pz-orbital
d-subschil
 5 orbitalen
f-subschil
 7 orbitalen
Orbitalen zijn in de valentieschil anders dan in de andere schillen
Een orbital bevat maximaal 2 elektronen (met tegengestelde spin)
s-orbital bolvormig
66
CHT 31/41


p-orbital haltervormig
p-orbitalen staan loodrecht op elkaar
9.7
Nieuwe begrippen
Orbital
Een orbital is een waarschijnlijheidsgebiedje waarin zich maximaal 2 elektronen kunnen
bevinden.
s-orbital
De s-subschil wordt verdeeld in één s-orbital. Dit is een bolvormig gebiedje. Voor de
opvolgende orbitalen in de diverse hoofschillen is alleen een verschil in grootte, niet in
vorm.
p-orbitalen
De p-subschil wordt verdeeld in drie p-orbitalen. De p-orbitalen zijn haltervormig en
staan loodrecht op elkaar. Voor de opvolgende p-orbitalen in de diverse hoofdschillen
geldt dat zij alleen verschillen in grootte, niet in vorm.
d-orbitalen
De d-subschil wordt verdeeld in vijf d-orbitalen.
f-orbitalen
De f-subschil wordt verdeeld in zeven f-orbitalen.
orbital in valentieschil De orbitalen in de valentieschil zijn anders van vorm. Dit komt omdat er bindingen
gevormd moeten worden.
spin
Als zich in een orbital 2 elektronen zijn, verschillen zij alleen in draairichting om hun as.
Dit wordt de spin genoemd.
9.8
Samenvatting
Subschillen kunnen verdeeld worden in orbitalen. Een s-subschil wordt verdeeld in één s-orbital. Een
p-subschil wordt verdeeld in drie p-orbitalen.
De vorm van de s-orbitalen is bolvormig, die van de p-orbitalen haltervormig. De drie p-orbitalen
staan loodrecht op elkaar in een x-y-z stelsel.
Orbitalen in valentieschillen zijn anders van vorm.
9.9
Opgaven
1. Hoeveel orbitalen en welke bevat de K-schil, L-schil en de M-schil?
2. Hoeveel elektronen kan een orbital maximaal bevatten?
3. Wat is het verschil tussen de elektronen in dezelfde orbital?
4. Beschrijf de verschillen en de overeenkomsten van
a. een 1s- en een 2s-orbital
b. een 2s- en een 2p-orbital
c. een 2px-, een 2py- en een 2pz-orbital
5. Beschrijf een s-orbital zo nauwkeurig mogelijk.
6. Beschrijf een p-orbital zo nauwkeurig mogelijk.
67
CHT 31/41
10. Overzicht
Aardalkalimetalen
Elementen uit de 2e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben 2 elektronen
in de buitenste schil.
Adhesiekracht
Kracht, waarbij ongelijke deeltjes elkaar aantrekken.
Aggregatietoestand
De toestand waarin een stof zich bevindt, dit kan zijn: vast, vloeibaar of gas.
Alkalimetalen
Elementen uit de 1e groep van het Periodiek Systeem m.u.v. H. Zij hebben 1
elektron in de buitenste schil.
Alliage of legering
Homogeen mengsel van metalen.
Analytische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met het bepalen hoeveel van welke stoffen er
aanwezig is.
Anorganische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met alle chemie buiten de organische chemie.
Atomaire massa-eenheid
(u)
Atoom
De atomaire massa-eenheid is gedefinieerd als: 1 u =
Atoomkern
De atoomkern bevindt het midden van een atoom en herbergt vrijwel alle
massa. De atoomkern is positief geladen.
Atoommassa
De atoommassa wordt uitgedrukt in u.
Atoomnummer
Het atoomnummer is het aantal protonen in de atoomkern. Bij atomen is het
aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen.
Atoomstraal
Afstand van de atoomkern tot de buitenste elektronenschil.
Chemische formule
Een notatie waarbij de atomen in een element of verbinding worden
weergegeven.
Cohesiekracht
Kracht, waarbij gelijke deeltjes elkaar aantrekken.
Condenseren
Overgang van gas naar vloeibaar.
d-blok
In het d-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een d-subschil
is. Deze elementen bevinden zich in de groepen 3 tot en met 12 van het
Periodiek Systeem der elementen.
Destilleren
Overgang van vloeibaar naar gas en omgekeerd.
Diffusie
Het verschijnsel dat deeltjes spontaan uit elkaar gaan en de hele ruimte vullen.
d-orbitalen
De d-subschil wordt verdeeld in vijf d-orbitalen.
1
12
.m
12
6C
Onderdeel van een molecuul.
68
CHT 31/41
d-subschil
bevindt zich vanaf de M-schil in iedere hoofdschil en kan maximaal 10
elektronen bevatten.
edelgasconfiguratie
De edelgasconfiguratie is een elektronenconfiguratie waarbij de elementen zich
in het p-blok bevinden en dat de buitenste p-orbitalen 6 elektronen bevat, dus
juist vol is. Uitzondering is He, bij dit element is juist de K-schil net vol.
Edelgassen
Elementen uit de 18e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben 8
elektronen in de buitenste schil (uitzondering He). Dit wordt
edelgasconfiguratie genoemd. Edelgassen kennen geen chemische reacties.
Elektrolyse
Ontleding onder invloed van een elektrische stroom.
Elektronegativiteit
D kracht die een atoomkern op de elektronen uitoefent.
Elektronen
Elektronen draaien op relatief grote afstand om de atoomkern. De massa is
zeer klein t.o.v. de atoomkern. Elektronen zijn negatief geladen.
Elektronenschillen
Bohr verbeterde het atoommodel van Rutherford door elektronenschillen voor
te stellen. De elektronenschillen bevinden zich op een bepaalde afstand van de
kern. Vanaf de kern bevinden zich de volgende schillen:
K–L–M–N–O–P–Q
Element
Zuivere stof die niet meer te ontleden is.
Emulsie
Heterogeen mengsel van vloeistofbolletjes in een vloeistof.
f-blok
In het f-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een f-subschil
is. Deze elementen bevinden zich in de nevengroepen van het Periodiek
Systeem der elementen.
f-orbitalen
De f-subschil wordt verdeeld in zeven f-orbitalen.
Formulemasa
De formule massa is de som van de atoommassa’s van de atomen in een
verhoudingsformule.
Fotolyse
Ontleding onder invloed van licht.
f-subschil
bevindt zich in de N- en de P-hoofdschil en kan maximaal 14 elektronen
bevatten.
Fysische constante
Een stofeigenschap die gemeten kan worden.
Groep
Een kolom in het Periodiek Systeem. In een groep hebben alle elementen
hetzelfde aantal elektronen in de buitenste schil. Deze elementen hebben
vergelijkbare chemische eigenschappen.
Half-metalen
Een aantal elementen hebben sommige metaaleigenschappen. Deze elementen
noemt men de halfmetalen. Dit zijn Si, Ge, As, Sb en Te.
Halogenen
Elementen uit de 17e groep van het Periodiek Systeem. Zij hebben 7
elektronen in de buitenste schil.
Een mengsel dat op verschillende plaatsen verschillende fysische
Heterogeen mengsel
69
CHT 31/41
eigenschappen heeft. Bij sprongsgewijze verandering is een grensvlak
aanwezig.
Homogeen mengsel
Een mengsel dat op elke plaats dezelfde fysische eigenschappen heeft.
Index
Verhoudingsgetal binnen een chemische formule.
Isotopen
Isotopen zijn atomen met een zelfde atoomnummer doch een verschillend
massagetal. Dit verschillend massagetal is veroorzaakt door een verschil in
aantal neutronen.
Klinische chemie
Chemie, die zich bezig houdt met het bepalen van lichaamsvloeistoffen.
Kwalitatieve analyse
Het bepalen van welke stoffen er aanwezig zijn.
Kwantitatieve analyse
Het bepalen van hoeveel stof er aanwezig is.
Maximaal aantal elektronen Het maximale aantal elektronen in een elektronenschil is te berekenen via de
in schil
formule 2.n2, waarbij n de elektronenschil geteld vanaf de atoomkern
voorstelt.
Mengsel
Meerdere zuivere stoffen door elkaar.
Metalen
Elementen met metaaleigenschappen:
 glanzend uiterlijk (na polijsten)
 vervormbaar, smeedbaar
 goede geleiding van elektriciteit en warmte
 vast bij kamertemperatuur (uitzondering Hg)
Ca. 70 elementen zijn metalen.
Metallurgie
Het mengen en bewerken van metalen.
Molecuulformule
Formule waarin de verhoudingen van de atomen in een molecuul zijn
weergegeven.
Molecuulmassa
De molecuulmassa is de som van de atoommassa’s van de in het molecuul
voorkomende atomen.
Natuurkunde (fysica)
De natuurwetenschap, die zich bezighoudt met stoffen die niet veranderen.
Neutronen
Neutronen zijn neutrale kerndeeltjes. De massa is vrijwel even groot als die
van een proton.
Niet-metalen
Elementen die geen metaaleigenschappen hebben noemen we niet-metalen.
Nucleonen
Nucleonen zijn kerndeeltjes. Er zijn 2 soorten kerndeeltjes: de protonen en de
neutronen.
Ontleding
Een chemische reactie waarbij uit één uitgangsstof twee of meer andere
stoffen ontstaan.
Oplossing
Homogeen mengsel van een vaste stof / vloeistof (opgeloste stof) en een
vloeistof (oplosmiddel).
70
CHT 31/41
Orbital
Een orbital is een waarschijnlijheidsgebiedje waarin zich maximaal 2
elektronen kunnen bevinden.
orbital in valentieschil
De orbitalen in de valentieschil zijn anders van vorm. Dit komt omdat er
bindingen gevormd moeten worden.
Organische chemie
Chemie, die zich bezighoudt met de “ingewikkelde” koolstofverbindingen.
Overgangsmetalen
Elementen uit de 3e tot en met 13e groep van het Periodiek Systeem.
p-blok
In het p-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil en p-subschil
is. Deze elementen bevinden zich in de groepen 13 tot en met 18 van het
Periodiek Systeem der elementen.
Periodiek Systeem der
elementen
Een rangschikking van elementen. Het Periodiek Systeem der elementen
wordt meestal kortweg Periodiek Systeem genoemd.
p-orbitalen
De p-subschil wordt verdeeld in drie p-orbitalen. De p-orbitalen zijn
haltervormig en staan loodrecht op elkaar. Voor de opvolgende p-orbitalen in
de diverse hoofdschillen geldt dat zij alleen verschillen in grootte, niet in
vorm.
Preperatieve chemie
Chemie, die zich bezighoudt met het maken van nieuwe stoffen.
protonen
Protonen zijn positief geladen kerndeeltjes. De lading is net zo groot als die
van een elektron doch tegengesteld. Protonen hebben een massa die ca.
1860x zo groot is als die van een elektron.
p-subschil
bevindt zich vanaf de L-schil in iedere hoofdschil en kan maximaal 6 elektronen
bevatten.
Reactieproducten
Stoffen die bij een reactie ontstaan.
Reactieschema
Het weergeven van een chemische reactie: links voor de reactiepijl staan de
uitgangsstoffen, gescheiden door een “+” teken en rechts van de pijl staan de
reactieproducten ook gescheiden door een “+” teken.
s-blok
In het s-blok bevinden zich elementen waarbij de laatste subschil een s-subschil
is. Deze elementen bevinden zich in de groepen 1 en 2 van het Periodiek
Systeem der elementen.
Scheiden
Een mengsel omzetten in zuivere stoffen.
Scheikunde (chemie)
De natuurwetenschap, die zich bezighoudt met stoffen die blijvend
veranderen.
Schuine pijlen diagram
dit diagram geeft de volgorde van opvulling plaats van de elektronen in de
diverse subschillen.
Smelten
Overgang van vast naar vloeibaar.
s-orbital
De s-subschil wordt verdeeld in één s-orbital. Dit is een bolvormig gebiedje.
71
CHT 31/41
Voor de opvolgende orbitalen in de diverse hoofschillen is alleen een verschil
in grootte, niet in vorm.
spin
Als zich in een orbital 2 elektronen zijn, verschillen zij alleen in draairichting
om hun as. Dit wordt de spin genoemd.
Sporenverontreiniging
Stof met een zeer kleine verontreiniging.
s-subschil
bevindt zich in iedere hoofdschil en kan maximaal 2 elektronen bevatten.
Stof of materie
Alles wat massa heeft en ruimte inneemt.
Stollen
Overgang van vloeibaar naar vast.
Straling
Sommige atoomkernen zenden straling uit. Deze straling is gebruikt voor het
onderzoek naar atomen. We onderscheiden 3 soorten straling:
-straling: positieve He-kernen
-straling: energierijke elektronen
-straling: zeer energierijk
Sublimeren
Overgang van gas naar vast.
Subschil
Onderdeel van een hoofdschil.
Suspensie
Heterogeen mengsel van vaste deeltjes in een vloeistof.
Synthese
Het ontstaan van een stof uit twee of meer uitgangsstoffen.
Thermolyse
Ontleding onder invloed van warmte.
Uitgangsstoffen
Stoffen die reageren.
Uitgebreide
elektronenconfiguratie
De
elektronenverdeling
in
alle
subschillen
(de
eenvoudige)
elektronenconfiguratie in hoofdschillen is af te leiden vanuit de uitgebreide
elektronenconfiguratie.
Valentie
De valentie of waardigheid is het aantal elektronen in de buitenste
elektronenschil.
Verbinding
Zuivere stof die te ontleden is.
Verbranding
Chemische reactie, waarbij een stof reageert met zuurstof en waarbij
vuurverschijnselen zijn waar te nemen.
Verdampen
Overgang van vloeibaar naar gas.
Verhoudingsformule
Formule waarin de verhoudingen van de elementen in een stof zijn
weergegeven.
Vervluchtigen
Overgang van vast naar vloeibaar.
72
CHT 31/41
11. Oefentoets
1. Welke van de hieronder beschreven verschijnselen berust op een chemische reactie?
a.
b.
c.
d.
Het oplossen van calciumchloride in water.
Het beslaan van de ruiten als het buiten kouder is dan binnen.
Het samenvoegen van zilvernitraat en natriumchoride waarbij een wit neerslag ontstaat.
Het verdampen van jood.
2. Geef het juiste condensatieproces.
a.
b.
c.
d.
g
g
s
s




l
s
g
l
3. Geef de juiste omschrijving van cohesie.
a.
b.
c.
d.
De kracht waarmee gelijksoortige deeltjes elkaar aantrekken.
De kracht waarmee ongelijksoortige deeltjes elkaar aantrekken.
De toestand waarin een stof zich bevindt (s, l of g).
Het verschijnsel dat deeltjes spontaan uit elkaar gaan en de hele ruimte vullen.
4. We beschikken over twee flesjes die respectievelijk aceton en een oplossing van natriumchloride
bevatten. Welk flesje bevat een mengsel?
a.
b.
c.
d.
Alleen het flesje met aceton.
Alleen het flesje met de oplossing van natriumchloride.
In geen van beide flesjes.
In beide flesjes.
5. Welke bewering is juist? Stoffen met een smeltpunt
a.
b.
c.
d.
hebben een kookpunttraject.
hebben geen kookpunt.
zijn mengsels.
zijn zuivere stoffen.
6. Bij de ontleding van water wordt waterstof en zuurstof gevormd. Ga na welke van onderstaande
beweringen juist is:
a.
b.
c.
d.
Alle genoemde stoffen zijn verbindingen.
Beide reactieproducten zijn verbindingen.
De uitgangsstof is een verbinding.
Geen van de genoemde stoffen is een verbinding.
7. Welke omschrijving geldt voor een mengsel niet?
a. Een mengsel bestaat uit twee of meer bij elkaar gevoegde atoomsoorten.
b. Een mengsel bestaat uit twee of meer bij elkaar gevoegde stoffen.
c. Een voorbeeld van een mengsel is een oplossing.
d. Een voorbeeld van een mengsel is een suspensie.
8. Geef een voorbeeld van een heterogeen mengsel:
73
CHT 31/41
a.
b.
c.
d.
Een suikeroplossing.
Jenever.
Melk.
Pekel.
9. Waarop berust het scheiden door middel van zeven?
a.
b.
c.
d.
Adsorptie.
Deeltjesgrootte.
Dichtheid.
Oplosbaarheid.
10. Waarop berust het scheiden door middel van extractie?
a.
b.
c.
d.
Bezinking.
Deeltjesgrootte.
Dichtheid.
Oplosbaarheid.
11. Bij welke techniek gebruiken we het verschil in dichtheid?
a.
b.
c.
d.
Adsorptie.
Centrifugeren.
Destilleren.
Filtreren.
12. Bij welke techniek gebruiken we het verschil in oplosbaarheid
a.
b.
c.
d.
Adsorptie.
Decanteren.
Destilleren.
Extraheren.
13. Waar in het Periodiek Systeem bevinden zich de aardalkalimetalen?
a.
b.
c.
d.
Bij de overgangsmetalen.
Bij de verbindingen.
In een groep.
In een periode.
14. Magnesium heeft atoomnummer 12. Het massagetal van het betreffende magnesiumisotoop is 24.
Wat is het aantal valentie-elektronen van magnesium?
a.
b.
c.
d.
1
2
7
8
74
CHT 31/41
15. Gegeven een Periodiek Systeem waarvan één van de vakjes is gearceerd. Wat bevindt zich in dit
vakje?
a.
b.
c.
d.
Een halfmetaal.
Een metaal.
Een niet-metaal.
Een overgangsmetaal.
16. Bij het scheiden van antivries in verschillende zuivere stoffen brengen we de antivries eerst in een
kolf, sluiten de kolf aan op een opzetstuk, een koeler en een alonge. We vangen de
gecondenseerde vloeistof op. Hoe noemen we de in de kolf overblijvende vloeistof:
a.
b.
c.
d.
Het destillaat.
Het extract.
Het filtraat.
Het residu.
17. We brengen inkt op een stuk filtreerpapier. We zetten dit stuk filtreerpapier in een eluens
(loopvloeistof) en laten dit eluens vervolgens met capillaire krachten door het papier lopen. Als
het eluens bijna aan de bovenkant van het papier is, halen we het papier uit de vloeistof en
drogen het. We tekenen de verschillende gekleurde vlekken aan. Hoe noemen we noemen dit
papier nu?
a.
b.
c.
d.
Een chromatogram.
Een elektrogram.
Een extract.
Een filtraat.
18. Jenever wordt “gestookt”. Dat wil zeggen dat met een bepaalde techniek het alcoholgehalte
omhoog wordt gebracht. Hoe noemen we deze techniek?
a.
b.
c.
d.
Chromatografie.
Destillatie.
Extractie.
Filtratie.
19. Welke van onderstaande eigenschappen geldt voor niet-metalen?
a.
b.
c.
d.
Niet-metalen bezitten 1 of 2 valentie-elektronen.
Niet-metalen zijn glanzend.
Niet-metalen zijn isolerend.
Niet-metalen zijn zwaar.
75
CHT 31/41
20. Met welke element heeft Kalium (in Periodiek Systeem: periode 4, groep 1) vergelijkbare
chemische eigenschappen?
a.
b.
c.
d.
Br in periode 4, groep 17.
Ca in periode 4, groep 2.
Na in periode 3, groep 1.
Geen van de hierboven genoemde elementen.
21. Wat hebben de elementen in één periode van het Periodiek Systeem gemeenschappelijk?
a.
b.
c.
d.
Zij hebben detzelfde chemische eigenschappen.
Zij hebben dezelfde fysische eigenschappen.
Zij hebben hetzelfde aantal elektronen in de buitenste schil.
Zij hebben hetzelfde aantal elektronenschillen.
22. Algemene gegevens: H heeft atoomnummer 1, C atoomnummer 6 en O atoomnummer 8.
We destilleren een mengsel van groene bladkleurstoffen in tolueen en aceton.
a. Is destilleren een fysisch of een chemisch proces?
De stof welke we overdestilleren is aceton met als formule C2H6O.
b. Is aceton een zuivere stof of een mengsel? Geef een korte verklaring.
Het residu is een mengsel van onder andere tolueen en bladkleurstoffen.
c. Met welke techniek kunnen we de verschillende kleurstoffen in handen krijgen?
d. Waarin verschillen de kleurstoffen dan?
e. Als we aceton ontleden, in welke niet meer ontleedbare stoffen zal dit dan zijn? Geef de juiste
chemische formule voor deze stoffen.
f.
Geef voor de reactieproducten uit e aan of het vaste stoffen, vloeistoffen dan wel gassen
betreft.
g. Geef van de atoomsoorten van de reactieproducten uit e wat de eenvoudige
elektronenconfiguratie is.
23. Gegeven een leeg Periodiek Systeem. Geef in dit Periodiek Systeem de plaats van een willekeurig
overgangsmetaal. Geef dit weer door middel van arceren.
76
CHT 31/41
24. Gegeven een leeg Periodiek Systeem. Teken de plaats van de halogenen. Geef dit weer door
middel van arceren.
25. Gegeven een leeg Periodiek Systeem. Kalium heeft atoomnummer 19. Geef aan waar Kalium zich
in het Periodiek Systeem bevindt. Geef dit weer door het symbool van kalium in het juiste hokje
te plaatsen.
26. Een koolstofisotoop heeft atoomnummer 6 en massagetal 14. Geef de notatie van dit isotoop
(symbool + atoomnummer + massagetal).
27. Vul op de open plekken de juiste getallen in:
I
Fe
Z
A
53
26
126
aantal
elektronen
aantal
neutronen
aantal
protonen
29
28. Vul op de open plekken de juiste getallen in:
Z
A
X
Y
aantal
elektronen
26
81
208
aantal
neutronen
30
aantal
protonen
29. Vul de eenvoudige elektronenconfiguratie in:
P
aantal
elektronen
15
K
L
aantal elektronen in schil
M
N
O
P
O
P
30. Vul de eenvoudige elektronenconfiguratie in:
Ca
aantal
elektronen
20
K
L
aantal elektronen in schil
M
N
77
CHT 31/41
31. Geef in het Periodiek Systeem twee willekeurige elementen aan (arceren) die zich in dezelfde
groep bevinden.
32. Voorspel de lading van de ionen van de onderstaande elementen.
a. Na (periode 3, groep 1).
b. Br (periode 4, groep 17).
33. Geef de uitgebreide elektronenconfiguratie (dus in subschillen) van:
a.
b.
21Sc.
82Pb.
34. Een leeg Periodiek Systeem en de elektronenconfiguratie van element X zijn gegeven:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Geef in het Periodiek Systeem aan waar element X zich bevindt.
35. De volgende elektronenconfiguratie van het element X is gegeven: [Kr] 5s2 4d6.
Voor Kr geldt Z = 36.
a. Geef de volledig uitgeschreven elektronenconfiguratie weer
b. Geef de eenvoudige elektronenconfiguratie in de hoofdschillen weer
c. Geef de plaats in het Periodiek Systeem aan.
36. Geef aan wat de alkalimetalen in de uitgebreide elektronenconfiguratie gemeen hebben.
78
CHT 31/41
1
PERIODIEK SYSTEEM DER ELEMENTEN
3
4
5
6
7
2
1
2
3
4
5
6
7
8
1
1
3
4
5
6
7
10
11
12
13
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
14
Atoomnummer Z
2
H
Element
He
1,01
Atoommassa in u
4,00
2,10
EN-waarde
-
3
2
9
8
4
5
Li Be
6
7
8
9
10
B
C
N
O
6,94
9,01
10,81
12,01
14,01
16,00
19,00
20,18
0,97
1,47
2,01
2,50
3,07
3,50
4,10
-
11
12
13
14
15
16
17
18
F Ne
Na Mg
Al Si
P
S
22,99
24,30
26,98
28,09
30,97
32,07
35,45
39,95
1,01
1,23
1,47
1,74
2,06
2,44
2,83
-
19
20
31
32
33
34
35
36
21
K Ca
22
23
24
Sc Ti
V
Cr
25
26
27
28
29
30
Cl Ar
Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
39,10
40,08
44,96
47,88
50,94
52,00
54,94
55,85
58,93
58,69
63,55
65,39
69,72
72,61
74,92
78,96
79,90
83,80
0,91
1,04
1,20
1,32
1,45
1,56
1,60
1,64
1,70
1,75
1,75
1,66
1,82
2,02
2,20
2,48
2,74
-
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Y
Zr Nb Mo
Rb Sr
I
Xe
85,47
87,62
88,91
91,22
92,91
95,94
99
101,07
102,91
106,42
107,87
112,41
114,82
118,71
121,75
127,60
126,90
131,29
0,89
0,99
1,11
1,22
1,23
1,30
1,36
1,42
1,45
1,35
1,42
1,46
1,49
1,72
1,82
2,01
2,21
-
55
56
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Cs Ba
132,90
137,33
0,86
0,97
87
88
Fr Ra
223
226
0,86
0,97
57
La
58
Ce
59
Pr
138,91
140,12
140,91
60 61 62
Nd Pm Sm
144,24
147
89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
227,03
232,04
231
238,03
237
150,36
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
151,96
157,25
158,92
162,50
164,93
167,26
94 95 96
Pu Am Cm
244
243
247
97 98
Bk Cf
247
251
Tc Ru Rh Pd Ag Cd Ìn Sn Sb Te
69 70
Tm Yb
Lu Hf Ta
W
Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
168,93
174,97
178,49
180,95
183,85
186,20
190,20
192,21
195,08
196,97
200,59
204,38
207,19
208,98
209
210
222
1,08
1,23
1,33
1,40
1,46
1,52
1,55
1,44
1,42
1,44
1,44
1,53
1,67
1,76
1,96
-
99 100 101 102 103 104 105
Es Fm Md No Lr Ku Ha
106
107
Uh
Us
252
257
258
173,04
259
260
79
1
2
3
4
5
6
7
CHT 31/41
80