1.1 Stoffen rondom ons

PEDAGOGISCH-DIDACTISCHE WENKEN BIJ
1 STOFFEN RONDOM ONS ( ca. 7 lestijden)
OWMC 1 . Stoffen en hun moleculen
OWMC 2. Er zijn verschillende soorten mengsels!
OWMC 3. Hoe kun je uit mengsels zuivere stoffen verkrijgen?
1.1 Mengsels en zuivere stoffen uit de leefwereld
Benodigdheden
� Verzameling voor het onderscheiden van voorwerp- en stofeigenschappen
� Verzameling van de voornaamste soorten mengsels
� Eenvoudig laboratoriummateriaal voor het uitvoeren van demonstratie- en leerlingenproeven in
verband met scheidingstechnieken: filtreren, centrifugeren, destilleren, kristalliseren, extraheren,
adsorberen, eenvoudige papierchromatografie
� Alledaagse gebruikstoestellen of afbeeldingen ervan: koffie- of theezetter, zeef, decanteerfles,
stofzuiger,stofmasker, droogzwierder voor linnengoed, slazwierder, ...
� Benodigdheden voor bepaling van fysische constanten: kookpunt, smeltpunt, dichtheid
� Tabellenboekjes, aangepaste computersoftware voor het opzoeken van fysische constanten
� Chemicaliëncatalogi
Mogelijke experimenten
– Stoffen classificeren naar voorwerp- en stofeigenschappen
– Stoffen classificeren naar soorten mengsels
– Mengsels samenstellen en scheiden
– Bepaling van kookpunt, smeltpunt van een zuivere stof en van een mengsel
Wenken
– Er zal bijzonder veel aandacht worden besteed aan het gebruik van stoffen en producten uit
de alledaagse leefwereld van de leerlingen. Het classificeren van mengselsoorten en het scheiden
van mengsels in zuivere stoffen zal hoofdzakelijk worden geïllustreerd aan de hand van alledaagse
stoffen zoals beton, graniet, grind, vogelzaad, soep, beekwater, leidingwater, vruchtensappen, koffie
of thee zetten, gebruik van ontvlekkers, kleurstiften, yoghurt, zure melk, wijn, ...
– Best wordt er aandacht besteed zowel aan het samenstellen van mengselsoorten als aan het
scheiden van mengselsoorten onder andere om het bewaard blijven van de oorspronkelijke
eigenschappen van de mengselcomponenten
te illustreren.
– Het onderscheid tussen homogene en heterogene mengsels steunt vooral op louter visuele
waarneming met het blote oog. Men kan er ook op wijzen dat de grens tussen homogeniteit en
heterogeniteit niet scherp is en onder andere functie wordt van de grenzen van het beschouwde
stoffensysteem en van eventuele optische hulpmiddelen die men gebruikt. Daarom laat men best ook
stoffen bekijken met een vergrootglas of
microscoop.
– Stoffenverzamelingen dienen beschikbaar te zijn om op gepaste momenten ogenblikkelijk te kunnen
tonen in de klas. Bovendien wordt sterk aanbevolen de bestaande stoffenverzamelingen te laten
aanvullen door stoffen die door de leerlingen worden opgespoord in hun alledaagse leefwereld.
– Het is niet de bedoeling meer dan twee lessen te besteden aan verschillende scheidingstechnieken.
Enkele technieken zoals filtratie, destillatie, ... volstaan om het onderscheid tussen mengsel en zuivere
stof te doen inzien. De rest behoort eerder tot het domein van de fysica dan van de chemie.
– Proefondervindelijk en via macrovisuele modellen kan worden verduidelijkt dat de overgang van
mengsel naar zuivere stof (scheiden) een fysisch sorteren van stoffen betekent.
1.2 Chemische elementen in stoffen uit de leefwereld
Benodigdheden
� Verzameling enkelvoudige en samengestelde stoffen
� Molecuulmodellen en roosterstructuren van enkelvoudige en samengestelde stoffen
� Eenvoudig laboratoriummateriaal voor het uitvoeren van een thermolyse, elektrolyse en fotolyse
� Elektrolyseapparaat van Hofmann
� Bolletjes van allerlei aard om het deeltjesmodel te visualiseren
� Oefenmateriaal om het gebruik van de belangrijkste chemische symbolen van elementen in te
oefenen
� PSE, al of niet met visualisering van gebruik en toepassingen van enkelvoudige stoffen
� Demonstratietoestellen voor de bereiding en illustratie van de eigenschappen van dizuurstof en
diwaterstof.
� Eventueel toestel voor opvang van gassen (gasklok, meetspuit ....)
Mogelijke experimenten
Experimenten voor de bereiding en/of het aantonen van chemische eigenschappen van
enkelvoudige stoffen zijn niet steeds zonder gevaar. Men zal dus steeds goed controleren of
men een geschikte, dit wil zeggen veilige experimentele werkwijze kan gebruiken, en of men
beschikt over de nodige veiligheidsvoorzieningen.
Vooral voor de omgang met alkali- en aardalkalimetalen, met de halogenen en met
waterstofgas wordt gewaarschuwd. Men zal ook bijzonder voorzichtig en oplettend zijn bij
experimenten met fosfor (brandgevaar!).
– Thermolyse van suiker, zouten of hydraten; elektrolyse van water; fotolyse van zilverzouten
– Synthese van bv.: water, magnesiumoxide, …
– Bereiding van H2 uit de reactie van een onedel metaal met een zuur, bv. Mg + HCl
– Het onderscheid tussen enkelvoudige en samengestelde moleculen visualiseren met
molecuulmodellen
–
Wenken
– Het deeltjesmodel kan vooraf intuïtief worden afgeleid uit bv. het steeds verder verdelen van krijt.
– Om ontleding en synthese vlot in verband te brengen met het deeltjesmodel en de begrippen
enkelvoudige
en samengestelde stoffen, wordt sterk aanbevolen aan te sluiten bij vroeger behandelde scheidingen
zoals
van suikerwater
suikerwater → suiker + water
↓ ↓
water + koolstof waterstofgas + zuurstofgas
– Proefondervindelijk en via macrovisuele modellen kan worden verduidelijkt dat de overgang van
samengestelde
zuivere stof naar enkelvoudige zuivere stof (ontleden) een chemisch splitsen van die samengestelde
zuivere stof veronderstelt.
– Het molecuulbegrip biedt in feite geen verklaring voor de grote verscheidenheid aan stoffen.
Belangrijker in
de chemie is het atoombegrip. De leraar zal in dit stadium van de chemie dan vooral benadrukken dat
de
enorme verscheidenheid in de stoffen een gevolg is van de onderlinge combinatiemogelijkheden van
een
zeer beperkt aantal atoomsoorten (chemische elementen) tot min of meer stabiele groepen van
atomen.
Dergelijke kleinste stabiele atoomgroepen worden aangeduid met de algemene verzamelnaam
‘moleculen’.
Definities van het type ‘een molecule is het kleinste stofdeeltje dat nog alle eigenschappen van
de zuivere stof bezit’ zijn fundamenteel fout en mogen niet meer worden gebruikt.
Aanbevolen wordt het molecuulbegrip vooral vanuit de gasfase te benaderen en de concrete inhoud
ervan voor een bepaalde zuivere stof alleszins afhankelijk te maken van de aggregatietoestand waarin
de stof zich bevindt. Dit impliceert dat het in feite niet meer mogelijk is een echt sluitende definitie van
het begrip ‘molecule’te formuleren. Toch hoeft dit het gebruik van het begrip ‘molecule’ niet uit te
sluiten. Bruikbare definities zijn bv.: “Moleculen zijn de kleinste repeterende patronen in de
roosterstructuren” of “Moleculen zijn de neutrale materiële deeltjes die in de gasfase afzonderlijk
bewegen; wanneer deze deeltjes zich in een andere aggregatietoestand bevinden kunnen ze
veranderingen ondergaan, die omkeerbaar zijn.” In de derde graad kan op de beperkingen van de
molecuuldefinities nog dieper worden ingegaan.
– Het gebruik van chemische symbolen voor de voorstelling van atomen en moleculen en zuivere
stoffen kan
worden vergeleken met analogieën uit het alledaagse leven: bv.
− letters vormen woorden, waarmee een taal wordt opgebouwd
− muzieknoten zijn schrifttekens om tonen voor te stellen
− het gebruik van allerlei gangbare lettersymbolen (BTW, nv. ...) en pictogrammen
– Met belangrijkste elementen wordt bedoeld:
H Li Be B C N O F - Na Mg Al Si P S Cl - K Ca Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ge As Br - Ag Cd Sn
Sb I - Ba Pt Au Hg Pb - U Pu - He Ne Ar Kr Xe Rn
– Met belangrijkste enkelvoudige stoffen wordt bedoeld:
− metalen en edelgassen uit hoger vermelde lijst
− H2 N2 O2 F2 Cl2 Br2 I2
− C O3 S8 P4
Voor de polyatomische enkelvoudige stoffen zullen prioritair de namen met systematische indices
gekend zijn en worden gebruikt (dizuurstof, trizuurstof, diroom, tetrafosfor enz.). Daarnaast moeten
ook eenduidige ‘triviaalnamen’ zoals zuurstofgas, ozon, stikstofgas, worden begrepen. In geen geval
mogen elementnamen zoals ‘zuurstof, waterstof, broom, jood ...’ worden gebruikt om de enkelvoudige
stoffen aan te duiden. Voor metalen en edelgassen voegt men best de specificatie ‘metaal’ of ‘gas’ toe
als men de enkelvoudige stoffen bedoelt bv. kopermetaal, zinkmetaal, heliumgas ...
– Naar eigen wens kan men in deze context het periodiek systeem van de elementen reeds
aanreiken, bedoeld als een geordend overzicht van de gekende atoomsoorten. Eventueel laat men de
symbolen van de te kennen elementen omcirkelen.
– In dit stadium is het nog niet nodig dat leerlingen zelf chemische formules van stoffen
kunnen schrijven, wel kunnen omschrijven naar aard en aantal van de aanwezige atomen per
molecule. Het onderscheid tussen index en coëfficiënt kan best worden ingeoefend via
modelvoorstellingen: tekeningen of molecuulmodellen.
– Er dient gewezen op het uitzonderlijke belang van het element zuurstof en van de enkelvoudige stof
dizuurstof (zuurstofgas), zowel op chemisch als op biologisch vlak.
– Voor de bereiding van H2 kan behalve de elektrolyse van water ook de reactie van een sterk
elektropositief metaal met een zuur worden benut.
Er kan ook op worden gewezen dat door erg simplistisch en/of slordig taalgebruik in de media, in de
handelswereld en in de alledaagse omgang, de namen en symbolen van chemische elementen
(atoomsoorten) dikwijls worden gebruikt én om zuivere stoffen te vermelden én om de aanwezigheid
van deze atoomsoorten in bepaalde componenten van mengsels aan te duiden. Voorbeelden hiervan
zijn: het 'ijzer'-gehalte in het bloed, 'zware metalen' in de grond, 'fosfor' en 'stikstof' in de meststoffen,
'chloor' in het zwembadwater. De leerlingen zullen er attent op worden gemaakt dat dergelijke
uitspraken enkel de aanwezigheid van bepaalde atoomsoorten weergeven, maar totaal niets zeggen
over de samenstelling van de zuivere stoffen of mengsels waarin deze atoomsoorten voorkomen.