Structuurmodel van de materie

Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
Hoofdstuk 1: Structuurmodel van de materie
Materie is opgebouwd uit kleine ondeelbare deeltjes: atomen (atoomsoort = element)
Atomen binden zich aan elkaar tot moleculen. Het aantal moleculen wordt weergegeven door
de coëfficiënt.
De elektronenstructuur wordt weergegeven door formules.
Vaste stof
Edelgas
Enkelvoudige stoffen
(bestaan uit 1 soort atomen)
atomen zijn gegroepeerd
volgens een regelmatig ordelijk
patroon (rooster)
Samengestelde stoffen
(bestaan uit meerdere atomen)
Gerangschikt in een groter geheel (rooster)
waarbij de grenzen van de molecule niet af te
bakenen zijn (= verhoudingsformule)
afzonderlijke atomen. Meeste
gasvormige enkelvoudige
stoffen: diatomische moleculen
(02, H2, Cl2)
1 Atoommodellen
Joseph Thomson
Atoom: bolvormige positieve massa waarin negatieve deeltjes (elektronen) verspreid zijn.
De totale positieve lading = som negatieve lading (krentenbroodmodel)
1.1 Atoombouw
Atoom = opgebouwd uit een positief geladen kern waarheen 1 of meer negatief geladen
elektronen bewegen.
Kern: protonen en neutronen (niet geladen deeltjes) elektronenmantel, zeer klein
waterstof: kern: proton (positief geladen)
Massagetal A: som aantal protonen en neutronen (bepaald door aantal protonen in de kern)
Atoomnummer Z: aantal elektronen
A
X
Z
Isotoop = atomen behorend tot dezelfde soort (zelfde atoomnummer) maar met een
verschillend massagetal.
Jolien De Veirman
1/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
1.2 Structuur van de elektronenwolk
1.2.1 Atoommodel van Bohr-Sommerfeld
Elektronen bewegen om de kern heen in cirkelvormige of ellipsvormige banen (= 7 schillen of
7 energieniveaus). De elektronen daarop hebben een welbepaalde energiewaarde, die groter is
naarmate de straal van de baan toeneemt. Een hoofdniveau wordt opgesplitst in n subniveaus
(s, p, d en f subniveau met 2,6,10,14)
schil
K
L
M
N
schil
K
L
M
N
n
1
2
3
4
n
1
2
3
4
aantal e2
8
18
32
aantal e2
26
2 6 10
2 6 10 14
Subniveaus
s
sp
spd
spdf
1.2.2 Elektronenconfiguratie
= hoe verschillende schillen en subschillen verdeeld zijn
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
3d
4d
5d
6d
7d
4f
5f
6f
7f
2.1 Periodiek Systeem der Elementen (PSE)
Eigenschappen van elementen worden bepaald door het aantal elektronen op de buitenste
schil. Het atoomnummer komt overeen met het rangnummer in het periodiek systeem
(stijgend rangnummer). Horizontale rij of periode komt overeen met de bepaalde schil.
Elementen waarbij het laatst geplaatste elektron in een gelijksoortig subniveau voorkomt,
staan vertikaal onder mekaar in eenzelfde groep.
Jolien De Veirman
2/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
2.1.1 Hoofdgroepen of a-groepen
Valentie-elektronen: elementen van eenzelfde a-groep hebben eenzelfde aantal elektronen op
de buitenste schil.
s-blok: laatste elektron in s-subschil groepen Ia en IIa
p-blok: laatste elektron in p-subschil groepen IIIa tot groep 0
2.1.2 Nevengroepen of b-groepen
d-blok: laatste elektron in b-subschil groepen Ib en VIII
trapvormige scheidingslijn: links metalen, rechts niet-metalen
2 Chemische binding
Edelgassen zijn chemisch inert en hebben een octetstructuur. Dit is een stabiele configuratie
waarnaar andere atomen streven.
2.1 Ionenbinding
Een metaal geeft elektronen af aan een niet metaal of een niet metaal neemt elektronen op van
een metaal.
2.2 Covalente binding
Binding tussen 2 niet metalen
2.2.1 Gewone covalente binding
Om octetstructuur te krijgen: elektronen gemeenschappelijk stellen. Elk atoom levert dan
evenveel elektronen.
Lewis: stippen als individuele elektronen en strepen voor elektronenparen (Lewis-notatie).
Enkelvoudige binding: het gemeenschappelijk stellen van een elektron om de stabiele
octetstructuur te bereiken. Een niet metaal gaat zoveel gewone covalente vindingen aan als
het elektronen tekort heeft.
Jolien De Veirman
3/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
2.2.2 Covalente binding van het donor-acceptortype
Het gemeenschappelijk elektronenpaar is afkomstig van 1 atoom. Een atoom met een vrij
elektronenpaar (donor) kan dit elektronenpaar gemeenschappelijk stellen met een ander atoom
(acceptor).
2.2.3 Polariteit van moleculen
EN-waarde: capaciteit van een atoom om elektronen in een binding naar zich toe te trekken
Het elektronenpaar verschuift naar het element met de grootste EN-waarde.
Polaire covalente binding
verschuiving sterker naarmate het verschil in EN-waarde groter is.
geeft aanleiding tot polaire moleculen of dipoolmoleculen
Apolaire covalente binding
binding tussen 2 identieke atomen
molecule symmetrische vorm partiële ladingen compenseren elkaar molecule apolair
2.2.4 Oxidatiegetal van een atoom
Oxidatiegetal of oxidatietrap = lading die het atoom in een binding krijgt wanneer de
verschuiving van de bindingselektronen volledig zou zijn.
Ionenbinding
Verschuiving volledig. OG = lading ionen
Polaire covalente binding
Apolaire covalente binding
Geen verschuiving. OG = 0
2.3 Metaalbinding
Metaalrooster: ordelijk gerangschikte positieve metaalionen bijeengehouden door vrije
elektronen.
Jolien De Veirman
4/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
Hoofdstuk 2: Het gedrag van stoffen in water
1 Water als polair oplosmiddel
Polaire stoffen lossen goed op in polaire oplosmiddelen (water, alcohol)
Apolaire stoffen lossen goed op in apolaire oplosmiddelen (hexaan, ether, benzine)
Concentratie van een oplossing: hoeveelheid opgeloste stof aanwezig in een bepaalde
hoeveelheid oplossing.
Volumeprocent: per procent het aantal ml product per 100 ml (alcohol in dranken)
Massaprocent: g/100 g (voedingswaren, mengmeststoffen)
2 Elektrolyten
= samengestelde stoffen die, opgelost in water, uiteenvallen in ionen en daardoor de
elektrische stroom geleiden
3 Anorganische verbindingsklassen
Verbindingsklasse: groep verbindingen die welbepaalde chemische eigenschappen gemeen
hebben.
3.1 Zuren
= elektrolyten die oplost in water H+ - ionen (protonen) afsplitsen. Het negatieve ione dat
hierbij ontstaat noemen we de zuurrest.
Indicator: kleurstof die verandert van kleur onder invloed van zuren
bvb. Lakmoes, fenolftaleïne, methyloranje
3.1.1 Binaire zuren
Opgebouwd uit atomen van 2 elementen: waterstof + niet-metaal (-ide)
HCl: waterstofchloride
HBr: waterstofbromide
Jolien De Veirman
5/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
3.1.2 Ternaire zuren
Opgebouwd uit atomen van 3 elementen: waterstof + niet-metaal + zuurstof = oxozuren
Formule
H2SO4
HNO3
H3PO4
H2CO3
Triviale naam
zwavelzuur
salpeterzuur
fosforzuur
koolzuur
Systematische naam
waterstofsulfaat
waterstofnitraat
waterstoffosfaat
waterstofcarbonaat
3.2 Hydroxiden
-
= elektrolyten die in water OH -ionen (hydroxide-ionen) kunnen afsplitsen en basische of
alkalische oplossingen vormen
-
pH-waarde is afhankelijk van de concentratie H+ en OH -ionen
3.3 Zouten
Splitsen in een positief ion en een negatief zuurrestion
3.4 Oxiden
3.5 Chemische reactie
= stoffen bij elkaar brengen andere stoffen worden gevormd
Atoomsoorten blijven bewaard, de atomen herschikken zich enkel
Uitgangsstoffen: reagentia
Nieuw gevormde stoffen: reactieproducten
Wet van Lavoisier: één of meer reagentia één of meer reactieproducten
Jolien De Veirman
6/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
4 Hardheid van water
Uitgedrukt in hardheidsgraden. Franse hardheidsgraden.
1° FH = 10g gevormde CaCO3 per m³ (1000 l water)
Hard water: + 15° FH
Verwering = onder invloed van water vast gesteente afbreken
Erosie = materiaal wordt door stromend water of wind weggevoerd
Kwaliteitsnormen drinkwater
- aangenaam om te drinken
- niet schadelijk voor de gezondheid
- geen pathogene organismen bevatten
- comfortabel in gebruik bvb. niet te hard
blijvende hardheid: sulfaten en chloriden
tijdelijke hardheid: meest voorkomend (warmwaterkraan, wasmachine, koffiezet)
Mg2+ en Ca2+ -ionen in water opgelost verhitten van water ionen verdwijnen ketelsteen verwijderen met zuren
5 Zure neerslag
Zie milieukunde 2 FM
Jolien De Veirman
7/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
Hoofdstuk 3: Metalen
Enkelvoudige stoffen: goud en zilver
Samengestelde stoffen: mineralen die voorkomen in ertsen (mineralen + andere gesteenten, de
zogenaamde ‘ganggesteenten’)
Erts fysisch proces : ganggesteente
mineraal
chemisch proces metaal
1 Redoxreacties
= reactie die gepaard gaat met de overdracht van elektronen van een reductor naar een
oxidator. (verandering van oxidatiegetallen)
Oxidatie: elektronenafgave (verhoging OG)
Oxidator: oxideert een andere stof en wordt zelf gereduceerd
Reductie: elektronenopname (verlaging OG)
Reductor: reduceert een andere stof en wordt zelf geoxideerd
Het aantal elektronen dat bij de oxidatie wordt afgegeven = aantal elektronen dat bij de
reductie wordt opgenomen. De elektronenbalans moet in evenwicht zijn voor het opstellen
van de reactievergelijking.
2 Spanningsreeks van de metalen.
Metalen worden gerangschikt volgens dalend reducerend vermogen
K Na Ca Mg Al Zn Fe
Sterke reductoren 
Oxideren, roesten
gemakkelijk
H² Cu Ag Hg Pt Au
Zwakke reductoren Reageert niet met zuur
3 Metallurgie van ijzer
4 Andere belangrijke metalen
5 Corrosie van metalen
= aantasting van metalen als gevolg van chemische of fysische processen (roesten)
Bescherming:
- elektrolytische bescherming: op stalen constructies een ander metaal aanbrengen (zink)
- legeren: corrosie tegengaan door middel van roestvrij staal (chroom, nikkel)
- deklagen: verf
Jolien De Veirman
8/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
Hoofdstuk 4: Verbranding
1 Energetische aspecten van een chemische reactie
Chemische reactie energie-uitwisseling
U
U reactieproduct
U reagentia
Voorbeeld
Exo-energetische reactie
komt vrij
laag
hoog
verbranding voedsel
Endo-energetische reactie
wordt opgeslorpt
hoog
laag
fotosynthese
Activeringsenergie Ua: energie die toegevoegd moet worden om een reactie op gang te
brengen.
2 Organische verbindingsklassen
Vitalisme: levende organismen
Wöhler: uit organische stof bekomt men ureum
koolstofketens of koolstofringen
4 enkelvoudige koolstofbindingen
Tetraëder: bindingshoeken van 109°28’
2.1 Koolwaterstoffen
2.1.1 Acyclische of alifatische KWS
Open koolstofketen
A. Alkanen
Verzadigd, enkele bindingen. CnH2n+2
I. Overtakte ketens
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
methaan
ethaan
propaan
butaan
Jolien De Veirman
gas
gas
gas
gas
9/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
II. Vertakte ketens
Alkylgroep: atoomgroep met 1 waterstofatoom minder dan het oorspronkelijke atoom
CH3 – CH – CH3
l
CH3
propaan
methyl
Positie alkylgroep: alkylgroep nummeren om de kleinst mogelijke nummers te krijgen
B. Alkenen en alkynen
Alkenen: Onverzadigde KWS
2-voudige binding CnH2n
Alkynen: 3-voudige binding CnH2n-2
2.1.2 Alicyclische KWS
Ringkoolstofatomen
2.1.3 Aromatische KWS
Benzeenring: zesring met afwisselend dubbele binding
2.2 Koolstofverbindingen met karakteristieke groepen
2.2.1 Alcoholen
Hydroxylgroep (OH-groep)
2.2.2 Carbonzuren
Carboxylgroep (COOH)
2.2.3 Ketonen
Carbonylgroep tussen 2 koolstofatomen
2.2.4 Aldehyden
Aldehydegroep (CHO)
Jolien De Veirman
10/11
Samenvatting Toegepaste Scheikunde
Academiejaar 2006-2007
3 Fossiele brandstoffen
3.1 Energie uit de grond
Steenkool, aardolie en aardgas
Hoofdbestanddeel: methaan
Verbrandingswarmte: hoeveelheid energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van 1
mol van een stof
3.2 Energie voor transport
Aardolie kan door gefractioneerde destillatie gescheiden worden in verschillende fracties.
-
LPG (Liquid Petroleum Gas): mengsel propaan en butaan
Benzine: mengsel KWS van 6 tot 12 koolstofatomen
Cracking: hogere KWS (hogere fractie omzetten in moleculen dmv katalysator)
Voortijdige ontbranding: kloppen van de moto rendementsverlies
Kwaliteit van benzine hangt af van het octaangetal
- heptaan: slechte brandstof, waarde 0
- iso-octaan: klopvaste brandstof, waarde 100
Octaangetal opdrijven door een antiklopmiddel (tetraethyllood)
Reforming: onvertakte bindingen worden katalytisch in vertakte isomeren omgezet.
Kerosine: vliegtuigen
Gasolie en lichte stookolie: dieselmotoren
Zware stookolie: industriële ovens, scheepvaartmotoren
4 Vuur en brand
Branddriehoek: brandstof (hout, papier, vloeistof, gas), dizuurstof, warmte (vlam, vonk, hitte)
Brand vermijden = het uit elkaar houden van deze 3 elementen
Brand blussen = het doorbreken van deze driehoek
Kan gebeuren door:
- wegnemen van de brandstof
- wegnemen van dizuurstof
- afkoeling
Explosie = snelle reactie die een grote hoeveelheid energie en gasvormige producten
vrijmaakt hoge druk
Jolien De Veirman
11/11