3) Wet van dalton: Sommige elementen kunnen zich

Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
1
1. Herhaling
1. Inleiding
De studie van de natuurverschijnselen kan je ruwweg onderverdelen in:
 Biologie:
Studie van de levende materie
 Fysica:
Studie van de verschijnselen waarbij geen nieuwe stoffen
worden gevormd
 Chemie:
Studie van de verschijnselen waarbij wel nieuwe stoffen
worden gevormd (studie van stoffen en reacties)
Een fysisch verschijnsel is dus een verschijnsel waarbij geen nieuwe stoffen ontstaan.
Voorbeeld: Elke zuivere stof kan in principe 3 aggregatietoestanden
aannemen, afhankelijk van de beweeglijkheid van de moleculen. Die
beweeglijkheid wordt bepaald door de temperatuur.
Oefening 1: Plaats de verschillende overgangsvormen in onderstaand schema:
ijs
water
waterdamp
Een chemisch verschijnsel is het verschijnsel waarbij wel nieuwe stoffen ontstaan.
Voorbeeld: verbranding
Enkelvoudige stof
C
+
koolstof
zuurstofgas
O2

zuurstofgas
oxide
CO2
koolstofdioxide
2. Chemie
2.1 Opbouw van de materie
 Zuivere stof:
Is materie die uit 1 stof bestaat en niet meer gescheiden
kan worden door fysische scheidingstechnieken.
Voorbeeld:
 Mengsel:
Is materie die bestaat uit verschillende stoffen en die
gescheiden kan worden door middel van fysische
scheidingstechnieken.
Voorbeeld:
 Samengestelde stof: Is een zuivere stof die bestaat uit een verbinding van
verschillende elementen.
Voorbeeld:
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
2
 Enkelvoudige stof: Is een zuivere stof die bestaat uit slechts 1 element.
Voorbeeld:
 Homogeen mengsel: Is een mengsel met overal dezelfde samenstelling,
zodat men de componenten niet kan onderscheiden.
Voorbeeld:
 Heterogeen Mengsel: Is een mengsel waarvan men de componenten wel kan
onderscheiden.
Voorbeeld:
 Compomenten:
Zijn de bestanddelen van een mengsel.
Voorbeeld:
 Molecule:
Is een verbinding van verschillende atomen.
Bij vloeistoffen en gassen is dit het kleinste deeltje van die
stof, dat nog de eigenschappen van die stof bezit.
Bij vaste stoffen, zoals kristallen, spreken we liever van een
binding tussen geladen deeltjes.
Voorbeeld:
 Atoom:
Is de bouwsteen van alle materie, ook van moleculen.
M.a.w.: zegt iets over uit welke en hoeveel deeltjes een
stof is opgebouwd.
Voorbeeld:
 Element:
Elementen zijn de bestanddelen van alle stoffen.
In de natuur komen 92 elementen of atoomsoorten voor.
Deze (symbolen) worden voorgesteld in het periodiek
systeem van de elementen.
M.a.w.: zegt iets over uit welke deeltjes een stof is
opgebouwd.
Voorbeeld:
 Index:
Geeft het aantal atomen binnen een molecule weer.
Voorbeeld:
 Voorgetal (coëfficiënt): Geeft het aantal moleculen van een stof weer.
Voorbeeld:
Oefening 2: Vul onderstaande begrippen in, in de juiste kolom:
a) zand (SiO2), ozon (O3), koolstofdioxide (CO2), keukenzout ( NaCl), water (H2O)
enkelvoudig
samengesteld
b) vruchtenpulp, pekelwater, groentesoep, kraantjeswater, chocomelk
homogeen
heterogeen
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
3
2.2 symbolen en formules
A) Symbolen:
Alle elementen zijn ondergebracht in het periodiek systeem dat werd opgesteld
door Mendeleev. Ze worden voorgesteld d.m.v. een symbool en zijn
gerangschikt volgens stijgende massa van de atomen.
Opmerking: de symbolen van onderstaande elementen moeten gekend zijn:
H
Na
Mg
U
Ag
Mn
O
Ba
Fe
Br
Ne
Cu
Au
Al
Zn
Hg
Sn
F
Pb
Si
Cr
Ar
P
S
Cl
C
N
Pt
I
K
Ca
B
Kr
B) Formules:
Naast hun wetenschappelijke naam (soms ook hun gebruiksnaam ) worden
stoffen ook dikwijls voorgesteld door hun molecuul- formule.
Opmerking: onderstaande formules moeten ook steeds gekend zijn:
formule Wetenschappelijke naam
gebruiksnaam
H2O
H2O2
CO2
CO
O2
O3
NO2
N2
NO3 H2SO4
HNO3
HCl
SO4 2PO4 3CH4
NH3
NaCl
NaOH
CaCO3
SiO2
C6H12O6
water
waterstofperoxide
diwaterstofmonoxide
diwaterstofdiodxide
koolstofdioxide
koolstofmonoxide
dizuurstof
trizuurstof
stikstofdioxide
distikstof
waterstofsulfaat
waterstofnitraat
waterstofchloride
natriumchloride
natriumhydroxide
calciumcarbonaat
siliciumdioxide
zuurstofgas
ozon
stikstofgas
nitraat
zwavelzuur
salpeterzuur
zoutzuur
sulfaat
fosfaat
methaan
ammoniak
keukenzout
kalksteen
zand
glucose
De wetenschappelijke naam van een verbinding verklapt hoeveel en welke
atomen een verbinding bevat.
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
4
2.3 Chemische reactie
Tijdens een chemische reactie worden de uitgangsstoffen of reagentia omgezet in
reactieproducten. Hierbij worden de elementen anders gegroepeerd.
Deze reactieproducten zijn nieuwe stoffen met andere eigenschappen.
Een chemische reactie kunnen we dus voorstellen als:
Stof A + stof B + …
Kortweg:
 stof C + stof D + …
A + B  C + D
Met stof a, b de uitgangsstoffen en stof c, d de reactieproducten.
2.4 Chemische wetten
1) Wet van Lavoisier: Het aantal atomen van iedere soort wordt door een reactie
2) Wet van Proust:
3) Wet van dalton:
niet gewijzigd, de atomen worden alleen anders gegroepeerd.
m.a.w. : Het aantal atomen links in de reactie = het aantal
atomen rechts in de reactie
In een samengestelde stof is de verhouding van de elementen
constant.
m.a.w. : Of je nu 1 of 1000 moleculen neemt, de verhouding
van het aantal atomen blijft steeds hetzelfde
Sommige elementen kunnen zich in verschillende
verhoudingen verbinden met een ander element.
De aard en de getallenverhouding van de verschillende
atoomsoorten wordt voorgesteld door de brutoformule.
In dat geval bestaat er een eenvoudige getallenverhouding
tussen beide massaverhoudingen.
m.a.w. : als je in een formule de index verandert, krijgt je
een andere stof
Voorbeeld: Fotosynthese
Ofwel
Koolstofdioxide + water 
CO2
+ H2O 
Wet van Lavoisier:
glucose + zuurstofgas
C6H12O6 +
O2
FOUT: CO2
+
H2O  CH2O
+
O2
koolstofdioxide water
methanol
zuurstofgas
1C
3O 2H
1C
3O 2H
JUIST: 6 CO2
+ 6 H2O  1 C6H12O6 + 6 O2
koolstofdioxide water
glucose
zuurstofgas
Wet van Proust:
1 H2O => 2 H / 1 O = 2 / 1 = 2
2 H2O => 4 H / 2 O = 4 / 2 = 2
6 H2O => 12 H / 6 O = 12 / 6 = 2
Wet van Dalton:
CO => 1 C / 1 O = 1 / 1 = 1
CO2 => 1 C / 2 O = 1 / 2 = 0,5
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
5
Voorbeeld:
A) Wet van Lavoisier:
a)
Mg
+
N2
Werk volgende reactievergelijkingen verder uit:
->
Mg3N2
c)
->
Mg
+
B) Wet van Proust:
a)
1 CO2
b)
MgO + C
Verklaar de begrippen molecule, atoom en element:
3 CO2
C) Wet van Dalton:
a)
O2
b)
CO2
Welke stoffen herken je:
O3
2.5 Atoommodel
Een atoom bestaat uit een kern met daar
rond een elektronenmantel.
De atoomkern bevat twee soorten kerndeeltjes
of nucleonen: protonen en neutronen.
De elektronenmantel bevat uiterst snel
bewegende elektronen.
Schematische voorstelling
Een verdere studie van de elektronenmantel heeft uitgewezen dat de elektronen zich
niet vrij bewegen in de mantel, maar op bepaalde banen rond kern: de schil.
Elke schil wordt voorgesteld door een letter: K-, L-, M-, N-, O-, P- schil.
Opmerking: Elke schil komt overeen met een bepaald energieniveau. De hoeveelheid energie
zal stijgen, naarmate het elektron zich verder van de kern bevindt. Bij de overgang van één
energieniveau naar een ander niveau, wordt energie opgenomen of afgegeven.
De massa van de elektronen ( 9,11 . 10 –28) is 1840 maal kleiner dan de massa van de
nucleonen (1,67 . 10–24 ) en de elektronenmassa is daarom te verwaarlozen. De kern
bepaalt dus de massa van een atoom.
De diameter van de kern ( 10–13 cm ) is meer dan 10.000 maal kleiner dan de diameter
van een middelmatig atoom ( 10–8 cm ). Er is dus veel lege ruimte, zodat een atoom
kan beschouwd worden als een massief bolletje.
Protonen en elektronen hebben een gelijke maar tegengestelde lading. Dit in
tegenstelling tot de neutronen die geen lading bezitten.
Een atoom is elektrisch neutraal, m.a.w. een ongeladen atoom bevat evenveel
protonen ( + lading) als elektronen (- lading).
Opmerking:
Ionen ontstaan door elektronen op te nemen of af te geven en zijn dus niet meer
elektrisch neutraal: ze zijn geladen.
Basiskennis 5 chemie
atoomdeeltje
proton
neutron
elektron
schooljaar 2007-2008
symbool
6
lading
relatieve massa
1
1
0
Alle waarden van een atoom worden voorgesteld in de tabel van Mendeleev:
Z = atoomnummer
=
A = atoommassa
=
Electronenconfiguratie
=
Voorbeeld:
11
2
Na 8
23
1
Z=
A=
K- schil =
-> aantal protonen =
-> aantal neutronen =
-> aantal elektronen =
2.6 Soorten chemische binding
2.6.1 De octetstructuur of edelgasconfiguratie
De edelgassen ( groep VIIIa of O) zijn alle inerte gassen, d.w.z. dat ze in normale
omstandigheden nooit met andere atomen zullen reageren. Dit wordt verklaard door hun
bijzondere bouw: ze hebben 8 elektronen op de buitenste schil van de elektronenmantel. Men
noemt dit de edelgasconfiguratie of octetstructuur.
Een gevolg hiervan is dat de edelgassen bijna altijd in de atomaire vorm of grondtoestand
voorkomen.
Voorbeeld: Grondtoestand van enkele edelgassen:
He
Ne
Kr
Ar
De andere elementen zijn niet stabiel in hun atomaire toestand en zullen trachten de “stabiele”
octetstructuur te bereiken. Dit kan gebeuren door:
- elektronen op te nemen of af te geven
( ionbinding)
- elektronen gemeenschappelijk te stellen
( atoombinding)
Hierdoor is het aantal elektronen niet meer gelijk aan het aantal protonen en ontstaan er
geladen atomen of ionen. We spreken van ionaire vorm of toestand.
Voorbeeld 1: Grondtoestand van Ca:
Ca
Lading =
Voorbeeld 2: Grondtoestand van F:
F
Lading =
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
Voorbeeld 1: Ionaire toestand van Ca:
7
Voorbeeld 2: Ionaire toestand van F:
F
Ca
Lading =
Lading =
2.6.2 Soorten chemische bindingen
Een chemische binding is de kracht die een groep atomen samenhoud, en waarbij de atomen
functioneren als 1 eenheid.
Deze bindingskrachten kunnen bepaald worden door de hoeveelheid energie die nodig is om
deze binding te verbreken.
I)
Ionbinding:
Een ionbinding treedt op tussen een metaal ( groepen Ia, IIa, IIIa) en een niet- metaal
( groepen Va, VIa, VIIa ).
De metaalatomen gaan elektronen afstaan om de octetstructuur te bereiken.
Daardoor worden ze positieve ionen.
De niet- metaalatomen gaan elektronen opnemen om de octetstructuur te
bereiken. Daardoor worden ze negatieve ionen.
Voorbeeld a:
11
2 11 p
Na 8 11 e
23
1 12 n
1 elektron afgeven
12
2
------------------------->
Na 8
23
11 p (+) + 11 e ( -) = 0
grondtoestand : Na0
Voorbeeld b:
17
2 17 p
Cl 8 17 e
35.5
7 19 n
11 p
10 e
12 n
11 p (+) + 10 e ( -) = 1 +
ionaire toestand : Na+
1 elektron opnemen
17
2
------------------------->
Cl 8
35.5
17 p (+) + 17 e ( -) = 0
grondtoestand : Cl0
8
17 p
18 e
19 n
17 p (+) + 18 e ( -) = 1 ionaire toestand : Cl-
Opdracht: Plaats volgende ionen in de juiste kolom: Na, K, Ca, Ba, Al, O, S, Cl, F, Br, I, Si
1+
2+
Cr+,Ag+,
H+, Cu+
Mn2+,
Ni2+,Fe2+
Zn2+,Hg2+
3+
4+
Eenatomig
(8 e op
buitenste schil)
Eenatomig
(18 e op
buitenste schil)
Sn4+,
Pb4+
1-
2-
3-
4-
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
8
Er treedt dus een elektronenoverdracht plaats: de metaalatomen geven elektronen af
( worden + ion) en de niet- metaalatomen nemen elektronen op ( worden – ion).
De tegengesteld geladen ionen trekken elkaar elektrostatisch aan en er ontstaat een
ionverbinding. Voorbeelden van ionbinding zijn zouten en edelstenen.
De ionen voegen zich in een ionrooster, waarbij in een regelmatig patroon, de ionen elkaar
aantrekken en op hun plaats houden.
Voorbeeld:
Na0
– 1e ->
Na+
Cl0
+ 1e ->
Cl-
}
Na+ +
Cl-
->
NaCl
Oefeningen: Geef de ionbinding weer tussen volgende atomen:
a) Mg en O:
b) Mg en Cl:
c) Ca en OH:
II)
Atoombinding of covalente binding:
Een atoombinding treedt op tussen twee niet- metalen ( groepen Va, VIa, VIIa ).
De niet- metalen bereiken de stabiele edelgasconfiguratie door het
gemeenschappelijk stellen van één of meer elektronenparen.
Dit gemeenschappelijk elektronenpaar is afkomstig van de combinatie van een ongepaard
elektron van elk atoom. De ongepaarde elektronen noemt men ook wel eens de valentieelektronen. Men stelt ze voor d.m.v. stippen.
Voorbeeld:
H•
Be •
•
Opmerking:
•B•
•
•
_
_
_
•C•
•
•N•
•
•O•
• Cl|
Een elektronenpaar ( 2 stippen) wordt in het stippenmodel ook wel
voorgesteld door een streepje.
Oefening: Geef het stippenmodel van: Li, P, S, F, Br, Ne, Ar, Kr
Het zijn de valentie- elektronen die bepalen hoeveel atoombindingen dat een atoom in een
molecule aangaat. Want op de buitenste schil van elk atoom is er slechts plaats voor 8
elektronen ( octetstructuur) dus vier elektronenparen.
In een structuurformule worden streepjes gebruikt om de atoombinding voor te stellen.
Door het gemeenschappelijk stellen van elektronen ontstaat er een soort aantrekking tussen de
atomen: atoombinding.
Voorbeelden van atoombinding: aardolieprodukten, vetten, suikers, eiwitten.
H
Voorbeeld:
_
|
H - Cl|
H–C-H
|
H
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
9
Oefeningen: Geef de atoombinding weer tussen volgende atomen:
a) Cl2:
b) NH3:
c) CO2:
III)
Polair covalente binding:
Bij bepaalde stoffen, zoals zuren, worden de elektronen gedeeltelijk aangetrokken. Hierdoor
gaan de bindende elektronen in een molecule verschuiven en krijgt de molecule een positieve
en een negatieve kant. Bepaalde atomen krijgen hierdoor een negatieve deellading (d-), die
kleiner is dan een ionlading (1-); andere atomen krijgen hierdoor een positieve deellading
(d+), die kleiner is dan een ionlading (1+).
Atomen die elektronen naar zich kunnen toetrekken bevatten een negatieve
deellading (d-), atomen die elektronen gedeeltelijk verliezen krijgen een
positieve deellading (d+).
Een binding die een deellading bevat noemt men een polaire binding. Stoffen die een polaire
binding bevatten noemt men polaire stoffen.
Voorbeeld: water
De kracht die een atoom bezit om gemeenschappelijke elektronen naar zich toe te trekken
noemt men elektronegativiteit. De elektronegativiteit wordt aangeduid met een getal, de EW
of elektronegatieve waarde. Hoe groter dit getal, hoe groter de kracht van het atoom om e naar
zich toe te trekken. De EW van elk atoom vind men terug in de tabel van Mendeleev. Zo heeft
H een EW van 2.1 en C een EW van 2.5.
Oefening 1: Geef de EW van onderstaande elementen.
O
K
Cl
F
Oefening 2: Geef de polaire binding van :
a) HCl:
Moleculen met een positieve en een negatieve kant noemt men dipoolmoleculen.
De meeste zuren zijn dipoolmoleculen.
Niet alle moleculen met polaire bindingen zijn dipoolmoleculen. Dit is het geval bij o.a.
koolstofdioxide (CO2) waar de atomen op een rechte liggen. Hierdoor valt het middelpunt van
de positieve en de negatieve deelladingen samen, de deelladingen heffen elkaar op.
Het zijn apolaire stoffen, ze bevatten een apolaire binding.
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
10
Extra voorbeeldvragen
I) Element, enkelvoudig of samengesteld:
plaats in de juiste kolom:
suiker (C6H12O6), waterstofgas (H2), ijzer (Fe), ozon (O3), zinkmetaal (Zn), fluorgas (F2),
koolstofdioxide (CO2), waterstof (H), zoutzuur (HCl), fosfor (P), kwikmetaal (Hg), lood (Pb)
Element
Enkelvoudig
II) Element, atoom of molecule:
Samengesteld
vervolledig volgende uitspraken:
a) 1 waterdruppel bevat miljoenen ………………… water.
Elke ………………. water is opgebouwd uit:
- elementen :……………………………
- atomen :……………………………….
b) C6H12O6 (glucose) bevat:
- moleculen : …………………………...
- elementen :……………………………
- atomen :……………………………….
c) 4 NH3 bevat:
- moleculen : …………………………...
- elementen :……………………………
- atomen :……………………………….
III) Chemische wetten:
A) Wet van Lavoisier:
a)
Mg
+
O2
b)
Mg
+
H2O
c)
CH4 +
H2O
d)
C5H12 +
O2
e)
(NH4)2Cr2O7 ->
Werk volgende reactievergelijkingen verder uit:
->
MgO
->
Mg(OH) 2
+
H2
->
CO2 +
H2
->
CO2 +
H2O
Cr2O3 +
N2
+
H2O
B) Wet van Proust:
a) 1 CH4
7 CH4
Verklaar de begrippen molecule, atoom en element:
b) 5 Ca(OH)2
8 Ca(OH)2
c) 1 C6H12O6
4 C6H12O6
C) Wet van Dalton:
a) CO
CO2
Welke stoffen herken je:
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
11
IV: atoombouw:
a) Vul de waarden van Kr verder aan en geef van elk getal de betekenis.
Maak eveneens een schematische voorstelling van een Krypton atoom.
36
Kr
Wat stel je vast bij Kr (= edelgassen):
b) Vul onderstaande tabel verder aan:
Element
fosfor
Aantal p
Aantal n
Aantal e
A
Z
11
20
ijzer
29
17
c) Bereken de molecuulmassa van:
- O2:
-
H2SO4:
V) Chemische binding:
 Ionbinding
a) Plaats volgende ionen in de juiste kolom: Pb, Ca, Al, Zn, Ag, O, S, H, Mg, F
1+
2+
3+
Eenatomig
(8 e op
buitenste schil)
b) Geef de ionbinding tussen:
 K en S:
 Al en O:
 H en O:
4+
1-
2-
3-
4-
Basiskennis 5 chemie
schooljaar 2007-2008
 Atoombinding
a) Geef het stippenmodel van: H, C, Kr, Li, N, Cl, Ne, Ar, O, P
b) Geef de atoombinding van:
 Cl2
 NH3
 N2
 C4H10
 Polair covalente binding
a) stel volgende dipoolmolecule voor: HNO3
12