Sk-05 Chemische Reacties | PDF-versie

Sk-05 Chemische Reacties
Auteurs
Jan Lutgerink ; Dick Naafs
Laatst gewijzigd
29 januari 2016
Licentie
CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie
Webadres
https://maken.wikiwijs.nl/45404
Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is
hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.
Inhoudsopgave
iPad: afspelen animaties
Samenvatting
Reacties
Chemische reacties
Massabehoud en massaverhouding
Warmte-effect
Reactietypen
Ontledingsreacties
Ontleding
Verbindingen
Thermolyse
Elektrolyse
Fotolyse
Elementen
Zoektocht naar elementen
Enkele elementen
Eén atoomsoort, meerdere niet-ontleedbare stoffen
Reactievergelijkingen
Reactievergelijking
Ontledingsreacties
Vormingsreacties
Verbrandingsreacties
Verbrandingen
Verbranding
Verbrandingswarmte
Onvolledige verbranding
Bijzondere verbrandingen
Toets
Over dit lesmateriaal
Pagina 1
Sk-05 Chemische Reacties
iPad: afspelen animaties
Voor iPad gebruikers:
Om de Flash animaties en video’s binnen dit arrangement te kunnen afspelen met een iPad bevelen
we Photon Flash Player voor iPad aan.
Flash Video & Games plus Private Web Browser van Appsverse Inc. ,versie 5.0, kost € 4,49.
Pagina 2
Sk-05 Chemische Reacties
Samenvatting
Bij een chemische reactie vormen zich één of meer reactieproducten uit één of meer
uitgangsstoffen. We beschouwen een chemische reactie macroscopisch en
microscopisch. Macroscopisch kijken we naar de eigenschappen van de betrokken
stoffen. Microscopisch kijken we naar de moleculen van die stoffen, die bij de reactie
verdwijnen en ontstaan.
Pagina 3
Sk-05 Chemische Reacties
Reacties
Een chemische reactie is een proces, waarbij één of meer stoffen verdwijnen en
gelijktijdig één of meer stoffen ontstaan. Chemische reacties kunnen we op
verschillende manieren indelen naar reactietypen. Bij een chemische reactie gelden de
volgende regels of wetten:
Wet van behoud van massa (wet van Lavoisier).
Stoffen reageren altijd in een vaste massaverhouding (wet van Proust).
Elke reactie gaat gepaard met een energie-effect, meestal een warmte-effect.
Video van de reactie van natrium met chloor
Bron foto: Petrucci, General Chemistry
Chemische reacties
Een chemische reactie, of kortweg reactie, is een proces waarbij één of meer stoffen
verdwijnen en gelijktijdig één of meer nieuwe stoffen ontstaan. Hierbij kan geen materie, geen
massa verloren gaan. De vorming van nieuwe stof(fen) is aan te tonen door de
stofeigenschappen van de stoffen vóór en na de reactie met elkaar te vergelijken.
Reactieschema
Pagina 4
Sk-05 Chemische Reacties
Een reactieschema is een korte beschrijving van de begintoestand voor de reactie en van de
eindtoestand na de reactie.
De stoffen vóór de reactie noemen we de beginstoffen. Andere woorden zijn: uitgangsstoffen
of reactanten.
De stoffen na de reactie heten de reactieproducten. De reactie zelf, het proces, geven we
aan met een pijl, de reactiepijl.
Algemeen: beginstof(fen) ? reactieproduct(en)
De reactanten staan links van de reactiepijl, de reactieproducten rechts.
Bij meer dan één reactant of reactieproduct schrijven we een + tussen de stoffen.
Aangezien het reactieschema een macroscopische beschrijving is van een reactie,
schrijven we achter de stoffen meestal de fase van de stoffen.
Voorbeelden van reactieschema's zijn die van het verbranden van aardgas en van het roesten
van ijzer:
aardgas(g) + zuurstof(g) ? verbrandingsproducten(g)
ijzer(s) + zuurstof(g) + water(l) ? roest(s)
Chemische reactie op moleculair niveau
Chemische reacties kunnen we ook beschrijven met de molecuultheorie.
Bij een reactie zou je je kunnen voorstellen dat de moleculen van de beginstoffen uiteen vallen
in
losse atomen en dat uit deze atomen nieuwe, andere moleculen worden gevormd.
Een chemische reactie is in feite een hergroepering van atomen. Dit is het wezen van een
chemische reactie.
Chemische reactie: moleculen veranderen in andere moleculen.
De atomen die tezamen een molecuul vormen, veranderen bij een chemische reactie niet.
Atomen zijn onvergankelijk, ze zijn eeuwig.
Moleculen zijn wél vergankelijk: moleculen kunnen worden afgebroken en uit de bouwstenen,
de atomen, ontstaan nieuwe moleculen.
Als we chemische reacties moleculair willen beschrijven, doen we dat met een
reactievergelijking waarin de stoffen met hun molecuulformule voorkomen. Zie
'Reactievergelijkingen' in dit thema.
Massabehoud en massaverhouding
Massabehoud
De wet van behoud van massa houdt in dat er geen materie in het niets kan verdwijnen of uit
het niets kan ontstaan.
In de scheikunde betekent de wet dat de totale massa van de stoffen voor de reactie gelijk
moet zijn aan de totale massa van de stoffen na de reactie (de uitgangsstoffen worden
uitsluitend als gevolg van hergroepering van de atomen omgezet in andere stoffen).
Als er gassen bij de reactie zijn betrokken, is deze wet niet altijd eenvoudig na te gaan.
De wet is genoemd naar de Franse geleerde Lavoisier, omdat deze voor het eerst ook gassen
opving en woog en zodoende deze wet ontdekte.
Massaverhouding
Pagina 5
Sk-05 Chemische Reacties
Stoffen reageren altijd in een vaste massaverhouding (wet van Proust).
Deze wet is naar voren gekomen uit talloze proefnemingen, en vormt, met de wet van
massabehoud, het begin van de moderne chemie. Later heeft men de wet kunnen verklaren
op grond van een uitgebreide atoomtheorie.
Met behulp van deze wet kunnen we eenvoudige chemische berekeningen uitvoeren.
In het thema 'SK 10 Rekenen in de chemie' gaan we hier uitvoerig op in.
Warmte-effect
Een chemische reactie gaat altijd gepaard met een energie-effect, meestal een warmte-effect.
Er zijn twee
mogelijkheden:
De reactie is exotherm. Dit houdt in dat er bij de reactie warmte, of een andere vorm
van energie, vrijkomt. Tijdens de reactie komt er dus warmte (energie) uit de reagerende
massa (exo = uit).
De reactie is endotherm. Dit houdt in dat de reactie alleen verloopt als er warmte, of
een andere vorm van energie, aan de stoffen wordt toegevoerd. Er moet dus warmte
(energie) in de reagerende stoffen
worden gebracht om de reactie mogelijk te maken (endo = in).
Andere vormen van energie zijn bijvoorbeeld: licht, UV-straling, elektrische stroom of
mechanische energie. Zo zijn er exotherme reacties die reeds bij kamertemperatuur verlopen,
en waarbij energie vrijkomt in de vorm van licht.
En er zijn endotherme reacties waarbij elektrische energie of lichtenergie moet worden
toegevoerd (zie 'Ontledingsreacties' in dit thema).
Een exotherme reactie moeten we meestal wel op gang brengen door een kleine warmte- of
energietoevoer: we moeten de reactie 'aansteken'.
Een duidelijk voorbeeld daarvan is de verbranding van aardgas. Het gas moeten we met een
lucifer of een elektrische vonk aansteken. De hoeveelheid warmte die bij de verbranding
vrijkomt, is echter veel groter dan de hoeveelheid warmte die nodig was om het gas aan te
steken.
Sieger Kooij geeft uitleg over exotherme en endotherme reacties.
kn.nu/wwe06b265 (youtu.be)
Reactietypen
Het is niet mogelijk één duidelijke en eenvoudige indeling van alle chemische reacties te
geven. Er zijn dan ook verschillende indelingen naar reactietypen mogelijk. Twee eenvoudige
indelingen zijn:
indeling op grond van het aantal stoffen dat bij een reactie is betrokken
Een voorbeeld van een reactietype gebaseerd op deze indeling is de ontledingsreactie:
een chemische reactie waarbij uit één beginstof twee of meer reactieproducten worden
gevormd.
Pagina 6
Sk-05 Chemische Reacties
In reactieschema: één stof ? meerdere stoffen
Zo kennen we ook de vormingsreactie: meestal verstaan we hieronder een chemische
reactie waarbij er één stof wordt gevormd uit twee of meer elementen.
Reacties waarbij uit twee of meer stoffen twee of meer nieuwe stoffen ontstaan hebben geen
aparte naam.
indeling in oxidatiereacties en niet-oxidatiereacties
Een voorbeeld van een reactietype gebaseerd op deze indeling is de v
erbrandingsreactie, of kortweg verbranding. Verbranding is een deelverzameling van
een grote verzameling chemische reacties die we oxidaties noemen. Verbranding is
een chemische reactie van een stof met zuurstof.
In reactieschema: brandstof + zuurstof ? verbrandingsproducten
Wat oxidatie precies is, leggen we hier nog niet uit. Dit gebeurt in het thema 'SK 13
Redoxreacties'. Een voorbeeld van niet-oxidatiereacties zijn de zuur-basereacties (zie het
thema 'SK 12 Zuren en basen').
In dit thema gaan we uitvoerig in op ontledingsreacties, vormingsreacties en
verbrandingsreacties.
Pagina 7
Sk-05 Chemische Reacties
Ontledingsreacties
Een ontleding is een chemische reactie waarbij uit één stof twee of meer andere stoffen
ontstaan. Vrijwel alle stoffen zijn ontleedbaar. Ontledingsreacties kunnen exotherm of
endotherm zijn. Endotherme ontledingsmethoden zijn: thermolyse, elektrolyse en
fotolyse.
Voorbeeld: thermische ontleding van kwik(II)oxide
Bij de thermische ontleding van kwik(II)oxide (figuur links) ontstaat kwik (figuur rechts) en het
gevormde zuurstof ontwijkt (Bron: versuchschemie.de)
Zie ook de onderstaande video. Het ontwijkende zuurstof kunnen we aantonen met een gloeiende
houtspaander.
Proefje: Ontleding van kwik(II)oxide in kwik en zuurstof.
kn.nu/ww895d1a0 (youtu.be)
Ontleding
Een ontledingsreactie, of kortweg ontleding, is een chemische reactie waarbij uit één beginstof
twee of meer reactieproducten ontstaan.
De meeste ontledingsreacties zijn endotherme reacties. Daarbij maken we onderscheid
tussen drie typen: - ontleding door verhitting (zie 'Thermolyse'),
- ontleding door elektrische stroom (zie 'Elektrolyse')
- ontleding door licht (zie 'Fotolyse').
Sommige ontledingsreacties zijn echter exotherme reacties.
Deze reacties blijven verlopen totdat de stof geheel is omgezet. Voorbeelden hiervan zijn de
ontleding van ammoniumdichromaat (zie hieronder) en het exploderen van springstoffen als
dynamiet en TNT (zie 'Bijzondere verbrandingen').
Ontleding van ammoniumdichromaat
Als we ammoniumdichromaat (oranje vaste stof) even verhitten, komt een reactie op gang.
De reactie gaat daarna uit zichzelf verder, waarbij er zichtbaar warmte vrijkomt
(vuurverschijnselen). Het is dus een exotherme reactie.
De oranje vaste stof verdwijnt en er ontstaat een groen poeder (chroomoxide). Tegelijk
ontstaat waterdamp en stikstofgas.
Pagina 8
Sk-05 Chemische Reacties
Reactieschema: ammoniumdichromaat(s) ? chroomoxide(s) + stikstof(g) + water(l)
Uit één beginstof ontstaan hier drie reactieproducten, het is dus een ontledingsreactie.
(Waterdamp noteren we als water (l) omdat waterdamp na afkoelen weer een vloeistof wordt.)
Ontleding op moleculair niveau
Op moleculair niveau komt een ontledingsreactie neer op het uiteenvallen van één
molecuulsoort en een hergroepering van de brokstukken tot twee of meer nieuwe
molecuulsoorten. Vrijwel alle stoffen zijn ontleedbaar, vrijwel alle molecuulsoorten kunnen we
uiteen laten vallen in twee of meer molecuulsoorten.
Bij ontleding ontstaan vaak stoffen die niet nog verder te ontleden zijn (elementen), maar dit is
geen regel. De ontledingsproducten kunnen op zich ook weer ontleedbaar zijn.
Verbindingen
Ontleedbare stoffen (bijna alle stoffen) bestaan uit twee, drie of nog meer atoomsoorten.
Chemici noemen een ontleedbare stof meestal een verbinding. De naam is afgeleid van het
aan elkaar gebonden zijn van (verschillende soorten) atomen.
Type verbindingen
Wanneer we om een of andere reden in een verbinding een bepaalde atoomsoort belangrijk
vinden, dan zetten we de naam van die atoomsoort er bij.
Zo bestaat een koperverbinding uit Cu-atomen en minstens één andere atoomsoort.
Het mineraal malachiet, Cu2CO3(OH)2, kunnen we dus een koperverbinding noemen.
Koperverbindingen kun je zien als een deelverzameling van de veel grotere groep
metaalverbindingen.
Chloorverbindingen bestaan uit in elk geval Cl-atomen, stikstofverbindingen uit in elk geval
N-atomen, etc.
Koolstofverbindingen vormen een aparte klasse in de chemie.
Koolstofverbindingen
Koolstofverbindingen zijn stoffen die uit C-atomen en minstens één andere atoomsoort
bestaan.
De meeste van de miljoenen nieuwe stoffen die in laboratoria zijn gemaakt, zijn
koolstofverbindingen.
In plaats van koolstofverbindingen gebruiken we ook vaak de naam organische verbindingen
of organische stoffen.
Verbindingen waarin alleen C- en H-atomen voorkomen noemen we koolwaterstoffen.
De naam organisch stamt uit de 19e eeuw, toen men dacht dat de stoffen in de levende
natuur principieel anders waren dan die in de niet-levende (de anorganische) natuur.
Halverwege de eeuw bleek dat dit niet waar was; de naam organisch is echter gebleven.
Verbindingen, waarin koolstof niet voorkomt, heten anorganische verbindingen.
Thermolyse
De wetenschappelijke naam voor ontleden door verhitting is thermolyse. In de industrie
spreken we van pyrolyse.
Deze namen zijn afgeleid van de griekse woorden thermo- voor warmte, pyro- voor vuur, en lyse dat ontleden/kapot maken betekent.
Voorbeelden van thermolyse zijn het ontleden van suiker en het kraken van aardoliefracties
Pagina 9
Sk-05 Chemische Reacties
(zie 'Petrochemische industrie' in het thema 'Koolwaterstoffen').
Thermolyse van suiker
Suiker is een zuivere stof met de formule C12H22O11. De scheikundige naam van deze
koolstofverbinding is sacharose.
Bij verhitting ontstaan verschillende andere stoffen. De suiker wordt bruin en uiteindelijk blijft
een zwarte vaste stof over. Tegelijk ontstaat waterdamp en ontwijken brandbare gassen.
Aangezien de reactie stopt zodra de verhitting stopt, is dit een endotherme reactie.
Reactieschema:
suiker(s) ? koolstof(s) + water(l) + brandbare gassen(g)
Video thermolyse van suiker:
https://youtu.be/05aGSvhyMhU?rel=0
De koolstof die het resultaat is van de ontleding van suiker noemen we 'suikerkool'.
De structuur lijkt op die van grafiet, alleen veel rommeliger; kennelijk waren de C-atomen niet
in de gelegenheid een nette structuur te vormen.
Deze vorm van koolstof noemen we amorfe koolstof (letterlijk: zonder vorm).
Thermolyse van organische stoffen levert altijd koolstof als één van de reactieproducten op.
Elektrolyse
Elektrolyse is een ontledingsreactie die verloopt door middel van elektrische stroom.
Een goed voorbeeld is de ontleding van water. Water kunnen we thermisch ontleden door
sterke verhitting tot ongeveer 2000 K.
Water ontleedt echter makkelijker door elektrolyse, bij kamertemperatuur. In beide gevallen
zijn de ontledingsproducten waterstofgas en zuurstofgas.
Een praktijkvoorbeeld van elektrolyse is de bereiding van aluminium uit aluminiumoxide (het
belangrijkste
bestanddeel van bauxiet). Zie het thema 'Elektrochemie'.
Elektrolyse van water
Voor de elektrolyse van water moeten we aan drie voorwaarden voldoen:
Het water moet stroom kunnen geleiden. Zuiver water (gedestilleerd water) geleidt
vrijwel niet. Om
gedestilleerd water geleidend te maken moeten we een hulpstof toevoegen. Zo'n
hulpstof noemen we een elektrolyt.
Pagina 10
Sk-05 Chemische Reacties
De elektrische stroom moet gelijkstroom zijn, met een lage spanning. Accu's en
batterijen leveren
gelijkstroom, stroom die maar één kant op gaat. Tegelijk hebben deze ook een
geschikte spanning, ca. 4 V.
Er moeten geschikte 'aanlegsteigers' zijn om de elektrische stroom het water in en uit te
leiden.
Deze heten met een vakterm elektroden. De ene elektrode heet de positieve (+)
elektrode, de andere de negatieve (-) elektrode. Elektroden moeten van een materiaal
zijn gemaakt dat zelf niet wordt aangetast bij de elektrolyse. Grafiet is zeer geschikt,
maar ook roestvrij staal voldoet vaak.
Elektrolyse van water
Bij de elektrolyse van water ontstaan aan het oppervlak van de twee elektroden de
ontledingsproducten van water.
Echter, waterstofgas ontstaat alleen aan de (-) elektrode en zuurstofgas alleen aan de (+)
elektrode. Reactieschema:
water(l) ? waterstof(g) + zuurstof(g)
Zie hieronder de video van de elektrolyse van water.
Elektrolyse van water met het toestel van Hoffman.
kn.nu/ww9f0b9c3 (youtu.be)
Pagina 11
Sk-05 Chemische Reacties
Video ontleding NaCl (elektrolyse)
Fotolyse
Fotolyse is een ontleding door licht. Deze naam is afgeleid van het griekse woord foto- voor
licht en -lyse dat ontleden/kapot maken betekent. Sommige stoffen zijn lichtgevoelig, zijn niet
bestand tegen de energie van licht.
Het bekendste voorbeeld, en tegelijk een zeer belangrijke toepassing, is de fotografie.
Omstreeks 1850 vond de Fransman Daguerre dat bepaalde zilververbindingen, vooral
zilverchloride en zilverbromide, onder invloed van licht zwart werden.
Door belichting ontleden de zilververbindingen in (metallisch) zilver en andere stoffen. De
zwarting wordt veroorzaakt door het zilver. Doordat de korreltjes zilver zo klein zijn, zien we ze
als zwart.
Fotolyse van zilverchloride
zilverchloride(s) ? zilver(s) + chloor(g)
Proefje: De fotolyse van zilverchloride.
kn.nu/wwf95a6d3 (youtu.be)
Fotografie met analoge camera’s
Fotografie met lichtgevoelige film (met analoge camera's) maakt in toenemende mate plaats
voor fotografie, waarin het beeld langs digitale weg wordt vastgelegd op opslagmedia.
De consequentie is dat fotografie met lichtgevoelige film een gedateerd voorbeeld kan worden
van fotolyse.
In de volgende tekst staat een samenvatting van fotografie met lichtgevoelige film.
Fotografie
Een zwart-wit filmrolletje, een 'fotografische film', bestaat uit een strook plastic als drager
waarop een dunne lichtgevoelige emulsielaag is aangebracht.
Eigenlijk zou je van een suspensie moeten spreken, omdat de laag bestaat uit zeer fijne
korreltjes van een vaste zilververbinding (zilverbromide), gesuspendeerd in gelatine.
Bij het maken van een foto laten we heel kort licht vallen op de lichtgevoelige laag: de sluiter
gaat heel kort even open.
De zilverbromidekorreltjes die door het licht zijn geraakt, worden 'geactiveerd'.
Wanneer het filmrolletje is volgeschoten, brengen we het weg om het te laten ontwikkelen en
afdrukken.
Ontwikkelen
Pagina 12
Sk-05 Chemische Reacties
Bij ontwikkelen gebeurt het volgende. In een speciale oplossing, de 'ontwikkelaar', worden
alleen de geactiveerde korreltjes zilverbromide verder ontleed en op die plekken wordt de foto
zwart door
metallisch zilver.
Daarna stoppen we de film in een tweede oplossing, de 'fixeer'.
Daarin lossen de zilverbromidekorreltjes op die niet door licht waren geactiveerd. T
enslotte wassen (spoelen) we de film met water en houden we slechts de drager over, met op
de belichte plekken aangehecht zwart zilver.
Dat heet het negatief, omdat de lichte plekken van het gefotografeerde beeld nu zwart zijn en
de donkere plekken licht.
Afdrukken
Voor een echte foto, een 'positief', moeten we het hele proces herhalen, nu met het negatief
als beeld.
Dat heet het afdrukken van een foto. Tegenwoordig zijn beide processen geautomatiseerd.
Kleurenfotografie
Bij kleurenfotografie bestaat de lichtgevoelige laag op de plastic drager uit drie laagjes.
Deze laagjes zijn gevoelig voor respectievelijk rood licht, groen licht en blauw licht, de drie
'primaire' kleuren van licht.
Bij het ontwikkelen van een kleurenfilm ontstaat een negatief, waarop de complementaire
kleuren te zien zijn.
Door nogmaals te belichten ontstaan op papier de oorspronkelijke kleuren terug.
Ook deze processen gebeuren vol-automatisch.
Pagina 13
Sk-05 Chemische Reacties
Elementen
Een element is een niet-ontleedbare stof. Het is een stof die uit één atoomsoort bestaat.
Een aantal atoomsoorten kan meer dan één niet-ontleedbare stof vormen.
Elementen komen voor als:
losse atomen (edelgassen);
twee-atomige moleculen (H2, O2, N2, halogenen), drie-atomige moleculen (O3
), vier-atomige moleculen (P4) of acht-atomige moleculen (S8);
regelmatige gerangschikte atomen (C, metalen).
De halogenen chloor, broom en jood
Bron: Petrucci, General Chemistry
Zoektocht naar elementen
Al sinds de 17e eeuw zijn chemici op zoek geweest naar stoffen die niet verder zijn te ontleden.
Deze 'onontleedbare stoffen' zouden een soort oerstoffen (elementen) zijn, waaruit alle (wél
ontleedbare) stoffen zijn opgebouwd.
Deze elementen werden inderdaad gevonden.
Zo levert verhitting van suiker onder andere een zwarte vaste stof op die niet verder is te
ontleden, namelijk koolstof, met de formule C(s).
Ook water is te ontleden. Het ontleedt dan in twee 'nieuwe' stoffen: waterstof en zuurstof.
Deze stoffen zijn niet verder ontleedbaar.
Waterstof is een heel licht, kleurloos en reukloos gas, dat goed brandbaar is.
Het komt voor als twee-atomige moleculen: formule H2(g).
Zuurstof is eveneens een kleurloos en reukloos gas en komt ook voor als twee-atomige
moleculen: formule O2(g).
Element: één soort atomen
De vondst van elementen vormde tweehonderd jaar geleden de feitelijke grondslag voor de
atoomtheorie (zie 'Atoomtheorie van Dalton' in het thema 'SK 02 Atomen en molculen').
Pagina 14
Sk-05 Chemische Reacties
Met kennis van deze theorie is het niet-ontleedbaar zijn van de genoemde stoffen te begrijpen.
De genoemde stoffen bestaan alle immers uit één atoomsoort en je kunt uit moleculen die uit
één atoomsoort
bestaan niet twee andere molecuulsoorten maken.
Algemeen geldt:
Een molecuul van een element bestaat uit atomen van dezelfde soort.
Chemici noemen niet-ontleedbare stoffen meestal elementen.
Met dezelfde term duiden zij echter ook vaak atoomsoorten aan.
Enkele elementen
In de natuur zijn maar enkele elementen in vrije toestand (dus als niet-ontleedbare stof) aan te
treffen. De overige elementen zijn vrijwel alle door de mens gemaakt.
Niet-ontleedbare stoffen in de natuur
In de aardkorst zijn op sommige plaatsen de metalen goud en platina te vinden: Au(s)
respectievelijk
Pt(s).
Aan de kraterranden van vulkanen is soms de gele vaste stof zwavel aan te treffen.
Zwavel kan voorkomen als achtatomige moleculen: formule S8(s). Meestal schrijven we
gewoon S(s).
Steenkoollagen bestaan bijna geheel uit koolstof. Ook diamant bestaat uit koolstof.
De atmosfeer bestaat praktisch geheel uit elementen:
zuurstof, stikstof en edelgassen.
Stikstof is een kleurloos en reukloos gas en komt, net als zuurstof, voor als tweeatomige moleculen: formule N2(g). Edelgassen komen voor als losse atomen
(éénatomige moleculen).
Achtatomige moleculen S8 en vieratomige moleculen P4
Bron: Petrucci, General Chemistry
Pagina 15
Sk-05 Chemische Reacties
Niet-ontleedbare stoffen gemaakt door de mens
Vooral door het ontleden van mineralen (stoffen waaruit de aardkorst bestaat), zijn in de
19e eeuw tientallen elementen, merendeels metalen, ontdekt.
Een ander door de mens gemaakt element is fosfor: formule P(s). In rode fosfor zitten
clusters van fosforatomen gebonden tot macromoleculen. Witte fosfor bestaat uit
vieratomige moleculen: formule P4(s). Fosfor is erg brandbaar.
De halogenen zijn omstreeks 1800 voor het eerst bereid. Ze komen net als waterstof,
zuurstof en stikstof voor als twee-atomige moleculen:
Fluor (F2): een zeer giftig gelig gas; de geur waarschuwt ons al.
Chloor (Cl2): een zeer giftig groenig gas met een prikkelende geur.
Broom (Br2): een zeer agressieve donkerbruine vloeistof.
Jood (I2): beter bekend als jodium. Het is een donkerpaarse vaste stof, die bij
verwarming niet vloeibaar wordt, maar direct verdampt.
De halogenen Cl2, Br2 en I2
Eén atoomsoort, meerdere niet-ontleedbare stoffen
Bepaalde atoomsoorten kunnen meer dan één niet-ontleedbare stof vormen; ze kunnen zich
op verschillende manieren aan elkaar binden. In de scheikunde noemen we dit allotropie
. We geven een aantal voorbeelden.
Zuurstof
O-atomen kunnen twee verschillende moleculen vormen: O2 en O3.
O2 is de formule van de 'gewone' zuurstof, het gas dat voor bijna 20% onze atmosfeer vormt.
O3 is de formule van ozon, ook een gas, maar met andere eigenschappen dan O2.
Het is een giftig gas met een prikkelende geur. Het ontstaat bij onweer, maar ook bij warm
weer in vervuilde lucht.
Pagina 16
Sk-05 Chemische Reacties
Het wordt gebruikt voor de ontsmetting van drinkwater.
Zuurstof en ozon zijn allotrope vormen van zuurstof.
Koolstof
Zowel grafiet als diamant bestaan uit alleen maar C-atomen. Het zijn allotrope vormen van
koolstof.
De chemische notatie voor deze stoffen is: Cgrafiet en Cdiamant.
De verschillen tussen grafiet en diamant zijn spectaculair:
Grafiet is een zwarte vaste stof. Het is zacht en voelt vettig aan; daarom wordt
grafietpoeder onder meer als smeermiddel gebruikt, bijvoorbeeld in sloten. Ook geleidt
grafiet elektrische stroom.
Diamant is een kleurloze vaste stof. Diamant is keihard, het is de hardste natuurlijke
stof op aarde. In tegenstelling tot grafiet geleidt diamant geen elektrische stroom. Deze
(en andere) grote verschillen in eigenschappen kunnen worden verklaard uit het verschil
in ruimtelijke bouw (zie verder Netwerkstoffen' in het thema 'SK 07 Chemische binding').
Bij hoge temperatuur verandert diamant in grafiet. Het omgekeerde is echter ook
mogelijk: onder extreem hoge druk en temperatuur lukt het om C-atomen het
kristalrooster van diamant te laten vormen. Voor sieraden is deze synthetische diamant
niet mooi genoeg, maar vanwege de hardheid kan hij goed gebruikt worden op de
koppen van boorbeitels.
Andere (allotrope) vormen van koolstof zijn amorfe koolstof (zie 'Thermolyse') en fullereen.
In 1990 is in het laboratorium een nieuwe vorm van koolstof gemaakt. Hierin vormen
de C-atomen moleculen. Eén formule is C60. De 60 C-atomen vormen tezamen een
mooie, zeer symmetrische, bolvormige structuur, vergelijkbaar met de vlakken op
een voetbal. De chemici die deze stof hebben gesynthetiseerd kozen de naam
fullereen, naar de architect Fuller die voor de wereldtentoonstelling in Montreal een
gebouw met dezelfde uitwendige structuur had ontworpen. Bekender is de naam
'buckyball'. We verwachten veel van de mogelijke toepassingen van deze nieuwe stof.
Fullereen
Bron: Petrucci, General Chemistry
Metalen
Pagina 17
Sk-05 Chemische Reacties
Net als bij koolstof zijn de bouwstenen van een metaal - metaalatomen - regelmatig
gerangschikt in een kristalrooster met verschillende ruimtelijke structuren.
De verschillen zijn niet zo spectaculair als bij koolstof, maar het type kristalrooster is van groot
belang voor de eigenschappen van metalen voorwerpen.
Een voorbeeld, bekend onder antiquairs, is tin. Tinnen voorwerpen kunnen namelijk de
'tinpest' krijgen: ze gaan er pokdalig uitzien en kunnen zelfs helemaal verkruimelen.
De verklaring ligt in een verandering van de ruimtelijke bouw van het kristalrooster.
Onder 13 °C kan dat gebeuren, vooral bij felle kou.
Pagina 18
Sk-05 Chemische Reacties
Reactievergelijkingen
Een reactievergelijking geeft weer wat op moleculaire schaal gebeurt bij een chemische
reactie. In een reactievergelijking staan de formules van de stoffen. De
aantalverhouding waarin de moleculen reageren c.q. ontstaan geven we aan met de
coëfficiënten voor de formules. We geven voorbeelden van reactievergelijkingen van
enkele reactietypen: ontledingsreacties, vormingsreacties en verbrandingsreacties.
Reactievergelijking van een vormingsreactie (hier tegelijk een verbrandingsreactie)
Bron: McMurry & /Fay, Chemistry
Reactievergelijking
Een reactie kunnen we schematisch weergeven in de vorm van een reactieschema, zoals we
dat tot nu tot hebben gedaan.
Een reactie kunnen we ook weergeven in de vorm van een reactievergelijking.
In een reactievergelijking staan de stoffen vermeld in formulevorm. De ontleding van water
wordt dan:
Op moleculaire schaal is dit echter geen kloppende vergelijking. Atomen zijn, zoals al gezegd,
onvernietigbaar, dus bij de reactie moet het aantal atomen van iedere atoomsoort behouden
blijven.
Als een boekhouder moeten we er voor zorgen dat links en rechts van de pijl evenveel atomen
komen te staan.
Dit proces heet het 'kloppend' maken van de reactievergelijking. De reactievergelijking wordt
dan:
De getallen die in de reactievergelijking voor de molecuulformules staan heten de
coëfficiënten.
Op moleculaire schaal geven de coëfficiënten aan in welke verhouding de deeltjes met elkaar
reageren en ontstaan.
Toestandsaanduiding
We kunnen ook enigszins aangeven hoe de reactie macroscopisch verloopt, namelijk door de
fase van de stoffen te noteren.
Wanneer we willen aangeven hóe de reactie is uitgevoerd, schrijven we dit in kleine letters
boven de reactiepijl.
Dan wordt de reactievergelijking voor de ontleding van water door middel van elektrische
stroom (zie 'Elektrolyse'):
Pagina 19
Sk-05 Chemische Reacties
Ontledingsreacties
Een ontledingsreactie is een reactie waarbij één verbinding uiteen valt in twee of meer
verschillende elementen (niet-ontleedbare stoffen) en/of verbindingen.
Voorbeelden van een ontleding tot de elementen:
de ontleding van waterstofchloride, HCl(g)
de ontleding van gesmolten aluminiumoxide, Al2O3(l)
Voorbeelden van een ontleding waarbij op zijn minst één van de producten een verbinding is:
de ontleding van ammoniumdichromaat, (NH4)2Cr2O7(s)
Proefje: de ontleding van ammoniumdichromaat.
kn.nu/ww3359513 (youtu.be)
de ontleding van calciumcarbonaat (krijt of kalksteen), CaCO3(s)
Vormingsreacties
Vormingsreacties algemeen
Een vormingsreactie is een reactie waarbij uit twee of meer elementen één verbinding
ontstaat. Voorbeelden zijn:
de vorming van waterstofchloride, HCl(g)
Pagina 20
Sk-05 Chemische Reacties
de vorming van ammoniak, NH3(g)
De vorming van keukenzout (NaCl) uit chloor (Cl2) en vast natrium (Na)
Video vorming van natriumchloride uit natrium en chloor.
Vormingsreacties, waarbij zuurstof is betrokken
Vormingsreacties waarbij zuurstof is betrokken, rekenen we ook wel tot de
verbrandingsreacties (zie 'Verbrandingsreacties').
Voorbeelden zijn:
de vorming van water, H2O(l), de verbranding van waterstof
de vorming van magnesiumoxide, MgO(s), de verbranding van magnesium
Verbrandingsreacties
Een verbrandingsreactie is een reactie met zuurstof.
Bij een verbranding ontstaan uitsluitend oxiden als verbrandingsproducten.
Een oxide is een verbinding van twee elementen, waarvan één zuurstof is.
Verbranding van een element
Bij verbranding van een element ontstaat één verbrandingsproduct, namelijk het oxide van dat
element. Verbrandingsreacties van elementen zijn in feite niet anders dan vormingsreacties
(zie 'Vormingsreacties').
Voorbeelden:
de verbranding van waterstof
Waterstof is een zeer brandbaar gas en het verbrandingsproduct is waterstofoxide (H2
O), beter bekend onder de naam water:
Pagina 21
Sk-05 Chemische Reacties
de verbranding van koolstof
Bij optimale (volledige) verbranding van koolstof is er maar één verbrandingsproduct,
koolstofdioxide (CO2):
Verbranding van een verbinding
Bij verbranding van een verbinding ontstaan evenveel oxiden als er atoomsoorten in de
verbinding zijn. Hierbij ontstaan dezelfde oxiden als die ontstaan bij verbranding van de
elementen afzonderlijk.
Koolwaterstoffen en andere organische stoffen zijn in het algemeen goed brandbaar.
Alle koolwaterstoffen verbranden tot koolstofdioxide en water.
Dezelfde reactieproducten ontstaan, wanneer een molecuul behalve uit C- en H- ook nog uit Oatomen bestaat. Voorbeelden:
de verbranding van methaan
Optimale verbranding van methaan (hoofdbestanddeel van aardgas), CH4(g), levert
twee reactieproducten, koolstofdioxide en water(damp):
de verbranding van octaan (benzine), C8H18(l)
de verbranding van ethanol (alcohol), C2H6O(l)
de verbranding van koolstofdisulfide, CS2(l)
Pagina 22
Sk-05 Chemische Reacties
Verbrandingen
Een verbranding is een reactie van een stof met zuurstof, die meestal gepaard gaat met
vuurverschijnselen. Verbrandingen zijn exotherme reacties; de reactiewarmte heet
verbrandingswarmte. Bij een tekort aan zuurstof kan onvolledige verbranding optreden.
Bij sommige verbrandingen (bijzondere verbrandingen) neemt zuurstof niet deel in
moleculaire vorm, maar in gebonden vorm.
Verbranding
Een verbrandingsreactie, of kortweg verbranding, is een reactie van een stof met zuurstof,
waarbij meestal vuurverschijnselen waarneembaar zijn.
Het is waarschijnlijk de bekendste en meest spectaculaire chemische reactie, die onder andere
optreedt bij de productie van energie en warmte uit fossiele brandstoffen.
In de vorige paragraaf hebben we een aantal voorbeelden gegeven van verbrandingsreacties.
Hier gaan we in op de kenmerken van verbrandingsreacties.
Verbranding, een exotherme reactie
Verbrandingsreacties zijn altijd exotherm. Vuurverschijnselen kunnen zich voordoen in de vorm
van vlammen, gloeien of vonken. Vlammen ontstaan wanneer een gas of damp met zuurstof
reageert.
Door de hoge temperatuur zendt het reagerend gasmengsel (blauwig) licht uit.
Een vlam is een massa gloeiend gas. Een voorbeeld is het verbranden van aardgas.
Bij de verbranding van een vaste stof, die vrijwel niet verdampt, zien we geen vlammen.
De reactie met zuurstofgas vindt alleen aan het oppervlak van de vaste stof plaats.
Door de hoge temperatuur zendt de reagerende vaste stof wel licht uit en gloeit.
Een voorbeeld is het verbranden van koolstof (houtskool).
Een vonk is een wegspringend deeltje van een gloeiende vaste stof.
Voorwaarden voor verbranding
Om een verbrandingsreactie te kunnen laten plaatsvinden is nodig:
een brandbare stof;
voldoende zuurstof;
een minimale temperatuur (de ontbrandingstemperatuur).
Brandbare stof
Pagina 23
Sk-05 Chemische Reacties
Het zuurstofgas van de lucht levert O atomen, die nieuwe moleculen vormen met de moleculen
waaruit de brandbare stof bestaat.
Die nieuwe moleculen zijn de reactieproducten (de verbrandingsproducten) en heten oxiden.
Voldoende zuurstof
Een stof verbrandt zelden in zuiver zuurstofgas. Meestal verbrandt een stof in lucht.
Schone droge lucht bevat ongeveer 21 % zuurstof. De overige bestanddelen van lucht (78 %
stikstof en ca. 1 % andere gassen, vooral Ar en CO2) doen niet mee met de
verbrandingsreactie.
Ontbrandingstemperatuur
Onder ontbrandingstemperatuur verstaan we de temperatuur die een brandbare stof minimaal
moet hebben om te kunnen branden.
Brand!
De vrijkomende reactiewarmte bij een verbrandingsreactie zorgt voor een voortgaan van de
reactie.
Bij een brand verloopt de reactie steeds heftiger.
Voor een brand is, net als bij een beheerste verbranding, het volgende nodig: brandbaar
materiaal, zuurstof (lucht) en een minimale temperatuur om de brandstof aan te steken.
Vooral de ontsteking is essentieel.
De wereld is immers vol met brandbaar materiaal en lucht.
Pas een vlam of vonk of een opgelopen temperatuur doet de verbrandingsreactie starten.
Brandbare gassen en vluchtige stoffen zijn gemakkelijk in brand te steken.
Dat is te begrijpen omdat er goed contact mogelijk is tussen de moleculen van de brandbare
stof en de zuurstofmoleculen van de lucht.
Vaste brandstoffen ontbranden meestal moeilijker.
Wanneer de verbranding eenmaal is gestart, gaat hij vanzelf verder.
Bij het verbranden komt immers warmte vrij en daardoor wordt de nog niet aangetaste
brandbare stof ook 'aangestoken'.
De vrijkomende reactiewarmte maakt dus verder aansteken door ons overbodig.
Sterker: het 'aansteken' gaat steeds beter en steeds sneller, want door de toenemende
verbranding komt er voortdurend meer en meer warmte vrij.
Bij brand ontstaan vaak giftige gassen(koolstofmono-oxide: CO) en vooral rook:
halfverbrande producten in de vorm van kleine vaste deeltjes, zwevend in de lucht (aerosolen).
De meeste slachtoffers van brand overlijden door vergiftiging en verstikking en niet zozeer
door de hoge
temperatuur.
Blussen
Het blussen van een brand komt neer op drie principes, die nauw aansluiten bij de drie
voorwaarden voor een
verbranding:
Pagina 24
Sk-05 Chemische Reacties
weghalen van de brandstof;
afsluiten van de lucht (zuurstof);
verlagen van de temperatuur.
Het belangrijkste en goedkoopste blusmiddel is water.
Ook CO2 (koolstofdioxide), te koop in cilinders, is een goed blusmiddel.
Verbrandingswarmte
Verbrandingen zijn exotherme reacties en de reactiewarmte heet verbrandingswarmte.
Warmte wekken we op door brandstoffen te verbranden.
Een brandstof is een brandbare stof die we voornamelijk gebruiken als energiebron.
Niet iedere brandbare stof levert (bij volledige verbranding) evenveel warmte.
We drukken de verbrandingswarmte van een brandstof meestal uit in kJ per kg of, voor een
gas, in kJ per m3.
In BINAS tabel 28A staan enkele voorbeelden.
De eenheid van warmte is de joule, symbool J.
Meestal gebruiken we de kilojoule, kJ.
De joule is overigens niet alleen de eenheid voor warmte, maar voor energie in het algemeen.
Brandstoffen
De belangrijkste brandstoffen zijn voor ons de fossiele brandstoffen (aardgas, aardolie en
steenkool).
Deze brandstoffen komen aan de orde in het thema 'SK 06 Koolwaterstoffen'.
In sommige landen en streken vormt hout (niet-fossiele brandstof) de belangrijkste brandstof.
Hout
Chemisch gezien bestaat hout grotendeels uit organisch materiaal. Hout heeft de
globale samenstelling: (C6H10O5)n. Wanneer hout brandt, zie je vlammen boven het
stuk hout: hout levert bij verhitting dus (brandbare) gassen en dampen. Door de hitte
treedt ook ontleding van de organische stoffen op, waardoor koolstof (houtskool)
overblijft. Deze verbrandt, gloeiend, als laatste.
Houtskool
Werkers in een houtskoolbranderij (kolenbranders genoemd) bereiden het maximum
aan koolstof uit hout. Ze verhitten hout afgesloten van de lucht, waardoor brandbare
gassen en dampen ontwijken en houtskool achterblijft. Houtskool bestaat
hoofdzakelijk uit koolstof.
Wanneer houtskool is opgebrand, blijft een fijn grijs poeder over, de as. Deze as
bestaat uit onbrandbare bestanddelen van houtskool (onder andere metaaloxiden).
Houtskool werd vroeger vooral gebruikt als onmisbare hulpstof voor het bereiden van
ijzer uit ijzererts. Toen het hout schaars werd in Europa stapte men over op een
andere vorm van koolstof,
namelijk cokes. Cokes wordt bereid uit steenkool (zie Steenkool in het thema
‘SK 06 Koolwaterstoffen’).
Voedsel heeft ook, zoals iedere brandstof, een verbrandingswarmte (zie BINAS tabel 56).
Pagina 25
Sk-05 Chemische Reacties
Om ons lichaam op temperatuur te houden zijn twee groepen stoffen van belang:
stoffen die ons extern verwarmen (brandstoffen),
voedingsstoffen die in het lichaam worden'verbrand'.
Onze voeding bestaat grotendeels uit brandbare stoffen van het type CxHyOz
. Een voorbeeld is glucose, C6H12O6.
Via de ademhaling nemen we O2 op en geven we CO2 en H2O af. De temperatuur
tijdens de reactie komt niet boven de 37 oC. We noemen dit wel langzame
verbranding. Deze langzame verbranding kan uitsluitend plaatsvinden onder invloed
van enzymen die in ons lichaam aanwezig zijn. Langzame verbranding is altijd een
volledige verbranding.
Rendement
Bij verwarmen treedt vrijwel altijd warmteverlies op, want meestal komt niet alle warmte terecht
op de plaats van de gewenste bestemming.
We spreken van het rendement (of: nuttig effect) van een verwarmingsinstallatie.
Het rendement is het gedeelte van de toegevoerde warmte dat uiteindelijk effectief gebruikt
wordt voor de opwarming. Het rendement drukken we meestal uit in een percentage. Zo heeft
een cv-ketel een bepaald rendement, bijvoorbeeld 90% voor een HR-ketel.
Elektriciteitscentrale
We verstoken veel brandstof om elektriciteit op te wekken.
Dat gebeurt in een elektriciteitscentrale.Ook een centrale werkt met een bepaald rendement:
ze zet slechts een gedeelte van de verbrandingswarmte om in elektrische energie.
Bij alle onderdelen van een centrale treden energieverliezen op.
Tot ca. 1980 was een rendement van 42% gebruikelijk voor een brandstofgestookte
elektriciteitscentrale. Tegenwoordig haalt men 50, zelfs 55%, een grote vooruitgang.
Feit blijft dat slechts ongeveer de helft van de energie van de brandstof omgezet wordt in
elektrische energie! De rest gaat verloren als afvalwarmte.
Een nieuwe Eneco-centrale in Rotterdam Europoort, die in 2010 operationeel moet zijn, zal
een rendement hebben van bijna 70%.
De milieuvriendelijkste centrale van Nederland komt in Europoort
Rotterdam, 21 november 2006 - ENECOGEN neemt unieke NOx emissiebeperkende maatregelen voor
de gasgestookte elektriciteitscentrale die in het Europoortgebied is gepland.
Tevens studeert ENECOGEN op vergaande emissiebeperkingen door CO2 af te vangen met
gebruikmaking van een revolutionaire techniek.
NOx emissie beperkende maatregelen
Met de provincie Zuid-Holland zijn afspraken gemaakt over NOx emissie beperkende maatregelen.
ENECOGEN zal investeren in een zogenaamde Selectieve Katalytische Reductie installatie (SCR),
waardoor de NOx emissies 80% lager kunnen zijn dan zonder SCR.
Deze techniek wordt in de Verenigde Staten al bij gasgestookte centrales toegepast, maar in Europa nog
niet. Met de investering in een SCR zal ENECOGEN de meest milieuvriendelijke grootschalige (840
MegaWatt) elektriciteitscentrale van Nederland zijn.
Pagina 26
Sk-05 Chemische Reacties
In het industriegebied Rijnmond staat de luchtkwaliteit onder druk door de omvangrijke industriële
activiteiten, het verkeer en de scheepvaart. De NOx concentratie in de lucht is hierdoor een van de
hoogste van Europa en beperkt de economische groeimogelijkheden van de regio. Om ook in de
toekomst
aan de landelijke normen voor de luchtkwaliteit te kunnen voldoen, is het in de Rijnmondregio van
belang dat de luchtkwaliteit verbetert. Alleen hierdoor kan duurzaam aan groei gewerkt worden en
kunnen belangrijke projecten, zoals de tweede Maasvlakte, op een verantwoorde wijze ingepast worden.
Als belangrijke speler in de infrastructuur in de Rijnmondregio wil ENECOGEN haar steentje bijdragen
aan de luchtkwaliteit en daarmee aan de economische groeimogelijkheden. ENECOGEN pleit er samen
met de provincie Zuid-Holland en de DCMR Milieudienst Rijnmond voor om niet alleen in Rijnmond
maar landelijk scherpere NOx eisen voor alle elektriciteitscentrales in te voeren. Met de investering in de
SCR toont ENECOGEN aan dat dergelijke maatregelen technisch en economisch mogelijk zijn.
Verdergaande emissiebeperking
Teneinde de emissie van het broeikasgas CO2 te verminderen en een extra bijdrage te leveren aan de
Nederlandse Kyoto doelstellingen studeert ENECOGEN op een innovatieve methode om CO2
af te vangen uit de rookgassen met cryogene destillatie. Deze methode heeft potentieel een veel lager
energieverbruik dan
het tot nu toe gebruikte proces en kent daarnaast een hoger afvang rendement.
Voor de cryogene destillatie wordt gebruik gemaakt van de oude in de LNG van de naastgelegen LNG
terminal van LionGas, een dochtermaatschappij van het wereldwijd opererende Rotterdamse 4gas, als
een motor voor het proces. Bij gunstige studieresultaten is het mogelijk deze techniek later als pilot
project
en vervolgens op volledige schaal aan de ENECOGEN centrale toe te voegen. In dat geval komt er bij
ENECOGEN alleen nog lucht uit de schoorsteen. Voor meer informatie over cryogene destillatie zie:
www.enecogen.nl.
Het cryogene destillatieproces vangt alleen de CO2 af uit de rookgassen. Daarna moet het nog
opgeslagen worden. Parallel aan het ontwikkelen van dit proces wil ENECOGEN daarom de komende
tijd samen met de overheid en andere organisaties nadenken over het transport en de opslag van de CO2.
Door gebruik warmte extra hoog rendement
De ENECOGEN centrale gaat zondermeer al efficiënt om met de brandstof gas.
Daarnaast bestuderen ENECOGEN en LionGas gezamenlijk mogelijkheden om de totale energiebalans
van beide installaties verder te optimaliseren. Bijvoorbeeld door restwarmte uit ENECOGEN te leveren
aan LionGas. Hierdoor kan een rendement worden verkregen van bijna 70%. Dit rendement kan nog
verder worden verhoogd indien in de toekomst ook warmte aan andere afnemers in de omgeving kan
worden
geleverd.
Planning
Afhankelijk van de investeringsbeslissing wordt verwacht dat ENECOGEN in 2010 operationeel zal zijn.
Onvolledige verbranding
We zijn tot nu toe uitgegaan van volledige verbranding.
Dit houdt in dat bij verbranding van koolwaterstoffen uitsluitend CO2 en H2O ontstaan.
Onvolledige verbranding van een brandstof houdt in dat de stof slechts gedeeltelijk verbrandt.
Onvolledige verbranding vindt in het algemeen plaats bij een tekort aan zuurstof. Ook de
temperatuur kan een rol spelen.
Bij onvoldoende zuurstofverbruik verbranden koolwaterstoffen onvolledig.
Er ontstaat C (roet) en CO naast CO2. Bovendien kunnen bij hoge temperatuur C en CO2
met elkaar
reageren tot CO (koolstofmono-oxide).
Dit gas, in het dagelijks spraakgebruik beter bekend als koolmonoxide (ook wel 'kolendamp'),
is een kleurloos, reukloos en giftig gas.
Pagina 27
Sk-05 Chemische Reacties
Onvolledige verbranding van methaan
Bij de onvolledige verbranding van methaan vinden de volgende reacties naast elkaar plaats:
De mate waarin één of enkele van deze reacties de overhand hebben, hangt af van de
hoeveelheid beschikbare zuurstof en van de temperatuur.
Bijzondere verbrandingen
Springstoffen
Het is niet altijd zo dat de zuurstof, die nodig is voor een verbranding, in de vorm van
moleculaire zuurstof moet worden geleverd. Sommige stoffen halen de benodigde zuurstof uit
de eigen moleculen (soms wel inwendige verbranding genoemd). Er kan dan een zeer snelle
verbranding optreden. Als er dan ook nog veel warmte vrijkomt en veel gas wordt
geproduceerd, krijgen we een explosie (de vrijkomende gassen veroorzaken een schokgolf).
Een voorbeeld is het explosieve glyceryltrinitraat (nitroglycerine, de werkzame stof in dynamiet
). Het ontleedt al onder invloed van een lichte schok:
Lucifers, klappertjes, buskruit en vuurwerk
Stoffen die bij verhitting zuurstof als ontledingsproduct hebben, maar die zelf niet brandbaar
zijn, worden gebruikt om in een mengsel met een brandbare stof snelle verbrandingen of
explosies te veroorzaken.
Een bekend voorbeeld is kaliumchloraat (KClO3). In combinatie met zwavel komt dit voor in
een luciferskop; in combinatie met fosfor in klappertjes. Het kaliumchloraat levert de zuurstof
nodig voor de verbranding. Bijvoorbeeld:
Buskruit is een bepaald mengsel van KNO3 met koolstof en zwavel. In vereenvoudigde vorm
is de explosievergelijking als volgt weer te geven:
Pagina 28
Sk-05 Chemische Reacties
Een proefje dat het principe illustreert (zonder al te veel gevaar) is het verhitten van kalium- of
natriumnitraat, waaraan dan een beetje zwavelpoeder of koolstofpoeder wordt toegevoegd.
Er treedt dan een felle (licht explosieve) verbranding op.
Vuurwerk bevat behalve stoffen als KClO3, KNO3 en brandstoffen ook kleurmakers,
rookmakers en dergelijke.
Reactie van magnesium met kooldioxide
Dat ook de aard van de brandstof een rol speelt wordt duidelijk uit de reactie van magnesium
met kooldioxide.
In deze reactie reageert het magnesium na thermische activering heftig met kooldioxide (in
een omgeving van alleen kooldioxide).
De reactieproducten zijn magnesiumoxide en koolstof:
Video van de reactie tussen magnesium en koolstofdioxide:
https://youtu.be/wqErrNvns4o?rel=0
Pagina 29
Sk-05 Chemische Reacties
Toets
Toets
kn.nu/8nd3m
Als je antwoorden moet invullen, zorg dan dat je je antwoorden controleert op spelfouten.
Als je de toets hebt afgerond, kun je op de knop 'Bewijs van deelname/Overzicht' drukken.vJe
krijgt eerst een overzicht van het aantal goede en foute vragen te zien. Als je verder scrolt, kom
je bij een samenvatting. Hier staan de vragen, het antwoord dat jij hebt gegeven en het juiste
antwoord op de vraag. Daarnaast krijg je bij de meerkeuzevragen nog een stukje achtergrond
informatie bij de foute antwoorden en vaak ook bij de goede antwoorden.
Benodigde tijd voor de toets ca. 20 minuten.
Veel succes!
e
(Havo-examen 1979 2 tijdvak)
X is een gasvormige koolwaterstof.
Op grond van een experiment heeft men het volgende gedeelte van de
verbrandingsvergelijking kunnen opstellen:
2 X + 7 O2 --> 4 CO2 + .... H2O
Leid hieruit af welk getal voor H2O gestaan moet hebben en wat de formule van
X is.
a. getal voor H2O : 5
formule van X is: C4H10
b. getal voor H2O : 6
formule van X is: C4H12
c. getal voor H2O : 6
formule van X is: C2H6
d. getal voor H2O : 5
formule van X is: C2H5
e
(Havo-examen 1979 1 tijdvak)
Een blauwe verbinding wordt verhit zonder dat zij met lucht kan reageren.
Er ontwijkt een gas dat kalkwater troebel maakt.
In de reageerbuis blijft een zwarte stof achter.
Beschouw de volgende uitspraken:
I De blauw stof is ontleed.
II De zwarte stof is een element.
Pagina 30
Sk-05 Chemische Reacties
a. uitsluitend I
b. noch I, noch II
c. zowel I als II
d. uitsluitend II
Welke van de onderstaande reactievergelijkingen geeft een vormingsreactie
weer?
a. H2 + Cl2 ---> 2 HCl
b. 2 NH3 --> N2 + 3 H2
c. H2 + C2H4 --> C2H6
d. NH4Cl --> NH3 + HCl
e
(mavo examen 1973 1 tijdvak)
De juiste vergelijking voor de ontleding van salpeterzuur in water,
stikstofdioxide en zuurstof luidt:
a. 2 HNO3 ---> H2O + NO2 + O2
b. 2 HNO3 ---> H2O + 2 NO2 + O2
c.
HNO3 ---> H2O + NO2 + O2
d. 4 HNO3 ---> 2 H2O + 4 NO2 + O2
e
(Havo-examen 1981 1 tijdvak)
Gegeven:
I
de reactie
N2 + O2
---> 2 NO
II
de reactie
2 NO + O2 ---> 2 NO2
is endotherm
is exotherm
-------------------------------------------------------------------------III
de somreactie N2 + 2 O2 --> 2 NO2
is endotherm
Maak de juiste keuze bij (1) en (2)
Bij reactie III (de somreactie) is energie nodig / komt energie vrij (1)
Deze hoeveelheid energie( per mol N2) is groter / kleiner (2) dan bij reactie I.
a. (1) is energie nodig
(2) kleiner
b. (1) komt energie vrij
(2) kleiner
c. (1) komt energie vrij
(2) groter
d. (1) is energie nodig
(2) groter
e
(Havo-examen 1980 1 tijdvak)
Welke van de onderstaande (kloppende) reactievergelijkingen geeft de omzetting
van zetmeel in glucose weer?
Pagina 31
Sk-05 Chemische Reacties
a.
b.
c.
d.
Vul de ontbrekende woorden in.
Een ontledingsreactie onder invloed van warmte heet: _______________.:
Een ontledingsreactie onder invloed van licht heet: _______________.
Een ontledingsreactie onder invloed van elektrische stroom heet: _______________.
Propaan wordt onvolledig verbrand.
Wat is de juiste reactievergelijking?
a. C3H8 + 7 O2 ---> 3 CO + 4 H2O
b. 2 C3H8 + 7 O2 ---> 6 CO +8 H2O
c. C3H8 + O2 ---> 3 CO + H2O
d. C3H8 + O2 ---> CO + H2O
Pagina 32
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 33
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 34
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 35
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 36
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 37
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 38
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 39
Sk-05 Chemische Reacties
Pagina 40
Sk-05 Chemische Reacties
Gegeven:
wit kopersulfaat is CuSO4(s)
blauw kopersulfaat is CuSO4.5H2O(s)
voor het oplossen van de twee stoffen in water geldt het volgende energie-effect:
-
de oplosenergie van wit kopersulfaat is - 60 kJ per mol
-
de oplosenergie van blauw kopersulfaat is +10 kJ per mol
De omzetting van 1 mol wit kopersulfaat met net voldoende water in 1 mol blauw
kopersulfaat gaat gepaard met een merkbaar energie-effect (= ?U). Dit proces
kan op de gebruikelijke wijze weergegeven worden door één van de volgende
twee energiediagrammen.
Welke rij in de antwoordtabel geeft de juiste antwoorden op de volgende drie
vragen:
Welk energiediagram geeft de omzetting op de juiste manier aan?
Welke (absolute) waarde heeft ?U in dit diagram?
Is deze omzetting van wit kopersulfaat in blauw kopersulfaat exotherm of
endotherm?
Pagina 41
Sk-05 Chemische Reacties
a. B
b. C
c. D
d. A
e
(havo-examen 1981 2 tijdvak)
Iemand verhit voorzichtig een hoeveelheid witte vaste stof in een reageerbuis.
o
De stof smelt bij 180 C. Tijdens het smelten verandert de temperatuur niet.
o
Bij verder verhitten ontstaan bij 300 C een gas en een zwarte stof.
Op grond van bovenstaande waarnemeningen kan men vaststellen dat de witte
vaste stof
a. een mengsel van een element en een verbinding is.
b. een mengsel van twee elementen is
c. een element is
d. een verbinding is
Vier voorbeelden van elementen zijn:
a. He, Cl , NaI, Ba
b. Ne, H2, P4, Mg
c. H2O, BaO, N2O, H2O2
d. Ar, H2O, S8, Cu
Vul de ontbrekende woorden in:
Bij de volledige verbranding van etheen, reageert etheen met _______________ en
ontstaat er _______________ en _______________
Pagina 42
Sk-05 Chemische Reacties
Over dit lesmateriaal
Colofon
Vakinhoudelijk deel van een thema over chemische reacties, omgezet in een Wikiwijs arrangement
vanuit een prototype van een kennisbank scheikunde van het voormalige Ruud de Moor Centrum
van de OU. Oorspronkelijke auteurs en samenstellers van de kennisbank: Jan de Dobbelaere, Ingrid
Holtkamp en Jan Lutgerink. Aanpassingen door Dick Naafs en Jan Lutgerink.
We werken de kennisbank sinds 2010 niet meer bij, maar we doen dit wel voor thema's die we
hebben omgezet in Wikiwijs arrangementen. U kunt mailen naar Jan Lutgerink als u voorstellen
heeft voor aanpassing, maar u kunt ook een kopie van het arrangement maken om het zelf aan te
passen of uit te breiden voor gebruik in de les of voor zelfstudie door leerlingen. In een digitale
handleiding kunt u zien hoe u dat moet doen.
De kennisbank is ooit opgezet voor ondersteuning van beginnende docenten scheikunde. Ze
bestond ook uit meerdere kennislagen: vakinhoud, vakdidactiek, toetsen, etc. De vakinhoud
beschreven we als minimale parate kennis die een beginnend docent moet hebben om het vak te
kunnen geven. Daaraan koppelden we didactische aanwijzingen en - waar relevant - kennis over
preconcepten en misconcepten bij leerlingen.
Sommige teksten zijn wellicht ook voor leerlingen geschikt, maar dat was niet de opzet van de
kennisbank. We laten het aan de docent(e) over of dit materiaal geschikt is voor bijvoorbeeld
zelfstudie van zijn/haar leerlingen.
Auteurs
Jan Lutgerink ; Dick Naafs
Laatst gewijzigd
29 januari 2016 om 14:12
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons
Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder
de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij
bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk
medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken
te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland
licentie
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Leerniveau
VMBO gemengde leerweg, 2; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 1; VWO
2; VMBO kaderberoepsgerichte leerweg, 2; VMBO basisberoepsgerichte
leerweg, 4; VMBO gemengde leerweg, 3; VMBO basisberoepsgerichte
leerweg, 1; VMBO theoretische leerweg, 1; HAVO 4; HAVO 1; VMBO
theoretische leerweg, 4; VWO 6; VMBO gemengde leerweg, 1; VMBO
theoretische leerweg, 2; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 2; HAVO; VWO
Pagina 43
1; VWO; HAVO 3; VWO 3; VMBO; HAVO 5; VWO
VMBO theoretische
Sk-054;Chemische
Reacties
leerweg, 3; VMBO basisberoepsgerichte leerweg, 3; VMBO
kaderberoepsgerichte leerweg, 4; HAVO 2; VMBO gemengde leerweg, 4;
Leerinhoud en
Scheikunde;
doelen
Eindgebruiker
leraar
Moeilijkheidsgraad gemiddeld
Studiebelasting
0 uur en 50 minuten
Trefwoorden
amorf, amorfe koolstof, anorganische vebinding, anorganische vebindingen,
atoomsoort, atoomsoorten, beginstof, beginstoffen, blussen, brand, brandstof,
brandstoffen, buskruit, chemie, chemische reactie, chemische reacties,
coefficient, coefficienten, diamant, dynamiet, edelgas, edelgassen, effecten
tijdens het verloop van reacties, elektrolyse, element, elementen, endotherm,
endotherme reactie, endotherme reacties, energetische effecten, energieeffect, exotherm, exotherme reactie, exotherme reacties, explosie, fotografie,
fotolyse, fullereen, grafiet, halogeen, halogenen, koolstofverbinding,
koolstofverbindingen, lavoisier, lichtgevoelig, macroscopisch, massabehoud,
massaverhouding, metaal, metalen, microscopisch, molecuulformule,
molecuulformules, niet-ontleedbare stof, niet-ontleedbare stoffen,
ontbrandingstemperatuur, ontleding, ontledingsproduct, ontledingsproducten,
ontledingsreactie, ontleedbaarheid, ontleedbare stof, ontleedbare stoffen,
onvolledige verbranding, organische verbinding, organische verbindingen,
oxidatie, oxidatiereactie, oxidatiereacties, oxidaties, oxide, processen/reacties,
proust, pyrolyse, reactant, reactanten, reactie, reactiepijl, reactieproduct,
reactieproducten, reacties, reactieschema, reactietype, reactietypen,
reactievergelijking, reactievergelijkingen, rendement, scheikunde, springstof,
springstoffen, thermolyse, toestandsaanduiding, uitgangsstof, uitgangsstoffen,
verbinding, verbindingen, verbranding, verbrandingsreactie,
verbrandingsreacties, verbrandingswarmte, vergelijking, vergelijkingen,
volledige verbranding, vorming, vormingsreactie, vormingsreacties,
vuurverschijnsel, vuurverschijnselen, vuurwerk, warmte-effect
Bronnen
Bron
Type
Sieger Kooij geeft uitleg...e en endotherme reacties.
https://youtu.be/b-eTpxR225Q
Video
Proefje: Ontleding van kw...xide in kwik en zuurstof.
https://youtu.be/0y9NOyTgJ88?rel=0
Video
Elektrolyse van water met het toestel van Hoffman.
https://youtu.be/dHfevURG2gM?rel=0
Video
Proefje: De fotolyse van zilverchloride.
https://youtu.be/KY7sI0q4ZYk?rel=0
Video
Proefje: de ontleding van ammoniumdichromaat.
https://youtu.be/nyjIPOkZ_1U?rel=0
Video
Gebruikte Wikiwijs Arrangementen
Pagina 44
Sk-05 Chemische Reacties
Naafs, Dick. (z.d.). Sk-05 toets.
https://maken.wikiwijs.nl/52806/Sk_05_toets
Pagina 45
Sk-05 Chemische Reacties