Alg. en Tech Scheikunde 1Bbi Samenvatting

Alg. en Tech Scheikunde 1Bbi
Samenvatting
Thomas Goossens
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Deel 1: De Materie
Begrip
Uitleg
alfa-straling
Uitgestoten Heliumkernen Klein penetrerend
vermogen. Positief geladen
Z-2, N-2, A-4
beta straling
Snelle elektronen uitgestoten door bepaalde
onstabiele atoomkernen (Negatief)
Z+1, N-1, A=
(Positron emissie:
Z-1, N+1, A=)
gamma straling
Elektromagnetische straling: zeer gevaarlijk.
Afkomstig van een p <-> n omzettingen in onstabiele
atoomkernen. (Neutraal)
e (elektronenlading)
De kleinste elementaire lading die in de natuur
voorkomt.
e=1,602 .10^-19 C
Massagetal A
A = Z + N = aantal protonen + aantal neutronen
Neutronengetal N
Aantal neutronen
Atoomnummer Z
Aantal elektronen = aantal protonen
Isotopen van een element X
Het aantal neutronen van eenzelfde element kan
verschillen
NA (Het getal van avogadro)
NA = 6,0221 . 10 ^ 23 mol^(-1)
Atomaire massa eenheid
1/12 de deel van de absolute massa van 1 atoom van
het referentie-isotoop
Relatieve deeltjesmassa
R(x) van een deeltje X is de onbenoemde verhouding
tussen de absolute massa van 1 deeltje tot de
atomaire massa-eenheid u.
R(X) = abs massa/u
Relatieve atoommassa
Het gewogen gemiddelde van de releatieve
massa’s van de isotopen van dat element met als
wegingsfactoren de percentages van die isotopen in
geonormale samenstelling
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Bron.
1 mol
Het aantal atomen 12C6 in exact 12 g = het getal van
avogadro
Na = 6,0221 . 10 ^(23) deeltjes per mol
Molaire massa (molmassa)
M(X) van een soort deeltjes X is de massa van juist
1 mol deeltjes in g/mol = relatieve deeltjesmassa
(kwantiatief)
Gram-deeltje
de hoeveelheid materie die juist 1 mol van die
deeltjes bevat.
De hoeveelheid materie die exact 1 mol bevat,
d.i. een aantal gelijk aan het getal van Avogadro,
waarvan de totale massa gelijk is aan M., d.i even
veel gram als aangegeven door de onbenoemnde
relatieve massa
Massaspectrometer
Zie p. 36 De Materie
Massadefect
Als je de massa van een willekeurige atoomkern
vergelijkt met die van de afzonderlijke kerndeeltjes > massa van de kern is kleiner. Bij de vorming van
de kern is een deel van de massa van de deeltjes =|
massadefect| omgezet in energie*-> warmte
m(X) - Z. m(e-) < Z. m(p+) + (A-Z) m(n°)
Bindingsenergie
* Eenzelfde hoeveelheid energie moet geinvesteerd
worden om de kern te doen splitsen in afzonderlijke
kerndeeltjes.
Bindingsenergie= maat voor stabiliteit van de kern
=
Totale bindingsenergie
Stijgt in absolute waarde monotoon met het aantal
kerndeeltjes (niet lineair)
Bindingsenergie per
kerndeeltje
gaat in absolute waarde door een maximum rond 56
Fe -> stabielste atoomkernen
● Zwaardere kernen -> kernfissie
● Lichtere kernen -> kernfusie
Om stabiele toestand te bereiken (kerndeeltjes van
nieuwe atomen zijn sterker gebonden)
Het PSE
●
Groepen (verticaal)
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
○
○
●
●
Ionen
●
=# valentie-elektronen
olieGelijkaardige chemische
eigenschappen (in verschillende
gradatie)
Perioden (horizontaal)
○ Triaden (Fe-Co-Ni) : vertonten
horizontaal meer verwantschap dan
met onderburen
Diagonaal
○ Halfgeleiders
○ Halfmetalen
Een atoom of groep van atomen waarin als
gevolg van een onevenwicht tussen het totaal
aantal p+ en e- -> lading (geheel veelvoud
van e)
○ Enkelvoudige ionen: 1 atoomkern
■ Kationen: positief
■ Anionen: Negatief
○ Polyatomische ionen: meerdere “”
■ Moleculaire ionen ontstaan
wanneer moleculen als geheel
e- opnemen of afstaan
■ Samengestelde ionen : NH4+
■ Complexe ionen:
● Een kernatoom
(metaalion)
● Symmetrisch omringd
door liganden
Ligand
Een ligand is een molecuul of een ion dat een vrij
elektronenpaar heeft, dat gebruikt kan worden om
een binding te vormen met een metaal of een metaalion.
Effectief atoomnummer
De echte kernlading gecorrigeerd voor de
afscherming door de andere elektronen in dieper
liggende schillen.
Stabiele
elektronenconfguratie
●
●
Representatieve elementen streven de
edelgasconfiguratie na
○ Metalen (elektopos.) : Zoveel eafstaan als nodig om e-config te
bereiken
○ N-Metalen: Opnemen van eOvergangsmetalen & inwendige
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
overgangselementen kunnen edelgasconfig
niet meer bereiken
Vanderwaalsafstand (radius)
De afstand tussen de kernen van 2 naburige
atomen die geen chemische binding aangaan. Deze
afstand wordt bepaald door een evenwicht tussen
de vanderwaalskrachten en de afstoting van de ewolken.
radius:
Covalente straal
De covalente straal is de straal die een atoom
aanneemt als het zich chemisch bindt aan een ander
atoom
Ionisatie-energieën
De energie nodig voor het onttrekken van een e- ter
vorming van een positief ion. eV/ atoom of kJ/mol
1eV/atoom = e. Na J/Mol
De regel van Hund
De regel stelt dat orbitalen van hetzelfde
energieniveau zoveel mogelijk met ongepaarde
elektronen opgevuld wordt. Deze ongepaarde
elektronen bezitten ook steeds dezelfde spin.
Affiniteits-energieën
(elektronenaffiniteit)
De energie die nodig is voor de vorming van
negatieve ionen door het toevoegen van extra eTeken AE:
● Exotherm AE1<0: Voor elementen waarvan
anionen redelijk stabiel zijn is het toevoegen
van 1e- ~
● Endotherm AE>>0: het toevoegen van een
2de e- aan 1-waardige anionen: steeds sterk
~
Elektronegativiteit
Een maat voor de neiging van een atoom om in
verbindingen e- naar zich toe te halen.
Oxidatietrappen (getallen)
Zijn de fictieve ladingen van de atomen indien deze
atomen uitsluitend door zuiver ionische bindingen
aan elkaar zouden gebonden zijn in een fictieve
100% ionische wereld.
Onbenoemd geheel getal -> toegekend aan
een atoom in verbinding, ion -> oxidatie en
reducitefenomenen herkennen
Kubisch ruimtelijk
gecentreerd
Een krg-tralie bevat in totaal twee traliepunten:
● 8 hoekpunten die elk voor 1/8 binnen het tralie
vallen -> 1 atoom
● 1 punt in het midden van de kubus die geheel
binnen het tralie valt -> 1 atoom
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
P. 58
● 2 atomen volledig in de kubus
Kubisch vlakgecentreerd
Een kvg-tralie bevat in totaal vier traliepunten:
● 8 hoekpunten die elk voor 1/8 binnen het
tralie vallen -> 1 atoom
● 6 punten op de middens van de zijvlakken
die elk voor de helft binnen het tralie vallen ->
3 atomen
● In totaal 4 volledige atomen in de kubus
De chemische binding
Begrip
Bindingstype
- Wordt bepaald door
Uitleg
●
●
●
Ionische Binding
○ A geeft elektron(en) volledig af aan
B. Ionen ontstaan die elkaar willen
aantrekken met de coulomb kracht
○ Sterkste binding
Covalente binding
○ A & B willen beide extra elektronen
om e-config te bereiken. Stellen >=1
elektronenpaar in gemeenschap.
○ Redelijk sterke intramoleculaire
verbinding
Metaalbinding
○ Beide atomen geven 1 of meerdere
e- af. Er ontstaat een rooster van pos.
metaalionen en een zee van vrije
e- die de ionen samenbindt in het
metaalkristal
○ bindingskrachten varieren van relatief
zwak tot zeer sterk
Gewone covalente binding
Binding dmv 1, 2 of 3 gemeenschappelijke
elektronenparen
Datief/ semi-polaire covalente
Het bindende, gemeenschappelijke e-paar is volledig
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Bron
p57
binding
afkomstig van een van de betrokken atomen.
Resonantie
De binding kan enkel beschreven worden als een
mengvorm van verschillende resonantievormen
Allotropie
Het verschijnsel dat hetzelfde chemisch element in
verschillende vaste verschijningsvormen (allotropen)
kan voorkomen met een verschillend kristalstructuur.
alleen voor stoffen met dezelfde
aggregatietoestand
Polaire molecule
Een polaire verbinding is een chemische verbinding
waarin de elektronen zodanig verdeeld zijn, dat het
centrum van de negatieve ladingen niet samenvalt
met het centrum van de positieve ladingen
● Bezitten een permanente dipool
(dipoolmoment p=q.d)
Apolaire molecule
Een apolaire verbinding is een chemische verbinding
waarin de elektronen zodanig verdeeld zijn, dat het
zwaartepunt van hun negatieve lading samenvalt
met het zwaartepunt van de positieve lading. Als
gevolg daarvan zal een positief deeltje niet worden
aangetrokken of afgestoten door een apolaire
verbinding.
● Vertonen ogenblikkelijke en steeds
wisselende geinduceerde dipolen
waarvan de grootte bepaald wordt door de
polarizeerbaarheid
van de moleculen
London-dispersiekrachten
●
●
●
Zwakste krachten
Tussen geinduceerde dipolen
Altijd aanwezig
Permanente dipool
Wanneer in een molecule een 2 atomen een groot
verschil in ENW hebben zodat de ene atoom de
elektronen harder naar zicht toetrekt en dus meer
negatief wordt.
Geïnduceerde dipool
Tussen twee moleculen. Als 1 van de moleculen
met een permanente dipool elektronen van een
andere molecule afstoot zodat er een dipoolmoment
geinduceerd word.
Dipoolmoment
Gedrag van zuivere stoffen (gassen, vloeistoffen en vaste stoffen)
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Begrip
Stelsel <-> omgeving
Intensieve parameters
Uitleg
Bron
Een stuk van de materiële wereld dat werkelijk of
enkel in gedachten wordt afgebakend om het nader te
bestuderen.
De rest is omgeving
● Homogeen (1 fase)
● Heterogeen (meerdere fasen)
Parameters waarvan de waarde onafhankelijk is van
de uitgebreidheid van het stelsel
T, P, , el. geleidbaarheid, opt. brekingsindex,...
Extensieve parameters
Parameters waarvan de waarde recht evenredig is
met de uitgebreidheid van het stelsel.
massa m, mol, V, Totale energie U, entropie S
● De verhouding van 2 exensieve parameters
geeft een intensieve
Fasenregel van GIbbs
De toestand van een stelsel is eenduidig bepaald
slechts wanneer er
parameters zijn.
c: aantal componenten
- intensieve
Toestandsvergelijking
De functie die het molair volume geeft als functie van
druk, temperatuur en samenstelling.
Kritisch punt
Een punt waarbij elk onderscheid tussen vloeistof en
damp verdwijnt.
De vloeistof is heel ijl geworden en
het gas is zeer dicht geworden
waardoor er nog maar 1 fase is, superkritisch
fluidum
T> kritische temp
P> kritische druk
Tripelpunt
Een punt waarbije 3 fasen voorkomen: vast, vloeibaar
en gas
Kookpunt
Een vloeistof begint te koken als de dampspanning
groter wordt dan de omgevingsdruk.
Damp <-> gas
Damp: De gasvormige toestand van een stof bij een
temperatuur lager dan de kritische temperatuur. Hier
is het nog mogelijk om door drukverhoging de stof in
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
vloeibare of vaste vorm te krijgen
Specifieke gasconstante
De ideale gasconstante per gram gas
Constante van boltzman:
deeltje
gaconst per
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Deel 2: Chemische reacties
Begrip
Uitleg
Octaangetal (benzine)
Cetaangetal (diesel)
Limiterend reagens
Maat voor de klopvastheid van benzine. Dat is
de mate waarin de brandstof in een brandstofluchtmengsel samengeperst kan worden (met de
daarbij horende temperatuursverhoging) zonder tot
zelfontbranding te komen.
● Hoe hoger het octaangetal hoe hoger de
klopvastheid
●
Groter octaangetal bij kortere en meer
vertakte ketens
●
Hierbij geldt per definitie dat de klopvastheid
van n-heptaan 0 en die van iso-octaan(2,2,4trimethylpentaan) 100 is.
De maat voor zelfontbranding onder druk en
aanwezigheid van zuurstof octaangetal voor
benzine
● 0:
● 100: n-cetaan
Bij een niet stoechiometrisch reactiemengsel, is het
limiterend reagens het reagens dat het eerst volledig
wegreageert. ->
Vorderingsgraad
evenwicht
bij
= minimaal (mol/coefficient)
=
Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van een bepaalde stof in een
bepaald oplosmidde is de maximale concentratie bij
evenwicht
Zuren & Basen
Zuren
● Algemeen
○ In waterig milieu een stijging van H+
ionen
○ Lossen verschillende metalen op ->
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Bron.
●
●
H2 gas
Brondsted - lowry
○ Zuur = protondonor (omgezet in gejon.
base)
○ OH- zelf is een base, omdat het een
proton kan binden -> omgezet tot
H2O, (gecj zuur)
Lewis
○ Zuur = e-paar acceptor
○ H+ is zelf een zuur. Het wordt aan
een base gebonden door het e-paar
dat door de base in gemeenschap w
gegeven.
Basen
● Algemeen
○ In waterig milieu stijging van OHionen
○ Organische materialen aantasten
& Vormen met metaalionen vaak
onoplosbare neerslagen (roest)
● Brondsted - lowry
○ Base = protonacceptor (omgezet in
gejon. zuur)
● Lewis
○ Zuur = e-paar donor
Bayer Proces
Reactie om aluminiumerts te zuiveren. (Bauxiet ->
aluminiumoxide)NOG AANVULLEN
Sterke Zuren
HCl, HNO3, HClO4, H2SO4
Sterke Basen
OH- , NaOH, KOH, Ca(OH)2, H- , O2- , S2-
Amfotere oxiden
Vertonen enkel een zwak zuur of zwak basisch
karakter in reacties met sterke basen, resp. zuren.
Redoxreacties
= elektronenuitwisselingsreacties
● Oxidatie
○ e- afgifte
○ Stijging in oxidatietrap OT
● Reductie
○ e-opname
○ Daling in OT
Oxidatietrappen
ZIjn de fictieve ladingen van elk atoom indien deze
atomen alleen door zuiver ionische bindingen aan
elkaar gebonden zouden zijn
Partiële ladingen
Zijn de reële ladingen, die ontstaan als gevolg van
verschil in elektronegativiteit tussen de atomen die
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
aan elkaar gebonden zijn.
, is een kleine fracite
van de e-lading. = weerspiegeling van verschillen in
e-dichtheid in een molecule-> fys/chem eig.
Formele ladingen
Zijn de fictieve ladingen die atomen zouden
dragen in de veronderstelling van ideale apolaire
covalente bindingen. Elk binden e-paar wordt
gelijkelijk verdeeld tussen de gebonden atomen.
* Hybriden -> andere formele ladingen
* - form. ladingen -> meest EN element
* Lewis vorm met minst en laagste form ladingen ->
realistischer
Superoxiden
Een verbinding die O2- bevat
Superoxiden zijn reactieve en sterke oxidatoren,
reactiever dan peroxiden. Het O2- superoxide ion is
een radicaal, dat een ongepaard elektron
Onedel metaal
Metaal dat gemakkelijk geoxideerd word
Standaard reductiepotentiaal
EEn maat voor de druk waarmee de elektronen door
de oxidatie-halfreactie worden geleverd, of door de
reductie-halfcel worden opgezogen
2H+ + 2 e-<-> H2 (g) E0 = 0
Downs Cel (productie Na)
●
●
●
●
Chloor alkali proces met
kwik-cel
Elektrolyse van gesmolen NaCl
Mengsel van gesmolten NaCl & CaCl2
Gevormde natrium en Cl2 strikt gescheiden
(niet mer elkaar reageren)
er komt GEEN WATER aan de pas
Kathode: kwik-bad
Pekel: NaCl -> Na+ + ClNa+ -> Na-metaal -> lost op in kwik -> natriumamalgaam verhinderen dat Na reageert met het
water.
In aparte cel reageert kwikamalgaam met water ->
NaOH + H2
Hg heeft de rol van het membraan: als doorgeefluik
voor het gevormde Na-metaal (ipv ionen)
Productie van aluminium
Aluminium:
Zeer onedel -> moeilijk in gereduceerde vorm te
krijgen
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
2 processen: bauxiet(Al2O3) -> Al
1. Bayer Proces: Zuiver Al2O3 uit bauxiet halen
2. Hall & Heroult: Al2O3 -> Al-metaal
Anodiseren van aluminium
Voordelen:
● Zeer hard, slijt -en krasvast
● Mooie egale aluminiumkleur
● Goede elektrische isolatie
● Verhoogde corrosieweerstand
Gramequivalent
De massahoeveelheid materie die juist 1 mol
protonen of 1 mol elektronen kan afgeven of
opnemen.
Chemische reacties: twee overzichtsvoorbeelden
Begrip
Hard water
Uitleg
Water met hoge concentraties aan Ca2+ en Mg2+ ionen
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Deel 3: Het Chemisch Evenwicht
Begrip
Uitleg
Omrekeningformules
Evenwichtsconstante
Voor Ideaal gas reacties
Chemisch potentiaal
B
r
o
n
De gibbs-energie per mol i
P1 -> referentie 1 bar
Chemisch potentiaal van component van gasmengsel
Chemisch potentiaal voor 1 mol zuiver i bij (Ptot, T)
Thermodynamische
evenwichtsconstante
●
●
Dimensieloos
Altijd 1 BAR gebruiken
Wet van Van’t Hoff
Temperatuursafhankelijkheid van de evenwichtsconst.
Afhankelijkheden
evenwichtsconstanten
Kp: Temp. -> kan gebruikt worden bij eender welke druk
Kc: Temp. -> kan gebruikt worden bij eender welke druk
Kx: Druk & Temp ->
P-afhankelijkheid Kx
Principe van le chatelier
braun
Voorspelt in welke richting de reactie zal opgaan om - na
de opgelegde wijziging- het evenwicht te herstellen.
Temperatuursverandering P=constant
Hogere temp -> reageren in endotherme zin
Drukverandering (door volumeverandering) T=const
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Drukstijging -> reageren in richting kleiner #mol gas
Concentratieverandering
..zie p 28 deel 3
Dissociatiegraad
Teller
en noemer delen door V
Verdunningswet van ostwald
Een zwak(ke) zuur (base) is procentueel des te meer
gedissocieerd naarmate de oplossing meer verdund is.
Wanneer Ca kleiner wordt, moet de rest in de formule
stijgen om aan de evenwichtsvoorwaarde te voldoen.
Om de breuk
te laten stijgen moet de teller groter
worden en de noemer kleiner. Dit gebeurt wanneer de
dissociatiegraad stijgt
Zuur-base neutralisatie
Stelling 1 Een zuur en een base neutraliseren elkaar
volledig tot een zout (+water)
Stelling 2 Een sterk zuur verdrijft een zwak zuur uit zijn
zouten (gaskamerstelling)
Stelling 3 Een sterke base verdrijft een zwakkere base uit
haar verbindingen (zouten)
Buffermengsel
Een mengsel waarvan de pH bijzonder ongevoelig is aan
beperkte toevoegingen van (zelfs) sterke zuren en basen.
Samenstelling: Geconjugeerd zuur base koppel
● Zwak zuur + een van zijn zouten
○
●
Zwakke base + een van haar zouten
○
Bij toevoeging van een zuur:
Het toegevoegde zuur protolyseert in water en vormt
H3O+-ionen. Deze verhoging van de hoeveelheid H3O+
zal dus worden tegengewerkt. Hierbij verschuift de
eerste reactie(↑) naar links. De hoeveelheid H3O+-ionen
vermindert dus weer.
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
De toegevoegde H3O+ samen met de OH- reageren ( ),
deze OH- zal dus gedeeltelijk uit de reactie verdwijnen.
Deze daling van het aantal OH--ionen zal ook weer
worden tegengewerkt; En zullen gedeeltelijk terug worden
aangemaakt
Titratieformule bij
equivalentiepunt
Het equivalentiepunt is het punt waar een exact
equivalente hoeveelheid base toegevoegd werd.
x = waardigheid van het zuur
y = waardigheid van de base
Titratie van een zwak zuur
door sterke base
●
●
Kleurindicatoren
●
●
Complexe verbinding/ion
Kleuromslag: pH = pKaH-indicator
Omslaggebied:
Is een aparte kalsse van samengestelde verbindingen
of ionen, waarin een centraal metaalion of -atoom, het
kernatoom, symmetrisch omringd wordt door een aantal
liganden in een stabiel geheel.
●
●
●
Koningswater
Equivalentiepunt en neutraal punt vallen niet meer
samen
Bufferplateau: Halverwege tussen begin en
equivalentiepunt is de [HAc] = [Ac-]: de buffer
is optimaal en de stijging dus minimaal (goede
buffer)
Kernatoom: Centrale metaalatoom of ion.
Het kernatoo mis een atoom van groep 3A of
overgangsmetalen.
Liganden: de moleculen of ionen die door datieve
semipolaire covalente bindingen gebonden zijn
aan het kernatoom lewis basen
Coordinerend / brugatoom Is een atoom van
het ligand dat rechtstreeks gebonden is aan het
kernatoom. Het aantal coordinerende atomen rond
1 kernatoom =coordinatie (2, 4 of 6) = gellinkt
met geometrie
Lost goud op
Goud = zeer edel (moeilijk oxideerbaar)
Koningswater: HCl + HNO3
● HNO3: zeer sterk oxidatiemiddel
○ Au -> Au 3+
● HCl -> Cl- ionen
Complexering van de Au 3+ ionen
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul
Au3+ + 4 Cl- -> AuCl4 - (aq)
Oplosbaarheid S
&
Oplosbaarheidsproduct Ks
Oplosbaarheid S van een bepaalde opgeloste stof in
een bepaald oplosmiddel is de maximale concentratie bij
evenwicht
● Onverzadigde oplossing: C(elektrolyt) < S
● Verzadigde oplossing:
C(elektrolyt) = S
● Oververzadigde oplossing: C(eletrolyt) > S
Kan veranderen indien er andere stoffen in oplossing
aanwezig zijn
Oplosbaarheidsproduct Ks is de evenwichtsconstante
voor de reactie waarbij een elektrolyt oplost tot een
verzagigde oplossing en vervolgens gedissocieerd wordt
in ionen.
Moet altijd voldaan zijn
Verband voor een oplossing in zuiver water
Chemie 1Bbi Samenvatting 2010 - thomasgoossens.be/kul