GENIE Chemie KathOndvla - Leerschrift 4.2

4.2

© GENI VA N IN

Chemie

LEER SCHRIFT

IN

N

VA

©

IN

GENIE 4.2

©

VA

N

Chemie

IN

N

VA

©

INHOUD THEMA 01: ANORGANISCHE STOFKLASSEN

` HOOFDSTUK 4: De zuren

CHECK IN

12

VERKEN

13

1

Organische en anorganische stoffen

2

Het oxidatiegetal een formule te vormen

2.2 Het oxidatiegetal uit een formule

15

3.1 Van formule naar stofklasse

23

3.2 Van naam naar stofklasse

24

` HOOFDSTUK 2: De oxiden De metaaloxiden

43

Ternaire zuren

44

4

Gebruik en toepassingen van zuren

47

5

Reactiepatronen

49

2

50

1.1 pH-indicatoren

52

1.2 pH-meter

52

Buffer

53

oxidatiegetal

Wat is een zout?

54

2

Formule- en naamvorming

55

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal

55

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen

57

27

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk

28

2.2 Metalen met meerdere mogelijke

3

Waterstofzouten en hydraten

58

4

Gebruik en toepassingen van zouten

60

5

Reactiepatroon

62

THEMASYNTHESE

63 65

oxidatiegetallen

29

3

De niet-metaaloxiden

31

4

Gebruik en toepassingen van oxiden

32

CHECKLIST

5

Reactiepatronen

35

5.1 Vorming metaaloxiden

35

PORTFOLIO

5.2 Vorming niet-metaaloxiden

36

©

` HOOFDSTUK 3: De hydroxiden

54

1

27

28

50

pH en de zuurtegraad van een oplossing

` HOOFDSTUK 6: De zouten

VA

2

Binaire zuren

3

1

21

22

Wat is een oxide?

2

20

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

1

42

N

3

berekenen

Wat is een zuur?

` HOOFDSTUK 5: Zuurtegraad van een oplossing

18

2.1 Het oxidatiegetal gebruiken om

15

1

IN

` HOOFDSTUK 1: Verdere indeling van de materie

42

CHECK IT OUT

66

AAN DE SLAG

67

OEFEN OP DIDDIT

37

1

Wat is een hydroxide?

37

2

Formule- en naamvorming

38

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal

38

2.2 Metalen met meerdere mogelijk oxidatiegetallen

39

3

Gebruik en toepassingen van hydroxiden

40

4

Reactiepatroon

41

THEMA 02: ORGANISCHE STOFKLASSEN CHECK IN

78

VERKEN

79

3

` HOOFDSTUK 1: Organische chemie of koolstofchemie

80

Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

80

2

Notatiemogelijkheden van een organische stof

83

2.1 Brutoformule

83

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule

83

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur 85 3

De stofklassen

CHECK IN

124

VERKEN

125

` HOOFDSTUK 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa

IN

1

THEMA 03: CHEMISCH REKENEN

88

` HOOFDSTUK 2: Alkanen

90

1

Atoommassa

126

2

Molecuulmassa

128

3

Formulemassa

129

` HOOFDSTUK 2: De mol en het getal van Avogadro 131

Formule en systematische naam

90

2

Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

95

1

De mol als eenheid en de molaire massa

131

2.1 Fysische eigenschappen

95

2

Omrekeningen gram/mol/aantal deeltjes

137

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

98

` HOOFDSTUK 3: Stoichiometrische vraagstukken

141

N

1

A

Methaan

B

Ethaan

Propaan en n-butaan

101

n-octaan

103

C

98

101

1

De molverhouding

141

2

Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

143

` HOOFDSTUK 4: Concentratie van een oplossing

147

VA

D

` HOOFDSTUK 3: Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen 104 1

2

1

Wat is een concentratie van een oplossing? 147

Alkenen

105

2

Massaconcentratie

149

1.1 Etheen

105

3

Molaire concentratie

151

1.2 Propeen

106

4

Oplossingen verdunnen en indampen

155

Alcoholen

106

5

2.1 Methanol

108

Oplossingen met verschillende concentraties van opgeloste stof mengen

158

2.2 Ethanol

109

Carbonzuren

111

3.1 Methaanzuur

112

3.2 Ethaanzuur

112

©

3

THEMASYNTHESE

114

CHECKLIST

116

PORTFOLIO

` HOOFDSTUK 5: Chemisch rekenen met gassen 1

Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

160 160

THEMASYNTHESE

163

CHECKLIST

165

CHECK IT OUT

117

PORTFOLIO

AAN DE SLAG

118

CHECK IT OUT

166

AAN DE SLAG

167

OEFEN OP DIDDIT

OEFEN OP DIDDIT

4

126

THEMA 04: POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

THEMA 05: REACTIESOORTEN

CHECK IN

184

VERKEN

185

186

Het dipoolkarakter van water

186

2

De elektronegativiteit

188

3

Polariteit van de binding

190

4

Polariteit van moleculen

192

198

233

Invloed van massa en polariteit op het kookpunt van een stof

198

2

Intermoleculaire krachten

200

2.1 De Londonkracht of Londondispersiekracht

200

2.2 Dipoolkracht

202

Ionuitwisselingsreactie versus redoxreactie 235

2

Classificatie ionuitwisselingsreacties aan de hand van waarnemingen

` HOOFDSTUK 2: Ionuitwisselingsreacties van dichtbij bekeken 1

2

3

VA

203

` HOOFDSTUK 3: Oplosbaarheid en geleidbaarheid van stoffen

206

235

1

4

237

241

Algemene notatie

241

1.1 Visuele weergave

241

1.2 Weergave met behulp van reactievergelijkingen

243

Neerslagreacties

246

2.1 Oplosbaarheid in water: gebruik van de oplosbaarheidstabel

246

N

1

2.3 Waterstofbruggen

VERKEN ` HOOFDSTUK 1: Soorten chemische reacties

1

` HOOFDSTUK 2: Intermoleculaire krachten

232

IN

` HOOFDSTUK 1: Polaire en apolaire moleculen

CHECK IN

2.2 Neerslagreacties opstellen

247

Gasontwikkelingsreacties

249

3.1 Veelvoorkomende gassen in chemische reacties

249

3.2 Gasontwikkelingsreacties opstellen

250

Neutralisatiereacties

252

1

Oplosbaarheid van ionverbindingen in polaire en apolaire oplosmiddelen

206

2

Oplosbaarheid van moleculaire verbindingen

210

3

Ionisatie van zuren en ammoniak

213

3.1 Ionisatie van zuren

214

1

Redoxreacties ontleden

256

3.2 Ionisatie van ammoniak

216

2

Redoxreacties opstellen

260

Verband tussen zuurtegraad en concentratie van protonen

216

©

4

THEMASYNTHESE

220

CHECKLIST

222

PORTFOLIO CHECK IT OUT

223

AAN DE SLAG

224

OEFEN OP DIDDIT

` HOOFDSTUK 3: Redoxreacties van dichtbij bekeken

256

THEMASYNTHESE

265

CHECKLIST

266

PORTFOLIO CHECK IT OUT

267

AAN DE SLAG

268

OEFEN OP DIDDIT

LABO'S STEM-VADEMECUM (VADEMECUM)

5

STARTEN MET GENIE 1

Opbouw van een thema CHECK IN

CHECK IN

Meten is weten?

In de CHECK IN maak je kennis

Goede mayonaise maken is niet gemakkelijk! Wil je het zelf eens proberen? Doe 4 eierdooiers in een maatbeker. Voeg er 1 eetlepel mosterd, 1 eetlepel azijn en een snuifje zout aan toe. Klop of mix dat door elkaar met de staafmixer.

met het onderwerp van het thema.

Voeg nu traag, beetje bij beetje, 4 dL olie toe tot het geheel een homogeen mengsel vormt. De zelfgemaakte mayonaise serveer je bijvoorbeeld bij frieten, smakelijk!

In het kadertje onderaan vind

IN

Om zelf mayonaise te maken, is het belangrijk om de juiste hoeveelheden van de ingrediënten af te meten: 4 eierdooiers, 1 eetlepel mosterd, een snuifje zout …

je een aantal vragen die je op

mosterd zout

VERKEN

het einde van het thema kunt

suiker

Een hoeveelheid stof afmeten

beantwoorden.

ei olie

OPDRACHT 1

Hoe meten we een hoeveelheid stof of stofhoeveelheid? 1

Weeg 4 g keukenzout af met de balans. In welke eenheid lees je de stofhoeveelheid op de weegschaal af?

2

3

Meet 50 mL water af in een maatcilinder. In welke eenheid lees je het volume van een vloeistof af?

Breng de 50 mL water over in een erlenmeyer en los er de 4 g keukenzout in op. Kun je een eenheid bedenken om aan te duiden hoeveel keukenzout er opgelost is?

citroensap Eenheden zoals een ‘snuifje’ of een ‘eetlepel’ zullen we echter in de chemielessen niet gebruiken. In de keuken

VERKEN

kun je nog spelen met de hoeveelheden van ingrediënten, in de chemie is dat niet zo. Reagentia moeten in zeer nauwkeurige hoeveelheden worden samengevoegd. Zonder dat je het goed beseft, heb je als een echte chemicus misschien al vaak over concentraties van oplossingen nagedacht, iets wat tijdens het experimenteren in een labo heel vaak gebeurt.

` Hoe kun je te weten komen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren?

want de voorgetallen in een reactievergelijking leren ons enkel hoeveel deeltjes van het ene reagens reageren

met hoeveel deeltjes van het andere reagens. Ook bij

vloeistoffen is dat een probleem: 1 druppel water bevat bijvoorbeeld al oneindig veel moleculen water. Hoewel

we een volume water vrij exact kunnen afwegen, moeten we dat nog kunnen uitdrukken in het aantal moleculen

N

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

proberen te leggen met het aantal deeltjes van die stof,

merken dat je al wat kennis

We zoeken het uit!

124

nauwkeurig kunnen meten, moeten we nog het verband

In de verkenfase zul je

? ` En hoe ga je die stofhoeveelheden afwegen? De massa van atomen is immers veel te klein.

Hoewel we een aantal gram van een vaste stof wel vrij

water.

Om stoffen beter te doen reageren, werken we in de chemie vaak met oplossingen. Maar dan hebben we nog een probleem: de massa van de oplossing afwegen

hebt over het onderwerp

CHECK IN

leiden tot de hoeveelheid stof die daarin werd opgelost. Ten slotte zijn er de gasvormige stoffen. Ook hier kunnen

dat in het thema aan bod

we alweer een bepaald volume afmeten, maar hoeveel gasdeeltjes zijn dat dan? Bovendien is het volume van parameters zoals druk en temperatuur. We leren in dit thema voor elke stof, in eender welke aggregatietoestand, een verband te leggen tussen de stofhoeveelheid en de massa of het volume. Eenmaal

wordt hier geactiveerd.

we zover zijn, kunnen we precies berekenen welke stofhoeveelheden van de reagentia moeten worden samengevoegd om een reactie optimaal te laten verlopen, zonder dat er verspilling optreedt.

VA

De mol en het getal van Avogadro

lage druk – hoog volume

een bepaalde hoeveelheid gas afhankelijk van andere

komt. Jouw voorkennis

HOOFDSTUK 2

hoge druk – laag volume

of het volume van de oplossing afmeten zal ons nooit

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

VERKEN

125

LEERDOELEN Je kunt al:

DE HOOFDSTUKKEN

6,02 · 1023 atomen in 12 gram koolstof

L de atoommassa, molecuulmassa en formulemassa berekenen, uitgedrukt in unit.

Je leert nu:

L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro;

L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd;

De massa van een molecule of formule-eenheid is

onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan

Na het activeren van de voorkennis volgen een aantal hoofdstukken.

naar een veelvoud moleculen of formule-

eenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel

meetinstrument is immers in staat om, met zo’n

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

Een thema bestaat uit meerdere hoofdstukken. Doorheen de hoofdstukken

precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen.

1

verwerf je de nodige kennis en vaardigheden om uiteindelijk een antwoord

De mol als eenheid en de molaire massa

te geven op de centrale vraag of het probleem uit de CHECK IN.

OPDRACHT 4

Vul kolom 3 van de tabel aan met het juiste aantal eenheden. Verzamelnaam

Aantal deeltjes

een paar schoenen

een dozijn eieren

een bak bier

©

Voorwerp

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

THEMASYNTHESE

CHEMISCH REKENEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN HOOFDSTUK 2

131

SYNTHESE EN CHECKLIST We vatten de kern van het thema voor je samen in de themasynthese. Vervolgens willen we graag dat je vorderingen maakt en dat je reflecteert

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa — gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> = het

gewogen gemiddelde van alle relatieve atoommassa’s van de voorkomde isotopen

— molecuulmassa = de massa van een molecule

— de relatieve massa van een molecule = de som

van alle relatieve atoommassa's in de molecule

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen) Grootheid (aantal deeltjes) stofhoeveelheid

— stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveel-

(aantal mol)

formule-eenheid = de som van alle relatieve

(aantal gram)

atoommassa's van de formule

stofhoeveelheid

heid van een stof, dat kan in aantal deeltjes,

Symbool

stofhoeveelheid

— formulemassa = de relatieve massa van een

deeltjes

m

g

n

mol

aantal gram of aantal mol.

CHECKLIST

Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro JA

— constante van Avogadro = een grootheid

NOG OEFENEN

1 Begripskennis

symbool: NA eenheid:

— Ik kan het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van atomen.

Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

constante van Avogadro.

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

— molaire massa = molecuulmassa of

formulemassa, aangevuld met de eenheid

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie

waarin de stoffen reageren

stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

— Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

— vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

— Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

— Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties

Volg het stappenplan op p. 146.

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

beschrijven.

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen.

m g ( ) V L

— een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof

— massaconcentratie c =

— concentratie = de verhouding opgeloste stof

— molaire concentratie c =

in een hoeveelheid oplosmiddel

invullen bij je Portfolio.

per hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale volume van de oplossing

n mol (eenheid: ) V L

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

een hulpmiddel om zelf zicht te krijgen of je de

aantal gram m vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

leerdoelen al dan niet onder de knie hebt.

n=c·V

aantal mol n

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

GENIE Chemie 4.2

STARTEN MET GENIE

deeltjes mol

g mol

— molverhouding = de verhouding (in mol)

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de

` Je kunt deze checklist ook op

deeltjes mol

NA = de constante van Avogadro= 6,02 · 1023

— Ik kan uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de

op je taken en leert uit feedback. De checklist is

6

Eenheid

N

CHECKLIST

165

THEMASYNTHESE

163

CHECK IT OUT

CHECK IT OUT

Meten is weten?

In CHECK IT OUT pas je de vergaarde kennis en vaardigheden

Bekijk de video waarin 4 g ijzerpoeder en 7 g zwavel worden samengevoegd om ijzer(II)sulfide te bereiden volgens de reactie Fe + S → FeS. Die specifieke hoeveelheden zijn niet zomaar gekozen. Ze worden voorheen perfect stoichiometrisch berekend, zodat er niets overblijft van de reagentia en alles wordt omgezet naar ijzer(II)sulfide. De stofhoeveelheden werden nauwkeurig

toe om terug te koppelen naar de vragen uit de CHECK IN.

uitgerekend. Vanaf nu ben je daartoe zelf ook in staat. Ga maar eens na of de gekozen massa’s

demovideo: ijzer(II)sulfide

ijzer en zwavel correct waren.

Maar wat gebeurt er als we diezelfde proef opnieuw uitvoeren met andere stofhoeveelheden? Je leerkracht maakt in 3 verbrandingskroesjes volgende mengsels klaar om ijzer(II)sulfide te bereiden: — mengsel 1: 7 g ijzerpoeder en 4 g zwavel — mengsel 2: 7 g ijzerpoeder en 7 g zwavel

— mengsel 3: 10 g ijzerpoeder en 4 g zwavel

Je leerkracht mengt beide reagentia goed en plaatst een dekseltje op de verbrandingskroesjes. Die zet de kroesjes op een driepikkel boven de bunsenbrander en wacht tot de mengsels reageren tot ijzer(II)sulfide. Zal dat steeds even goed werken, denk je? Waarneming:

AAN DE SLAG

1

Merk je enig visueel verschil tussen de drie bekomen producten ?

2

3

een magneet. Wat kun je waarnemen?

!

2

Ag2S:

Twee van de ternaire zuren die je in thema 01 leerde kennen, hebben een massa van ongeveer 98 u. Over welke zuren gaat het?

3

Bereken de molecuul- of formulemassa van de moleculen. Noteer de waarden op één decimaal nauwkeurig.

van het thema maakt of

In de keuken kun je hoeveelheden meten of wegen om een gerecht te bereiden, maar voor een chemicus is een goede kennis van stoichiometrie onmisbaar. Zo kan die exact bepalen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren en hoe je de massa van atomen kunt berekenen.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

e

IN

MgF2:

d Fe2O3:

de oefeningen op het einde

166

c

Je leerkracht beslist of je

Is er een mengsel waarbij zowel alle zwavel als ijzer is weg gereageerd?

Besluit:

CaSO4:

b NaNO3:

kun je verder oefenen.

Na het afkoelen test je leerkracht bij de drie kroesjes of het bekomen product wordt aangetrokken door

Noteer de correcte naam van de verbindingen en bereken hun molecuul- of formulemassa. a

In het onderdeel Aan de slag

Wat kun je daaruit afleiden?

4

AAN DE SLAG

1

a

c

doorheen de lessen.

CHECK IT OUT

O2:

b S8:

H2:

d MgO: e f

g

4

SiCl4:

H2SO4:

Al(lO3)3:

Bereken de molecuul- of formulemassa van onderstaande chemische stoffen. Noteer de waarden op één decimaal nauwkeurig. a

CaCO3:

b Sil4: c

` Per thema vind je op

5

6

oefenreeksen om te leerstof

klas:

nummer:

Metalen herkennen 1

2

Hypothese

Scan de QR-code om

staan een aantal labo’s

VA

je te helpen bij

3

de hypothese.

167

om verder experimenten uit te voeren.

TIP

Ik denk dat …

AAN DE SLAG

LABO’S

Ga zelf op onderzoek! Op

Onderzoeksvraag Op basis van welke eigenschappen kun je metalen van elkaar onderscheiden?

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

N

Naam:

8

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

verder in te oefenen.

ONDERZOEK

Wat bevat het grootste aantal moleculen: 1 mol stikstofgas of 1 mol zuurstofgas?

adaptieve

LABO

Be(OH)2:

d Al2(HPO4)3:

EIGENSCHAPPEN METALEN

Benodigdheden

!

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT

Check steeds goed de veiligheidsmaatregelen en gevaren van alle stoffen en materialen! Materiaal

Stoffen

magneet

ijzer (Fe)

maatbeker

lood (Pb)

bunsenbrander kroestang

magnesiumlint (Mg) koper (Cu) zink (Zn)

inox staal (legering van Fe) aluminium (Al)

H- en P-ZINNEN

2 onbekende metalen kraantjeswater

4

2

Werkwijze

1

a

b c

d e f

2

Redoxreacties opstellen

Onderzoek welke metalen uit de lijst:

zinken in een maatbeker met water; roest vertonen;

aangetrokken worden door een magneet; buigzaam zijn;

metaal

een bepaalde kleur hebben; bunsenbrander.

Noteer je waarnemingen.

Je bestudeerde net een aantal redoxreacties, maar hoe kun je nu zelf op een

GEBRUIK BUNSENBRANDER

kroestang

snel ontvlammmen in de

correcte manier zo’n redoxreactie aanvullen en noteren? We bekijken het onderstaande stappenplan:

bunsenbrander

Houd de stukjes metaal een voor een in de vlam van de bunsenbrander.

Stap 1: Duid in alle brutoformules het OG van elk element aan.

Noteer je waarnemingen.

LABO

245

Stap 2: OXIDATIE — Teken een pijl boven de reactie vanuit de reductor.

— Zet bij de pijl 'oxidatie' en het aantal elektronen dat per element wordt

23/06/2021 12:57

afgegeven.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal afgegeven elektronen met de

©

597485_Genie CHEMIE KOV 3_1_LABOS.indd 245

ONDERZOEK 8

coëfficiënt van de reductor. Je plaatst hiervoor het aantal afgegeven elektronen tussen ronde haakjes.

Stap 3: REDUCTIE — Teken een pijl onder de reactie vanuit de oxidator.

— Zet bij de pijl 'reductie' en het aantal elektronen dat per element wordt opgenomen.

— Controleer of er een coëfficiënt nodig is om te voldoen aan de wet van behoud van atomen voor deze stof.

— Vermenigvuldig, indien nodig, het aantal opgenomen elektronen

met de coëfficiënt van de oxidator. Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen elektronen tussen ronde haakjes.

LEREN LEREN •

Stap 4: ELEKTRONENBALANS — Vermenigvuldig voor de oxidatie en de reductie het aantal afgegeven/ opgenomen elektronen met een factor zodat het aantal afgegeven elektronen gelijk is aan het aantal opgenomen elektronen.

— Je plaatst hiervoor het aantal opgenomen/afgegeven elektronen tussen

In de linkermarge naast de theorie is er plaats om zelf

vierkante haakjes.

— Controleer daarna of je de coëfficiënten van je reactie moet aanpassen.

notities te maken. Noteren tijdens de les helpt je om de

TIP Deze laatste stap vervangt de tot nu gebruikte methode waarbij we de

leerstof actief te verwerken. •

Op

coëfficiënten aanpassen op basis van de wet van behoud van atomen. Uiteraard kun je die wet nog steeds gebruiken om je antwoord te controleren.

vind je per themasynthese een kennisclip

waarin we alles voor jou nog eens op een rijtje zetten.

254

GENIE Chemie 4.2 THEMA 05

HOOFDSTUK 3

GENIE Chemie 4.2

STARTEN MET GENIE

7

2

Handig voor onderweg

In elk thema word je ondersteund met een aantal hulpmiddelen.

Kenniskader We zetten doorheen het thema de belangrijkste zaken op een rijtje in deze rode kaders.

!

IN

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT Met GENIE ga je zelf experimenteren en op onderzoek. Daarbij moet je natuurlijk een aantal veiligheidsvoorschriften respecteren. Die vind je terug in dit kader.

WEETJE

TIP

Een weetjeskader geeft extra verduidelijking of

OPDRACHT 11

uitvoeren van de onderzoeken of opdrachten.

N

illustreert de leerstof met een extra voorbeeld.

In de tipkaders vind je handige tips terug bij het

DOORDENKER

VA

Nood aan meer uitdaging? Doorheen een thema zijn er verschillende doordenkers. Niet altijd even makkelijk om op te lossen, maar het proberen waard!

Bij het onlinelesmateriaal vind je een vademecum.

Dat vademecum ̒GENIE in STEM-vaardigheden ̓ omvat:

stappenplannen om een grafiek te maken, opstellingen correct te bouwen, metingen uit te voeren …;

•

stappenplannen om een goede onderzoeksvraag op te stellen, een hypothese te formuleren …;

•

een overzicht van gevarensymbolen en P- en H-zinnen;

•

een overzicht van grootheden en eenheden;

•

een overzicht van labomateriaal en labotechnieken;

•

…

©

•

8

GENIE Chemie 4.2

STARTEN MET GENIE

GENIE EN DIDDIT Het onlineleerplatform bij GENIE Chemie 4.2 Materiaal

Lesmateriaal

IN

Hier vind je het lesmateriaal en de online-oefeningen. Gebruik de filters bovenaan, de indeling aan de linkerkant of de zoekfunctie om snel je materiaal te vinden.

Hier vind je het extra lesmateriaal bij GENIE Chemie 4.2, zoals video’s, audio’s, pdf's, ontdekplaten …

Oefeningen

De leerstof kun je inoefenen op jouw niveau. Je kunt hier vrij oefenen.

N

• •

Opdrachten

Hier vind je de opdrachten terug die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

VA

Evalueren

Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten

Meer info over diddit vind je op www.vanin.diddit.be/nl/leerling.

Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en evaluaties? Hier vind je een helder overzicht van je resultaten.

Portfolio

©

Hier kun je je eigen vaardigheden en kennis inschatten. Je leerkracht geeft vervolgens feedback op jouw zelfevaluatie – zodat je weet waar je nog extra op kunt oefenen – en kan op basis daarvan ook opdrachten geven.

E-book

Het e-book is de digitale versie van het leerschrift. Je kunt erin noteren, aantekeningen maken, zelf materiaal toevoegen ...

In de uitgave bieden we bovenop het beeldmateriaal verschillende 3D-beelden aan. DOWNLOAD 3D-APP

Denk maar aan een 3D-voorstelling van een deeltje glucose. Zo ervaar je wetenschappen op een heel nieuwe manier!

GENIE Chemie 4.2

GENIE EN DIDDIT

9

Notities

VA

N

IN

©

10

©

VA

N

IN

THEMA 01 ANORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

Spreek jij chemisch? Eind 1997 werd door het ESEF (European Science and Environment Forum) een enquête gedaan in de straten van Londen. Aan toevallige voorbijgangers werd het volgende voorgelegd:

'De industrie maakt veelvuldig gebruik van diwaterstofmonoxide. Deze chemische stof wordt in grote hoeveelheden teruggevonden in rivieren en wordt aangetroffen in voedingsmiddelen.

— Ze is het hoofdbestanddeel van zure regen. — Ze draagt bij tot erosie.

IN

Ze heeft daarnaast een grote invloed op het milieu:

— Ze verlaagt het remmend vermogen van een auto. De stof beïnvloedt ook de gezondheid van de mens:

— In gastoestand kan ze ernstige brandwonden veroorzaken. — Ze kan overvloedig zweten en braken veroorzaken. — In de longen kan ze de dood veroorzaken.

VA

N

— Ze wordt ook teruggevonden in kankercellen.'

1

Vind jij dat dat product aan een strikte reglementering zou moeten worden onderworpen of misschien zelfs

verboden zou moeten worden door de Europese Unie? En wat denken je klasgenoten? Jouw antwoord:

JA / NEE

©

Antwoord klasgenoten:

aantal leerlingen JA:

2

aantal leerlingen NEE:

Wat denk je dat de meeste mensen van Londen geantwoord hebben? Ontdek het via de

QR-code!

bijlage: enquête

? ` Zit er een logica in de naamgeving van stoffen? ` Kan een chemicus over de taalgrenzen heen duidelijk maken over welke stof die het heeft? We zoeken het uit!

12

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

CHECK IN

VERKEN

Voorstelling van chemische stoffen OPDRACHT 1

Verbind elke omschrijving met het juiste begrip. ⦁

⦁

opgebouwd uit verschillende soorten moleculen

mengsel

⦁

⦁

opgebouwd uit 1 soort atomen

enkelvoudige stof

⦁

⦁

opgebouwd uit 1 soort moleculen/formule-eenheden

samengestelde stof

⦁

⦁

opgebouwd uit verschillende atoomsoorten

IN

zuivere stof

OPDRACHT 2

Bekijk de volgende voorstellingen.

Wat kun je uit deze voorstellingen afleiden?

— Dit is een voorstelling van een zuiver(e) stof / mengsel. — Het aantal atoomsoorten is:

N

— Het aantal moleculen is:

— Dit is een voorstelling van een enkelvoudige stof / samengestelde stof.

VA

— De chemische formule die bij deze voorstelling hoort is:

OPDRACHT 3

Noteer het gevraagde. a

het symbool van het metaal met het kleinste aantal elektronen uit periode 2:

b het symbool van het deeltje met 2 bezette schillen en 7 valentie-elektronen:

de formule van het ion dat gevormd wordt als magnesium de edelgasconfiguratie bereikt heeft:

©

c

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

VERKEN

13

OPDRACHT 4

Fris je kennis rond de elektronenconfiguratie op. Teken de elektronenconfiguratie van stikstof.

IN

a

b Welke edelgasconfiguratie wil stikstof bereiken? c

Op welke manier kan stikstof deze elektronenconfiguratie bekomen?

d Wat is de symbolische voorstelling van het deeltje dat dan gevormd wordt? OPDRACHT 5

N

Via welk bindingstype worden de volgende elementen aan elkaar gebonden? En welke formule wordt er gevormd? Vul de tabel aan. Binding tussen:

atoombinding ionbinding

VA

Ca en O

Atoombinding of ionbinding?

N en H C en O

Al en Cl

OPDRACHT 6

atoombinding ionbinding

atoombinding ionbinding

atoombinding ionbinding

Formule-eenheid of molecuulformule

©

Teken de structuurformule van de atoomverbindingen uit opdracht 5.

14

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

VERKEN

HOOFDSTUK 1

Verdere indeling van de materie LEERDOELEN Je kunt al:

IN

L zuivere stoffen en mengsels van elkaar onderscheiden; L zuivere stoffen verder indelen in enkelvoudige en samengestelde stoffen;

L ionvorming van metalen en niet-metalen noteren. Je leert nu:

L de samengestelde stoffen verder indelen in anorganische en organische samengestelde stoffen;

L het begrip ‘oxidatiegetal’ toelichten en het oxidatiegetal bepalen;

enkelvoudige stoffen. We zijn gestart met

het onderzoeken van de materie. We hebben

N

L de anorganische stoffen indelen in hun stofklasse;

Vorig schooljaar lag de focus op de

L formules opstellen aan de hand van het oxidatiegetal;

de materie ingedeeld in mengsels en zuivere stoffen. De zuivere stoffen konden nog verder ingedeeld worden in samengestelde stoffen en enkelvoudige stoffen.

L de algemene principes van naamgeving bij anorganische

Dit jaar gaan we dieper in op de

VA

stoffen.

Organische en anorganische stoffen

©

1

samengestelde stoffen.

Alle stoffen die afkomstig zijn van de levende natuur worden ingedeeld bij de organische stoffen. Vetten, eiwitten, suiker … behoren allemaal tot de organische stoffen. Maar ook alle aardolieproducten behoren tot de organische stoffen. Ze ontstaan uit afgestorven kleine organismen die onder hoge druk en een hoge temperatuur in fossiele brandstoffen omgezet worden, zoals steenkool, aardolie of aardgas. Voorbeelden van organische stoffen zijn eiwitten in vlees en aardgas:

Afb. 1 Eiwitten in vlees zijn organische stoffen

Afb. 2 Aardgas is een organische stof

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

15

WEETJE Vroeger ging men ervan uit dat organische stoffen niet in een laboratorium konden worden gemaakt. In 1828 werd dat idee ontkracht: toen werd ureum, een stof aanwezig in urine, gemaakt vertrekkende van alleen maar anorganische stoffen. En er zijn zelfs een heleboel stoffen die, omwille van hun chemische structuur, tot de organische stoffen behoren, maar zelfs niet door levende organismen worden gemaakt. Dat zijn de kunststoffen.

Een andere, betere naam voor organische stoffen is koolstofverbindingen, want dat hebben al die stoffen gemeenschappelijk: ze bevatten allemaal het

IN

element koolstof. Maar de indeling ‘organische en anorganische stoffen’ is zodanig ingeburgerd dat die nog steeds wordt gebruikt.

Een andere naam voor anorganische stoffen is minerale verbindingen. Die

stoffen zijn afkomstig van de levenloze natuur. Denk maar aan bijvoorbeeld mineralen en gesteenten.

De onderstaande tabel geeft de eigenschappen van de anorganische en de

N

organische stoffen weer:

Anorganische stoffen (minerale verbindingen)

afkomstig van de levenloze natuur

Organische stoffen (koolstofverbindingen)

afkomstig van de levende of afgestorven natuur beperkte keuze uit atoomsoorten:

92 elementen van het PSE

steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O,

VA

uitgebreide keuze uit atoomsoorten:

S of X (halogenen)

beperkt aantal atomen per

aantal atomen per molecule kan

verbinding

gaan van heel weinig (4) tot enorm veel (>100 000)

totale verzameling verbindingen is

totale verzameling verbindingen is

beperkt

zeer uitgebreid

atoombindingen, ionbindingen,

voornamelijk atoombindingen

metaalbindingen

©

Tabel 1 Eigenschappen van anorganische en organische stoffen

OPDRACHT 7

Omcirkel alle anorganische stoffen. a

e

16

NaOH

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

b

f

c

C5H12

HOOFDSTUK 1

g

d

CH3OH

h

NH3

Je vindt het misschien raar dat de groep van organische verbindingen veel uitgebreider is dan die van de anorganische verbindingen. Voor de organische verbindingen kun je maar gebruikmaken van een zeer beperkt aantal elementen, terwijl je voor de anorganische verbindingen gebruik kunt maken van ongeveer alle elementen uit het PSE. Je kunt dit gemakkelijk inzien door gebruik te maken van legoblokjes. Om de organische verbindingen te vormen, kun je kiezen uit ongeveer 10 kleuren. Om de anorganische verbindingen te maken, mag je gebruikmaken van 92 verschillende kleuren legoblokjes. Hoe komt het dan dat je veel meer verschillende bouwwerken kunt maken met slechts zo’n beperkt aantal kleuren van blokjes? Je kunt misschien maar kiezen uit 10 kleuren, maar je kunt wel heel veel blokjes in eenzelfde bouwwerk steken. Voor de anorganische verbindingen, mag een bouwwerk (formule-eenheid of molecule) slechts uit een zeer beperkt aantal blokjes uitgebreid.

IN

bestaan. Daarom is de groep van de anorganische verbindingen minder

De indeling in organische en anorganische stoffen is niet altijd even

gemakkelijk. Zo zul je bijvoorbeeld CO2 waarschijnlijk bij de organische

verbindingen indelen. Het is immers afkomstig van de levende natuur – we ademen het uit – en de formule bevat ook het element koolstof.

Toch zul je ontdekken dat de stof tot de anorganische stoffen behoort. Naast

N

CO2 zijn er nog moleculen die, ook al bevatten ze het element koolstof, toch

niet tot de organische verbindingen behoren. We gaan later verder in op die uitzonderingen. WEETJE

VA

Het is niet omdat organische stoffen afkomstig zijn van levende organismen, dat er in een levend organisme geen anorganische stoffen aanwezig zijn. Zoals je kunt zien op afbeelding 3, bestaat het menselijk lichaam zelfs voor het

anorganische samenstelling 6%

grootste deel uit anorganische

organische samenstelling 24 %

stoffen: water is namelijk een

water 70%

anorganische stof.

©

Afb. 3 Ons lichaam bestaat voor 70 % uit water.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

17

Anorganische stoffen (minerale verbindingen) afkomstig van de levenloze natuur

Organische stoffen (koolstofverbindingen) afkomstig van de levende of afgestorven natuur

uitgebreide keuze uit atoomsoorten:

beperkte keuze uit atoomsoorten:

92 elementen van het PSE

steeds C, vaak H, maar vaak ook N, O, S of X (halogenen)

beperkt aantal atomen per

aantal atomen per molecule kan

verbinding

gaan van heel weinig (5) tot enorm veel (>100 000)

beperkt

totale verzameling verbindingen is

IN

totale verzameling verbindingen is atoombindingen, ionbindingen,

zeer uitgebreid

voornamelijk atoombindingen

metaalbindingen

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 67-68.

Het oxidatiegetal

N

2

Om voor samengestelde stoffen gemakkelijk de formule van een atoombinding te vormen, is het gemakkelijk om met het begrip

VA

oxidatiegetal (OG) te werken: Het oxidatiegetal is het aantal elektronen dat een atoom zou opnemen of afstaan bij overgang naar de ionaire vorm.

vademecum: chemische bindingen

Voor de ionbinding komt het oxidatiegetal overeen met de lading van het ion. Voor de elementen in een atoombinding komt dat overeen met de lading die het element zou krijgen, wanneer we zouden doen alsof het een ionbinding zou zijn. Het niet-metaal met de hoogste elektronegatieve waarde (het sterkste niet-metaalkarakter), zal een negatief oxidatiegetal krijgen en het andere niet-metaal een positief oxidatiegetal. We gaan er in thema 05 nog

©

dieper op in.

Het oxidatiegetal wordt genoteerd door een Romeins cijfer voorafgegaan door de juiste lading: — een + wanneer het element elektronen wil afstaan

— een – wanneer het element elektronen wil opnemen —

Bij de atomen van een enkelvoudige stof is het OG van elk element = 0. Bv. Fe: OG = 0 O2: OG = 0 Bij monoatomische ionen is het OG van het ion = de relatieve ionlading. Bv. Na+: OG = +I Ca2+: OG = +II

18

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

OPDRACHT 8

PERIODIEK SYSTEEM VAN DE ELEMENTEN

IIa Een oxidatiegetal van dat het element 2 wil bij IIIa de1 1 2,1+II betekent atoomnummer (Z) elektronegatieve waarde

H overgang naar de vorm. Zo is het oxidatiegetal12van1,2beryllium in een samengestelde 1 1 ionaire waterstof

3

1,0

Li

2

Mg

symbool

1,01

4

1,5

naam

Be

11

0,9

beryllium

12

r

13

overgang naar de ionaire vorm. Zo is het oxidatiegetal van zuurstof in een samengestelde Na Mg Al natrium

magnesium

22,99

24,31

19

0,8

20

K

4

kalium

0,8

5 Rb

rubidium

0,7

strontium

1,2

88,91 57

1,1

6 Cs

Ba barium

lanthaan

132,9

137,3

138,9

cesium

0,7

7 Fr

francium

223

groepen

88

0,9

La

89

Ra

1,1

Ac

radium

actinium

226,0

227

{

lanthaniden

actiniden

23

1,4

24

V

1,6

25

1,5

1,8

26

1,9

27

2,2

28

2,2

29

1,9

2,2

30

zink

63,55 47

1,9

1,6

Zn

koper

58,69 46

IIb 12

Cu

nikkel

58,93 45

1,9

Ib 11

Ni

kobalt

55,85 44

1,9

VIlIb 10

Co

ijzer

54,94 43

1,8

Fe

mangaan

52,00 42

VIlIb VIlIb 8 9

Mn

chroom

50,94 41

1,6

VIIb 7

Cr

vanadium

47,87 40

1,6

VIb 6

4 2,5

7 1,5

3,0

8

1,7

6,94 12,01

9,01 14,01

140,9

151,2

12 1,8

19 1,6

4,0

F

22,99 28,09

24,31 30,97

320,8

331,0

16

2,5

17

naam

Ne

relatieve atoom

20,18 3,0

18

IIIb S IVbCl- VbAr VIb zwavel chloor argon 3 32,07 4 35,45 5 39,95 6

21 2,0

341,3

22 2,4

351,5

23 2,8

361,6

24

1,6

4Ga K Ge CaAs Sc Se Ti Br V Kr Cr gallium

69,72 37 1,7

49

kalium germanium calciumarseen scandiumseleen

39,10 72,64 500,8

titaan broom

vanadium krypton

chroom

40,08 74,92

44,96 78,96

47,87 79,90

50,9483,80

52,00

511,0

521,2

531,4

541,6

38 1,8

39 1,9

40 2,1

91,22 92,91 95,94 verschillend van nul.98 zirkonium

72

1,3

Hf

niobium

73

1,5

Ta

molybdeen

74

1,7

technetium

75

W

ruthenium

rhodium

101,1

1,9

Re

76

2,2

palladium

102,9

77

Os

2,2

Ir

zilver

106,4

78

2,2

cadmium

107,9

79

Pt

2,2

Au

1,9

rubidium tin

indium

112,4

80

strontium antimoon yttrium telluur

85,47 118,7

114,8

55 1,8

81

820,7

41 2,5

42

1,8

tantaal

wolfraam

renium

osmium

iridium

platina

goud

91,22 126,9

92,91131,3

841,1

851,3

861,5

57 1,9

Rf

105

Db

106

107

Sg

Bh

108

Hs

109

Mt

110

111

Ds

Rg

72 2,0

kwik

thallium

cesium lood

bariumbismut

lanthaan polonium hafniumastaat

138,9 209

dubnium

seaborgium

bohrium

hassium

meitnerium

darmstadtium

röntgenium

112

Cn

113

87

0,7 114

88

0,9 115

89

1,1 116

copernicium

104 117

cerium

praseodymium

neodymium

promethium

samarium

europium

gadolinium

terbium

dysprosium

holmium

140,1

140,9

144,2

(145)

150,4

151,9

157,3

158,9

162,5

164,9

{

1,2

U -I.NpFluorPuwil 1Am Cm opnemen Bk Cfom Es oxidatiegetal, namelijk elektron de 7 Th Pa neptunium

plutonium

americium

curium

berkelium

wolfraam

183,9 106

californium

einsteinium

289

58 1,1

70

erbium

thulium

167,3

168,9

262 289 71 1,1

actiniden

Fm

fermium

173,0

90

59 1,2

140,1 175,0 1,3 103

1,5

protactinium nobelium thorium lawrencium

259

232,0 262

231,0

bereiken. (In peroxiden heeft zuurstof een oxidatiegetal van -I: daar wordt in de derde graad verder op ingegaan). Edelgassen bezitten logischerwijze een oxidatiegetal van nul: ze willen geen elektronen opnemen of afgeven omdat ze de edelgasconfiguratie al bezitten.

VA

©

98

Voor de elementen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen mag je een tabel gebruiken (tabel 2). Je vindt die tabel ook op de achterkant van je PSE. De verklaring voor de oxidatiegetallen zie je pas in het 5de jaar. Symbool element

Mogelijke oxidatiegetallen

As

+III +V

Pb

+II +IV

Br

-I +I +III +V +VII

Mn

+II +III +IV +VI +VII

Cd

+II

Ni

+II +III

Cl

-I +I +III +V +VII

Pt

+II +IV

Cr

+II +III +VI

Pu

+IV +V +VI

P

-III +III +V

Si

+IV

Au

+I +III

N

-III +I +II +III +IV +V

Fe

+II +III

Sn

+II +IV

I

-I +I +III +V +VII

U

+IV +VI

Co

+II +III

Ag

+I

C

+II +IV

Zn

+II

Cu

+I +II

S

-II +IV +VI

Hg

+I +II

Tabel 2 Oxidatiegetallen

Voor de a-groepen IVa tot en met VIIa is het hoogst mogelijke oxidatiegetal gelijk aan het groepsnummer. Het laagst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan het groepsnummer -8. GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

1

Re

renium

186,2

Bh

bohrium

60

19

1

Nd

neodymiu

140,9 91

van -II, want het wil 2 elektronen opnemen om de edelgasconfiguratie te

Mogelijke oxidatiegetallen

technetiu

75

264 1,1

Md 7No Th Lr Pa

mendelevium

1

Tc

266

ytterbium ceriumlutetiumpraseodymium

102

232,0 231,0 238,0 237 244 243 247 247 251 257 258 edelgasconfiguratie te bereiken. Zuurstof heeft meestal een252oxidatiegetal

Symbool element

54,94

107

Er Tm 6Yb CeLu Pr lanthaniden

groepen Bij de niet-metalen samengestelde mogelijk 90 1,3 91 1,5 92 heeft 1,4 93 fluor 1,3 94 in1,3een 95 1,3 96 97 98 stof één 99 100 101

uraan

mangaa

43

rutherfordium nihonium francium flerovium radium moscovium actinium livermorium tennessine dubnium ganessonseaborgium

Cein een Pr samengestelde Nd Pm Smstof Eu Gd Tb Dy Ho 6 IIa groep een oxidatiegetal van +II. protactinium

1,7

180,9 222

105 118

1

Mn

7Nh Fr Fl- RaMc AcLv Rf Ts DbOg Sg

58 1,1 59 1,1 60 1,2 te 61 62 1,2 63 Analoog 64 65 1,2 66alle (1,2) elementen 67 1,2 68 1,2 uit 69 de edelgasconfiguratie bekomen. hebben

thorium

25

95,94 74

tantaal radon

178,5 210

de261buitenste schil. Met andere woorden, ze272willen dat elektron afstaan om 261 223 289 226,0 288 227 289 287 262 266 264 277 268 281 285 rutherfordium

73 2,2

VIIb 7

Hg 6Tl- CsPb Ba Bi LaPo HfAt TaRn W

oxidatiegetal van +I. Al deze elementen hebben immers 1 elektron op 104

niobiumxenon molybdeen

88,91 127,6

830,9

Alle elementen uit groep Ia hebben in een197,0 samengestelde stof een 178,5 180,9 183,9 186,2 190,2 192,2 195,1 200,6 204,4 132,9 207,2 137,3 209,0 hafnium

zirkoniumjood

87,62 121,8

56 1,8

mag

24

neon

19,00

Afb. 5 Zuurstof

2,1

10

fluor

16,00

Afb. 4 Beryllium 20 1,8

9

zuurstof

3 - Na Si Mg P

31

3,5

O

lithiumkoolstof beryllium stikstof

26,98

M

4,00symbool

61,0

11 1,5

12

helium

aluminium natriumsilicium magnesium fosfor

65,38 48

N

87

titaan

Vb 5

He

elementen hebben RbSn Sr Sb Y Te Zr I NbXe Mo Y Verschillende Zr Nb Mo Tc Ru Rh slechts Pd één Ag mogelijk Cd 5Inoxidatiegetal

yttrium

87,62 0,9

1,5

Ti

44,96 39

Sr

56

22

scandium

40,08 1,0

1,3

IVb 4

Sc

calcium

38

85,47 55

21

Ca

39,10 37

1,0

IIIb 3

atoomnummer (Z)

1,01

IN

3

stof (meestal) -II.

2

waterstof

boor

1,2

VIIa 17

VIa 16

2B Li C Be N

24,31

atoommassa (A ) 6,94 -II betekent 9,01 wil bij 10,81 Een oxidatiegetal van dat het elementrelatieve 2 lithium

H

3 2,0

5

magnesium

PERIODIEK SYSTEE IVa IIa Va 14 2 15

2,1

13

2

stof +II.

0 18

Ia 1

Ia

Vul de ontbrekende woorden in. 1

144,2 92

1

U

uraan

238,0

OPDRACHT 9

Vul aan. Chloor behoort tot de groep

.

Het hoogst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan + groepsnummer, dus

.

edelgasconfiguratie van

.

Dat betekent dat chloor dan elektron(en) wil . Op die manier bekomt chloor de .

Het laagst mogelijke oxidatiegetal is gelijk aan het groepsnummer – 8, dus

Dat betekent dat chloor dan elektron(en) wil . Op die manier bekomt chloor .

IN

de edelgasconfiguratie van

Het is van essentieel belang dat je voor het werken met oxidatiegetallen ook de neutraliteitsregel toepast. Op die manier kun je vlot de formule van een

atoombinding vormen. Volgens de neutraliteitsregel is de som van de lading van de positieve en negatieve ionen gelijk.

N

2.1 Het oxidatiegetal gebruiken om een formule te vormen

Bij het zelf vormen van een formule moet je er altijd rekening mee houden dat de som van de oxidatiegetallen nul is. Het aantal elektronen dat wordt afgestaan, moet gelijk zijn aan het aantal elektronen dat wordt opgenomen.

VA

Dat kun je doen door het kleinste gemene veelvoud te nemen van het aantal uitgewisselde elektronen. Een andere, zeer handige manier is door het toepassen van de kruisregel: het oxidatiegetal van het ene element noteer je (zonder ladingsteken) als index bij het andere element en omgekeerd. Nadien controleer je of je beide indexen nog kunt vereenvoudigen.

OPDRACHT 10

Vorm de formule met behulp van het oxidatiegetal.

Bekijk in het voorbeeld hoe je de formule tussen chloor (met OG = +III) en zuurstof vormt.

Cl:

+III

= 3 elektronen afstaan

O:

-II

= 2 elektronen opnemen

©

1

Het kleinste gemene veelvoud van 3 en 2 is 6. Cl moet je 2 keer nemen O moet je 3 keer nemen

Of via de kruisregel: Cl

O

+III

-II

en

Cl2O3 Cl2

O3

+III

-II

Dat kun je vereenvoudigen tot Cl2O3

20

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

2

Vorm de formule tussen chroom (met OG = +VI) en zwavel (met OG = -II). Cr: OG = +VI =

S: OG = -II =

Het kleinste gemene veelvoud van

en

is:

Of via de kruisregel:

Dat kun je vereenvoudigen tot:

IN

N

2.2 Het oxidatiegetal uit een formule berekenen

Wanneer je een chemische formule krijgt, dan kun je altijd het oxidatiegetal van een element met meerdere mogelijke oxidatiegetallen bepalen, uitgaande van de gekende oxidatiegetallen. De som van de oxidatiegetallen is namelijk

VA

nul of voor een ion gelijk aan de lading van het ion.

OPDRACHT 11

Bepaal het oxidatiegetal. 1

Bekijk eerst in het voorbeeld hoe je het oxidatiegetal van zwavel in SO3 bepaalt.

OG(S) + 3 ∙ OG(O) = 0 x + 3 ∙ (-II) = 0 x = +VI

Bepaal nu zelf het oxidatiegetal van stikstof in HNO2.

©

2

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

21

— Het oxidatiegetal (OG) is het aantal elektronen dat een atoom opneemt of afstaat bij overgang naar de ionaire vorm. Volgende oxidatiegetallen moet je vanbuiten kennen: Groep Ia:

+I

Fluor (F): -I

Groep II a:

+II

Zuurstof (O): meestal -II

Groep IIIa:

+III

Edelgassen: oxidatiegetal is altijd 0. — Voor de elementen in groep IVa tot en met VIIa (zie ook tabel 2 op p. 19): •

hoogst mogelijke oxidatiegetal = +groepsnummer

•

laagst mogelijke oxidatiegetal = groepsnummer -8

IN

— Neutraliteitsregel: de som van de lading van de positieve en negatieve ionen is gelijk.

` Maak oefening 5 en 6 op p. 68.

Indeling en naamgeving van de anorganische stoffen

N

3

Je weet nu dat we stoffen kunnen indelen in anorganische stoffen (minerale verbindingen) en organische stoffen (koolstofverbindingen). In dit thema zul je ook leren hoe de moleculevorming en naamgeving gebeurt bij

VA

anorganische samengestelde stoffen. In thema 02 leer je alles over de organische stoffen.

Verbindingen vertonen analoge chemische eigenschappen door de aanwezigheid van eenzelfde atoom of atoomgroep: de chemische functie of functionele groep. Dat laat toe de verbindingen te ordenen in chemische verbindingsklassen of stofklassen. De anorganische samengestelde stoffen worden onderverdeeld in 4 stofklassen: de oxiden, de hydroxiden, de zuren en de zouten. In de volgende tabel vind je de basisstructuur van elke

©

stofklasse.

Stofklasse

functionele

Oxiden

O

Hydroxiden OH

Zuren H

groep algemene

Zouten geen functionele groep

MO of nMO

MOH

HZ

MZ

-oxide

-hydroxide

-ide

-ide

-aat

-aat

-iet

-iet

formule uitgang naam

M = metaal, nM = niet-metaal, O = zuurstof, H = waterstof, Z = zuurrest (zie verder bij de zuren) = nM of nMO Tabel 3 Overzicht opbouw anorganische stofklassen

22

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Opmerkingen: Stoffen waarvan de formule bestaat uit slechts 2 elementen noemen we binaire stoffen. Stoffen die bestaan uit 3 elementen noemen we ternaire verbindingen. Zouten die het ammoniumion NH4+ bevatten

worden zeer specifiek ook ammoniumzouten genoemd.

OPDRACHT 12 ONDERZOEK

Ga naar

en voer het labo uit.

IN

Onderzoek nu zelf hoe je anorganische stoffen kunt indelen op basis van analoge chemische eigenschappen.

3.1 Van formule naar stofklasse

Indien je een formule van een samengestelde stof krijgt, dan kun je op basis

van de algemene formule de stof in de juiste stofklasse indelen. Het volgende

N

schema kan je helpen om dat efficiënt aan te pakken:

Bestaat de formule uit 2 elementen en eindigt het op 'O'? NEE

VA

JA

Het is een oxide

Begint de formule met een metaal of NH4+ en eindigt het op 'OH'? JA

NEE Begint de formule met 'H'?

©

Het is een hydroxide

JA

NEE

Het is een zuur

Het is een zout

Eindigt de formule op 'O'?

Eindigt de formule op 'O'?

NEE

JA

NEE

JA

Het is een

Het is een

Het is een

Het is een

binair zuur

ternair zuur

binair zout

ternair zout

Schema 1 Indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

23

OPDRACHT 13

Gebruik schema 1 om de volgende formules in de juiste stofklasse in te delen. Formule

Stofklasse

Cl2O3

AlCl3

Mg(OH)2

HNO3

Algemene formule

IN

3.2 Van naam naar stofklasse Groep 1

Groep 2

Groep 3

Ionverbindingen waarbij het

Ionverbindingen waarbij het metaal meerdere

De atoomverbinding tussen

metaal slechts één mogelijk

mogelijke oxidatiegetallen heeft

niet-metalen

De naam is zo beknopt

Er zijn 2 manieren om de naam weer te geven:

Voor de naam wordt ook hier de

mogelijk: de naam van het

— Voor de systematische naam noteer je het

systematische naam gebruikt:

aluminium) + de juiste uitgang

oxidatiegetal heeft

metaal (in deze voorbeelden

je noteert het Griekse telwoord

eerste element staat, vervolgens de naam

voor de index dat bij het eerste

van het eerste element, dan het Griekse

element staat, vervolgens de

afhankelijk van de stofklasse

telwoord voor de index dat bij het laatste

naam van het eerste element,

(in deze voorbeelden oxide).

deel van de formule staat en tot slot de

dan het Griekse telwoord voor de

juiste uitgang.

index dat bij het laatste deel van

respectievelijk natrium en

N

Griekse telwoord voor de index dat bij het

VA

— Voor de stocknotatie noteer je de naam van de formule staat en tot slot de het metaal, achter dat metaal schrijf je

juiste uitgang.

tussen haakjes de waarde van het oxidatiegetal en je eindigt met de juiste uitgang.

Na2O

Al2O3

natriumoxide

FeO

aluminiumoxide

Fe2O3

ijzer(mon)oxide

CO

koolstof(mon)oxide

of ijzer(II)oxide

CO2

koolstofdioxide

diijzertrioxide

of ijzer(III)oxide

Van ijzer bestaan er 2 mogelijke oxiden.

Ook hier zijn er verschillende

hebben slechts 1 mogelijk

Om verwarring te vermijden, moet er extra

oxiden van koolstof mogelijk.

oxidatiegetal in een

informatie in de naam aanwezig zijn: met de

Er is een zeer groot verschil

samengestelde stof. Met

naam 'ijzeroxide' kun je de formule FeO vormen, tussen die 2 stoffen. Omdat het

behulp van de kennis van

maar niet de formule Fe2O3.

©

Zowel natrium als aluminium

de oxidatiegetallen en de

echt belangrijk is dat er geen twijfel bestaat, wordt het Griekse

neutraliteitsregel, kun je

telwoord 'mono' vaak expliciet

gemakkelijk zelf de formule

geschreven.

opstellen, daarom bevat de naam alleen de essentiële onderdelen. WEETJE Griekse telwoorden: mono (wordt meestal niet geschreven) – di – tri – tetra – penta – hexa – hepta

24

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

Je hebt al het schema gezien waarmee je op basis van een gegeven formule de stof kunt indelen in de juiste stofklasse. Het volgende schema helpt je om op basis van een gegeven naam de stof in te delen in de juiste stofklasse:

Eindigt de naam op 'hydroxide'? JA

NEE

Het is een hydroxide

Eindigt de naam op 'oxide'? JA

NEE

Het is een oxide

Eindigt de naam op 'zuur'

IN

of begint de naam met 'waterstof'?

JA

NEE

Het is een zuur

Het is een zout

Eindigt de naam NIET op -ide

Eindigt de

Eindigt de naam

of is het zoutzuur?

of is het GEEN zoutzuur?

naam op -ide?

NIET op -ide?

N

Eindigt de naam op -ide

Het is een

Het is een

Het is een

Het is een

binair zuur

ternair zuur

binair zout

ternair zout

Schema 2 Indeling van anorganische stoffen op basis van een naam

VA

OPDRACHT 14

Gebruik schema 2 om de volgende stoffen in de juiste stofklasse in te delen.

f

calciumnitraat

b ammoniumhydroxide

g

ammoniumchloride

h waterstofsulfide

d koper(II)oxide

i

waterstofnitriet

j

koolstofdioxide

a

c

e

dichloorheptaoxide

zwavelzuur

natriumoxide

DOORDENKER

©

OPDRACHT 15

Combineer de elementen. Gegeven elementen:

Ca

H

N

O

Welke elementen moet je combineren om een formule, die tot de volgende stofklasse behoort, te vormen? Zet ze ook in de juiste volgorde: niet-metaaloxide: metaaloxide: hydroxide:

ternair zuur: ternair zout:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

25

De functionele groep is een atoomgroep die bepaalt dat verbindingen analoge chemische eigenschappen vertonen. Op basis van die functionele groep kunnen we anorganische samengestelde stoffen onderverdelen in 4 stofklassen:

oxiden: MO of nMO

hydroxiden: MOH

zuren: HZ

zouten: MZ

Naamgeving van anorganische samengestelde stoffen:

IN

— Voor metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal ga je als volgt te werk om de naam te geven: •

naam van het metaal + juiste uitgang (oxide, hydroxide …) afhankelijk van de stofklasse

— Voor metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen heb je 2 opties om de naam te geven: •

systematische naam: je maakt gebruik van de Griekse voorvoegsels om de indexen weer te geven:

N

Grieks telwoord + naam van het metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

•

stocknotatie: je noteert het oxidatiegetal van het eerste element tussen haakjes achter de naam van dat element, maar zonder het plusteken.

VA

naam van het metaal (OG van het element zonder plusteken) + juiste uitgang

— Voor atoombindingen maak je altijd gebruik van de Griekse voorvoegsels:

Grieks telwoord + naam van het eerste niet-metaal + Grieks telwoord + juiste uitgang

©

` Maak oefening 8 t/m 10 op p. 68-69.

26

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

De oxiden

5

10,81 13 LEERDOELEN

12,01

14

Al-

26

31

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

Ga

L je kunt al de algemene formule van een oxide schrijven. Je leert nu: L de oxiden verder indelen in metaaloxiden en niet-metaaloxiden;

32

16

33

gallium

69,72

32,07 34

As

Se

ium

german

72,64

seleen

arseen

78,96

74,92

Cl-

chloor

35,45 35

Br

broom

79,90

Je hebt misschien al weleens gehoord over oxideren en ook vorig jaar maakte je al

N

L de eigenschappen en toepassingen van oxiden;

Ge

17

zwavel

fosfor

30,97

19,00

S

P

Si

28,09

16,00

IN

basis van een gegeven naam of formule;

15

silicium

m aluminiu

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse ,9 op8

14,01

fluor

f zuursto

stikstof

koolstof

boor

F

O

N

C

B

Je kunt al:

7

6

9

8

L de formule van oxiden opstellen; L de naam van oxiden opstellen;

kennis met het gevarenlogo voor oxiderende stoffen. Wanneer ijzer roest, ontstaat er een oxide. De gevormde stof is een zeer brosse

L via welke chemische reactie je een oxide kunt vormen.

verbinding: het heeft andere eigenschappen

VA

dan het oorspronkelijke metaal.

1

Wat is een oxide?

Wanneer een element een binding aangaat met zuurstof, ontstaat er een oxide. Concreet kun je dat doen door een stof te verbranden. Oxiden zijn binaire verbindingen en zijn dus opgebouwd uit 2 atoomsoorten:

©

een metaal of niet-metaal enerzijds en zuurstof anderzijds, waarbij zuurstof

Cl2O3

Fe2O3 zilveroxide

koolstofmonoxide magnesiumoxide

N2O

SO

CO2

Li O

3 lithiumoxide 2

ijzeroxide CrO 3 looddioxide

CO

altijd als laatste wordt geschreven. We spreken respectievelijk dan ook over metaaloxiden en niet-metaaloxiden. Aangezien alle oxiden het element zuurstof gemeenschappelijk hebben, is zuurstof de functionele groep. De oxiden kunnen nog verder worden ingedeeld: — metaaloxiden: — niet-metaaloxiden

MO nMO

De metaaloxiden zijn ionverbindingen aangezien ze opgebouwd zijn uit een metaal en een niet-metaal terwijl de niet-metaaloxiden atoomverbindingen zijn, want ze zijn opgebouwd uit 2 niet-metalen.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

27

2

De metaaloxiden

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal Die metalen kunnen slechts 1 oxide vormen. Van zodra je weet over welk metaal het gaat, kun je gemakkelijk zelf door middel van de neutraliteitsregel of kruisregel de formule vormen. Het is dus niet nodig om het aantal ionen van elke soort in de naam te vermelden. De naam bevat alleen

IN

de naam van het metaalion met als uitgang ‘oxide’.

VOORBEELD FORMULE EN NAAM VAN EEN METAAL MET 1 OXIDATIEGETAL 1

De naam en formule van het oxide van natrium (Na) want in groep Ia

— natrium: +I

— zuurstof: -II

Omwille van de neutraliteitsregel heb je 2 natriumionen nodig en 1 oxide-ion: Na2O

Bij de kruisregel plaats je de lading van het eerste element als index bij het tweede element

Na

O

+I

-II

Hierdoor bekom je: Na2O1 → Na2O

VA

en omgekeerd en

Of je gebruikt de kruisregel:

N

TIP

vereenvoudig je indien mogelijk de indexen.

De waarde 1 mag je weglaten. Als je nog kunt vereenvoudigen, dan doe je dat ook. De formule-eenheid is dus Na2O en de naam natriumoxide

en niet dinatriumoxide, aangezien natrium slechts 1 mogelijk oxidatiegetal heeft.

2

De formule van aluminiumoxide

Uit de naam halen we al dat de formule Al en O bevat. Aluminium heeft slechts 1 mogelijk oxidatiegetal, daarom moeten we de neutraliteitsregel of kruisregel toepassen om de formule te vormen. — aluminium: +III

©

— zuurstof: -II

want groep IIIa Al

O

+III

-II

Hierdoor bekom je als formule-eenheid voor aluminiumoxide: Al2O3. Je ziet dus dat je moet opletten wanneer de naam gegeven is voor metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal. Uit de naam aluminiumoxide kun je namelijk niet gemakkelijk de formule Al2O3 afleiden.

28

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 16

Oefen de formule en naam van een metaal met 1 oxidatiegetal. 1

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het oxide van magnesium.

Wat is de juiste formule van lithiumoxide?

IN

2

N

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen Hier zijn er meerdere oxiden mogelijk. Het is dus belangrijk dat er in de naam extra informatie wordt gegeven om te weten over welk oxide het juist gaat: — Ofwel wordt er gebruikgemaakt van de stocknotatie waarbij het oxidatie-

VA

getal van het metaal tussen haakjes achter de naam van het metaal wordt genoteerd, zonder plus- of minteken. Dus: metaal + (oxidatiegetal) + oxide

— Ofwel wordt de systematische naam gebruikt: hierbij wordt het aantal

ionen van elke soort weergegeven met behulp van Griekse telwoorden.

©

Dus: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

29

OPDRACHT 17

Oefen de formule en naam van metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen. 1

Bepaal de formule van alle mogelijke oxiden van ijzer (Fe). +III

+II Kruisregel

Stocknotatie Systematische naam 2

IN

Formule-eenheid

Vorm de formule-eenheid via de kruisregel en geef de systematische naam van lood(II)oxide.

N

VA

3

Wat is de stocknotatie van dikoperoxide?

a

Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bereken het oxidatiegetal van koper in die stof:

©

c

30

Noteer de stocknotatie van die stof:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

3

De niet-metaaloxiden

Niet-metaaloxiden zijn atoomverbindingen die in veel verschillende verhoudingen kunnen binden. Je zult dus altijd een systematische naam krijgen, met Griekse telwoorden die aangeven hoeveel keer je elk atoom moet nemen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + niet-metaal OPDRACHT 18

+I

+III

Kruisregel

Systematische naam

VA

+VII

+V

N

Formule

IN

Noteer de naam en formule van alle oxiden van chloor (Cl).

— Oxiden zijn binaire verbindingen: ze zijn opgebouwd uit een metaal of een niet-metaal en zuurstof. Er bestaan 2 soorten oxiden: •

metaaloxiden: MO

•

niet-metaaloxiden: nMO

— De functionele groep is zuurstof. — Metaaloxiden:

→ metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal: •

formule: lading opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal + oxide

→ metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen:

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

systematische naam = Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + oxide

•

stocknotatie = metaal + (oxidatiegetal) + oxide

©

•

— Niet-metaaloxiden: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden.

•

altijd de systematische naam = Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

` Maak oefening 11 t/m 16 op p. 69-70.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

31

4

Gebruik en toepassingen van oxiden

Je staat er waarschijnlijk niet altijd bij stil, maar je wordt omringd door oxiden. Scan de QR-code en ontdek de belangrijkste toepassingen van oxiden via de ontdekplaat. Eén van de meest gekende oxiden is ongetwijfeld koolstofdioxide of

ontdekplaat: anorganische stofklassen

koolzuurgas CO2. Het is een zeer belangrijk broeikasgas, dat ontstaat bij de volledige verbranding van fossiele brandstoffen. Verder wordt het ook

gebruikt in drank met prik. Je hebt thuis misschien een toestel om zelf

N

hoge druk.

IN

spuitwater of limonade te maken. Dat is gevuld met koolstofdioxide onder

Afb. 6 Koolstofdioxide ontstaat bij heel wat verbrandingsprocessen

VA

Maar dat gas zit ook in sommige brandblusapparaten. Aangezien koolstofdioxide een hogere dichtheid heeft dan lucht, stijgt het gas niet en zorgt het ervoor dat er geen zuurstofgas meer aan het vuur kan waardoor het vuur dooft.

Wanneer koolstofdioxide zodanig wordt afgekoeld dat het vast wordt, wordt het droogijs genoemd. Dat wordt vooral als koelmiddel gebruikt, maar ook als ‘showeffect’ bij optredens, bepaalde cocktails … Pas toch op met die stof. Zoals gezegd: koolstofdioxide heeft een hogere dichtheid dan lucht, dus bij heel grote hoeveelheden kun je sterven aan zuurstofgebrek.

©

Afb. 7 Koolstofdioxide als droogijs

Wanneer fossiele brandstoffen verbrand worden in zuurstof-arme omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer een schoorsteen onvoldoende lucht en dus ook zuurstofgas doorlaat, ontstaat het zeer giftige koolstofmonoxide CO. Aangezien dat een kleurloos en geurloos gas is, wordt het vaak de stille sluipdoder genoemd. Spijtig genoeg sterven er in België nog jaarlijks veel mensen aan een CO-vergiftiging.

Afb. 8 Een schoorsteen moet geregeld worden gereinigd

32

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

Een ander gasvormig oxide dat je misschien kent, is distikstofoxide N2O of

lachgas. Die stof wordt onder andere gebruikt in slagroompatronen en om het vermogen van een motor op te drijven (denk maar aan de filmreeks ‘Fast and Furious’).

WEETJE

Afb. 10 Nitrofles om het vermogen van wagens op te drijven

Afb. 11 Snelle auto’s in Fast and Furious

IN

Afb. 9 Slagroomspuit

Vroeger werd lachgas als verdovingsmiddel gebruikt,

maar de laatste jaren wordt het vooral misbruikt: het wordt nu als drug gebruikt en is zeer gevaarlijk.

Daarom is de verkoop van lachgas sinds 5 maart 2021 verboden aan minderjarigen. Scan de QR-code en

bekijk de ‘Rij ballonvrij’-campagne in Nederland over

video: rij ballonvrij

N

de gevaren van lachgas.

Wanneer je kijkt op de ingrediëntenlijst van voedingsstoffen, dan zie je vaak E-nummers staan. Zo verwijst E220 naar zwaveldioxide SO2. Het wordt vaak

toegevoegd aan bijvoorbeeld rozijnen of gedroogde abrikozen.

VA

Gedroogde abrikozen

Ingrediënten: Abrikozen, antioxidant: zwaveldioxide (E220) Gemiddelde voedingswaarde Per 100 g 1 Portie (30 g) % GDA* (30 g) 1156 kJ

347 kJ

4%

273 kcal

82 kcal

4%

2,7 g

0,8 g

2%

Koolhydraten

61,1 g

18,3 g

7%

waarvan suikers

36,5 g 0,3 g

11,0 g 0,1 g

12 % <1 %

waarvan verzadigd vet

0,1 g

0,03 g

<1 %

Voedingsvezels

7,5 g

2,3 g

9%

<0,01 g

<0,01 g

<1 %

Energie

Eiwitten

Vet

Natrium

©

Afb. 12 Zwaveldioxide in gedroogde abrikozen

Een vast metaaloxide dat spijtig genoeg heel gemakkelijk wordt gevormd, is diijzertrioxide of roest Fe2O3. Van zodra er lucht en water aan een niet-

beschermd ijzeren voorwerp kan, begint het ijzer te roesten. Het metaal verliest zijn eigenschappen zoals sterkte en plooibaarheid en de stof wordt zeer bros en verpulvert gemakkelijk.

Afb. 13 Roest is een vast metaaloxide

Een ander vast oxide dat vaak wordt gebruikt, is calciumoxide of ongebluste kalk CaO. Vroeger werd het gebruikt om de lijnen op een voetbalveld te tekenen (nu is het verboden). Maar het werd ook toegepast om het ontbindingsproces van stoffelijke resten te versnellen.

Afb. 14 Kalklijnen op een voetbalveld

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

33

WEETJE In de stad Mainz in het westen van Duitsland hebben archeologen na jaren onderzoek het deksel gelicht van een 1 000 jaar oude sarcofaag. In de grafkist vonden ze de bijna volledig vergane resten van een persoon aan, mogelijk een geestelijke uit de 11de eeuw. De wetenschappers vermoeden dat de overledene allicht met ongebluste kalk werd bedekt om het ontbindingsproces te versnellen. Bron: Het Laatste Nieuws

IN

OPDRACHT 19

Oefen met behulp van flashcards je kennis van de oxiden.

N

flashcards: oxiden

Formule

koolstofdioxide

©

VA

CO2

Systematische naam

34

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

Stocknotatie

/

Toepassing/ eigenschap

Triviale naam

koolzuur-

•

brandblusapparaat

gas

•

drank met prik

lachgas

anesthesie

N2O

distikstofoxide

/

Fe2O3

diijzertrioxide

ijzer(III) roest

SO2

zwaveldioxide

/

/

bewaarmiddel

CO

koolstofmonoxide /

/

ontstaat bij slechte

roesten van ijzer

oxide

verbranding en is zeer giftig

CaO

calciumoxide

/

ongebluste / kalk

` Maak oefening 17 op p. 70.

HOOFDSTUK 2

5

Reactiepatronen

5.1 Vorming metaaloxiden OPDRACHT 20 DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een metaal. Werkwijze Je leerkracht neemt een stukje magnesiumlint vast met een tang en steekt het in brand. Vervolgens voegt je

Besluit

©

VA

N

Waarnemingen

IN

leerkracht er een beetje water met universeel-indicatoroplossing aan toe.

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd. Het bevat geen concrete stoffen op zuurstofgas, water … na. De coëfficiënten moeten dus niet worden aangepast.

— reactiepatroon:

metaal

+

zuurstofgas

→

metaaloxide

(M)

+

(O2)

→

(MO)

De reactievergelijking bevat wel concrete stoffen. Hierbij moeten natuurlijk de coëfficiënten in orde worden gebracht: — reactievergelijking: 2 Mg

+

O2

→

2 MgO

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 2

35

5.2 Vorming niet-metaaloxiden OPDRACHT 21 DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de verbranding van een niet metaal. Werkwijze Je leerkracht neemt een oude glazen pot met plastieken deksel en steekt een verbrandingslepel door het deksel door de achterzijde van de verbrandingslepel even te verwarmen. Vervolgens wordt een bodempje water met universeel-indicatoroplossing toegevoegd in de glazen pot. Je leerkracht vult de verbrandingslepel met zwavel, steekt de zwavel aan en brengt de brandende zwavel

IN

boven het vloeistofoppervlak. De pot wordt gesloten. Waarnemingen

Besluit

N

— reactiepatroon:

+

zuurstofgas

→

niet-metaaloxide

nM

+

O2

→

nMO

8 O2

→

8 SO2

VA

niet-metaal

— reactievergelijking: S8

+

Het reactiepatroon geeft algemeen weer wat voor soort stoffen of stofklassen reageren en welke stoffen of stofklassen worden gevormd.

©

— reactiepatroon vorming metaaloxiden:

36

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

metalen

+

zuurstofgas

→

metaaloxiden

M

+

O2

→

MO

— reactiepatroon vorming niet-metaaloxiden: niet-metalen +

zuurstofgas

→

niet-metaaloxiden

nM

O2

→

nMO

+

` Maak oefening 18 en 19 op p. 70.

HOOFDSTUK 2

HOOFDSTUK 3

De hydroxiden

LEERDOELEN Je kunt al: van een gegeven naam of formule;

IN

L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen; L de naam en formule van oxiden opstellen;

L de algemene formule van een hydroxide schrijven. Je leert nu:

L de eigenschappen en toepassingen van hydroxiden;

N

L de formule van hydroxiden opstellen; L de naam van hydroxiden opstellen;

In dit hoofdstuk gaan we dieper in op de

L via welke chemische reactie je een hydroxide kunt vormen.

hydroxiden. In hoofdstuk 1 heb je met

VA

deze stofklasse al kennisgemaakt.

Wat is een hydroxide?

©

1

Een hydroxide is een verbinding van een metaal met 1 of meerdere hydroxidegroepen (OH--groepen). Het zijn dus allemaal ionverbindingen.

De functionele groep is het hydroxide-ion: OH-. De lading van het hydroxide-

ion is -I, aangezien zuurstof een oxidatiegetal van -II heeft en waterstof een oxidatiegetal van +I. De algemene formule van een hydroxide is dus MOH. Er komt nooit een andere index dan 1 voor bij het metaal. In de plaats van een metaalion kan ook het ammoniumion (NH4+) gebonden worden.

WEETJE Ook al zijn hydroxiden ionverbindingen, toch is er ook een atoombinding aanwezig. De binding tussen het metaal en zuurstof is een binding tussen een metaal en een niet-metaal, en bijgevolg een ionbinding. Maar zuurstof is ook gebonden met waterstof. Dat zijn 2 niet-metalen en die vormen dus samen een atoombinding.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

37

2

Formule- en naamvorming

De formule- en naamvorming verloopt analoog aan die van de metaaloxiden.

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal Voor hydroxiden met het ammoniumion of met een metaalion dat slechts 1 mogelijk oxidatiegetal heeft, ga je het oxidatiegetal aflezen uit het PSE

IN

en vorm je de formule door de kruisregel toe te passen. De naamgeving is: metaal (of ammonium) + hydroxide

OPDRACHT 22

Oefen de naam en formule van hydroxiden.

Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van magnesium.

VA

N

1

Vorm de naam en de formule-eenheid via de kruisregel van het hydroxide van ammonium.

©

2

38

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen Net zoals bij de oxiden kun je voor eenzelfde metaal meerdere mogelijke formules van het hydroxide vormen. De stof kan met behulp van de systematische naam of met de stocknotatie genoteerd worden. OPDRACHT 23

Oefen de naam en formule van hydroxiden. 1

Vul de volgende tabel voor de hydroxiden van koper aan. +II

IN

+I

Kruisregel

Formule-eenheid Stocknotatie 2

Wat is de stocknotatie van loodtetrahydroxide? a

N

Systematische naam

Vorm eerst de formule-eenheid:

b Bepaal het oxidatiegetal van lood in deze stof:

VA

Noteer de stocknotatie:

©

c

— Hydroxiden zijn ionverbindingen tussen een metaalion en het hydroxide-ion. — Het hydroxide-ion is de functionele groep en heeft een oxidatiegetal van -I: OH-

— NH4+ = ammoniumion

— Indien het metaal slechts 1 mogelijk oxidatiegetal heeft: •

formule: oxidatiegetal opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium) + hydroxide

— Wanneer het metaal meerdere mogelijke oxidatiegetallen heeft: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

systematische naam: metaal + Grieks telwoord + hydroxide

•

stocknotatie: metaal + (oxidatiegetal) + hydroxide

` Maak oefening 20 t/m 25 op p. 70-71.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

39

3

Gebruik en toepassingen van hydroxiden

In het dagelijks leven worden veel hydroxiden gebruikt bij het poetsen. Zo is natriumhydroxide of bijtende soda NaOH een zeer sterke ontstopper. Een oplossing van natriumhydroxide lost namelijk haren en zeepresten op. Wanneer je die stof gebruikt, moet je extra voorzichtig zijn. Het is namelijk een zeer corrosieve stof en ze kan dus brandwonden veroorzaken. Een speciaal geval is ammoniak NH3. Wanneer je NH3 oplost in water, ontstaat

er ammoniumhydroxide NH4OH. In thema 04 gaan we dieper in op dat

oplosproces. Die oplossing wordt vooral gebruikt voor zijn ontvettende

IN

Afb. 15 In ontstopper zit natriumhydroxide

eigenschappen om bijvoorbeeld ramen te poetsen. De stof staat bekend voor zijn zeer indringende geur. Maar let op, het kan je slijmvliezen irriteren. Dezelfde doordringende geur kun je in stallen ruiken. Ammoniak komt namelijk ook in mest voor.

Tijdens de labo’s zul je geregeld gebruikmaken van calciumhydroxide of gebluste kalk of kalkwater Ca(OH)2. De oplossing kan gebruikt worden

OPDRACHT 24 DEMO

om koolstofdioxide aan te tonen. Let op: het water dat thuis uit de kraan

N

Afb. 16 Ammoniak werkt ontvettend

loopt, is kalkrijk water maar het is geen kalkwater!

VA

Je leerkracht onderzoekt wat er gebeurt wanneer je koolstofdioxide aan kalkwater toevoegt. Werkwijze

Je leerkracht maakt een oplossing van kalkwater door calciumoxide in water op te lossen. Die schenkt ongeveer 2 mL van die oplossing in een proefbuis en blaast voorzichtig met een rietje in de oplossing.

Waarnemingen

Besluit

©

Wanneer je kalkwater met koolstofdioxide mengt, ontstaat er een

.

Je kunt kalkwater gebruiken om koolstofdioxide aan te tonen.

Formule

Systematische naam

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

calciumhydroxide

NaOH

natriumhydroxide

bijtende soda

ontstopper

NH4OH

ammoniumhydroxide

ammonia

ontvetter

HOOFDSTUK 3

gebluste kalk

Toepassing/eigenschap

Ca(OH)2

indicator voor koolstofdioxide

` Maak oefening 26 op p. 71.

40

Triviale naam

OPDRACHT 25

Oefen met behulp van flashcards je kennis over de hydroxiden.

flashcards: hydroxiden

Reactiepatroon

IN

4

Bij het experiment met kalkwater hebben we zelf kalkwater gemaakt door calciumoxide in water op te lossen: — reactiepatroon: metaaloxide

+

water

→

hydroxide

MO

+

H2O

→

MOH

H2O

→

Ca(OH)2

— reactievergelijking:

OPDRACHT 26

+

N

CaO

VA

Bij opdracht 20 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing blauw-groen kleurt na toevoegen van magnesiumoxide.

©

Welke pH komt met deze kleur overeen?

— reactiepatroon:

metaaloxide (MO) + water (H2O) → hydroxide (MOH) + H2O

— reactievergelijking: MgO

→ Mg(OH)2

Doordat er bij de reactie van een metaaloxide met water een hydroxide gevormd wordt, noemt men de metaaloxiden ook wel basevormende oxiden (zie ook hoofdstuk 5).

Reactiepatroon voor de vorming van hydroxiden: metaaloxide

+

water

→

hydroxide

MO

+

H2O

→

MOH

Metaaloxiden zijn basevormende oxiden. ` Maak oefening 27 en 28 op p. 71.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 3

41

HOOFDSTUK 4

De zuren LEERDOELEN Je kunt al: L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule; L anorganische stoffen indelen op basis van de kleur van een indicator; L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

IN

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen; L de algemene formule van een zuur schrijven. Je leert nu:

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd;

Je hebt misschien al wel eens

iets zuur gegeten: een schijfje citroen of een zuur snoepje.

L de zuren verder indelen in binaire en ternaire zuren; L de eigenschappen en toepassingen van zuren;

je natuurlijk niet proeven,

daarom hebben we tijdens het practicum andere manieren

N

L de formule van binaire en ternaire zuren;

Tijdens de lessen chemie mag

L de naam van binaire en ternaire zuren;

L via welke chemische reactie je een binair en ternair zuur kunt vormen.

geleerd om te bepalen of een stof tot de zuren behoort of niet. In dit hoofdstuk gaan we

VA

verder in op deze stofklasse.

1

Wat is een zuur?

Een zuur is opgebouwd uit een waterstofatoom en een zuurrest. Het waterstofatoom is de functionele groep. De zuurrest kan een niet-metaal zijn of een niet-metaal en één of meerdere zuurstofatomen. De algemene formule van een zuur is HZ.

©

Aangezien alle zuren een vaste formule hebben, moet de index bij het waterstofatoom nooit vermeld worden in de naam. Afhankelijk van de samenstelling van de zuurrest, kunnen de zuren in 2 groepen ingedeeld worden: 1

Zuren waarbij de zuurrest enkel uit een niet-metaal bestaat, zijn de binaire zuren (ze bestaan uit 2 atoomsoorten). De algemene formule van een binair zuur is HnM.

2

Dat in tegenstelling tot de ternaire zuren, waarbij de zuurrest naast een niet-metaal ook nog zuurstof bevat. De algemene formule voor een ternair zuur is HnMO.

Zowel de binaire als de ternaire zuren zijn alleen opgebouwd uit niet-metalen. Het zijn dus allemaal atoombindingen. Aangezien de zuurrest heel belangrijk is voor zouten, zal er in het deel van de zuren al extra aandacht gespendeerd worden aan de zuurresten. 42

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

2

Binaire zuren

Een binair zuur is opgebouwd uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal. HZ of HnM is de algemene formule voor een binair zuur. Alle niet-metalen bezitten hun laagst mogelijke oxidatiegetal in de binaire zuren. Op die manier kun je zeer gemakkelijk de formule van de binaire zuren afleiden.

IN

OPDRACHT 27

Bepaal de formule van het binaire zuur met zwavel.

N

De naam van de binaire zuren is als volgt: waterstof + verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’. Omdat de formule voor de zuren vastligt, wordt er nooit met Griekse telwoorden gewerkt.

De zuurrest is heel belangrijk voor de vorming van zouten. Je bekomt die

©

VA

door de waterstofionen (H+) uit de formule van het zuur te verwijderen. Per

waterstofion dat je uit de formule haalt, krijgt de zuurrest een lading van -1. Voorbeeld: HCl -1 H+

→

Cl-

H2S -2 H+

→

S2-

De naam voor de zuurrest is volledig analoog aan de naam van het zuur zelf, alleen worden de waterstoffen niet meer vermeld, omdat die eraf gehaald zijn. De naam van de zuurrest wordt gevormd door de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal + uitgang ‘-ide’. De extra uitgang ‘-ion’ wijst erop dat het over een geladen deeltje gaat en dat het geen volledige verbinding is: er is nog een positief deel nodig om de formule compleet te maken. Het is belangrijk om de zuurrest te kennen: Brutoformule

Systematische naam

Zuurrest

Naam zuurrest

HF

waterstoffluoride

F

fluoride-ion

HCl

waterstofchloride

Cl-

chloride-ion

HBr

waterstofbromide

Br-

bromide-ion

HI

waterstofjodide

I

jodide-ion

H 2S

waterstofsulfide

S

-

2-

sulfide-ion

Tabel 4 Binaire zuren en zuurresten

Van 1 binair zuur moet je ook de triviale naam kennen. De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur. GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

43

3

Ternaire zuren

De naam zegt het zelf: de ternaire zuren zijn opgebouwd uit 3 atoomsoorten. Naast waterstof en een niet-metaal is er ook altijd minstens 1 zuurstofatoom aanwezig: HnMO is de algemene formule voor een ternair zuur. Ook hier is de functionele groep het waterstofatoom. De ternaire zuren kun je indelen in de stamzuren, die het vaakst voorkomen, en de afgeleide zuren.

IN

Het aantal waterstof- en zuurstofatomen in de formule kun je niet afleiden uit

het PSE of uit de naam. Je moet de formule van de zuren dus zeer goed uit het hoofd leren!

In het stamzuur is het oxidatiegetal van het specifieke niet-metaal gelijk aan het groepsnummer, met uitzondering van de halogenen: daar is het niet +VII, maar +V.

N

VOORBEELD

H2CO3 OG(C) = +IV

HClO3

OG(Cl) = +V

De naam voor de stamzuren is analoog aan die van de binaire zuren, alleen is de uitgang niet -ide, maar -aat: waterstof + verkorte Latijnse naam + ‘-aat’.

VA

De meeste ternaire zuren hebben ook een triviale naam. De zuurrest vorm je analoog aan die van de binaire zuren. Je haalt een of meer waterstofionen uit de formule. Per waterstofion krijgt de zuurrest een lading van -1. In de naam laat je ‘waterstof’ weg, maar voeg je ‘ion’ toe om aan te geven dat het een geladen deeltje is. Ook hier is het heel belangrijk om de zuurrest te kennen: die hebben we nog nodig om de zouten te vormen:

©

Brutoformule

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

Naam zuurrest

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3-

nitraation

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

34

PO

fosfaation

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

24

SO

sulfaation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3-

chloraation

HBrO3

waterstofbromaat

broomzuur

BrO3-

bromaation

HIO3

waterstofjodaat

joodzuur

IO3

jodaation

Tabel 5 Ternaire zuren en zuurresten

44

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

-

Vorig jaar heb je geleerd om lewisstructuren te tekenen. Voor koolzuur ziet die er als volgt uit:

3D

H O C

O O

Afb. 17 Lewisstructuur koolzuur

H

Van verschillende ternaire zuren bestaan er afgeleide zuren. De formule

IN

hiervan ziet er hetzelfde uit als die van de stamzuren, alleen verschilt het aantal zuurstofatomen. Dit jaar bespreken we al 2 afgeleide zuren:

Brutoformule

Systematische naam

HNO2 H2SO3

Zuurrest

Naam zuurrest

waterstofnitriet salpeterigzuur

NO2-

nitrietion

waterstofsulfiet zwaveligzuur

SO32-

sulfietion

Triviale naam

N

Tabel 6 Afgeleide zuren en hun zuurresten

Als je deze formules bekijkt, merk je dat ze allebei exact 1 zuurstofatoom minder hebben dan het overeenkomstige stamzuur. Wanneer een ternair zuur exact 1 zuurstofatoom minder heeft dat het stamzuur, eindigt de naam op -iet in plaats van op -aat. Bij de triviale naam wordt het tussenvoegsel '-ig'

©

VA

toegevoegd.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

45

Een binair zuur: — bestaat uit 2 atoomsoorten: het waterstofatoom en een niet-metaal. — Het oxidatiegetal van het niet-metaal is zo laag mogelijk, namelijk groepsnummer -8.

— Om de naam te vormen, vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -ide.

— De triviale naam van waterstofchloride is zoutzuur.

— Je kunt de zuurrest vormen door één of meerdere waterstofionen uit de formule van het zuur te verwijderen. Per waterstofion dat je verwijdert, krijgt de zuurrest een lading van 1-.

IN

— De te kennen binaire zuren en zuurresten zijn: Brutoformule

HF HCl HBr HI H2S

Systematische naam

Naam zuurrest

Zuurrest

waterstoffluoride

F

fluoride-ion

-

waterstofchloride

-

Cl

chloride-ion

waterstofbromide

Br

bromide-ion

waterstofjodide

I-

jodide-ion

waterstofsulfide

S2-

sulfide-ion

-

N

Een ternair zuur:

— bevat, naast waterstof en een niet-metaal, ook altijd minstens 1 zuurstofatoom.

— Om de naam van een stamzuur van de ternaire zuren te vormen,

vermeld je eerst waterstof, dan de verkorte Latijnse naam van het niet-metaal en als uitgang -aat.

VA

— De te kennen stamzuren en hun zuurresten zijn:

©

Brutoformule

Systematische naam

Triviale naam

Zuurrest

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

CO32-

carbonaation

HNO3

waterstofnitraat

salpeterzuur

NO3

-

nitraation

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

34

PO

fosfaation

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

SO42-

sulfaation

HClO3

waterstofchloraat

chloorzuur

ClO3-

chloraation

HBrO3

waterstofbromaat

broomzuur

BrO3

bromaation

HIO3

waterstofjodaat

joodzuur

IO3

jodaation

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

-

-

— De te kennen afgeleide zuren en hun zuurresten: Brutoformule

Systematische naam

Zuurrest

Naam zuurrest

HNO2

waterstofnitriet

NO

nitrietion

H2SO3

waterstofsulfiet

SO

sulfietion

` Maak oefening 29 t/m 33 op p. 71-72.

46

Naam zuurrest

HOOFDSTUK 4

2

23

4

Gebruik en toepassingen van zuren

Het zuur dat aanwezig is in je maag, is zoutzuur of waterstofchloride HCl. Het helpt bij de vertering van voedingsstoffen. Zoutzuur is vrij ontdekplaat: anorganische stofklassen

corrosief. Dat kun je gewaarworden wanneer je regelmatig moet overgeven of wanneer de klep tussen

gezonde maag

reflux

Afb. 18 Zoutzuur in de maag helpt bij de vertering. Relfux is een aandoening waarbij de zure maaginhoud terugvloeit in de slokdarm.

IN

je slokdarm en je maag niet meer

goed werkt. Je maag is door onder

andere een slijmvlieslaag beschermd tegen die zure brij, maar je slokdarm

kan er serieus door aangetast worden. Bij vulkaanuitbarstingen komt

waterstofsulfide of H2S vrij. Mogelijk

heb je die zeer specifieke geur ook al

N

waargenomen bij rotte eieren of

Afb. 19 Giftige zoutzuurdampen bij een vulkaanuitbarsting

stinkbommen.

WEETJE

Bij de vulkaanuitbarsting op La Palma in 2021 werd de bevolking

©

VA

gewaarschuwd voor giftige zoutzuurdampen. Als lava, met een temperatuur van 1 000 °C, in contact komt met zout water, dan kunnen er giftige dampen ontstaan. De chemische reactie resulteert dan in een zoutzuurhoudende gaswolk. Dat fenomeen is gekend als ‘laze', een samentrekking tussen ‘lava' en ‘haze' (nevel). De giftige dampen kunnen ademhalings- en huidproblemen veroorzaken. Bron: De Standaard

Onder de ternaire zuren is koolzuur of waterstofcarbonaat H2CO3 ongetwijfeld het zuur

dat het meest gekend is. Het is het zuur dat gevormd wordt wanneer koolstofdioxide in water wordt opgelost.

Maar ook van zwavelzuur of waterstofsulfaat H2SO4 heb je waarschijnlijk al gehoord. Het is

Afb. 20 In spuitwater zit koolzuur

aanwezig in een autobatterij, maar komt

spijtig genoeg vooral in het nieuws omwille van zijn corrosieve eigenschappen. De krant bericht soms over mensen die verminkt werden door een zwavelzuuraanval. Het is een sterk hygroscopische stof. Dat wil zeggen dat zwavelzuur water heel hard aantrekt. Zo hard dat het al het vocht uit je cellen trekt met zware brandwonden tot gevolg.

Afb. 21 Zwavelzuur veroorzaakt ernstige brandwonden

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

47

!

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT Wanneer je in een labo toch water met zwavelzuur moet mengen, dan moet je eerst water nemen en daar voorzichtig zwavelzuur op gieten.

water

Je kunt het heel gemakkelijk onthouden aan de hand van het volgende ezelsbruggetje: ‘zwavelzuur

geconcentreerd

mag nooit gedoopt worden’. Afb. 22 Zwavelzuur mag nooit gedoopt worden.

IN

GEN4_CHE_LB_KOV_T1_H4_Overgieten.ai

Cola is de enige frisdrank die niet alleen koolzuur, maar ook fosforzuur of

VA

N

waterstoffosfaat H3PO4 bevat.

Afb. 23 Vier foto’s van dezelfde wijsheidstand: linksboven in zijn oorspronkelijke staat, rechtsboven na onderdompeling in cola gedurende één dag, linksonder na een week en rechtsonder na een maand. Het fosforzuur in cola tast het tandemail aan en de kleurstoffen zorgen ervoor dat de wortel bruin wordt.

OPDRACHT 28

©

Oefen met behulp van de flashcards je kennis over de zuren.

Formule

Systematische naam

flashcards: zuren

Toepassing

Triviale naam

H3PO4

waterstoffosfaat

fosforzuur

aanwezig in cola

H2CO3

waterstofcarbonaat

koolzuur

frisdrank

HCl

waterstofchloride

zoutzuur

maag

H2SO4

waterstofsulfaat

zwavelzuur

— autobatterij

— wil nooit gedoopt worden

` Maak oefening 34 op p. 72.

48

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

5

Reactiepatronen

Een binair zuur kun je vormen door een niet-metaal met waterstofgas te laten reageren. — reactiepatroon:

+

— reactievergelijking:

+

niet-metaal

waterstofgas

nM + Cl2

→

binair zuur

H2 →

HnM

H2

2 HCl

→

IN

Ternaire zuren kun je vormen door een niet-metaaloxide met water te laten reageren: Daarom noemen ze niet-metaaloxiden zuurvormende oxiden. — reactiepatroon:

niet-metaaloxide +

water

→

ternair zuur

+

H2O

→

HnMO

CO2 +

H2O

→

H2CO3

— nMO

OPDRACHT 29

N

reactievergelijking:

Bij opdracht 21 hebben we vastgesteld dat er universeel-indicatoroplossing oranje-rood kleurt na het toevoegen van de verbrandingsgassen van octazwavel.

©

VA

Welke pH komt met die kleur overeen?

Reactiepatronen voor de vorming van zuren: — niet-metaal nM

— niet-metaaloxide nMO

+

waterstofgas

→

binair zuur

+

H2

→

HnM

water

→

ternair zuur

H2O

→

HnMO

+ +

→ Niet-metaaloxiden zijn zuurvormende oxiden.

` Maak oefening 35 t/m 37 op p. 72-73

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 4

49

HOOFDSTUK 5

ZUUR

BASISCH

Zuurtegraad van een oplossing LEERDOELEN Je kunt al: L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op

IN

basis van een gegeven naam of formule;

NEUTRAAL

L indicatoren gebruiken om te bepalen welke stoffen tot eenzelfde stofklasse behoren;

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen; L de naam geven, wanneer de formule van een zuur Je leert nu:

N

opgegeven is, en omgekeerd.

L het begrip zuurtegraad en pH van een oplossing bespreken in voorbeelden;

L het verband leggen tussen zuur, basisch en neutraal en de pH of zuurtegraad van een oplossing;

We hebben in hoofdstuk 1 gebruikgemaakt

VA

L de manier waarop je de pH of de zuurtegraad van

van indicatoren om de anorganische

een oplossing experimenteel kunt bepalen;

stoffen in te delen in hun stofklasse. In

L het nut van een bufferoplossing.

banaan

azijn

geconcentreerd zoutzuur

broccoli

zuiver water

tomaat

bleekmiddel

citroen zuiveringszout

appel

meest zuur

Afb. 24 De pH-schaal

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

ontstopper

bloed

maagzuur

ontdekplaat: pH

50

indicatoren.

pH en de zuurtegraad van een oplossing

©

1

dit hoofdstuk gaan we verder in op die

HOOFDSTUK 5

zeep

natriumhydroxide

melk

minst zuur neutraal

minst basisch

meest basisch

De pH-schaal gaat van 0 tot 14. Hoe lager de pH, hoe zuurder een oplossing is. Een oplossing met een hoge pH noemen we een basische oplossing. De tegenhanger van zuur in de lessen chemie is dus niet zoet of zout, maar basisch! Een oplossing met een pH-waarde van 7 is een neutrale oplossing: deze oplossing is dus niet zuur, maar ook niet basisch. Let op: de zuurtegraad en de pH zijn dus tegengesteld: hoe zuurder een oplossing is, hoe hoger de zuurtegraad, hoe lager de pH. Vroeger werd de zuurtegraad van een oplossing bepaald door de stof te proeven. Een oplossing met een lage pH proeft ook zuur en een oplossing met een hoge pH proeft eerder

IN

zeepachtig. Vorig jaar leerde je al dat het in een labo verboden is om te

proeven van een oplossing. Het is in eerste instantie gevaarlijk, maar het is ook nog eens zeer onnauwkeurig.

Afb. 25 Cola heeft een pH van 2,4. Een frisdrank met een pH van <4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

De pH van cola is bijvoorbeeld 2,4 en toch zou je niet zeggen dat cola zuur is. Dat komt natuurlijk door de enorme hoeveelheid suiker of zoetstoffen die

OPDRACHT 30

N

eraan worden toegevoegd.

Waarom is proeven niet geschikt om te bepalen of een stof zuur of basisch is?

VA

Geef 2 argumenten. —

—

OPDRACHT 31 ONDERZOEK

©

Onderzoek nu zelf of een oplossing zuur, basisch of neutraal is. Ga naar

en voer het labo uit.

WEETJE

Lightfrisdranken zijn voor erosie van je tanden even slecht als gewone frisdranken, omdat ze evenveel zuur bevatten. Voor het ontstaan van gaatjes zijn ze wel minder schadelijk. Hoe zuur mag een frisdrank dan zijn? Al bij een pH-waarde minder dan 5,5 in de mondholte kan het tandglazuur oplossen. Hoe zuurder de drank, hoe erosiever voor het gebit. Een frisdrank met een pH van minder dan 4 kan eroderend werken op het tandglazuur.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

51

1.1 pH-indicatoren Een gemakkelijke manier om te bepalen of een oplossing zuur of basisch is, is met behulp van pH-indicatoren. Die stoffen komen vaak voor in de natuur en hebben een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing. Een pH-indicator die je gemakkelijk zelf kunt maken, is rodekoolsap. Hiervoor leg je een paar stukjes rodekool in kokend water of plet je ze met behulp van een stamper met een beetje water in een mortier. Het water zal heel snel blauwpaars kleuren. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels citroensap (een zuur) toevoegt, verandert de kleur naar rood. Wanneer je aan een oplossing van rodekoolsap een paar druppels natriumhydroxide-oplossing (een base) toevoegt, verandert de kleur naar

IN

groengeel. De resultaten van experimenten met andere indicatoren vind je in de volgende tabel:

pH-Indicator

Kleur in zuur midden

Kleur in neutraal midden

Kleur in basisch midden

rodekoolsap

rood

blauwpaars

groengeel

methyloranje

rood

geel

geel

lakmoes

rood

roodblauw

blauw

kleurloos

kleurloos

fuchsia

groen

blauw

N

fenolftaleïne

broomthymolblauw geel

Maar ook in het dagelijks leven kom je dat effect tegen. Wanneer je rodekool maakt, wordt er vaak een scheutje azijn toegevoegd aan de paarse rodekool. Hierdoor krijgt het gerecht een mooie rode kleur. Maar ook een hortensia

VA

krijgt een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de grond. Zo is het perfect mogelijk dat een roze hortensia na een aantal jaren blauwe bloemen geeft, wanneer de grond te zuur geworden is.

Afb. 26 Een hortensia verandert van kleur door de zuurtegraad van de grond.

Ook al zijn die indicatoren heel gemakkelijk te gebruiken, het nadeel is dat je soms geen onderscheid kunt maken tussen bijvoorbeeld 2 zure oplossingen: een oplossing met pH-waarde 1 en met pH-waarde 2 geeft eenzelfde kleur. Dat kun je vrij eenvoudig oplossen door een mengsel te maken van verschillende indicatoren. Zo kun je gebruikmaken van pH-strips om de zuurtegraad van een zwembad te controleren. Dat is filtreerpapier dat in een

©

Afb. 27 Met een universeel-indicatoroplossing kan de pH van een oplossing bepaald worden.

oplossing van universeel indicator is ondergedompeld. Je kunt de universeelindicatoroplossing ook gewoon als vloeistof gebruiken en de kleur van de bekomen oplossing vergelijken met een kleurenschaal.

1.2 pH-meter Voor sommige toepassingen (vooral in het labo) is het belangrijk om de pH-waarde heel exact te kennen. Je kunt dat gemakkelijk meten met een pH-meter. Je steekt dan een elektrode in de oplossing en kunt snel en nauwkeurig de pH-waarde aflezen. Een pH-meter moet wel regelmatig geijkt worden. Hiervoor gebruik je dan weer een bufferoplossing.

Afb. 28 Een pH-meter

52

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

2

Buffer

Je hebt misschien al over het woord buffer gehoord in een andere context. Zo spreekt men bij een voetbalmatch vaak over een buffervak in de tribune. Dat is een leeg vak om 2 rivaliserende groepen supporters uit elkaar te houden. Ook in economische termen wordt er soms over een buffer gesproken. In die context gaat het over een financieel reservepotje. In een chemische context spreken we over een buffer wanneer de pH van een oplossing binnen welbepaalde pH-grenzen blijft, ook al voegt men andere stoffen (een zuur, een base of water) toe. Bufferoplossingen zijn zeer

IN

belangrijk, omdat veel chemische, maar ook veel biologische processen

beter opgaan bij een welbepaalde ideale pH-waarde. Door onder andere de

verzuring van het milieu komen veel buffersystemen de laatste jaren steeds

meer onder druk te staan. Het water van de oceanen wordt zuurder, waardoor bepaalde organismen het moeilijker krijgen om te overleven, koraalriffen beginnen op te lossen …

De meeste lensvloeistoffen bevatten een buffer die ervoor zorgt dat de

N

pH-waarde tussen 7,2 en 7,4 blijft. Bij deze pH-waarde werkt de vloeistof

namelijk het best. Om geen irritatie aan de ogen te veroorzaken, mag de pH ook niet te veel afwijken van die van het traanvocht. Daarom moet de pH-waarde in ieder geval boven 6,6 blijven en onder 7,8.

Afb. 29 Lensvloeistoffen hebben een buffer.

Buffers worden ook gebruikt om een pH-meter te ijken. Hiervoor gebruik je een bufferoplossing met een lage pH en een bufferoplossing met een

VA

hoge pH. Je meet de pH van beide oplossingen en met behulp van die 2 meetpunten wordt een ijkcurve opgesteld. Het is natuurlijk belangrijk om hiervoor een oplossing te gebruiken waarvan de pH niet verandert ook al worden er een aantal druppels water of iets anders aan toegevoegd (die nog eventueel aan de sonde van de pH-meter waren blijven hangen).

Afb. 30 pH-meter ijken door middel van bufferoplossingen

WEETJE

De pH van het bloed bij gezonde personen ligt

©

tussen 7,35 en 7,45. Zowel

de longen als de nieren zijn betrokken bij het regelen van de zuurtegraad van

het bloed. Bij mensen met hyperventilatie geraakt de pH-waarde van het bloed verstoord. Maar ook hevig braken of buikloop hebben een effect op de zuurtegraad van je lichaam.

— Hoe zuurder een oplossing, hoe groter de zuurtegraad en hoe lager de pH van de oplossing.

— De pH-schaal gaat van 0 tot 14: •

Een oplossing met pH < 7 is een zure oplossing.

•

Een oplossing met pH = 7 is een neutrale oplossing.

•

Een oplossing met pH > 7 is een basische oplossing.

— Je kunt de pH bepalen met behulp van pH-indicatoren: dat zijn stoffen die een andere kleur vertonen afhankelijk van de pH van de oplossing.

— Een pH-meter is een digitale en zeer nauwkeurige manier om de pH van een oplossing te bepalen.

— Een buffer is een oplossing waarvan de pH amper verandert, zelfs na het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur of hydroxide.

` Maak oefening 38 t/m 47 op p. 73-75.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 5

53

HOOFDSTUK 6

De zouten

LEERDOELEN Je kunt al: L anorganische stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis

IN

van een gegeven naam of formule;

L een formule opstellen met behulp van oxidatiegetallen;

L de naam en formule van oxiden en hydroxiden opstellen;

L de naam geven, wanneer de formule van een zuur opgegeven is, en omgekeerd;

L de algemene formule van een zout schrijven.

N

Je leert nu:

L de zouten verder indelen in binaire en ternaire zouten; L de eigenschappen en toepassingen van zouten;

Wanneer je in het dagelijks leven

L de formule van zouten opstellen;

praat over zout, bedoel je natuurlijk keukenzout. Voor een chemicus is zout

L de naam van zouten opstellen;

een volledige stofklasse. Er zijn dus

VA

L via welke chemische reactie je een zout kunt vormen.

1

verschillende stoffen die tot de zouten behoren.

Wat is een zout?

Een zout is een ionverbinding die opgebouwd is uit een positief ion (metaalion of het ammoniumion) en een zuurrestion. De algemene formule

©

van een zout is MZ. Afhankelijk van de zuurrest kun je de zouten verder indelen in binaire zouten MnM en ternaire zouten MnMO.

Afb. 31 Zouten zijn niet altijd witte, vaste stoffen, maar kunnen in verschillende kleuren voorkomen.

54

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

2

Formule- en naamvorming

De algemene formule van een zout is MZ. Afhankelijk van de zuurrest heb je te maken met een binair of een ternair zout. Als de zuurrest alleen uit een niet-metaal bestaat, dan is het een binair zout: MnM. Bevat de zuurrest ook nog een of meerdere zuurstofatomen, dan is het een ternair zout: MnMO. Voor de vorming van de formule van de zouten heb je de formule van de

IN

zuurresten nodig (zie p. 43).

Net zoals bij de oxiden en de hydroxiden moet je ook hier een onderscheid

maken tussen metalen met slechts één mogelijk oxidatiegetal en metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen. Het oxidatiegetal van de zuurrest ligt vast, aangezien die afgeleid is van de formule van het zuur.

N

2.1 Metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal

Voor metalen met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal (of met ammonium) is de naamgeving analoog als bij de metaaloxiden en de hydroxiden, namelijk metaal (of ammonium) + zuurrest.

VA

OPDRACHT 32

Oefen de naam en formule van zouten. 1

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen calcium en de jodide-zuurrest.

©

2

Is dat een voorbeeld van een binair of een ternair zout?

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

55

3

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen aluminium en de sulfaat-zuurrest.

IN

Is het een binair of een ternair zout?

VA

4

N

5

Vorm de naam en formule-eenheid via de kruisregel van het zout tussen ammonium en de fosfaat-zuur-

rest. Dat is een (quaternair) ammoniumzout.

©

56

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

2.2 Metalen met meerdere mogelijke oxidatiegetallen Ook hier is de naamgeving analoog aan de naamgeving van de metaaloxide en de hydroxiden. Ofwel hanteer je de stocknotatie ofwel maak je gebruik van de Griekse telwoorden. OPDRACHT 33

Vul aan. Noteer de formule van alle zouten tussen ijzer en de sulfide-zuurrest.

IN

1

+III

+II

Kruisregel

Stocknotatie Systematische naam

N

Formule-eenheid

VA

→ Dat zijn allebei voorbeelden van

2

Wat is de formule-eenheid van lood(II)nitraat?

©

3

Wat is de stocknotatie van dikopercarbonaat? — Vorm eerst de formule-eenheid:

— Bepaal het oxidatiegetal van koper in deze stof:

— Noteer de stocknotatie:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

57

3

Waterstofzouten en hydraten

Naast de indeling in binaire en ternaire zouten zijn er nog 2 speciale groepen van zouten: de waterstofzouten en de hydraten. Waterstofzouten zijn zouten waarbij er nog 1 of meerdere waterstofatomen in de zuurrest aanwezig zijn. We beperken ons tot de waterstofzouten met de HCO3--zuurrest. Het oxidatiegetal voor die zuurrest is -I, aangezien er

IN

1 waterstofatoom onttrokken is aan H2CO3.

VOORBEELD WATERSTOFZOUT VAN NATRIUM EN WATERSTOFCARBONAAT Na: OG = +I

want natrium staat in groep IA

Het oxidatiegetal van de waterstofcarbonaat-zuurrest is -I, want het is afkomstig van H2CO3.

HCO3

N

Na

+I

-I

→ De formule-eenheid is dan NaHCO3.

VA

Aangezien er in de zuurrest nog een waterstofatoom staat, moet dat natuurlijk ook in de naam vermeld worden. → De naam is natriumwaterstofcarbonaat. Een andere naam hiervoor is natriumbicarbonaat.

Je hebt misschien al wel over hydrateren gehoord. Zo is het belangrijk om, zeker na het sporten, voldoende water te drinken zodanig dat je lichaam voldoende gehydrateerd is. Maar ook je huid kun je hydrateren: er bestaan tal van hydraterende crèmes. Hydrateren wil zeggen ‘vocht inbrengen’ of water

©

toevoegen.

En zo ook bij de zouten: een hydraat is een zout waar water in gevangen zit. Die zouten nemen water op in hun ionrooster. Dat water noemen we kristalwater. De algemene formule van een hydraat is dan ook MZ.nH2O.

De formule van het zout wordt gevormd zoals hierboven beschreven is.

Afb. 32 Structuur en uitzicht van CoCl2

58

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

Afb. 33 Structuur en uitzicht van CoCl2 ∙ 6H2O

In de naam wordt aangegeven door het voorvoegsel dat voor hydraat staat hoeveel keer water voorkomt. De formule van calciumsulfaatdihydraat is CaSO4.2H2O want er zijn 2 (di)

N

IN

watermoleculen (hydraat) aanwezig per formule-eenheid calciumsulfaat.

Afb. 34 Structuur en uitzicht van CaSO4.2H2O

©

VA

— Zouten zijn ionverbindingen: opgebouwd uit een metaal (of ammonium)

en een zuurrest (die bestaat uit een niet-metaal al dan niet gecombineerd met 1 of meerdere zuurstofatomen)

— algemene formule: MZ — 2 soorten: •

binair zout (MnM): zuurrest bevat enkel een niet-metaal, de naam eindigt op -ide

•

ternair zout (MnMO): zuurrest bevat een niet-metaal en zuurstof, de naam eindigt niet op -ide

— een metaal met slechts 1 mogelijk oxidatiegetal: •

formule: oxidatiegetal opzoeken in het PSE + kruisregel toepassen

•

naam: metaal (of ammonium)+ juiste zuurrest

— een metaal met meerdere mogelijke oxidatiegetallen: •

formule: meerdere mogelijkheden, er moet dus informatie over het oxidatiegetal gegeven worden

•

systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + zuurrest

•

stocknotatie: metaal + (OG) + zuurrest

— Waterstofzouten bevatten in hun zuurrest nog 1 of meerdere

waterstofatomen. We beperken ons tot zouten met HCO3- als zuurrest.

— Hydraten bevatten kristalwater in hun formule: MZ.nH2O

` Maak oefening 48 t/m 52 op p. 75-76.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

59

4

Gebruik en toepassingen van zouten

Het bekendste zout is natuurlijk keukenzout of natriumchloride NaCl. Dat wordt vooral als smaakmaker en bewaarmiddel gebruikt. In de winter wordt ontdekplaat: anorganische stofklassen

het ook gebruikt om op een glad wegdek te strooien. Het is niet aan te raden om Afb. 35 Natriumchloride is het bekendste zout.

strooizout in je eten te gebruiken. Er is namelijk een anti-klontermiddel aan

IN

toegevoegd.

Bij heel lage temperaturen (in Noorwegen, Zweden ...) wordt vaak calciumchloride CaCl2 als strooizout gebruikt.

N

Afb. 36 Strooizout bevat calciumchloride.

Van de ternaire zouten heb je ongetwijfeld calciumcarbonaat CaCO3 in huis. Marmer,

maar ook eierschalen en mosselschelpen, bestaan uit dat zout. Als je weet dat je een

VA

eischaal kunt oplossen met een zuur, dan

©

Afb. 37 Eierschalen bestaan uit calciumcarbonaat.

Afb. 38 In baksoda zit natriumwaterstofcarbonaat.

besef je ongetwijfeld onmiddellijk waarom het niet zo interessant is om een marmeren werkblad in de keuken te laten installeren.

Baksoda bevat zuiver natriumwaterstofcarbonaat NaHCO3 en wordt gebruikt

als rijsmiddel. Wist je trouwens dat er een verschil is tussen bakpoeder en baksoda? Bakpoeder bevat naast natriumwaterstofcarbonaat ook nog citroenzuur of wijnsteenzuur. Let bij het bakken zeer goed op dat je de juiste stof gebruikt. Verder kun je een aantal zouten in de badkamer tegenkomen. Wratten kun je verwijderen door ze te laten bevriezen, maar je kunt hier ook zilvernitraat AgNO3

voor gebruiken. En in tandpasta zit heel

vaak natriumfluoride NaF, dat zorgt voor Afb. 39 In de meeste tandpasta's zit natriumfluride.

60

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

sterker glazuur.

De kans is ook groot dat je soda of badzout of natriumcarbonaat Na2CO3 in

huis hebt. Dat wordt vaak aan water toegevoegd als waterverzachter of

waterontharder. Verwar het zeker niet met baksoda of bijtende soda. Baksoda zijn we Afb. 40 Met natriumcarbonaat kun je water ontharden.

net tegengekomen: het is aanwezig in bakpoeder. En bijtende soda zijn we al tegengekomen bij de hydroxiden: dat is een ontstopper. Gips of calciumsulfaatpentahydraat CaSO4.5H2O is een gekend voorbeeld van

IN

een hydraat. Dat wordt gebruikt om een breuk te spalken, maar je hebt er

misschien ook in je kinderjaren mee

geknutseld. Het hydraat is harder dan het oorspronkelijke zout.

Afb. 41 Gips is een hydraat.

Maar ook de droogmiddelen die aan

bijvoorbeeld elektronica en lederwaren

N

toegevoegd worden, zijn zouten waarvan hydraten bestaan. Die zouten hebben net als doel om vocht uit de lucht op te nemen.

Afb. 42 Droogmiddelen zijn zouten.

VA

OPDRACHT 34

Oefen met behulp van flashcards je kennis van de zouten.

Formule

Systematische naam

Triviale naam

flashcards: zouten

Toepassing/voorkomen

natriumfluoride

/

tandpasta

NaHCO3

natriumwaterstofcarbonaat

bakpoeder

rijsmiddel

AgNO3

zilvernitraat

/

wratten verwijderen

CaSO4.5H2O

calciumsulfaatpentahydraat

gips

breuken zetten

NaCl

natriumchloride

keukenzout

smaak, bewaarmiddel

CaCO3

calciumcarbonaat

/

marmer, eierschaal

Na2CO3

natriumcarbonaat

soda of badzout

waterverzachter

©

NaF

` Maak oefening 53 op p. 76.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

61

5

Reactiepatroon

— reactiepatroon: zuur

+

hydroxide

→

zout

+

water

HZ

+

MOH

→

MZ

+

H2O

NaOH

→

NaCl

+

H2O

— reactievergelijking: HCl

+

IN

OPDRACHT 35 DEMO

Je leerkracht onderzoekt welke stof er ontstaat bij de reactie van een zuur en een hydroxide. Werkwijze

Je leerkracht voegt 2 mL zoutzuur toe aan een proefbuis. Nadien voegt die enkele druppels universeel-

indicatoroplossing toe aan de oplossing en bepaalt de pH van de oplossing. Vervolgens voegt je leerkracht druppelsgewijs natriumhydroxideoplossing toe en bepaalt ook regelmatig de pH. Wanneer de pH 7 is

N

geworden, stopt je leerkracht met het toevoegen van natriumhydroxideoplossing. Vervolgens plaatst je leerkracht het bekerglas op een draadnet en dampt die de oplossing uit. Waarnemingen

VA

Besluit

©

Je kunt een zout vormen door een zuur met een hydroxide te laten reageren. Hierbij verandert de zuurtegraad of de pH. We noemen die reactie ook een neutralisatiereactie. Reactiepatroon zout: zuur

+

hydroxide

→

zout

+

water

HZ

+

MOH

→

MZ

+

H2O

` Maak oefening 54 op p. 76.

62

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

HOOFDSTUK 6

THEMASYNTHESE

ANORGANISCHE STOFFEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES HOOFDSTUK 1 Verder indeling van de materie

oxidatiegetal (OG)

kennisclip

het aantal elektronen dat een atoom in een verbinding zou opnemen of afstaan bij overgang naar de ionaire vorm. De volgende elementen hebben in een verbinding een vast oxidatiegetal: Groep Ia:

+I

Groep IIa:

+II

Groep IIIa:

+III

Fluor: -I

IN

Zuurstof: meestal -II In een verbinding is de som van de oxidatiegetallen gelijk aan nul. kruisregel

Je kunt met behulp van de oxidatiegetallen en de kruisregel gemakkelijk de formule van een samengestelde stof vinden:

N

A B

+X

-Y

→ AyBx (controleren of je x en y niet kan vereenvoudigen = delen door eenzelfde getal)

naamgeving

Metaal heeft 1 mogelijk oxidatiegetal: metaal + uitgang

VA

Metaal heeft meerdere mogelijke oxidatiegetallen:

— stocknotatie: metaal + (oxidatiegetal) + uitgang

— systematische naam: Grieks telwoord + metaal + Grieks telwoord + uitgang Atoomverbindingen: Grieks telwoord + niet-metaal + Grieks telwoord + oxide

Schema 1: indeling van anorganische stoffen op basis van een gegeven formule, zie p. 23

Schema 2: indeling van anorganische stoffen op basis van een naam, zie p. 25 HOOFDSTUK 2 De oxiden

©

oxiden

hydroxiden

— MO (metaaloxide) of nMO (niet-metaaloxide) — functionele groep: O2— M

— nM

— MOH

+ O2

+ O2

→

MO

→

nMO

HOOFDSTUK 3 De hydroxiden

— functionele groep: OH-

— MO + H2O

→

MOH

— MO = basevormend oxide

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

SYNTHESE

63

THEMASYNTHESE

HOOFDSTUK 4 De zuren zuren

— HnM (binair zuur) of HnMO (ternair zuur) — functionele groep: H+

— H2

+ nM

→

HnM

— nMO + H2O

→

HnMO

— nMO = zuurvormend oxide

HOOFDSTUK 5 Zuurtegraad van een oplossing

pH

pH:

0-7 = zuur 7 = neutraal

zuurtegraad buffer

IN

7-14 = base — Hoe lager de pH, hoe zuurder de oplossing

— Oplossing waarvan de pH niet of amper wijzigt, zelfs na toevoeging van een zuur, base of water

HOOFDSTUK 6 De zouten

zouten

— Algemeen: MZ

waterstofzout hydraat

N

MnM (binair zout) of MnMO (ternair zout)

— Wanneer in de zuurrest nog 1 of meerdere waterstofatomen aanwezig zijn.

— Wanneer er 1 of meerdere moleculen water in het kristalrooster van het zout vastgehecht zijn HZ

+

MOH

→

MZ

+

H2O

Tijdens de reactie verandert de pH. Die reactie wordt ook een neutralisatiereactie

©

VA

genoemd.

64

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

SYNTHESE

CHECKLIST

JA

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik ken het begrip organische en anorganische stoffen.

— Ik ken de betekenis van het begrip oxidatiegetal en de waarde van het oxidatiegetal van elementen met slechts één oxidatiegetal.

— Ik ken de algemene formule van de oxiden, hydroxiden, zuren en zouten. — Ik ken de functionele groep van de oxiden, hydroxiden en zuren. — Ik ken de indeling in metaaloxiden en niet-metaaloxiden.

— Ik ken de indeling in binair en ternair bij zuren en zouten.

— Ik ken de verdere indeling in waterstofzouten en hydraten bij de zouten.

— Ik ken toepassingen van een aantal oxiden, hydroxiden, zuren en zouten. zouten.

IN

— Ik ken reactiepatronen voor het vormen van oxiden, hydroxiden, zuren en — Ik ken de begrippen pH-schaal, zuur, basisch en neutraal.

— Ik ken manieren om de pH van een oplossing te bepalen: pH-meter, pH-indicator.

— Ik ken het nut van een bufferoplossing.

2 Onderzoeksvaardigheden

N

— Ik kan stoffen indelen in organische en anorganische stoffen.

— Ik kan formules vormen via het oxidatiegetal en de kruisregel.

— Ik kan het oxidatiegetal van een element bepalen in een gegeven formule.

— Ik kan stoffen indelen in de juiste stofklasse op basis van een gegeven naam of formule.

— Ik kan formules van oxiden, hydroxiden en zouten vormen.

VA

— Ik kan de naam van oxiden, hydroxiden, zuren en zouten omzetten naar een formule en omgekeerd.

— Ik kan bij ionverbindingen de stocknotatie omzetten naar de naam met Griekse telwoorden en omgekeerd.

— Ik kan het verband tussen de pH-schaal, de begrippen zuur – basisch – neutraal en de kleur van een pH-indicator toelichten.

— Ik kan reactiepatronen in concrete reactievergelijkingen herkennen. invullen bij je Portfolio.

©

` Je kunt deze checklist ook op

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

CHECKLIST

65

CHECK IT OUT

Spreek jij chemisch? 1

Bekijk deze oefening uit een Franstalig leerboek over anorganische stofklassen. Nom oxyde de sodium

Na2O

hémioxyde de chlore

Cl2O

hydroxide de sodium

NaOH

sulfure d’hydrogène

H2S

oxyde de magnésium

MgO

monoxyde de carbone

CO

hydroxide de magnésium

Mg (OH)2

fluorure d’hydrogène

HF

sulfite d’hydrogène

H2SO3

oxyde d’aluminium

Al2O3

IN

a

Formule

Welke kolom is het gemakkelijkst te begrijpen voor jou?

N

b Wat is de beste manier om over chemische stoffen te communiceren over alle taalgrenzen heen? Waarom?

a

Zou je nu nog hetzelfde antwoorden op die enquête?

VA 2

Denk nu even terug aan de enquête uit de CHECK IN en beantwoord de vragen.

b Wat is de beste manier om over chemische stoffen te communiceren over alle taalgrenzen heen? Waarom?

©

!

Er zit heel wat logica vervat in de naamgeving van stoffen. Elke stof krijgt een universele, unieke naam en bij elke naam hoort een unieke, universele formule. Hoewel de naam van enkele atomen kan verschillen in andere talen, blijven de formules en symbolen overal hetzelfde. Een chemicus kan zich dus overal ter wereld duidelijk maken!

66

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

1

Horen de volgende uitspraken alleen bij anorganische stoffen (A), alleen bij organische stoffen (O) of bij zowel de anorganische als de organische stoffen (A + O)? a

kan het element Ca bevatten

b aardolie behoort tot deze groep stoffen c

d de totale verzameling van moleculen is zeer uitgebreid

Zijn de volgende stoffen organisch of anorganisch? a

O H3C

b

CH3

O

N

N N

O

N

O

-

CH3

d

O-

H C C O H

Al3+

H H

3

e

f

stenen

VA

haar

N+

H H

N

c

IN

2

maakt gebruik van zeer veel verschillende atoomsoorten

Behoren de volgende stoffen tot de organische of anorganische stoffen?

CaCl2

H2O

citroenzuur:

©

3

olijfolie

kunststof PVC:

O

HO

O

OH

O

OH

Anorganisch

H H H H H C C C C C Cl H Cl H Cl

vliegtuigbrandstof

OH

Organisch

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

67

4

Zijn de volgende stellingen over organische en anorganische stoffen juist of fout? Indien fout, verbeter alleen het onderlijnde deel. a

Maïsolie behoort tot de anorganische stoffen, want het is afkomstig van de dode natuur.

b De verzameling van de minerale verbindingen is zeer uitgebreid en bevat moleculen met een grote keuze uit atoomsoorten.

Bepaal het oxidatiegetal van het vetgedrukte element in de volgende moleculen/ionen: a

H3PO4

b NH4OH

6

c

ClO3-

d Fe3+

Noteer de juiste formule-eenheid in de volgende tabel: Cl: -I

Na: +I Ca: +II

O: -II

VA

Behoren volgende formules tot de oxiden (MO of nMO), hydroxiden (MOH), zuren (HZ) of zouten (MZ)? a

CO

e

KOH

g

b H2CO3

f

d KCl

h

c

8

S: -II

N

Al: +III

7

IN

5

HI Al(OH)3

Na2O (NH4)3PO4

Noteer de juiste stofklasse achter de volgende formules/namen. Wees zo specifiek mogelijk: bij oxiden maak je een onderscheid tussen metaal- en niet-metaaloxiden, bij zuren en zouten maak je een onderscheid tussen binair en ternair. AlPO4

©

a

b Na2O c

H2CO3

d Cl2O e

68

Fe(OH)2

a

c

e

ijzer(II)oxide

b calciumhydroxide

d koper(I)hydroxide

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

zwavelzuur

salpeterigzuur

9

10

Verbind de formules met de juiste naam. KOH

⦁

⦁

chloorzuur

K2O

⦁

⦁

kaliumchloride

HClO3

⦁

⦁

kaliumoxide

HCl

⦁

⦁

waterstofchloride

KCl

⦁

⦁

kaliumhydroxide

Zijn de volgende stoffen metaaloxiden (MO), niet-metaaloxiden (nMO) of behoren ze tot een andere a

aluminiumhydroxide

b dibroomtrioxide c

11

waterstofcarbonaat

Van het element zwavel bestaan meerdere oxiden. Omcirkel de formules die je met behulp van de tabel met oxidatiegetallen kunt vormen. c

b SO2

SO

S2O

N

a

12

IN

stofklasse (/)?

Vorm de formule van het oxide van de volgende elementen. Als een bepaald element meerdere mogelijke oxidatiegetallen heeft, schrijf je alle opties. a

aluminium

VA

b cadmium

13

Noteer de juiste naam naast de formules van de vorige oefening.

14

Van volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven. Schrijf telkens de andere naam/namen en/of formule. Indien er van een bepaalde stof geen stocknotatie bestaat, leg je uit waarom niet. a

kaliumoxide

b lood(IV)oxide c

koolstofmonoxide

©

d koperoxide e

15

Br2O3

Schrijf de juiste formule van alle oxiden die bij de ingrediënten hieronder vermeld worden. magnesiumoxide; Vulstof: Hydroxypropylmethylcellulose (E464); Bevochtigingsmiddel: Sorbitol; Antiklontermiddel: Magnesiumstearaat (E470b); Kleurstof: E171; Verdikkings-middel: Siliciumdioxide. 1 capsule bevat 450 mg MAGNESIUM ELEMENT (120% Referentie inname).

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

69

Behoren de volgende stoffen tot de metaaloxiden (MO) of de niet-metaaloxiden (nMO)? a

lachgas

b roest

17

ongebluste kalk

d koolzuurgas

Schrijf het reactiepatroon voor de vorming van: a

18

c

een niet-metaaloxide:

b een metaaloxide:

Hoort bij de volgende reacties reactiepatroon a of b (uit de vorige oefening)? a

P4

+

5 O2

→

b 4 Al

+

3 O2

→

c

+

O2

→

2 C

2 P2O5

IN

16

2 Al2O3 2 CO

d de reactie beschreven in volgende tekst: Alkalimetalen zijn zo zacht dat je ze met een mes kunt snijden. Natrium reageert zo snel

met zuurstofgas in de lucht dat het oppervlak

N

al na enkele minuten dof wordt.

Afb. 43 Natrium: een zacht alkalimetaal

Noteer de verbrandingsreactie van calcium.

VA

19

20

21

Vorm de formule van de hydroxiden van Mn.

Ook al heeft chloor een mogelijk oxidatiegetal van +VII en kun je door de kruisregel correct toe te passen de formule Cl(OH)7 bekomen, toch is dat geen juiste formule voor een hydroxide. Leg uit waarom niet.

22

Van de volgende stoffen is ofwel de systematische naam, de stocknotatie of de formule gegeven.

©

Noteer telkens de andere naam/namen en/of formule. Als er van een bepaalde stof geen stocknotatie bestaat, leg je uit waarom niet. a

ijzer(III)hydroxide

b CuOH c

KOH

ammoniumhydroxide

d aluminiumhydroxide

e

70

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

23

Vul de tabel aan: Formule

zinkhydroxide

kobaltdihydroxide

Mn(OH)7

ijzer(III)hydroxide

Vorm de naam en formule van alle hydroxiden van chroom: +II Formule-eenheid Systematische naam Stocknotatie

+VI

Omcirkel alle juiste formules van hydroxiden. a

Cl(OH)3

b CuOH

c

MgOH

d Fe(OH)3

Wat is de systematische naam van de volgende triviale namen?

VA

26

+III

N

25

Stocknotatie

IN

24

Systematische naam

a

27

gebluste kalk

b ontstopper

Omcirkel alle basevormende oxiden. a

SO2

b NaOH

a

koolstofdioxide

b zwaveltrioxide

29

K2O

d CO2

Omcirkel alle basevormende oxiden.

©

28

c

c

natriumoxide

d natriumhydroxide

Verklaar waarom Ca(OH)2 ook wel gebluste kalk genoemd wordt.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

71

30

Zijn de volgende formules binaire (B) of ternaire (T) zuren? a

HI

b HIO3 c

HBrO

d HNO2 e

31

H2S

f

waterstofchloride

g

waterstofbromaat

h fosforzuur

i

waterstofsulfiet

IN

Naast de 2 afgeleide zuren die we gezien hebben, bestaan er nog andere afgeleide zuren. Beredeneer zelf wat de formule is van waterstoffosfiet.

Vul de tabel aan.

N

b Noteer je redenering:

Formule

Systematische naam

waterstofnitriet

VA

H2SO4

34

Welke formule hoort bij welke toepassing of eigenschap? 2 HCl

©

1 H3PO4

3 H2CO3

A aanwezig in spuitwater B geur van rotte eieren

35

b

niet-metaaloxide +

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

→

+ waterstofgas →

AAN DE SLAG

triviale naam

zoutzuur

fosforzuur

4 H2S

C aanwezig in de maag D aanwezig in cola

Vervolledig de volgende reactiepatronen. a

72

Noem één overeenkomst en één verschil tussen een binair en een ternair zuur.

a

33

32

36

Welk reactiepatroon uit de vorige oefening hoort bij de volgende reacties: a of b? a

P2O5

+

3 H2O

→

2 H3PO4

b I2

+

H2

→

2 HI

c

de onderlijnde reactie in het volgende artikel:

Na oxidatie van zwaveldioxidegas (uitstootgas van verbrandingsprocessen)

37

lucht komt, ontstaat zure regen.

IN

ontstaat SO3. Wanneer SO3 in de vochtige

N

Horen de stellingen, namen of formules bij binaire of ternaire zuren of bij beiden? Voor nieuwe namen/ formules, mag je ervan uitgaan dat ze juist zijn. Formule

H is de functionele groep

H3PO2

kan gevormd worden uit de reactie van een niet-metaal met waterstofgas

38

Beide

waterstofcyanide

Ternair zuur

VA

hypofosforigzuur

Binair zuur

Je voegt aan de volgende oplossingen lakmoes toe. Welke kleur kun je waarnemen? Maak gebruik van de tabel op p. 52.

een oplossing met een pH-waarde 2

©

a

b een oplossing waarin HCl is opgelost c

een oplossing die groen kleurt in de aanwezigheid van rodekoolsap

d een oplossing waarin ongebluste kalk is opgelost

39

Bepaal bij elk van de volgende pH-waarden of de oplossing zuur, basisch of neutraal is. Noteer ook de juiste kleur na het toevoegen van de opgegeven indicator. a

7 + rodekoolsap

b 4 + lakmoes c

12 + fenolftaleïne

d 2 + broomthymolblauw

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

73

40

Welke kleur neem je waar als je de volgende stoffen aan een oplossing van lakmoes toevoegt? a

CO2

b Na2O c

NaCl

d Zoutzuur e

Bijtende soda

Zijn de volgende stellingen juist of fout? Indien fout, verbeter dan het onderlijnde deel. a

In de chemie is het tegengestelde van zuur zoet.

IN

41

b Een oplossing met een pH-waarde 2 is zuurder dan een oplossing met een pH-waarde 3. c

42

Elke bufferoplossing vertoont een andere kleur afhankelijk van de zuurtegraad van de oplossing.

Waarom wordt er een bufferoplossing gebruikt om een pH-meter te ijken?

43

N

Welke soort van chemische stof is aanwezig in deze lippenstift?

De Essence ‘Kiss The Frog’-lippenbalsem belooft ‘magische, roze lippen’: na

VA

a

het aanbrengen van de balsem verandert de kleur van vreemd groen naar prachtig roze. De lippenbalsem kan dus de functie overnemen van ...

b Beschrijf een proef waarmee je de kleur in zuur en in basisch midden van de lippenbalsem ‘Kiss The Frog’ kunt bepalen.

©

44

Is de pH van de volgende oplossingen groter, kleiner of gelijk aan 7? Omcirkel het juiste antwoord. a

een basische oplossing

pH < 7

pH = 7

pH > 7

b frisdrank met opgelost CO2

pH < 7

pH = 7

pH > 7

met broomthymolblauw

pH < 7

pH = 7

pH > 7

d een oplossing van MgO in water

pH < 7

pH = 7

pH > 7

e

een oplossing van azijn in water

pH < 7

pH = 7

pH > 7

f

een oplossing die roze kleurt pH < 7

pH = 7

pH > 7

c

een oplossing die geel kleurt

met fenolftaleïne 74

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

45

Op een advertentie zie je het volgende staan: “stabiliseert de pH tot 8.3 in zeewater aquarium.” Over welke stof gaat het? Wat is de functie ervan?

46

Omcirkel telkens het juiste antwoord. a

de meest zure oplossing:

rood met methyloranje / geel met methyloranje

b de oplossing met de hoogste pH:

fuchsia met fenolftaleïne / kleurloos met fenolftaleïne

c

blauwe kleur / rode kleur

KOH + lakmoes:

47

IN

d blazen in een oplossing van broom thymolblauw: blauwe kleur / gele kleur

Je hebt 4 flessen met telkens een andere kleurloze, heldere oplossing in, namelijk NaOH, HCl, water of

fenolftaleïne. Bedenk een experiment om te bepalen in welke fles fenolftaleïne zit. Je mag enkel de inhoud van deze flessen gebruiken.

N

VA

©

48

Noteer de naam en de formule van de gevraagde zouten. a

kalium en sulfidezuurrest

b aluminium en carbonaatzuurrest c

alle zouten van ijzer en de ternaire stamzuurrest

met chloor

d ammonium en waterstofzuurrest van koolzuur

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

75

49

Vorm de formule van de volgende zouten: a

aluminium en de zuurrest van zoutzuur

b ijzer (OG = +II) en de zuurrest van fosforzuur c

lithium en waterstofzuurrest van koolzuur

d koper(OG = +I) en sulfide-zuurrest e

50

chroom(OG = +VI) en salpeterzuurrest

Wat is de naam voor FeSO3? Omcirkel de juiste naam.

51

IN

ijzer(III)sulfiet ijzer(II)sulfiet ijzer(III)sulfide ijzer(II)sulfide Welke karakteristieken horen bij CoCl2 . 6 H2O ? Formule

Juist

Het is een waterstofzout. Het is een hydraat.

N

Van dat zout bestaat GEEN stocknotatie.

Verbind de juiste formule met de gegeven gebruiksnamen. 1

Bakpoeder

⦁ ⦁

a

NaHCO3

2

Badzout

⦁ ⦁

b

NaF

3

Keukenzout

⦁ ⦁

c

CaCl2

VA

52

Het is een binair zout.

Fout

53

⦁

d

NaOH

⦁

e

Na2CO3

⦁

f

NaCl

Horen de volgende toepassingen bij een binair of een ternair zout? a

smaakmaker

©

b aanwezig in eischalen c

gips

d zorgt voor sterker glazuur e

54

bakpoeder

Welke stoffen moet je samenvoegen om via een neutralisatiereactie Al(NO3)3 te bekomen?

` Meer oefenen? Ga naar

76

GENIE Chemie 4.2 THEMA 01

AAN DE SLAG

©

VA

N

IN

THEMA 02 ORGANISCHE STOFKLASSEN

CHECK IN

Klein verschil, grote gevolgen Je bent nog geen 16 jaar (of net geworden), dus hopelijk ga je verstandig om met het gebruik van alcohol.

IN

Weet je welke chemische stof bedoeld wordt als men het heeft over de alcohol die aanwezig is in bier, wijn …? Tip: Het antwoord is niet ‘alcohol’, want voor een chemicus is de term ‘alcohol’ een stofklasse, zoals zuren en oxiden bij anorganische chemie.

We geven je 2 opties: methanol en ethanol. Welke stof is volgens jou het juiste antwoord? Omcirkel het antwoord: Ik denk dat de alcohol in onder andere bier methanol / ethanol is.

N

Tip: Misschien kunnen de veiligheidsvoorschriften, die bij deze stoffen horen, je helpen.

Ethanol

VA

Methanol

onder andere

P: verwijderd houden van warmte

P: stof/nevel/damp niet inademen

onder andere P: verwijderd houden van warmte

©

Besluit: Je merkt dat 1 letter (‘m’) een wereld van verschil kan betekenen …

?

` Hoe kun je specifieke stofklassen van organische stoffen herkennen? ` Hoe vorm je de systematische naam en chemische formule van die stoffen? ` Wat zijn enkele eigenschappen en toepassingen van die organische stoffen? We zoeken het uit!

78

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

CHECK IN

VERKEN

Stoffen onderverdelen OPDRACHT 1

Wat is het verschil tussen anorganische en organische stoffen? In de volgende tabel vind je enkele eigenschappen van anorganische en organische stoffen. Omcirkel de juiste eigenschappen. Anorganische stoffen afgestorven natuur

— worden gevormd door combinaties van veel soorten elementen / vooral C- en H-atomen

— zijn combinaties uit een uitgebreide / beperkte keuze aan atoomsoorten

— één molecule bevat een beperkt aantal / heel veel atomen

— bevinden zich in de levenloze / levende / afgestorven natuur

IN

— bevinden zich in de levenloze / levende /

Organische stoffen

elementen / vooral C- en H-atomen

— combinaties uit een uitgebreide /

beperkte keuze aan atoomsoorten

— één molecule bevat een beperkt aantal / heel veel atomen

— de totale verzameling is minder / heel uitgebreid

N

— de totale verzameling is minder / heel uitgebreid

— worden gevormd door combinaties van veel soorten

OPDRACHT 2

De systematische naam van een anorganische stof bevat veel informatie over de stofklasse waartoe de stof behoort. We komen hetzelfde tegen bij de organische stoffen. In de tabel zijn enkele systematische namen van anorganische stoffen gegeven.

Onderstreep telkens welk deel in de naam verwijst naar de stofklasse waartoe de stof behoort.

VA

a

b Vermeld in de tweede kolom de stofklasse.

Verklaar ten slotte in de laatste kolom je keuze.

Anorganische stof

magnesiumoxide

aluminiumhydroxide

waterstofnitraat

Stofklasse

©

c

calciumchloride

kaliumsulfaat

Verklaring

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

VERKEN

79

HOOFDSTUK 1

Organische chemie of koolstofchemie LEERDOELEN Je kunt al:

Je kent ondertussen het verschil tussen een anorganische en

anorganische stoffen; L anorganische stoffen onderverdelen in oxiden, hydroxiden, zuren en zouten.

een organische stof. De term koolstofverbindingen wordt

IN

L organische stoffen onderscheiden van

gebruikt als synoniem voor organische stoffen. Zo spreekt

men ook over koolstofchemie in plaats van over organische chemie, omdat organische stoffen minstens één koolstofatoom bevatten. De binding(en) die dat atoom aangaat,

bepaalt tot welke stofklasse een organische stof behoort.

Je leert nu: L organische stoffen classificeren in alkanen, alkenen, alcoholen of

koolstofatoom, bestaan er meer dan tien stofklassen in de organische chemie. Voordat we enkele van die stofklassen

N

carbonzuren op basis van een gegeven

Omwille van de verscheidene bindingsmogelijkheden van het

formule of naam;

bespreken, bekijken we eerst de bindingsmogelijkheden van

L de structuurformule, brutoformule

het koolstofatoom.

en skeletnotatie van een organische

stof herkennen, weergeven, in elkaar

In dit hoofdstuk bestuderen we hoe een organische stof

omzetten en interpreteren.

wordt voorgesteld. Naast de brutoformule worden organische

VA

stoffen ook nog op andere manieren voorgesteld.

1

Bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom

Het koolstofatoom speelt een centrale rol binnen de organische chemie. Het atoom komt voor in elke verbinding en zal steeds omgeven worden door één of meerdere atomen, zoals H, O, N …

©

OPDRACHT 3

Vul aan. 1

Teken in de volgende tabel de lewisstructuur van een C-atoom en geef ook de elektronenconfiguratie

weer.

Atoom

Lewisstructuur

C

80

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Elektronenconfiguratie

2 3

4 5

Hoeveel valentie-elektronen heeft het C-atoom?

Hoeveel atoombindingen moet een alleenstaand C-atoom aangaan om een edelgasconfiguratie te verkrijgen?

Met hoeveel waterstofatomen moet een alleenstaand C-atoom een binding aangaan? Schrijf de brutoformule van de meest eenvoudige C-H-verbinding (H’s achteraan!):

Organische stoffen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van minstens 1 koolstofatoom. Een koolstofatoom heeft 4 vrije valentie-elektronen en gaat

IN

4 bindingen aan om de octetstructuur te bereiken. Bekijk enkele formules van organische stoffen:

6 protonen 6 neutronen

2

H

H H H

H C H

H C C C H

H

H H H

4

5

N

6 elektronen

1

H C C O H

H C C H

H H

H H

C C

H H

6

H H C C H

O O H

Het valt op dat elk koolstofatoom 4 bindingen aangaat, maar dat wil niet

©

VA

Afb. 44 Een koolstofatoom heeft 4 valentieelektronen.

H H

3

zeggen dat het 4 bindingspartners nodig heeft! Zo zie je in de derde en vijfde voorstelling dat een atoom meerdere (dubbele of drievoudige) bindingen kan aangaan met een ander atoom waardoor er minder waterstofatomen nodig zijn om de edelgasconfiguratie te bereiken. Wanneer het koolstofatoom 4 bindingspartners heeft en dus 4 enkelvoudige bindingen, dan spreekt men van verzadigde verbindingen. Als het koolstofatoom een binding vormt met 2 of 3 andere atomen, dan zijn er meervoudige bindingen aanwezig (dubbele of drievoudige) en spreken we van onverzadigde verbindingen.

Wanneer de C-atomen alleen binden met andere C-atomen en met H-atomen, dan noemen we die stoffen koolwaterstoffen. Ook hier wordt dan het onderscheid gemaakt tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

81

OPDRACHT 4

Bekijk de onderstaande organische verbindingen. Zijn deze verbindingen verzadigd of onverzadigd? Vul de tabel aan. Organische verbinding

H H

C C H H

Verzadigd (V) of onverzadigd (O)?

H H

IN

H C C H H H CH3 – CH2 – CH3 CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

WEETJE

N

Zoals je weet, heeft het koolstofatoom 4 valentie-elektronen. Om de octetstructuur te bereiken, zal het atoom dus met nog 4 extra elektronen moeten binden. Dat kan op een aantal manieren: het koolstofatoom kan zich binden aan 4, 3 of 2 atomen.

Binding met 4 atomen

Koolstof kan de octetstructuur

Als het koolstofatoom slechts

aangaan met 4 atomen, die elk 1

ook bereiken door slechts aan

aan 2 atomen bindt, dan kan

ongepaard elektron bezitten.

3 atomen te binden. Omdat het

het de octetstructuur bereiken

Zowel waterstof als de halogenen

C-atoom 4 ongepaarde elektronen

door 2 dubbele bindingen aan te

zijn niet-metaalatomen met

heeft, moet het dan een dubbele

gaan of een enkelvoudige en een

1 ongepaard elektron.

binding aangaan met 1 atoom.

drievoudige binding aan te gaan.

We bekijken de molecule methaan

We bekijken de molecule etheen

We bekijken de molecule ethyn

(CH4):

(C2H4):

(C2H2):

— lewisstructuur:

— lewisstructuur:

— lewisstructuur:

VA

Koolstof kan een atoombinding

H

H H

H C H

C C

©

H

H H

H C C H De molecule heeft een lineaire

Het koolstofatoom zal de 4

Er is een dubbele binding tussen

bindingen met waterstofatomen

de 2 koolstofatomen. De bindingen structuur, wat betekent dat de

rondom zich in de ruimte maximaal van het koolstofatoom vormen spreiden. Hierdoor ontstaat een

nu een trigonale structuur: de

3D-molecule, een tetraëder met

bindingen liggen in een vlak met

hoeken tussen de C-H-bindingen

onderlinge bindingshoeken van

die 109° bedragen.

120°.

— ruimtelijke structuur:

— ruimtelijke structuur:

H

H

82

Binding met 2 atomen

Binding met 3 atomen

H

C H H

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

H HOOFDSTUK 1

C C

H H

bindingshoeken 180° bedragen.

— ruimtelijke structuur:

H C C H

In een organische stof zal het koolstofatoom altijd 4 atoombindingen aangaan met andere atomen. Dat kunnen andere koolstofatomen zijn, maar evengoed atomen van andere elementen (H, Cl, O …). Een koolstofatoom heeft dus altijd 4 bindingen, maar niet noodzakelijk 4 bindingspartners. Organische verbindingen die alleen bestaan uit C-atomen en H-atomen, worden ook wel koolwaterstoffen genoemd. — Verzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij elk koolstofatoom steeds 4 bindingspartners heeft.

— Onverzadigde koolstofverbindingen zijn organische stoffen waarbij

IN

sommige koolstofatomen 2 of 3 verschillende bindingspartners hebben.

` Maak oefening 1 op p. 118.

Notatiemogelijkheden van een organische stof

N

2

Een organische stof bestaat dus uit koolstofatomen die steeds 4 bindingen aangaan. Vaak ontstaat er een binding met een waterstofatoom. Organische stoffen worden op meerdere manieren weergegeven.

©

VA

2.1 Brutoformule

Eén manier ken je al vanuit thema 01: de brutoformule. De brutoformule van een organische stof geeft de aanwezige elementen weer en het aantal van elk element met een index. De index 1 wordt niet genoteerd. In de organische chemie worden de elementen bovendien als volgt gerangschikt: eerst C, dan H en ten slotte de overige elementen alfabetisch. VOORBEELD BRUTOFORMULE CH4 C2H6

C2H4 C3H8O

2.2 De uitgebreide en beknopte structuurformule Over de manier waarop de atomen met elkaar verbonden zijn, krijg je geen informatie in de brutoformule. Hiervoor werken we met de structuurformule. In die formule wordt het aantal atomen van elke soort weergegeven. Ze worden rond elk koolstofatoom apart geordend waardoor de bindingen tussen de koolstofatomen zichtbaar zijn. De structuurformule is dus een tweedimensionale weergave van de structuur van een molecule waarbij de bindingen worden weergegeven tussen de verschillende koolstofatomen. De bindingen met waterstof worden, na een goede beheersing van het schrijven van een structuurformule, vaak weggelaten. We spreken dan van de beknopte structuurformule. Wanneer de C-H-bindingen wel nog worden getoond, spreekt men over een uitgebreide structuurformule. GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

83

VOORBEELD STRUCTUURFORMULE Uitgebreide structuurformule

Brutoformule

Beknopte structuurformule

H H C H

CH4

CH4

H H H H C C H

C2H6

CH3 – CH3

H H H

IN

H

C2H4

H

C C

CH2 = CH2

H

H H H

C3H8O

H C C C O H

CH3 – CH2 – CH2 – OH

H H H

N

Merk op dat in het laatste voorbeeld het lijkt alsof het zuurstofatoom

gebonden is aan 1 van de 2 waterstofatomen rond het koolstofatoom. Maar het is gebonden aan het koolstofatoom zelf.

OPDRACHT 5

VA

Vul de volgende koolstofverbindingen met waterstofatomen aan zodat elk C-atoom een edelgasconfiguratie krijgt. Je noteert op die manier zowel de structuurformule als de brutoformule van de verbindingen. Aantal gebonden C-atomen

Structuurformule van de verbinding

Brutoformule van de verbinding

C–C–C

CH3 – CH2 – CH3

C3H8

C–C–C–C–C–C–C

C–C–C–C

C=C

©

C – C – C– –C

C–C–C–C=C–C

TIP

Wanneer er in een structuurformule een atoomgroep, bijvoorbeeld CH2, vaak voorkomt, dan kan het als volgt verkort worden weergegeven:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

84

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

→

CH3 – (CH2)5 – CH3

WEETJE Isomerie De brutoformule kan, in tegenstelling tot bij een anorganische stof, niet altijd één op één gelinkt worden aan een organische stof. Ze wordt daarom ook minder gebruikt om een organische stof weer te geven. Zo kunnen er vanuit de brutoformule C4H10 2 verschillende organische

stoffen worden gevormd, zoals te zien is in de onderstaande (beknopte) structuurformules: CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH – CH3 CH3

IN

Omdat beide organische stoffen opgebouwd zijn uit dezelfde atomen en ook van elk eenzelfde aantal bevatten, worden die 2 stoffen

isomeren van elkaar genoemd. Ze verschillen echter in fysische en

chemische eigenschappen (bv. kooktemperatuur en reactiviteit). Die isomere eigenschap ligt mee aan de basis van de grote hoeveelheid

moleculen binnen de koolstofchemie. In de 3de graad komen we hier zeker op terug. Isomerie is afkomstig van het Griekse iso, wat gelijk

N

betekent en meros, wat bouwsteen betekent.

2.3 De skeletnotatie of zaagtandstructuur Bij de organische stoffen maakt men ten slotte ook nog gebruik van een derde notatie: de skeletnotatie of zaagtandstructuur. De skeletnotatie toont

VA

enkel het skelet van een organische molecule, die heeft 2 onderdelen: — de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen;

— de atoombinding(en) tussen de koolstofatomen en andere (niet-waterstof) atomen.

OPDRACHT 6

Vul de skeletnotatie aan. Brutoformule

©

C4H10

Uitgebreide structuurformule

Skeletnotatie

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

C3H6

CH2 = CH – CH3

C2H6O

CH3 – CH2 – OH

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

85

OPDRACHT 7

Vul de tabel aan. Je krijgt steeds 1 notatiemogelijkheid en vult de andere voorstellingen aan. Brutoformule

Skeletnotatie

Uitgebreide structuurformule

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH3

IN

CH3 – (CH2)5 – CH3

N

WEETJE

Skeletnotaties worden vooral gebruikt om grote organische moleculen voor te stellen. Denk bijvoorbeeld aan koolstofverbindingen uit het dagelijks leven, zoals fructose en glucose. Die suikers heb je misschien in de

VA

lessen biologie al gezien onder de vorm van hun skeletnotatie:

CH2OH

CH2OH

O

OH CH OH 2

OH

O OH

OH

©

OH

Afb. 45 De skeletnotatie van fructose

OH OH

Afb. 46 De skeletnotatie van glucose

Fructose en glucose zijn trouwens ook isomeren van elkaar. Ze hebben beiden dezelfde brutoformule (C6H12O6) maar een specifieke structuurformule of skeletnotatie.

86

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Een organische stof kan op verschillende manieren voorgesteld worden: Uitgebreide structuurformule

Brutoformule

Skeletnotatie of zaagtandstructuur

Beknopte structuurformule

= een lineaire weergave

= een tweedimensionale

= een tweedimensionale

van de aanwezige

weergave van de

weergave van de structuur weergave van de

elementen, met een

structuur van een

van een molecule

structuur van een

index die het aantal per

molecule waarbij alle

waarbij de bindingen

molecule, waarbij alle

element weergeeft.

bindingen worden

worden weergegeven

bindingen worden

Volgorde: C – H – andere

weergegeven.

= een tweedimensionale

weergegeven, maar de

koolstofatomen. De

C- en H-atomen

volgorde

C-H-bindingen worden

(gebonden aan de

niet weergegeven.

C-atomen) niet meer

IN

tussen de verschillende

elementen in alfabetische

genoteerd worden.

H H H

bv. C3H8

H C C C H H H H H H

H C C O H H H

CH3

CH2

CH3

OH

OH

H

H C C C H

CH C

VA

C3H4

CH2

N

C2H6O

CH3

H

CH3

©

` Maak oefening 2 en 3 p. 46.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

87

3

De stofklassen

Bij de anorganische stoffen hebben we 4 stofklassen beschreven. Door de verschillende bindingsmogelijkheden van het koolstofatoom bestaan er meer dan 10 stofklassen in de organische chemie. Elk van die stofklassen wordt gekenmerkt door een specifieke binding of een functionele groep. Die functionele groep is een kenmerkende groep van atomen. Dit schooljaar zullen we 4 stofklassen bespreken: alkanen, OPDRACHT 8

Zie jij overeenkomsten? 1

IN

alkenen, alcoholen en carbonzuren.

Bekijk enkele structuurformules, skeletnotaties en namen van de 4 stofklassen: 1

2

methaan

CH3COOH

O

7

OH

5

CH3OH

6

n-butaan

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

8

propeen

VA

propaan

H H

CH3 – CH2 – CH3

H C C C H

10

methanol

N

ethaanzuur

H3C C

3

CH3 – COOH

CH4 4

ethaanzuur

ethanol

11

CH3 – CH2 – OH

n-hexaan

H H

9

methaanzuur HCOOH

n-octaan

H H H H H H H H H C C C C C C C C H H H H H H H H H 12

etheen CH2 = CH2

OH

Probeer, eventueel in overleg met je buur, alle voorbeelden in 4 groepen onder te brengen. Welke kenmerken ga je hiervoor gebruiken?

©

2

3

88

Kijk nu naar de indeling van enkele andere werkgroepjes en vul jouw indeling verder aan.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

Zo komen we tot de volgende onderverdeling in 4 stofklassen: 1

→ enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

alkaan

alleen maar C- en H-atomen aanwezig

= verzadigde koolwaterstof

2

→ dubbele binding tussen 1 paar C-atomen

alkeen

alleen maar C- en H-atomen aanwezig

= onverzadigde koolwaterstof

3

→ enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

alcohol

4

IN

hydroxylfunctie (-OH groep) in de molecule → enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

carbonzuur

→ carboxylfunctie (-COOH groep) in de molecule

TIP

Opgelet! Verwar de hydroxylfunctie niet met hydroxide. Het gaat allebei wel over de OH-groep, maar bij hydroxiden is er een ion gebonden via ionbinding. Bij de hydroxylfunctie zal de OH-groep via atoombinding

N

aan de koolstof vastzitten.

Systematische naam

©

VA

Stofklasse

alkanen

alkenen

alcoholen

-aan

-een -ol

carbonzuren -zuur

Skeletnotatie of zaagtandstructuur

— alleen C/H-atomen

— alleen maar enkelvoudige bindingen — alleen C/H-atomen

— dubbele binding aanwezig — C/H/O-atomen

— OH als functionele groep aanwezig — C/H/O-atomen

— COOH als functionele groep aanwezig

` Maak oefening 4 t/m 7 op p. 119.

Dit schooljaar beperken we ons tot die 4 stofklassen. In de volgende hoofdstukken bespreken we dan ook telkens 1 van die stofklassen. De kennis die je dit jaar verzamelt, vormt de basis voor het volgende jaar waarin je meer stofklassen zult leren en waarin je binnen 1 stofklasse het aantal stoffen uitgebreider zult bespreken.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 1

89

HOOFDSTUK 2

Alkanen

LEERDOELEN Je kunt al: stoffen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

IN

L enkelvoudige stoffen en anorganische samengestelde L de naam formuleren van anorganische stoffen als je de brutoformule krijgt;

Een eerste stofklasse die we uitgebreider

L de brutoformule noteren van anorganische stoffen als

bekijken, zijn de alkanen. Die

je de systematische naam of stocknotatie krijgt; L het belang, voorkomen en toepassingen van anorganische stoffen bespreken.

waterstofatomen. We geven ze daarom

dan ook vaak de naam koolwaterstoffen. Tussen de koolstofatomen komt telkens

N

Je leert nu:

moleculen bevatten alleen koolstof- en

maar één binding voor; we spreken van een

L de naam van een alkaan formuleren op basis van een

enkelvoudige atoombinding. Hierdoor heeft

gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

elk koolstofatoom een maximaal aantal waterstofatomen en kunnen er geen extra

L enkele toepassingen van alkanen uit het dagelijks

atomen opgenomen worden in de molecule.

VA

leven en de industrie bespreken.

Stofklasse

alkanen

koolwaterstofverbindingen.

Typisch kenmerk

enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

‘C-C’

Formule en systematische naam

©

1

We noemen alkanen daarom ook verzadigde

Centraal in de molecule staat de koolstofketen, de stam van de molecule. De lengte van die stam bepaalt de naam van de molecule. We bespreken eerst de onvertakte alkanen: er komen geen zijketens voor in de moleculen. Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alkaan juist gevormd? — De stam ‘alk-‘ verwijst naar het specifieke aantal C-atomen in de molecule. — Het achtervoegsel ‘-aan’ verwijst naar het feit dat er alleen maar enkelvoudige bindingen tussen alle C-atomen bestaan.

90

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

TIP De eerste 3 alkanen

Het is dus belangrijk dat je de stammen goed kent, want ze vormen de basis voor het grote aantal moleculen dat je de volgende jaren zult leren kennen. Aantal C-atomen

Stam

Aantal C-atomen

Stam

1

meth-

6

hex-

2

eth-

7

hept-

3

prop-

8

oct-

Om de namen van die

4

but-

9

non-

moleculen te onthouden,

5

pent-

10

dec-

onthoud je misschien met het ezelsbruggetje ‘MEP’. Vanaf het vijfde alkaan herken je de Griekse telwoorden.

bestaat er ook een eerste letters van de alkanen keren terug

Vanaf 4 koolstofatomen kan met dezelfde bouwstenen ook een vertakt alkaan gevormd worden, bv. C4H10

IN

geheugensteuntje. De

in de volgende zin: ‘Mama en papa bakken pannenkoeken, heel heerlijk of niet dan?’

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

CH3 – CH – CH3 CH3

Vanaf butaan wordt de alkaannaam daarom ook als een verzamelnaam

gezien. Wanneer men het specifiek over het lineair molecule heeft, dan

De ‘n’ in de naam voor de onvertakte alkanen staat voor ‘normal’, maar je kunt het misschien beter onthouden als

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 wordt dan n-butaan, omdat het onvertakt is. VOORBEELD SYSTEMATISCHE NAAM ONVERTAKTE ALKANEN

We formuleren de systematische naam van enkele (onvertakte) alkanen vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie. 1

CH4

— stam = 1 koolstofatoom: METH

©

VA

‘niet-vertakt’.

plaatst men ‘n-’ voor de naam. De systematische naam van

N

WEETJE

— Het C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd met achtervoegsel AAN.

De systematische naam van dat molecule is methaan.

2

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

— stam = 5 koolstofatomen: PENT

— Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd met achtervoegsel AAN.

— Het is een onvertakt alkaan met meer dan 4 C-atomen, dus met ‘n’ voor de naam.

De systematische naam van dat molecule is n-pentaan. 3 — stam = 8 koolstofatomen: OCT

— Elk C-atoom heeft 4 bindingspartners en is dus verzadigd met achtervoegsel AAN.

— Het is een onvertakt alkaan met > 4 C-atomen, dus met ‘n’ voor de naam.

De systematische naam van dat molecule is n-octaan.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

91

OPDRACHT 9

Formuleer nu zelf de systematische naam vanuit de gegeven structuurformule of skeletnotatie. Voorstelling

Systematische naam

CH3 – CH2 – CH2 – CH3

IN

Hoe worden de brutoformule, structuurformule of skeletnotatie van een specifiek (onvertakt) alkaan gevormd?

Bij het opstellen van de structuurformule van een alkaan overloop je best het volgende stappenplan:

N

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen.

Stap 2: Plaats een enkelvoudige binding tussen de C-atomen.

VA

Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen totdat elk C-atoom 4 bindingen heeft.

VOORBEELD STRUCTUURFORMULE N-HEPTAAN

Stap 1: Schrijf het aantal C-atomen. De stam is HEPT, wat wil zeggen 7 C-atomen + afkorting ‘n’ dus een onvertakt alkaan.

Stap 2: Plaats tussen alle koolstofatomen een enkelvoudige binding. C–C–C–C–C–C–C

Stap 3: Vul de formule aan met H-atomen tot elk C-atoom

©

4 bindingspartners heeft.

Uitgebreide structuurformule:

H H H H H H H H C C C C C C C H H H H H H H H Beknopte structuurformule: – – – – – – Brutoformule: Skeletnotatie:

92

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 10

Stel nu zelf de structuurformule, skeletnotatie en brutoformule op van de onderstaande onvertakte alkanen. Systematische naam

Structuurformule

n-nonaan

IN

propaan

Brutoformule

Skeletnotatie

Uit de bovenstaande voorbeelden blijkt dat in de brutoformule van een

alkaan het aantal waterstofatomen steeds gelijk is aan tweemaal het aantal

koolstofatomen plus 2. Dat leidt tot de volgende algemene brutoformule voor de alkanen:

(met n = natuurlijk getal)

N

CnH2n+2

WEETJE

De tien alkanen die we al gezien hebben, zijn maar een deel van de beschikbare alkanen. Er zijn alkanen die meer dan tien koolstofatomen bezitten en bovendien zijn er vertakkingen mogelijk. Omdat er enorm veel mogelijke combinaties zijn, zijn er internationaal duidelijke afspraken gemaakt over de naamgeving van die

VA

vertakte alkanen.

Zijketengroepen verkrijgen we door bij een alkaan één H-atoom weg te nemen. De namen ervan worden gevormd door aan de stamnaam het achtervoegsel -yl toe te voegen. Voorbeeld: – CH2 – CH2 – CH3 → propyl-zijketen

Vertakte alkanen met 1 zijketen

De namen van die moleculen worden gevormd als volgt:

Stap 1: Zoek de langste, niet-vertakte koolstofketen (hoofdketen) en tel het aantal koolstofatomen in die keten. Stap 2: Gebruik de overeenstemmende stamnaam met de uitgang -aan.

©

Stap 3: Voor de zijketen gebruik je de gepaste zijketennaam als voorvoegsel. Stap 4: Indien nodig schrijf je voor die zijketennaam een plaatsnummer gevolgd door een koppelteken (-). De nummering van de hoofdketen gebeurt op zo’n manier dat het plaatsnummer zo klein mogelijk is.

Voorbeeld: 1 7

2

6

3

5

4

4

5 3

6 2

7 1

— De langste niet-vertakte C-keten = 7 C-atomen → HEPTAAN — De zijketen bestaat uit 1 C-atoom → METHYL

— De nummering van de zijketen op de hoofdketen moet zo laag mogelijk zijn → 2 — De systematische naam van de molecule is 2-methylheptaan.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

93

WEETJE (VERVOLG) Vertakte alkanen met meerdere zijketens Zijn er meerdere identieke zijketens, dan wordt de zijketennaam als voorvoegsel geplaatst, voorafgegaan door telvoorvoegsels di-, tri-, tetra- ... Indien nodig schrijf je zoveel plaatsnummers als er zijketens zijn. Tussen 2 opeenvolgende plaatsnummers wordt een komma geschreven. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven. Zijn er verschillende zijketens, dan worden de zijketennamen als voorvoegsels geplaatst in alfabetische volgorde, voorafgegaan door hun plaatsnummers. De nummering van de hoofdketen is het kleinst mogelijke getal. Je bekomt dat getal door de plaatsnummers van klein naar groot achter elkaar te schrijven. Met andere

IN

woorden: De hoofdketen wordt zodanig genummerd dat de eerste zijketen een zo klein mogelijk plaatsnummer krijgt. Bij gelijkheid kijk je naar de volgende zijketen. De zijketen die alfabetisch eerst gerangschikt staat, krijgt, indien mogelijk, het kleinste plaatsnummer.

Het alfabetisch rangschikken van de zijketens gebeurt enkel op basis van de zijketennaam. Met de telvoorvoegsels wordt geen rekening gehouden. 9 2

10 1

N

6 8 2 4 3 5 7 Voorbeeld: 1 9 7 5 3 4 10 8 6

— De langste niet-vertakte C-keten = 10 C-atomen → DECAAN — Er zijn 3 zijketens: •

2 zijketens bestaande uit 1 C-atoom → DIMETHYL

•

1 zijketen bestaande uit 2 C-atomen → ETHYL

— De zijketens worden alfabetisch gerangschikt en de nummering is zo laag mogelijk → 5-ethyl-2,3-dimethy

©

VA

De systematische naam van de molecule is 5-ethyl-2, 3-dimethyl-decaan.

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

onvertakt

Naamgeving

Formulevorming

— stam = aantal C-atomen

— brutoformule:

— vanaf 4 C-atomen met

— structuurformule:

+ achtervoegsel ‘aan’

symbool ‘n’ vooraan

` Maak oefening 8 op p. 120.

94

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

vertakt

CnH2n+2

Zie stappenplan p. 92

2

Fysische eigenschappen, voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven

2.1 Fysische eigenschappen Alkanen komen in groot aantal voor in de natuur. Wanneer we de kook- en

WEETJE

smelttemperatuur bekijken op de onderstaande grafiek, wordt duidelijk dat

Paraffine, het

korte alkanen zoals methaan (CH4), ethaan (CH3 – CH3), propaan

hoofdbestanddeel van

(CH3 – CH2 – CH3) en butaan (CH3 – CH2 – CH2 – CH3) gasvormig zijn bij

kaarsen, is een mengsel

kamertemperatuur. Naarmate de molecule langer wordt, stijgt het

van n-alkanen met 17 tot

IN

kookpunt van het alkaan. Alkanen met 5 tot 16 C-atomen zijn vloeibaar

57 koolstofatomen.

bij kamertemperatuur en alkanen met 17 of meer C-atomen zijn vast bij

VA

N

kamertemperatuur. Die laatste noemen we de hogere alkanen of paraffinen.

©

Afb. 47 Kook- en smelttemperatuur van alkanen

Alkanen zijn goed brandbaar. Methaan (aardgas) wordt als brandstof gebruikt voor het verwarmen van onze huizen en het koken van eten op een gasvuur. Lagere alkanen zijn bovendien licht ontvlambaar. Daarom moet je thuis altijd goed controleren of je de gasaansluiting van je gasfornuis goed hebt afgesloten wanneer je klaar bent met koken.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

95

OPDRACHT 12 DEMO

Zijn alkanen licht ontvlambaar? watje met pentaan

Werkwijze Je leerkracht bevochtigt een propje watten met

emmer met water en vochtige handdoek

n-pentaan. Een gehalveerde plastic staaf wordt onder een hoek van 45° opgesteld met behulp van een statief. Het andere uiteinde rust op tafel in de

gehalveerde plastic buis

buurt van een theelichtje of brandende kaars.

Waarnemingen a

Wat neem je waar?

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

b Hoe kun je dat verklaren?

!

N

IN

kaarsje

VEILIGHEIDSVOORSCHRIFT Juiste blusmethode •

Neem de natte doek met 2 handen vast aan de bovenste hoekpunten (de handpalmen naar boven).

Draai de handen zodat de blusdoek de

VA

•

handen en onderarmen bedekt.

•

Benader het vuur met gestrekte armen en

demovideo: juiste blusmethode

de blusdoek voor je.

•

Plaats de blusdoek over de brand, beginnende met de onderkant van de blusdoek.

•

Zorg ervoor dat de blusdoek de vuurhaard volledig bedekt. Laat de blusdoek liggen want de brandstof kan opnieuw ontvlammen.

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

©

WEETJE

Een stof is licht ontvlambaar als ze met een vlam of klein vonkje gaat branden bij kamertemperatuur in de aanwezigheid van lucht. Let op: ontvlambaarheid mag je niet verwarren met brandbaarheid van een stof. Een stof kan goed brandbaar zijn, maar toch slecht ontvlambaar.

96

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

De wereldindustrie steunt voor haar energievoorziening grotendeels op alkaanmengsels, zoals petroleum en aardgas. Die grondstoffen vormen ook de basis van de petrochemie, waaruit allerlei producten ontstaan die niet meer uit het moderne leven zijn weg te denken. Vorig jaar leerde je al dat ruwe aardolie in fracties wordt gescheiden door gefractioneerde destillatie. gasfractie

dalende dichtheid en kookpunt

chemicaliën 70 °C

oplopende dichtheid en kookpunt ruwe olie

IN

petroleum voor auto’s 120 °C

kerosine voor vliegtuigen paraffine voor verlichting en verwarming 170 °C diesel 270 °C

N

smeerolie, glansen boenproducten

brandstof voor schepen, industrie en centrale verwarming 600 °C

asfaltfractie voor wegen

Afb. 48 Gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie

VA

OPDRACHT 13 DEMO

Welke fracties die we verkrijgen door een gefractioneerde destillatie van ruwe aardolie, zijn het best ontvlambaar? Werkwijze

Je leerkracht giet 4 fracties in een porseleinen kroesje en onderzoekt hun brandbaarheid.

©

benzine

pertroleum

kerosine

brandstof voor centrale verwarming

Waarneming

Omcikel het juiste antwoord.

— De benzinefractie brandt met een grote / kleine vlam.

— De andere fracties branden met een grotere / kleinere vlam. Besluit

Wat kun je besluiten?

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

97

WEETJE Kraken van langere alkanen Je leerde dat de kortere alkanen vlugger ontvlammen en dus goed bruikbaar zijn als brandstof. Petrochemici proberen langere ketens dan ook te splitsen in meerdere kortere ketens. Dat heet het kraken van alkanen. Om dat resultaat te bereiken, worden de langere alkaanketens verhit in een omgeving zonder zuurstofgas, waardoor er kortere brokstukken ontstaan: kortere alkanen, maar ook alkenen.

H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C C C C C C H T H H

C C

H

H

H

H

H C C C H

H H

H

IN

H H H H H H H H H H H H H H H

H H H H H H H H watje met pentaan

emmer met water en vochtige handdoek

H C C H

H C C C C C C C C H

H H

H H H H H H H H gehalveerde plastic buis

N

Afb. 49 Het kraken van C15H32. Let op de dubbele bindingen die hierbij worden gevormd. kaarsje

GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_pentaan.ai

VA

2.2 Voorkomen en toepassingen uit het dagelijks leven A Methaan

3D

Methaan is het voornaamste bestanddeel van aardgas en wordt soms aangetroffen samen met aardolie en andere fossiele brandstoffen. Methaangas ontstaat wanneer bacteriën onder anaerobe omstandigheden (= omgeving zonder

ontdekplaat: organische stofklassen

zuurstofgas) afgestorven organismen afbreken. Omdat anaerobe omstandigheden vooral in

©

moerasbodems voorkomen, wordt methaan vaak

Afb. 50 Een molecule methaan GEN4_CHE_KOV_LB_T2_H2_methaan.ai

moerasgas genoemd. Het gas ontstaat ook bij de

verwerking van o.a. tuinafval. Door die gassen over generatoren te sturen, wordt elektrische energie opgewekt. Methaan wordt daarom ook vaak een biogas genoemd. Veel gezinnen gebruiken aardgas als brandstof voor het verwarmen van hun woning. Gasleidingen komen dan ook overal in Vlaanderen voor. Methaan is echter geur- en kleurloos. Om een gaslek tijdig op te merken, voegen gasleveranciers daarom sterk geurende organische stoffen toe. De verbrandingsreactie van methaan verloopt dan als volgt (bij volledige verbranding): CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

98

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 14 DEMO

Wat ontstaat er bij de verbranding van een alkaan? Werkwijze Je leerkracht houdt gedurende 20 seconden een omgekeerde erlenmeyer boven de blauwe vlam van een bunsenbrander. Die bunsenbrander is aangesloten op aardgas (methaan/ethaan). Je leerkracht giet enkele mL van de Ca(OH)2-oplossing in de erlenmeyer en schud even. Die herhaalt de proef met een brandende

20’

schud

IN

aansteker (propaan- of n-butaangas). Ten slotte herhaalt je leerkracht de proef met een brandende kaars.

doe de waarnemingen Afb. 51 Omgekeerde erlenmeyer boven bunsenbrander

Wat neem je waar? 20’

schud

20’

doe de waarnemingen

schud

doe de waarnemingen

VA

N

Waarneming

a

Besluit

Geef de verbrandingsreactie van methaangas: — uitgangsproducten:

— gevormde producten: CO2 en H2O — reactievergelijking:

b De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst op de vorming van calciumcarbonaat of CaCO3. Vul aan de hand van dat gegeven de volgende reactie verder aan.

©

Ca(OH)2 +

c

→ CaCO3 + H2O

De vertroebelde Ca(OH)2-oplossing wijst dus op de vorming van

tijdens de verbranding van

een alkaan.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

99

IN

Afb. 52 Moerasgebieden bevatten methaan.

De grootste methaanvoorraad bevindt zich echter nog in de aarde. Belangrijke methaanrijke moerasgebieden zijn te vinden in het hoge noorden van Europa, Siberië en Amerika. In die gebieden is de bodem permanent

bevroren: op enige diepte bevindt zich ijs. Dat heet permafrost. Alleen de

bovenste decimeters van de bodem ontdooien elke zomer. Omdat het water

N

niet weg kan zakken door het ijs in de bodem, wordt het vooral in vlakke gebieden nat met veel moerasvorming tot gevolg. Er wordt nu gevreesd

dat de temperatuurstijging op aarde zal zorgen voor het ontdooien van de permafrost. Dat zou kunnen leiden tot het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan en een verdere toename van het broeikaseffect.

VA

WEETJE

Spoken op het kerkhof – gevaren in de ondergrond

Afb. 53 Mijngas kan ontploffingen veroorzaken.

Lang geleden, toen er nog echt donkere nachten waren, werd een late bezoeker van het kerkhof soms opgeschrikt door blauwe dwaallichtjes. Dat was methaan dat uit de aarde opsteeg, gemengd met een geringe hoeveelheid

fosfine (PH3). Wanneer dat mengsel in contact kwam met de lucht,

©

ontvlamde het spontaan.

Ook het gevreesde mijngas, dat – gemengd met lucht – in steenkoolmijnen ernstige ontploffingen (‘grauwvuur’) kon veroorzaken, bevatte methaan. Aangezien het gas kleur- en geurloos is, moesten mijnwerkers uiterst waakzaam zijn voor explosies. Om die reden namen mijnwerkers vaak een kanarie in een kooi mee in de schachten. Wanneer er mijngas aanwezig was, stierf de kanarie voordat er groot gevaar voor de mijnwerkers optrad. Op die manier konden de mijnwerkers zichzelf op tijd in veiligheid brengen.

100

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

B Ethaan Aardgas bevat naast methaan ook nog

3D

andere koolwaterstoffen. De tweede belangrijkste organische fractie is ethaan, hoewel het beduidend minder in aardgas voorkomt dan methaan. Aangezien ook ethaan als brandstof wordt gebruikt, schrijven we ook hiervoor de verbrandingsreactie:

Afb. 54 Een molecule ethaan

IN

2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O Ethaan is een belangrijke grondstof voor de productie van andere organische stoffen zoals etheen, ethanol en ethaanzuur.

C Propaan en n-butaan

3D

©

VA

N

3D

Afb. 55 Een molecule propaan

Afb. 56 Een molecule n-butaan

Propaan en n-butaan zijn gasvormige alkanen, die gebruikt worden om

bijvoorbeeld huizen te

verwarmen of om fornuizen aan te steken in de keuken. De

gassen worden als vloeistoffen onder druk in de handel

gebracht onder de benamingen

Afb. 57 Propaantank

propagas en butagas. Beide

gassen worden in een school ook vaak gebruik als mobiele opstelling bij het gebruik van een bunsenbrander. Ook voor propaan en n-butaan schrijven we een (volledige) verbrandingsreactie: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

101

OPDRACHT 15 DEMO

Wat gebeurt er als je propaan of n-butaan verbrandt? Werkwijze Je leerkracht vult een bekerglas met water en voegt afwasmiddel toe. Door middel van een lepel wordt voor een goede schuimvorming gezorgd. Die leidt met behulp van een slang gedurende enkele seconden gas in de oplossing en schept met natte handen een klein beetje schuim van de zeepoplossing. Je leerkracht steekt vervolgens het schuim in brand met behulp van lucifers. Waarnemingen

Besluit

Omcirkel het juiste antwoord en vul aan.

IN

Wat neem je waar?

— Het propaan en n-butaan uit de gasleiding ontbranden goed / ontbranden slecht.

N

— Dat bevestigt dat ze kunnen worden gebruikt als

.

Als je houdt van kamperen, dan heb je zeker al eens gekookt op een gasvuurtje. De bekende blauwe bussen zijn gevuld met butaan. Het gas staat

VA

onder verhoogde druk, waardoor het vloeibaar is. Wanneer zo’n bus wordt opengedraaid, ontsnapt eerst het n-butaangas dat zich boven de vloeistof bevindt. Vervolgens verdampt een gedeelte van het vloeibare n-butaan. Die omzetting kan pas voldoende snel gebeuren als de temperatuur van het samengeperste n-butaan hoger ligt dan het kookpunt: -0,5 °C. Om die reden is butaan niet bruikbaar bij vriesweer. Bergbeklimmers en wintersporters gebruiken daarom propaan als campinggas. Het kookpunt van propaan is

©

-42 °C en dat geeft dus geen problemen bij lage temperaturen.

Afb. 58 Koken met butaangas

102

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

D n-octaan Benzine bevat ongeveer 300 verschillende koolstofverbindingen, waarvan de meeste alkanen zijn, onder andere octaan. Octaan is een ideale brandstof voor verbrandingsmotoren: hoe hoger het octaangehalte, hoe beter. De verbrandingsreactie noteren we als volgt: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O WEETJE Octaangehalte versus octaangetal aan de benzinepomp Er is een verschil tussen

IN

het octaangehalte en het

octaangetal. Het octaangehalte

duidt op de hoeveelheid octaan in benzine. Het octaangetal is

een maat voor de klopvastheid

van de brandstof (de mate waarin die brandstof in een brandstof-

luchtmengsel kan worden samengeperst zonder tot zelfontbranding te

N

komen). De cijfers 95 of 98 die je op de benzinepomp aantreft, geven het octaangetal weer.

Toepassing

©

VA

n-alkaan

methaan

ethaan

propaan

n-butaan

— brandstof om woningen te verwarmen — brandstof om woningen te verwarmen

— grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur ... — brandstof om woningen te verwarmen

— in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis — brandstof om woningen te verwarmen

— in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

Die 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar. Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in permafrost.

n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur. n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren. ` Maak oefening 9 t/m 12 op p. 120-121.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 2

103

HOOFDSTUK 3

LEERDOELEN Je kunt al:

IN

Enkele andere organische stofklassen en hun toepassingen

Een tweede stofklasse die we bespreken,

L enkelvoudige stoffen, anorganische samengestelde

zijn de alkenen. Die moleculen bevatten

stoffen en alkanen voorstellen m.b.v. de brutoformule;

L de naam formuleren van anorganische stoffen en alkanen als je de brutoformule krijgt; L het belang, voorkomen en toepassingen van Je leert nu:

niet elke koolstof is gebonden aan vier andere atomen. Er komen dus dubbele

bindingen voor tussen de koolstofatomen. We noemen alkenen daarom ook wel

L de naam van etheen en propeen geven o.b.v. een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

door een OH-groep noemt men alcoholen.

VA

gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L de naam van methaanzuur en ethaanzuur geven o.b.v. een gegeven structuurformule of skeletnotatie en omgekeerd;

L enkele toepassingen van etheen, propeen, methanol,

ethanol, methaanzuur en ethaanzuur uit het dagelijks leven en de industrie.

Stofklasse

onverzadigde koolwaterstofverbindingen. Alkanen waar een H-atoom vervangen wordt

L de naam van methanol en ethanol geven o.b.v. een

De functionele groep voor de alcoholen is dus de OH-groep. De carbonzuren bevatten zoals alcoholen ook C-, H- en O-atomen. Een alkaanzuur bevat echter 2 O-atomen en heeft als functionele groep de carboxylgroep (-COOH-groep), die zich steeds achteraan in de molecule bevindt.

Typisch kenmerk

alkanen

enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen

‘C - C’

alkenen

dubbele binding tussen een paar C-atomen

‘C = C’

alcoholen

H-atoom vervangen door -OH-groep

‘- OH’

carbonzuren

C-atoom gebonden aan een O-atoom en een OH-groep.

‘- COOH’

© 104

atomen, net zoals de alkanen. Maar

N

anorganische stoffen en alkanen bespreken.

meestal ook alleen koolstof- en waterstof-

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

1

Alkenen

Zoals bij de alkanen bevat de systematische naam van een alkeen alle informatie die nodig is om een formule te noteren: alkeen

=

aantal C-atomen (stam) dubbele binding tussen 1 paar C-atomen

=

IN

De kleinste alkenen zijn bijgevolg: Systematische naam

Structuurformule

etheen

CH2 = CH2

C2H4

CH2 = CH – CH3

C3H6

propeen

Skeletnotatie

of

CH3 – CH = CH2

WEETJE

Met alkenen zijn polymerisatiereacties mogelijk. Polymerisatie is het aaneen-

en meros. Poly betekent veel en meros deeltje.

schakelen van verschillende onverzadigde bouwsteentjes (de monomeren) tot

N

Polymerisatie komt van de Griekse woorden poly

Brutoformule

een lange molecule (het polymeer). Door kleine variaties in de monomeren ontstaan steeds andere polymeren met andere nuttige toepassingen.

VA

1.1 Etheen

Etheen vormt de basisgrondstof voor het polymeer polyetheen of PE. Tijdens

3D

de synthese worden de verschillende etheenmoleculen aan elkaar gehecht. We noemen etheen daarom het monomeer van polyetheen. Polyetheen, ook gekend onder de oudere naam poylethyleen, kent verschillende toepassingen, o.a. in het huishouden als afdekfolie en verpakkingsmateriaal (huisvuilzakken, plastic flesjes, vershoudfolie) of in de industrie, bijvoorbeeld mantels van elektrische kabels of gas-, drinkwater- en rioolwaterleidingen.

Afb. 59 Een molecule etheen

In de natuur speelt etheen een volledig andere rol. Het is namelijk een hormoon in planten en de aanwezigheid ervan stimuleert stofwisselings-

©

processen zodat vruchten beginnen te rijpen. Importeurs voeren vaak onrijp

Afb. 60 Bananen rijpen snellen door etheengas.

fruit in en laten het bij aankomst versneld rijpen door blootstelling aan etheengas. WEETJE UHPE (ultra high molecular weight polyetheen) is een minder bekende maar wel ijzersterke variant van polyetheen. De kunststof wordt gebruikt in nieuwe kogelwerende vesten. Hierdoor moeten ze niet meer voorzien worden van harde, geperste panelen of metalen delen. UHPE verbetert het bewegingsgemak en zorgt Afb. 61 Een kogelvrije vest bevat polyetheen.

voor een lichtere uitvoering.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

105

1.2 Propeen 3D

Afb. 62 Een molecule propeen

Afb. 63 Flesdopjes zijn gemaakt van propeen.

Propeen is de basisgrondstof voor de kunststof polypropeen (PP). Die

IN

kunststof wordt gebruikt bij de productie van yoghurtpotjes, flesdoppen en

tuinmeubels. Overheden zetten sterk in op de recyclage van die kunststoffen. Gerecycleerd PP kent bijvoorbeeld toepassingen in bloembakken en autoonderdelen.

De verschillende kunststoffen kun je op een verpakking herkennen op basis

N

van een Europese code:

ANDERE

VA

Afb. 64 Europese codes voor kunststoffen

2

Alcoholen

De organische stofklasse 'alcoholen' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de hydroxylfunctie of de OH-groep. De hydroxylfunctie in een alcohol neemt de plaats in van een waterstofatoom in een alkaan en is ook enkelvoudig gebonden aan dat koolstofatoom.

©

Alcoholen bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep, geen hydroxiden. De OH-groep is covalent gebonden aan het niet-metaal koolstof. In een hydroxide ontstaat een ionbinding tussen de OH-groep en het metaalion. Hoe wordt de systematische naam van een specifiek alcohol nu gevormd? Voor de naamgeving van de alcoholen blijven de basisafspraken van de alkanen behouden: — De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen.

— Het achtervoegsel ‘aan’ (verkort 'an') verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

— In de naam wordt de functionele groep (de hydroxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘-ol’.

106

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

Dit jaar onthouden we de 2 alcoholen met de kortste structuur: Systematische naam

Structuurformule

methanol

CH3 – OH

ethanol

CH3 – CH2 – OH

WEETJE Hoe leid je uit een formule de systematische naam af? CH3 – OH

— stam = 1 C-atoom → METH

— aanwezigheid hydroxylgroep → OL

IN

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN De systematische naam van de molecule is methanol. CH3 – CH2 – OH

— stam = 2 C-atomen → ETH

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN

N

— aanwezigheid hydroxylgroep → OL

De systematische naam van de molecule is ethanol.

In de structuurformule wordt de hydroxylfunctie meestal apart weergegeven.

VA

CH3 – CH2 – OH

In de skeletnotatie worden de binding met de functionele groep én de OH-groep zelf volledig weergeven.

OH

Correcte formule?

Opmerking 1: We bekijken de structuurformule van ethanol: CH3 – CH2 – OH

Hierbij valt op dat het waterstofatoom apart wordt weergegeven bij het zuurstofatoom waar het een binding mee aangaat. CH3 – CH3O wordt dus niet toegepast als structuurformule om duidelijk de functionele groep

te benadrukken, omdat het simpelweg niet juist is. De structuurformule geeft weer welke atomen aan elkaar gebonden zijn; CH3 – CH3O zou betekenen dat aan het linkse C-atoom 3 H-atomen gebonden zijn en

©

1 C-atoom, en aan de rechtse C een C-atoom, 3 H-atomen én een O-atoom, wat uiteraard niet kan.

Opmerking 2: De binding tussen het koolstofatoom en de hydroxylfunctie moet niet worden weergegeven. De onderstaande voorstelling van ethanol is dus ook correct: CH3 – CH2OH

Opmerking 3: De molecule ethanol moet natuurlijk wel juist gelezen worden: de hydroxylfunctie is gebonden aan het tweede C-atoom (en dus niet aan de H-atomen). Een andere mogelijke weergave is dan ook: CH3 – CH2 |

OH Schrijf zeker niet: CH2 – OH – CH3

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

107

2.1 Methanol

3D

Methanol is een kleurloze, zeer giftige vloeistof (kookpunt 65 °C). Het kent verschillende toepassingen.

Afb. 65 Een molecule methanol

Je vindt het in de handel vooral als methylalcohol, (brand)spiritus of brandalcohol. Waarschijnlijk ken je methanol nog het best als brandstof voor de sfeervolle fonduestelletjes tijdens de kerstperiode. Sommige mensen gebruiken methanol om hun barbecue aan te steken, maar dat is geen goed vlam. Afb. 66 Methanol als brandstof in een fonduestel

IN

idee. Methanol is heel licht ontvlambaar en brandt met een bijna kleurloze

Er wordt momenteel heel wat wetenschappelijk onderzoek gedaan naar meer ecologische brandstoffen. Fijn stof maar vooral de CO2-uitstoot zorgt voor

milieuproblemen en klimaatverandering. De wetenschap focust zich daarbij

op het gebruik van nieuwe technologie (brandstofcellen), maar ook op nieuwe brandstoffen. Door bijvoorbeeld het gebruik van methanol als brandstof in

auto’s kan de CO2-uitstoot gehalveerd worden. Methanol wordt door middel

N

Afb. 67 Methanol als ecologische brandstof voor auto’s

van een ingenieus motorsysteem gesplitst in koolstof, waterstofgas en

zuurstofgas. Via brandstofcellen wordt er vervolgens energie geleverd voor de aandrijving van de wagen. Je leert alles over brandstofcellen in de derde graad.

VA

Methanol is heel goed oplosbaar in water en is een oplosmiddel voor organische stoffen, zoals lijmen, verven en vetten.

Afb. 68 Methanol als oplosmiddel voor verf

In de industrie wordt methanol gebruikt als grondstof voor het maken van

©

oplosmiddelen, kunststoffen (bv. bakeliet), kleurstoffen en geneesmiddelen.

Afb. 69 Methanol als grondstof voor het maken van geneesmiddelen

WEETJE

Tijdens de drooglegging in de Verenigde Staten stookten mensen massaal illegaal alcohol. Er ontstond methanol tijdens de bereiding. Omdat het allemaal stiekem moest verlopen, gebeurde dat proces tijdens de nacht, bij maanlicht. Moonshine is in de Verenigde Staten dan ook een gekende uitdrukking voor illegaal gestookte sterke drank. Methanol is heel giftig. Het wordt in ons lichaam omgezet tot methanal of formol. Die chemische stof maakt het enzym dat nodig is voor het metabolisme in het netvlies, inactief en tast de oogzenuw aan, met blindheid tot gevolg. Eén slok methanol kan bovendien dodelijk zijn.

108

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

2.2 Ethanol

3D

Ethanol is een kleurloze vloeistof (kookpunt 78 °C) die zich in alle verhoudingen mengt met water.

Afb. 70 Een molecule ethanol

Wat men in de omgangstaal met ‘alcohol’ bedoelt, is bijna altijd ethanol. Daarom duiden we het vaak aan met de naam ‘gewone alcohol’. Het is één van

IN

de oudst bekende stoffen.

Afb. 71 Ethanol is een synoniem voor alcohol.

Het bekendste bereidingsproces van ethanol wordt gebruikt bij de productie van alcoholische dranken, zoals bier. Via een ingewikkeld proces wordt

glucose vrijgemaakt uit granen, vooral uit gerst. Gistcellen gebruiken die

glucose als voedingsbron en breken het (in de afwezigheid van zuurstofgas) af tot ethanol en koolstofdioxide:

N

Afb. 72 Ethanol ontstaat bij de productie van bier.

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 ↑

glucose → ethanol + koolstofdioxide

©

VA

WEETJE

Het alcoholgebruik bij jongeren is de laatste jaren sterk toegenomen. Vooral het bingedrinken (meer dan 5 alcoholconsumpties op korte tijd voor mannen en 4 voor vrouwen) komt meer en meer voor. Jongeren spreken vooral over ‘comazuipen’.

Afb. 73 Jongere is bewusteloos door alcoholgebruik.

Alcohol wordt nog steeds sociaal aanvaard als genotsmiddel. Er bestaat echter een onmiskenbare relatie tussen alcoholgebruik en het aantal verkeersdoden. Ook alcoholisme komt meer en meer voor en dat in alle lagen van de bevolking. De overheid probeert dan ook het alcoholgebruik bij de bevolking opnieuw te verlagen. Een rechter kan tegenwoordig zelfs een alcoholslot laten plaatsen in de auto van een chauffeur die regelmatig wordt betrapt op dronken rijden. Pas wanneer een alcoholtest negatief is,

Afb. 74 Alcoholcontrole bij bestuurders

kan de chauffeur zijn auto starten.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

109

Ethanol wordt ook gebruikt als ontsmettingsmiddel. Volgens de aanbevelingen van de WHO (Wereldgezondheidsorganisatie) moeten desinfecterende hydroalcoholische Afb. 75 Ethanol als ontsmettingsmiddel

oplossingen, bedoeld voor gebruik in de gezondheidszorg, ten minste 70 % ethanol bevatten om doeltreffend te zijn tegen bacteriën en bepaalde virussen. Onder de naam biobrandstof wordt ethanol ook steeds meer gebruikt als

IN

energiebron voor wagens. Soms wordt in

auto’s ook een mengsel van verschillende brandstoffen gebruikt, bv. 60 % ethanol,

Afb. 76 Ethanol als brandstof

33 % methanol en 7 % benzine.

Ethanol wordt ook ingezet als oplosmiddel,

N

bijvoorbeeld in cosmetica en parfums.

Afb. 77 Ethanol als oplosmiddel voor cosmetica en parfum

WEETJE

VA

Tijdens het gistingsproces kan het alcoholgehalte maar tot (ongeveer) 14 % gebracht worden, aangezien we niet in staat zijn om dranken met een nog hogere concentratie te maken. Voor de productie van sterkere dranken (bv. cognac 40-60 %) maakt men gebruik van destillatie om het alcoholgehalte te verhogen. Zo worden sterke dranken, zoals jenever, cognac en whisky, gemaakt. Omdat er in de industrie ook ethanol wordt gebruikt en men de accijnzen wilt ontwijken, worden vaak andere chemische stoffen zoals methanol toegevoegd aan de ethanol. Die gedenatureerde alcohol is ondrinkbaar en kan dus accijnsvrij door de industrie worden

©

aangekocht. De methanol en andere toevoegingen zijn zelfs door

110

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

destillatie heel moeilijk te verwijderen.

HOOFDSTUK 3

3

Carbonzuren

De organische stofklasse 'carbonzuren' wordt gekenmerkt door een specifieke functie of functionele groep, namelijk de carboxylfunctie of de COOH-groep:

C

O O H

Carbonzuren bezitten dus, zoals de hydroxiden uit thema 01, een OH-groep in de brutoformule. Maar ze zijn, ondanks de aanwezigheid van de OH-groep,

IN

geen alcoholen of hydroxiden. De OH-groep is namelijk covalent gebonden aan een koolstofatoom dat ook nog een dubbel gebonden zuurstofatoom heeft.

Hoe wordt de systematische naam van een specifiek carbonzuur gevormd? Voor de naamgeving van de carbonzuren blijven de basisafspraken van de alkanen behouden:

N

— De stam verwijst naar het aantal koolstofatomen.

— Het achtervoegsel ‘aan’ verwijst naar de aanwezigheid van uitsluitend enkelvoudige bindingen tussen de koolstofatomen.

— In de naam wordt de functionele groep (de carboxylfunctie) aangegeven door het achtervoegsel ‘zuur’.

— Er wordt geen positiecijfer genoteerd, omdat we de nummering van de

©

VA

keten starten aan de kant van de carboxylfunctie.

Dit jaar onthouden we de 2 kleinste carbonzuren: Systematische naam

Structuurformule

Triviale naam

methaanzuur

HCOOH

mierenzuur

ethaanzuur

CH3 – COOH

azijnzuur

WEETJE

Hoe leid je uit een formule de systematische naam af? H – COOH

— stam = 1 C-atoom → METH

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR

De systematische naam van de molecule is methaanzuur. CH3 – COOH

— stam = 2 C-atomen → ETH

— allemaal enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen → (A)AN — aanwezigheid carboxylgroep → ZUUR

De systematische naam van de molecule is ethaanzuur. Merk op dat het koolstofatoom uit de carboxylfunctie wordt meegeteld in de stamnaam. GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

111

3.1 Methaanzuur 3D

Afb. 78 Een molecule methaanzuur

Afb. 79 Een mier spuit methaanzuur of mierenzuur.

Methaanzuur is een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur die de huid

IN

kan aantasten. Misschien denk je dat je methaanzuur niet kent, maar je bent zeker weleens gebeten door een mier. De irriterende jeuk die je dan voelt, wordt veroorzaakt door de chemische stof die het insect op je huid spuit: methaanzuur. Daarom spreken we ook van mierenzuur. Mierenzuur komt ook voor in de haren van de brandnetel en is verantwoordelijk voor het

brandende gevoel als je huid met die plant in

N

contact komt.

Afb. 80 In de haren van de brandnetel zit mierenzuur.

WEETJE

In het verleden onttrokken leerlooiers mierenzuur aan mierennesten;

VA

men meende toen dat het de urine van mieren was om de huiden te bewerken. Naast mieren gebruiken nog andere insecten, zoals bijen en wespen, mierenzuur om zich te verdedigen.

3.2 Ethaanzuur

©

3D

Net als methaanzuur is ethaanzuur een kleurloze vloeistof met een prikkelende geur. Door de langere koolstofketen heeft het een iets hoger kookpunt dan methaanzuur. De triviale naam is azijnzuur. Zuiver ethaanzuur wordt ook ijsazijn

Afb. 81 Een molecule ethaanzuur.

genoemd. Het stolt bij 17 °C en heeft dan het uitzicht van ijs. Keukenazijn is een verdunde oplossing (5-8 %) van ethaanzuur. Het wordt o.a. gebruikt om mayonaise en vinaigrettes te maken. In de Oosterse keuken wordt vaak gebruikgemaakt van rijstazijn van

Afb. 82 In keukenazijn zit een verdunde oplossing van ethaanzuur.

112

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

gefermenteerde rijst.

Azijn wordt ook gebruikt als conserveermiddel voor voedingswaren. Op de verpakking vind je het terug onder de code als bewaarmiddel: E260. Enkele voedingswaren worden zelfs bewaard in een

ontdekplaat: organische stofklassen

Afb. 83 Augurken worden bewaard in een azijnzuuroplossing.

volledige azijnzuuroplossing: augurken, haring, olijven en uien. De kenmerkende zure smaak herken je zeker.

OPDRACHT 16 ONDERZOEK

Ga naar

en voer het labo uit.

IN

Onderzoek de pH-waarden van organische en anorganische stoffen.

N

ORGANISCHE STOFFEN

ALKANEN

ALKENEN

ALCOHOLEN

CARBONZUREN

bestaan enkel uit

bestaan enkel uit C-en

bestaan uit C,H,O-atomen;

bestaan uit C,H,O-atomen;

C-en H-atomen

H-atomen; bevat een

bevat een OH-groep

bevat een COOH-groep

VA

dubbele binding

vertakt

onvertakt

— Etheen

CH2 = CH2

• grondstof voor

CH3 – OH

• oplosmiddel

polyetheen (PE)

• grondstof voor

— Propeen

CH3 – CH = CH2

• grondstof voor de kunststof

polypropeen (PP)

— Methaanzuur H – COOH

• brandstof (spiritus)

de kunststof

• plantenhormoon

©

— Methanol

• triviale naam: mierenzuur • zuur bij verdediging

oplos-middelen, kunststoffen …

insecten • plantenextract (netels)

• ecologische

• gebruikt bij het looien

brandstof (auto)

— Ethanol

van leer — Ethaanzuur

CH3 – CH2 – OH

CH3 – COOH

• drankalcohol

• triviale naam: azijnzuur

• ontsmettingsmiddel

• conserveermiddel

• oplosmiddel • brandstof

` Maak oefening 13 t/m 15 op p. 121.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

HOOFDSTUK 3

113

THEMASYNTHESE

ORGANISCHE STOFKLASSEN — bindingsmogelijkheden C-atoom: 4 bindingen, niet noodzakelijk 4 bindingspartners — soorten formules: brutoformule, (beknopte) structuurformule, skeletnotatie

kennisclip

— telwoorden stam naamgeving (indicatie voor het aantal C-atomen): 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10

meth-eth-prop-but-pent-hex-hept-oct-non-dec

ALKANEN — bestaan enkel uit C-en H-atomen — enkelvoudige bindingen

— naamgeving en formulevorming alkanen: ALK = stam (aantal C-atomen)

•

AAN (= alleen maar enkelvoudige bindingen tussen de C-atomen) n-alkaan

methaan

IN

•

Toepassing

— brandstof om woningen te verwarmen

— brandstof om woningen te verwarmen

ethaan

— grondstof voor productie etheen, ethanol, ethaanzuur …

— brandstof om woningen te verwarmen

n-butaan

N

propaan

— in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis — brandstof om woningen te verwarmen

— in gasflessen voor campingvuurtjes en kookfornuis

Die 4 kleinste n-alkanen komen voor in ruwe aardolie, zijn gasvormig bij kamertemperatuur en licht ontvlambaar.

VA

Methaan vind je daarnaast ook in aardgas en in de permafrost.

n-pentaan tot n-decaan zijn ook terug te vinden in ruwe aardolie, maar zijn vloeibaar bij kamertemperatuur.

©

n-octaan wordt gebruikt als brandstof voor benzinemotoren.

114

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

THEMASYNTHESE

THEMASYNTHESE

ALKENEN

ALCOHOLEN

CARBONZUREN

Kenmerken — bestaan enkel uit C-en

— bestaan uit C-,H- en O-atomen

— bestaan uit C-,H- en O-atomen

— bevat een dubbele binding

— bevat een OH-groep

— bevat een COOH-groep

H-atomen

Eigenschappen, voorkomen en toepassingen in het dagelijks leven Methanol

Methaanzuur

CH2 = CH2

CH3 – OH

H – COOH

— grondstof voor de kunststof

— brandstof (spiritus)

— triviale naam: mierenzuur

Propeen

Ethanol

CH3 – CH = CH2

— ecologische brandstof (auto)

CH3 – CH2 – OH

CH3 - COOH

— grondstof voor de kunststof

— drankalcohol

— triviale naam: azijnzuur

polyetheen (PE)

— plantenhormoon

— oplosmiddel

— grondstof voor oplosmiddelen, kunststoffen, …

— zuur bij verdediging insecten — plantenextract (netels)

— gebruikt bij het looien van leer Ethaanzuur

N

polypropeen (PP)

IN

Etheen

— ontsmettingsmiddel — oplosmiddel

©

VA

— brandstof

— conserveermiddel

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

THEMASYNTHESE

115

CHECKLIST

JA

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik kan verzadigde en onverzadigde koolstofverbindingen definiëren en van elkaar onderscheiden.

— Ik ken het begrip koolwaterstoffen.

— Ik kan de brutoformule van een organische stof geven op basis van naam, structuurformule of skeletnotatie.

— Ik kan de beknopte en uitgebreide structuurformule van een organische stof geven op basis van een naam of skeletnotatie.

— Ik kan de skeletnotatie of zaagtandstructuur van een organische stof geven op

IN

basis van een naam of structuurformule.

— Ik kan organische stoffen indelen als alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren. — Ik kan de hydroxylfunctie en carboxylfunctie als functionele groepen herkennen. — Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van alkanen.

— Ik kan de structuurformule of skeletnotatie van etheen, propeen, methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de systematische naam.

— Ik kan de systematische naam van etheen, propeen, methanol, ethanol,

methaanzuur en ethaanzuur geven vanuit de skeletnotatie of structuurformule.

— Ik ken eigenschappen, voorkomen en toepassingen van etheen, propeen,

N

methanol, ethanol, methaanzuur en ethaanzuur.

2 Onderzoeksvaardigheden

— Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alcoholen of carbonzuren op basis van een gegeven formule.

— Ik kan organische stoffen classificeren als alkanen, alkenen, alcoholen of

VA

carbonzuren op basis van een naam.

— Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de naam vormen als de formule gegeven is. — Ik kan van de laagste 10 n-alkanen de formule vormen als de naam gegeven is. invullen bij je Portfolio.

©

` Je kunt de checklist ook op

116

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

CHECKLIST

CHECK IT OUT

Klein verschil, grote gevolgen. 1

In de CHECK IN stelden we de vraag of de alcohol die je drinkt, ethanol of methanol is. Weet je ondertussen het antwoord? a

Welke stof zit in alcoholische drank?

c

En wat is er identiek bij beide stoffen?

IN

b Wat is precies het verschil tussen methanol en ethanol?

d Schrijf hieronder de structuurformule van beide stoffen: Stof ethanol e

N

methanol

Structuurformule

Je weet nu welke systematische naam bij alcoholische drank hoort. Kun je ook een toepassing geven van de andere stof?

VA

Scan de QR-code en bekijk de video over brandend geld. a

Welke stoffen werden gebruikt om het geld in te dompelen?

video: brandend geld

b Werkt de proef ook met andere stoffen denk je? Leg uit.

©

2

!

Bij het vormen van de naam en de formule van organische stoffen komt heel wat logica kijken. Net zoals bij de anorganische stofklassen krijgt elke stof een unieke, universele naam en formule. Hoewel de naam kan verschillen in andere talen, blijven de formule of symbolen overal ter wereld gelijk. Daarnaast heeft elke stof (en stofklasse) zijn eigen toepassingen en eigenschappen. Zo wordt bijvoorbeeld methaan gebruikt als brandstof, terwijl methaanzuur voorkomt in de haren van de brandnetel wat zorgt voor jeuk.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

CHECK IT OUT

117

AAN DE SLAG

1

Lees de volgende stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn. Verbeter de onderlijnde tekst indien fout. a

In een organische verbinding heeft elk koolstofatoom vier bindingspartners.

b Bij een organische stof wordt tussen een C- en H-atoom steeds een enkelvoudige binding gevormd.

c

CH2 – CH2 – CH2 – CH2 is een juiste weergave van een organische verbinding met alleen enkelvoudig gebonden C- en H-atomen.

IN

d CH2 = CH – CH2 – CH3 is een juiste weergave van een organische verbinding met enkel C- en H-atomen en één dubbele binding.

2

Noteer de brutoformule en skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Structuurformule van de verbinding

N

a

Brutoformule van de verbinding

CH3 – CH2 – CH3

Skeletnotatie van de verbinding

b CH3 – (CH2)4 – CH3

VA

c

CH3 – CH2 – CH2OH

d CH2 = CH – CH2 – CH3 e

3

CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH – CH3

Geef de brutoformule, structuurformule en/of skeletnotatie van de onderstaande stoffen. Vraag a werd al

©

ingevuld als voorbeeld.

Brutoformule van de verbinding

a

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

b

d

CH3 – COOH

c

118

C5H12

Structuurformule van de verbinding

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

CH3 – CH2 – CH = CH – (CH2)3 – CH3

AAN DE SLAG

Skeletnotatie van de verbinding

4

Binnen de organische verbindingen komen de stofklassen alkanen en alkenen voor. Waarin verschillen die 2 stofklassen van elkaar?

5

Plaats de onderstaande koolstofverbindingen in de juiste stofklasse (alkaan, alkeen, alcohol of carbonzuur). Koolstofverbinding (systematische naam, structuurformule of skeletnotatie) hexaan

IN

a b c

CH2 = CH – CH2 – CH3

O

d

OH f

nonaanzuur

N

e

H H

H C C O H H H methanol

VA

g

Stofklasse

6

Plaats de volgende stoffen in de juiste kolom en vermeld elke keer de stofklasse waartoe de stof behoort: CO2 – CH3OH – NaOH – NH4OH – HCOOH – C3H8 – H2CO3 – Al(OH)3

Anorganische stoffen

Stoffen

Stofklasse

Stoffen

©

7

Stofklasse

Organische stoffen

Beoordeel de stellingen. Vermeld of ze juist (J) of fout (F) zijn.

Een organische stof bestaat alleen uit C- en H-atomen.

Een organische stof bevat alleen atoombindingen.

Een organische stof bevat minstens één C-atoom.

Een organische stof bevat alleen enkelvoudige bindingen.

Een organische stof behoort tot de levenloze materie.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

119

Geef de systematische naam, structuurformule, skeletnotatie en/of brutoformule van de gegeven alkanen. Systematische naam a

propaan

Brutoformule

CH3 – (CH2)3 – CH3

CH3 – CH3

e

n-butaan

f

CH3 – (CH2)6 – CH3

c

d

g

h

CH3 – (CH2)8 – CH3

Koppel de juiste alkanen aan de juiste toepassing(en) of het juiste voorkomen. 1 ethaan

•

2 propaan

•

3 methaan

•

• a komt voor in de permafrost van Siberië

N

10

Skeletnotatie

b

9

Structuurformule

IN

8

• b grondstof voor ethanol (drankalchohol) • c campinggas

Geef de aggregatietoestand van de gegeven alkanen bij 21 °C en -10 °C. In de grafiek zie je de smelt- en

VA

kookpunten van n-alkanen in functie van het aantal koolstofatomen in de keten. a

octaan

b propaan

butaan

©

c

11

Methaan wordt gebruikt als brandstof. Uit het derde jaar weten we dat verbranden eigenlijk het reageren met zuurstofgas is. Schrijf nu zelf de verbrandingsreactie.

120

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

12

Schrijf de verbrandingsreactie van octaan. Wat heeft autorijden met het versterkt broeikaseffect te maken?

13

Vul de volgende tabel aan. Systematische naam

Structuurformule

CH4

CH3 – CH2 – CH3

ethaan

IN

n-butaan

CH3 – (CH2)3 – CH3

n-hexaan

CH3 – (CH2)5 – CH3

n-octaan

CH3 – (CH2)7 – CH3

N

n-decaan

CH3OH

ethanol

HCOOH

ethaanzuur

VA

14

Schrijf hieronder de reactievergelijkingen van de volgende verbrandingsreacties. Volledige verbranding

n-butaan

methanol

Vul de tabel met toepassingen van organische stoffen verder aan.

©

15

Organische stof

Structuurformule

CH3COOH

CH3OH

CH4

Toepassing

Systematische naam

methaanzuur

n-butaan

` Meer oefenen? Ga naar GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

AAN DE SLAG

121

Notities

VA

N

IN

©

122

GENIE Chemie 4.2 THEMA 02

THEMA 03

CHEMISCH REKENEN mosterd

IN

zout

suiker

ei

©

VA

N

olie

citroensap

CHECK IN

Meten is weten? Goede mayonaise maken is niet gemakkelijk! Wil je het zelf eens proberen? Doe 4 eierdooiers in een maatbeker. Voeg er 1 eetlepel mosterd, 1 eetlepel azijn en een snuifje zout aan toe. Klop of mix dat door elkaar met de staafmixer. Voeg nu traag, beetje bij beetje, 4 dL olie toe tot het geheel een homogeen mengsel vormt. De zelfgemaakte mayonaise serveer je bijvoorbeeld bij frieten, smakelijk!

IN

Om zelf mayonaise te maken, is het belangrijk om de juiste hoeveelheden van de ingrediënten af te meten: 4 eierdooiers, 1 eetlepel mosterd, een snuifje zout …

mosterd

N

zout

suiker

VA

ei

olie

citroensap

©

Eenheden zoals een ‘snuifje’ of een ‘eetlepel’ zullen we echter in de chemielessen niet gebruiken. In de keuken kun je nog spelen met de hoeveelheden van ingrediënten, in de chemie is dat niet zo. Reagentia moeten in zeer nauwkeurige hoeveelheden worden samengevoegd. Zonder dat je het goed beseft, heb je als een echte chemicus misschien al vaak over concentraties van oplossingen nagedacht, iets wat tijdens het experimenteren in een labo heel vaak gebeurt.

?

` Hoe kun je te weten komen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren? ` En hoe ga je die stofhoeveelheden afwegen? De massa van atomen is immers veel te klein. We zoeken het uit!

124

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

CHECK IN

VERKEN

Een hoeveelheid stof afmeten OPDRACHT 1

Hoe meten we een hoeveelheid stof of stofhoeveelheid? 1

Weeg 4 g keukenzout af met de balans. In welke eenheid lees je de stofhoeveelheid op de weegschaal af?

2

3

Meet 50 mL water af in een maatcilinder. In welke eenheid lees je het volume van een vloeistof af?

IN

Breng de 50 mL water over in een erlenmeyer en los er de 4 g keukenzout in op. Kun je een eenheid bedenken om aan te duiden hoeveel keukenzout er opgelost is?

Hoewel we een aantal gram van een vaste stof wel vrij

nauwkeurig kunnen meten, moeten we nog het verband proberen te leggen met het aantal deeltjes van die stof,

N

want de voorgetallen in een reactievergelijking leren ons enkel hoeveel deeltjes van het ene reagens reageren

met hoeveel deeltjes van het andere reagens. Ook bij

vloeistoffen is dat een probleem: 1 druppel water bevat bijvoorbeeld al oneindig veel moleculen water. Hoewel

we een volume water vrij exact kunnen afwegen, moeten

VA

we dat nog kunnen uitdrukken in het aantal moleculen water.

Om stoffen beter te doen reageren, werken we in de chemie vaak met oplossingen. Maar dan hebben we

nog een probleem: de massa van de oplossing afwegen of het volume van de oplossing afmeten zal ons nooit

hoge druk – laag volume

leiden tot de hoeveelheid stof die daarin werd opgelost.

Ten slotte zijn er de gasvormige stoffen. Ook hier kunnen we alweer een bepaald volume afmeten, maar hoeveel

©

gasdeeltjes zijn dat dan? Bovendien is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas afhankelijk van andere

lage druk – hoog volume

parameters zoals druk en temperatuur. We leren in dit thema voor elke stof, in eender welke aggregatietoestand, een verband te leggen tussen de stofhoeveelheid en de massa of het volume. Eenmaal we zover zijn, kunnen we precies berekenen welke stofhoeveelheden van de reagentia moeten worden samengevoegd om een reactie optimaal te laten verlopen, zonder dat er verspilling optreedt.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

VERKEN

125

HOOFDSTUK 1

Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa LEERDOELEN Je kunt al: hoeveelheid protonen (Z) en neutronen (N), uitgedrukt in unit.

IN

L de massa van een atoom berekenen uit de

Het atoom is het kleinste deeltje dat nog alle

Je leert nu:

eigenschappen van het element bezit. Niet-metalen

L het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van atomen;

binden via atoombinding tot moleculen, tot zuren en niet-metaaloxiden bijvoorbeeld. Metalen en

L de molecuulmassa van een molecuulverbinding

niet-metalen binden onderling via een ionbinding. De metaaloxiden, de hydroxiden en de zouten

de atoommassa’s berekenen.

binden op die manier, zoals je in thema 01 al hebt

N

of de formulemassa van een ionverbinding uit

geleerd.

Atoommassa

VA

1

Je weet al dat het gecombineerde atoommodel van Bohr-Rutherford een atoom beschrijft met een kern, bestaande uit neutronen en protonen, en schillen met elektronen rond die kern. — Atomen van hetzelfde element hebben altijd hetzelfde aantal

3D elektronenschillen

elektronen

protonen en elektronen, maar kunnen een verschillend

©

aantal neutronen bevatten.

— De relatieve atoommassa Ar

van een element is de verhouding

protonen en neutronen

tussen de absolute atoommassa

Afb. 84 Het schillenmodel van Bohr-Rutherford

en de eenheidsmassa (u).

Een proton heeft een massa van 1,6726231 · 10-27 kg, net iets minder dan de massa van een neutron. De massa van een elektron is verwaarloosbaar klein: slechts

1 van de massa van een proton. Om het rekenen wat te 2 000

vereenvoudigen, werd de unit (u) als eenheid gedefinieerd:

126

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

— De unit is de standaard om massa aan te duiden op atomair of moleculair niveau. Het werd gedefinieerd als 1 de van de massa van het 12C-isotoop 12 en bedraagt 1,66 · 10−27 kg. — Bij benadering kunnen we de unit gelijkstellen aan de massa van een proton of aan die van een neutron.

Vorig jaar leerde je al dat het volstaat om de massa van het aantal protonen en neutronen van een atoom samen te tellen om het massagetal te berekenen: — De massa van het atoom (massagetal A) is de som van het aantal protonen (Z) en van het aantal neutronen (N).

X

A Z

IN

A (massagetal) = Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

VOORBEELD ABSOLUTE ATOOMMASSA BEREKENEN

We berekenen de absolute atoommassa, uitgedrukt in unit, van een magnesiumatoom met 12 neutronen: 24

Mg heeft 12 protonen (Z) en dus 12 (A-Z) neutronen. De massa is dus:

N

A = Z + N = 24 u

Omgerekend naar kg is dat dan: Aa(Mg) = 24 u · 1,66 · 10−27 kg = 4 · 10-26 kg u

Zo’n kleine massa is onmeetbaar voor om het even welk instrument. Daar moeten we een oplossing voor vinden.

©

VA

Bovendien kunnen atomen van hetzelfde chemische element, dus met hetzelfde aantal protonen, een verschillend aantal neutronen in de kern hebben. Zo zullen niet alle magnesiumatomen 12 neutronen in de kern hebben. We spreken in dat geval over isotopen. Als er meerdere isotopen bestaan van eenzelfde element, dan kunnen we de atoommassa van een element niet zomaar gelijkstellen aan die van één bepaalde isotoop. We moeten de atoommassa van een element dan bepalen door rekening te houden met het procentueel voorkomen van elke isotoop. We spreken dan over de gemiddelde relatieve atoommassa. We ronden in berekeningen de gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> steeds af op 1 cijfer na de komma.

De gemiddelde relatieve

atoomnummer (Z)

atoommassa is het ‘gewogen gemiddelde’ van alle relatieve atoommassa’s van de voorkomende isotopen. In het PSE wordt bij elk element <Ar> vermeld.

elektronegatieve waarde (EN) 12

symbool naam

1,2

Mg magnesium

24,31

gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>)

Afb. 85 De gemiddelde relatieve atoommassa van magnesium

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

127

2

Molecuulmassa

Je weet nu hoe de massa van een atoom wordt berekend, maar hoe bereken je de massa van een molecule die uit verschillende soorten atomen bestaat? Vergelijk het met een zak snoepjes: om de totale massa van de snoepjes te berekenen zul je de massa van elk soort snoepje moeten kennen en het aantal snoepjes per soort. Ook moleculen bestaan uit een welbepaalde combinatie van meerdere

IN

atomen. Die atomen kunnen tot verschillende elementen behoren.

Om de gemiddelde massa van een molecule of de molecuulmassa te

berekenen, volstaat het de som te nemen van de gemiddelde atoommassa's van alle atomen in de molecule.

VOORBEELD MOLECUULMASSA BEREKENEN De molecuulmassa van 1 molecule

N

zwavelzuur (H2SO4) bestaat uit:

— 2 waterstofatomen — 1 zwavelatoom

— 4 zuurstofatomen

Afb. 86 Zwavelzuur

VA

m(H2SO4) = (2 · 1,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 98,1 u

Uitgedrukt in kg is dat: m = 98 · 1 u · 1,66 · 10−27

kg = 1,63 · 10-25 kg u

OPDRACHT 2

Bereken de massa van 1 molecule salpeterzuur (HNO3).

Gegeven: HNO3

Gevraagd: m(HNO3) Oplossing:

©

Afb. 87 Salpeterzuur

128

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

3

Formulemassa

In een verbinding opgebouwd uit metalen en niet-metalen worden de gevormde ionen samengehouden door een ionbinding. Die stof noemen we een ionverbinding. Voor ionverbindingen kunnen we dezelfde methode toepassen, alleen gebruiken we nu de formule-eenheid: de steeds wederkerende eenheid uit het ionrooster. Zouten vormen bijvoorbeeld geen aparte moleculen. We spreken hier dan

IN

ook beter over de formule-eenheidsmassa of kortweg de formulemassa. Die

wordt bepaald door de som van de gemiddelde massa’s van de ionen die we

uit die formule-eenheid nemen. De berekening van de formulemassa verloopt analoog aan die van de molecuulmassa. We maken geen onderscheid tussen de massa van een ion en een atoom. Het verschil tussen beide is namelijk maar een aantal elektronen meer of minder, en elektronen hebben een verwaarloosbare massa.

N

VOORBEELD FORMULE-EENHEID NATRIUMSULFAAT (Na2SO4)

m(Na2SO4) = (2 · 23,0 u) + (1 · 32,1 u) + (4 · 16,0 u) = 142,1 u

Uitgedrukt in kg is dat:

kg = 2,36 · 10-25 kg u

VA

m = 142,1 u · 1,66 · 10−27

Afb. 88 Natriumsulfaat

OPDRACHT 3

Bereken de massa van 1 formule-eenheid magnesiumcarbonaat (MgCO3) in unit en in kilogram.

Gegeven: MgCO3

Gevraagd: m(MgCO3) met eenheid u en kg

Oplossing:

©

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

129

— massagetal (A) = som van het aantal protonen en neutronen

— gemiddelde relatieve atoommassa (<Ar>) = gewogen gemiddelde van de atoommassa's van de voorkomende isotopen

— molecuulmassa = som van de atoommassa's van de samenstellende atomen

— formulemassa = som van de massa's van de ionen in de formuleeenheid

IN

` Maak oefening 1 t/m 4 op p. 167.

Opnieuw merken we dat de massa van een molecule of formule-eenheid

onmeetbaar klein is, net als de atoommassa. Hoe meten we het dan wel?

©

VA

N

We zoeken een oplossing!

130

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 1

HOOFDSTUK 2

De mol en het getal van Avogadro LEERDOELEN Je kunt al:

6,02 · 1023 atomen in 12 gram koolstof

berekenen, uitgedrukt in unit. Je leert nu:

IN

L de atoommassa, molecuulmassa en formulemassa

L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro;

L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd;

onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan naar een veelvoud moleculen of formule-

eenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel

meetinstrument is immers in staat om, met zo’n

precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten

N

L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

De massa van een molecule of formule-eenheid is

op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen.

De mol als eenheid en de molaire massa

VA

1

OPDRACHT 4

Vul kolom 3 van de tabel aan met het juiste aantal eenheden.

©

Voorwerp

Verzamelnaam

Aantal deeltjes

een paar schoenen

een dozijn eieren

een bak bier

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

131

Voorwerp

Verzamelnaam

een riem papier

in de chemie:

6,02 · 1023

IN

1 mol keukenzout

Aantal deeltjes

De mol is de hoeveelheid materie die evenveel deeltjes bevat (atomen, moleculen …) als er atomen zijn in 12 gram van het 12C-isotoop. Talloze

experimenten tonen aan dat 1 mol = 6,02 · 1023 deeltjes. Dat aantal is beter

gekend als het getal van Avogadro (NA), vernoemd naar de Italiaanse fysicus

N

Amadeo Avogadro.

Als we het getal samen met zijn eenheid beschouwen, spreken we over de constante van Avogadro: 6,02 · 1023 deeltjes mol

VA

WEETJE

Mol komt van het Latijnse woord moles wat ‘stapel’ of ‘hoop’ betekent.

Welke soort materie je ook wilt afmeten, het gaat telkens over hetzelfde aantal deeltjes. Het aantal mol slaat dus op het aantal deeltjes van een stof. Dat kunnen erg zware atomen zijn (zoals uranium) maar ook erg lichte atomen (zoals waterstof). We gebruiken het symbool ‘n’ om het aantal mol (de stofhoeveelheid) aan te duiden, maar de getalwaarde van de constante

©

van Avogadro heeft nog een groter voordeel. Dat wordt zo dadelijk duidelijk.

132

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

Een hoeveelheid van een stof kunnen we dus op meerdere manieren omschrijven: — via de massa van die stof (m), uitgedrukt in gram (g)

— via het aantal deeltjes van die stof (N), uitgedrukt in het aantal moleculen, atomen, formule-eenheden …

— via het aantal mol van die stof (n), uitgedrukt in mol

HOOFDSTUK 2

De mol is een eenheid, een verzameling van NA of 6,02 · 1023 deeltjes. Stofhoeveelheid

Symbool

Eenheid

deeltjesaantal

N

deeltjes

massa

m

g

molhoeveelheid

n

mol

constante van Avogadro

NA

IN

deeltjes mol

Let op: De hoeveelheid mol gaat over een gigantisch groot aantal deeltjes! Zoals je weet, maken 6 nullen een miljoen, 1 000 miljoen is een miljard.

Verder is 1 000 miljard een biljoen, 1 000 biljoen is een biljard en 1 000 biljard is een triljoen. 1 000 triljoen is dan weer een triljard. We komen dus aan 602 triljard deeltjes in 1 mol.

106 = 1 000 000

109 = 1 000 000 000

10 = 1 000 000 000 000

N

12

1015 = 1 000 000 000 000 000

1018 = 1 000 000 000 000 000 000

1021 = 1 000 000 000 000 000 000 000

VA

OPDRACHT 5

Schrijf nu zelf het getal van Avogadro voluit met het juiste aantal nullen.

©

WEETJE

Als je 1 mol papier, hoe

Als je 1 mol basketballen bezit,

dun de vellen ook zijn,

kun je er een nieuwe planeet

opeenstapelt, kun je 80 keer

mee vormen, even groot als de

de afstand tussen de aarde

aarde.

en de maan (384 400 km) overbruggen, heen én terug. Als je 1 mol donuts verdeelt

Als je 1 mol euromunten krijgt

over het aardoppervlak,

op de dag van je geboorte en

wordt de aarde bedekt met

je elke seconde van je leven

een mantel donuts van 8 km

1 miljoen munten uitgeeft, dan

hoog.

heb je op je sterfdatum nog steeds 99,99 % van je kapitaal in bezit.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

133

Nu we weten hoeveel deeltjes een mol omvat, kunnen we steeds de omzettingen tussen het aantal mol (n) en het aantal deeltjes (N) makkelijk maken door gebruik te maken van de formule: aantal deeltjes = aantal mol · N = n · NA

aantal deeltjes mol

Let wel goed op dat het aantal deeltjes en de stofhoeveelheid in mol over hetzelfde gaat!

IN

VOORBEELDVRAAGSTUK Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 3 mol CO2 ? Gegeven: n(CO2) = 3,00 mol Gevraagd: N(O) Oplossing:

Uit de stofhoeveelheid CO2 die gegeven is in mol, berekenen we het aantal deeltjes (moleculen)

N

CO2.

CO2

Afb. 89 Koolstofdioxide

N(CO2) = n · NA

= 3,00 mol · 6,02 · 1023 moleculen mol = 1,81 · 1024 moleculen CO2

Maar elke molecule CO2 bevat 2 atomen zuurstof. Het aantal atomen

VA

zuurstof in 3 mol CO2 of in 1,81 · 1024 moleculen CO2 is dus gelijk aan 1,81 · 1024 · 2 = 3,62 · 1024.

Er zitten dus 3,62 · 1024 atomen zuurstof in 3 mol CO2.

TIP

Vergelijk met een zak kersensnoepjes: Je kunt enerzijds het aantal snoepjes berekenen, maar er kan ook gevraagd worden naar het aantal kersen, dan moet je de hoeveelheid

©

snoepjes nog met 2 vermenigvuldigen.

134

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

OPDRACHT 6 Bereken hoeveel atomen stikstof er in 2 mol distikstofpentaoxide (N2O5) zitten. Gegeven: n(N2O5) = 2,00 mol

Gevraagd: N(N) Oplossing:

IN

Bij berekeningen ronden we tussenresultaten niet af: we rekenen steeds

N

verder met de exacte uitkomst van een vorige bewerking. Zorg er wel voor

dat je uiteindelijke resultaat de juiste hoeveelheid beduidende cijfers heeft! De getalwaarde 6,02 · 1023 , of 1 mol, is zeer precies berekend: de massa van 1 12

van het 12C-atoom = 1 unit

· 12

⇩

· NA

©

VA

⇩

de massa van 1 12C-atoom

de massa van 1 mol 12C-atomen

⇩

de massa van 1 mol 12C-atomen

=

=

⇩

12 unit

⇩

6,02 · 1023 · 12 unit

⇩

1 unit = 1,66 · 10−27 kg

6,02 · 1023 · 12 · 1,66 · 10−27 = 12 · 10-3 kg

kg u

= 12 g

Op het eerste gezicht is dat een ingewikkelde berekening om te komen tot een zeer bruikbare conclusie: De massa van 1 mol deeltjes is gelijk aan de getalwaarde van de massa van een atoom, molecule of formule-eenheid, met de eenheid gram in plaats van unit. De massa van 1 mol deeltjes noemen we in het kort ook wel de molaire massa (M).

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

135

VOORBEELD MOLECUULMASSA OMZETTING IN MOLMASSA 1 molecule fosforzuur (H3PO4)

⇩

heeft een massa van

⇩

· NA

1 mol fosforzuur

heeft een massa van

Stofhoeveelheid n

98,0 g

Massa m

1 mol Zn

65,4 g

1 mol Fe

55,8 g = m(Cu) + m(S) + 4 . m(O) = 63,6 g + 32,1 g + 4 . 16,0 g

IN

1 mol CuSO4

98,0 unit

1 mol MgCl2

= m(Mg) + 2 . m(Cl) = 24,3 g + 2 . 35,5 g

De molaire massa:

— De grootheid krijgt het symbool M.

g . mol — De numerieke waarde van de molaire massa van een atoom is steeds

N

— De eenheid voor de molaire massa is

dezelfde als die van de atoommassa, maar de eenheid unit kan g . gewoon vervangen worden door mol

VA

WEETJE

Je vraagt je misschien af hoe Avogadro aan dat getal 6,02 · 1023 is gekomen. Is hij beginnen tellen? Nee, Avogadro kwam tot die waarde door de dichtheid van een stof, de relatieve atoommassa van de bindende elementen en de grootte van de eenheidscel in het ionrooster te

Afb. 90 Ionrooster

vergelijken. Met de huidige nauwkeurigste meetapparatuur kan het getal van

©

Avogadro nu al tot 8 cijfers na de komma bepaald worden: de meest nauwkeurig gemeten waarde is 6,02214179 · 1023. Afb. 91 Toeschouwers op een festival

Je kunt het vergelijken met de schatting van het aantal toeschouwers op een plein waar een evenement plaatsvindt. Als je weet hoe groot het plein is en hoe dicht de toeschouwers bij elkaar staan, kun je bij benadering bepalen hoeveel volk er aanwezig is. Gelukkig zijn atomen in een kristal ordelijker gerangschikt dan toeschouwers op een plein en kunnen wetenschappers daarom precieze berekeningen uitvoeren. Naargelang de bron (de politie of de organisator) lopen de schattingen over het aantal toeschouwers soms ver uiteen. Het aantal atomen per mol is echter altijd NA!

136

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

2

Omrekeningen gram / mol / aantal deeltjes Als we dezelfde methode gebruiken als bij de berekening van de massa (in unit) van 1 molecule of formule-eenheid, kunnen we ook de molaire massa van stoffen berekenen door de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende atomen in een molecule. Bij ionverbindingen wordt met 1 mol van de stof 1 mol formule-eenheden bedoeld, want die stoffen vormen geen aparte moleculen. De werkwijze om te komen tot de molaire massa M van een formule-eenheid is identiek. We berekenen de molaire massa M opnieuw door de som te nemen van de molaire massa’s van de opbouwende ionen in een

IN

formule-eenheid.

VOORBEELDVRAAGSTUKKEN 1

Wat is de molaire massa van 1 mol chloorgas (Cl2)?

Gegeven: n(Cl2) = 1 mol Gevraagd: M(Cl2) Oplossing:

N

1 mol Cl2-moleculen bevat 2 mol Cl-atomen. g g = 71 M(Cl2) = 2 · 35,5 mol mol

2

Afb. 92 Chloorgas

Wat is de molaire massa van 1 mol calciumchloride (CaCl2)?

Gegeven: n(CaCl2) = 1 mol

VA

Gevraagd: M(CaCl2)

Oplossing:

Afb. 93 Calciumchloride

1 mol formule-eenheden CaCl2 bestaat uit 1 mol Ca2+-ionen en 2 mol

Cl--ionen. Herinner je je dat de massa van elektronen verwaarloosbaar is? De massa van ionen en atomen kunnen we dus aan elkaar gelijkstellen.

M(CaCl2) = 1 · 40,1

g g g m(Ca) + 2 · 35,5 m(Ca) = 111,1 mol mol mol

OPDRACHT 7

©

Bereken de molaire massa van perchloorzuur (HClO4). Gegeven: HClO4

Gevraagd: M(HClO4) Oplossing:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

137

Er wordt niet altijd naar de molaire massa gevraagd. Soms gaat het over een grotere stofhoeveelheid dan 1 mol. Het volstaat dan natuurlijk om het aantal mol (n) te vermenigvuldigen met de molaire massa (M). m=n·M — m = massa (g) — n = stofhoeveelheid (mol) g ) — M = molaire massa ( mol

VOORBEELDVRAAGSTUK Wat is de massa van 3 mol zwavelzuur (H2SO4)?

IN

1

Gegeven: n(H2SO4) = 3 mol Gevraagd: m(H2SO4) Oplossing:

1 mol H2SO4 bevat:

— 2 mol H-atomen — 1 mol S-atomen

Afb. 94 Zwavelzuur

N

— 4 mol O-atomen a

We berekenen de molaire massa van H2SO4: g g g + 1 · m(S) + 4 · m(O) mol mol mol g g g + 1 · 32,1 + 4 · 16,0 = 2 · 1,0 mol mol mol g = 98,1 mol

M(H2SO4) = 2 · m(H)

VA

b Nu we de molaire massa (M) van H2SO4 berekend hebben, kunnen we ook de massa (m) van 3,0 mol berekenen door gebruik te maken van g = 294,3 g de formule m = n · M: m(H2SO4) = 3 mol · 98,1 mol

OPDRACHT 8

Bereken de massa van 2,5 mol magnesiumsulfaat (MgS04). Gegeven: n(MgSO4) = 2,5 mol Gevraagd: m(MgSO4)

©

Oplossing:

138

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

We kunnen nu dus een gegeven stofhoeveelheid in mol omzetten naar zowel een aantal deeltjes van die stof, als naar de massa in gram van die stof. Als we echter een aantal deeltjes van een stof willen omzetten naar een aantal gram, dan zullen we altijd eerst de eenheid mol moeten omrekenen! Aantal deeltjes (N) → mol (n) → massa (m) of massa (m) → mol (n) → aantal deeltjes (N)

VOORBEELDVRAAGSTUK P fosfor

Hoeveel atomen zuurstof zitten

O zuurstof

IN

er in 426,0 gram

difosforpentaoxide (P2O5)?

Gegeven: m(P2O5) = 426,0 g Gevraagd: N(O)

Afb. 95 Difosforpentaoxide

Oplossing: a

We berekenen de molaire massa van P2O5:

g g ) + 5 · m(O) ( ) mol mol g g m(P) + 5 · 16,0 m(O) = 2 · 31,0 mol mol g = 142,0 mol

N

M(P2O5) = 2 · m(P) (

b We zetten de gegeven stofhoeveelheid (massa m, in gram) nu om naar het aantal mol door het te delen door de molaire massa van

©

VA

P2O5:

n=

m M

n(P2O5) =

c

426,0 g = 3,0 mol g 142,0 mol

Die molhoeveelheid (n) zetten we vervolgens om naar het aantal

moleculen P2O5 door het te vermenigvuldigen met NA:

N = n · NA

N(P2O5) = 3,0 mol P2O5 · 6,02 · 1023

moleculen = 1,806 · 1024 moleculen mol

Er zitten 1,806 · 1024 moleculen P2O5 in 426,0 g P2O5. Er zitten 5 atomen

zuurstof in 1 molecule P2O5. Het aantal atomen zuurstof zal dus 5 keer

zo groot zijn:

N(O) = 1,806 · 1024 moleculen P2O5 · 5

atomen O = 9,03 · 1024 atomen O molecule

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

139

OPDRACHT 9 Bereken de massa in gram van 2,408 ∙ 1024 moleculen stikstofgas (N2). Gegeven: N(N2) = 2,408 ∙ 1024 moleculen

Gevraagd: m(N2) Oplossing:

IN

VA

N

g ) met de mol stofhoeveelheid (n, in mol) krijgen we de totale massa uitgedrukt in gram.

Door vermenigvuldiging van de molaire massa (M, in

Door de totale massa uitgedrukt in gram te delen door de molaire massa, krijgen we de stofhoeveelheid. Als we van mol naar het aantal deeltjes willen overschakelen, vermenigvuldigen we de stofhoeveelheid (aantal mol) met

©

NA (6,02 . 1023 deeltjes). Als we het aantal deeltjes willen omzetten

in mol, delen we door NA. n= m M

delen door molaire massa (g /mol)

aantal gram m

aantal mol n

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

` Maak oefening 5 t/m 19 op p. 167-170.

140

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 2

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

n=N NA

HOOFDSTUK 3

Stoichiometrische vraagstukken LEERDOELEN Je kunt al: L een gegeven stofhoeveelheid in gram of aantal deeltjes omrekenen naar mol en omgekeerd; met de wet van behoud van atomen. Je leert nu:

IN

L een reactievergelijking schrijven en balanceren

L het verband leggen tussen mol, molaire massa en

Het is belangrijk dat we bij een chemische reactie

molaire concentratie aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen; L stoichiometrische vraagstukken oplossen.

weten welke hoeveelheid van een bepaalde stof

reageert met een hoeveelheid van een andere stof.

De berekening van de verhoudingen waarin stoffen

1

N

reageren noemen we stoichiometrie.

De molverhouding

VA

VOORBEELD VERBRANDINGSREACTIE VAN MAGNESIUM

WEETJE

Wanneer we magnesium (Mg) verbranden, vormt er zich een fel wit licht en ontstaat

Stoichiometrie is

een wit poeder: magnesiumoxide (MgO).

afkomstig van de

De reactie ziet er als volgt uit:

Griekse woorden

2 Mg

a

stoicheion,

→ 2 MgO

+ O2

wat 'element' betekent, en

Wat leren we uit de reactievergelijking? 2 atomen Mg

+ 1 molecule O2

metron, wat 'verhouding'

→ 2 moleculen MgO

betekent.

©

b Als we alles vermenigvuldigen met bijvoorbeeld een factor 500, dan kunnen we verhoudingsgewijs stellen dat: 2 atomen Mg

+ 1 molecule O2

· 500

1 000 atomen Mg c

→ 2 moleculen MgO

· 500

+ 500 moleculen O2

· 500

→ 1 000 moleculen Mg

Als we die redenering doortrekken, kun je ook stellen dat: 2 · 6,02 · 1023 atomen Mg + 6,02 · 1023 moleculen 02 → 2 · 6,02 · 1023 moleculen MgO of nog korter:

2 mol Mg reageert met 1 mol O2

tot 2 mol MgO GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

141

Ia 1

De molverhouding, oftewel de verhouding waarin stoffen met elkaar reageren,

IIa hebt! 2

wordt gegeven door de voorgetallen uit de reactie. Let op: die voorgetallen

1

2,1

atoomnummer (Z)beschikking geven echter nooit informatie over de stofhoeveelheid die je ter

H waterstof

1,01 3

1,0

IIIa 13

IVa 14

lithium

6,94

Va0,9 15

11

3 Na

natrium

22,99 5

2,0

6

2,5

kalium stikstof

10,81

12,01

39,10 14,01 37 0,8 15 2,1

u

er

55 1,9

g

er

7,9 2,2

u

ud

Si5 Rb P

Alaluminium

silicium

26,98

1,6

31

1,6

1,8

28,09 32

1,8

g

nium

Ga gallium

germanium

65,38

69,72

72,64

zink

48

1,7

49

1,5

beryllium halen we volgende info:

1,7

50

1,8

20 8

1,0 3,5

21 9

1,3 4,0

22 10

M(O2) = 2 · 16,0

Ca O

Sc F

calcium scandium zuurstof fluor M(MgO)

40,08 16,00 38 1,0 16 2,5

2 Mg

44,96 19,00 39 1,2 17 3,0

Y Cl

Sr S

strontium zwavel

87,62 32,07

Ba Se

yttrium chloor

87 51

francium antimoon

112,4

114,8

118,7

223 121,8

Hg

1,8

82

Tl-

kwik

204,4

113

112

Cn 285

65

1,2

Tb

nium

als controle bij je 289 287

berekeningen, altijd de 66

(1,2)

67

wet van behoud van

dysprosium

1,2

Ho

holmium

van de reagentia 164,9 = de 162,5

som van 98 van de massa’s 99 de reactieproducten

berkelium

247

flerovium

de som van de massa’s

97

142

nihonium

Dy

158,9

Bk

Merk op dat je,

massa kunt toepassen:

terbium

7,3

Fl-

TIP

copernicium

Cf

californium

bismut

207,2

114

Nh

Bi

lood

Es

einsteinium

251 252 GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

209,0

1,4

41

Zr Ar

Cr

1,6

moscovium

288 68

1,2

Er

erbium

167,3 100

Fm

fermium

42

→ 2 MgO

Nb

88,91 35,45

91,22 39,95

g g 57 72 1,3 73 35 1,1 2,81 mol 36 · 32,0 mol mol

La Br

barium seleen

1,5

Hf Kr

hafnium krypton

138,9 79,90

Ra Te

1,8

Fe

54,94

55,85

Mo

1,9

Tc

molybdeen

technetium

92,91

95,94

98

g →1,5 2 mol 74 · 40,3 1,7 75 mol

178,5 83,80

Ac I

Rf Xe

Po At lanthaniden

Ru 101,1

1,9

76

2,2

renium

osmium

180,9

183,9

186,2

190,2

106

107

Sg

Ce

polonium astaat radon 2 moleculen waterstofgas reageren

210

117

222

118

moleculen water.

Ts

90

Og7

Bij uitbreiding is dat ook zo voor een groot aantal deeltjes:

59

Pr

1

Hs

bohrium

hassium

264 demovideo: 60 1,2 elektrolyse

277

Nd

61

6

Pm

cerium

praseodymium

neodymium

promethium

140,1

140,9

144,2

(145)

1,3

Th 2 H2

+

91

1,5

Pa

O2

92

→

1,4

U

2 H2O

93

1,3

Np

livermorium

tennessine

ganesson

thorium

protactinium

uraan

neptunium

289

289

289

232,0

231,0

238,0

237

2 mol waterstofgasmoleculen zullen

dus met 1 mol zuurstofgasmoleculen reageren tot 2 mol water. 69

1,2

70

1,1

71

1,2

Yb

Lu

thulium

ytterbium

lutetium

168,9

173,0

175,0

Tm

Je leerde ook al de molhoeveelheid omzetten in de massahoeveelheid met de formule: m = n · M

g g zal reageren met 1 mol · 32,0 = En101 dus 2 · 2,0 102 = 4 g waterstofgas 103 mol mol g 32 g zuurstofgas tot 2 mol · 18,0 = 36 g water. mol

Md

mendelevium

257 258 HOOFDSTUK 3

No

Lr

nobelium

lawrencium

259

262

7

Os

108

Bh

1,1

4

ruthenium

Re

Db

Rn6

elektrische auto’s:

Lv

2,2

W

226,0 227 261 262 reactie 266 127,6 131,3 in zuurstofgas en126,9 waterstofgas. De omgekeerde

actiniden

44

wolfraam

105

2

ijzer

tantaal

waarbij behulp van elektriciteitdubnium werd gesplitst radium actinium rutherfordium seaborgium telluurwater met jood xenon

{

1,8

Mn

43

Vorig schooljaar heb je de elektrolyse van water uitgevoerd,

209

26

mangaan

niobium

Ta

VIlIb V 8

= 32,0 g zuurstofgas → = 80,6 g magnesiumoxide

lanthaan broom

137,3 78,96

116

Mc

25

20,18

groepenmet 1 molecule zuurstofgas tot 2

115

1,6

V

1,9 wordt 84 85 2,2 gebruikt 86 in2,0 brandstofcellen bij hybride of 58 1,1

83

Pb

thallium

200,6

1,8

24

VIIb 7

g g g vanadium= 40,3 chroom + 16,0 = mol mol mol 47,87 50,94 52,00

0,7 88 0,9 89 1,1 104 1,9 VOORBEELD 52 2,1 SYNTHESE 53 2,5 VAN 54 WATER

tin

81

1,6

titaan neon 24,3

zirkonium argon

= 48,6 g magnesium

132,9 74,92

indium

1,9

23

VIb 6

g g = 32,0 mol mol

Ti Ne

40 O2 18

+

1,5

Vb 5

We berekenen de massa’s door gebruik te maken van de formule m = n · M

cesium arseen

cadmium

80

relatieve atoommassa (Ar)

9,01

VIa1,2 VIIa 2 g M(Mg) = 24,3 mol 16 17 Mg He IIIb IVb magnesium helium 3 4 24,31 4,00 12

mol · 24,3 0,9 0,7 2,0 256 34 2,4

Fr Sn7 Sb

Gd

um

85,47 30,97

55 33

In

Cd

72

m

rubidium fosfor

Ge6 Cs As

Zn

©

7,0

30

14

4

N

koolstof

1,5

Mg 0 naam Hoeveel gram magnesium reageert met hoeveel gram zuurstofgas en 24,31 hoeveel Begram magnesiumoxide18ontstaat er? Uit het periodiek systeem symbool

VOORBEELD MAGNESIUMOXIDE

VA

1,9

K N

boor

13

IIb 12

0,8 3,0

C4

B

b 1

19 7

1,2

magnesium

Li

2

12

elektro

IN

1

N

47

PERIODIEK SYSTEEM VAN D

9

OPDRACHT 10 Kwikoxide (HgO) ontbindt door verhitting in kwik en zuurstofgas.

TIP

Hoeveel gram kwik en dizuurstof kan er gevormd worden na verhitting van 6,00 gram kwikoxide bij deze reactie?

Balanceer eerst de reactie.

Gegeven: m(HgO) = 6,00 g Gevraagd: m(Hg) en m(O2)

Oplossing:

TIP

N

IN

— Als je wilt controleren of je berekeningen juist zijn, dan kun je de wet van behoud van massa toepassen: ∑ massa’s reagentia = ∑ massa’s reactieproducten. In het voorbeeld

VA

ontstond ook 4,5 mol water of 81,0 g water. We kijken nu of die vergelijking klopt: 166,7 g + 283,5 g = 369,2 g + 81,0 g? Beide sommen hebben 450,2 g als resultaat!

— De gegeven stofhoeveelheid is niet altijd in gram opgegeven, zo kan er ook een aantal deeltjes zijn opgegeven. Om dat dan om te rekenen naar mol, gebruiken we het getal van Avogadro.

Vraagstukken waarbij 1 stofhoeveelheid is gegeven

©

2

vademecum: vraagstukken oplossen

VOORBEELDVRAAGSTUK Gebluste kalk of calciumhydroxide reageert met 4,5 mol salpeterzuur tot calciumnitraat en water. Hoeveel gram gebluste kalk (Ca(OH)2) kan hiermee reageren en hoeveel gram calciumnitraat (Ca(NO3)2) kan er dan ontstaan?

We schrijven de reactie met de correcte formules en voorgetallen, zodat de reactievergelijking klopt.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

143

Gegeven:

Ca(OH)2

+

2 HNO3

→

Ca(NO3)2

+

2 H2O

— Uit de reactievergelijking, en meer bepaald uit de voorgetallen, leid je de molverhouding af: 1 mol

calciumhydroxide reageert met 2 mol salpeterzuur. Er wordt dan 1 mol calciumnitraat gevormd en 2 mol water.

Gevraagd:

— Je hebt m(HNO3) = 283,5 g

m(Ca(OH)2)

m(Ca(NO3)2) Oplossing: Schrijf onder de reactievergelijking de molverhouding waarin de stoffen

IN

a

reageren:

+

Ca(OH)2 1 mol

+

2 HNO3

2 mol

→

→

Ca(NO3)2

1 mol

+

+

2 H2O

2 mol

b Schrijf de gegeven stofhoeveelheid (in dit geval massa m) onder de betreffende stof : +

Ca(OH)2

1 mol

+

→

→

Ca(NO3)2

1 mol

c

+

+

2 H2O

2 mol

283,5 g

N

2 HNO3

2 mol

Reken de gegeven stofhoeveelheid om naar aantal mol via de molaire

massa:

+

Ca(OH)2

1 mol

+

M(HNO3) = 1,0

n=

m = M

→

→

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

2 H2O

2 mol

283,5 g

VA

2 HNO3

2 mol

g g g g + 14,0 + (16,0 · 3) = 63 mol mol mol mol

283,5 g = 4,5 mol g 63,0 mol

d Met de berekende stofhoeveelheid in mol (n) vinden we, door gebruik te maken van de molverhouding, de andere stofhoeveelheden in mol: +

Ca(OH)2

1 mol

+

©

2,25 mol /2

e

2 HNO3

2 mol

→ →

Ca(NO3)2

1 mol

+ +

4,5 mol

2,25 mol

4,5 mol

/2 ·1

Zet ten slotte de gevonden stofhoeveelheden om in de gevraagde eenheid gram door opnieuw gebruik te maken van de molaire massa M. g g g g + 2 · 16,0 + 2 · 1,0 = 74,1 mol mol mol mol g = 166,7 g m(Ca(OH)2) = n · M = 2,25 mol · 74,1 mol g g g g + 2 · 14,0 + 6 · 16,0 = 164,1 mol mol mol mol g = 369,2 g m(Ca(NO3)2) = n · M = 2,25 mol · 164,1 mol M(Ca(NO3)2) = 40,1

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

2 mol

283,5 g

M(Ca(OH)2) = 40,1

144

2 H 20

HOOFDSTUK 3

We weten dus nu dat er 166,7 g gebluste kalk of Ca(OH)2 kan reageren met de

283,5 g salpeterzuur of HNO3 en dat er dan maximaal 369,2 g calciumnitraat of Ca(NO3)2 kan gevormd worden.

Let op: de berekende hoeveelheid calciumnitraat is inderdaad de maximale hoeveelheid die we zouden kunnen bekomen. In de praktijk zal een reactie nooit een rendement van 100 % hebben. Voorlopig laten we dat buiten beschouwing en berekenen we steeds de maximale hoeveelheden.

OPDRACHT 11

en water (H2O) gevormd.

IN

Zoutzuur (HCl) reageert met 80 gram magnesiumhydroxide (Mg(OH)2). Er wordt magnesiumchloride (MgCl2) Schrijf de reactie op en bereken hoeveel gram magnesiumchloride er wordt gevormd. Gevraagd: m(MgCl2) Oplossing:

VA

N

Gegeven: m(Mg(OH)2) = 80 g

©

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

145

Voor het oplossen van vraagstukken met een gegeven stofhoeveelheid gebruik je het onderstaande stappenplan:

Stap 1: Lees het vraagstuk.

Stap 2: Analyseer wat er gegeven en gevraagd wordt.

IN

Stap 3: Noteer de reactievergelijking.

Stap 4: Zet de gegeven stofhoeveelheid om naar mol.

N

Stap 5: Pas de molverhouding toe.

Stap 6: Zet dat om naar de gevraagde eenheid.

VA

TIP

Bij het oplossen van vraagstukken zul je ook vaak ‘de regel van drie’ toepassen. Als je weet wat de molverhouding is waarin de stoffen A en B reageren (uit de voorgetallen), dan kun je ook berekenen hoeveel mol van stof B er met 1 mol van stof A reageert. En vervolgens bereken je hoeveel mol B er reageert met de gegeven molhoeveelheid A.

©

Bekijk het voorbeeld achter de QR-code.

146

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 3

bijlage: de regel van drie

HOOFDSTUK 4

Concentratie van een oplossing LEERDOELEN Je kunt al: gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor vaste stoffen. Je leert nu: L de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven;

de handen Om voldoende werkzaam te zijn, moet de

hoeveelheid alcohol die wordt opgelost in de gel, een voldoende hoge concentratie hebben.

In een labo gaan we vaak stoffen oplossen in een

oplosmiddel (meestal water), omdat ze dan beter

reageren. Maar het aantal gram van de oplossing geeft

niet de nodige informatie over de stofhoeveelheid van het opgeloste reagens. We moeten weten hoeveel mol

N

L het verband tussen stofhoeveelheid en

Alcoholgel wordt veel gebruikt voor het ontsmetten van

IN

L stofhoeveelheden omzetten naar de

massaconcentratie toepassen;

of gram van de opgeloste stof er in de oplossing zit. In ons voorbeeld van de alcoholgel is de hoeveelheid

L het verband tussen mol en molaire

alcohol (opgeloste stof) belangrijk, niet zozeer de

concentratie gebruiken in eenvoudige

hoeveelheid alcoholgel (oplossing). We willen weten

stoichiometrische berekeningen.

hoeveel alcohol er in de alcoholgel zit, dus wat de

VA

concentratie aan alcohol is.

Wat is een concentratie van een oplossing?

©

1

Een oplossing is een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel. Neem het voorbeeld van een tas koffie waarin een klontje suiker wordt gebracht:

— Het oplosmiddel is hier de koffie. — De opgeloste stof is de suiker.

— De oplossing bestaat uit gesuikerde koffie.

Je weet natuurlijk al dat de koffie zoeter zal smaken naargelang je er 1, 2 of 3 klontjes suiker in oplost. Het is dus belangrijk om

Afb. 96 Gesuikerde koffie is een oplossing.

de concentratie van de oplossing goed te kennen. Als we de concentratie van de opgeloste stof willen kennen, dan moeten we de hoeveelheid van de opgeloste stof en de hoeveelheid oplossing kennen. Suiker, net als vele andere stoffen, kan in verschillende hoeveelheden opgelost worden in water. Niet alle stoffen zijn trouwens even goed oplosbaar in water. Daar komen we later op terug. GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

147

De maximale oplosbaarheid kan sterk verschillen van stof tot stof. Ook voor stoffen die wel oplossen in water is de hoeveelheid stof die kan opgelost worden, niet onbeperkt. Vanaf een bepaalde concentratie treedt verzadiging op: extra toegevoegd zout zal dan niet meer oplossen maar bezinken in de oplossing. DEMO Concentratie van oplossingen Werkwijze Je leerkracht maakt vier oplossingen van koper(II)sulfaat.

IN

Die oplossingen herkennen we aan de blauwe kleur.

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

N

1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

— bekerglas 1: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L oplossing

— bekerglas 2: 1 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

— bekerglas 3: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,05 L

VA

oplossing

— bekerglas 4: 2 gram CuSO4 wordt opgelost tot een volume van 0,1 L oplossing

Waarnemingen

Je merkt aan de helderblauwe kleur van de oplossing hoe geconcentreerd de oplossing is (hoe donkerder blauw, hoe hoger de concentratie CuSO4). Merk op dat de inhoud van bekerglas 1 en 4 dezelfde kleur hebben. Dat

komt doordat voor die bekers de verhouding van de hoeveelheid opgeloste

©

stof tot de hoeveelheid oplossing, de concentratie dus, gelijk is: 1 g CuSO4 2 g CuSO4 = 0,5 L 1L

Er zijn verschillende manieren om de concentratie van een oplossing uit te drukken, afhankelijk van in welke eenheid de hoeveelheid opgeloste stof wordt uitgedrukt. Zo kunnen we onze hoeveelheid CuSO4 uit het voorbeeld uitdrukken in gram of in mol. We spreken dan respectievelijk over de massaconcentratie of de molaire concentratie.

De verhouding tussen de hoeveelheid opgeloste stof (aantal mol n of massa m) en de hoeveelheid oplossing (V) noemen we de concentratie van de oplossing (c). m g n mol . c = met eenheid of c = met eenheid V L V L

148

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

2

Massaconcentratie

Het begrip mol is natuurlijk niet bij iedereen bekend. Daarom staat voornamelijk op voedingswaren de hoeveelheid opgeloste stof vaak aangeduid in een aantal gram. Als we de hoeveelheid opgeloste stof in gram uitdrukken en de hoeveelheid oplossing in

IN

liter, bekomen we voor de concentratie een g eenheid van , we spreken dan over de L massaconcentratie. Zo zit in 1 glas cola van 250 mL maar liefst 27 gram suiker. De concentratie suiker is dus

27 g g of 108 . 250 mL L

Afb. 97 Een glas cola bevat veel suiker.

VOORBEELDVRAAGSTUK

N

Bereken hoeveel kaliumchloride (KCl) je moet afwegen als je 3,5 liter g oplossing wil maken met een concentratie van 60 . L Gegeven: — —

V(oplossing) = 3,5 L c(KCl) = 60

g L

©

VA

Gevraagd: m(KCl) Oplossing:

m en dus m = c · V V g m = 60 · 3,5 L = 210 g L c=

TIP

Let op dat je bij vloeistoffen de dichtheid niet verwart met de massaconcentratie. Dichtheid heeft niets te maken met de concentratie van de opgeloste stof. DICHTHEID MASSACONCENTRATIE ρ=

massa oplossing volume oplossing

c=

massa opgeloste stof volume oplossing

De verwarring tussen beiden gebeurt omdat beide grootheden dezelfde eenheid kunnen hebben.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

149

OPDRACHT 13 Hoeveel gram keukenzout (NaCl) moet je afwegen om 200 mL oplossing te maken met een concentratie van 18

g ? L

Gegeven: — —

c(NaCl) = 18

g L

V = 200 mL = 0,200 L

Gevraagd: m(NaCl) Oplossing:

IN

WEETJE

N

VA

Bij voedingswaren wordt de

Afb. 98 Voedingswaarden frisdrank

Bij voedingswaren wordt de hoeveelheid oplossing vaak herleid naar 100 mL, waardoor de eenheid g/100 mL wordt. Het etiket vermeldt dan de concentratie in % (per 100 mL dus). Voor de suikerconcentratie in het voorbeeld van het glas cola wordt dat dan 108

g 10,8 g = of 10,8 %. L 100 mL

©

Op het etiket van een blikje Ice Tea lezen we bijvoorbeeld hoeveel gram er van verschillende stoffen zijn opgelost in 100 ml van de drank (oplossing). Zo zit er per 100 mL Ice Tea 4,5 g suiker opgelost. In de tweede kolom staat dan hoeveel suiker er in het totale flesje van 33 cl zit. De massaconcentratie is altijd

150

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

4,5 g = 4,5 % 100 mL

HOOFDSTUK 4

3

Molaire concentratie

Chemici zullen de stofhoeveelheid altijd aanduiden met de eenheid mol. We zullen in het labo de concentratie van de oplossing daarom ook uitdrukken in het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing: de molaire concentratie of molariteit van de oplossing — molaire concentratie = n V

IN

— formule: c =

aantal mol opgeloste stof aantal liter oplossing

— eenheid molaire concentratie:

mol of M L

Opmerkingen

— M is het symbool voor de eenheid van molaire concentratie.

N

— M is het symbool voor de grootheid molaire massa.

VOORBEELD COLA

We berekenen de molaire concentratie van suiker in cola. Uit het vorige voorbeeld weet je al dat een glas van 250 mL 27 gram suiker bevat. We

©

VA

rekenen de noemer om naar het volume van 1 liter: 27 g 108 g g = = 108 . 250 mL 1 000 mL L

Dat is dus de massaconcentratie. Het volstaat nu om bij de teller het aantal gram om te zetten naar mol om de molaire concentratie te berekenen. Er zitten verschillende soorten suikers in de drank, maar om het eenvoudig te houden, gebruiken we de molaire massa van de sucrose (C12H22O11):

M = 12 · 12,0 n=

m = M

g g g g + 22 · 1,0 + 11 · 16,0 = 342,0 mol mol mol mol

108 g = 0,316 mol g 342,0 mol

De molaire suikerconcentratie in cola is dus 0,316 mol. L

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

151

OPDRACHT 14 Een kok voegde 1,00 kg keukenzout toe bij de bereiding van 50 L soep in een grootkeuken. Bereken de molaire concentratie aan keukenzout. Gegeven: — —

m(NaCl) = 1,00 · 103 g V = 50 L

Gevraagd: c(NaCl) Oplossing:

IN

VA

N

De molaire concentratie c wordt berekend door de stofhoeveelheid uitgedrukt in mol (n) te delen door het volume oplosmiddel, uitgedrukt in L. c = n. V Om massaconcentratie om te zetten in molaire concentratie, moet de massa

©

omgerekend worden naar aantal mol.

152

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

In stoichiometrievraagstukken waarbij de reagerende stoffen opgelost zijn, kan de stofhoeveelheid berekend worden uit het volume en de concentratie van de oplossing. Je weet nu hoe je die stofhoeveelheid kunt omzetten naar n aantal mol. Aangezien c = kun je het aantal mol n berekenen door de V formule anders te schikken: n = c · V

HOOFDSTUK 4

VOORBEELDVRAAGSTUK mol wordt samengevoegd L met voldoende natriumchlorideoplossing. Daarbij ontstaan zilverchloride 200 mL van een zilvernitraatoplossing van 0,0295

en natriumnitraat. Bereken hoeveel gram zilverchloride ontstaat: Gegeven: —

AgNO3 +

NaCl

—

c(AgNO3) = 0,0295 mol L

—

V = 200 mL

→ AgCl

+ NaNO3

Oplossing:

IN

Gevraagd: m(AgCl)

c · V = n

0,0295 mol · 0,200 L L

0,0059 mol

N

= 0,0059 mol

Door de molverhouding toe te passen, weten we dat er dus ook maximaal 0,0059 mol zilverchloride wordt gevormd. Met behulp van de molaire massa g g g + 35,5 = 143,4 ) berekenen we de van AgCl (M = 107,9 mol mol mol massa gevormd zilverchloride AgCl:

VA

m(AgCl) = n · M

= 0,0059 mol · 143,4

= 0,846 g

g mol

Antwoord: Er zal in de reactie 0,846 g zilverchloride ontstaan.

OPDRACHT 15 ONDERZOEK

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen maakt. en voer het labo uit.

©

Ga naar

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

153

oplossingen (c, V) c= n V n= m M delen door molaire massa (g /mol)

aantal gram m

n=c·V

aantal mol n

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

aantal deeltjes N

IN

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

` Maak oefening 20 t/m 24 op p. 170-171.

WEETJE

Andere uitdrukkingen voor de concentratie

Voor een oplossing van een vloeistof in een andere vloeistof is het

N

natuurlijk logischer om te spreken van het aantal ml opgeloste

stof per aantal liter oplossing. In dat geval spreken we over een volumeconcentratie met als eenheid mL. L Ook hier wordt bij levensmiddelen vaak gebruikgemaakt van het volumeprocent: de hoeveelheid (mL) opgeloste stof per 100 mL

VA

oplossing. Als de hoeveelheid wordt herrekend per 100 mL oplossing, spreken we dus over het volumeprocent. Voorbeeld: een fles azijn vermeldt vaak dat het gaat over een oplossing van 7 %, oftewel 7 mL opgelost azijnzuur per 100 mL oplossing. Ook een fles wijn of bier vermeldt op die manier de concentratie aan ethanol. Voor pilsbier is dat

©

vaak 5,2 % of 5,2 mL ethanol per 100 mL bier. Afb. 99 Azijn

Afb. 100 Het alcoholpercentage in alcoholische dranken wordt uitgedrukt in volumepercentage: het aantal mL ethanol per 100 mL. Voor bier bedraagt dat volumepercentage ongeveer 5 % en voor wijn ongeveer 13 %.

Ook de massaconcentratie in

g g kan omgerekend worden naar , L 100 mL

dan spreken we over massavolumepercentage. Tot slot kunnen we bij een mengsel van 2 vaste stoffen (bv. zout en zand) ook nog het massapercentage gebruiken: het aantal gram opgeloste stof per 100 g oplossing. Al die grootheden behandelen we in de derde graad.

154

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

4

Oplossingen verdunnen en indampen

In een labo worden veel zoutoplossingen gebruikt. Maar voor verschillende proeven zijn vaak ook verschillende concentraties van de oplossing vereist. Je leerkracht zal vast en zeker wel ergens een oplossing op voorraad houden, maar de concentratie is niet altijd diegene die nodig is in een volgend experiment. Gelukkig kunnen we de concentratie van een oplossing aanpassen door: een extra hoeveelheid opgeloste stof toe te voegen: de concentratie zal

IN

a

N

nu stijgen

b een extra hoeveelheid oplosmiddel toe te voegen: de concentratie zal nu dalen

Dat noemen we het verdunnen van de oplossing.

VA

applet: concentratie

+ V(s)

c

een hoeveelheid oplosmiddel laten verdampen: de concentratie zal nu stijgen

©

Dat noemen we het indampen van de oplossing.

In een keuken proeft de kok heel vaak van zijn gerechten. Is de soep niet zout genoeg of net te zout? In het eerste geval zal de kok een snuifje zout toevoegen, in het tweede geval kan die de soep aanlengen met water. Indampen zou wat meer tijd in beslag nemen bij het op smaak brengen van soep, maar dat komt wel van pas bij de bereiding van sauzen.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

155

WEETJE Indampen is het laten verdampen van een hoeveelheid oplosmiddel zodat de concentratie van de opgeloste stof stijgt.

Merk op dat zowel bij het verdunnen van een oplossing door toevoeging van extra oplosmiddel, als bij het indampen van een oplossing, de hoeveelheid opgeloste stof ongewijzigd blijft. Samen met de eerder geziene formule voor n concentratie (c = ) kunnen we zo de verdunningsformule afleiden: V n1 = n2

OPDRACHT 16 ONDERZOEK

IN

c1 · V1 = c2 · V2

Onderzoek nu zelf hoe je oplossingen verdunt. Ga naar

en voer het labo uit.

N

VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel mL water moet je toevoegen aan 150 mL

waterstofchlorideoplossing (HCl) van 0,250 mol L om een oplossing van 0,200 mol te bekomen? L de beginconcentratie c1 = 0,250 mol L het beginvolume V1 = 0,150 L

VA

Gegeven: —

—

—

de gewenste eindconcentratie c2 = 0,200 mol L

Gevraagd: Welk volume oplosmiddel moet je toevoegen (V2 - V1) ?

Oplossing:

c1 · V1 = c2 · V2 toepassen: 0,250 mol · 0,150 L = 0,200 mol · V2 L L

©

Hieruit berekenen we V2 = 0,188 L of 188 mL: V2 - V1 = 188 mL - 150 mL = 38 mL Antwoord: Er moet 38 mL water worden toegevoegd om de concentratie te verminderen naar 0,200 mol . L

Bij het indampen van een oplossing geldt dus precies dezelfde formule c1 · V1 = c2 · V2, maar omdat het volume van de oplossing na het indampen (V2)

nu kleiner is dan het oorspronkelijk volume V1, zal de concentratie c2 groter

worden dan de concentratie voor het indampen (c1).

156

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

OPDRACHT 17 Een student laat per ongeluk een keukenzoutoplossing van 600 mL mol een hele nacht op een verwarmmet een concentratie van 1,0 L plaat staan. Hierdoor is er de dag nadien 350 mL water verdampt uit de oplossing. Bereken de nieuwe concentratie van de zoutoplosssing. Gegeven: — —

Gevraagd: c2

V1 = 600 mL= 0,600 L c1 = 1,0 mol L

Oplossing:

IN

WEETJE

N

Als je een oplossing blijft indampen tot de maximale oplosbaarheid is bereikt, dan zal de opgeloste

stof opnieuw kristalliseren. Op die techniek berust

©

VA

bijvoorbeeld de winning van zout uit zeewater.

video: zoutproductie

Afb. 101 Zoutproductie

Het aantal mol opgeloste stof ... voor verdunning

na verdunning

n1

= n2

c1 · V1

= c2 · V2

c1 · V1 = c2 · V2

In die formule is: — c1 = beginconcentratie van de oplossing — V1 = beginvolume van de oplossing

— c2 = concentratie van de oplossing na verdunning — V2 = Volume van de oplossing na verdunning

Let op: V2 is het eindvolume na verdunning. Vaak wordt het toe te voegen

volume water gevraagd. We trekken het beginvolume er dan dus weer af (V2 - V1)!

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

157

5

Oplossingen met verschillende concentraties aan opgeloste stof mengen

Door zuiver oplosmiddel toe te voegen, wijzigt de hoeveelheid opgeloste stof dus niet. Maar dat zal natuurlijk wel het geval zijn als we aan een oplossing een andere oplossing toevoegen, die ook een hoeveelheid van die opgeloste stof bevat. Als de toegevoegde oplossing hier een lagere concentratie heeft dan de eerste, zal de concentratie na samenvoegen van de oplossingen ook lager

IN

worden. Op die manier kunnen we een oplossing dus ook verdunnen. Maar let op: nu is de hoeveelheid opgeloste stof voor en na verdunning niet meer aan

N

elkaar gelijk: n1 ≠ n2

We moeten onze verdunningsformule in dit specifiek geval herwerken: Als je bij het aantal mol voor verdunning (n1) het aantal mol uit de

VA

verdunnende oplossing (n3) optelt, krijg je een nieuw aantal mol opgeloste stof (n2):

n1 + n3 = n2

Vermits het aantal mol steeds gegeven wordt door n = c . V, kun je besluiten dat:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · V2

Het bekomen volume V2 is de som van de samengevoegde volumes V1 en V3,

©

wat voor onze formule betekent:

158

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

Merk op dat de bekomen concentratie c2 altijd lager is dan de

beginconcentratie c1, maar hoger blijft dan de concentratie van de

verdunnende oplossing c3:

c3 < c2 < c1

HOOFDSTUK 4

WEETJE Vind je de koffie in de pot maar aan de slappe kant? Dan kan het helpen om een tas extra sterke espresso toe te voegen aan de pot. De koffie zal uiteindelijk sterker smaken dan de originele koffie, maar vanzelfsprekend minder sterk dan de espresso.

IN

VOORBEELDVRAAGSTUK Welk volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol moet je bij 80,0 mL L zilvernitraatoplossing van 0,500 mol voegen om een oplossing van L 0,200 mol te bekomen? L Gegeven: —

c1 = 0,500 mol L

V1 = 80,0 mL of 0,0800 L

—

c3 = 0,100 mol L c2 = 0,200 mol L

N

—

—

Gevraagd: V3

©

VA

Oplossing:

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

(0,500 mol · 0,0800 L ) + (0,100 mol · V3) = 0,200 mol · (0,0800 L + V3) L L L

Als we de vergelijking oplossen naar V3, dan bekomen we: 0,040 mol + 0,100 mol · V3 = 0,0160 mol + 0,200 mol · V3 L L

0,024 mol = 0,100 mol · V3 L

V3 = 0,024 mol = 0,24 L of 240 mL mol 0,100 L

Antwoord: Het volume zilvernitraatoplossing van 0,100 mol dat je moet L toevoegen is 240 mL.

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 4

159

HOOFDSTUK 5

Chemisch rekenen met gassen LEERDOELEN Je kunt al: L stofhoeveelheden omzetten

IN

naar de gevraagde eenheid en stoichiometrische hoeveelheden bepalen voor

Stoichiometrie leert ons wat de kwantitatieve verhoudingen zijn

vaste stoffen en vloeibare

waarin stoffen reageren. Dat is vrij eenvoudig te berekenen met vaste

oplossingen.

stoffen en oplossingen met een gekende concentratie. Bij sommige

Je leert nu:

reacties reageren of ontstaan echter gassen. De massa van een

L het verband gebruiken tussen

gas is moeilijk te bepalen. We kunnen wel het volume van een gas

meten, maar dat gasvolume is dan weer afhankelijk van de heersende

druk, volume en absolute

temperatuur en druk. Hier zullen we rekening mee moeten houden bij

temperatuur om de toestand

de omzetting van de stofhoeveelheid naar de eenheid mol.

N

de toestandsgrootheden

van een ideaal gas en de veranderingen ervan te

Uit het deeltjesmodel weet je al dat gassen bij een bepaalde druk en

beschrijven.

temperatuur een groter volume innemen per stofhoeveelheid dan

VA

vloeistoffen of vaste stoffen.

1

Het molaire gasvolume onder normomstandigheden

Ook het volume gas zullen we moeten omzetten naar een stofhoeveelheid, uitgedrukt in mol. Een gelijke molhoeveelheid van verschillende gassen

©

neemt bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. Als we het volume van 1 mol gas kennen, het molaire gasvolume Vm, (eenheid L ), mol dan kunnen we het aantal mol gas berekenen door het volume gas te delen

160

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

door het molaire gasvolume:

n= V Vm

Als we de stofhoeveelheid (aantal mol n) van een gas kennen, dan kunnen we door het omvormen van de formule ook het volume berekenen dat dat gas inneemt, zie afbeelding 102 op de volgende pagina.

HOOFDSTUK 5

V = n · Vm V = 22.4 L

1 mol O2 32.0 g O2 273° K 1 atm

1 mol N2 28.0 g N2 273° K 1 atm

IN

1 mol He 4.0 g He 273° K 1 atm

Afb. 102 Molair gasvolume

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in:

N

V = n · Vm

We beschouwen een gas onder normomstandigheden (n.o.). We spreken over

normomstandigheden als de temperatuur i = 0 °C en de druk p = 1 013 hPa. Het molaire gasvolume is dan steeds 22,4 L . mol Als we dat getal onthouden, is het eenvoudig om vraagstukken op te lossen

©

VA

waarbij de reactie onder normomstandigheden plaatsvindt. We kunnen dan schakelen tussen het volume van het gas en het aantal mol door gebruik te V maken van dat molaire gasvolume: Vm = 22,4 L waarbij n = V = Vm 22,4 L mol mol VOORBEELDVRAAGSTUK 1

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden.

Gegeven: —

—

m(H2) = 15,0 g n.o.

Gevraagd: V(H2) Oplossing: m(H2) 15,0 g = n(H2) = = 7,5 mol M(H2) 2,0 g mol n.o. : Vm = 22,4 L mol V = n · Vm V(H2) = 7,5 mol · 22,4 L = 1,7 · 102 L mol

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

HOOFDSTUK 5

161

OPDRACHT 19 Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden. Gegeven: —

—

m(CO2) = 25,0 g

n.o.

Gevraagd: V(CO2) Oplossing:

IN

N

VA

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g/mol)

n=c·V

aantal mol n

aantal gram m

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

©

n= V Vm bij n.o. Vm = 22,4 L

162

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

V = n · Vm bij n.o. 1 mol = 22,4 L

gassen (V, Vm ) ` Maak oefening 25 t/m 36 op p. 172-176.

HOOFDSTUK 5

THEMASYNTHESE

CHEMISCH REKENEN KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

KERNVRAGEN

kennisclip

Hoofdstuk 1: Atoommassa, molecuulmassa, formulemassa gemiddelde relatieve atoommassa <Ar> =

A (massagetal) =

het gewogen gemiddelde van alle relatieve

Z (aantal protonen) + N (aantal neutronen)

atoommassa’s van de voorkomde isotopen

Grootheid

Symbool

stofhoeveelheid

molecuulmassa = de massa van een molecule

(aantal deeltjes)

alle relatieve atoommassa's in de molecule

stofhoeveelheid

N

deeltjes

m

g

n

mol

IN

de relatieve massa van een molecule = de som van

Eenheid

formulemassa = de relatieve massa van een formuleeenheid = de som van alle relatieve atoommassa's van de formule

(aantal gram)

stofhoeveelheid (aantal mol)

stofhoeveelheid = uitdrukking voor de hoeveelheid

van een stof, dat kan in aantal deeltjes, aantal gram of aantal mol.

N

Hoofdstuk 2: De mol en het getal van Avogadro

constante van Avogadro = een grootheid

symbool: NA

eenheid:

deeltjes mol

VA

NA = de constante van Avogadro= 6,02 · 1023

molaire massa = molecuulmassa of

formulemassa, aangevuld met de eenheid

Voordeel: 1 unit · NA= 1 g!

deeltjes mol

g mol

molverhouding = de verhouding (in mol) waarin de stoffen reageren

Hoofdstuk 3: Stoichiometrische vraagstukken

vraagstukken met 1 gegeven stofhoeveelheid

Volg het stappenplan op p. 146.

©

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing

een oplossing = een hoeveelheid opgeloste stof in een hoeveelheid oplosmiddel concentratie = de verhouding opgeloste stof per hoeveelheid oplossing ten opzichte van het totale volume van de oplossing

— massaconcentratie c =

m g ( ) V L

— molaire concentratie c =

n mol (eenheid: ) V L

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

aantal gram m vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

n=c·V

aantal mol n

N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

aantal deeltjes N delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

THEMASYNTHESE

163

THEMASYNTHESE

Hoofdstuk 4: Concentratie van een oplossing verdunningsformule met water c1 · V1 = c2 · V2 Een oplossing kun je verdunnen of indampen.

— Verdunnen met oplosmiddel: aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie daalt c2 < c1

— Indampen: oplosmiddel verdampt, aantal mol opgeloste stof verandert niet

n1 = n2 of c1 · V1 = c2 · V2 concentratie stijgt c2 > c1

oplossingen mengen

Mengen met andere oplossing, aantal mol opge-

IN

loste stof verandert wel n1 + n3 = n2

c1 · V1 + c3 · V3 = c2 · (V1 + V3)

concentratie daalt of stijgt maar c3 < c2 < c1

Hoofdstuk 5: Chemisch rekenen met gassen gasvolume onder normomstandigheden

— i = 0 °C

p = 1 013 hPa

N

→ molair gasvolume = 22,4

L mol

Gassen met een gelijke molhoeveelheid nemen bij een gelijke druk en temperatuur hetzelfde volume in. V = n · Vm

VA

oplossingen (c, V) c= n V

n= m M delen door molaire massa (g /mol)

aantal mol n

aantal gram m

©

n=c·V N = n · NA vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (deeltjes/mol)

vermenigvuldigen met molaire massa (g /mol) m=n·M

delen door het getal van Avogadro (deeltjes/mol) n= N NA

n= V Vm bij n.o. Vm = 22,4 L

V = n · Vm bij n.o. 1 mol = 22,4 L

gassen (V, Vm )

164

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

aantal deeltjes N

THEMASYNTHESE

CHECKLIST

JA

NOG OEFENEN

1 Begripskennis — Ik kan het verband aantonen tussen de relatieve en absolute massa van

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen.

— Ik kan het verband leggen tussen mol, molaire massa en molaire concentratie

atomen.

— Ik kan uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro.

2 Onderzoeksvaardigheden

IN

aan de hand van eenvoudige stoichiometrische berekeningen.

— Ik kan op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd.

— Ik kan de molecuulmassa van een molecuulverbinding of de formulemassa van een ionverbinding uit de atoommassa’s berekenen.

— Ik kan stoichiometrische vraagstukken oplossen.

— Ik kan de verhoudingen en evenredigheden tussen massa’s, volumes en stofhoeveelheden gebruiken en molaire grootheden en concentraties beschrijven.

N

— Ik kan het verband tussen stofhoeveelheid en massaconcentratie toepassen. invullen bij je Portfolio.

©

VA

` Je kunt deze checklist ook op

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

CHECKLIST

165

CHECK IT OUT

Meten is weten? Bekijk de video waarin 4 g ijzerpoeder en 7 g zwavel worden samengevoegd om ijzer(II)sulfide te bereiden volgens de reactie Fe + S → FeS. Die specifieke hoeveelheden zijn niet zomaar gekozen. Ze worden voorheen perfect stoichiometrisch berekend, zodat er niets overblijft van de reagentia en alles wordt omgezet naar ijzer(II)sulfide. De stofhoeveelheden werden nauwkeurig demovideo: ijzer(II)sulfide

uitgerekend. Vanaf nu ben je daartoe zelf ook in staat. Ga maar eens na of de gekozen massa’s ijzer en zwavel correct waren.

Maar wat gebeurt er als we diezelfde proef opnieuw uitvoeren met andere stofhoeveelheden?

— mengsel 1: 7 g ijzerpoeder en 4 g zwavel — mengsel 2: 7 g ijzerpoeder en 7 g zwavel

— mengsel 3: 10 g ijzerpoeder en 4 g zwavel

IN

Je leerkracht maakt in 3 verbrandingskroesjes volgende mengsels klaar om ijzer(II)sulfide te bereiden:

Je leerkracht mengt beide reagentia goed en plaatst een dekseltje op de verbrandingskroesjes. Die zet de kroesjes

op een driepikkel boven de bunsenbrander en wacht tot de mengsels reageren tot ijzer(II)sulfide. Zal dat steeds even

Waarneming:

Merk je enig visueel verschil tussen de 3 bekomen producten ?

VA

1

N

goed werken, denk je?

2

3

Wat kun je daaruit afleiden?

Na het afkoelen test je leerkracht bij de 3 kroesjes of het bekomen product wordt aangetrokken door een magneet. Wat kun je waarnemen?

Is er een mengsel waarbij zowel alle zwavel als ijzer is weg gereageerd?

©

4

Besluit:

!

In de keuken kun je hoeveelheden meten of wegen om een gerecht te bereiden, maar voor een chemicus is een goede kennis van stoichiometrie onmisbaar. Zo kan die exact bepalen welke hoeveelheden van stoffen met elkaar reageren en hoe je de massa van atomen kunt berekenen.

166

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

CHECK IT OUT

AAN DE SLAG

1

Noteer de correcte naam van de verbindingen en bereken hun molecuul- of formulemassa. a

CaSO4:

b NaNO3: c

MgF2:

d Fe2O3: e

2

Ag2S:

Twee van de ternaire zuren die je in thema 01 leerde kennen, hebben een massa van ongeveer

IN

98 u. Over welke zuren gaat het?

Bereken de molecuul- of formulemassa van de moleculen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

O2:

b S8: c

H2:

d MgO: e f

H2SO4:

Al(lO3)3:

VA

g

SiCl4:

N

3

4

Bereken de molecuul- of formulemassa van de onderstaande chemische stoffen. Noteer de waarden op 1 decimaal nauwkeurig. a

CaCO3:

b Sil4: c

Be(OH)2:

©

d Al2(HPO4)3:

5

Wat bevat het grootste aantal moleculen: 1 mol stikstofgas of 1 mol zuurstofgas?

6

Bevat een mol stikstofgas evenveel atomen als moleculen?

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

167

7

Hoeveel mol vertegenwoordigt 6,00 g zuurstofgas?

8

Wat is de massa van 0,1 mol waterstofgas?

Hoeveel moleculen bevat 3,55 g chloorgas?

IN

9

10

Hoeveel mol vertegenwoordigt 3,4 g ammoniak (NH3)?

N

11

Wat is de massa van 2,8 mol ammoniumfosfaat ((NH4)3PO4)?

VA

12

Van de volgende stoffen is telkens een gegeven bekend: a

HNO3: N = 2,41 · 1024 formule-eenheden

b K2SO3 : n = 1,5 mol c

NaCl: n = 3,2 mol

d H2O: m = 1 000,0 g

e

C3H8 : m = 176,0 g

©

Bereken van elke stof de ontbrekende grootheden: molaire massa (M), stofhoeveelheid (n), aantal deeltjes (N), massa (m). Formule

a

HNO3

b K2SO3 c

NaCl

d H2O e

168

C3H8

M()

n(mol)

N(aantal deeltjes)

2,41 · 1024

3,2

1,5

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

m(g)

1 000,0 g 176,0 g

13

Bereken de massa van 0,200 mol stikstofgas.

14

Bereken de massa van 5,00 mol calciumsulfaat.

Hoeveel ionen zijn aanwezig in 28,6 g magnesiumchloride?

16

N

15

IN

Hoeveel kaliumionen zijn aanwezig in 19,55 g kaliummetaal?

VA

17

Hoeveel zuurstofatomen zijn aanwezig in 50,0 g natriumsulfiet Na2SO3?

©

18

Hoeveel mol vertegenwoordigen 3,01 · 1024 elektronen?

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

169

19

Goud is een gegeerd edelmetaal maar is op zich een te zacht edelmetaal om er sieraden mee te maken. Daarom gebruikt men een legering van goud met andere metalen. Het gehalte goud dat de legering dan bevat drukt een juwelier uit in ‘karaat’, oftewel 1/24ste massadeel goud. 24 karaat is dus zuiver goud, Maar voor sieraden wordt meestal 18-karaats goud gebruikt. Anke draagt een oorringetje van 18-karaats goud. Naast goud bevat het oorringetje enkel nog koper. Anke zegt dat het oorringetje meer goudatomen dan koperatomen bevat. Heeft ze gelijk? Bewijs met een berekening. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

IN

20

N

Waterstofchloride reageert met 50,0 g natriumhydroxide. Daarbij ontstaan keukenzout en water.

VA

Hoeveel gram zuur heb je nodig en hoeveel gram zout ontstaat er? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

©

Antwoord: 170

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

21

Bereken hoeveel gram kaliumhydroxide (KOH) kan reageren met 15,75 g salpeterzuur (HNO3). Bij deze reactie ontstaan kaliumnitraat (KNO3) en water. Hoeveel gram zout wordt er maximaal gevormd? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Antwoord:

Hoeveel gram calciumfosfaat Ca3(PO4)2 ontstaat door de reactie van 2,7 mol calciumhydroxide (Ca(OH)2)

VA

22

N

IN

met voldoende fosforzuur (H3PO4)? Bij deze reactie ontstaat naast calciumfosfaat ook water. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

©

Antwoord:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

171

23

Wanneer een metaal en een zuur reageren, ontstaat vaak waterstofgas. Zink reageert bv. met zwavelzuur (H2SO4) tot zinksulfaat (ZnSO4) en waterstofgas (H2). Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat zwavelzuur om 6,0 g waterstofgas te bekomen? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

IN

Antwoord:

24

N

Koolstofdisulfide (CS2) reageert met dizuurstof (O2)tot zwaveldioxide (SO2) en koolstofdioxide (CO2).

VA

Hoeveel gram zuurstofgas moet je hebben om 38,1 g koolstofdisulfide te verbranden? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

©

Antwoord:

172

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

25

Butaan wordt verbrand bij gebruik van bijvoorbeeld de gasbarbecue volgens de reactie 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O. Hoeveel gram zuurstofgas heb je nodig om

40,00 gram butaangas te verbranden. Hoeveel gram CO2 wordt daarbij gevormd? Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

IN

Antwoord:

26

N

Stel dat je auto op zuiver octaan rijdt en 5 600 gram octaan verbruikt over 100 kilometer. De verbrandingsreactie kan als

VA

volgt geschreven worden: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O a

A

A < 100 g CO2/km

B

B 100 ≤ g CO2/km < 130

C

C 130 ≤ g CO2/km < 160

D

D 160 ≤ g CO2/km < 190

E

E 190 ≤ g CO2/km < 190

F

F 220 ≤ g CO2/km < 250

Oplossing:

G

G ≥ 250 g CO2/km

worden auto’s ingedeeld in

Wat is de CO2uitstoot van je wagen in g/km?

b In welke klasse wordt jouw auto wordt ingedeeld? Gegeven:

Gevraagd:

©

BENZINE

Op basis van CO2-uitsoot

een categorie A tot G.

Antwoord:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

173

27

Gebluste kalk reageert met fosforzuur tot calciumfosfaat en water. Hoeveel g calciumfosfaat kan ontstaan mol bij de bij de inwerking van 15,0 g calciumhydroxide op 100 mL van een oplossing fosforzuur van 0,800 L reactie? 3 Ca(OH)2

+

2 H3PO4

→

Ca3(PO4)2

+

6 H2O

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

IN

28

N

Men voegt 250,00 g zwavelzuur (H2SO4) en 300,00 g magnesiumhydroxide (Mg(OH)2) samen. Hoeveel gram

magnesiumsulfaat (MgSO4) wordt er gevormd? Hoeveel gram van welke stof blijft er over? Schrijf de reactie waarbij ook water ontstaat. H2SO4

+

→

MgSO4

VA

Gegeven:

Mg(OH)2

Gevraagd: Oplossing:

©

174

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

+

H2O1,43 g

29

Je beschikt over 100,00g kaliumhydroxide (KOH) en 100,50g perchloorzuur (HClO4). Hoeveel gram

kaliumperchloraat (KClO4) kan er maximaal worden gevormd? Schrijf de reactie waarbij ook water ontstaat. KOH

+

HClO4

→

KClO4

+

H2O

Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

Welke oplossing heeft de hoogste concentratie: een keukenzoutoplossing met massaconcentratie van 6 % mol ? of een keukenzoutoplossing met molaire concentratie van c = 1 L Gegeven:

Gevraagd:

VA

Oplossing:

N

30

IN

Hoeveel gram natriumchloride moet je oplossen in water om 3,00 L van een oplossing van 2,00

te bereiden?

mol L

Gegeven:

©

31

Gevraagd: Oplossing:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

175

32

200 mL van een natriumhydroxideoplossing bevat 2,00 g natriumhydroxide. Wat is de concentratie in mol van die oplossing? L Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

33

IN

Natriumhydroxide reageert met fosforzuur tot natriumfosfaat en water. Hoeveel gram natriumhydroxide en hoeveel gram fosforzuur moet je hebben om 100 g natriumfosfaat te vormen? Veronderstel dat het

fosforzuur en de base (NaOH) elk opgelost zijn in een halve liter oplossing, wat zijn dan de concentraties Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

VA

N

van de oorspronkelijke oplossingen en van de gevormde zoutoplossing?

©

34

2,50 L van een calciumhydroxideoplossing (Ca(OH)2) reageert met 2,00 L van een oplossing van mol tot calciumhypochloriet (Ca(ClO)2) en water. Wat is de concentratie hypochlorigzuur (HClO) van 3,00 L van de calciumhydroxideoplossing?

Hoeveel gram zout ontstaat er? Gegeven:

Gevraagd:

176

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

Oplossing:

mol Bereken de hoeveelheid water die je aan 1,5 L van een calciumhydroxideoplossing van 0,80 L mol te bekomen. moet toevoegen om een oplossing van 0,70 L Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

VA

N

35

IN

Antwoord:

Je lost 49,0 g fosforzuur op in water en vormt een halve liter oplossing. Hoeveel water moet je mol te bekomen? toevoegen om een concentratie van 0,0100 L Gegeven:

Gevraagd:

©

36

Oplossing:

Antwoord: GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

177

37

mol . Een student moet 500 mL keukenzoutoplossing bereiden met een concentratie van 0,90 L mol en voldoende Die beschikt over 800 mL zoutoplossing met een concentratie van 1,00 L demi-water. Geef een te volgen werkwijze om de gevraagde oplossing te maken. Gegeven:

Gevraagd: Oplossing:

IN

Hoeveel liter kaliumchlorietoplossing van 0,30 van 0,70

mol moet je toevoegen aan 2,5 L kaliumchlorietoplossing L

N

38

mol mol om een oplossing van 0,60 te bekomen? L L

Gegeven:

VA

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord:

39

Aan 300 mL keukenzoutoplossing met een concentratie van 0,60

©

keukenzoutoplossing met een concentratie van 0,40 de bekomen oplossing?

Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

Antwoord: GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

mol toegevoegd. Wat is de concentratie van L

178

mol wordt 200 mL L

AAN DE SLAG

40

mol moet je aan 500 mL zwavelzuuroplossing L mol mol van 0,090 toevoegen om een oplossing van 0,10 te bekomen? L L

Welk volume zwavelzuuroplossing van 0,12

Gegeven:

Oplossing:

Antwoord:

41

N

Gevraagd:

IN

Bereken het volume van 15,0 g waterstofgas onder normomstandigheden. Gegeven:

VA

Gevraagd:

Oplossing:

Bereken het volume van 25,0 g koolstofdioxidegas onder normomstandigheden. Gegeven:

©

42

Gevraagd:

Oplossing:

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

179

43

Welk volume nemen 8,0 · 1026 moleculen stikstofgas in onder normomstandigheden? Wat is de totale massa van die moleculen? Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

IN

44

Bij de reactie van waterstofchloride met calciumcarbonaat ontstaan calciumchloride, water

en koolstofdioxide. Hoeveel liter koolstofdioxide ontstaat er onder normomstandigheden als je Gegeven:

Gevraagd:

VA

Oplossing:

N

begint met 25,0 g waterstofchloride en een overmaat aan calciumcarbonaat?

45

Zink reageert met waterstofchloride tot zinkchloride en waterstofgas. Hoeveel liter waterstofgas wordt er gevormd als je 1 000 kg zink laat reageren met voldoende waterstofchloride? Welke massa zuur moet je daarvoor gebruiken? De reactie vindt plaats onder normomstandigheden.

Gevraagd:

©

Gegeven:

Oplossing:

180

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

46

Hoeveel gram zink moet reageren met een overmaat aan zwavelzuur om onder normomstandigheden 1,5 L waterstofgas te bekomen? Gegeven:

Gevraagd:

Oplossing:

©

VA

` Meer oefenen? Ga naar

N

IN

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

AAN DE SLAG

181

Notities

VA

N

IN

©

182

GENIE Chemie 4.2 THEMA 03

©

VA

N

IN

THEMA 04 POLARITEIT EN OPLOSBAARHEID

CHECK IN

Het regent, het regent. De pannen worden nat. Uitdaging! Ontdek wie of wat er nat wordt in de regen: de plant, de vogel of de vrouw met krantenpapier boven haar hoofd? Wat heb je nodig? een blad van een plant een vogelveer

IN

krantenpapier

een glas water

Hoe ga je te werk?

Giet een beetje water uit het glas op het blad, de veer en het krantenpapier. Wat neem je waar?

N

— —

VA

—

WEETJE

Meer weten over dat natuurlijk

fenomeen en de toepassing ervan in de technologie? Bekijk de video.

©

Welke toepassingen zie jij nog?

video: lotuseffect

?

` Hoe komt het dat de veren van sommige vogels geen water opnemen en papier wel? ` Hoe komt het dat waterdruppels gemakkelijk van een plant rollen? ` Kunnen we voorspellen welke stoffen water opnemen en welke niet? ` Kunnen we voorspellen welke stoffen in elkaar oplossen? We zoeken het uit!

184

GENIE Chemie 4.2 THEMA 04

CHECK IN