cursus chemie - telenetusers.telenet.be/wetenschappenosroco/chemie/cursus chemie...11 | cursus...
TRANSCRIPT
1 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e
Bram Steeman
Kapellenstraat 21/2
9280 Denderbelle
C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
2009
a u t e u r : B r a m S t e e m a n
2009-2010
2 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
1. Zuivere stof – mengsel
1.1. Stoffen en stofeigenschappen - Stof- en voorwerpeigenschappen (zie labomateriaal)
→ Voorbeeld: Erlenmeyer (stof: glas)
Stofeigenschappen Voorwerpeigenschappen
- Breekbaar
- Doorzichtig
- Hitte bestendig
- Maataanduiding
- Afsluitbaar
- Platte bodem
- Hals
- Kwalitatieve/Kwantitatieve stofeigenschappen Niet meetbaar Meetbaar
Kwalitatieve stofeig. Kwantitatieve stofeig.
- Kleurloos
- Smaak
- Geur
- ...
- Magneet
- Elektrische geleidbaarheid
- Hitte bestendigheid
- Warmtegeleiding
- pH (zuurtegraad)
- Oplosbaarheid
- θK, θS (kookpunt, smeltpunt)
- Massadichtheid
- Viscositeit (vloeibaarheid)
3 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
1.2. Mengsels en zuivere stoffen - Een zuivere stof is een stof, die enkel identieke moleculen
bevat en is gekenmerkt door welbepaalde fysische constanten.
- Een mengsel is een verzameling van verschillende stoffen,
bestanddelen of componenten van het mengsel genoemd.
fysische constanten: Voorbeeld: H2O
Kookpunt: 100 °C
Smeltpunt: 0 °C
Elektrische geleidbaarheid: 0 S
1.3. Scheiden van mengsel
→ Heterogene mengsels
A) Decanteren : Dit is gewoon afgieten, je kan hiermee een vaste stof van een
vloeistof scheiden, als bij de vaste stoffen de partikeltjes voldoende
groot zijn om te bezinken.
B) Afscheiden : Hiermee kan je twee vloeistoffen van elkaar scheiden, na
(Met scheitrechter) ontmengen.
C) Filtreren : Hiermee kan je een vaste stof, wat het residu zal zijn, en een
vloeistof, wat het filtraat zal zijn, scheiden.
D) Centrifugeren : Met deze methode kan je een vloeistof en een vaste stof die
moeilijk bezinkt scheiden. Het bezinken wordt versneld door
de snelle draaisnelheid van de centrifugetrommel.
→ Homogene mengsels
A) Destilleren : - Ten eerste kan je hiermee een vaste stof van een vloeistof
scheiden, zo kan je een oplosmiddel verkrijgen.
- Je kan ook een vloeistof van een vloeistof scheiden indien de
kookpunten voldoende ver uit elkaar liggen.
4 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
B) Kristalliseren : Hiermee kan je een vaste stof van een vloeistof scheiden,
om een opgeloste vaste stof te verkrijgen.
C) Extractie : Door deze methode kan je een vaste stof van een vloestof
afzonderen, op basis van verschil in oplosbaarheid in een
extractiemiddel.
D) Adsorptie : De stof die men uit een homogeen mengsel wil afscheiden
wordt vastgehecht aan het oppervlak van een andere stof.
(het adsorptiemiddel)
5 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
2. Van samengestelde tot
enkelvoudige stof
2.1. Inleiding
Mengsels Zuivere stoffen Nieuwe, andere stoffen
Scheidingstechnieken
(Fysisch) (Chemisch)
2.2. Mogelijkheid 1: samengesteld → enkelvoudig
→ Ontleden, analyse, ontbinding
Koolstof (C)
Suiker
(C6H12O6)
Water (H2O)
Toestel van
Hofmann
Zuurstofgas of Waterstofgas of
Dizuurstof (O2) Diwaterstof (H2) ( pluspool) (minpool)
6 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Soorten
Voorbeeld: - Suiker → Thermolyse (warmte)
- H2O → Elektrolyse (elektronisch)
- / → Fotolyse (licht)
- Recycleren van kunststoffen → Pyrolyse (zonder O2)
2.3. Mogelijkheid 2: enkelvoudig → samengesteld → Synthese
Voorbeeld: - H2 + O2 → H2O
- Mg + O2 → MgO
2.4. Mogelijkheid 3: subsitutie → Uitwisselingsreactie
Voorbeeld: - AB + CD → AD + CB
- Mg + HCl → MgCl2 + H2
2.5. Elementen/atoomsoorten – atomen
& atoomstructuren
→ Elementen/atoomsoorten
Voorbeeld: Steenkool Grafiet Diamant (c)
zwart Grijs kleurloos
hard zacht zeer hard
Opmerking: Koolstof (c) → C60 (Buckminsterfullereen)
7 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Atomen & atoomstructuren
Voorbeeld: - Grafiet → Hexagonale schikking
- Diamant → Tetraëdrische schikking
Tekeningen
Opmerking: Fotosynthese
Organisme → Chlorofyl (bladgroen)
Zon
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
- Hexagonale schikking - Tetraëdrische schikking
8 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
3. Enkele belangrijke
enkelvoudige stoffen
3.1. Metalen en niet-metalen Zie handboek
3.2. Dizuurstof
→ Methode 1
KClO3 (kaliumchloraat)
MnO2 (mangaandioxide)
→ Methode 2
Toestel van Hofmann
→ Eigenschappen
- Slecht oposbaar in water
- Geen kleur
- Geen geur
- Geen smaak
- Onbrandbaar, maar noodzakelijk voor verbranding
→ Industrieel
O2 wordt hoofdzakelijk verkregen door destillatie van
vloeibaar gemaakte lucht.
9 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Natuur
CO2 + H2O C6H12O6 + 6 O2
Opmerking: Samenstelling van lucht:
- 78 % N2
- 21 % O2
- 0,9 % edelgassen
- 0,03 % CO2 (+ waterdamp)
Opmerking: O3 (ozon) wordt gevormd door sterke
elektrische ontladingen in de atmosfeer,
en ook door UV-straling.
3.3. Diwaterstof
→ Methode 1
Toestel van Hofmann
→ Methode 2
Zn + 2 HCl → H2 + ZnCl2
→ Voorkomen op aarde
Niet in de natuur
→ Eigenschappen - Reukloos
- Kleurloos
- Brandbaar
- Mengsel met lucht is explosief
10 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Toepassingen - Diwaterstof wordt gebruikt als brandstof in raketten.
- Dit is de vulling in een onbemande ballon.
3.4. Edelgassen - Er zijn 6 edelgassen.
Naam Symbool Gebruik - Helium He Vulling in luchtballon, koelmiddel, gas in duikerklok
- Neon Ne Neonverlichting, tv-buis
- Argon Ar Gloeilampvulling
- Krypton Kr Tl-buizen
- Xenon Xe Zonnebank
- Radon Rn Een geneeskrachtige bron
11 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
4. De chemische
reacties
4.1. Kenmerken van een chemische reactie
→ Voorbeeld 1 Wit krijt + zoutzuur (HCl) → Het krijt is verdwenen,
wat overblijft weten we niet.
→ Voorbeeld 2 Keukenzout + Fenolftaline → Kleurloos
NaOH + Fenolftaline → Violet
Indicator, aanwijzer
→ Voorbeeld 3 CuSO4 → Koningsblauw
Geconcentreerd NH3
→ Voorbeeld 4 H2SO4 (18°C) + NaOH (18°C) → Temperatuur 90°C
→ Voorbeeld 5 H2SO4 + Cu + Zn → Spanning
→ Conclusie - Er ontstaan andere (nieuwe) stofeigenschappen
- De structuur van de stoffen wordt gewijzigd
→ Notatie Reagentia → Reactieproducten
- Reagerende stoffen Reactiepijl
- Uitgangsstoffen
12 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Het deeltjesmodel
Opmerking:
- Exo-energetische reacties (is een reactie waarbij energie vrijkomt)
- Endo-energetische reacties (is een reactie waarbij energie wordt toegevoegd)
- Exotherm (is een reactie waarbij warmte vrijkomt)
- Endotherm (is een reactie waarbij warmte wordt toegevoegd)
4.2. Belangrijke principes geldig voor
alle chemische reacties
→ Wet van behoud van massa of
wet van Lavoisier
De wet: In een gesloten systeem, is de massa van de reagentia
gelijk aan de massa van de reactieproducten.
Gevolg: Door chemische processen kunnen er geen atomen of
atoomsoorten bijkomen of verloren gaan.
Voorbeeld:
2 KI + Pb (NO3)2 → PbI2 ↓ + 2KNO3
Dit is geel
Deze pijl wijst erop dat de stof naar onder zal gaan in de proefbuis
1.
+ →→→→ +
(Zelf te tekenen)
2.
→ + (Zelf te tekenen)
13 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Symbolische voorstelling van
chemische reacties: reactievergelijking
Voorbeeld: De verbranding van magnesiumlint
2 Mg + O2 → 2 MgO
14 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
5. Atoombouw, periodiek systeem
en chemische binding
5.1. Samenstelling van een
atoom (cem)
→ Model
Voorbeeld: - Trouwring → 10000 triljoen atomen Au
- Punt achter zin → 100 miljard atomen
→ Atoombouw
1. Mantel bevat elektronen (e-)
1 2. Kern bestaat uit...
2
Protonen (p+) neutronen (n°)
→ Massa & lading van een atoom
DeelDeelDeelDeel pppp++++, n°, e, n°, e, n°, e, n°, e---- Abs. massaAbs. massaAbs. massaAbs. massa Rel. massaRel. massaRel. massaRel. massa Abs. ladingAbs. ladingAbs. ladingAbs. lading Rel. ladingRel. ladingRel. ladingRel. lading - Kern P+ 1,66 . 10-27kg 1u + 1,6 . 10-19C + 1 e.l.e.
n° 1,66 . 10-27kg 1u / /
- Mantel e- ≈ 0kg Ou - 1,6 . 10-19C - 1 e.l.e.
→ U: Unit
C: Coulomb
e.l.e: elektronladingseenheid
15 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ Voorstelling van stoffen
Voorstelling:
X��
Enkele voorbeelden: 1) Fe���� → 26 p+
→ 26 e-
→ 30 n°
2) Na���� → 11 p+
→ 11 e-
→ 12 n°
5.2. Atoommodel volgens Bohr
→ Banen – Schillen – Energieniveaus - Orbits
KKKK LLLL MMMM NNNN OOOO PPPP QQQQ
nnnn 1 2 3 4 5 6 7
2n2n2n2n2222 2 8 18 32 32 32 32
- Regel 1: e- hebben een zo laag mogelijke energie-inhoud
→ Plaatsing op de laagste baan.
- Regel 2: Maximum 2n2 e- op de n-schil (max 32).
- Regel 3: Maximum 8 e- op de buitenste schil.
Er was eens ...
→ Dalton (1800)
→ Thompson (1904)
→ Rutherford (1911)
→ Bohr (1914)
X: Naam van de stof
Z: Massagetal, aantal p+ + n° = aantal kerndeeltjes
Y: Atoomnummer, aantal p+ = aantal e-
16 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
Atoomnr. Stof K L M N
1 H 1
2 He 2
3 Li 2 1
4 Be 2 2
5 B 2 3
6 C 2 4
7 N 2 5
8 O 2 6
9 F 2 7
10 Ne 2 8
11 Na 2 8 1
12 Mg 2 8 2
13 Al 2 8 3
14 Si 2 8 4
15 P 2 8 5
16 S 2 8 6
17 Cl 2 8 7
18 Ar 2 8 8
19 K 2 8 8 1
20 Ca 2 8 8 2
17 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
5.3. Periodiek systeem van de elementen (PSE)
Inleiding : Een vereenvoudigde versie is opgesteld door Dimitri Mendeljev,
hij leefde van 1834 tot 1907, hij zorgde voor de
classificatie van de elementen. Dit gebeurde op twee manieren,
- Stijgende massa (vlnr)
- Eigenschappen (vbno)
Niet ontdekt :Sommige vakjes in de tabel van Mendeljev waren niet ingevuld,
Mendeljev zei dat in deze vakjes stoffen kwamen die nog niet
ontdekt waren. Hij had gelijk, later werden deze stoffen
gevonden: - 21Sc
- 32Ge
- 31Ga
PSE: Een verbeterde versie van de tabel van Mendeljev.
De kolommen in het PSE: groepen.
Dit zijn ze : Ia : Alkalimetalen
IIa : Aardalkalimetalen
IIIa : Aardmetalen/boorgroep
IVa : Koolstofgroep
Va : Stikstofgroep
VIa : Zuurstofgroep
VIIa : Halogenen
0 : Edelgassen
IIIIaaaa IIIIIIIIaaaa IIIIIIIIIIIIaaaa IVIVIVIVaaaa VVVVaaaa VIVIVIVIaaaa VIIVIIVIIVIIaaaa 0000
1111 H He
2222 Li Be B C N O F Ne
3333 Na Mg Al Si P S C Ar
4444 K Ca
Aantal schillen
Valentie – e- = Aantal e- op buitenste schil
18 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
Opmerking: Edelgassen zijn inert
→ Octetstructuur = edelgasconfiguratie
→ 8 valentie-e-
5.4. Gegevens uit het PSE
→ Ar
Relatieve atoommassa : een onbenoemd getal dat uitdrukt hoeveel
keer de massa van de stroom groter is dan de unit.
Voorbeeld : Ar(F) = 19.0
abs. m v/e atoom = Ar (atoom) . u
Absolute m van een atoom F:
Ar(F).u = 19,0 . 1,66.10-27kg
= 3,15 . 10-26kg
→ Mr
Relatieve moleculemassa : Theorie, zie handboek
Voorbeeld : Mr(H2SO4)
→ 2Ar(H) + Ar(S) + 4Ar(O)
→ 2 . 1,0 + 32,1 + 4 . 16,0
→ 98,1
→ Mol en molaire massa
Mol : Eenheid van hoeveelheid stof
Voorbeeld : - 1 mol O2: Hoeveelheid mol die 6,023 . 1023
moleculen bevat.
- 1 mol Na: 6,023 . 1023 atomen Na
19 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
Molaire massa v/e stof : Absolute massa van 1 mol van die stof.
Voorbeeld : Mr (H3PO4)
→ 3Ar(H) + Ar(P) + 4Ar(O)
→ 3 . 1,0 + 31,0 + 4 . 16,0
→ 98,0
→ De molaire massa van H3PO4 is 98,0 g/mol
Oefeningen : Bereken de molaire massa van …
→ Aantal mol stof, aantal moleculen
Aantal mol v/e stof : N = ���� ��� �� ����
������ ���� ��� �� ����
Voorbeeld : Bereken hoeveelheid mol stof en hoeveel
moleculen er zijn in 49 g H2SO4.
- Mr(H2SO4)= 2Ar(H) + Ar(S) + 4Ar(O)
= 2(1,0) + (32,1) + 4(16,0)
= 98,1
De molaire massa van H2SO4 is 98,1g/mol
- N= ��,��
� ,��/ �� = 0,499 mol
- 0,499 mol . 6,023 .1023 moleculen/mol = 3,01 . 1023 moleculen
Oefeningen : Doe dit ook voor …
Stof Oplossing
HClN 50,5 g/mol
MgO 40,4 g/mol
CH4 16,0 g/mol
(NH4)2SO4 132,5 g/mol
Formule Opl. moleculen Opl. aantal mol
14 g Cl2 1,2 . 1023 0,20 mol
4,0 NaOH 6,0 . 1023 0,1 mol
1,8 HCl 3,0 . 1022 0,049 mol
20 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
→ ENW (elektronegatieve waarde)
- Alle elementen proberen een edelgasconfiguratie te bereiken.
→ Ze proberen hun buitenste schil volledig te vullen (octetstructuur).
- De elektronegatieve waarde is een maatgetal dat uitdrukt hoe sterk de
neiging is van een atoom is om elektronen op te nemen.
Opmerking 1: Edelgassen hebben geen elektronegatieve waarde, want
de buitenste schil is volledig gevuld.
→ Ze vertonen geen neiging om e- op te nemen/af te staan.
* Opmerking 2: Elementen uit de linkergroepen hebben een kleine
elektronegatieve waarde.
→ Ze zullen gemakkelijk e- afstaan.
* Opmerking 3: Elementen uit de rechtergroep (behalve edelgassen) hebben een
grote elektronegatieve waarde.
→ Ze zullen gemakkelijk e- opnemen.
5.5. De chemische binding
→ Ionbinding
- Gebeurt tussen een metaal en een niet-metaal
- ∆ENW > 1,6(6)
- Voorbeeld*:
11Na (2 8 1) en 17Cl (2 8 7)
Na → Na+ + e-
Cl + e- → Cl-
Na + Cl + e- → [Na+] [Cl-] + e-
NaCl
11 p+ 11 p+
11 e- 10 e-
0 +
Na+
17 p+ 17 p+
17 e- 18 e-
0 -
Cl-
*V
oo
rbe
eld
en
zie
cu
rsu
s *
Me
er
voo
rbe
eld
en
in
de
cu
rsu
s,
u
itle
g e
qu
iva
len
tie
reg
el.
21 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
⇒ Totale elektronenoverdracht!
+ Metaalionen Ze trekken elkaar aan
- Niet-metaalionen → coulombkrachten → ionenrooster
⇒ Voorbeelden:
→ Covalente binding/atoombinding
- Gebeurt tussen een niet-metaal en een niet-metaal.
- ∆ENW ≤ 1,6(6)
- Hoogstens elektronenverschuiving.
- Gemeenschappelijk elektronenpaar: doublet
- Lewisnotatie: - /Elektronenstipmodel: . .
- Voorbeelden*:
BV 1: H en H
2,1 2,1
nM nM
∆ENW = 0
BV 2: Cl en Cl
3,5 3,5
nM nM
∆ENW = 0
Alle kook- en smeltpunten zijn uitgedrukt in °C
θS θK
AgBr 430 1533
Al2O3 2037 2977
KCl 772 1407
MgO 2927 3627
NaOH 319 1387
Binding zelf te tekenen
H - H
Binding zelf te tekenen
Cl - Cl
EN
W =
0,
ge
en
ele
ktro
ne
nv
ers
chu
ivin
g
22 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
BV 3: H en Cl
2,1 3,5
nM nM
∆ENW = 0,9 ≤ 1,6(6)
BV 4: H en C
2,1 2,5
nM nM
∆ENW = 0,4 ≤ 1,6(6)
BV 5: C en Cl
2,5 3,0
nM nM
∆ENW = 0,5 ≤ 1,6(6)
BV 6: N en O
3,0 3,5
nM nM
∆ENW = 0,5 ≤ 1,6(6)
Binding zelf te tekenen, ook de deltatekens worden zelf geplaatst.
H - Cl
Binding zelf te tekenen, ook de deltatekens worden zelf geplaatst.
H
H - C - H
H
Binding zelf te tekenen, ook de deltatekens worden zelf geplaatst.
Cl
Cl - C - Cl
Cl
*M
ee
r v
oo
rbe
eld
en
in
de
cu
rsu
s.
Binding zelf te tekenen, ook de deltatekens worden zelf geplaatst.
O = N - O - N = O
23 | C u r s u s C h e m i e : D e r d e w e t e n s c h a p p e n a u t e u r : B r a m S t e e m a n
⇒ Tussen deze moleculen zitten zwakke krachten
of Vanderwaals-krachten.
Opmerking 1: Aantal atoombindingen: 8 – het groepsnr. waar de stof in staat
→ Uitkomst: ≤ 4, aantal atoombindingen
→ Uitzondering: H, 1 atoombinding
→ Metaalbinding - Tussen een metaal en zichzelf
- positieve metaalionen: vrije elektronen
- Voorbeeld:
→ Warmtegeleiding
→ Elektrische geleiding
Alle kook- en smeltpunten zijn uitgedrukt in °C
θS θK Fase
CO2 -205 -131 Gas
HCl -114 -85 Gas
H2O 0 100 Vloeistof
CH4 -182 -161 Gas
Binding zelf te tekenen