14 DE ATOOMTHEORIE VAN DALTON PROCESTECHNIEK

Transcriptie

1 PROCESTECHNIEK

2 Wat leer je? uitleggen wat een reactieschema is; reactieschema's in woorden en symbolen opstellen; de kenmerken van de atoomtheorie van Dalton noemen; moleculen en atomen tekenen; scheikundige reacties verklaren met de atoomtheorie. Studiewijzer Waarom... de atoomtheorie van Dalton? Afbeelding 1: Een molecuul kan uit verschillende atomen bestaan. In de les 'Molecuultheorie' worden de belangrijkste eigenschappen van moleculen genoemd. Zo'n eigenschap is bijvoorbeeld, dat moleculen de kleinste deeltjes van een stof zijn die nog alle eigenschappen van die stof hebben. Met de molecuultheorie kunnen we bijvoorbeeld verklaren wat er bij een faseovergang gebeurt. Zoek nog eens op welke eigenschappen moleculen hebben. In de procesindustrie maken we stoffen. We laten stoffen dan met elkaar reageren. Bij zo'n scheikundige reactie veranderen de moleculen van een stof. Zo krijgen we nieuwe stoffen met andere stofeigenschappen. Scheikundige reacties kunnen we niet verklaren met de molecuultheorie. Om scheikundige reacties te verklaren, heeft de Engelsman Dalton de atoomtheorie ontwikkeld. Om processen in de procesindustrie beter te begrijpen, is het belangrijk iets te weten over de atoomtheorie.

3 1. Zijn de volgende veranderingen natuurkundige of scheikundige veranderingen? a. je lost suiker op in koffie natuurkundig/scheikundig b. je bevriest water natuurkundig/scheikundig c. je grilt vlees natuurkundig/scheikundig d. je fiets roest natuurkundig/scheikundig Wat zijn reactieschema's? Een voorbeeld van een scheikundige verandering is het roesten van ijzer. Als ijzer in aanraking komt met zuurstof kan er een nieuwe stof ontstaan: roest. Scheikundige veranderingen kun je in een schema zetten. Zo'n schema heet een reactieschema. In een reactieschema zet je voor een pijl welke beginstof(fen) je hebt. Achter de pijl zet je welke stof(fen) je krijgt na de reactie. De stoffen die na de reactie ontstaan, noemen we reactieproducten. Als er meerdere beginstoffen of reactieproducten zijn, zet je tussen de stoffen een plusteken. Het roesten van ijzer ziet er in een reactieschema zo uit: ijzer + zuurstof roest 2. In de procesindustrie verbranden we veel brandstoffen. Bij een verbranding reageert de brandstof altijd met zuurstof, waarbij rookgassen ontstaan. a. Welke beginstof(fen) en reactieproduct(en) heb je als je een willekeurige brandstof verbrandt? b. Hoe ziet het reactieschema van de verbranding van een brandstof eruit? 3. Je doet een beetje suiker in een reageerbuisje en verwarmt het buisje boven een vlam. Na een tijdje zie je dat er nieuwe stoffen ontstaan. Onderin het buisje ontstaat zwarte kool en bovenaan het buisje zie je waterdruppels. Hoe ziet het reactieschema van het verwarmen van suiker eruit?

4 Wat is het verbond tussen moleculen en atomen? Moleculen zijn de kleinste deeltjes van een stof die nog alle eigenschappen van de stof hebben. Als voorbeeld nemen we suiker. Suiker bestaat uit suikermoleculen. Als je één suikermolecuul zou proeven, dan ontdek je dat dit suikermolecuul ook zoet smaakt. Dit komt doordat zoet een stofeigenschap is van suiker. In de les 'Elektriciteit: atoombouw' heb je gelezen dat moleculen uit zeer kleine deeltjes bestaan. Die deeltjes noemen we atomen. Atomen hebben niet dezelfde eigenschappen als een molecuul. Onderstaande voorbeeld laat dit zien. Als je elektriciteit door een bekertje met water laat lopen, zie je gasbelletjes ontstaan. Door de elektriciteit vallen de watermoleculen uit elkaar in kleine deeltjes. Die deeltjes zijn zuurstof en waterstof. Zuurstof en waterstof noemen we atomen. In de afbeelding zie je dat één watermolecuul bestaat uit één atoom zuurstof en twee atomen waterstof. Je kent de stofeigenschappen van water. Als je elektriciteit door water laat lopen, krijg je de atomen waterstof en zuurstof. Zuurstof en waterstof zijn gassen. Deze gassen hebben andere eigenschappen dan water. Water kookt bijvoorbeeld bij 100 ºC. Het kookpunt van zuurstof en waterstof ligt veel lager. Deze stoffen zijn bij kamertemperatuur al gasvormig. Doordat je energie toevoegt, in dit geval elektriciteit, treedt er een reactie op. In een reactieschema ziet dat er zo uit: water waterstof + zuurstof 4. Keukenzout noemen we in de scheikunde natriumchloride (NaCI). Als je door gesmolten natriumchloride een elektrische stroom laat lopen, ontstaan de stoffen natrium en chloor. Welk reactieschema hoort hierbij?

5 Wat is de atoomtheorie van Dalton? Dalton heeft de eigenschappen van atomen onderzocht. De belangrijkste eigenschappen staan in de atoomtheorie genoemd. Als je de atoomtheorie kent, is het makkelijker om scheikundige veranderingen te verklaren. Eerst zullen we de eigenschappen noemen. Daarna zullen we bekijken wat we precies kunnen verklaren. Moleculen bestaan uit kleinere deeltjes: atomen Uit een eerder voorbeeld blijkt dat een molecuul is opgebouwd uit kleine deeltjes. Die deeltjes noemen we atomen. Dalton stelt atomen voor als kleine harde bolletjes. Als je atomen gaat tekenen, teken je een klein cirkeltje. In het cirkeltje zet je het symbool van het atoom. De symbolen van de atomen staan in tabel 61 van het tabellenboek Hieronder staan enkele tekeningen van atomen. een atoom koolstof een atoom lood 5. a. Teken een atoom waterstof. b. Teken een atoom zuurstof. Moleculen zijn opgebouwd uit verschillende atomen. Als je een molecuul tekent, teken je dus verschillende atomen. Bekijk de onderstaande tekeningen van moleculen. een molecuul zilverchloride bestaat uit één atoom zilver en één atoom chloor: een molecuul ijzersulfide bestaat uit één atoom ijzer en één atoom zwavel:

6 6. a. Een molecuul water bestaat uit één atoom zuurstof waaraan twee atomen waterstof vastzitten. Teken een molecuul water. b. Een molecuul magnesiumoxide bestaat uit één atoom magnesium en één atoom zuurstof. Teken een molecuul magnesiumoxide. Atomen kunnen niet veranderen Volgens Dalton kunnen we aan atomen niets veranderen. Dat heb je bijvoorbeeld gezien bij water. Water kunnen we opsplitsen in de atomen waterstof en zuurstof. Deze atomen kun je niet verder opsplitsen. Van zuurstof kun je bijvoorbeeld geen ijzer maken. Zuurstof blijft zuurstof en waterstof blijft waterstof. 7. Als je suiker verwarmt, ontstaat er koolstof en water. Zijn koolstof en water atomen? Er bestaan ongeveer honderd verschillende atomen Alle stoffen op aarde zijn opgebouwd uit atomen. Er bestaan ongeveer honderd verschillende atomen. Alle moleculen zijn uit deze atomen opgebouwd. Alle atomen staan in het periodiek systeem van de elementen. Dit systeem kun je vinden in tabel 62 van het tabellenboek. Elk atoom heeft een eigen naam en een eigen symbool (afkorting). Een symbool kan bestaan uit één hoofdletter, zoals K (kalium). De meeste atomen bestaan uit een hoofdletter en een kleine letter, zoals Fe (ijzer). In de scheikunde gebruiken we vaak de symbolen van stoffen. Veel stoffen hebben lange namen, dus dan is zo'n symbool wel overzichtelijk. Ook in reactieschema's gebruiken we symbolen. In paragraaf 2 staan in de reactieschema's de namen van de stoffen in woorden weergegeven. De namen van de stoffen kun je ook vervangen door de symbolen van de stoffen. In een reactieschema staan voor en achter de pijl dezelfde symbolen. Het onderstaande voorbeeld laat dit zien. In erts zitten metalen, zoals zink, ijzer of aluminium. Er zijn veel stappen nodig om metalen uit erts te halen. Eén van de stappen is bijvoorbeeld de omzetting van zinkchloride met elektriciteit in zink en chloor. We kunnen hier een reactieschema in woorden van maken: zinkchloride zink+ chloor Zinkchloride bestaat uit moleculen zinkchloride. Het symbool van een molecuul zinkchloride schrijven we in deze les als: Zn CI. In het reactieschema zie je dat zinkchloride uit elkaar valt in twee soorten atomen: zink en chloor. De symbolen van deze twee atomen zijn: Zn en Cl. Een reactieschema in symbolen ziet er dan zo uit: Zn CI Zn + Cl

7 In deze les zetten we in een reactieschema welke soorten stoffen er zijn of ontstaan. We schrijven bijvoorbeeld niet uit, hoeveel atomen een molecuul uit elkaar valt. In de praktijk vallen stoffen wel uit elkaar in bijvoorbeeld twee dezelfde atomen en één ander atoom. Je hebt dat gezien bij water. Water kan uit elkaar vallen in twee atomen waterstof en één atoom zuurstof. In een reactieschema van water geven we niet het aantal atomen weer. Wel zetten we het soort atomen in het schema. In latere lessen zal je zien uit hoeveel atomen verschillende stoffen zijn opgebouwd en hoe je dat weergeeft in reactieschema's. In deze les zetten we in het reactieschema alleen het soort atomen. Het reactieschema van water in symbolen ziet er dan ook zo uit: H O H + O 8. Veel auto's gaan na verloop van tijd roesten. Roesten is een scheikundige veranderingen. Roest ontstaat door een reactie van ijzer met zuurstof. a. Schrijf eerst een reactieschema in woorden van het roesten van ijzer. b. Schrijf daarna een reactieschema in symbolen van het roesten van ijzer. Gebruik je tabellenboek om symbolen op te zoeken. Een molecuul is een combinatie van atomen Op aarde bestaan ontzettend veel verschillende stoffen. Al deze stoffen bestaan uit atomen. Met een voorbeeld over taal maken we duidelijk hoe het komt dat we met slechts honderd atomen zoveel verschillende stoffen hebben en kunnen maken. Ons alfabet bestaat uit 26 letters. Met die 26 letters kunnen we miljoenen woorden maken. Met de letters t, o en I kun je in het Nederlands twee verschillende woorden maken: tol en lot. Van de letters n, a, d, een r kun je meer woorden maken. Bijvoorbeeld: nader, raden, ander. Een letter kan ook vaker in een woord voorkomen. Als voorbeeld nemen we de letters g, e en n. Van deze letters kun je nog meer lettercombinaties (woorden) maken. Bijvoorbeeld: eng, geen, negen, eggen, gen en gene. 9. Welke woorden kun je maken met de letters I, o, p, een n?

8 Met de letters van het alfabet kun je dus veel verschillende woorden maken. Je kunt woorden maken door verschillende letters te combineren en door de hoeveelheid letters te veranderen. Op dezelfde manier kun je ook veel verschillende moleculen maken. Omdat er meer atomen dan letters zijn, kun je ook meer combinaties maken. In het volgende voorbeeld maken we duidelijk wat we precies bedoelen. Je hebt de beschikking over drie verschillende atomen: waterstof (H), zuurstof (O) en zwavel (S). Als je deze atomen combineert, kun je veel verschillende moleculen maken. Hieronder staan er drie genoemd en getekend. - Uit de atomen waterstof (H) en zuurstof (O) kun je een watermolecuul (H O) maken. Je weet dat een watermolecuul is opgebouwd uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. een watermolecuul - Uit de atomen waterstof (H), zuurstof (O) en zwavel (S) kun je een zwavelzuurmolecuul (H S O) maken. Een molecuul zwavelzuur is opgebouwd uit twee atomen waterstof, één atoom zwavel en vier atomen zuurstof. een zwavelzuurmolecuul - Uit de atomen waterstof (H) en zwavel (S) kun je waterstofsulfide (H S) maken. Een molecuul waterstofsulfide bestaat uit twee atomen waterstof en één atoom zwavel. een molecuul waterstofsulfide 10. Als je afvoer verstopt is, kun je kaliloog gebruiken. Kaliloog is een oplossing van de stof kaliumhydroxide in water. Om kaliumhydroxide te maken, hebben we verschillende atomen nodig. Om een molecuul kaliumhydroxide te maken gebruiken we één atoom kalium, één atoom zuurstof en één atoom waterstof. Maak een tekening van zo n kaliumhydroxide molecuul. Zet in de tekening ook de symbolen.

9 Samengevat zegt de atoomtheorie van Dalton: moleculen bestaan uit nog kleinere deeltjes, die we atomen noemen; atomen zijn niet te veranderen; er bestaan ongeveer honderd verschillende atomen; een molecuul is opgebouwd uit een combinatie van atomen. Wat kunnen we verklaren met de atoomtheorie? De atoomtheorie geeft de eigenschappen van atomen weer. Met de atoomtheorie van Dalton kun je dan ook scheikundige reacties verklaren. Bij een reactie kunnen moleculen uit elkaar vallen in atomen. Ook kunnen moleculen met elkaar reageren. Atomen rangschikken zich dan op een andere manier. Zo krijgen we nieuwe stoffen. In deze les staan al veel voorbeelden genoemd. Bij deze voorbeelden hebben we vaak maar één beginstof, die in een aantal atomen uit elkaar viel. Bekijk nog eens wat er gebeurt, als je elektriciteit door water laat stromen. In het hieronder staande voorbeeld laten we zien dat we met twee beginstoffen ook meerdere nieuwe stoffen kunnen maken. Wat er gebeurt, verklaren we met de atoomtheorie. Het gas waterstofchloride lost goed op in water. De oplossing van waterstofchloride in water heet zoutzuur. Als je ijzersulfide in zoutzuur oplost, ontstaat er ijzerchloride en waterstofsulfide. Het reactieschema ziet er zo uit: ijzersulfide + waterstofchloride ijzerchloride + waterstofsulfide Als we de stoffen in dit schema in symbolen weergeven, kunnen we beter zien wat er gebeurt. Zo'n schema ziet er dan zo uit: H,CI + Fe,S H,S + Fe,CI 11. a. Welke beginstoffen zijn er in het vorige voorbeeld? b. Welke stoffen zijn er na de reactie ontstaan in het vorige voorbeeld?

10 H,CI + Fe,S H,S + Fe,CI Wat is er nu precies gebeurd? De moleculen ijzersulfide zijn gaan reageren met de moleculen waterstofchloride. IJzersulfide bestaat uit de atomen ijzer (Fe) en zwavel (S). Waterstofchloride bestaat uit de atomen waterstof (H) en chloor (Cl). Deze atomen hebben zich opnieuw gerangschikt. Er zijn hierdoor twee nieuwe stoffen ontstaan: ijzerchloride en waterstofsulfide. 12. Aardgas bestaat voor een groot deel uit methaan (C,H). Als je methaan verbrandt, gebruik je zuurstof. Er ontstaan bij de verbranding nieuwe stoffen: koolstofdioxide (C,O) en water. De verbranding van methaan ziet er in een reactieschema zo uit: methaan +zuurstof koolstofdioxide +water Deze reactie kunnen we ook in symbolen weergeven: C,H + O C,O + H,O Wat gebeurt er tijdens de verbranding met de beginstoffen?

11 Samenvatting Met de atoomtheorie van Dalton kunnen we scheikundige veranderingen of reacties verklaren. Een reactie kunnen we in een reactieschema weergeven. Voor de pijl staan de beginstoffen en achter de pijl staan de stoffen die na de reactie ontstaan. We noemen die stoffen reactieproducten. De atoomtheorie van Dalton geeft de belangrijkste eigenschappen van atomen weer: - moleculen bestaan uit kleinere deeltjes, die we atomen noemen; - atomen kunnen niet veranderen; - een molecuul is opgebouwd uit een combinatie van atomen; - er bestaan ongeveer honderd verschillende atomen. Atomen zijn volgens de atoomtheorie kleine harde bolletjes. Een atoom geven we aan met een cirkel, met daarin het symbool van het atoom. Een molecuul geven we aan met aan elkaar getekende cirkels, met daarin de symbolen van de soorten atomen. Bij een reactie kunnen moleculen uit elkaar vallen in atomen. Deze atomen rangschikken zich soms weer tot nieuwe stoffen.

12 Meerkeuzevragen 1. Welke bewering is juist? a. moleculen zijn opgebouwd uit atomen b. atomen zijn opgebouwd uit moleculen c. een atoom is het zelfde als een molecuul d. een molecuul is kleiner dan een atoom 2. Wat betekent de volgende tekening? a. één molecuul ijzeroxide b. één atoom ijzer en één atoom zuurstof c. twee atomen ijzer en zuurstof d. twee atomen ijzeroxide 3. Wat betekent de volgende tekening? a. twee moleculen magnesiumoxide b. twee atomen magnesiumoxide c. twee moleculen magnesium en twee moleculen zuurstof d. twee atomen magnesium en twee atomen zuurstof 4. Waaruit is magnesium opgebouwd? a. uit magnesium en oxide b. uit magnesium en lucht c. uit atomen magnesium en zuurstof d. uit atomen magnesium 5. Hoeveel verschillende moleculen kun je met honderd verschillende atomen maken? a. honderd verschillende moleculen b. tweehonderd verschillende moleculen c. duizend verschillende moleculen d. miljoenen verschillende moleculen

13 6. Waaruit is het molecuul waterstofsulfide opgebouwd? a. atomen zwavel en atomen water b. atomen zwavel en atomen waterstof c. atomen zwavelstof en atomen water d. atomen zwavelstof en atomen waterstof 7. Uit atomen natrium (Na) en chloor (Cl) kun je keukenzout (Na, Cl) maken. Welk reactieschema hoort hierbij? a. Na + Na + Cl + Cl Na, Cl b. Na, Cl Na + Cl c. Na + Cl Na, Cl d. Na + Na + Cl Na, Cl Open vragen 1. a. Je hebt in een schaaltje een mengsel van ijzerpoeder en zwaveldeeltjes. Je houdt boven het schaaltje een magneet. Kun je met de atoomtheorie verklaren wat er gebeurt? Licht je antwoord toe. b. Als je een mengsel van ijzerpoeder en zwavelpoeder aansteekt, krijg je ijzersulfide. Wordt deze nieuwe stof aangetrokken door een magneet? Licht je antwoord toe. 2. Aardgas bestaat voor een groot deel uit methaan (C,H). Als je methaan verbrandt, gebruik je zuurstof. Er ontstaan bij de verbranding nieuwe stoffen: koolstofdioxide (C,O) en water. De verbranding van methaan ziet er in een reactieschema zo uit: methaan + zuurstof koolstofdioxide + water Je ziet dat er nieuwe stoffen ontstaan. Maak van het reactieschema een nieuw schema. Gebruik geen woorden, maar symbolen.

14 3. Als je kaliumoxide (K,O) in water (H,O) oplost, reageert dit met water. Er ontstaat dan een nieuwe stof: kaliumhydroxide {K,O,H). Het reactieschema ziet er zo uit: kaliumoxide + water kaliumhydroxide Als we alleen symbolen gebruiken, ziet dit schema er zo uit: K,O + H,O K,O,H Je ziet dat in beide reactieschema's nieuwe stoffen staan. Wat is er gebeurd? Verklaar je antwoord.