Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 2 en 3

Transcriptie

1 Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 2 en 3 Samenvatting door een scholier 2082 woorden 9 oktober ,4 56 keer beoordeeld Vak Scheikunde Scheikunde, hoofstuk 2 en 3 Par. 2.1 Fossiele brandstoffen Fossiele brandstoffen zijn steenkool, aardolie en aardgas. De fossiele brandstoffen zijn heel lang geleden door het afsterven van levende organismen ontstaan. Methaan, propaan en butaan behoren tot de koolwaterstoffen. Zij bevatten de elementen koolstof en waterstof. De koolwaterstoffen behoren tot de koolstofverbindingen. En die bevatten in ieder geval koolstof. Ze kunnen ook nog andere elementen bevatten, zoals zuurstof en stikstof. Wanneer er geen volledige verbranding is, door te weinig zuurstof, ontstaan er giftige stoffen, zoals koolstofmonooxide en roet`. Verder geven de fossiele brandstoffen nog een probleem. Aardolie en aardgas bevatten namelijk het element zwavel. Bij verbranding ontstaat zwaveldioxide, dit veroorzaakt zure regen. Nitreuze dampen bevatten verschillende stikstofoxiden, NOx. Deze ontstaan in een benzinemotor. Door gebruik te maken van een katalysator in de uitlaat worden deze stoffen verwijderd. En bij de volledige verbranding van de fossiele brandstoffen ontstaat o.a. koolstofdioxide, dat zorgt voor het broeikaseffect. Dit vormt een deken om de aarde. Methaan, lachgas en ozon helpen hier ook aan mee. Het CO2 gehalte in de atmosfeer stijgt, daardoor warmt de aarde op, met als gevolg klimaatveranderingen. Par. 2.2 Altenatieve brandstoffen Alternatieve brandstoffen zijn andere brandstoffen dan fossiele brandstoffen. De alternatieve brandstoffen moeten worden gezocht, omdat de fossiele brandstoffen een keer opraken. Voorbeelden van alternatieve brandstoffen zijn: biogas, bio-alcohol en waterstof. Deze brandstoffen gebruiken we dan voor ons energiegebruik. Men kan steenkool ook winnen door middel van ondergrondse kolenvergassing, dit gebeurt zo: eerst reageert waterdamp met koolstof tot koolstofmonooxide en waterstof. En dan reageren koolstof en zuurstof tot koolstofmonooxide. Een mengsel van waterstof en koolstofmonooxide noemt men watergas. Bij de productie van biogas en bio-alcohol wordt CO2 gebruikt, daardoor draagt het verbranden van deze brandstoffen niet bij aan het broeikaseffect. Par. 2.3 Aardolie Bij de gefractioneerde destillatie van aardolie wordt aardolie gescheiden in een aantal mengsels van stoffen: de fracties. De kookpunten van de stoffen in één fractie liggen dichtbij elkaar. Deze verschillende fracties hebben allerlei belangrijke toepassingen. De fracties worden gebruikt als brandstof, als Pagina 1 van 5

2 smeermiddel en als grondstof voor de chemische industrie. Het residu wordt gebruikt in asfalt. Fractie toepassing < 5 C gasvormige bestanddelen (lpg) 20 C tot 180 C gasolie ( autobrandstoffen) 180 C tot 260 C kerosine (vliegtuigen) 260 C tot 340 C diesel (autobrandstof) 340 C tot 600 C smeermiddelen > 600 C zware stookolie residu bitumen, asfalt De destillatie van aardolie kun je in een blokschema weergeven. In zo n schema staat een proces verkort weergegeven. Met pijlen geef je aan dat er stoffen, en welke stoffen, worden aangevoerd en afgevoerd. Er geldt hier hoe hoger de pijl uit het blok komt, hoe lager het kookpunt of kooktraject is. Par. 2.4 Atoombinding Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen, ze geleiden de stroom in de vaste èn de vloeibare toestand niet. Een molecuul is een aantal atomen die aan elkaar zijn gebonden. De molecuulformule geeft aan welke atoomsoorten en hoeveel atomen van elke soort in een molecuul aanwezig zijn. Het atoomnummer één betekent dat een waterstofatoom bestaat uit één proton en één elektron. Waterstofgas, H2, bestaat uit moleculen waarin twee waterstofatomen aan elkaar zijn gebonden. Positieve ladingen stoten elkaar af. Negatieve en positieve ladingen trekken elkaar aan. Een binding tussen atomen heten atoombindingen. Bij de atoombinding houdt een gemeenschappelijk negatief elektronenpaar de twee positieve atoomresten bij elkaar. Het aantal elektronen dat een atoom beschikbaar heeft voor de atoombinding heet de covalentie van een atoom. Deze covalentie is voor elke atoomsoort karakteristiek. Een ander woord voor atoombinding is covalente binding. Een structuurformule is een formule waarin de atoombindingen met streepjes tussen de elementsymbolen zijn weergegeven. In een structuurformule kun je dus aflezen welke atomen op welke manier aan elkaar vastzitten. Dit is een ruimtelijke voorstelling. Er bestaan ook dubbele bindingen. De covalentie van: is: H, Cl, F, Br en I 1 O en S 2 P en N 3 C 4 Par. 2.5 Kraken Wanneer er in de moleculen uitsluitend enkelvoudige bindingen aanwezig zijn, noemen ze dit verzadigde koolwaterstoffen. En wanneer er wel dubbele bindingen tussen de koolwaterstoffen voorkomen, noemt men dat onverzadigde bindingen. Butaan is een voorbeeld van een verzadigd koolwaterstof. Buteen is een voorbeeld van een onverzadigd koolwaterstof. Omdat bij het destilleren van aardolie nog niet genoeg benzine ontstaat, wordt er gezocht naar andere manieren om meer benzine te maken. In een kraakinstallatie wordt dan ook uit andere aardoliefracties via een chemisch reactie benzine gemaakt. Dit noemen we kraken. Bij het kraken worden uit grote moleculen kleinere moleculen gemaakt. Ze worden als het ware gekraakt. De reactievergelijking van het kraken: C12H26 (l) C8H18 (l) + C4H8 (l) Pagina 2 van 5

3 Het reactieproduct is altijd een mengsel van verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen, dit komt doordat er te weinig waterstofatomen zijn. Par 3.1 Alkanen De alkanen zijn een deelverzameling van de koolwaterstoffen. De algemene formule: CnH2n+2. Een groep stoffen met dezelfde algemene formule heet een homologe reeks. De stoffen daarbinnen hebben ongeveer dezelfde eigenschappen. De volgende formules moeten we kennen: Formule naam CH4 methaan C2H4 ethaan C3H8 propaan C4H10 butaaan C5H12 pentaan C6H14 hexaan In een structuurformule geef je met symbolen en streepjes aan hoe de atomen in een molecuul aan elkaar vastzitten. In een koolstofskelet teken je alleen de koolstofatomen. De waterstofatomen laat je dan weg. Maar je kunt het ook nog anders opschrijven namelijk zo: propaan: CH3 CH2 CH3. Bij één molecuulformule kun je vaak verschillende structuurformules tekenen. Deze stellen twee verschillende stoffen, met verschillende eigenschappen voor. Die twee stoffen zijn isomeren. Wanneer bij één molecuulformule twee of meer verschillende structuurformules mogelijk zijn, spreek je van isomerie. Koolstofketens kunnen vertakt en onvertakt zijn. Bij onvertakte ketens zijn de C atomen aan maximaal twee andere C atomen gebonden. Wanneer de vraag is hoeveel en welke isomeren er zijn, ga je als volgt verder: - Je tekent eer de onvertakte koolstofskelet. - Maak daarna het koolstofskelet een koolstofatoom korter. Plaats dit atoom op een andere plaats (niets plaats 1 en de laatste). Plaats het atoom steeds op een andere plaats. - Maak het koolstofskelet daarna nog korter en kijk waar je de twee losse koolstofatomen kunt plaatsen. - Als laatste zet je nog overal de waterstofatomen bij. (voorbeel -> zie blz. 55) Par 3.2 Systematische naamgeving De hoofdketen is de langste ononderbroken koolstofketen. Die keten geef je aan met een stamnaam. De volgende stamnamen moet je uit je hoofd kennen: Aantal koolstofatomen in hoofdketen stamnaam 1 methaan 2 ethaan 3 propaan 4 butaan 5 pentaan 6 hexaan Wanneer er aan een koolstofatoom van de hoofdketen iets anders zit dan een waterstofatoom, spreek je over een zijgroep. Wanneer de zijgroep andere atomen dan C of H bevat, is er sprake van een karakteristieke groep. Voorbeelden daarvan zijn chlooratomen en broomatomen. Structuurformules zijtakken naam van de zijtak Pagina 3 van 5

4 - CH3 methyl - CH2 - CH3 ethyl - CH2 - CH2 - CH3 propyl - CH - CH3 1-methylethyl CH3 Je geeft een plaats aan met een plaatsnummer, je geeft de koolstofatomen van de hoofdketen een nummer. Je nummert in één richting, zodat het plaatsnummer of de som van de plaatsnummers zo laag mogelijk is. Wanneer er geen verwarring mogelijk is, mag je het plaatsnummer ook weglaten. Als aan een hoofdketen twee of meer dezelfde zijtakken of zijgroepen zitten, geef je dat met een numeriek voorvoegsel aan. Aantal dezelfde zijgroepen numeriek voorvoegsel 2 di 3 tri 4 tetra Wanneer er naar de systematische naam wordt gevraagd, ga je als volgt te werk: - zoek de hoofdketen: de langste ononderbroken koolstofketen en geef de stamnaam. - Kijk welke en hoeveel zijgroepen er zijn. Geef de juiste naam (let op di-, tri-) - Kijk aan welke koolstofatomen deze zijgroepen vastzitten. Geef de plaatsnummers. Zet tussen de plaatsnummers een komma en zet voor en achter deze getallen een streepje. - Je gaat bij het nummeren van de hoofdketen zo laag mogelijk te werk. - De volgorde van de zijgroepen moet alfabetisch zijn. Let hierbij niet op de numerieke voorvoegsels. (Een voorbeeld is 1,1-dibroom-3-chloor-2-joodbutaan, zie blz. 58) Wanneer je van naam naar een structuurformule moet, ga je als volgt te werk: - De stamnaam levert het aantal koolstofatomen. - Zet de zijtakken en karakteristieke groepen op de juiste plaats. - Vul de rest aan met waterstoffen. Par. 3.3 Onverzadigde koolwaterstoffen Bij verzadigde stoffen komen alleen enkelvoudige C C bindingen voor. Alle alkanen zijn verzadigd, zij bevatten immers het maximale aantal waterstofatomen. Een alkeen heeft als kenmerk de C = C binding in een molecuul en is dus onverzadigd. Er kunnen immers nog twee waterstofatomen bij. Wanneer in de koolstofketen een dubbele binding voorkomt, heb je te maken met een onverzadigde verbinding. Er bestaan ook onverzadigde koolwaterstoffen met een drievoudige binding tussen twee koolstofatomen, Dat zijn alkynen. Alkenen vormen een homologe reeks met als algemene formule CnH2n. In de moleculen van de alkenen komt een dubbele binding voor. Alkenen zijn onverzadigde verbindingen. Je kunt ze met broomwater aantonen. De bruine kleur van broom verdwijnt dan snel. De naam van een alkeen wordt gevormd door achter de stamnaam de uitgang een te zetten. Verder is de naamgeving precies hetzelfde. Als in een molecuul twee of drie dubbele bindingen voorkomen, wordt de uitgang dieen of trieen. De alkynen vormen ook een homologe reeks. De algemene formule is CnH2n+2. De drievoudige binding geef je aan met de uitgang yn i.p.v. aan. Par. 3.4 Additiereactie In de moleculen van een onverzadigde verbinding, komt een dubbele binding voor. Als deze dubbele Pagina 4 van 5

5 binding openspringt, krijgen beide koolstofatomen de mogelijkheid een ander atoom of atoomgroep te binden. Dan wordt er iets toegevoegd. Zo n reactie heet een additiereactie. Bij een additiereactie heb je twee beginstoffen en één reactieproduct. Een alkeen kan met de volgende stoffen gaan adderen: H2, de halogenen (F2, Cl2, Br2, I2), de waterstofhalogeniden (HCl en HBr) en H2O. Bij alle gevallen behalve H2O weet je wat er gebeurt. H2O splits je zo: H OH. Het ene atoom bindt H en het andere bindt OH. Par. 3.5 Substitutiereactie Bij een substitutiereactie reageert een alkaan met chloor, broom of jood. Daarbij worden een of meer waterstofatomen vervangen door chloor-, broom-, of joodatomen. Deze reactie kan alleen verlopen onder invloed van licht. Bij een substitutiereactie heb je twee beginstoffen en twee reactieproducten. Een substitutiereactie hoeft niet te stoppen na vervanging van één waterstofatoom. Zeker bij gebruik van een overmaat andere stof ontstaan ook koolwaterstoffen waarbij per molecuul meerdere waterstofatomen zijn vervangen. Een alkaan kan met de halogenen, F2, Cl2 en Br2 onder invloed van licht een substitutiereactie aangaan. Bij deze reacties ontstaan waterstoffluoride, -chloride en bromide en een fluor-, chloor- en broomalkaan. Wanneer je in een alkaanmolecuul meer dan één waterstofatoom wilt vervangen, gebruik je per alkaanmolecuul meer moleculen halogeen. Je doet dit stapsgewijs en je telt daarna de afzonderlijke stappen bij elkaar op. Par. 3.6 Ringvormige koolwaterstoffen Als het laatste koolstofatoom met het eerste koolstofatoom elkaar binden, ontstaat er een ringvormige koolwaterstof. Deze cyclische koolwaterstoffen heten cycloalkanen. Bij de naamgeving zet je voor de stamnaam het voorvoegsel cyclo-. Een bijzondere cyclische koolwaterstof is benzeen, C6H6. Hierin levert ieder koolstofatoom naast drie bindingen een elektron ter versteviging van de ringstructuur. Dit geef je weer met een cirkel in de benzeenring. Stoffen waarvan de moleculen een benzeenring bezitten, heten aromaten. De naamgeving bij de aromaten is hetzelfde als bij de alkanen. De stamnaam is benzeen. Koolstofatomen zonder een benzeenring in de moleculen worden alifaten genoemd. Par. 3.7 Alcoholen en aminen Een stof waarvan de moleculen OH groepen bevatten, noem je alcoholen. De karakteristieke OH groep heet een hydroxylgroep. Als in een molecuul van een alkaan slechts één waterstofatoom door een hydroxylgroep is vervangen, heb je een alkanol. De naam van een alkanol krijg je door achter de stamnaam het achtervoegsel ol te zetten. Als er meerdere mogelijkheden zijn, gebruik je plaatsnummers. Als een molecuul twee OH groepen bevat, wordt het achtervoegsel diol. Bij drie OH groepen is dat triol. Wanneer een stof de moleculen NH2 groepen bevatten, is het een amine. De karakteristieke NH2 groep heet een aminogroep. Als in een molecuul van een alkaan slechts één waterstofatoom door een aminogroep is vervangen, spreek je van een alkaanamine. De naam daarvan krijg je door achter de stamnaam amine te zetten. Bij meerdere mogelijkheden: gebruik plaatsnummer. Als er twee NH2 groepen aanwezig zijn, gebruik je diamine. Wanneer er een NH2 groep en een OH groep voorkomen, gebruik je het voorvoegsel amino- en het achtervoegsel ol. Pagina 5 van 5