Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1 t/m 6

Transcriptie

1 Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 1 t/m 6 Samenvatting door een scholier 3396 woorden 22 februari ,4 46 keer beoordeeld Vak Methode Scheikunde Curie Scheikunde samenvatting periode 1 H1 Mengen, scheiden en reageren 1.1. Mengsels en zuivere stoffen Een mengsel bestaat uit verschillende stoffen. Een zuivere stof is één stof, dus geen mengsel. Emulsie: een troebele oplossing. - vloeistoffen waar de emulsie uit bestaan zijn niet mengbaar. - emulgator: een stof die ervoor zorgt dat een emulsie niet ontmengt. Een zuivere stof bestaat uit één soort moleculen Een mengsel bestaat uit of twee meer soorten moleculen. Scheiden Manier: Wat: Opmerking: 1) Indampen (berust op verschil in kookpunt) Vaste stof die is opgelost in een vloeistof. Het oplosmiddel verdwijnt doordat het verdampt: het gaat over in de gasfase; je houdt het residu over. 2) destilleren (berust op verschil in kookpunt) Een mengsel van twee vloeistoffen. 3) Bezinken (berust op verschil in dichtheid) Vaste stof in vloeistof. Deeltjes van vaste stof zakken naar bodem; vloeistof kan worden afgegoten. 4) filtreren (berust op verschil in deeltjesgrootte) Vaste stof in vloeistof. De vloeistof loopt door de poriën van een filter. De gelopen vloeistof heet het filtraat. Vaste stof blijft op filter achter en heet residu. - Hyperfiltratie / membraanscheiding: de poriën zijn zo klein, dat alleen watermoleculen kunnen passeren. 5) Adsorptie Kleurstof in oplossing. 6) Extractie (berust op de mogelijkheid tot oplossen van de stof) Mengsels van vaste stoffen. Mengsel wordt in contact gebracht met vloeistof: het extractiemiddel. Sommige stoffen lossen goed op in extractiemiddel, andere niet. 7) Uitkristalliseren Vaste, oplosbare stoffen Berust op het feit dat er meer vaste stof in water oplost bij een Pagina 1 van 12

2 hogere temperatuur dan bij een lagere temperatuur. 8) Centrifugeren Manier 1) versneld bezinken (met dicht vat) Manier 2) filtreren (met gaatjesvat) Scheidingsmethoden werkt op basis van de middelvliedende kracht en 1) op basis van dichtheid of 2) op basis van deeltjesgrootte. Rendement = verkregen hoeveelheid stof x 100% Totale hoeveelheid van de stof in het mengsel 1.2. Verbindingen en elementen Scheikundige reactie: beginstof(fen) reactieproduct(en) Ontledingsreactie: één beginstof twee of meer reactieproducten. Ontleden kan op 3 manieren: 1) thermolyse: ontleding door middel van warmte. 2) Elektrolyse: ontleding door middel van elektrische stroom. 3) Fotolyse: ontleding door middel van licht. Synthese: omgekeerde van een ontleding: de vorming van een gewenste stof uit twee of meer andere stoffen. - bijproducten: reactieproducten die ontstaan naast het gewenste reactieproduct verbranden: reageren met zuurstof. Reagens: een stof waarmee je een andere stof aantoont. - kalkwater is reagens op koolstofdioxide. - wit kopersulfaat is reagens op water. Atomen: kenmerken a) Moleculen zijn opgebouwd uit atomen b) Atomen zijn ondeelbaar (=oude aanname) en onvernietigbaar. c) Als de moleculen van een stof zijn opgebouwd uit één soort atomen, is de stof een niet-ontleedbare stof. d) Als de moleculen van een stof zijn opgebouwd uit verschillende soorten atomen, is de stof een ontleedbare stof. Moleculen van een niet-ontleedbare stof (= element) bestaan uit één soort atomen Moleculen van een ontleedbare stof bestaan uit twee of meer soorten atomen. Kleine getal rechts van elementssymbool: index Element: niet-ontleedbare stof OF atoomsoort. Namen van verbindingen met twee atoomsoorten: 1 Mono 2 Di 3 Tri 4 Tetra 5 Penta 6 Hexa Verdeeld in: a) metalen b) niet-metalen Verbindingen: ontleedbare stoffen. Pagina 2 van 12

3 Toestandsaanduiding: 1) (s) van solid: vast; 2) (l) van liquid: vloeibaar; 3) (g) van gaseous: gasvormig; 4) (aq) van aqua: opgelost in water. Reactievergelijking maak je door: - de namen van de stoffen te vervangen door formules; - het aantal atomen van elke atoomsoort voor en na de reactie gelijk te maken Behoudswetten Wet van behoud van massa: de totale massa van de stoffen voor het proces is gelijk aan de massa van de stoffen na het proces. Wet van elementenbehoud: de massa van een element voor het proces is gelijk aan de massa van dat element na het proces. Wet van behoud van energie: de totale energie voor een proces is gelijk aan de totale energie na het proces. - exotherme reactie: een reactie waarbij er energie uit de stoffen vrijkomt. - Endotherme reactie: een reactie waarbij er energie in de stoffen wordt opgeslagen Significante cijfers Significante cijfers: cijfers die een betekenis hebben. - Alleen het laatste cijfer van een significant cijfer mag geschat zijn. Bij vermenigvuldigen en delen van meetwaarden is het aantal significante cijfers van de uitkomst gelijk aan het kleinste aantal significante cijfers waarmee de berekening is uitgevoerd. - Nullen aan het einde van een getal zijn significante cijfers. - Nullen aan het begin van een getal zijn géén significante cijfers. Bij optellen en aftrekken is het aantal cijfers achter de komma van de uitkomst gelijk aan het kleinste aantal cijfers achter de komma waarmee de berekening is uitgevoerd Massa, volume en dichtheid dichtheid = massa volume p = m V 1.6. Gehalten Gehalten kan je op verschillende manieren uitdrukken: 1) aantal gram stof per 100g of per 1000g (= 1 kg) mengsel; 2) aantal gram stof per 100 ml of per 1000 ml (=1 L) mengsel; 3) massapercentage; 4) volumepercentage; 5) parts per million (= ppm) Pagina 3 van 12

4 Massapercenage = massa deel x 100% Massa geheel Volumepercentage = volume deel x 100% Volume geheel Massa-ppm = massa deel x 106 Massageheel Massa-volume = volume deel x 106 Volume geheel ADI: Aanvaardbare Dagelijkse inname - dosis waarbij geen effect op mensen is: no toxic effect level. - Veiligheidsniveau mensen: 1 honderdste van no toxic effect level. MAC: Maximale aanvaardbare concentraties. - maximale concentratie waaraan iemand zijn levend lang gedurende een werkdag van 8 uur blootgesteld mag worden zonder dat dit schadelijke gevolgen heeft. Mutagene stoffen: stoffen die in het lichaam een verandering (mutatie) in het DNA teweegbrengen. - mutagene stoffen die kanker veroorzaken: carcinogeen. H2 Koolstofchemie I 2.1. Koolstof Voor alles wat leeft is de atoomsoort essentieel Fossiele brandstoffen Kraken: een proces waarbij grote moleculen worden afgebroken tot kleinere moleculen. Duurzaam brandstoffen: brandstoffen die niet bijdragen aan het broeikaseffect en die er niet voor zorgen dat de natuurlijke voorraden afnemen Atoombinding; covalentie Een structuurformule geeft aan hoe de atomen in een molecuul door atoombindingen zijn verbonden. Een molecuulformule geeft aan uit welke atomen een molecuul is opgebouwd, en uit hoeveel atomen per atoomsoort. Covalentie: het aantal atoombindingen dat een atoom van een element vormt met andere atomen. Element Covalentie H, F, Cl, Br, I 1 O, S 2 N, P 3 C, Si 4 - covalenties komen alleen voor bij niet-metalen. - Er bestaan ook afwijkende covalenties. Een koolwaterstof is een verbinding van twee elementen: koolstof en waterstof Koolwaterstoffen-1: Ketens Alkanen Pagina 4 van 12

5 Naam Formule Methaan CH4 Ethaan C2H6 Propaan C3H8 Butaan C4H10 Pentaan C5H12 Hexaan C6H14 Algemene molecuulformule voor de alkanen: CnH2n+2 Halogeenalkanen zijn verbindingen waarbij in het molecuul van een alkaan één of meer H atomen vervangen zijn door atomen van een halogeen: F, Cl, Br of I. - Een atoom of atoomgroep die op deze wijze een H atoom vervangt, heet een substuent. Isomeren zijn stoffen die dezelfde molecuulformule hebben, maar een verschillende structuuformule. De alkanen met één koolstofketen zonder zijtakken heten onvertakte alkanen - de alkanen met één of meer zijtakken heten vertakte alkanen. Zijtakken die bestaan uit CH3 CH2 bestaat spreek je van een ethylgroep. - algemeen: alkylgroepen. Nummering voor een molecuul met zijvertakkingen moet zo worden gedaan dat het getal dat ontstaat zo klein mogelijk is. Zijtakken moeten in alfabetische volgorde voor de hoofdtak worden neergezet - hierna di, tri, etc. toevoegen (deze maken niet uit in volgorde!) Kraken: langere koolstofketens worden bij hoge temperatuur onder invloed van een katalysator letterlijk in stukken gebroken. - wordt gebruikt om brandstof voor auto s te maken. Alkeen: een koolwaterstof waarvan het molecuul één dubbele binding tussen twee koolstofatomen bevat. De algemene formule van de alkenen is CnH2n Naamgeving alkenen: a) de uitgang aan van alkaan vervang je door een van alkeen. b) De plaats van de dubbele binding geef je aan met een cijfer voor de naam van de hoofdketen. Het cijfer geeft aan bij welk koolstofatoom de dubbele binding begint. Dit nummering wordt zo gekozen dat het plaatscijfer van de dubbele C binding zo laag mogelijk is. c) De keuze van de zo laag mogelijke C binding heeft prioriteit over de keuze van lage cijfers voor vertakte bindingen. d) Meerder dubbele bindingen geef je aan met di, tri, etc. voor de nummering van de dubbele binding. De algemene molecuulformule voor de alkynen is CnH2n Karakteristieke groepen. Een homologe reeks is een verzameling van stoffen waarbij de moleculen van de volgende stof steeds één CH2 groep meer bevatten. Een alkanol is een verbinding die je krijgt door in het molecuul van een alkaan één H atoom te vervangen door een OH groep. Een alkaanamine is een verbinding die je krijgt door in het molecuul van een alkaan één H atoom te vervangen door een NH2 groep. Pagina 5 van 12

6 Een alkaanzuur is een alkaan met een COOH groep - de COOH groep wordt ook wel carbonzuurgroep genoemd. - Als een molecuulgroep twee zuurgroepen heeft dan heet het een dizuur. De algemene formule van de alkaanzuren is CnH2n+1COOH. In tegenstelling tot de eerder genoemde homologe reeksen kan n hier ook nul zijn. Naamgeving afspraken (zuurgroep): a) zuurgroep krijgt nummer 1 van de koolstofketen. b) Halogenen en groepen als methyl- en ethyl- volgens gangbare regels. c) Een OH groep wordt in een zuur hydroxy- genoemd. d) Een NH2 groep die in een zuur aanwezig is, heet amino- Hoe hoger de stof in BINAS tabel 103 C staan, hoe belangrijker ze in naamgeving staan (meer kans om de achteruitgang te krijgen) 2.6. Koolwaterstoffen-2: Ringverbindingen: Cycloalkanen zijn verzadigde cyclische koolwaterstoffen - verzadigde verbinding: een molecuul die alleen maar C-C bindingen heeft. Aromaten: zijn verbindingen met één of meer benzeenringen in het molecuul. Benzeen C6H6 Benzeen als zijgroep: fenylgroep. H3 Atoombouw en Periodiek Systeem; metalen 3.1. De bouw van het atoom Elektronen: negatieve deeltjes in een atoom. - lading van elektron: kleinste lading bekend: eenheidslading: 1- totale negatieve lading van de elektronen is gelijk aan de positieve lading van de kern; als geheel is een atoom dus elektrisch neutraal. Atoomnummer = aantal protonen in de kern Massagetal = aantal protonen + aantal neutronen in de kern. - lading proton = 1+, lading neutron = ongeladen 3.2. Ionen Elektrische stroom loopt doordat elektrisch geladen deeltjes zich verplaatsen: a) positieve deeltjes verplaatsen zich naar de negatieve pool. Daar worden ze omgezet in ongeladen atomen. b) Negatieve deeltjes verplaatsen zich naar de positieve pool. Daar reageren ze tot ongeladen atomen. - worden naar elementen gevormd. Een atoom dat elektronen heeft afgestaan is een positief ion. Een atoom dat elektronen heeft opgenomen is een negatief ion. Stoffen die zijn opgebouwd uit ionen noem je ionaire stoffen of zouten. - de positieve en de negatieve ionen trekken elkaar aan. - Stof wordt elektrisch neutraal. Pagina 6 van 12

7 3.3. Isotopen Isotopen zijn atomen met hetzelfde aantal protonen, maar met verschillende aantallen neutronen Atoom-, molecuul- en ionmassa Massa van een proton: 1,0 u Massa van een neutron: 1,0 u Massa van een elektron: 0,00055 u (meestal te verwaarlozen) De atoommassa van een element is het gewogen gemiddelde van de massa s van alle in de natuur voorkomende isotopen van dat element. De molecuulmassa M is de som van de atoommassa s van alle atomen van het moleculen (uitgedrukt in u). De massa van een ion is gelijk aan de massa van het overeenkomstige atoom Elementengroepen Alkalimetalen. (Li, Na, K) - onedele metalen - Oxideren zeer snel - Komen niet voor in natuur niet in vrije vorm als niet-ontleedbare stof (reageren snel) - Vormen éénwaardige positieve ionen: Li+, Na+, K+ Halogenen (F2, Cl, 2, Br2, I2) - komen in de natuur niet in vrije vorm als niet-ontleedbare stof voor. - Vormen éénwaardige negatieve ionen: F-, Cl-, Br- en I- Edelgassen: (He, Ne, Ar) - gasvormig - bestaan uit één-atomige moleculen - reageren niet of heel moeilijk met andere moleculen. - Onbrandbaar Het periodiek systeem der elementen Horizontale rijen heten perioden. Verticale kolommen heten groepen. - elke groep bevat elementen met overeenkomstige chemische eigenschappen. (o.a. ladingen, covalanties) metalen: - vormen positieve ionen - links in het periodiek systeem (uitzondering H) niet-metalen: - vormen negatieve ionen (uitzondering: edelgassen) - rechts in het periodiek systeem (uitzondering H) - verschillen sterk in eigenschappen Pagina 7 van 12

8 3.7. Metalen Metalen: ongeveer 80% van elementen Mengsels van metalen noem je alliages of legeringen Mengsel Bestaande uit: Brons Koper & Tin Soldeer Tin & Lood Messing of geel koper Koper & Zink Roestvrij staal IJzer & Nikkel & Chroom Amalgamen Kwik & andere metalen Metalen hebben een aantal overeenkomsten: a) geleiden de elektrische stroom goed; b) zijn goed vervormbaar door walsen en smeden; c) hebben een typische metaalglans d) hebben in het algemeen en hoog smeltpunt; e) voelen koud aan (goede warmtegeleiding); f) zijn in gesmolten toestand goed met elkaar mengbaar; g) vormen positieve ionen (in verbindingen) Metalen kun je indelen in de volgende groepen: a) de edele metalen (zoals goud, zilver en platina). b) de halfedele metalen (zoals koper en kwik). c) de onedele metalen (de meeste andere metalen: zoals ijzer, lood, tin, zink en alumium) d) de zeer onedele metalen (natrium, klaium, calcium en barium) Naarmate metalen minder snel door zuurstof en/of water worden aangetast zijn ze edeler. Ertsen: verbindingen waaruit metalen op grote schaal gewonnen worden. Een kristalrooster is de regelmatige rangschikking van de deeltjes in een vaste stof. De inwendige regelmaat veroorzaakt een uitwendige regelmaat: kristallen. - rooster: regelmatige rangschikking - bij een metaal: metaalrooster. De positieve metaalionen worden bijeengehouden door de vrij bewegende elektronen. De metaalbinding is de verbinding tussen positieve metaalionen en de daartussen bewegende vrije elektronen. - bij het verschuiven van de moleculen, blijven de vrije elektronen de metaalionen vasthouden: dit verklaart de makkelijke vervormbaarheid van metalen. Legering is harder en minder buigzaam, doordat de moleculen in de legering van grootte variëren (hierdoor kunnen de deeltjes minder makkelijk over elkaar heen bewegen). H4 Zouten 4.1 Kenmerken van zouten Een zout is een verbinding die is opgebouwd uit ionen. Alle verbindingen gevormd uit metalen en niet-metalen zijn zouten. Zouten noem je ook ionaire of ionogene stoffen. Pagina 8 van 12

9 - zouten zijn niet brandbaar en zijn bij kamertemperatuur vaste stoffen. - Zouten hebben hoge smeltpunten - Sterke ionbinding (= binding tussen de positieve en de negatieve ionen) Een vast zout geleidt elektriciteit niet Een opgelost zout geleidt elektriciteit wel. Een gesmolten zout geleidt elektriciteit wel. - elektrische stroom is de verplaatsing van elektrisch geladen deeltjes (in vast zout kunnen ionen zich niet vrij bewegen, dus geen elektrische stroom). Ionroosters: kristalroosters van zouten. - ionaire stof is hard en bros Ionladingen; formules en namen van zouten. Ionlading: elektrovalentie. Metalen Ionladingen Niet-metalen Ionladingen K, Na, Ag 1+ F, Cl, Br, I 1- Al 3+ O, S 2- Fe 2+, 3+ Overige Meestal 2+ Fe2+ = IJzer(II) ion (romeins cijfer voor lading bij ionen met meerdere ladingen) Ionen die gevormd zijn uit meer dan één atoom: samengesteld ion. Een enkelvoudig ion is één atoom dat een positieve of negatieve lading heeft doordat het één of meer elektronen heeft afgestaan of opgenomen. Een samengesteld ion is een atoomgroep die een positieve of negatieve lading heeft. Naam Formule Naam Formule Hydroxide OH- Sulfaat SO42- Carbonaat CO32- Sulfiet SO32- Waterstofcarbonaat HCO3- Silicaat SiO32- Fosfaat PO43- Acetaat (=Ac) CH3COO- Nitraat NO3- Nitriet NO2- Ammonium NH4+ (= geen metaal) NH4+ geen metaal, maar wel ion: dus bindingen met NH4+ zijn zouten Zouten en water. Wanneer je een zout oplost, komen ionen los uit de vaste stof. Hydratatie: als een opgeloste stof wordt omringd door watermoleculen (= watermantel). - gehydrateerde ionen bewgen vrij door vloeistof. Als de oplossing een maximale hoeveelheid zout heeft opgenomen (per L), dan is deze verzadigd. Zouthydraten: hydraten: stoffen die water opnemen in ionrooster. - opgenomen water: kristalwater. Aanwezigheid van kristalwater noteer je met een punt: Na2CO3 10H2O - hoeveelheid water wordt met een voorvoegsel genoteerd. (Natriumcarbonaatdecahydraat) Pagina 9 van 12

10 4.4. Neerslagreacties Zouten worden gevormd slecht oplosbaar zout kristalliseert neerslag. Tribune-ionen: ionen die niet reageren, maar wel aanwezig zijn. - worden niet in reactievergelijking opgenomen Toepassingen van neerslagreacties BINAS Tabel 45A H5 Oplossen en mengen 5.1. Moleculaire stoffen Meeste stoffen bestaan uit moleculen: moleculaire stoffen - stoffen die geen metaalatomen bevatten. Vanderwaalskrachten: Vanderwaalsbindingen: molecuulbindingen: de binding die ontstaat door de aantrekkingskracht tussen moleculen. - kan worden verbroken door hoge temperaturen. Regelmatige rangschikking van moleculen bij moleculaire stoffen: molecuulrooster. Bij vaste stof jood twee soorten verbindingen: a) tussen de moleculen de zwakke vanderwaalsbindingen. b) in elk molecuul de veel sterkere atoombinding tussen de atomen Krachten in en tussen de moleculen. Een atoombinding is de binding door een gemeenschappelijk elektronenpaar - komt voor bij niet-metaalatomen in moleculaire stoffen. Een streepje in een structuurformule geeft één gemeenschappelijk elektronenpaar aan. Een polaire atoombinding of polaire binding is een atoombinding tussen twee atomen Een dipool is een deeltje met aan de ene kant een kleine positieve lading en aan de andere kant een kleine negatieve lading. - moleculen zijn dipolen als er polaire bindingen zijn en de centra van positieve en negatieve ladingen niet samenvallen. (Daarvoor moet je bindingshoeken weten!) Een dipool-dipoolbinding is de binding tussen dipoolmoleculen waarbij de positieve kant van een molecuul de negatieve kant van een ander molecuul aantrekt. Moleculaire stoffen in twee groepen: 1) polaire stoffen: Een polaire stof is een moleculaire stof waarvan de moleculen dipolen zijn. 2) apolaire stoffen: Een apolaire stof is een moleculaire stof waarvan de moleculen géén dipolen zijn. Lineaire (molecuul)structuur: de bindingshoek van een molecuul is 180 Bij hydratatie van ionen worden deze omringd door dipoolmoleculen. De negatieve kant van het molecuul richt zich naar het positieve ion, de positieve kant naar het negatieve ion. Dit is een dipool-ionbinding Waterstofbruggen Een waterstofbrug of H brug is de binding tussen moleculen waarbij zich een H atoom bevindt tussen twee O of twee N atomen, of tussen een O en een N atoom. Pagina 10 van 12

11 - de H brug is zwakker dan de atoombinding, polaire binding of ionbinding, maar sterker dan de vanderwaalsbinding. De H brug is sterker dan dipool-dipoolbindingen, doordat a) O en N sterk elektronegatieve elementen zijn, en dus de δ+ en de δ- ladingen groter zijn dan in andere gevallen; b) De afstanden tussen de ladingen klein zijn; het gaat om kleine atomen. Vuistregel: smelt- en kookpunt neemt toe met grotere molecuulmassa. Waterstofbruggen binnen eenzelfde molecuul zijn in tegenstelling tot normale waterstofbruggen zeer sterk Hydrofiele en hydrofobe stoffen. Als vuistregels voor het oplossen van stoffen geldt het volgende: a) Hydrofiele stoffen lossen goed op in andere hydrofiele stoffen b) Hydrofobe stoffen lossen goed op in andere hydrofobe stoffen. c) Hydrofiele stoffen lossen slecht op in hydrofobe stoffen. Hydrofiele stof: lost goed op in water (vaak dankzij waterstofbruggen) Hydrofobe stof: lost niet goed op in water (vaak dankzij afwezigheid waterstofbruggen). Bij een langer molecuul wordt het hydrofobe karakter sterker: lost minder goed op. H6 Rekenen aan reacties Rekenen met massa s. Rendement = werkelijke opbrengst x 100% Theoretische opbrengst 6.2. Rekenen met de mol Eén mol van een stof is de hoeveelheid waarvan de massa in gram gelijk is aan de massa van een deeltje van de stof in u. De massa van één mol stof noem je de molaire massa. Het symbool hiervan is M. De eenheid is gram per mol, afgekort g mol-1 Aantal mol = massa molaire massa n = m M 6.3 Concentratie Molariteit = aantal mol Aantal liter In de scheikunde druk je concentratie meestal uit in het aantal mol stof per liter. De eenheid mol L-1 noem je molair, afgekort tot M. Verdunningsfactor: verhouding tussen het nieuwe volume en het oorspronkelijke volume Het molair volume. Er zijn drie factoren die het volume van een gas bepalen: Pagina 11 van 12

12 a) het aantal moleculen of het aantal mol. b) De temperatuur c) De druk Gelijke volumes van gassen bevatten onder dezelfde omstandigheden evenveel moleculen en dus evenveel mol. Het volume van één mol is bij elk gas hetzelfde. Je noemt dit volume het molair volume Vm. Het molair volume is alleen afhankelijk van temperatuur en druk. Vm (273K, p = po) = 22,4 dm3 mol-1 po is de standaarddruk van 1,01 x 105 Pa (= 1 bar) (BINAS tabel 7) Molair volume = aantal dm3 Aantal mol Gaswet: p x V = n x R x T V1 = T1 V2 T2 1) p de druk in Pa (N/m2) 2) V het volume in m3 3) n de hoeveelheid gas in mol 4) R de gasconstante (8, JK-1mol-1 of L.atm/mol.K) 5) T de absolute temperatuur in K 6.5. SPA Systematische Plan van Aanpak Analyse Plan Uitwerking Controle Pagina 12 van 12