Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 6/7/8 + 9 (par. 1 tm 3)

Transcriptie

1 Samenvatting Scheikunde Hoofdstuk 6/7/8 + 9 (par. 1 tm 3) Samenvatting door Esmee 3120 woorden 1 jaar geleden 4,6 5 keer beoordeeld Vak Methode Scheikunde Chemie overal Scheikunde Hoofdstuk 6 2. Reacties tussen ionen Een neerslagreactie is een reactie tussen ionen die niet naast elkaar in een oplossing kunnen voorkomen. Het reactieproduct is een vast zout. De reactievergelijking van een ion wordt een ionvergelijking genoemd. Bijvoorbeeld: Pb 2+ (aq)+2i - PbI 2 (s) Een neerslagreactie stopt als 1 van de 2 reagerende ionsoorten op is. Wat overblijft van de andere ionsoort is de overmaat die in de oplossing blijft. Hard water bevat Ca 2+ -ionen, tijdens het verwarmen van hard water treed er een neerslagreactie op en krijg je het zout CaCO 3 (kalk). Als je wast met hard water (je kleding) dan ontstaat er kalkzeep, genaamd calciumstearaat Ca(C 17 H 35 COO) 2 (s) Pagina 1 van 17

2 3. Toepassingen van neerslagreacties Neerslagreacties kun je gebruiken om: ongewenste ionen uit een oplossing te verwijderen; nieuwe zouten te maken; aan te tonen dat een bepaalde ionsoort in een oplossing aanwezig is. Je kunt een ionsoort uit een oplossing verwijderen door er een andere oplossing aan toe te voegen. Die oplossing moet een ionsoort bevatten die reageert met de te verwijderen ionsoort. Het ontstane neerslag kun je affilteren. Een slecht oplosbaar zout kun je maken door 2 zoutoplossingen bij elkaar te schenken. Die 2 zoutoplossingen moeten de ionsoorten bevatten van het zout dat je wilt maken en 2 andere ionsoorten die niet met elkaar reageren. Een goed oplosbaar zout kun je maken door 2 zoutoplossingen bij elkaar te schenken. Die 2 zoutoplossingen moeten de ionsoorten bevatten van het zout dat je wilt maken en 2 andere ionsoorten die wel met elkaar reageren. Je toont een ionsoort in een oplossing aan door er een andere oplossing aan toe te voegen. Die oplossing moet een ionsoort bevatten die uitsluitend reageert met de aan te tonen ionsoort. 4. Omkeerbare reacties en evenwicht Het opnemen en afstaan van kristalwater is een omkeerbare reactie. De reactie kan van 1 naar 2 en van 2 weer naar 1 reageren. Ze kunnen ook vrijwel tegelijkertijd verlopen. Als er een chemisch evenwicht of dynamisch evenwicht is, verlopen 2 omkeerbare reacties tegelijkertijd met dezelfde snelheden. De concentraties van de stoffen in het reactievat veranderen dan niet meer. Het hangt van de ligging van het evenwicht af of de concentratie van de beginstoffen groter is dan die van de reactieproducten of omgekeerd. Er zijn veel soorten evenwichten met een reactie, verdelingsevenwicht, homogeen evenwicht (als de beginstoffen als reactieproducten zich in dezelfde toestand bevinden) en een heterogeen evenwicht (als de beginstoffen zich in een andere toestand bevinden als reactieproducten). Uit elke reactievergelijking kun je een concentratiebreuk afleiden: een formule waarin de concentraties van de Pagina 2 van 17

3 reagerende stoffen in een bepaalde verhouding worden weergegeven. Pas in de evenwichtstoestand is de waarde constant. Deze constante waarde noemen we de evenwichtsconstante (K), de waarde van K is alleen afhankelijk van de temperatuur. Alle andere factoren hebben geen invloed op de waarde van K. Je kan van elk evenwicht een aflopende reactie maken door 1 van de reagerende stoffen uit het reactiemengsel te verwijderen. Hoofdstuk Alkanen en alkenen Er bestaan veel koolstofverbindingen, stoffen waarin de atoomsoort C voorkomt. De verbindingen zijn onder te verdelen in subgroepen. 1 daarvan is de groep koolwaterstoffen. Daarvan heb je weer 4 takken: onvertakte en vertakte koolwaterstoffen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen Onvertakt koolwaterstof verzadigd Pagina 3 van 17

4 Vertakt koolwaterstof verzadigd Onvertakt koolwaterstof onverzadigd Alkanen zijn in de verhouding n: 2n + 2 dus C n H 2n+2 Alkenen zijn in de verhouding n: 2n dus C n H 2n Isomerie is het verschijnsel dat verschillende stoffen dezelfde molecuulformule hebben. Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule, maar verschillende structuurformules. Alkanen: Alkenen: methaan ethaan propaan butaan pentaan hexaan 1. metheen 2. etheen 3. propeen 4. buteen 5. penteen 6. hexeen CH 3 = methyl C 2 H 5 = ethyl Pagina 4 van 17

5 7.3 Koolstofverbindingen met een karakteristieke groep Een karakteristieke groep is een atoom (geen C of H) of een groep atomen in een koolstofverbinding. De karakteristieke groep geeft de verbinding een speciale eigenschap. In een halogeenalkaan is een H-atoom vervangen door een halogeenatoom. De naam van deze karakteristieke groep wordt geplaatst vóór de stamnaam van de alkaanketen. O Alle koolstofverbindingen waarin de karakteristieke groep met de formule C Pagina 5 van 17

6 O H Pagina 6 van 17

7 aanwezig is, behoren tot de groep van de carbonzuren. Een subgroep van de carbonzuren wordt gevormd door de homologe reeks van de alkaanzuren. Een alkaanzuur kun je opvatten als een alkaan waarin een CH 3 -groep is vervangen door een COOH-groep. Als naam krijg je dan -zuur achter de stamnaam. (bijvoorbeeld ethaanzuur). Alle koolstofverbindingen waarin de karakteristieke groep met de formule -O-H aanwezig is, behoren tot de groep van de alcoholen. Een subgroep van de alcoholen wordt gevormd door de homologe reeks van de alkanolen. Een alkanol kun je opvatten als een alkaan waarin 1 H-atoom is vervangen door een -OH-groep. Achter de stamnaam komt dat -ol. (bijvoorbeeld propanol). Alle koolstofverbindingen waarin de karakteristieke groep met de formule -NH 2 aanwezig is, behoren tot de groep van de amines. Een subgroep van de amines wordt gevormd door de homologe reeks van de alkaanamines. Achter de stamnaam komt dan -amine. (bijvoorbeeld butaanamine). Voor sommige koolstofverbindingen gebruik je triviale namen, die zijn niet-systematisch. Ethanol- alcohol Ethaanzuur- azijnzuur 7.4 Substitutie- en addictiereacties Een substitutiereactie is een reactie tussen een alkaan en een halogeen. In principe kan elke H-atoom in het alkaan worden vervangen door een halogeenatoom, bijvoorbeeld: C 6 H 14 + Br 2 C 6 H 13 + Hbr Een addictiereactie is een reactie tussen een alkeen en een stof met kleine moleculen, bijvoorbeeld een halogeen. De dubbele binding in het alkeenmolecuul breekt open en beide halogeenatomen koppelen op de vrijgekomen bindingsplaatsen. De aanwezigheid van een onverzadigde verbinding kun je aantonen met behulp van een broomoplossing. H 2 O CH 2 + H Br H 2 C CH 2 H Br Pagina 7 van 17

8 Bij de addictie van waterstof aan een alkeen ontstaat een alkaan. Bij de addictie van water aan een alkeen ontstaat een alkanol. 7.5 Ethanol Ethanol is een verbinding uit de homologe reeks van de alkanolen. De triviale naam is alcohol. Er zijn 2 productieprocessen voor ethanol. De productie van ethanol uit etheen; De productie van ethanol uit glucose. De productie van ethanol uit etheen berust op de addictie van water aan etheen. Om dit proces te kunnen laten verlopen, is een katalysator vereist. De vergelijking van deze reactie is: H 2 C CH 2 + H 2 O H 3 C CH 2 OH De productie van ethanol uit glucose berust op de aanwezigheid van gistcellen en glucose, door de aanwezigheid van gistcellen wordt glucose omgezet in ethanol en CO 2. Dit proces heet vergisting. De vergelijking van deze reactie is: C 6 H 12 O 6 (aq) 2 C 2 H 5 OH(aq) + 2 CO 2 (aq) Ethanol wordt gebruikt als genotsmiddel in alcoholische dranken, als brandstof, oplossing en schoonmaakmiddel. Op ethanol die je gebruikt als genotmiddel heft de overheid accijns, dat betekent dat een deel van de prijs ervan bestaat uit belasting die de staat incasseert. Gebruik je ethanol voor andere doeleinden, dan is dit niet het geval. Pagina 8 van 17

9 7.5 Esters Een ester is een koolstofverbinding die herkenbaar is aan een bepaalde karakteristieke groep in zijn moleculen, de estergroep: De naam van een ester is gebaseerd op de grondstoffen waaruit deze gemaakt is: een alcohol en een carbonzuur. De reactie verloopt in aanwezigheid van H + -ionen als katalysator en behoort tot de condensatiereacties. De estervorming is een reactie die ook in tegengestelde richting kan verlopen, het is dus een omkeerbare reactie. Als een ester met water reageert zijn de reactieproducten een zuur en een alcohol. Deze reactie wordt gekatalyseerd door H + -ionen. Zo'n reactie heet een hydrolyse. Esters zijn verbindingen die je in het dagelijks leven veel tegenkomt, men past ze toe op veel gebieden: Aroma's natuurlijke geur- en smaakstoffen zijn vaak zeer ingewikkelde estermengsels. Oplosmiddel bijvoorbeeld voor verven, lijmen en harsen. Vooral de esters van ethaanzuur zijn hiervoor zeer geschikt. De ester van ethanol en ethaanzuur gebruikt men als extractiemiddel voor cafeïne bij het maken van cafeïnevrije koffie. Medische toepassing bijvoorbeeld om het sneller door het bloed opgenomen te laten worden. 7.7 Oliën en vetten Natuurlijke oliën en vetten zijn esters. Per molecuul zijn er 3 estergroepen aanwezigheid. Daarom noem je ze triesters. Pagina 9 van 17

10 De grondstoffen waaruit oliën en vetten zijn ontstaan, zijn glycerol, een alcohol met de systematische naam 1,2,3- propaantriol, en carbonzuren met lange koolstofketens. Deze zuren heten vetzuren. Een vet is bij kamertemperatuur vast, een olie vloeibaar. Zijn de vetzuren onverzadigd, dan is de tri-ester een vloeistof, een olie. Door langdurige verhitting in aanwezigheid van water worden vetten en oliën gehydrolyseerd. Oliën en vetten worden verkregen uit planten, noten, pitten en zaden door ze uit te persen of door ze te extraheren met hexaan. Je kunt van olie een vet maken door addictie van waterstof. Daardoor verdwijnen 1 of meer dubbele bindingen in de staarten van de veresterende vetzuren. Dit proces noem je vetharding. Hoofdstuk De ph van een oplossing Een oplossing kan zuur, basisch of neutraal zijn. De hoeveelheid zuur of base in een oplossing druk je uit in een getal: de ph of zuurgraad van een oplossing Zuur: ph < 7 Basische: ph > 7 Neutrale: ph = 7 De ph van een oplossing kan je op verschillende manieren meten: met universeelindicatorpapier met behulp van zuur-base-indicatoren met een ph-meter Zuur-base-indicatoren zijn stoffen die bij een bepaalde ph van kleur veranderen. (tabel 52a Binas) Pagina 10 van 17

11 Het ph-gebied waarin een indicator van kleur verandert, noem je het omslagtraject van de indicator. 8.3 Zuren Alle zure oplossingen: hebben een zure smaakstoffen; beïnvloeden de kleur van zuur-base-indicatoren; hebben een ph-waarde die kleiner is dan 7. Alle zure oplossingen hebben waterstofionen. Er vindt een chemische reactie plaats als je zuur mengt met water. De atoomsoort H verandert dan in de ionsoort H +. behalve H + -ionen ontstaan er bij deze reactie ook negatieve ionen: nitraationen (NO 3 - ). Naam zuur Waterstofchloride Molecuulformule Hcl Salpeterzuur HNO 3 Zwavelzuur H 2 SO 4 Fosforzuur H 3 PO 4 Koolzuur H 2 CO 3 (H 2 O + CO 2 ) Azijnzuur (ethaanzuur) CH 3 COOH (handig om te kennen) Triviale naam Zoutzuur Verdund salpeterzuur Verdund zwavelzuur Verdund fosforzuur Koolzuurhoudend water Azijn Molecuulformule Waterstofchloride-oplossing Salpeterzuuroplossing Zwavelzuuroplossing Fosforzuuroplossing Koolstofdioxide-oplossing azijnzuuroplossing Pagina 11 van 17

12 Sterke en zwakke zuren kun je goed uit elkaar houden. Bijvoorbeeld door: Sterke zuren hebben een aflopende reactie in water en oplossingen van deze zuren bevatten geen opgeloste zuurmoleculen. Zwakke zuren hebben een evenwicht in water, de reactie loopt dus nooit af en in deze zuren zitten wel opgeloste zuurmoleculen, zoals H + -ionen en zuurrestionen. In de formule van de oplossing van een sterk zuur staan alleen de H + -ionen en zuurrestionen. In de formule van de oplossing van een zwak zuur staat alleen het opgeloste zuur. De waarde van de evenwichtsconstante (K) van een zwak zuur is een maat voor de sterkte van een zuur. Hoe kleiner K, hoe zwakker het zuur. 4. ph-berekeningen aan zure oplossingen De ph van een oplossing is lager naarmate de oplossing zuurder is. Hoe zuurder een oplossing, des te groter is de molariteit van de H + -ionen. De molariteit van de H + -ionen is dus een maat voor de ph van de oplossing. Je kan het aantal H + -ionen berekenen door de ph-waarde en andersom: [H + ] = 10 -ph ph = -log[h + ] (log op de GR) 5. Basen Veel basen zijn negatieve ionen die deel uitmaken van een zout. Alle basische oplossingen: hebben een ontvettende werking; beïnvloeden de kleur van zuur-base-indicatoren; hebben een ph-waarde die groter is 7. Alle basische oplossingen hebben hydroxide-ionen (OH ionen) te hebben terwijl ze in de meeste basen niet voorkomen. Pagina 12 van 17

13 Naam base Molecuulformule Ammoniak NH 3 Hydroxide-ion OH - Carbonaation 2- CO 3 Oxide-ion 0 2- Waterstofcarbonaation - HCO 3 (handig om te kennen) Het OH ion is zelf ook een base, het kan dus een H + -ion afplukken van een watermolecuul. Dan krijg je: OH - (aq) + H 2 O (l) H 2 O (l) + OH - (aq) Precies hetzelfde dus! Sterke en zwakke basen kun je goed uit elkaar houden, bijvoorbeeld doordat: Sterke basen hebben een aflopende reactie met water, en een reactie met water bij zwakke basen leidt tot een evenwichtstoestand; Bij sterke basen is de opgeloste base niet meer aanwezig in die oplossing, alleen het reactieproducten van de reactie tussen de base en water zie je nog; Bij zwakke basen is in de oplossing de opgeloste base nog wel aanwezig, ook de reactieproducten van deze reactie tussen de base en water tref je aan; In een formule van een sterke base staan alleen de reactieproducten die ontstaan als de base met water reageert, in de formule van een zwakke base staat alleen de opgeloste base zelf. De waarde van de evenwichtsconstante (K) van de zwakke base is een maat voor de sterkte van de base. Hoe kleiner de waarde van K, des te zwakker is de betreffende base. 6. ph-berekeningen aan basische oplossingen In elke oplossing, en ook in zuiver water, zitten H + -ionen en OH ionen. In elke neutrale oplossing, dus ook in zuiver water, zijn evenveel H + -ionen als OH ionen aanwezig. In een zure oplossing zijn de H + -ionen in de meerderheid. In een basische oplossing zijn de OH - -ionen in de meerderheid. Als je het aantal H + -ion weet kun je het ph gebruiken, en als je het aantal OH ionen weet kun je het poh gebruiken. Pagina 13 van 17

14 poh = -log[oh - ] ph = -log[h + ] Voor elke oplossing, zowel zuur, basisch als neutraal, en ook voor zuiver water geldt bij een temperatuur van 298 K: ph + poh = 14,00 Als de [OH - ] in een oplossing bekend is, kun je eerst de poh berekenen en daarna de ph en andersom. 8.7 Zuur-basereacties Als een zuur of een zure oplossing en een base bij elkaar komen, geeft het zuur of de zure oplossing een H + -ionen af aan de base. Het zuur of de zure oplossing is de donor van H + -ionen en de base de acceptor. Zo'n reactie heet een zuur-basereactie. Base Zuur-basereactie NH 3 NH 3 + H + NH 4 + OH - CO 3 2- HCO 3 - OH - + H + H 2 O CO H + H 2 O HCO H + H 2 O + CO 2 (handig om te weten, en te begrijpen) Een zuur-basereactie stel je op volgens vaste regels: vertaal de namen van de reagerende stoffen/oplossingen in formules; zoek uit of er een zuur en een base in het reactiemengsel aanwezig zijn; als dat zo is, stel dan de zuur-basereactie op; zoek uit of er nog een neerslagreactie kan plaatsvinden en stel de reactie daarvan op. Een zuur-basetitratie is een analysemethode waarmee je de molariteit van een zure oplossing nauwkeurig kunt bepalen door er een basische oplossing met bekende molariteit aan toe te voegen, of omgekeerd. Er zijn hulpstoffen die laten zien wanneer de oplossing neutraal wordt, de zogenaamde zuur-base-indicatoren. Hoofdstuk 9 Pagina 14 van 17

15 9.2 Reacties met elektronenoverdracht Een halfreactie geeft de verandering weer van 1 van de beginstoffen, in de halfvergelijking staan altijd elektronen: Fe Fe e - S + 2 e - S 2- Een totaalreactie is de optelsom van 2 halfreacties. In de vergelijking van een totaalreactie staan nooit elektronen. Fe + S Fe 2+ + s 2- Fe 2+ S 2- Bij de vorming van ijzer(ii)sulfide (bijv.) geeft ijzer elektronen aan zwavel. Ijzer is de elektronendonor en zwavel de elektronenacceptor. De elektronendonor heet reductor (RED) De elektronenacceptor heet oxidator (OX) De reactie tussen RED en OX heet een redoxreactie, maar hoe kun je redoxreacties herkennen?: alle reacties waarbij de lading van een deeltje verandert; Alle reacties waarbij elementen verdwijnen en/of ontstaan. Een oxidator en de bijbehorende reductor noem je een redoxkoppel. Bovenaan in tabel 48 van je Binas staan de sterkste OX en de zwakste RED. Naarmate een metaal onedeler is, reageert het beter met vochtige lucht. Hoe verder je naar beneden gaat in tabel 48, hoe onedeler het metaal wordt. Voor het opstellen van de vergelijking van een redoxreactie met behulp van tabel 48 hanteer je de volgende regels: inventariseer alle deeltjes in het reactievat; zoek voor elk deeltje of combinatie van deeltjes uit of het een OX en/of een RED is; de OX moet altijd hoger staan dan de RED; tel de halfvergelijkingen van de sterkste OX en RED op. 9.3 Energie uit batterijen Pagina 15 van 17

16 Er bestaan allerlei vormen van energie. Die zijn opgeslagen in energiebronnen, zoals zon; aarde; water; wind, en energiedragers, zoals brandstoffen; biomassa; andere stoffen die met elkaar kunnen reageren waarbij de chemische energie van de stoffen wordt omgezet in een andere vorm van energie. Energievormen zijn bijvoorbeeld zonne-energie, windenergie, thermische energie (warmte), wrijvingsenergie, licht, bewegingsenergie en elektrische energie. Energievormen kunnen in elkaar worden omgezet, in 1 of meer stappen, waarbij meestal ook warmte vrijkomt. Maar het doel is eigenlijk om het rendement zo hoog mogelijk te houden. Dat wil zeggen dat de opbrengst aan de gewenste energievorm zo hoog mogelijk is. Het rendement is nooit 100%, want een deel gaat verloren in de vorm van warmte. Energie ligt opgeslagen in allerlei stoffen, via een redoxreactie kan elektrische energie om worden gezet. Dit proces speelt zich af in batterijen. Elektrische stroom bestaat uit bewegende elektronen. Tijdens een redoxreactie verplaatsen elektronen zich van de RED naar de OX. Als je deze elektronenstroom kan opvangen, heb je de beschikking over elektrische stroom, dus elektrische energie. Om de elektronenstroom te kunnen opvangen, moet je ervoor zorgen dat de OX en de RED niet samen in 1 ruimte zitten. De elektronen die de RED afstaat kun je dan via een geleidende draad naar de ruimte sturen waarin zich de OX bevindt. Een batterij wordt ook wel een elektrochemische cel genoemd. Elke elektrochemische cel bestaat uit: 2 halfcellen. Elke halfcel bevat een redoxkoppel, dus een OX en een RED. in elke halfcel zit een elektrode, meestal ee nstaaf van het metaal dat als RED aanwezig is in de betreffende halfcel; een metaaldraad die de elektroden in beide halfcellen met elkaar verbindt; een elektrolytoplossing, bijvoorbeeld een geconcentreerde oplossing, die een verbinding vormt tussen beide halfcellen. Dat noem je een zoutbrug. In plaats van een zoutbrug kun je ook een poreuze wand gebruiken. Functie: een gesloten stroomkring maken. In de halfcel met de sterkste RED bevindt zich de negatieve elektrode; in de halfcel met de sterkste OX bevindt zich de positieve elektrode. ELEKTRONEN GAAN ALTIJD VAN NAAR +!! Pagina 16 van 17

17 in een niet-oplaadbare batterij is de redoxreactie die tijdens de stroomlevering plaatsvindt, niet omkeerbaar. Bij een oplaadbare batterij kan dat wel. Batterijproducenten zijn voortdurend op zoek naar betere oxidatoren en reductoren om nog meer elektriciteit te kunnen leveren per kilo batterij. De verhouding geleverde energie : massa batterij noem je de energiedichtheid. Hij groter de energiedichtheid, des te efficiënter de batterij. De gebruikte energie-eenheid is de kilowattuur, kwh. Dat is GEEN SI-eenheid, maar ze wordt veel in het dagelijks gebruikt. Je kunt het wel omrekenen naar de SI-eenheid voor energie, de Joule, J. 1,0 kwh = 3,6 X 10 6 J Een brandstofcel is een open vat waarin zich, net zoals bij een gesloten batterij het geval is, twee elektroden bevatten. In deze batterij vindt dus eigenlijk de verbranding van waterstof plaats, vandaar de naam brandstofcel. Brandstofcellen zijn veel minder milieu belastend dan andere batterijen omdat het met duurzame producten wordt gedaan, zoals waterstof. Pagina 17 van 17