kennismakingshoofdstuk

Transcriptie

1 VW-gymnasium kennismakingshoofdstuk 3 AVo scheikunde

2 artelijk dank voor uw interesse in de nieuwe editie van Scheikunde voor leerjaar 3 havo vwo gymnasium. In dit katern maakt u aan de hand van hoofdstuk 2 kennis met Scheikunde. Vanaf schooljaar kunt u werken met de nieuwe editie van Scheikunde voor leerjaar 3. In dit kennismakingshoofdstuk, voor zowel havo als vwo gymnasium, kunt u duidelijk de verschillen zien met de voorgaande editie. Tevens kunt u de niveaus op deze manier goed met elkaar vergelijken. Dit leeropdrachtenboek is vanaf april 2016 beschikbaar zijn en wordt aan u nagestuurd. U heeft inmiddels de proeflicentie voor de digitale oefenomgeving per mail ontvangen. Mocht u deze nog niet hebben gekregen neemt u dan contact op met de afdeling Klantenservice via (073) of stuur een mail naar klantenservice.administratie@malmberg.nl Kijk voor meer informatie op scheikunde Dit katern is bedoeld om u een indruk te geven van de nieuwe editie van Scheikunde. Er kunnen nog fouten of onduidelijkheden in voorkomen.

3 DIT IS NVA SCEIKUNDE aal het beste uit elke leerling met de nieuwe editie van Scheikunde onderbouw, leerjaar 3. De nieuwe editie biedt de vertrouwde en sterk gestructureerde basis die u van gewend bent. De methode biedt aandacht voor excellentie, inhoudelijke diepgang, differentiatie, structuur en uitdaging. De nieuwe digitale leeromgeving geeft inzicht én overzicht in het leerproces voor zowel docent als leerling. haalt het beste uit elke leerling Scheikunde biedt leerlingen de diepgang die u van onze methode gewend bent. Leerlingen worden uitgedaagd met pittige plusopgaven. U vindt bij elk hoofdstuk een praktijkartikel met nadruk op praktische toepasbaarheid in havo en op onderzoek in vwo gymnasium zodat leerlingen de relevantie van het vak gaan zien. Leerlingen oefenen vaardigheden, zoals het opstellen van reactievergelijkingen, met digitale V-trainers. Leerlingen worden optimaal ondersteund door meer oefenmogelijkheden op maat in de digitale leeromgeving. Toetssystematiek maakt zwakke plekken zichtbaar vóór het proefwerk. Er is specifieke aandacht voor leesvaardigheid door middel van een leesvaardigheidstrainer. De beste aansluiting op de bovenbouw Bewezen didactisch concept en doorlopende leerlijn: in leerjaar 3 een praktijk- en een theoriedeel dat leerlingen voorbereidt op het PTM-concept vanaf leerjaar 4. Alle opgaven ingedeeld volgens TIMSS taxonomie (en Bloom). is de énige methode die Micro-Meso-Macrodenken al introduceert in leerjaar 3 (vwo). Door de pittige plusopgaven worden leerlingen geënthousiasmeerd voor de bovenbouw. brengt stof tot leven et praktijkdeel per hoofdstuk laat de relevantie van het vak zien. In de bovenbouw wordt het maatschappijdeel toegevoegd. Met de nieuwe editie van Scheikunde heeft u álle lesstof en opdrachten digitaal beschikbaar! MICR-MES-MACR-DENKEN AL IN LEERJAAR 3 De nieuwe editie van sluit perfect aan op de bovenbouw. Vanaf leerjaar 3 wordt de leerling op het vwo vertrouwd gemaakt met het Micro-Meso-Macrodenken. avo-leerlingen worden via het deeltjesmodel bekend gemaakt met het hele kleine en het zichtbare. Vanzelfsprekend komen stofeigenschappen daarbij aan bod. De termen micro en macro worden in leerjaar 3 havo nog niet geïntroduceerd. Voor u als docent Malmberg biedt docenten een flexibel aanbod aan materialen, omdat we élke docent willen helpen het beste uit zijn leerlingen te halen. Dus of u nu het liefst werkt met het leeropdrachtenboek, de digitale leeromgeving of een combinatie van beide: helpt u sámen excelleren. Méér tijd heeft een hoge mate van zelfwerkzaamheid Automatisch nakijken via digitale verwerking Directe feedback via digitale verwerking (bespaart uitlegwerk) Voorkennistoets laat u direct zien waar uw leerlingen staan en mogelijkheden om les te geven zoals u dat wilt! Door middel van het docentendashboard geeft u snel en gemakkelijk inzicht én overzicht in de leerprocessen van uw leerlingen. Actief differentiëren door een duidelijk verschil in leerstofopdrachten en andere opdrachten (zoals toepassing en plus) en toetssystematiek (inzicht in verhaal achter het cijfer). Variëren in lesvormen door digitale omgeving en PT(M)-concept.

4 Compleet nieuwe digitale leeromgeving Altijd en overal toegankelijk op élk device! Meer inzicht én resultaten door het docentendashboard: u ziet in één oogopslag hoe uw klas ervoor staat en welke leerlingen voorlopen of achterblijven. Gesloten vragen worden automatisch nagekeken en verwerkt in het docentendashboard. Meer aandacht voor vaardigheden door middel van de handige V-trainers! Uw leerlingen oefenen onder andere het maken van reactievergelijkingen, het rekenen aan massaverhoudingen, het maken van wetenschappelijke notaties, mol-rekenen en het omrekenen van eenheden. motiveert leerlingen écht! et LAKS heeft in 2015 gesproken met 300 leerlingen over motivatie. Daaruit is een aantal zaken naar voren gekomen die naadloos aansluiten bij de methode. Vertel duidelijk waarom voegt met de praktijkdelen context aan de theorie toe, zodat leerlingen de relevantie van het vak beleven. Bovendien laat zien wat je met de lesstof in het dagelijks leven en na de middelbare-schooltijd kunt doen. Varieer met werkvormen biedt verschillende werkvormen, variërend van digitaal of boek tot klassikaal, individueel en groepsopdrachten. Beloon goede inzet geeft helder inzicht en overzicht in de voortgang van het leerproces, zodat er optimaal ingespeeld kan worden op de resultaten van de (individuele) leerlingen. Leerlingen kunnen extra oefenen in de digitale omgeving: als een leerling meer vragen nodig heeft, reikt het systeem deze aan. Zo krijgt élke leerling aandacht op zijn niveau. Leerlingen krijgen directe feedback zodat ze leren hoe ze de volgende keer het juiste antwoord kunnen geven.

5 8 Stoffen en hun eigenschappen Voorwoord bestaat uit een leeropdrachtenboek, een digitale omgeving, een uitwerkingenboek, een practicumboek en een TA-handleiding. In het leeropdrachtenboek vind je alle stof die je moet leren. Na elke paragraaf staan opgaven die je helpen om de leerstof te onthouden en toe te passen. De opgaven zijn opgesplitst in leerstofvragen, die vaak letterlijk in de theorie staan, en toepassingsvragen. Sommige opgaven zijn met een * gemerkt. Die zijn in het algemeen iets moeilijker. Elk hoofdstuk wordt afgesloten met een aantal proeven (de Practicum-paragraaf), met een paragraaf efenen voor de toets en met een praktijkartikel. Bovendien wordt in hoofdstuk 7 uitgelegd welke vaardigheden je bij het vak scheikunde nodig hebt. Met de V-trainer in de digitale omgeving kun je vaardigheden oefenen. Basisstof en praktijk De meeste leerstof in het boek werk je samen met de hele klas door. Dit is de basisstof die alle leerlingen moeten kennen. Aan het einde van elk hoofdstuk staat een praktijkartikel waarin een deel van de leerstof in een situatie uit het dagelijks leven of de wetenschap wordt besproken. Daarbij staan ook enkele opgaven. Zelfstandig werken Met kun je goed zelfstandig werken. Je kunt de opgaven alleen of met een groepje maken, een proef doen of jezelf overhoren met efenen voor de toets en met de digitale vragen in Test Jezelf. Je zult ook af en toe uitleg krijgen met de hele klas. Als je zelfstandig werkt, is het handig om een planning te maken. We hopen dat je met plezier met dit boek en met de andere onderdelen van de methode zult werken. Veel succes! De auteurs

6 Inhoudsopgave 1 Voorwoord 3 Materialen en stoffen Theorie 1 Materialen 8 2 Stoffen 14 3 Scheidingsmethoden 22 4 Stoffen verhitten 28 5 Practicum 32 6 efenen voor de toets 40 Praktijk 7 De plastic auto komt eraan 44 2 Chemische reacties Theorie 1 ntledingsreacties 50 2 Moleculen en atomen 57 3 Verbrandingsreacties 65 4 Reactievergelijkingen 72 5 Practicum 80 6 efenen voor de toets 85 Praktijk 7 De chemie achter vuurwerk 88 3 Rekenen aan reacties Theorie 1 Productieproces 92 2 Energie 98 3 Reactiesnelheid Reactievergelijkingen Practicum efenen voor de toets 122 Vanaf hoofdstuk 4 leerroute voor bèta- en voor alfa-leerlingen Praktijk (schema in docentenhandleiding) 7 De ruimte in Brandstoffen Theorie 1 Fossiele brandstoffen Koolstofverbindingen Energie uit brandstoffen Brandstoffen en milieu Practicum efenen voor de toets 160 Praktijk 7 Bestaat er brandveilige kleding? 162

7 8 Stoffen en hun eigenschappen 5 Metalen en kunststoffen Theorie 1 Metalen Kunststoffen om je heen Kunststoffen in soorten en maten Recycling Practicum efenen voor de toets Vaardigheden 1 Algemene veiligheidsvoorschriften Werken met de brander 245 Afronden, rekenen met 3 mgaan met glaswerk 246 formules, machten van 10 4 Werken met stoffen Blokschema s maken Rekenvaardigheden 250 Praktijk 7 Geheugenmaterialen Voeding en verzorging Theorie 1 Productie van voedsel Voedingsstoffen Persoonlijke verzorging 218 Nieuw! 4 Schoonmaakmiddelen Practicum efenen voor de toets 236 Periodiek systeem 253 Trefwoordenregister 254 Colofon 256 Praktijk 7 Voedsel dat voedt en geneest 238 In aansluiting op PTM-concept bovenbouw

8 2 Chemische reacties 48

9 2 Chemische reacties Volledig 2 digitaal beschikbaar met extra oefenopgaven Chemische reacties Chemische reacties kom je overal tegen. Bijvoorbeeld als je thuis een tosti maakt of een eitje bakt. Maar wat gebeurt daarbij met die beginstoffen? oe kun je de veranderingen aan die beginstoffen verklaren? Daartoe maak je gebruik van een modelvoorstelling die gaat over moleculen en atomen. 1 ntledingsreacties Meer verdieping bij 50 verbrandingsreacties 2 Moleculen en atomen 57 3 Verbrandingsreacties 65 4 Reactievergelijkingen 72 5 Practicum 80 6 efenen voor de toets Eerdere introductie 85 van reactievergelijkingen 7 Praktijk De chemie achter vuurwerk 88 49

10 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties amburgers bakken op een barbecue is bij mooi weer een gezellig gebeuren. Als de hamburger echter te lang op de barbecue blijft liggen, krijgt hij een zwarte korst. De hamburger is dan aangebrand. Maar wat is aanbranden? figuur 1 De zwarte rand aan het aangebrande brood is koolstof. ntledingsreacties Bij een chemische reactie verdwijnen de beginstoffen en worden er nieuwe stoffen gevormd. Die nieuwe stoffen noemen we reactieproducten. De reactieproducten hebben heel andere stofeigenschappen dan de beginstoffen. Bij een bepaald type chemische reactie worden uit één beginstof meerdere reactieproducten gevormd. Dit type reactie noemen we een ontledingsreactie. Er zijn drie manieren waarop een ontledingsreactie kan plaatsvinden: thermolyse, elektrolyse en fotolyse. ierbij worden verschillende vormen van energie aan de ontledingsreactie toegevoerd. Thermolyse Proef 1 Thermolyse is een ontledingsreactie door middel van warmte. Sommige stoffen ontleden al bij een vrij lage temperatuur, voor andere stoffen is een temperatuur van meer dan 1000 C nodig. De temperatuur waarbij een stof ontleedt, noemen we de ontledingstemperatuur. Bij het verwarmen van stoffen als hout, papier, katoen en suiker treedt verkoling op (figuur 1). Stoffen die bij verhitting zonder zuurstof verkolen, heten organische stoffen. Een van de reactieproducten is dan koolstof. Naast koolstof ontstaan ook nog water, (brandbare) gassen en rook. et reactieschema van de verkoling van bijvoorbeeld hout is: hout warmte koolstof + water + gassen + rook figuur 2 Bauxiet (a) is de grondstof voor aluminium (b). Elektrolyse Proef 2 Stoffen kunnen ook worden ontleed met behulp van elektrische energie. Een ontledingsreactie door middel van gelijkstroom (elektrische energie) heet elektrolyse. m stoffen te kunnen elektrolyseren, moeten ze eerst worden gesmolten of worden opgelost in water, want alleen dan kan stroomgeleiding plaatsvinden. Aluminium wordt geproduceerd uit bauxiet, een erts dat voor 50 massa% bestaat uit aluminiumoxide, ook wel aluinaarde genoemd. Eerst wordt het aluminiumoxide gescheiden van de rest. Daarna wordt het aluminiumoxide in gesmolten toestand via een elektrolyseproces omgezet in aluminium en zuurstof. In een reactieschema: aluminiumoxide elektrische energie aluminium + zuurstof 50

11 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties Verwijzing naar practica Fotolyse Proef 3 Een derde manier om stoffen te ontleden maakt gebruik van (zon)licht. Fotolyse is een ontledingsreactie door middel van licht. m ontleding door licht tegen te gaan, moet je dergelijke stoffen in het donker bewaren. Wanneer je bij de drogist een flesje mondspoelmiddel koopt, dan zit dat meestal in een bruin flesje. In het mondspoelmiddel zit waterstofperoxide, dat als ontsmettingsmiddel werkzaam is. et zit in een bruin flesje, omdat waterstofperoxide kan ontleden onder invloed van licht. Er ontstaan dan water en zuurstof. waterstofperoxide licht water + zuurstof Er zijn meer stoffen die ontleden als ze te lang aan licht worden blootgesteld. ok hierbij treedt fotolyse op (figuur 3). figuur 3 De rozen op het schilderij De tuin van Daubigny van Vincent van Gogh hadden oorspronkelijk een rode kleur. et huis op de achtergrond was roze. Elektrolyse van water Proef 4 Als je water verwarmt tot 100 C, gaat het koken; er ontstaat dan waterdamp. Als de waterdamp afkoelt, condenseert deze weer tot vloeibaar water. Dit is een fase-overgang. Toch kun je water ook ontleden. et gemakkelijkst gaat dit met behulp van gelijkstroom (figuur 4). Dit proces vindt al bij kamertemperatuur plaats. figuur 4 Met het toestel van ofmann kun je water ontleden. 51

12 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties water elektrolyse waterstof zuurstof Met het toestel van ofmann kan water worden ontleed door elektrolyse. ierbij ontstaan de gassen waterstof en zuurstof (figuur 4). water elektrische energie waterstof + zuurstof Waterstof et gas waterstof heeft de kleinste dichtheid van alle stoffen; het is een zeer brandbaar gas. Je kunt waterstof aantonen door het op te vangen in een omgekeerde reageerbuis. Als je bij de opening van die reageerbuis een brandende lucifer houdt, hoor je een zacht blafgeluid, een fluittoon of een harde knal. Bij deze aantoningsreactie reageert waterstof met zuurstof, waarbij weer water ontstaat (figuur 5). waterstof + zuurstof g water aansteken figuur 5 water ontleden en water maken Zuurstof Zuurstof kun je aantonen door bij het vrijkomende gas een gloeiende houtspaander te houden. In zuivere zuurstof gaan verbrandingsreacties veel feller en sneller dan in lucht. ierdoor zal de houtspaander fel opgloeien of zelfs gaan branden (figuur 6). ntleedbare stoffen Er zijn ontzettend veel verschillende stoffen, ruim negentig miljoen! En gemiddeld wordt er elke twee tot drie seconden ergens op de wereld een nieuwe stof bijgemaakt in een laboratorium. Bijna alle stoffen behoren tot de ontleedbare stoffen, ook wel verbindingen genoemd. Suiker, hout, water, keukenzout en aspirine zijn enkele voorbeelden van ontleedbare stoffen. Niet-ontleedbare stoffen De ontledingsproducten waterstof en zuurstof, die bij de elektrolyse van water ontstaan, kun je op geen enkele manier verder ontleden. Bij de thermolyse van suiker ontstaat onder andere koolstof. ok koolstof kun je niet verder ontleden. De andere stoffen die vrijkomen bij de ontleding van suiker, zijn nog wel verder te ontleden. De volledige ontleding van suiker levert ten slotte drie stoffen op, namelijk koolstof, waterstof en zuurstof. figuur 6 In zuivere zuurstof gloeit een houtspaander heel fel. 52

13 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties Door stoffen steeds zo ver mogelijk te ontleden, krijg je uiteindelijk stoffen die niet meer ontleedbaar zijn. In totaal zijn er circa honderdtwintig van zulke niet-ontleedbare stoffen. Niet-ontleedbare stoffen heten ook wel elementen (figuur 7). De elementen zijn onder te verdelen in metalen en niet-metalen. stoffen mengsels scheiden zuivere stoffen ontleedbare stoffen (verbindingen) ontledingsreactie figuur 7 het stoffenschema niet-ontleedbare stoffen (elementen) Metalen et grootste deel van de elementen behoort tot de groep metalen. Metalen hebben bepaalde kenmerken gemeenschappelijk. Ze geleiden warmte en elektrische stroom goed en ze hebben een glanzend oppervlak als ze zijn gepolijst. Maar onderling verschillen ze in tal van eigenschappen. Metalen verschillen onderling in dichtheid, smeltpunt, hardheid, sterkte en in de mate van geleidend vermogen voor elektrische stroom en warmte. In tabel 1 staan enkele metalen met hun eigenschappen en toepassingen. tabel 1 enkele metalen met hun eigenschappen en toepassingen naam eigenschappen toepassingen goud Goud is een van de langst bekende metalen. et is gemakkelijk te bewerken en reageert nauwelijks met andere stoffen: het is een edelmetaal. et heeft een karakteristieke kleur en glans. sieraden valutametaal versiering (bladgoud) kronen in de tandheelkunde titaan Titaan is een licht, maar sterk metaal. et is bestand tegen hoge temperaturen en nauwelijks gevoelig voor invloeden van buitenaf. implantaten constructies sieraden koper ijzer Koper is een zeer goede geleider voor warmte en elektriciteit. et is een metaal met een karakteristieke kleur. nder invloed van zuurstof en koolstofdioxide kan koper reageren tot het groengekleurde kopercarbonaat. IJzer is het meest voorkomende metaal. et is gemakkelijk te verwerken tot allerlei voorwerpen. et is magnetisch. IJzer roest onder invloed van water en zuurstof. Meestal wordt ijzer verwerkt tot staal. elektriciteitsdraad instrumenten daken beelden pannen muntgeld constructies (bruggen, gebouwen) fietsen spijkers magneten 53

14 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties Niet-metalen De overige niet-ontleedbare stoffen behoren tot de groep niet-metalen. Ze vertonen geen of weinig gemeenschappelijke kenmerken. Sommige zijn gasvormig, zoals zuurstof, stikstof, chloor en helium. Broom is bij kamertemperatuur een vloeistof. Stoffen als koolstof, silicium, zwavel en jood zijn vaste stoffen. In tabel 2 zie je enkele eigenschappen en toepassingen van niet-metalen. tabel 2 enkele niet-metalen met hun eigenschappen en toepassingen naam eigenschappen toepassingen koolstof Vaste stof, komt voor in diverse verschijningsvormen; de meest bekende zijn grafiet en diamant. De eigenschappen van de verschijningsvormen van koolstof variëren sterk: diamant is zeer hard, grafiet geleidt stroom. Een nieuwe vorm van koolstof is grafeen. houtskool diamant grafiet (potloden) in staal waterstof Gas, lichtste stof die er is. Zeer brandbaar en explosief. Kleinste dichtheid. Waterstof kan worden gemaakt uit water door elektrolyse of via chemische reacties. snijbrandstof schone brandstof voor auto s neon Een reukloos gas dat nergens mee reageert en daarom tot de edelgassen wordt gerekend. reclameverlichting koelvloeistof silicium Een vaste stof die een beetje lijkt op een metaal, maar die toch tot de niet-metalen wordt gerekend. Geleidt stroom. pgaven opgenomen in theorieboek zonnecellen micro- en nanochips opgaven Alle opgaven zijn ingedeeld naar Leerstof TIMSS- en Bloom-taxonomie 1 ntledingsreacties kunnen onder invloed van verschillende factoren plaatsvinden. Wat versta je onder de volgende begrippen? a thermolyse b elektrolyse c fotolyse 2 Beschrijf hoe je de volgende stoffen kunt aantonen. a zuurstof b waterstof 3 Koper en zilver zijn beide metalen. a Noem drie stofeigenschappen die koper en zilver gemeenschappelijk hebben. b Noem drie stofeigenschappen waarin koper en zilver van elkaar verschillen. 54

15 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties Toepassing 4 Is de ontledingstemperatuur een stofeigenschap? Licht je antwoord toe. 5 Geef voor elk van de volgende processen aan of het gaat om een fase-overgang, een scheiding, een ontledingsreactie of een andere chemische reactie. a Je brengt leidingwater aan de kook. et water verdampt. b Wanneer al het leidingwater is verdampt, houd je kalkaanslag over. c Je verwarmt de vaste stof natriumchloride tot deze vloeibaar wordt. d et gesmolten natriumchloride wordt via elektrolyse omgezet in natrium en chloor. e Na het toevoegen van natrium aan water treedt een heftige reactie op, waarbij het natrium gaat branden en er een bijtende oplossing ontstaat. 6 Een chemische reactie is soms een ontledingsreactie. Welk soort ontledingsreactie is er in elk van de volgende gevallen opgetreden? a Een tosti komt zwartgeblakerd uit het tosti-ijzer. b Gordijnen die lang in de zon hangen, verbleken. c Tijdens het strijken met een te heet strijkijzer ontstaan schroeivlekken. 7 Kalksteen is een witte vaste stof met als wetenschappelijke naam calciumcarbonaat. Kalksteen heeft een smeltpunt van 1339 C en een ontledingstemperatuur van 889 C. Bij het ontleden ontstaan de vaste stof calciumoxide en het gas koolstofdioxide. a Wordt kalksteen vloeibaar als je het sterk verhit? Licht je antwoord toe. b Geef het reactieschema voor de ontleding van kalksteen. c Leg uit welk type ontledingsreactie optreedt bij verhitting van kalksteen. 8 outskool bestaat voornamelijk uit het niet-ontleedbare koolstof. et kan worden gemaakt door hout te verhitten. ierbij mag geen zuurstof aanwezig zijn. a oe heet het proces waarbij koolstof ontstaat door het verhitten van hout? b Leg uit waarom er geen zuurstof aanwezig mag zijn. 9 Een rode vaste stof wordt in een reageerbuis verhit. Aan de wand van de buis ontstaan zilverkleurige druppeltjes kwik, die samenvloeien tot één grote kwikdruppel. Als je een brandende lucifer bij het uiteinde van de buis houdt, gaat deze feller branden. a Welk gas is er in de reageerbuis gevormd? b oe heet het type reactie dat in de reageerbuis is opgetreden? c Geef het schema van de reactie die optreedt als de rode stof wordt verhit. 55

16 2 Chemische reacties 1 ntledingsreacties 10 In figuur 8 zie je een elektrolyseopstelling. De twee elektroden zijn aangesloten op een spanningsbron. Na een tijdje is de ballon gevuld met gas. Als je een brandende lucifer bij de ballon houdt, ontploft deze met een harde knal. a Welk gas zit er in de ballon? b Welke reactie vindt plaats als je de brandende lucifer bij de ballon houdt? c Geef het reactieschema van deze reactie. figuur 8 elektrolyseopstelling 11 Geef een voorbeeld van een ontledingsreactie waarbij uit een verbinding: a twee niet-ontleedbare stoffen ontstaan. Plusopgaven b naast een niet-ontleedbare voor extra stof ook nog een verbinding ontstaat. diepgang 12 Lucht is een mengsel van een aantal gassen. a Welke niet-ontleedbare stoffen komen voor in lucht? b Noem twee ontleedbare stoffen die in lucht voorkomen. *13 De planeet Mars dankt zijn bijnaam de rode planeet aan de rode laag regoliet waarmee zijn oppervlak is bedekt (figuur 9). et Marsregoliet bestaat voornamelijk uit roeststof, oftewel ijzeroxide. Dit is ontstaan door de verpulvering (ten gevolge van meteorietinslagen) en verwering van stenen en mineralen, zoals magnetiet en maghemiet. De ijzeroxiden in het regoliet kunnen ook een rol spelen bij de afbraak van organisch materiaal. Stoffen als ijzeroxide versnellen namelijk de ontleding van waterstofperoxide. Daarbij spelen ook superoxiden een rol. Superoxiden reageren met water tot onder andere waterstofperoxide en zuurstof. a Geef het reactieschema van de ontleding van waterstofperoxide. b Geef het reactieschema van de vorming van waterstofperoxide uit superoxiden. c Is dit een ontledingsreactie? Licht je antwoord toe. figuur 9 Mars, de rode planeet 56

17 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Bij een chemische reactie verdwijnen de beginstoffen en worden nieuwe stoffen gevormd. m beter te begrijpen wat er bij een chemische reactie gebeurt, kun je gebruikmaken van een deeltjesmodel voor stoffen. et deeltjesmodel Elke stof heeft zijn eigen kenmerkende stofeigenschappen. Veel eigenschappen van stoffen zijn te verklaren door een vereenvoudigd deeltjesmodel te gebruiken. et vereenvoudigde deeltjesmodel ziet er als volgt uit: Elke stof is opgebouwd uit heel kleine deeltjes, moleculen genoemd. Elke stof heeft zijn eigen soort moleculen. Een molecuul water is anders dan een molecuul alcohol. Moleculen bewegen voortdurend. Bij een hogere temperatuur bewegen de moleculen sneller. Tussen moleculen onderling heersen aantrekkende krachten. Deze worden vanderwaalskrachten genoemd. figuur 10 een mengsel scheiden in zijn bestanddelen op waarneembaar niveau en op deeltjesniveau et deeltjesmodel voor zuivere stoffen en mengsels In een zuivere stof is maar één soort moleculen aanwezig. In een mengsel zitten verschillende molecuulsoorten door elkaar. Bij het scheiden van een mengsel sorteer je de moleculen, soort bij soort. Figuur 10 laat zien dat je strooizout op waarneembaar niveau kunt scheiden in de bestanddelen zand en zout. Met behulp van het deeltjesmodel kun je je een voorstelling maken van het sorteren van de moleculen. waarneembaar niveau deeltjesmodel beschrijving op deeltjesniveau p waarneembaar niveau kan strooizout, een mengsel van zand en zout, worden gescheiden in zuivere stoffen. p deeltjesniveau zitten de moleculen in een mengsel door elkaar heen. Twee gescheiden zuivere stoffen: zand zout p deeltjesniveau worden bij het scheiden de moleculen in het mengsel gesorteerd in aparte groepen, waarbij elke groep uit één soort moleculen bestaat. 57

18 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen et deeltjesmodel en de drie fasen Introductie van deeltjesdenken ter voorbereiding van micromeso-macro in leerjaar 4 figuur 11 de drie fasen van water op waarneembaar niveau en op deeltjesniveau Tussen moleculen onderling heersen aantrekkende krachten die we vanderwaalskrachten noemen. Als de vanderwaalskrachten groter zijn dan de bewegingsenergie van die moleculen, blijven de moleculen op een vaste plaats trillen. De stof is dan in de vaste fase. Als door temperatuurstijging de bewegingsenergie toeneemt, verliezen de moleculen hun vaste plaats en gaan op korte afstand langs elkaar heen bewegen. De stof smelt en komt in de vloeibare fase. Als de temperatuur nog verder stijgt, wordt de bewegingsenergie zo groot dat de vanderwaalskrachten helemaal worden overwonnen. De moleculen gaan dan op grote afstand van elkaar bewegen. De stof kookt en gaat over in de gasfase. In figuur 11 worden de drie fasen van water zowel op waarneembaar niveau als op deeltjesniveau en volgens het deeltjesmodel weergegeven. fase waarneembaar niveau deeltjesmodel vast ijs Vaste stoffen hebben een vaste vorm, je kunt ze niet samenpersen. Dit komt doordat de moleculen in een vaste stof elkaar zo stevig aantrekken dat ze dicht op elkaar zitten en niet van plaats kunnen wisselen. De moleculen kunnen alleen op hun eigen plaats trillen. vloeibaar water Vloeistoffen hebben geen vaste vorm, maar je kunt ze niet samenpersen. De moleculen in vloeistoffen bewegen voortdurend langs elkaar heen, maar blijven wel dicht bij elkaar. De aantrekkingskracht tussen moleculen is niet groot genoeg om ze op een vaste plaats te houden, maar wel groot genoeg om ze dicht bij elkaar te houden. gas waterdamp/stoom Gassen hebben geen vaste vorm, je kunt gassen samenpersen. In een gas zijn de aantrekkingskrachten tussen de moleculen te klein om ze bij elkaar te houden. De moleculen in een gas zijn daardoor gelijkmatig verspreid over de gehele beschikbare ruimte en bewegen alle kanten op. In een gas is er veel lege ruimte tussen de moleculen. Een gas heeft daardoor een veel kleinere dichtheid dan een vloeistof of een vaste stof. 58 beschrijving op waarneembaar en op deeltjesniveau

19 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Moleculen en reacties Bij een fase-overgang verandert alleen de manier waarop moleculen bewegen. De moleculen zelf veranderen niet. Bij een chemische reactie verdwijnen de beginstoffen en ontstaan er nieuwe stoffen. Dit betekent dat moleculen van de beginstoffen verdwijnen en er nieuwe moleculen, van de reactieproducten, worden gevormd. Dit kunnen we niet met het deeltjesmodel over moleculen alleen verklaren. We zullen dus een aangepast deeltjesmodel moeten gebruiken om een chemische reactie te kunnen begrijpen. Atomen Bij een ontledingsreactie worden uit één beginstof meerdere reactieproducten gevormd. Dit betekent op deeltjesniveau dat de moleculen van de beginstof worden afgebroken en er nieuwe moleculen, van de reactieproducten, worden gevormd. Dit kun je met het deeltjesmodel over moleculen alleen niet verklaren, omdat in dat model de moleculen niet veranderen. m reacties te kunnen begrijpen, moet je dus een verfijnder deeltjesmodel gebruiken waarin moleculen uit nog kleinere deeltjes bestaan, atomen genoemd. In een molecuul zijn de atomen met elkaar verbonden door de atoombinding. Bij een chemische reactie worden de atoombindingen van de moleculen van de beginstoffen afgebroken en laten atomen van de moleculen van de beginstoffen elkaar los. Tijdens de reactie vormen deze atomen nieuwe atoombindingen met elkaar, zodat er nieuwe moleculen ontstaan. Bij een chemische reactie hergroeperen de atomen zich, er gaan geen atomen verloren en er ontstaan ook geen nieuwe atomen (figuur 12). figuur 12 Tijdens de ontledingsreactie van water gaan de watermoleculen kapot en ontstaan waterstof- en zuurstofmoleculen. Alle atomen blijven behouden. = waterstofatoom = zuurstofatoom ntleedbare en niet-ontleedbare stoffen ntleedbare stoffen worden ook wel verbindingen genoemd. Wanneer je een verbinding ontleedt, krijg je uiteindelijk niet-ontleedbare stoffen, ook wel elementen genoemd. De moleculen van een verbinding bestaan altijd uit meerdere atoomsoorten. Elementen kun je niet verder ontleden, moleculen hiervan bestaan maar uit één atoomsoort. et begrip element heeft in de scheikunde twee betekenissen. Met element wordt zowel de niet-ontleedbare stof als de atoomsoort aangegeven. 59

20 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Er zijn 118 verschillende elementen bekend, wat betekent dat er ook 118 atoomsoorten bestaan. Al deze atoomsoorten hebben een symbool van één of twee letters. De eerste letter is altijd een hoofdletter, de tweede altijd een kleine letter. Zo is het symbool voor lood Pb en niet PB of pb. ver de hele wereld worden dezelfde symbolen gebruikt voor de atoomsoorten. In tabel 3 staan de namen en symbolen van een aantal belangrijke elementen, onderverdeeld in metalen en niet-metalen. tabel 3 namen en symbolen van belangrijke elementen metalen niet-metalen naam symbool naam symbool aluminium Al argon Ar barium Ba boor B calcium Ca broom Br chroom Cr chloor Cl goud Au fluor F ijzer Fe fosfor P kalium K helium e kobalt Co jood I koper Cu koolstof C kwik g krypton Kr lithium Li neon Ne lood Pb silicium Si magnesium Mg stikstof N mangaan Mn waterstof natrium Na zuurstof nikkel Ni zwavel S platina Pt tin Sn titaan Ti uraan U zilver Ag zink Zn Molecuulformules Moleculen kun je weergeven met molecuulformules. Die formules geven aan welke atoomsoorten en hoeveel ervan in een molecuul voorkomen. Elke stof heeft zijn eigen molecuulformule. Een watermolecuul bevat bijvoorbeeld twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. De molecuulformule is 2. Met het cijfer 2 achter het symbool voor waterstof geef je aan dat er twee waterstofatomen in één molecuul water aanwezig zijn. Dit cijfer noem je een index. Een index staat in de molecuulformule altijd rechts onder het atoomsymbool. De index 1 wordt niet opgeschreven. In figuur 13 zie je een aantal molecuultekeningen met de bijbehorende molecuulformule. 60

21 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen figuur 13 molecuulformules en molecuultekeningen van methaan, koolstofdioxide en ethanol C C C C C 4 C 2 C 2 6 tabel 4 fase-aanduidingen fase afkorting vast s vloeibaar l gas g opgelost in water aq Achter de molecuulformule wordt de fase, bij kamertemperatuur, weergegeven als je het over de stof hebt. ok hiervoor wordt een afkorting gebruikt. Je schrijft deze tussen haakjes achter de molecuulformule. In tabel 4 staan de fase-aanduidingen. Deze zijn afgeleid van de Engelse woorden solid, liquid en gas. De molecuulformule van de vloeistof water is dan 2 (l). De aanduiding aq is afgeleid van aqua (water), dit geeft aan dat de stof is opgelost in water. tabel 5 enkele molecuulformules van bekende ontleedbare stoffen naam water methaangas ammoniakgas koolstofdioxidegas koolstofmono-oxidegas de vloeistof ethanol de vaste stof glucose suiker (sacharose) molecuulformule 2 (l) C 4 N 3 C 2 C C 2 6 (l) C (s) C (s) ntleedbare stoffen Met de 118 verschillende atoomsoorten zijn miljoenen verschillende moleculen te maken. In tabel 5 staan molecuulformules van enkele ontleedbare stoffen. Achter deze molecuulformules staan de fasen van deze stoffen vermeld bij kamertemperatuur. figuur 14 Dmitri Ivanovitsj Mendelejev tabel 6 molecuulformules van nietontleedbare stoffen die bestaan uit twee dezelfde atomen naam waterstof zuurstof stikstof fluor chloor broom jood molecuulformule 2 2 N 2 F 2 Cl 2 Br 2 (l) I 2 (s) Niet-ontleedbare stoffen De meeste niet-ontleedbare stoffen (elementen) worden met hun symbool weergegeven. Zo noteer je bijvoorbeeld ijzer als Fe(s) en helium als e. Er zijn zeven niet-ontleedbare stoffen waarvan de moleculen uit twee dezelfde atomen bestaan. De namen en molecuulformules van deze niet-ontleedbare stoffen staan in tabel 6. et periodiek systeem der elementen In 1869 heeft de Russische wetenschapper Mendelejev (figuur 14) de elementen die in zijn tijd bekend waren, op een bruikbare manier geordend. ij rangschikte de elementen naar opklimmende atoommassa. De elementen die overeenkomsten vertoonden in hun chemische eigenschappen, zette hij onder elkaar. Met deze rangschikking van de elementen legde hij de basis voor het periodiek systeem. 61

22 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen et huidige periodiek systeem heeft een andere opbouw (figuur 15). Elke atoomsoort heeft zijn eigen nummer, het atoomnummer. In het periodiek systeem zijn de atoomsoorten gerangschikt op toenemend atoomnummer. De zeven horizontale rijen noem je perioden. De achttien verticale kolommen heten groepen. In de groepen staan de elementen die qua chemische eigenschappen op elkaar lijken. et metaal lithium lijkt in chemisch gedrag op de andere metalen in groep 1. figuur 15 het periodiek systeem periode groep , ,003 alkalimetalen atoomnummer atoommassa 1 aardalkalimetalen e Waterstof 14 28,09 elium 3 6,94 4 9,01 overgangsmetalen 5 10, , , , , ,18 Si symbool 2 andere metalen Silicium zwart vast Li Be B C N F Ne blauw vloeistof Lithium Beryllium niet-metalen Boor Koolstof Stikstof Zuurstof Fluor Neon 11 22, ,31 naam rood gas 13 26, , , , , ,95 edelgassen (113) onontdekt 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar Natrium Magnesium Aluminium Silicium Fosfor Zwavel Chloor Argon 19 39, , , , , , , , , , , , , , , , , ,80 K Rb Cs Fr Francium Ca Sr Ba Ra Radium Sc Y La Ac Actinium (119) (120) (121) Ti Zr f Rf Rutherfordium V Nb Ta Db Dubnium Cr Mo W Sg Seaborgium Mn Tc Re Bh Bohrium Fe Ru s s assium Co 4 Kalium Calcium Scandium Titaan Vanadium Chroom Mangaan IJzer Kobalt Nikkel Koper Zink Gallium Germanium Arseen Seleen Broom Krypton 37 85, , , , , ,94 43 (98) , , , , , , , , , , ,3 Rh 5 Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Nubidium Molybdeem Technetium Rutonium Rhodium Palladium Zilver Cadmium Indium Tin Antimoon Telluur Jood Xenon , , , , , , , , , , , , , , ,0 84 (210) 85 (210) 86 (222) 6 Cesium Barium Lanthaan afnium Tantaal Wolfraam Renium smium Iridium 87 (223) , ,0 104 (261) 105 (262) 106 (266) 107 (262) 108 (265) 109 (268) 7 Ir Mt Meitnerium Ni Pd Pt Platina (271) 110 Cu Ag Au Goud (272) 111 Zn Cd g Kwik (277) 112 Ga In Tl Thallium Ge Sn Pb Lood (285) 114 As Sb Bi Bismut Se Te Po Polonium (289) 116 Br (113) (115) (117) I At Astaat Kr Xe Rn Radon (298) ,1 Ce ,9 Pr ,2 Nd ,9 Pm ,4 Sm , , ,9 Eu o ,3 Gd ,9 Tb , , ,0 Dy Er Yb ,0 Tm Lu Cerium Praseodynium Neodynium Prometium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium olmium Erbium Thulium Ytterbium Luthetium ,0 Th ,0 Pa ,0 U ,0 Np ,0 Pu , ,1 Am Cm ,1 Bk ,1 Cf ,1 Es , ,1 Fm Md No Lr Thorium Protacticum Uraan Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium ( ) figuur 16 De reactie van natrium (alkalimetaal) met water. De andere metalen uit groep 1 reageren ook fel met water. opgaven De metalen van groep 1 heten de alkalimetalen. De alkalimetalen reageren allemaal heftig met water (figuur 16). De metalen uit groep 2 heten de aardalkalimetalen. Groep 17 is de groep van de halogenen. Deze elementen reageren gemakkelijk met metalen. In groep 18 staan de edelgassen. Deze gassen reageren niet of nauwelijks met andere stoffen. et grootste deel van de elementen bestaat uit metalen. Slechts een deel (rechtsboven in het periodiek systeem) bestaat uit niet-metalen. Achter in je boek vind je een grotere afbeelding van het periodiek systeem. Leerstof 14 Noem de vier kenmerken van het deeltjesmodel. 15 Leg uit of de volgende uitspraken waar of niet waar zijn. a In een mengsel komt meer dan één soort moleculen voor. b Bij scheiden gaan de moleculen kapot. c De moleculen van één stof zijn allemaal gelijk aan elkaar. d In een vaste stof kunnen moleculen niet bewegen. 62

23 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen 16 Beantwoord de volgende vragen. a Geef het symbool van de volgende elementen: koper, stikstof, mangaan, argon, fosfor, lood. b Geef de naam van de volgende elementen: Ag, Zn, Mg,, Ne, g. c Schrijf de namen en formules op van de zeven twee-atomige elementen. 17 Alle elementen staan gerangschikt weergegeven in het periodiek systeem. a oe heten de kolommen in het periodiek systeem? b oe heten de metaalelementen uit groep 1 van het periodiek systeem? c In welke groep staan de edelgassen? figuur 17 Zuivere stof of mengsel? Toepassing 18 De gekleurde bolletjes in figuur 17 stellen moleculen voor. a Leg op deeltjesniveau uit of dit een zuivere stof of een mengsel is. b oeveel verschillende stoffen staan afgebeeld? 19 Geef de molecuulformules bij de molecuultekeningen in figuur Geef voor elk van de stoffen uit opgave 19 aan of het een ontleedbare of een niet-ontleedbare stof is. N C N 21 Fosforzuur is een stof die onder andere in cola voorkomt. De molecuulformule is 3 P 4. a Uit hoeveel atoomsoorten bestaat een fosforzuurmolecuul? b oeveel fosforatomen zitten er in een molecuul fosforzuur? c Wat is de index van zuurstof in een fosforzuurmolecuul? C C 22 Elke atoomsoort heeft zijn eigen symbool. In een verbinding komen meerdere atoomsoorten voor. et zorgvuldig gebruik van hoofdletters en kleine letters is belangrijk. a Wat wordt bedoeld met de formule Sn? b Wat wordt bedoeld met de formule SN? c Leg het verschil uit tussen Co en C. Br N Br 23 Geef voor elk van de uitspraken aan of deze waar of niet waar is. a Een element bevat maar één atoomsoort. b Bij het scheiden van een mengsel worden moleculen gesorteerd. c Moleculen kunnen elkaar aantrekken. d Een molecuul bevat altijd verschillende soorten atomen. e Bij een fase-overgang gaan moleculen kapot. f Bij een chemische reactie gaan moleculen kapot. g Bij een chemische reactie gaan atomen kapot. h In een ontleedbare stof zit meer dan één molecuulsoort. C C C figuur 18 molecuultekeningen van enkele stoffen 63

24 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen 24 Een atoom heeft atoomnummer 53. a In welke groep en in welke periode staat dit atoom? b Geef de naam en het symbool van dit element. c oe heet de groep waar dit element in staat? 25 Neem de tabel over en vul deze verder in. symbool atoomnummer metaal of niet-metaal? Al N 74 niet-metaal 1 groep 17 3 periode *26 Koffie bevat de stof cafeïne, een stof die een stimulerend effect heeft op het zenuwstelsel, waardoor je alerter wordt. In een kopje gewone koffie van 150 ml is ongeveer 75 mg cafeïne opgelost. De molecuultekening van cafeïne staat in figuur 19. a Geef de molecuulformule van cafeïne. b oeveel atomen en hoeveel atoomsoorten komen er voor in een cafeïnemolecuul? c Bereken de concentratie cafeïne in koffie in mg/l. d Sommige mensen zijn gevoelig voor cafeïne, ze krijgen klachten als oorsuizingen en duizeligheid. Meestal gebeurt dit bij hoeveelheden vanaf 500 mg cafeïne per dag. Bereken hoeveel kopjes koffie je per dag moet drinken om 500 mg cafeïne binnen te krijgen. e Koffieliefhebbers die overgevoelig zijn voor cafeïne kunnen cafeïnevrije koffie drinken. m cafeïnevrije koffie te maken, worden de koffiebonen gespoeld met veel water. ierdoor wordt de hoeveelheid cafeïne in de bonen verminderd van 2 massa% tot 0,1 massa%. Leg uit welke scheidingsmethode wordt gebruikt bij het decafeïneren van koffie. f Bereken hoeveel mg cafeïne er in een kopje cafeïnevrije koffie zit. N C figuur 19 cafeïne 64

25 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties Er zijn veel verschillende soorten reacties. Een bijzondere soort is de verbrandingsreactie. Dit is een reactie waarbij een brandstof met zuurstof reageert. Bij een verbranding komt altijd veel energie vrij. Energie In de winter verbrand je hout in de open haard omdat het dan lekker warm wordt. In de gasbarbecue verbrand je butagas om het vlees er op te grillen. De brander in het scheikundelokaal gebruik je om stoffen te verwarmen. In je lichaam verbrand je voedingsstoffen zodat je genoeg energie hebt om van alles te doen. Bij een verbrandingsreactie komt altijd energie vrij, meestal in de vorm van warmte en licht (figuur 20). figuur 20 Bij deze verbranding komt energie vrij in de vorm van warmte en licht. tabel 7 de samenstelling van lucht gas volume% N Ar 1 C 2 0,040 2 afhankelijk van de temperatuur Brandstoffen Voor een verbrandingsreactie is natuurlijk een brandstof nodig. De meest gebruikte brandstoffen zijn de fossiele brandstoffen, gevormd uit resten van planten en dieren die miljoen jaar geleden leefden. Door grote druk zijn deze resten samengeperst, waarbij onder andere steenkool, aardolie en aardgas zijn ontstaan. Aardolie en aardgas bestaan uit moleculen die (voornamelijk) koolstof en waterstofatomen bevatten en worden koolwaterstoffen genoemd. Naast fossiele brandstoffen worden de laatste jaren steeds vaker biobrandstoffen gebruikt die uit biomassa worden gemaakt. Biomassa is materiaal dat van planten en bomen afkomstig is. Bio-ethanol en biodiesel zijn bekende voorbeelden. In hoofdstuk 4 leer je meer over deze brandstoffen. Zuurstof Voor elke verbrandingsreactie is ook zuurstof nodig. De benodigde zuurstof voor een verbranding komt meestal uit de lucht. Lucht is een mengsel van voornamelijk stikstofgas (78 volume%) en zuurstofgas (21 volume%). Daarnaast komen nog kleine hoeveelheden andere gassen voor, zoals waterdamp, argon en koolstofdioxide (tabel 7). De verbranding verloopt feller en sneller als het volumepercentage zuurstof hoger is dan in lucht. Een gloeiende houtspaander gaat in aanwezigheid van zuiver zuurstofgas feller gloeien of zelfs ontbranden. ntbrandingstemperatuur Naast een brandstof en zuurstof moet er een minimale temperatuur zijn voordat een stof gaat branden. De ontbrandingstemperatuur is voor elke stof verschillend. et is een stofeigenschap. 65

26 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties Stoffen met een ontbrandingstemperatuur net boven kamertemperatuur noem je licht ontvlambare stoffen. Witte fosfor is een voorbeeld van een stof met een heel lage ontbrandingstemperatuur, de stof ontbrandt spontaan net boven kamertemperatuur. brandstof figuur 21 de branddriehoek zuurstof ontbrandingstemperatuur Branden blussen Proef 5 De drie voorwaarden voor een verbranding worden weergegeven in de branddriehoek (figuur 21). ntbreekt een van deze drie verbrandingsvoorwaarden, dan zal er geen reactie optreden. Een brand kan worden gestopt door een of meer van deze verbrandingsvoorwaarden weg te nemen: de brandstof weghalen; de aanvoer van zuurstof (lucht) blokkeren; de brandende materialen afkoelen tot onder de ontbrandingstemperatuur. Een eenvoudig voorbeeld van het wegnemen van de brandstof is het dichtdraaien van de gaskraan. Zuurstoftoevoer kun je bij kleine branden tegengaan door een branddeken te gebruiken, of bijvoorbeeld het deksel op de pan te doen bij een vlam-in-de-pan-brand. ok kan worden geblust met een koolzuurblusser. et koolstofdioxidegas dat daarbij vrijkomt, verdringt de lucht. Verder verlaagt het koude koolzuur de temperatuur, waardoor deze onder de ontbrandingstemperatuur komt en de brand uitgaat. Bij het blussen met water wordt zowel gekoeld als het contact tussen de brandstof en zuurstof beperkt. Een oliebrand kan niet met water worden geblust. et water zal meteen verdampen en een stoomwolk vormen. De brand zal zich dan juist uitbreiden. Brandende benzine drijft op het water en brandt gewoon door. Voor dit soort branden worden schuimblussers gebruikt. Schuim koelt en beperkt het contact tussen de brandstof en zuurstof (figuur 22). figuur 22 Deze brand wordt geblust met schuim. 66

27 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties Verbrandingsproducten Bij een verbrandingsreactie verdwijnen de brandstof en zuurstof en ontstaan tegelijkertijd verbrandingsproducten. Deze verbrandingsproducten heten oxides. p deeltjesniveau hergroeperen de atomen uit de afgebroken moleculen van beide beginstoffen zich tot de moleculen van de oxides. Een oxide is een verbinding waarvan de moleculen zijn opgebouwd uit zuurstofatomen en één andere atoomsoort. Wanneer de brandstof maar uit één atoomsoort bestaat, ontstaat er ook één oxide. Bestaat de brandstof uit twee of meer atoomsoorten, dan ontstaan er meestal ook twee of meer oxides. p deeltjesniveau worden alle koolstofatomen in een brandstof (koolwaterstof) bij verbranding omgezet in koolstofdioxidemoleculen en alle waterstofatomen in watermoleculen (tabel 8). tabel 8 de oxides van koolstof en waterstof brandstof bevat de verbrandingsproduct naam atoomsoort C C 2 koolstofdioxidegas 2 (l) water Verbrandingsreacties In het reactieschema van een verbrandingsreactie staan altijd voor de pijl een brandstof en zuurstof, achter de pijl staan de oxide(s) die bij de verbranding ontstaan. Koolstof (figuur 23) bestaat uit slechts één atoomsoort en bij verbranding ontstaat er één oxide: koolstofdioxidegas. koolstof + zuurstofgas g koolstofdioxidegas C C figuur 23 het verbranden van koolstof(s) het verbranden van koolstof op deeltjesniveau et hoofdbestanddeel van aardgas (figuur 24) is methaan, C 4. et is een ontleedbare stof waarvan de moleculen uit C- en -atomen bestaan. Bij de verbranding van methaan ontstaan koolstofdioxidegas en water. methaangas + zuurstofgas g koolstofdioxidegas + water figuur 24 aardgas C het verbranden van methaan op deeltjesniveau C 67

28 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties Bio-ethanol (figuur 25) kan ook worden gebruikt als brandstof. bio-ethanol + zuurstofgas g koolstofdioxidegas + water figuur 25 bio-ethanol C C C C het verbranden van bio-ethanol op deeltjesniveau Volledige en onvolledige verbranding Uit onderzoek blijkt dat je twee liter zuurstof nodig hebt om één liter methaan (hoofdbestanddeel van aardgas) te verbranden. mdat er 21 volume% zuurstof in de lucht zit, heb je ongeveer vijf keer zo veel lucht nodig, dus ongeveer tien liter! Als de volumeverhouding methaan : lucht gelijk is aan 1 : 10, verbrandt methaan volledig tot koofstofdioxide en water. Deze volumeverhouding is belangrijk. Als er namelijk te weinig zuurstof aanwezig is, vindt een onvolledige verbranding plaats. Bij een onvolledige verbranding ontstaan ook koolstof (roet) en koolstofmono-oxide, C. Koolstofmono-oxide is een reukloos, kleurloos, brandbaar en zeer giftig gas. In de krant kun je regelmatig lezen dat door koolstofmono-oxidevergiftiging mensen overlijden of in het ziekenhuis belanden (figuur 26). De oorzaak daarvan is vaak dat cv-ketels of andere gastoestellen in slecht geventileerde ruimten zijn geplaatst. Kat redt gezin net op tijd van koolmonoxidevergiftiging De twee ouders van het gezin lagen in de nacht van zondag op maandag te slapen. In de andere kamers lagen hun kinderen van 10, 11 en 14 jaar. Even voor uur s nachts liep de huiskat al miauwend en grommend naar de eerste verdieping. Daar begon hij luidruchtig over te geven. De 37-jarige moeder werd wakker van de geluiden die het dier maakte. Ze ging naar beneden en hoorde dat de gasgeiser in de keuken een vreemd geluid maakte. Ze voelde zich ook misselijk worden. Ze heeft snel haar man en kinderen in veiligheid gebracht en de brandweer gebeld. De brandweermannen ontdekten in het huis een potentieel dodelijke C-waarde. Waar de norm op nul hoort te staan, werd door de brandweer in het huis een waarde van 950 ppm (parts per million) gemeten. Bij een waarde van 1000 ben je binnen 30 minuten dood. naar: AD figuur 26 68

29 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties figuur 27 Bij een onvolledige verbranding wordt roet gevormd. figuur 28 gecondenseerde waterdamp op een ruit m ongelukken met koolstofmono-oxide te voorkomen, moet je de ruimte waar het gastoestel staat goed ventileren. ok moet je gastoestellen hierop regelmatig (laten) controleren. De moderne hr-ketels zijn een stuk veiliger doordat de luchttoevoer van buitenaf is geregeld. Aan de kleur van de vlam kun je zien of een brandstof volledig of onvolledig verbrandt. Als de vlam geel is, treedt er een onvolledige verbranding op. Er is dan te weinig zuurstof aanwezig voor een volledige verbranding. De gele vlam duidt op de vorming van koolstof. Dit kun je aantonen door een koud voorwerp in de gele vlam te steken. et voorwerp wordt dan zwart door roetaanslag. Een reageerbuis in een gele vlam wordt zwart aan de buitenkant (figuur 27). Aantoningsreacties Proef 6 De meeste verbrandingsproducten zie en ruik je niet. Maar je kunt ze soms wel aantonen. Waterdamp bijvoorbeeld kun je laten condenseren (figuur 28). Je kunt ook met een reagens aantonen dat er water ontstaat. Een reagens is een stof waarmee je de aanwezigheid van een andere stof via een zichtbare reactie kunt aantonen. Je voert dan een herkenningsreactie uit. Wit kopersulfaat is een stof die blauw kleurt zodra het in contact komt met water(damp). mdat wit kopersulfaat alleen met water verkleurt, is het een heel geschikt reagens voor water. Kalkwater is een reagens voor koolstofdioxide. Als je koolstofdioxidegas door kalkwater leidt, wordt het heldere, kleurloze kalkwater melkachtig troebel (tabel 9). tabel 9 het aantonen van verbrandingsproducten reagens op naam waarneming water wit kopersulfaat Witte vaste stof wordt blauw. koolstofdioxide kalkwater Kleurloze oplossing wordt troebel. opgaven Leerstof 27 Lucht is geen zuivere stof. a Welke twee gassen komen het meest voor in de lucht? b oeveel volume% zuurstof bevat zuivere lucht? 28 Teken de branddriehoek. 29 Geef het reactieschema van de volledige verbranding van waterstof. 69