Hoofdstuk 1: Structuurmodel van de materie

Transcriptie

1 Hoofdstuk 1: Structuurmodel van de materie Materie is opgebouwd uit kleine ondeelbare deeltjes: atomen (atoomsoort = element) Atomen binden zich aan elkaar tot moleculen. Het aantal moleculen wordt weergegeven door de coëfficiënt. De elektronenstructuur wordt weergegeven door formules. Vaste stof Edelgas Enkelvoudige stoffen (bestaan uit 1 soort atomen) atomen zijn gegroepeerd volgens een regelmatig ordelijk patroon (rooster) afzonderlijke atomen. Meeste gasvormige enkelvoudige stoffen: diatomische moleculen (0 2, H 2, Cl 2 ) Samengestelde stoffen (bestaan uit meerdere atomen) Gerangschikt in een groter geheel (rooster) waarbij de grenzen van de molecule niet af te bakenen zijn (= verhoudingsformule) 1 Atoommodellen Joseph Thomson Atoom: bolvormige positieve massa waarin negatieve deeltjes (elektronen) verspreid zijn. De totale positieve lading = som negatieve lading (krentenbroodmodel) 1.1 Atoombouw Atoom = opgebouwd uit een positief geladen kern waarheen 1 of meer negatief geladen elektronen bewegen. Kern: protonen en neutronen (niet geladen deeltjes) elektronenmantel, zeer klein waterstof: kern: proton (positief geladen) Massagetal A: som aantal protonen en neutronen (bepaald door aantal protonen in de kern) Atoomnummer Z: aantal elektronen A Z X Isotoop = atomen behorend tot dezelfde soort (zelfde atoomnummer) maar met een verschillend massagetal. Jolien De Veirman 1/11

2 1.2 Structuur van de elektronenwolk Atoommodel van Bohr-Sommerfeld Elektronen bewegen om de kern heen in cirkelvormige of ellipsvormige banen (= 7 schillen of 7 energieniveaus). De elektronen daarop hebben een welbepaalde energiewaarde, die groter is naarmate de straal van de baan toeneemt. Een hoofdniveau wordt opgesplitst in n subniveaus (s, p, d en f subniveau met 2,6,10,14) schil n aantal e - K 1 2 L 2 8 M 3 18 N 4 32 schil n Subniveaus aantal e - K 1 s 2 L 2 sp 2 6 M 3 spd N 4 spdf Elektronenconfiguratie = hoe verschillende schillen en subschillen verdeeld zijn 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s 7p 7d 7f 2.1 Periodiek Systeem der Elementen (PSE) Eigenschappen van elementen worden bepaald door het aantal elektronen op de buitenste schil. Het atoomnummer komt overeen met het rangnummer in het periodiek systeem (stijgend rangnummer). Horizontale rij of periode komt overeen met de bepaalde schil. Elementen waarbij het laatst geplaatste elektron in een gelijksoortig subniveau voorkomt, staan vertikaal onder mekaar in eenzelfde groep. Jolien De Veirman 2/11

3 2.1.1 Hoofdgroepen of a-groepen Valentie-elektronen: elementen van eenzelfde a-groep hebben eenzelfde aantal elektronen op de buitenste schil. s-blok: laatste elektron in s-subschil groepen Ia en IIa p-blok: laatste elektron in p-subschil groepen IIIa tot groep Nevengroepen of b-groepen d-blok: laatste elektron in b-subschil groepen Ib en VIII trapvormige scheidingslijn: links metalen, rechts niet-metalen 2 Chemische binding Edelgassen zijn chemisch inert en hebben een octetstructuur. Dit is een stabiele configuratie waarnaar andere atomen streven. 2.1 Ionenbinding Een metaal geeft elektronen af aan een niet metaal of een niet metaal neemt elektronen op van een metaal. 2.2 Covalente binding Binding tussen 2 niet metalen Gewone covalente binding Om octetstructuur te krijgen: elektronen gemeenschappelijk stellen. Elk atoom levert dan evenveel elektronen. Lewis: stippen als individuele elektronen en strepen voor elektronenparen (Lewis-notatie). Enkelvoudige binding: het gemeenschappelijk stellen van een elektron om de stabiele octetstructuur te bereiken. Een niet metaal gaat zoveel gewone covalente vindingen aan als het elektronen tekort heeft. Jolien De Veirman 3/11

4 2.2.2 Covalente binding van het donor-acceptortype Het gemeenschappelijk elektronenpaar is afkomstig van 1 atoom. Een atoom met een vrij elektronenpaar (donor) kan dit elektronenpaar gemeenschappelijk stellen met een ander atoom (acceptor) Polariteit van moleculen EN-waarde: capaciteit van een atoom om elektronen in een binding naar zich toe te trekken Het elektronenpaar verschuift naar het element met de grootste EN-waarde. Polaire covalente binding verschuiving sterker naarmate het verschil in EN-waarde groter is. geeft aanleiding tot polaire moleculen of dipoolmoleculen Apolaire covalente binding binding tussen 2 identieke atomen molecule symmetrische vorm partiële ladingen compenseren elkaar molecule apolair Oxidatiegetal van een atoom Oxidatiegetal of oxidatietrap = lading die het atoom in een binding krijgt wanneer de verschuiving van de bindingselektronen volledig zou zijn. Ionenbinding Verschuiving volledig. OG = lading ionen Polaire covalente binding Apolaire covalente binding Geen verschuiving. OG = Metaalbinding Metaalrooster: ordelijk gerangschikte positieve metaalionen bijeengehouden door vrije elektronen. Jolien De Veirman 4/11

5 Hoofdstuk 2: Het gedrag van stoffen in water 1 Water als polair oplosmiddel Polaire stoffen lossen goed op in polaire oplosmiddelen (water, alcohol) Apolaire stoffen lossen goed op in apolaire oplosmiddelen (hexaan, ether, benzine) Concentratie van een oplossing: hoeveelheid opgeloste stof aanwezig in een bepaalde hoeveelheid oplossing. Volumeprocent: per procent het aantal ml product per 100 ml (alcohol in dranken) Massaprocent: g/100 g (voedingswaren, mengmeststoffen) 2 Elektrolyten = samengestelde stoffen die, opgelost in water, uiteenvallen in ionen en daardoor de elektrische stroom geleiden 3 Anorganische verbindingsklassen Verbindingsklasse: groep verbindingen die welbepaalde chemische eigenschappen gemeen hebben. 3.1 Zuren = elektrolyten die oplost in water H + - ionen (protonen) afsplitsen. Het negatieve ione dat hierbij ontstaat noemen we de zuurrest. Indicator: kleurstof die verandert van kleur onder invloed van zuren bvb. Lakmoes, fenolftaleïne, methyloranje Binaire zuren Opgebouwd uit atomen van 2 elementen: waterstof + niet-metaal (-ide) HCl: waterstofchloride HBr: waterstofbromide Jolien De Veirman 5/11

6 3.1.2 Ternaire zuren Opgebouwd uit atomen van 3 elementen: waterstof + niet-metaal + zuurstof = oxozuren Formule Triviale naam Systematische naam H 2 SO 4 zwavelzuur waterstofsulfaat HNO 3 salpeterzuur waterstofnitraat H 3 PO 4 fosforzuur waterstoffosfaat H 2 CO 3 koolzuur waterstofcarbonaat 3.2 Hydroxiden = elektrolyten die in water OH - -ionen (hydroxide-ionen) kunnen afsplitsen en basische of alkalische oplossingen vormen ph-waarde is afhankelijk van de concentratie H + en OH - -ionen 3.3 Zouten Splitsen in een positief ion en een negatief zuurrestion 3.4 Oxiden 3.5 Chemische reactie = stoffen bij elkaar brengen andere stoffen worden gevormd Atoomsoorten blijven bewaard, de atomen herschikken zich enkel Uitgangsstoffen: reagentia Nieuw gevormde stoffen: reactieproducten Wet van Lavoisier: één of meer reagentia één of meer reactieproducten Jolien De Veirman 6/11

7 4 Hardheid van water Uitgedrukt in hardheidsgraden. Franse hardheidsgraden. 1 FH = 10g gevormde CaCO 3 per m³ (1000 l water) Hard water: + 15 FH Verwering = onder invloed van water vast gesteente afbreken Erosie = materiaal wordt door stromend water of wind weggevoerd Kwaliteitsnormen drinkwater - aangenaam om te drinken - niet schadelijk voor de gezondheid - geen pathogene organismen bevatten - comfortabel in gebruik bvb. niet te hard blijvende hardheid: sulfaten en chloriden tijdelijke hardheid: meest voorkomend (warmwaterkraan, wasmachine, koffiezet) Mg 2+ en Ca 2+ -ionen in water opgelost verhitten van water ionen verdwijnen ketelsteen verwijderen met zuren 5 Zure neerslag Zie milieukunde 2 FM Jolien De Veirman 7/11

8 Hoofdstuk 3: Metalen Enkelvoudige stoffen: goud en zilver Samengestelde stoffen: mineralen die voorkomen in ertsen (mineralen + andere gesteenten, de zogenaamde ganggesteenten ) Erts fysisch proces : ganggesteente mineraal chemisch proces metaal 1 Redoxreacties = reactie die gepaard gaat met de overdracht van elektronen van een reductor naar een oxidator. (verandering van oxidatiegetallen) Oxidatie: elektronenafgave (verhoging OG) Oxidator: oxideert een andere stof en wordt zelf gereduceerd Reductie: elektronenopname (verlaging OG) Reductor: reduceert een andere stof en wordt zelf geoxideerd Het aantal elektronen dat bij de oxidatie wordt afgegeven = aantal elektronen dat bij de reductie wordt opgenomen. De elektronenbalans moet in evenwicht zijn voor het opstellen van de reactievergelijking. 2 Spanningsreeks van de metalen. Metalen worden gerangschikt volgens dalend reducerend vermogen K Na Ca Mg Al Zn Fe Sterke reductoren Oxideren, roesten gemakkelijk H² Cu Ag Hg Pt Au Zwakke reductoren Reageert niet met zuur 3 Metallurgie van ijzer 4 Andere belangrijke metalen 5 Corrosie van metalen = aantasting van metalen als gevolg van chemische of fysische processen (roesten) Bescherming: - elektrolytische bescherming: op stalen constructies een ander metaal aanbrengen (zink) - legeren: corrosie tegengaan door middel van roestvrij staal (chroom, nikkel) - deklagen: verf Jolien De Veirman 8/11

9 Hoofdstuk 4: Verbranding 1 Energetische aspecten van een chemische reactie Chemische reactie energie-uitwisseling Exo-energetische reactie Endo-energetische reactie U komt vrij wordt opgeslorpt U reactieproduct laag hoog U reagentia hoog laag Voorbeeld verbranding voedsel fotosynthese Activeringsenergie U a : energie die toegevoegd moet worden om een reactie op gang te brengen. 2 Organische verbindingsklassen Vitalisme: levende organismen Wöhler: uit organische stof bekomt men ureum koolstofketens of koolstofringen 4 enkelvoudige koolstofbindingen Tetraëder: bindingshoeken van Koolwaterstoffen Acyclische of alifatische KWS Open koolstofketen A. Alkanen Verzadigd, enkele bindingen. C n H 2n + 2 I. Overtakte ketens CH 4 methaan gas C 2 H 6 ethaan gas C 3 H 8 propaan gas C 4 H 10 butaan gas Jolien De Veirman 9/11

10 II. Vertakte ketens Alkylgroep: atoomgroep met 1 waterstofatoom minder dan het oorspronkelijke atoom CH 3 CH CH3 l CH 3 propaan methyl Positie alkylgroep: alkylgroep nummeren om de kleinst mogelijke nummers te krijgen B. Alkenen en alkynen Alkenen: Onverzadigde KWS 2-voudige binding C n H 2n Alkynen: 3-voudige binding C n H 2n Alicyclische KWS Ringkoolstofatomen Aromatische KWS Benzeenring: zesring met afwisselend dubbele binding 2.2 Koolstofverbindingen met karakteristieke groepen Alcoholen Hydroxylgroep (OH-groep) Carbonzuren Carboxylgroep (COOH) Ketonen Carbonylgroep tussen 2 koolstofatomen Aldehyden Aldehydegroep (CHO) Jolien De Veirman 10/11

11 3 Fossiele brandstoffen 3.1 Energie uit de grond Steenkool, aardolie en aardgas Hoofdbestanddeel: methaan Verbrandingswarmte: hoeveelheid energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van 1 mol van een stof 3.2 Energie voor transport Aardolie kan door gefractioneerde destillatie gescheiden worden in verschillende fracties. - LPG (Liquid Petroleum Gas): mengsel propaan en butaan - Benzine: mengsel KWS van 6 tot 12 koolstofatomen - Cracking: hogere KWS (hogere fractie omzetten in moleculen dmv katalysator) Voortijdige ontbranding: kloppen van de moto rendementsverlies Kwaliteit van benzine hangt af van het octaangetal - heptaan: slechte brandstof, waarde 0 - iso-octaan: klopvaste brandstof, waarde 100 Octaangetal opdrijven door een antiklopmiddel (tetraethyllood) Reforming: onvertakte bindingen worden katalytisch in vertakte isomeren omgezet. Kerosine: vliegtuigen Gasolie en lichte stookolie: dieselmotoren Zware stookolie: industriële ovens, scheepvaartmotoren 4 Vuur en brand Branddriehoek: brandstof (hout, papier, vloeistof, gas), dizuurstof, warmte (vlam, vonk, hitte) Brand vermijden = het uit elkaar houden van deze 3 elementen Brand blussen = het doorbreken van deze driehoek Kan gebeuren door: - wegnemen van de brandstof - wegnemen van dizuurstof - afkoeling Explosie = snelle reactie die een grote hoeveelheid energie en gasvormige producten vrijmaakt hoge druk Jolien De Veirman 11/11