Hoofdstuk 8: Zuren. Hoofdstuk 9: Basen Samenvatting Scheikunde SE 2

Transcriptie

1 1 Samenvatting Scheikunde SE 2 Hoofdstuk 8: Zuren 8.2 Met een indicator kan de ph van een stof worden bepaald. De stof is basisch als de ph boven en zuur als de ph onder de zeven ligt. Als de ph 7 is, is de stof neutraal. Voorbeelden van indicatoren zijn lakmoes en universeel indicatorpapier. Voor oplossingen van kleurstoffen die bruikbaar zijn als indicator, zie Binas tabel 52A. 8.3 Het H 3 O + - ion staat ook wel bekend als oxoniumion en is de reden dat zuren stroom kunnen geleiden. Een sterk zuur splitst in water volledig in ionen, een aflopende reactie dus, en een zwak zuur splitst gedeeltelijk in ionen dus daar krijg je een evenwichtsreactie. Voor de oplossing van een sterk zuur noteer je dan ook H 3 O + (aq) + (zuur H). Voor de oplossing van een zwak zuur noteer je gewoon het zuur zelf. 8.4 Organische zuren hebben de karakteristieke C=O-OH groep. Als deze een H heeft afgestaan spreekt men van het zuurrestion. Een organisch zuur kan meerwaardig zijn. Zuren zonder koolstofskelet zijn anorganisch. Koolzuur en zwaveligzuur zijn instabiele zuren omdat ze tweewaardig zijn. Een meerwaardig zwak zuur verliest in water maar één H tje. Sommige ionen kunnen ook als zuur reageren, zie tabel ph = log[h 3 O + ], [H 3 O + ] = 10 ph. Bij de oplossing van een sterk zuur is de molariteit van de oplossing de H 3 O + concentratie. Voor een zwak zuur geldt het volgende: HZ(aq) + H 2 O H 3 O + (aq) + Z (aq). De evenwichtsvoorwaarde is K z = [H 3O + ]+[Z ]. [HZ] Hoofdstuk 9: Basen 9.2 Een base kan een H tje opnemen en een basische oplossing bevat OH ionen. Een bases en het bijbehorende zuur vormen samen een geconjugeerd zuur-basepaar. Verder geldt alles eigenlijk hetzelfde als bij zuren maar dan met OH i. p. v. H 3 O + en base i.p.v. zuur. 9.3 Bevat een goed oplosbaar zout een sterk basisch ion, dan noteer je één reactie vergelijking. Bevat het een zwak basisch ion, dan noteer je twee reactievergelijkingen. Bij een slecht oplosbaar zout verlopen er geen reacties. Aminen en ammoniak zijn zwakke basen. Een meerwaardige base kan meerde H tjes opnemen. 9.4

2 2 Samenvatting Scheikunde SE 2 Zie 9.2, maar houdt er rekening mee dat de Kz verandert in de Kb. poh + ph = 14 en dat is weer de waterconstante bij 298 K Een zuur-basereactie is een reactie tussen een zuur en een base, waarbij de zuur een H tje afstaat en de base deze opneemt. De molariteit van een zure of basische oplossing kun je bepalen met een zuurbasetitratie. Het equivalentiepunt is het eindpunt van de titratie. Bij sterke zuren en basen ligt het equivalentiepunt rond de 7, bij zwakke ligt het daar onder of boven (zwak zuur boven, zwakke base onder). Voor het afmeten van kleine hoeveelheden gebruik je een volpipet, voor titreren een buret en voor het oplossen van een stof in een exacte hoeveelheid vloeistof een maatkolf. Hoofdstuk 10: Analysetechnieken en onderzoek 10.2 De golflengte van elektromagnetische straling bepaalt de soort straling. Elektromagnetische straling bestaat uit fotonen en plant zich voort met de lichtsnelheid. Voor de energie van een foton geldt: E = hc λ. Een weergave van alle golflengten in één soort elektromagnetische straling is een spectrum. De analysemethode spectroscopie bestudeert met de hulp van spectra het effect van elektromagnetische straling op stoffen. Een absorptiespectrum geeft de straling aan die een stof absorbeert en een emissiespectrum de straling die een stof uitzend. Als een foton met de juiste energie op een atoom valt kan deze het foton absorberen en later weer uitzenden. Een elektron gaat dan van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand en valt vervolgens terug. Zie de samenvatting voor natuurkunde. Fotochemische reacties worden mogelijk gemaakt door elektromagnetische straling De infrarood-spectrofotometrie kijkt naar de absorptie van infraroodstraling door moleculen en de strek en buigvibraties in deze moleculen. Het golfgetal in de omgekeerde waarde van de golflengte in reciproke centimeter. Door te kijken naar de pieken in het infraroodspectrum kun je de bindingen in het molecuul achterhalen. Colorimetrie analyseert stoffen met behulp van zichtbaar licht en ultravioletstraling Met een spectrofotometer meet je de absorptie van elektromagnetische straling. Als je analysemethodes gebruik om de soort stof te achterhalen spreek je van kwalitatieve analyse en als je analysemethodes gebruikt om de concentratie van een stof te bepalen spreek je van kwantitatieve analyse. Bij een kwantitatieve analyse met colorimetrie meet je de intensiteit van het licht door gelaten door zowel een monster als een blanco en reken je vervolgen de transmissie uit: T = I monster I blanco. De extinctie is de negatieve logaritme van de transmissie en is recht evenredig met de concentratie van de gemeten stof. Bij colorimetrie gebruik je een ijkreeks, een aantal oplossingen van een stof met bekende concentraties Bij papierchromatografie is de loopvloeistof de mobiele fase en het papier de stationaire fase. Het resultaat van chromatografie is een chromatogram. De Rf-waarde is de afstand van de startlijn tot het

3 3 Samenvatting Scheikunde SE 2 middelpunt van een vlek gedeeld door de afstand van de start tot het vloeistoffront. De verdeling van stoffen in de chromatografie over de mobiele en stationaire fase is een verdelingsevenwicht. Bij kolomchromatografie vindt de scheiding plaats in een kolom waarin zich de stationaire fase bevindt. Het draait hier niet om de afgelegde fase maar om de retentietijd. Bij vloeistofchromatografie is een vloeistof de mobile fase en bij gaschromatografie een draaggas. De kolom kan een polaire of apolaire stationaire fase hebben waardoor stoffen op basis van polariteit kunnen worden gescheiden. De oppervlakte van een piek in een chromatogram is recht evenredig met de concentratie van de bijbehorende stof in het mengsel Met een massaspectrometer meet he de massa van alle geladen deeltjes. Een sterke elektronen bundel ioniseert de moleculen, waarna deze worden gescheiden op massa gedeeld door lading. Bij de fragmentatie ontstaan radicalen, dat zijn deeltjes met een ongepaard elektron. Het massaspectrum geeft op de x-as de m/z weer en op de y-as de relatieve intensiteit van de fragmenten. Uit de piekhoogtes in een massaspectrum kun je de verhoudingen tussen de hoeveelheden van de verschillende deeltjes bepalen. Hoofdstuk 11: Redoxreacties 11.2 Bij een redoxreactie vindt een energie overdracht plaats. Hierbij schrijf je meestal H+ i.p.v. H 3 O +. Het deeltje dat elektronen afstaat is de reductor en het deeltje dat de elektronen opneemt is de oxidator. Om een redoxreactie op te stellen stel je eerst de twee halfvergelijkingen op. Wanneer er sprake is van een elektronenoverdracht, is het een redoxreactie Een geconjugeerde reductor en geconjugeerde oxidator vormen een redoxkoppel. Deze koppels zijn te vinden in tabel 48. Een onedel metaal is een sterke reductor, een edel metaal is een zwakke reductor. Elk redoxkoppel heeft een standaardelektrodepotentiaal V 0. De reactie is aflopend als ΔV 0 0,3 V, een evenwichtsreactie als 0,3V < ΔV 0 < 0,3 V en onder de -0,3V verloopt de reactie niet. Als een deeltje zowel oxidator als reductor is, hangt het van de andere deeltjes in het reactiemengsel af wat er gebeurt HSO 4 en SO 4 2 reageren alleen in warm geconcentreerd zwavelzuur. Geconcentreerd salpeterzuur resulteert in stikstofdioxidegas en verdund salpeterzuur in stikstofmonoxidegas. In een zuur milieu mag voor de pijl H + worden gebruikt en mag geen OH ontstaan, bij een basismilieu is dit andersom. Water kan altijd als hulpdeeltje optreden en bij een neutraal milieu mag zowel H + als OH ontstaan Er bestaan primaire, secundaire en tertiaire alcoholen, alcoholen met respectievelijk één, twee of drie andere C-atomen verbonden aan het c-atoom met de OH-groep. Primaire en secundaire alcoholen en aldehyden zijn reductoren. Uit een redoxreactie met een primaire alcohol ontstaat een aldehyde, uit een

4 4 Samenvatting Scheikunde SE 2 redoxreactie met een secundaire alcohol ontstaat een keton. Als een aldehyde met water als oxidator reageert, ontstaat een carbonzuur. Carbonzuren, aldehyden en ketonen zijn oxidatoren. Hoofdstuk 16: Buffers en enzymen 16.2 Sterke zuren en basen reageren aflopend met water, zwakke zuren en basen vormen een evenwicht met water. In een reactie mengsel reageert het sterkste zuur met de sterkste base. Een amfolyt kan reageren als zuur en als base. Als de Kz groter is dan de Kb gedraagt de amfolyt zich in water als een zuur, als de Kb groter is dan de Kz als base. Aminozuren bestaan uit dubbelionen en gedragen zich daardoor zoutachtig. Ook zijn aminozuren amfolyt Een oplossing waarvan de ph maar weinig verandert bij toevoeging van een kleine hoeveelheid van een zure of basische of bij verdunning heet een buffer. Een bufferoplossing bestaat uit een mengsel van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base. Het zwakke zuur reageert met de OH en de zwakke base met de H 3 O +. Een mengsel is een buffer wanneer de verhouding tussen het zwakke zuur en zijn geconjugeerde base tussen de 10:1 en 1: 10 ligt. 1:1 is de ideale verhouding Een fosfaatbuffer is een buffer met fosfaten. Om de verhouding tussen het zuur en de base te vinden gebruik je de volgende formule: K z [H 3 O + ] = [Base]. Hemaglobine zorgt voor het transport van zuurstof [Zuur] en koolstofdioxide in bloed en is ook het buffersysteem van bloed. Hemaglobine bestaat uit 4 heemmoleculen met ijzerionen in het midden. De koolzuurbuffer is de belangrijkste buffer in bloed en heeft een grotere buffercapaciteit voor zuren dan voor basen. De fosfaatbuffer bestaande uit diwaterstoffosfaationen en monowaterstoffosfaationen komt maar een klein beetje in bloed voor Het celmembraan zorgt voor het transport van stoffen van en naar de cel. Het DNA in de celkern levert de code voor de eiwitproductie in de cel. In de cel zit de kern en het cytoplasma. In de celkern bevinden zich chromosomen en in het cytoplasma ribosomen. Vanuit het DNA in de kern wordt het mrna gevormd dat weer de code kan bevatten voor een eiwit en op de ribosomen in het cytoplasma zorgt voor het koppelen van aminozuren tot eiwitten. Een celmembraan bestaat uit een dubbele laag fosfolipeptiden met een apolaire binnenlaag en een polaire buitenlaag. Transport van en naar de cel vind zowel passief als actief plaats. Bij passief transport diffunderen ongeladen moleculen door de fosfolipetide lagen heen, bij actief transport is er energie nodig geleverd door ATP dat in ADP wordt omgezet Een enzym is en biokatalysator die vaak een co-enzym nodig heeft. Enzymen zijn stereospecifiek. De primaire structuur van een molecuul is het aantal, type en de volgorde van de eenheden, de secundaire structuur is de vorming van een alfahelix, spiraalstructuur of bètasheet en de tertiaire structuur is de totale ruimtelijke bouw, welke essentieel is voor het functioneren van een enzym. De plaats waar

5 5 Samenvatting Scheikunde SE 2 substraat en enzym hechten heet het actieve centrum van het enzym. Hier verloopt onder invloed van het enzym een drie stappen tellende reactie: de binding, de enzym-gekatalyseerde reactie en de afscheiding. Alle stappen zijn evenwichten. Tijdens de vorming van een enzym-substraatcomplex verandert de ruimtelijke bouw van het enzym en kunnen H-bruggen, ion bindingen en atoombindingen worden gevormd tussen enzym en substraat. De reactiesnelheid van de enzym-gekatalyseerde reactie hangt onder andere af van de temperatuur, ph, enzymconcentratie en activeringsenergie. Alle drie de stappen kunnen worden genoteerd als: E + S E S E P E + P.Voor elk enzym is er een ph-optimum en een temperatuuroptimum. Bij een te hoge temperatuur denatureert het enzym. Hoofdstuk 17: Accu s en brandstofcellen 17.2 Batterijen en accu s zijn elektrochemische cellen, waarin een redoxreactie op afstand plaatsvindt. In een halfcel verloopt de reductor reactie, in de andere de oxidatorreactie. De ontstane elektronenstroom is bruikbaar als energiebron. Een daniellcel is een voorbeeld hiervan en werkt met twee elektrodes van zink en koper in oplossingen van zink- en koper(ii)sulfaat waarbij het koper de oxidator en dus pluspool en dus positieve elektrode is en de zinkelektrode de negatieve elektrode en dus reductor en minpool is. Om een gesloten stroomkring te hebben is een zoutbrug of membraam nodig voor de ionenstroom. Het verschil in standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en reductor is de bronspanning Staafbatterijen zijn voorbeelden van toepassingen van elektrochemische cellen en bevatten een elektrolyt, een geleidend vulmiddel, in plaats van een zoutbrug of membraan. Bij een oplaadbare batterij, zoals een accu, blijven de tijdens de stroomlevering in de halfcellen gevormde stoffen bij de elektrodes. Door elektrolyse kan een oplaadbare batterij worden opgeladen, hiervoor treden de reacties die bij stroomlevering optreden omgekeerd op. Dit kost energie. Een brandstofcel is een elektrochemische cel waar in een halfcel continu zuurstof wordt toegevoegd en in een andere continu brandstof. Waterstof is een energiedrager die een duurzame brandstof zou kunnen zijn maar door de lage dichtheid lastig te transporteren is De energiedichtheid is de hoeveelheid energie per volume-eenheid. Batterijen en waterstof hebben een veel lagere energiedichtheid dan fossiele en biobrandstoffen. De kwaliteit van energie is de hoeveelheid nuttige energie, dit verandert bij energieomzettingen waardoor daar je kan spreken over het rendement van de energie, Enuttig/ Etoegevoegd x 100%. Bij de keuze van een energiebron spelen vele factoren een rol, zoals energiedichtheid en de kwaliteit van de energie.