Hoofdstuk 3 Stoffen, elementen en chemische reacties

Transcriptie

1 Hoofdstuk 3 Stoffen, elementen en chemische reacties In het vorige hoofdstuk leerden we wat het verschil is tussen mengsels en zuivere stoffen en hoe we met (fysische) scheidingstechnieken mengsels in hun componenten kunnen scheiden. Het resultaat daarvan zijn zuivere stoffen en dat is wat de chemicus onderzoekt. Nu kan de echte chemie van start gaan! Immers, in de scheikunde gaat het in de allereerste plaats om de reacties die stoffen met elkaar aangaan. In dit hoofdstuk leer je meer over chemische reacties. Maar eerst herhalen we het deeltjesmodel van de materie, het zogenaamde corpusculaire model. In dit hoofdstuk komen aan bod: - Herhaling van het deeltjesmodel leerfiche 11 - Het verschil tussen fysische en chemische verschijnselen leerfiche 12 - Fysische en chemische eigenschappen leerfiche 13 - Identificatiemiddelen van zuivere stoffen leerfiche 14 - Reactieschema s leerfiche 15 - Analyse- en synthesereacties leerfiche 16 - Enkelvoudige en samengestelde stoffen leerfiche 17 - De belangrijkste chemische elementen leerfiche 18 - Voorbeelden van chemische reacties leerfiche 19 - Reactieschema en elementvergelijking leerfiche 20 - Wat is energie? leerfiche 21 - Exo- en endo-energetische reacties leerfiche 22 - Verbranding (1) leerfiche 23 - De samenstelling van lucht leerfiche 24 - Verbranding (2) : oxidatie en reductie leerfiche 25 - Verbranding (3) : oefeningen leerfiche 26 - Elementvergelijkingen van oxidatie- en reductiereacties leerfiche 27 Freinetschool Villa da Vinci 32

2 11. Herhaling: het deeltjesmodel (corpusculair model) Lees aandachtig C:\elementaire chemie\308_corpusculaire bouw.htm (of: start => 1.4. Corpusculaire bouw => corpusculaire bouw). Bekijk ook alle afbeeldingen en animaties. 1. In de eerste graad leerde je al wat het deeltjesmodel is. Men noemt dit ook het corpusculaire model van de materie (naar het Latijnse woord corpusculum = lichaampje). Vul aan en schrap wat niet past: Het deeltjesmodel van de materie: Alle stoffen bestaan uit, die we voorlopig voorstellen als. Een zuivere stof bestaat uit soort deeltjes. Een mengsel bestaat uit evenveel soorten deeltjes als er in het mengsel zijn. Tussen de deeltjes zijn er lege. De deeltjes worden samengehouden door krachten, de zgn. krachten. Deze krachten zijn het grootst in de vaste / vloeibare / gasvormige aggregatietoestand en het kleinst in de vaste / vloeibare / gasvormige toestand. De deeltjes zijn altijd in (dit noemen we de th beweging). Een andere naam voor deeltjesmodel is model. 2. Teken hieronder met het deeltjesmodel : a) een vaste stof (zuivere stof); b) een vloeistof (zuivere stof), c) een gas (zuivere stof), d) een gasmengsel (met twee componenten; Zorg dat het verschil tussen de componenten duidelijk zichtbaar is). a) b) c) d) Freinetschool Villa da Vinci 33

3 12. Fysische en chemische verschijnselen In deze korte leerfiche leer je het verschil tussen de begrippen fysisch verschijnsel en chemisch verschijnsel. Lees aandachtig C:\elementaire chemie\309_stoffen en reacties.htm (Start 2 Chemische reacties 2.1. Stoffen en reacties). Bekijk de filmpjes. 1. Leg met je eigen woorden het verschil uit tussen de verhitting van platina en de verbranding van magnesium. 2. Schrap wat niet past: Bij een fysisch verschijnsel (zoals het verhitten van een stuk platinadraad in de vlam, of het koken van water) ontstaan er wel / geen nieuwe stoffen. De optredende veranderingen zijn blijvend / tijdelijk. Een fysisch verschijnsel kan je dus wel / niet ongedaan maken. Bij een chemisch verschijnsel (= een chemische reactie, zoals de verbranding van magnesium) ontstaan wel / geen nieuwe stoffen en zijn de optredende veranderingen blijvend / tijdelijk. 3. A) Hoe noemen we de stoffen die bij een chemische reactie verdwijnen (dus de stoffen die vóór de reactie aanwezig zijn)? De. B) Hoe heten de stoffen ( producten ) die je op het einde van de reactie overhoudt? De of. 4. Heb je het verschil tussen fysisch en chemisch verschijnsel begrepen? Het koken van water is een fysisch /chemisch verschijnsel omdat. De verbranding van huisvuil is een fysisch / chemisch verschijnsel omdat. Freinetschool Villa da Vinci 34

4 Maak de online oefening op Ik heb de online oefening gemaakt. Ik had juiste antwoorden (op 12). Fysisch verschijnsel of chemisch verschijnsel? Verschijnsel Fysisch Chemisch 1 Karamelliseren van suiker 2 Condensatie van alcoholdamp 3 Bevriezen van water 4 Filtreren van zandwater 5 Een kaars brandt 6 Het rijpen van fruit De oplossing vind je in een voetnoot op de volgende pagina. Zelfde opgave. Waarneming Fysisch Chemisch 1. Zwart worden van zilver 2. Verteren van voedsel in de maag 3. Koken van water 4. Malen van koffiebonen 5. Verzuren van melk Weerkaatsen van de zon in een 6. spiegel 7. Aansteken van een lucifer 8. Roesten van ijzer 9. Een bom ontploft Oplossing: Drie van deze verschijnselen zijn fysisch, de andere zijn chemische verschijnselen. Dat zou moeten volstaan om de tabel juist in te vullen. Freinetschool Villa da Vinci 35

5 13. Fysische en chemische eigenschappen 4 Let op : in deze fiche gaat het over het verschil tussen fysische en chemische eigenschappen. Blader nog eens terug naar leerfiche 12. Vraag: Waarover ging het daar? Antwoord: over fysische en chemische. Wat is het verschil tussen verschijnsel en eigenschap? Onthoud: Verschijnsel Als we in de chemieles over een verschijnsel spreken (fysisch of chemisch), bedoelen we altijd dat er een verandering optreedt: Eigenschap bv. water kookt en verdampt : dit is een fysisch verschijnsel (het kan ook in de omgekeerde richting gebeuren). bv. een magnesiumlint verbrandt : dit is een chemisch verschijnsel (het is definitief; je kunt van de as niet opnieuw magnesium maken). Als we het over een eigenschap hebben (fysisch of chemisch), stellen we vast dat een stof of een voorwerp een bepaald kenmerk heeft (bv. water kookt bij 100 C is een fysische eigenschap van water, terwijl het koken zelf een fysisch verschijnsel is). 1. Schrap wat fout is : Zuivere stoffen kun je van elkaar onderscheiden door hun fysische eigenschappen / chemische eigenschappen, zoals het smeltpunt of het kookpunt. 2. (Herhaling) Geef nog drie voorbeelden van fysische eigenschappen (naast smeltpunt/ kookpunt). 1) 2) 3) 4 De oplossing van de laatste oefening van leerfiche 12. Omkeerbare verschijnselen (die je ongedaan kunt maken) zijn fysisch, niet omkeerbare verschijnselen zijn chemisch. 1) chemisch; 2) fysisch; 3) fysisch; 4) fysisch; 5) chemisch; 6) chemisch. Freinetschool Villa da Vinci 36

6 14. Identificatiemiddelen van zuivere stoffen 1) Identificatie van enkele zuivere stoffen Hoe weet je of een gas koolstofdioxide (CO 2 ) of zuurstofgas (O 2 ) is? Hoe bepaal je of een vloeistof water (H 2 O) bevat? Hoe identificeer je zwavelbloem (S 8 ) en ijzermetaal (Fe)? Tijdens de labo-practica dit schooljaar, zul je geleidelijk aan leren hoe je verschillende zuivere stoffen van elkaar kunt onderscheiden. Vul de onderstaande tabel telkens aan nadat je deze proeven in het labo hebt uitgevoerd. Zuivere stof: Identificatie: Koolstofdioxide (CO 2 ) Waterstofgas (H 2 ) Zuurstofgas (O 2 ) Dijood (I 2 ) Water (H 2 O) IJzermetaal (Fe) Zwavelbloem (S 8 ) 2) Eigenschappen van mengsels In het labo onderzocht je een mengsel van ijzermetaal (Fe) en zwavelbloem (S 8 ) op zijn eigenschappen. Vul de waarnemingsschema s aan: ijzermetaal + zwavelbloem mengen mengsel mengsel + magneet mengsel + tolueen Besluit: (Maak zelf een zin met: mengsel, behouden, zuivere stof, eigenschappen ) Freinetschool Villa da Vinci 37

7 3) Oefening In de buurt van een metaalverwerkende industrie onderzoek je een staal afvalwater. Je voegt ammoniak toe en merkt op: Afvalwater + ammoniak donkerblauwe kleur Wat besluit je daaruit? Je merkt in het afvalwater een gele suspensie op. Je voegt tolueen toe en merkt dat de suspensie daardoor makkelijk uit het afvalwater geëxtraheerd wordt. Wat besluit je daaruit? Bron: Freinetschool Villa da Vinci 38

8 15. Reactieschema s van chemische reacties Ga opnieuw naar de pagina C:\elementaire chemie\309_stoffen en reacties.htm (Start 2 Chemische reacties 2.1. Stoffen en reacties) op Elementaire Chemie. Bekijk opnieuw de filmpjes en lees aandachtig de tekst. 1. Bij de verbranding van magnesium treedt een verandering van de stof op. Schrijf deze reactie hieronder in korte vorm (dit noemen we een reactieschema) : +. Duid in het reactieschema hierboven aan met een pijl : uitgangsproducten, eindproduct of reactieproduct. Vul aan. Kies uit: eindproduct, magnesiumoxide, reactieproduct, uitgangsproduct Bij de bovenstaande reactie is een nieuwe stof ontstaan, namelijk. De magnesium en zuurstofgas (of dizuurstof, O 2 ) zijn verdwenen. Het of is magnesiumoxide. Noot: De pijl naar rechts duidt aan dat de reactie in één bepaalde richting gebeurt (chemisch verschijnsel). Freinetschool Villa da Vinci 39

9 16. Analysereacties en synthesereacties Bronnen: C:\elementaire chemie\310_analyse.htm C:\elementaire chemie\311_synthese.htm Explosief 1.2. Hoofdstuk 11 p. 41 en volgende 1. Wat is een analysereactie? a) Een analysereactie (ook kortweg analyse of genoemd) is een reactie waarbij. b) Geef een voorbeeld van een analysereactie (met een reactieschema). 2. Wat is een synthesereactie? a) Een synthesereactie (ook kortweg synthese genoemd) is een reactie waarbij. b) Geef een voorbeeld van een synthesereactie (met een reactieschema). Freinetschool Villa da Vinci 40

10 3. Oefening. Zijn de volgende reacties analyse- of synthesereacties? Noteer telkens ook de uitgangsstoffen en eindproducten. Analyse of synthese? Uitgangsstoffen Eindproducten A B C De verbranding van koolstof. Hierbij reageert koolstof met dizuurstof (uit de lucht) en er ontstaat koolstofdioxide. natrium + dizuurstof natriumoxide zwavelzuur water + zwaveltrioxide D A + B C + D E distikstof + diwaterstof ammoniak De oplossing vind je onderaan op C:\elementaire chemie\311_synthese.htm. SAMENVATTING ANALYSE EN SYNTHESE Vul aan: A + B C A B + C A + B C + D analyse; synthese; analyse noch synthese Freinetschool Villa da Vinci 41

11 17. Enkelvoudige en samengestelde stoffen In hoofdstuk II leerde je het verschil kennen tussen mengsels en zuivere stoffen. Je leerde ook verschillende soorten mengsels kennen. In deze fiche zul je leren dat ook zuivere stoffen nog verder onderverdeeld worden, namelijk in enkelvoudige stoffen en samengestelde stoffen. Lees aandachtig Explosief 1.2. blz Beantwoord vervolgens de onderstaande vragen met behulp van het samenvattend schema op blz. 53 (studietip: dit schema moet je perfect begrijpen en kunnen uitleggen; je moet het ook kunnen aanvullen). Aanvullende bron: C:\elementaire chemie\312_enkelvoudig en samengesteld.htm ( 2.2.) Vooraf: wat is een molecule? Vorig jaar leerde je al over atomen en moleculen. Hier volgt een korte herhaling, met als voorbeeld water (H 2 O). Definitie : 1) Een molecule is het kleinste deeltje van een stof dat nog de chemische eigenschappen van die stof bezit. 2) Atomen zijn de bouwstenen van moleculen (dit is een voorlopige definitie later dit jaar leer je meer over atomen). Een watermolecule is een verbinding van waterstof (H) en zuurstof (O). Elke H 2 O-molecule bezit, ook al is ze minuscuul, alle chemische en fysische eigenschappen van water. Elke H 2 O-molecule bestaat uit twee H-atomen en één O-atoom (waterstofatomen en zuurstofatomen). Deze atomen hebben ANDERE eigenschappen dan water. Begrepen? Vul dan de volgende zinnen aan, bij wijze van oefening. Kies uit: molecule, atomen, atoom Een koolstofdioxide (CO 2 ) bestaat uit twee zuurstof (O) en één koolstof (C). Freinetschool Villa da Vinci 42

12 Overzichtsschema enkelvoudige en samengestelde stoffen Neem het schema op blz. 53 in Explosief 1.2. hieronder over. Nogmaals, dit schema en alle termen die erin gebruikt worden moet je goed kennen. Freinetschool Villa da Vinci 43

13 1. Beantwoord kort de volgende vragen aan de hand van het schema: a) In welke twee categorieën deelt men de materie in? b) In welke twee subcategorieën deelt men de zuivere stoffen in? c) Definieer de volgende begrippen: enkelvoudige stof : samengestelde stof: atoom : element: molecule: 2. Leg het verschil uit tussen een mengsel en een samengestelde stof. Geef twee voorbeelden van elk. Twee voorbeelden van mengsels : Twee voorbeelden van samengestelde stoffen: Freinetschool Villa da Vinci 44

14 3. Enkelvoudig of samengesteld? Kruis aan. Stoffen Enkelvoudig Samengesteld Octazwavel (S 8 ) Dizuurstof (O 2 ) IJzersulfide (FeS) Distikstof (N 2 ) Natriumchloride (NaCl) of keukenzout Dibroom (Br 2 ) Zinksulfide (ZnS) Natriumoxide (Na 2 O) Oplossing: C:\elementaire chemie\312_enkelvoudig en samengesteld.htm Let op voor begripsverwarring! Alle stoffen in de bovenstaande tabel zijn zuivere stoffen (dus geen mengsels). Sommige zijn enkelvoudige zuivere stoffen, andere zijn samengestelde zuivere stoffen. Freinetschool Villa da Vinci 45

15 18. De belangrijkste elementen en hun symbolen Bronnen: C:\elementaire chemie\313_atomen-elementen-symbolen.htm (= hoofdstuk 2.2.) Explosief 1.2. p. 53 (onderaan) en p Vul aan (tip: Explosief): Er bestaan ongeveer natuurlijke elementen. Zij vormen de bouwstenen van de natuur. Alle natuurlijke zijn uit één of meerdere van deze elementen opgebouwd. Elk element wordt voorgesteld door een. De eerste letter van het symbool is altijd een letter. Eventueel kan een tweede letter volgen. Dat is altijd een letter. 2. Vul in de kolom op de volgende bladzijde bij elk element het overeenkomstige symbool in. Let erop dat je de symbolen juist schrijft: de eerste letter is een hoofdletter, de (eventuele) tweede letter is een kleine letter! Soms is de Latijnse naam gegeven om je te helpen. Je moet de symbolen + de (Nederlandse) namen van deze elementen uit het hoofd leren! 3. Wat merk je als je de Nederlandse en de Engelse en Latijnse benamingen vergelijkt? Tip: Je kunt jezelf met dit tooltje ondervragen (klik op overhoor online ): Deze lijst kun je ook naar Wrts exporteren en zelf aanvullen. Wie er niet genoeg van krijgt, vindt hier een lijstje met nog veel meer elementen: De namen van deze elementen (in het Nederlands) én hun symbolen moet je uit het hoofd leren en in beide richtingen kennen: element symbool, symbool element. De Engelse en de Latijnse naam hoef je niet te kennen. Zij dienen enkel om het leren te vergemakkelijken. Freinetschool Villa da Vinci 46

16 De belangrijkste elementen en hun symbolen: NAAM SYMBOOL Latijnse naam Engelse naam Aluminium Boor Calcium Chloor Fluor Aluminum Boron Calcium Chlorine Fluorine Fosfor phosphorus Phosphorus Goud aurum Gold Helium Helium IJzer ferrum Iron Jood Kalium Iodine Potassium Koolstof carboneum Carbon Koper cuprum Cupper Kwik hydrargyrum Mercury Lood plumbum Lead Magnesium Natrium Neon Magnesium Sodium Neon Stikstof nitrogenium Nitrogen Waterstof hydrogenium Hydrogen Zilver argentum Silver Zink Zinc Zuurstof oxygenium Oxygene Zwavel sulfur Sulfur Broom Bromine Freinetschool Villa da Vinci 47

17 19. Voorbeelden van chemische reacties: synthese- en analysereacties Vul deze fiche in NA de het labo-practicum waarbij we water ontleedden in waterstofgas en zuurstofgas en ijzer en zwavel synthetiseerden tot ijzersulfide. Je kunt deze fiche ook voorlopig overslaan en de volgende fiche afwerken. Lees aandachtig de onderstaande tekst. Schrap wat fout is en vul aan waar nodig. A) HERHALING Bij een (fysisch of chemisch?) verschijnsel (zoals verbranding) worden één of meer stoffen omgezet in één of meer andere stoffen met andere eigenschappen. Bij een (fysisch of chemisch?) verschijnsel daarentegen (zoals smelten, koken, mengen, breken, ), ontstaan geen nieuwe stoffen. B) In het labo leerde je dat een mengsel van de zuivere stoffen ijzermetaal (Fe) en zwavel (S) door verhitting (afgesloten van de lucht) omgevormd kan worden tot een nieuwe samengestelde zuivere stof : ijzersulfide (chemisch symbool: FeS). Vul aan en schrap wat niet past: Het ontstaan van ijzersulfide uit ijzer en zwavel is een voorbeeld van een fysische / chemische reactie. De reactie is een analysereactie / synthesereactie. Ijzersulfide is een verbinding / verschijnsel / element. Vervolledig het reactieschema (in woorden) van de verbinding van ijzersulfide: ijzer + Het reactieproduct ijzersulfide (FeS) is een zuivere stof / mengsel. Het is enkelvoudig / samengesteld. Het kleinste deeltje ijzersulfide dat nog alle fysische eigenschappen van ijzersulfide bezit, dus één enkele FeS-deeltje, noemen we een element / atoom / molecule. Ijzersulfide bestaat uit twee elementen / atomen / moleculen : ijzer en zwavel (sulfur). Elke molecule ijzersulfide (FeS) bestaat uit twee atomen / moleculen : een ijzer en een zwavel. Freinetschool Villa da Vinci 48

18 C) Tijdens hetzelfde labopracticum zagen we dat we water met een elektrische stroom kunnen ontleden in waterstofgas en zuurstofgas 5. Dit is een voorbeeld van een fysische / chemische reactie, omdat de fysische eigenschappen van de uitgangsstoffen veranderd zijn (bv. smelt- en kookpunt, aggregatietoestand, dichtheid, kleur, smaak). Dit is een voorbeeld van een analysereactie / synthesereactie. Schrijf hier het reactieschema : In wat nu volgt houden we geen rekening met het zwavelzuur in het water, omdat dit niet betrokken is bij de chemische reactie (zie de voetnoot). Het uitgangsproduct van de reactie, gedestilleerd water (H 2 O), is een zuivere stof / mengsel. Het is enkelvoudig / samengesteld, want we kunnen het wel / niet ontleden in andere stoffen. De reactieproducten waterstofgas (H 2 ) en zuurstofgas (O 2 ) zijn zuivere stoffen / mengsels. Ze zijn enkelvoudig / samengesteld, want we kunnen ze wel / niet ontleden in andere stoffen. (Als je twijfelt over de juiste antwoorden: vraag het aan je leraar of aan een medeleerling.) Vul in. Elk(e) m zuurstofgas (O 2 ) bestaat uit twee a van het e zuurstof (O). 5 Aan het water voegden we wat zwavelzuur toe om de elektrische stroom beter te geleiden (zuiver water is namelijk een slechte geleider). Dit zwavelzuur (H 2 SO 4 ) neemt niet deel aan de chemische reactie zelf: als we al het water zouden ontleden, zou het zwavelzuur achterblijven; dat doen we echter niet omdat het zuur de elektroden zou aantasten Freinetschool Villa da Vinci 49

19 20. Reactieschema en elementvergelijking Je leerde in leerfiche 15 wat een reactieschema is en hoe je het opstelt. Tot nu toe gebruikten we daarvoor de benaming (= in woorden) van de betrokken stoffen en elementen. In de chemie gebruikt men liever de elementsymbolen, omdat ze korter zijn én omdat ze over heel de wereld dezelfde zijn. Dan spreken we niet van een reactieschema, maar van een elementvergelijking. Voorbeeld. Voor de synthese van ijzersulfide (uit ijzer en zwavel) geldt: Reactieschema met woorden: ijzer + octazwavel ijzersulfide Elementvergelijking: (Fe) + (S) (Fe, S) Je schrijft dus elke afzonderlijke stof (zuivere of samengestelde stof) tussen haakjes : de zuivere stof (Fe) en de zuivere stof (S) verbinden zich tot de samengestelde stof (Fe, S). Maak nu de onderstaande oefening. Je vindt ze ook op de CD Elementaire chemie (313_Atomen- Elementen-Symbolen.htm). Freinetschool Villa da Vinci 50

20 Lees aandachtig de beschrijving van het chemisch verschijnsel in de linkerkolom. Je hebt geen andere informatie nodig om de reactie- en de elementvergelijking op te schrijven. De eerste oefening geldt als voorbeeld. Chemisch verschijnsel Reactieschema (met woorden) Elementvergelijking De reactie tussen diwaterstof en dizuurstof waarbij water ontstaat. Water is een samengestelde stof en bevat de elementen waterstof en zuurstof. De analyse van ammoniak, een samengestelde stof die de elementen stikstof en waterstof bevat. De synthese van natriumchloride, een samengestelde stof die de elementen natrium en chloor bevat. De reactie tussen diwaterstof en dichloor waarbij waterstofchloride ontstaat. De reactie tussen water en zwaveltrioxide (samengestelde stof, bevat de elementen zwavel en zuurstof). Bij deze reactie ontstaat er zwavelzuur (= samengestelde stof, bevat DRIE elementen). diwaterstof + dizuurstof water (H) + (O) (H,O) Oplossing: zie CD elementaire chemie, 313_Atomen-elementen-symbolen.htm Freinetschool Villa da Vinci 51

21 21. Wat is energie? Dagelijks hebben we het over energie: Ik heb geen energie meer. Neem toch een energiedrankje! Electrabel is een energieleverancier. Een bewegend voorwerp heeft kinetische energie.. Maar wat betekent energie in de natuurwetenschappen? De volgende leerfiche is volledig gewijd aan het begrip energie. Je zult verschillende vormen van energie leren kennen, en ook het verschil tussen energie en warmte. We beginnen met de definitie van energie. Vervolgens leer je een fundamentele eigenschap van energie kennen. Ten slotte bespreken we (aan de hand van voorbeelden) verschillende vormen van energie. Definitie: "Energie is de mogelijkheid van een systeem om arbeid te verrichten. 6 Met systeem bedoelen we hier bv. een mens, een molecule, een hoeveelheid vloeistof, een machine, Het woord "mogelijkheid" is onderstreept omdat je energie niet per se hoeft op te gebruiken. Je kunt energie bewaren, bijvoorbeeld in voedsel (in de koelkast) of in een batterij. Een belangrijke eigenschap van energie is : je kunt energie nooit vernietigen, alleen omzetten in andere vormen van energie! Wanneer je de energie gebruikt hebt, is deze niet weg. Hij gaat alleen in een andere toestand over. Wanneer een auto rijdt met de energie uit de benzine wordt deze energie omgezet in warmte. Hij gaat de lucht in maar is niet echt weg. De elektrische energie die een lamp uit het stopcontact haalt, verdwijnt niet maar wordt omgezet in licht (stralingsenergie) en warmte. Energie blijft dus altijd bestaan! 6 Je zou kunnen tegenwerpen dat we met deze definitie de vraag gewoon herformuleren tot: Wat is arbeid? Je hebt gelijk en toch ook weer niet: volgend schooljaar zul je (bij fysica) leren dat arbeid heel nauwkeurig gedefinieerd is, namelijk als het product van kracht en verplaatsing. Voorlopig mag je je behelpen met de betekenis die je instinctief of gevoelsmatig met het woord arbeid verbindt. Freinetschool Villa da Vinci 52

22 Energiesoorten Hoewel het steeds dezelfde energie is, geven we die energie in verschillende situaties een andere naam. Voor alle energiesoorten geldt: je kunt er iets mee doen. Vul in : elektrische energie magnetische energie kernenergie - stralingsenergie chemische energie zwaarteënergie bewegingsenergie - veerenergie thermische energie kinetische 1) : dit is de energie die voorwerpen hebben die kunnen veren en in gespannen toestand staan. (Als de veer niet opgespannen is heeft ze dus geen : je moet eerst een andere energiesoort gebruiken om de veer op te spannen). 2) : dit is de energie die in straling zit. De meeste straling is trouwens pure energie (bv. licht). 3) : dit is de energie die opgeslagen zit in de moleculen van een stof. Bij exo-energetische chemische reacties (zoals verbrandingsreacties) komt deze energie vrij als warmte en stralingsenergie. zit bv. in voedsel en brandstoffen. 4) : dit is de energie die voorwerpen hebben die bewegen. Deze energiesoort wordt ook energie genoemd. 5) : dit is de energie die voorwerpen hebben die kunnen vallen. Je mag zelf bepalen waar je de nul noemt. Meestal is dit op de grond maar het kan bijvoorbeeld ook de bodem van een kuil zijn (daarover meer in de fysicalessen). 6) : dit is de energie die voorwerpen hebben die elektrisch geladen zijn en waar dus elektrische spanning op staat. Deze energie zit in spanningsbronnen zoals een batterij en een accu. 7) : dit is de energie die opgeslagen zit in de kernen van atomen. Bij kernreacties komt deze energie vrij als warmte en stralingsenergie. 8) : dit is de energie die voorwerpen van ijzer, nikkel of kobalt hebben die zich in de buurt van een magneet bevinden. 9) : dit is de bewegingsenergie van de moleculen. Deze neemt toe als de temperatuur stijgt. Enzovoort. Er zijn nog verscheidene andere energiesoorten. Freinetschool Villa da Vinci 53

23 Bij chemische reacties kan energie onder verschillende vormen vrijkomen (of bij endo-energetische reacties: opgenomen worden), zoals: WARMTE 7 BEWEGING GELUID Voorbeeld: verbranding Voorbeeld: bruistablet in water Voorbeeld: bruistablet in water Een ontploffing is een reactie waarbij (behalve warmte en beweging van deeltjes = kinetische energie) energie in de vorm van geluid vrijkomt. (Eigenlijk is geluid niets anders dan de verplaatsing van luchtdeeltjes.) Het hoeft echter niet altijd een knal te zijn : ook het geluid van sissen of pruttelen wijst erop dat energie vrijkomt. LICHT Voorbeeld: verbranding, luminescentie ELEKTRICITEIT Voorbeeld: batterij of accu Studietip: Je moet de voorbeelden uit dit kadertje bij de juiste energievormen kunnen plaatsen (bron: 7 Later zul je leren dat warmte energie is die onderweg is ten gevolge van een temperatuurverschil en dat warmte veroorzaakt wordt door de beweging van deeltjes. Warmte is dus geen aparte vorm van energie. Freinetschool Villa da Vinci 54

24 22. Exo- en endo-energetische reacties Bron : Elementaire chemie 2.3. Exo- en endo-energetische reacties (C:\elementaire chemie\314_exo- en endo-energetische reacties.htm). 1. Definities. Definieer de volgende begrippen: Exo-energetische reactie : Endo-energetische reactie : Zoek nu ook de volgende begrippen op Exotherme reactie : een reactie waarbij vrijkomt (de gemeten temperatuur stijgt). Endotherme reactie : een reactie waarbij opgenomen wordt (de gemeten temperatuur daalt). 2. Wat betekenen de voorvoegsels (prefixen) exo- en endo-? (tip: woordenboek) Exo = Endo = Een exo-energetische reactie Freinetschool Villa da Vinci 55

25 23. Verbranding (1) Bronnen: - C:\elementaire chemie\315_verbranding.htm (Hoofdstuk 2.4.). - Explosief 1.2. p. 57 en volgende 1. Wat is een verbranding? (Antwoord zo precies mogelijk!) 2. Geef een voorbeeld dat aantoont dat een ontstekingsbron (bv. een vlam) niet altijd nodig is om verbranding mogelijk te maken. 3. Welke drie voorwaarden zijn noodzakelijk opdat verbranding mogelijk wordt? Voorwaarde 1: Voorwaarde 2 : Voorwaarde 3 : 4. Is verbranding een exo- of een endo-energetische reactie? Waarom? Antwoord: Verbranding is een reactie omdat. Freinetschool Villa da Vinci 56

26 5. We maken een onderscheid tussen snelle verbranding en trage verbranding. Geef van elk twee voorbeelden (zie Explosief 1.2. hoofdstuk 15): a) Voorbeelden van snelle verbranding : en b) Voorbeelden van trage verbranding : en 6. Leg uit wat er tijdens het roesten van ijzermetaal in een omgekeerde reageerbuis boven water gebeurt (Explosief 1.2. p. 64). 7. IJzeren voorwerpen roesten. Deze eigenschap vormt een grote beperking voor het gebruik van ijzer in de techniek of voor het maken van gebruiksvoorwerpen. Procedé 1 : Procedé 2 : Zoek op (internet of klasbibliotheek): welke twee oplossingen laten toe om het element ijzer toch op grote schaal te gebruiken? Omschrijf kort waaruit elke oplossing bestaat. Noem ook van beide procedés telkens een nadeel. Wat? Omschrijving? Nadeel? Wat? Omschrijving? Nadeel? Freinetschool Villa da Vinci 57

27 24. De samenstelling van lucht Bronnen: - C:\elementaire chemie\316_lucht.htm (hoofdstuk 2.4.) - Explosief 1.2. p. 57 en volgende - De afbeelding hieronder 1. Wat zijn de twee hoofdbestanddelen van lucht? Antwoord: Ongeveer 4/5 van de lucht bestaat uit, ongeveer 1/5 van de lucht bestaat uit. 2. Vul aan (zie Explosief 1.2., hoofdstuk 16). 100 % droge lucht is een (schrap wat niet past) mengsel / verbinding van: 1) ( %) 2) ( %) 3) ( %) 4) ( %) 5) ( %) Freinetschool Villa da Vinci 58

28 Welke stoffen kan onzuivere of vervuilde lucht voorts nog bevatten? Geef drie voorbeelden: 1) 2) 3) 3. Welke component van lucht is noodzakelijk voor de verbranding? Freinetschool Villa da Vinci 59

29 25. Verbranding (2); oxidatie en reductie Bronnen: Leerfiche 0 Een exo-energetische reactie 1) Verbranding (1) 2) Handboek Explosief 1.2., blz (2) 3) C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm (hoofdstuk 2.4). (3) De meeste antwoorden vind je in de bronnen 2 en 3, maar Elementaire chemie is ongetwijfeld duidelijker en makkelijker (het bevat ook filmpjes van de besproken experimenten). 1. We laten kopermetaal reageren met zuurstofgas (= dizuurstof of O 2 ). Zie het filmpje op Elementaire Chemie. Wat neem je waar? Geef van deze reactie het reactieschema (in woorden) en de elementvergelijking (met de symbolen tussen haakjes): Reactieschema (in woorden): Elementvergelijking (met symbolen tussen haakjes): 2. Vul de juiste termen in: a) Een dergelijke reactie, waarbij een element (hier: Cu) zich verbindt met het element zuurstof (O) noemen we een o reactie 8. 8 Het gaat hier dus wel degelijk om een verbinding, niet om een mengsel. Wat is het verschil ook weer? Freinetschool Villa da Vinci 60

30 b) Het eindproduct van zo n reactie (hier de verbinding (Cu,O) of CuO) noemen we een o. In ons voorbeeld gaat het om koper. c) De omgekeerde reactie, waarbij het element zuurstof aan een verbinding onttrokken wordt, noemen we een r reactie of kortweg. Thermietreacties bieden een spectaculair voorbeeld van oxidatie (en reductie). Op vind je de video-opname van een experimenten dat je zelf waarschijnlijk nooit zult kunnen uitvoeren. En dit is de reden waarom we dit niet in het schoollabo doen: (tot 1:30). Hier verloopt het experiment iets beter: 3. Vul in. Kies uit: zuurstof (2x), oxidatiereactie, natriumoxide, oxide, reductie, geoxideerd, explosie, gereduceerd, redox-. Een is een verbinding van een element met. De reactie waarbij een oxide ontstaat noemen we een. De omgekeerde reactie noemen we een : hier wordt aan een verbinding (een samengestelde zuivere stof) onttrokken. In de reactie (Na) + (C, O) (Na, O) + (C) reageren de uitgangsproducten natrium (Na) en koolstofdioxide (CO 2 ) met elkaar en vormen (NaO) en koolstof (C). Aangezien het element natrium zich met zuurstof verbindt, zeggen we dat het natrium wordt. De koolstofdioxide daarentegen wordt : het zuurstof wordt eraan onttrokken. Freinetschool Villa da Vinci 61

31 Opmerking: Aangezien elke oxidatiereactie met een reductie gepaard gaat (de zuurstof die aan het met het ene element verbonden wordt, wordt aan het andere element onttrokken), spreken we ook kortweg van reacties. Freinetschool Villa da Vinci 62

32 Welk woord gebruiken we voor een extreem snelle verbranding? Antwoord: Een e. Dat is een extreem snelle chemische reactie, gekenmerkt door een grote gas- en warmteontwikkeling, met als gevolg een plotse drukverhoging. Die drukverhoging kan grote schade aanrichten. Een ontploffing is dus een zeer snelle exotherme/endotherme reactie (schrap wat niet past). Zorg dat je de termen uit deze leerfiche goed begrijpt en kunt toepassen! 4. Onderaan op de pagina C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm vind je vier prima oefeningen om deze leerstof in te oefenen! Opgave: maak deze vier oefeningen. Vul de checklist in. Checklist Oxidatie en reductie, oefening 1 Schrijf OK als je de oefening hebt afgewerkt en begrepen Oxidatie en reductie, oefening 2 Oxidatie en reductie, oefening 3 Oxidatie en reductie, oefening 4 Freinetschool Villa da Vinci 63

33 26. Verbranding (3) : oefeningen en toepassingen 1. Waarom is verbranding een chemisch (en geen fysisch) verschijnsel? Verbranding is een chemisch verschijnsel omdat bij de reactie een nieuwe gevormd wordt, namelijk een o. 2. Branden blussen. Herlees de drie voorwaarden voor verbranding (leerfiche 23). Wanneer men een brand wil blussen, tracht men te bereiken dat minstens één van deze voorwaarden niet meer vervuld is. Geef met een voorbeeld aan, welke blustechniek op welke voorwaarde inwerkt (voor de voorwaarden 2 en 3). Vul dat in de tabel in: Voorwaarde voor verbranding Blustechniek 2 3 Sommige hardnekkige branden (bv. oliebranden) blust men wel eens met dynamiet. Hoe verklaar je dat een explosie een vuur kan blussen? Freinetschool Villa da Vinci 64

34 3. Invuloefening Kies uit (je moet niet alle woorden gebruiken): dizuurstof, endo-, exo-, papier, lucht, zuurstofgas, energie, fijnverdeelde, ijzer Verbranding van een stof is een reactie van die stof met (synoniem: ). Dat is aanwezig in de. Bij elke verbrandingsreactie komt vrij. Daarom is verbranding een -energetische reactie. We onderscheiden brandbare stoffen (bv. ) en niet brandbare stoffen (bv. ), maar dat onderscheid is niet absoluut: in vorm kan praktisch elke stof branden. De temperatuur die een stof doet ontbranden noemen we de (dit woord staat niet in het lijstje). 4. Los de vijf meerkeuzevragen op Elementaire chemie op (je vindt ze op C:\elementaire chemie\evaluaties\verbranding.htm). Schrijf hieronder de nummers van de vragen op waarmee je moeite had (keer later naar deze vragen terug) : 5. Thermiet. Surf naar a) Wat is thermiet? b) Noem drie toepassingen van thermiet Freinetschool Villa da Vinci 65

35 27. Elementvergelijkingen van oxidatie- en reductiereacties. Je leert in deze leerfiche hoe je oxidatie- en reductiereacties met een elementvergelijking weergeeft. Bronnen die je kunt gebruiken: - Explosief 1.2. p C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm 1. Verbranding van enkelvoudige stoffen a) Hieronder vind je de reactieschema s voor de verbranding van enkelvoudige stoffen. Schrijf onder elk reactieschema de juiste elementvergelijking (met haakjes, bv. (Cu) of (Cu,O)). Vergelijk daarna met de oplossing in Explosief 1.2. p. 69. i) Kopermetaal + zuurstofgas koperoxide ( ) + ( ) (, ) ii) Witte fosfor + zuurstofgas fosforoxide iii) IJzermetaal + zuurstofgas ijzeroxide Bij de bovenstaande oxidatiereacties verbindt een enkelvoudige stof zich met en vormt een. b) Oefen nu zelf: i) Schrijf de elementvergelijking voor de verbranding van magnesium: ii) Schrijf de elementvergelijking voor de verbranding van koolstof: Freinetschool Villa da Vinci 66

36 c) Oxidatie en reductie. Herhaling Wanneer een element zich met zuurstofgas verbindt en een oxide vormt, spreken we dus van oxidatie. Maar dat zuurstofgas (dizuurstof of O 2 ) moet ergens vandaan komen : het wordt meestal onttrokken aan een andere verbinding. Die laatste reactie noemen we een reductiereactie of kortweg reductie (bij de reacties in leerfiche 25 wordt het zuurstofgas aan de lucht onttrokken, maar ook andere verbindingen kunnen gereduceerd worden, zoals we zullen zien). Omdat oxidatie en reductie altijd samen voorkomen, spreekt men ook kortweg van -reacties Alvorens we dieper ingaan op oxidatie en reductie grijpen we even vooruit op de leerstof: Wet van behoud van elementen In leerfiche Fout! Verwijzingsbron niet gevonden. zul je leren dat bij chemische reacties NOOIT elementen 9 ontstaan of verdwijnen. Wel worden bij chemische reacties elementen anders gegroepeerd : VOORBEELD - sommige verbindingen worden verbroken, (H,O) (H), (O) - andere (nieuwe) verbindingen ontstaan, (Cu,O) + (H) (H,O) + (Cu) - of enkelvoudige stoffen verbinden zich tot één nieuwe stof (Mg) + (O) (Mg,O) Dat is dus ook het geval bij oxidatie- en reductiereacties : er verdwijnen geen elementen, er komen geen nieuwe elementen bij, er worden enkel nieuwe verbindingen gevormd (of bestaande verbindingen worden ontbonden). Een voorbeeld van een reductiereactie is de verwarming van koperoxide (Cu, O) en houtskoolpoeder (C). Bekijk deze reactie op Elementaire chemie, C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm. Beantwoord nu de volgende vragen: 1) Schrijf de elementvergelijking (met haakjes) van de reductie van koperoxide met koolstof: 9 Ken je het verschil nog tussen element, stof, verbinding, atoom, molecule? Freinetschool Villa da Vinci 67

37 2) Vul aan : Een reductie is een reactie waarbij. 3) De stof die het zuurstof aan een ander stof onttrekt noemen we de. In deze reactie is dat. 4) Bij de reductie van koperoxide door koolstof wordt de koolstof geo, terwijl het koperoxide gere wordt. Het koolstof is dus de r. We noemen deze reactie kortweg een -reactie. We hebben hier dus tegelijk de oxidatie van en de reductie van. 5) Opgave: a. Neem hieronder de elementvergelijking van deze reactie over (de bruinrode vergelijking op Elementaire chemie). b. Duid in de reactie met pijlen aan: oxidatie, reductie, oxidator, reductor, oxidatieproduct, reductieproduct. Zorg dat je dit schema goed begrijpt! 6) Reactie tussen magnesium en koolstofdioxide. Zie Elementaire chemie C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm)? Bekijk het filmpje van de reactie: het is best spectaculair en we kunnen ze in het schoollabo niet uitvoeren. Neem de elementvergelijking (met haakjes) over: Freinetschool Villa da Vinci 68

38 Wat is er bijzonder bij de reactie tussen magnesium en koolstofdioxide? Zoek zelf op: wat is droog ijs? Waarvoor wordt het gebruikt? 7) Maak (nogmaals) de vier oefeningen over oxidatie/reductie op C:\elementaire chemie\317_oxidatie en reductie.htm (onderaan op de pagina). 2. Verbranding van samengestelde stoffen Lees Explosief 1.2. blz Beantwoord de vragen: 1. Schrijf een algemene elementvergelijking (reactiepatroon) op van de verbranding van een a) enkelvoudige stof b) samengestelde stof : 2. Wat is anders bij de verbranding van een samengestelde stof tegenover verbranding van een enkelvoudige stof? Proficiat! Je hebt het einde van hoofdstuk 3 bereikt. Blader nog eens terug naar bladzijde 32: daar vind je een overzicht van al wat je in dit hoofdstuk leerde (en dat is heel wat!). In hoofdstuk 4 gaan we verder in op chemische reacties. Freinetschool Villa da Vinci 69