scheikunde VWO gymnasium kennismakingshoofdstuk VWO-gymnasium

Transcriptie

1 VW-gymnasium 3 VW gymnasium scheikunde kennismakingshoofdstuk

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 leerstof 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 en efenen voor de toets en met een praktijkartikel. Bovendien wordt in hoofdstuk 7 uitgelegd welke vaardigheden je bij het vak 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 alleen of met een groepje opgaven 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 Introductie mol-rekenen al in leerjaar 3 1 Voorwoord Materialen en stoffen Theorie 1 Materialen 2 Stoffen 3 Scheidingsmethoden 4 Stoffen verhitten 5 Practicum 6 efenen voor de toets Praktijk 7 Fluorescerend, lekker opvallend 2 Chemische reacties Theorie 1 ntledings- en synthesereacties 50 2 Moleculen en atomen 58 3 Verbrandingsreacties 65 4 Reactievergelijkingen 72 5 Practicum 79 6 efenen voor de toets 86 Praktijk 7 Groenere chemie van chloor 90 3 Atomen en moleculen Theorie 1 Bouw van het atoom 2 Periodiek systeem 3 Moleculaire stoffen 4 Atoommassa en molecuulmassa 5 Practicum 6 efenen voor de toets 00 Vanaf hoofdstuk 4 leerroute voor bèta- en voor alfa-leerlingen Praktijk (schema in docentenhandleiding) 7 Grafeen, een wondermateriaal? 4 Meten aan reacties Theorie 1 Zuren en basen 2 Reactiewarmte 3 Reactiesnelheid 4 Massa 5 Practicum 6 efenen voor de toets Praktijk 7 Vuurwerk

7 8 Stoffen en hun eigenschappen 5 Brandstoffen en kunststoffen Theorie 1 Fossiele brandstoffen 2 Koolstofverbindingen 3 Brandstoffen en milieu 4 Kunststoffen om je heen 5 Kunststoffen in soorten en maten 6 Practicum 7 efenen voor de toets Praktijk 8 Bijzondere polymeren 6 Metalen Theorie 1 Metaaleigenschappen 2 Metaalwinning 3 Toepassing van metalen Nieuw! 4 Recycling 5 Practicum 6 efenen voor de toets 7 Vaardigheden 1 Algemene veiligheidsvoorschriften 2 Werken met de brander 3 Afronden, mgaan met rekenen glaswerk met formules, machten van 10 4 Werken met stoffen 5 Blokschema s maken 6 Rekenvaardigheden Periodiek systeem Trefwoordenregister Colofon Praktijk 7 Aluminium: van koninklijke gasten tot weggooiblikjes In aansluiting op PTM-concept bovenbouw 11

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 er dan met de beginstoffen? oe kun je de veranderingen aan die beginstoffen verklaren? Daarvoor gebruik je een modelvoorstelling over moleculen en atomen. Meer verdieping bij 1 ntledings- en synthesereacties verbrandingsreacties 50 2 Moleculen en atomen 58 3 Verbrandingsreacties 65 4 Reactievergelijkingen 72 5 Practicum 79 6 efenen voor de toets Eerdere introductie 86van reactievergelijkingen 7 Praktijk Groenere chemie van chloor 90 49

10 2 Chemische reacties 1 ntledings- en synthesereacties ntledings- en synthesereacties zijn onmisbaar bij het verkrijgen van verschillende soorten voedingsstoffen en materialen. et is ook mogelijk met een chemische reactie energie te produceren. ntledingsreacties Een ontledingsreactie is een chemische reactie waarbij uit één beginstof twee of meer reactieproducten ontstaan. ntledingsreacties zijn van belang voor de productie van allerlei nuttige stoffen, zoals metalen, brandstoffen en grondstoffen voor andere materialen. Er zijn drie manieren waarop een ontledingsreactie kan plaatsvinden: Verwijzing naar practica thermolyse, elektrolyse en fotolyse. ierbij wordt telkens een andere energievorm gebruikt. Thermolyse Proef 1 Thermolyse is een ontledingsreactie door middel van warmte. Als je papier, suiker of etenswaren zonder zuurstof sterk verhit, ontleedt het en houd je een zwarte vaste stof over. Die zwarte stof is koolstof (figuur 1). ok als je bijvoorbeeld hout, meel, rubber of plastics zonder zuurstof sterk verhit, ontstaat koolstof als een van de reactieproducten. Stoffen die bij verhitting zonder zuurstof verkolen, heten organische stoffen. Bij thermolyse van organische stoffen ontstaan meestal ook gassen (schroeilucht) en rook (walm). Je kunt dat weergeven in het volgende reactieschema: organische stoffen warmte koolstof + water + rook + gassen figuur 1 De zwarte rand aan het aangebrande brood is koolstof. Elektrolyse Proef 2 Elektrolyse is een ontledingsreactie door middel van elektrische energie. Water gaat bij verhitten over in waterdamp. Als de waterdamp afkoelt, condenseert het weer tot water. Dit is een fase-overgang. Je kunt de stof water ook ontleden. et gemakkelijkst lukt dit met behulp van elektrische energie in de vorm van gelijkstroom (figuur 2). Dit proces heet elektrolyse. Bij de elektrolyse van water ontstaan twee nieuwe stoffen: waterstofgas en zuurstofgas. et reactieschema is: water elektrische energie waterstof + zuurstof 50

11 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties water waterstofgas zuurstofgas + figuur 3 water ontleden en water maken figuur 2 Met het toestel van ofmann kun je water ontleden. Waterstofgas heeft een kleinere dichtheid dan lucht. Waterstofgas is het lichtste gas dat bestaat. et is erg brandbaar. Je kunt waterstofgas opvangen in een omgekeerde reageerbuis. Als je dan bij de opening van de reageerbuis een brandende lucifer houdt, hoor je een blafgeluid, een fluittoon of een harde knal. Een dergelijke reactie waarmee je de aanwezigheid van een stof aantoont, noem je een aantoningsreactie. Als je waterstof aansteekt, reageert het met zuurstof uit de lucht. Doordat hierbij water ontstaat en energie vrijkomt, kan dit gas als een schone brandstof worden gebruikt. Bij deze ontledingsreactie gebeurt het omgekeerde van de reactie van water. Water wordt gevormd door de verbranding van waterstofgas (figuur 3). In een reactieschema ziet dat er als volgt uit: waterstof(gas) + zuurstof(gas) aansteken water Zuurstof is nodig om stoffen te laten branden. In zuivere zuurstof gaan verbrandingen veel feller en sneller dan in lucht. Een gloeiende houtspaander in zuivere zuurstof gaat meteen heel fel gloeien of zelfs branden (figuur 4). Met deze aantoningsreactie kun je laten zien dat in een reageerbuis een hoog gehalte zuurstof aanwezig is. figuur 4 In zuivere zuurstof verbrandt een gloeiende houtspaander sneller. 51

12 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties Fotolyse Proef 3 Fotolyse is een ontledingsreactie door middel van licht. Een waterstofperoxideoplossing is een oplossing die je kunt gebruiken als spoelmiddel om je mond te ontsmetten of om je haar te blonderen. Als deze stof ontleedt, ontstaan water en zuurstofgas. nder invloed van licht gaat deze reactie sneller. et reactieschema is als volgt: waterstofperoxide licht water + zuurstof Er zijn meer stoffen die in kwaliteit achteruitgaan als ze te lang aan licht worden blootgesteld. Als ontleding door licht ongewenst is, moet je de stoffen in het donker bewaren. Zo ontleedt het pigment vermiljoenrood onder invloed van licht. et werd door schilders veel gebruikt als kleurstof (figuur 5). figuur 5 De helder rode mantel vertoont grijze vlekken waar het pigment vermiljoen is ontleed door licht. ntleedbare en niet-ontleedbare stoffen De ontledingsproducten van water, waterstof en zuurstof kun je niet verder ontleden. Als je suiker ontleedt, ontstaat onder andere koolstof. ok koolstof kun je niet verder ontleden. De andere stoffen die bij de gedeeltelijke ontleding van suiker vrijkomen, zijn wel verder te ontleden. De volledige ontleding van suiker levert uiteindelijk drie niet-ontleedbare stoffen op: koolstof, waterstof en zuurstof. In totaal zijn er slechts circa honderdtwintig van zulke niet-ontleedbare stoffen. Dat zijn er, op een totaal van meer dan negentig miljoen stoffen die nu bekend zijn, niet veel. De meeste stoffen zijn dus wel ontleedbaar. ntleedbare stoffen worden ook vaak verbindingen genoemd. Niet-ontleedbare stoffen heten ook wel elementen (figuur 6). stoffen mengsels scheiden zuivere stoffen ontleedbare stoffen (verbindingen) ontledingsreactie figuur 6 het stoffenschema niet-ontleedbare stoffen (elementen) Metalen Van de circa honderdtwintig niet-ontleedbare stoffen behoort het grootste deel, ongeveer zeventig, tot de metalen (tabel 1). Alle metalen, behalve de edelmetalen, kunnen reageren met zuurstof uit de lucht. In het geval van het metaal ijzer heet dit roesten, bij andere metalen heet dit corroderen. Metalen hebben een aantal gemeenschappelijke kenmerken. Ze geleiden warmte en elektrische stroom en hebben een glanzend oppervlak (als ze gepolijst zijn). Metalen verschillen in stofeigenschappen zoals dichtheid, smeltpunt, hardheid, sterkte en de mate van geleidend vermogen voor elektrische stroom en warmte. 52

13 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties tabel 1 eigenschappen en toepassingen van enkele metalen naam eigenschappen toepassingen aluminium verige niet-ontleedbare stoffen De overige elementen, de niet-metalen, vertonen weinig of geen gemeenschappelijke kenmerken (tabel 2). Sommige zijn gasvormig, zoals zuurstof, stikstof, chloor en helium. Broom is bij kamertemperatuur een vloeistof. Stoffen zoals koolstof, silicium, zwavel en jood zijn vaste stoffen. Een middelhard metaal dat nagenoeg niet aangetast wordt door stoffen uit de atmosfeer. et wordt uit aluminiumerts (bauxiet) gemaakt door elektrolyse. Licht bouw- en constructiemateriaal, vooral in de vliegtuigindustrie. Wordt ook veel in fietsen verwerkt. goud Een zacht, geel metaal dat niet aangetast wordt door stoffen uit de atmosfeer maar glanzend blijft. Wordt in pure vorm in de aardkorst gevonden. In sieraden, medailles, goudstaven als waardevast onderpand voor banken, contacten in de elektronica. ijzer indium ard metaal, zeker als er nog andere metalen zijn bijgemengd. IJzer kan roesten en wordt niet in pure vorm in de aardkorst gevonden, maar wordt uit ijzererts gemaakt door reactie met koolstof. Zeer zacht en buigbaar metaal. Indium smelt al bij 50 C. et kan doorzichtige lagen op glas vormen die ook nog stroom kunnen geleiden. Wordt al vierduizend jaar gebruikt voor wapens. Sterk bouw- en constructiemateriaal, fabricage van vervoermiddelen. Moet worden beschermd tegen roest. In zonnecellen en vele soorten beeldschermen. Een probleem is dat het schaars is. tabel 2 eigenschappen en toepassingen van enkele niet-metalen naam eigenschappen toepassingen neon Een reukloos gas dat nergens mee reageert en daarom tot de edelgassen wordt gerekend. In lampen en neonlichtreclame. silicium waterstof zwavel Een vaste stof die een beetje lijkt op een metaal, maar toch tot de niet-metalen wordt gerekend. et komt veel voor in de aardkorst maar niet in pure vorm. et kan worden gemaakt uit de glassoort kwarts. Waterstof is gasvormig, de lichtste stof die er is, zeer brandbaar of explosief. et kan worden gemaakt uit water door elektrolyse, chemische reacties of door microorganismen. Een brandbare, gele, vaste stof. Zwavel kan in pure vorm, meestal in de buurt van vulkanen, in de aardkorst worden gevonden, maar wordt ook in de industrie geproduceerd als bijproduct. 53 Als halfgeleider in elektronische schakelingen zoals microchips en in zonnecellen. Als snijbrandgas, schone brandstof voor auto s, synthesegas waarmee veel verschillende stoffen en materialen kunnen worden gemaakt. In vuurwerk, kunstmest en medicijnen.

14 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties Synthesereacties Proef 4 eel belangrijk voor onze welvaart zijn de chemische reacties waarmee nieuwe stoffen en materialen worden gemaakt. Deze reacties worden synthesereacties genoemd. Een synthesereactie is een reactie waarbij een nuttig bruikbare stof ontstaat. Met behulp van dergelijke reacties kunnen voedingsstoffen, brandstoffen, medicijnen, metalen, kunststoffen en nog veel meer materialen worden gemaakt. Een belangrijke synthesereactie is de fotosynthese die plaatsvindt in groene planten onder invloed van (zon)licht. Planten hebben koolstofdioxide en water nodig om te kunnen groeien. Tijdens de groei worden door de fotosynthesereacties hieruit glucose en zuurstof gevormd. Deze reactie zorgt ervoor dat er voldoende voedsel en zuurstof op aarde is (figuur 7). et reactieschema is: koolstofdioxidegas + water (zon)licht glucose + zuurstofgas zuurstof koolstofdioxide glucose in plant wortel figuur 7 Koolstofdioxide, water en zonlicht zorgen voor groei van de groene plant en de productie van zuurstof. opgaven pgaven opgenomen in theorieboek mineralen water Leerstof Alle opgaven zijn ingedeeld naar TIMSS- en Bloom-taxonomie 1 ntledingsreacties kunnen onder invloed van verschillende factoren plaatsvinden. Wat versta je onder: a een ontledingsreactie? b thermolyse? c elektrolyse? d fotolyse? 2 Er a b c d e bestaan zowel ontleedbare als niet-ontleedbare stoffen. oe worden ontleedbare stoffen ook wel genoemd? oeveel niet-ontleedbare stoffen zijn er ongeveer? oeveel daarvan zijn metalen? oe worden niet-ontleedbare stoffen ook wel genoemd? oe toon je de elementen waterstofgas en zuurstofgas aan? 54

15 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties 3 Chemische reacties zijn belangrijk voor onze welvaart. a Wat versta je onder een synthesereactie? b Leg uit waarom synthesereacties zo belangrijk zijn voor onze welvaart. 4 De volgende vragen gaan over fotosynthese en energievoorziening. a Geef het reactieschema van het fotosyntheseproces. b Leg uit waarom fotosynthese een van de belangrijkste synthesereacties is. Toepassing 5 Een beschrijving van een verandering geeft duidelijk aanwijzingen over het soort reactie. Welk soort reacties kunnen er in de volgende gevallen optreden? a Een tosti komt zwartgeblakerd uit het tosti-ijzer. b Tijdens het strijken met een te heet strijkijzer ontstaan schroeivlekken. c Na een jaar zijn de kleuren van felgekleurde gordijnen op sommige plekken sterk verbleekt. d Met behulp van elektrische energie wordt aluminium gemaakt uit aluminiumerts. Daarbij ontstaat ook zuurstof. 6 Geef aan of de volgende reactieschema s een ontledingsreactie, een synthesereactie of beide zijn. elektrische energie a aluminiumoxide aluminium + zuurstofgas b ijzererts + koolstofmono-oxidegas warmte-energie ijzer + koolstofdioxidegas elektrische energie c water waterstofgas + zuurstofgas figuur 8 elektrolyseopstelling bij opgave 7 7 In figuur 8 zie je een elektrolyseopstelling. et vat is voor de helft gevuld met water. De twee elektroden zijn aangesloten op een spanningsbron. Na een tijdje is de ballon gevuld met gas. Als je bij de ballon een lucifer houdt, ontploft deze met een harde knal. a Geef het reactieschema van de eerste reactie. b Kijk naar de aansluitingen van de elektroden op de spanningsbron. Welk gas zit er in de ballon? c oe wordt dit type reactie ook wel genoemd? d Geef het reactieschema van de tweede reactie. e oe wordt dit type reactie ook wel genoemd? 55

16 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties figuur 9 het werkplan van Tom en Linda 8 Salpeter is een witte, vaste ontleedbare stof. Tom en Linda gaan onderzoeken of salpeter door middel van thermolyse kan worden ontleed. Samen maken zij vooraf het werkplan van figuur 9. Bij het uitvoeren van de proef stuiten ze op een probleem. Tijdens het verhitten zien ze niets met het salpeter gebeuren. In de reageerbuis zit na het verhitten nog steeds een witte vaste stof. Ze besluiten om het buisje te laten afkoelen en het daarna nog eens te wegen. Ze stellen hun werkplan bij en verwerken hun resultaten (figuur 10 en 11). p grond van de resultaten besluiten ze de proef te herhalen, maar nu met een andere proefopstelling (figuur 12). m te kijken of bij de thermolyse zuurstof is vrijgekomen, houdt Tom een brandende lucifer in de reageerbuis (figuur 13). Van het experiment maken Tom en Linda een verslag. Samen overleggen ze hoe ze de onderzoeksresultaten en de conclusie moeten opschrijven. a Noteer het onderzoeksresultaat dat Tom en Linda zullen opschrijven. b Noteer de conclusie die Tom en Linda uit dit onderzoeksresultaat zullen trekken. figuur 10 Tom en Linda hebben hun werkplan bijgesteld. figuur 11 de onderzoeksresultaten van Tom en Linda figuur 12 schets van de nieuwe proefopstelling figuur 13 De lucifer gaat feller branden. 56

17 2 Chemische reacties 1 ntledings - en synthesereacties Plusopgaven voor extra diepgang 9 Voor de productie van bio-ethanol uit glucose is het micro-organisme bakkersgist nodig. Bakkersgist is in staat glucose om te zetten in ethanol als er geen zuurstof aanwezig is. a Denk je dat tijdens deze omzetting de hoeveelheid gistcellen toeneemt of afneemt? Licht je antwoord toe. b Gist is een micro-organisme dat voedingsstoffen en vitaminen nodig heeft en het best werkt bij een bepaalde temperatuur. Van die kennis maken bakkers ook gebruik bij het rijzen van deeg. Bij welke temperatuur denk je dat gist het best werkt? A 10 C tot 0 C B 0 C tot +15 C C +15 C tot +30 C D +30 C tot +45 C *10 Mars dankt zijn bijnaam de rode planeet aan de rode laag regoliet waarmee zijn oppervlak is bedekt. et Marsregoliet bestaat voornamelijk uit roeststof, ijzeroxide genoemd, en is ontstaan door verpulvering (ten gevolge van meteorietinslagen) en verwering van stenen en mineralen, zoals magnetiet en maghemiet (figuur 14). et ijzeroxide in het regoliet kan ook een rol spelen bij de afbraak van organisch materiaal. Een stof als ijzeroxide versnelt namelijk de ontleding van waterstofperoxide. Daarbij spelen ook superoxides een rol. Superoxides reageren met water tot onder andere waterstofperoxide en zuurstof. a Geef het reactieschema van de ontleding van waterstofperoxide. De bijdrage aan de afbraak van organische stoffen bestaat uit twee aspecten: de vorming van water en de vorming van extra zuurstof voor de oxidatie. b Geef het reactieschema van de vorming van waterstofperoxide uit superoxides. c Leg duidelijk uit hoe ijzeroxide meehelpt om het organische materiaal nog verder af te breken. figuur 14 et Marsoppervlak is bezaaid met mineralen zoals maghemiet. 57

18 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Water kun je met elektrolyse ontleden in waterstofgas en zuurstofgas. Chemici schrijven dat in hun eigen vaktaal als volgt: 2 (l) kun je met elektrolyse ontleden in 2 (g) en 2 (g). Ze gebruiken een internationale symbolentaal om stoffen aan te duiden, zodat een reactie korter kan worden geschreven. Deeltjesmodel Stoffen zijn opgebouwd uit deeltjes die met het blote oog onzichtbaar zijn. Daarom is het nodig om een zichtbare voorstelling of een deeltjesmodel te maken van deze deeltjes. Dit kan bijvoorbeeld met behulp van het tekenen van gekleurde bolletjes. et eenvoudigste deeltjesmodel ziet er als volgt uit: Elke stof is opgebouwd uit heel kleine deeltjes. Deze worden moleculen genoemd. Elke stof heeft zijn eigen soort moleculen. Een molecuul water is anders dan een molecuul alcohol. Moleculen bewegen voortdurend en hebben daardoor een bepaalde hoeveelheid bewegingsenergie. De bewegingssnelheid hangt af van de temperatuur. Bij een hogere temperatuur bewegen de moleculen sneller. Moleculen trekken elkaar aan. Dit wordt veroorzaakt door verschillende soorten aantrekkingskrachten met uiteenlopende sterkte. et deeltjesmodel en de drie fasen De toestand waarin een stof zich bevindt, wordt fase genoemd. Elke stof kan in drie fasen (toestanden) voorkomen: vast, vloeibaar en gasvormig. Elke fase heeft enkele gemeenschappelijke kenmerken. Als de aantrekkingskrachten tussen moleculen 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 de bewegingsenergie van de moleculen groot genoeg is om de aantrekkingskrachten tussen de moleculen te overwinnen, verliezen de moleculen hun vaste plaats en gaan op korte afstand langs elkaar heen bewegen. Je ziet dan dat de stof smelt en in de vloeibare fase komt. Als de temperatuur tot het kookpunt stijgt, wordt de bewegingsenergie zó groot dat de aantrekkingskrachten helemaal worden overwonnen. De moleculen laten elkaar los en gaan op grote afstand van elkaar bewegen. Je ziet dan dat de stof kookt en in de gasfase komt. 58

19 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Macro- en microniveau Introductie macromicroniveau al in leerjaar 3 Als je proeven doet, schrijf je altijd je waarnemingen en resultaten op. De beschrijving van alles wat je waarneemt, wordt het macroniveau genoemd. Nu je het deeltjesmodel kent, kun je de waargenomen verschijnselen ook beschrijven met behulp van deeltjes (moleculen). Een beschrijving of verklaring met behulp van deeltjes wordt het microniveau genoemd. In tabel 3 worden de drie fasen op macroniveau en met het deeltjesmodel op microniveau weergegeven. tabel 3 de drie fasen op macro- en microniveau fase waarnemingen op macroniveau deeltjesmodel op microniveau verklaring op microniveau vast IJs is hard, heeft een vaste vorm en is niet samendrukbaar. De moleculen in een vaste stof trekken elkaar zó stevig aan dat ze dicht op elkaar zitten en niet van plaats kunnen wisselen. Deze kunnen daardoor alleen op hun eigen plaats trillen. Daarom heeft een vaste stof een vaste vorm en is niet samendrukbaar. vloeibaar Water is zacht, heeft geen vaste vorm en is niet samendrukbaar. De moleculen in een vloeistof trekken elkaar stevig aan zodat ze dicht bij elkaar zitten, maar ze kunnen wel van plaats wisselen. De moleculen bewegen daardoor voortdurend dicht langs elkaar heen. Daarom is een vloeistof niet samendrukbaar. gas Chloorgas is zacht, heeft geen vaste vorm en is samendrukbaar; het heeft een kleine dichtheid. 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 beschikbare ruimte en bewegen alle kanten op. In een gas is er veel lege ruimte tussen de moleculen. Daarom heeft een gas een lage dichtheid, geen vaste vorm en is samendrukbaar. et deeltjesmodel voor zuivere stoffen en mengsels In een zuivere stof is maar één soort moleculen aanwezig. In een mengsel zitten verschillende soorten moleculen door of bij elkaar. Als je een mengsel scheidt in zuivere stoffen, ben je op macroniveau bezig. p microniveau betekent dit dat de verschillende molecuulsoorten worden gesorteerd: soort bij soort (tabel 4). 59

20 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen tabel 4 jodiumtinctuur scheiden in zuivere stoffen op macro- en microniveau macroniveau microniveau waarneming beschrijving deeltjesmodel beschrijving Jodiumtinctuur is een donkerbruin mengsel van jodium en alcohol en kan worden gescheiden in zuivere stoffen. et jodiumtinctuurmengsel bestaat uit alcoholmoleculen en jodiummoleculen. Na indampen en condenseren van de alcoholdamp blijven de zuivere stoffen jodium (paars) en alcohol (kleurloze vloeistof) over. Na scheiding zijn de moleculen in het mengsel gesorteerd in uitsluitend jodiummoleculen en alcoholmoleculen. Moleculen en reacties Proef 5 Bij chemische reacties verdwijnen stoffen en ontstaan nieuwe stoffen. Dit betekent op microniveau dat de moleculen van de beginstoffen verdwijnen en er nieuwe moleculen van de reactieproducten worden gevormd. Dit kun je niet met het deeltjesmodel verklaren, omdat in dat model de moleculen niet veranderen. m reacties te kunnen begrijpen moet je dus een verfijnder model gebruiken waarin moleculen uit nog kleinere, chemisch ondeelbare deeltjes bestaan: atomen. In een molecuul zijn atomen met elkaar verbonden door atoombindingen. Tijdens een chemische reactie worden atoombindingen in de moleculen van de beginstoffen verbroken, waarna er nieuwe atoombindingen worden gevormd zodat er nieuwe moleculen ontstaan. Tijdens een reactie gaan er dus geen atomen verloren en ontstaan er ook geen nieuwe atomen (figuur 15). figuur 15 Tijdens de ontledingsreactie van water gaan de watermoleculen kapot en ontstaan waterstof- en zuurstofmoleculen. Alle atomen blijven behouden. 60

21 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen Elementen Moleculen van verbindingen bestaan altijd uit meerdere atoomsoorten. Wanneer je ontleedbare stoffen ontleedt, krijg je uiteindelijk niet-ontleedbare stoffen. De moleculen hiervan bestaan maar uit één atoomsoort. Er bestaan 118 verschillende elementen. Dat betekent dat er ook 118 verschillende atoomsoorten bestaan. Al deze 118 atoomsoorten hebben een symbool bestaande uit één of twee letters. Deze symbolen zijn internationaal. ver de hele wereld worden dus dezelfde symbolen gebruikt. In tabel 5 staan de namen en symbolen van een aantal belangrijke atoomsoorten. In de tabel zijn de metalen en niet-metalen in twee kolommen verdeeld. Sommige symbolen zijn afgeleid van de oorspronkelijke Latijnse namen. Een compleet overzicht van alle elementen staat in het periodiek systeem achter in je boek. tabel 5 namen en symbolen van enkele belangrijke elementen metalen niet-metalen naam symbool naam symbool aluminium Al argon Ar barium Ba broom Br calcium Ca chloor Cl chroom Cr fluor F goud (aurum) Au fosfor (phosphorus) P ijzer (ferrum) Fe helium e kalium K jood (iodium) I kobalt Co koolstof (carboneum) C koper (cuprum) Cu krypton Kr kwik (hydragyrum) g neon Ne lithium Li stikstof (nitrogenium) N lood (plumbum) Pb waterstof (hydrogenium) magnesium Mg zuurstof (oxygenium) mangaan Mn zwavel (sulphurium) S natrium Na nikkel Ni platina Pt tin (stannum) Sn titaan Ti uraan U zilver (argentum) Ag zink Zn 61

22 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen tabel 6 enkele twee-atomige elementen naam molecuulformule broom Br 2 (l) chloor Cl 2 (g) fluor F 2 (g) jood I 2 (s) stikstof N 2 (g) waterstof 2 (g) zuurstof 2 (g) tabel 7 fase-aanduidingen fase afkorting vast s vloeibaar l gas g opgelost in water aq Molecuulformules Sommige elementen bestaan uit twee-atomige moleculen. Moleculen kun je weergeven met molecuulformules. Zo n formule geeft aan welke atoomsoorten en hoeveel atomen van elke soort in een molecuul voorkomen. De atomen in een dergelijk element zijn altijd van dezelfde soort (tabel 6). Elke stof heeft zijn eigen molecuulformule. Een watermolecuul bevat twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. De molecuulformule wordt dan 2. Met het cijfer 2 in deze formule geef je aan dat er twee waterstofatomen in één molecuul water aanwezig zijn. et cijfer 2 noem je de index. Een index staat in de molecuulformule altijd rechtsonder het atoomsymbool. De index 1 wordt niet genoteerd. Achter de molecuulformule kan de fase worden weergegeven waarin een stof verkeert: de fase-aanduiding (tabel 7). De fase-aanduidingen zijn afgeleid van de Engelse woorden solid, liquid en gas. De aanduiding aq is afgeleid van aqueous; dit geeft aan dat de stof is opgelost in water. ok hiervoor wordt een afkorting gebruikt. Je schrijft deze tussen haakjes achter de molecuulformule. De molecuulformule van de vloeistof water is dan 2 (l). Verbindingen Met de 118 verschillende atoomsoorten zijn miljoenen verschillende moleculen te maken. Vergelijk dit maar met het alfabet. Met 26 letters kunt je ontzettend veel verschillende woorden maken. In tabel 8 staan molecuulformules van enkele bekende verbindingen. Achter de molecuulformules staan de fasen van de stoffen vermeld bij kamertemperatuur. tabel 8 enkele molecuulformules naam ammoniakgas koolstofdioxide-oplossing koolstofdioxidegas koolstofmono-oxidegas methaangas water waterstofperoxide-oplossing zwaveldioxidegas molecuulformule N 3 (g) C 2 (aq) C 2 (g) C(g) C 4 (g) 2 (l) 2 2 (aq) S 2 (g) 62

23 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen opgaven Leerstof 11 Beantwoord de volgende vragen. a Noem de vier belangrijkste kenmerken (uitgangspunten) van het deeltjesmodel. b Wat is het verschil tussen het beschrijven op macroniveau en het beschrijven op microniveau? 12 Wat is het verschil tussen de vaste fase, de vloeibare fase en de gasfase? Geef per fase een beschrijving op macroniveau en op microniveau. 13 Je kunt een stof weergeven met een molecuulformule. a Wat geeft een molecuulformule weer? b oe noem je de getallen die in een molecuulformule staan? c Welke betekenis heeft het ontbreken van een cijfer achter een symbool in een molecuulformule? Toepassing 14 Bij een chemische reactie verandert er van alles. a Beschrijf op microniveau wat er gebeurt met de beginstoffen. b Wat gebeurt er tijdens een reactie met de atomen die in de reactie zijn losgekomen? 15 oe verandert op microniveau de manier van bewegen van moleculen als: a water afkoelt? b water verandert in ijs? c water verdampt? figuur 16 Zuivere stof of mengsel? 16 De vormen in figuur 16 stellen moleculen voor. a Leg uit of deze tekening op microniveau aangeeft dat de stof een mengsel is of een zuivere stof. b m hoeveel stoffen gaat het in deze tekening? Licht je antwoord toe. C C 17 In figuur 17 staat de molecuultekening van ethyn. a Geef de molecuulformule van ethyn. b Welke atoomsoorten en hoeveel atoomsoorten komen voor in een ethynmolecuul? figuur 17 molecuultekening van ethyn 18 Moleculen zijn opgebouwd uit atomen. oeveel atomen en hoeveel atoomsoorten komen voor in de volgende moleculen? Neem tabel 9 over en vul in. tabel 9 aantal atomen en atoomsoorten in moleculen molecuulformule aantal atomen aantal atoomsoorten C C 2 CuS 2 S 4 63

24 2 Chemische reacties 2 Moleculen en atomen 19 Bekijk figuur 18. a Geef voor elke tekening in de figuur de molecuulformule. b Welke molecuulformules horen bij niet-ontleedbare stoffen? C N N N figuur 18 molecuultekeningen Bekijk figuur 19. Wat klopt niet in deze figuur? C N C figuur 19 de verbranding van methaan weergegeven met molecuultekeningen tabel 10 aantal atoombindingen van enkele atoomsoorten atoomsoort waterstof, chloor, fluor 1 zuurstof, zwavel 2 stikstof, fosfor 3 koolstof, silicium 4 aantal atoombindingen *21 Uit onderzoek is gebleken dat elk niet-metaal atoom een vast aantal atoombindingen met andere niet-metaal atomen kan aangaan. Als deze niet-metaal atomen atoombindingen met elkaar aangaan, moet per atoomsoort aan deze aantallen worden voldaan. In tabel 10 staan voor enkele atoomsoorten deze aantallen genoemd. Meestal is er één atoombinding tussen twee atoomsoorten. Er kunnen echter tussen twee atoomsoorten twee atoombindingen voorkomen, mits er in totaal wordt voldaan aan het aantal bindingen in de tabel. Er mogen ook meerdere atomen per atoomsoort in de molecuulformule worden verwerkt om aan deze tabel te voldoen, zoals in het molecuul 2. Stel met zo min mogelijk atomen de molecuulformules en de molecuultekeningen op die ontstaan als de volgende twee atoomsoorten moleculen vormen waarbij elke atoomsoort voldoet aan tabel 10: a stikstof en waterstof b waterstof en chloor c koolstof en zwavel d fosfor en waterstof Je kunt je docent vragen of je de modellendoos mag gebruiken om je bij deze opgave te helpen. 64

25 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties et lijkt vanzelfsprekend dat aardgas de energie levert om het thuis lekker warm te maken en met warm water te kunnen douchen. Maar zo vanzelfsprekend is dat niet. Er zijn verbrandingsreacties nodig om deze energie vrij te maken. figuur 20 de gevolgen van een gasexplosie in eerlen tabel 11 de samenstelling van lucht gas volume% N 2 (g) 78 2 (g) 21 Ar(g) 1 C 2 (g) 0,040 2 (g) afhankelijk van de temperatuur en vochtigheid figuur 21 de verbrandingsreactie van methaan op microniveau Aardgas thuis De warmte-energie in huis wordt meestal opgewekt met aardgas. Met deze energie kun je het huis verwarmen, douchen en eten koken. Deze relatief schone, fossiele brandstof bestaat uit een mengsel van voornamelijk methaangas, C 4 (g), een beetje stikstofgas, N 2 (g), en koolstofdioxidegas, C 2 (g). Methaangas is het brandbare bestanddeel van dit mengsel. C 4 (g), N 2 (g) en C 2 (g) zijn alle drie kleur- en reukloos. m die reden voegt het gasbedrijf er een beetje reukstof aan toe. Zo ruik je meteen als er gas vrijkomt, bijvoorbeeld als je vergeten bent het gas uit te zetten, of als er een gaslek is. Een gaslek kan immers een gevaarlijke explosie tot gevolg hebben (figuur 20). Aardgas verbranden Verbranden betekent dat een stof reageert met zuurstof. Voor elke verbrandingsreactie is dus zuurstof nodig. De benodigde zuurstof voor een verbrandingsreactie komt meestal uit de lucht (tabel 11). Methaangas is een stof die kan verbranden. De chemische energie die in methaan is opgeslagen, komt bij de verbranding vrij in de vorm van warmte. p microniveau worden tijdens de verbrandingsreactie de atoombindingen tussen de koolstof- en waterstofatomen in de methaanmoleculen verbroken. ok worden de atoombindingen tussen de zuurstofatomen in het molecuul zuurstof verbroken. De C- en -atomen gaan tijdens de reactie nieuwe atoombindingen aan met de -atomen en vormen dan nieuwe moleculen. Dit hele proces zie je met molecuultekeningen afgebeeld in figuur 21. Je ziet op microniveau wat er tijdens deze verbrandingsreactie met elk atoom en molecuul gebeurt. methaangas + zuurstofgas g koolstofdioxidegas + water C C 65

26 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties p macroniveau verdwijnen het methaangas en het benodigde zuurstofgas en er ontstaan koolstofdioxidegas en water. Je ziet dan vlammen en voelt de warmte vrijkomen (figuur 22). figuur 22 de verbrandingsreactie van methaan op macroniveau Verbrandingsproducten Bij een verbrandingsreactie verdwijnen de brandstof en de zuurstof en tegelijkertijd ontstaan er verbrandingsproducten. Deze verbrandingsproducten heten oxides. Een oxide is een verbinding waarvan de moleculen zijn opgebouwd uit zuurstofatomen en één andere atoomsoort. In tabel 12 zie je de verbrandingsproducten na volledige verbranding van een molecuul dat uitsluitend C- en -atomen bevat. Deze verbrandingsproducten ontstaan als er voldoende zuurstof wordt aangevoerd. De fasetoestanden van de stoffen in de tabel zijn niet de toestanden tijdens de reactie, maar van de stoffen bij kamertemperatuur. tabel 12 de oxides van koolstof en waterstof na volledige verbranding brandstof bevat de atoomsoort verbrandingsproduct molecuulformule naam C C 2 (g) koolstofdioxidegas 2 (l) water Aantonen van verbrandingsproducten Proef 6 Dat aardgas verbrandt en warmte afstaat, kun je zien aan de vuurverschijnselen en voelen aan de warmteontwikkeling. De verbrandingsproducten kun je niet zien of ruiken, maar je kunt ze wel aantonen met een reagens. Een reagens is een stof waarmee je de aanwezigheid van een andere stof zichtbaar kunt maken. 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 geschikt reagens voor water. Kalkwater is een helder, kleurloos reagens voor koolstofdioxide. Als je koolstofdioxidegas door kalkwater leidt, wordt het kalkwater melkachtig troebel. Volledige en onvolledige verbranding Uit onderzoek is gebleken dat je voor het volledig verbranden van één liter aardgas twee liter zuurstof nodig hebt. mdat er 21 vol% zuurstof in de lucht zit, heb je ongeveer vijf keer zo veel lucht nodig. Er is dus ongeveer tien liter lucht nodig voor de verbranding van één liter aardgas! Als er te weinig lucht aanwezig is voor een volledige verbranding, reageert aardgas op een andere manier met de beperkte hoeveelheid zuurstof. Je spreekt dan van een onvolledige verbranding. Daarbij ontstaan gevaarlijke verbrandingsproducten, zoals koolstofmono-oxide, C(g). ok kan het methaan in het aardgas bij gebrek aan zuurstof, door de hitte in de vlam een ontledingsreactie ondergaan, waarbij roet, C(s), wordt gevormd. 66

27 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties Deze roetdeeltjes gaan gloeien in de hete vlam waardoor een gele kleur ontstaat. Aan deze gele kleur kun je zien dat er een onvolledige verbranding plaatsvindt. Je kunt dit goed zien bij de gasbrander die je in de klas gebruikt, omdat je daarmee de luchttoevoer kunt regelen. Als je de luchttoevoer dichtdraait, krijgt de vlam te weinig zuurstof en kleurt hij geel. Als je een reageerbuis in de gele vlam houdt, kleurt die zwart, doordat het gevormde roet op de buis neerslaat (figuur 23). figuur 23 Bij een onvolledige verbranding wordt roet gevormd. Contexten uit de praktijk De gevaren van koolstofmono-oxide 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 24). Kat redt gezin net op tijd van koolmonoxidevergiftiging figuur 24 een deel van een artikel uit het AD 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 één uur s nachts liep de huiskat al miauwend en grommend naar de eerste verdieping. Daar begon hij nogal luidruchtig over te geven. De 37-jarige moeder werd wakker van de geluiden die het dier maakte. Ze ging naar beneden en zag 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. De oorzaak van dergelijke ongelukken is vaak dat cv-ketels of andere gastoestellen defect zijn of in slecht geventileerde ruimten staan. m ongelukken met koolstofmono-oxide te voorkomen, moet je de ruimte waar het gastoestel staat, goed ventileren. ok moet je gastoestellen regelmatig laten controleren. De moderne hoogrendementsketels zijn een stuk veiliger doordat de lucht van buitenaf met een ventilator wordt toegevoerd. 67

28 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties brandstof zuurstof ontbrandingstemperatuur figuur 25 de drie voorwaarden voor een snelle verbranding Snelle en langzame verbrandingen Bij verbranden denk je allereerst aan vuur, rook, hitte, as en brandlucht. Zo n verbranding heet een snelle verbranding. Voordat een snelle verbranding kan plaatsvinden, moet aan drie voorwaarden worden voldaan (figuur 25): 1 Er moet voldoende brandstof zijn. 2 Er moet voldoende zuurstof zijn. 3 De temperatuur moet voldoende hoog (boven de ontbrandingstemperatuur) zijn. De laagste temperatuur waarbij een stof gaat branden, heet de ontbrandingstemperatuur. Elke brandstof heeft zijn eigen ontbrandingstemperatuur. De ontbrandingstemperatuur bereik je door de brandstof aan te steken met een vonk of een kleine vlam. Langzame verbrandingen bestaan ook, bijvoorbeeld het verbranden van glucose in je lichaam. Dat gebeurt in een serie reacties. Dankzij diverse enzymen in je lichaam kunnen langzame verbrandingsreacties bij lage temperatuur zonder rook, vuur, as en brandlucht verlopen, maar toch de energie leveren die je nodig hebt. Branden blussen Proef 7 Als een snelle verbranding eenmaal is begonnen, komt er zoveel warmte vrij dat de temperatuur hoog genoeg blijft om de verbranding aan de gang te houden. Meestal stijgt de temperatuur tijdens de verbranding. Daardoor gaat de verbranding steeds sneller en kan deze uit de hand lopen. Je spreekt dan van brand. m een brand te blussen moet je minimaal een van de drie voorwaarden van verbranding wegnemen: Je moet de brandstof weghalen. Je moet de aanvoer van zuurstof onmogelijk maken. Je moet de brandende materialen afkoelen tot onder de ontbrandingstemperatuur. figuur 26 Deze brand wordt geblust met schuim. Bij brandbestrijding worden blusmiddelen gebruikt. Water is een blusmiddel. et koelt de brandende materialen af. Bovendien bemoeilijken water en de gevormde waterdamp het contact tussen de brandstof en de lucht, zeker als er met een waternevel wordt geblust. ok de werking van koolzuurblussers is gebaseerd op afkoeling en het afsluiten van de luchttoevoer. Benzinebranden blussen met water is niet mogelijk, omdat benzine niet mengt met water en de benzine aan het wateroppervlak gewoon doorbrandt. Daarom worden benzinebranden geblust met schuim, omdat dit de luchttoevoer naar de brand afsluit. De brand gaat dan uit door zuurstofgebrek (figuur 26). mdat vet niet mengt met water, vererger je een vetbrand met water. Bij een vlam-in-de-pan-brand mag je daarom niet met water blussen. 68

29 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties behandeld Vlamvertragers Proef 8 mdat branden onherstelbare schade maar ook slachtoffers tot gevolg kunnen hebben, wordt veel geïnvesteerd in het voorkomen van branden. et is in vliegtuigen al tientallen jaren verplicht om in het interieur zo veel mogelijk vlamvertragende materialen te verwerken. Daarmee hebben de passagiers meer ontsnappingstijd in geval van brand. Inmiddels worden ook steeds vaker vlamvertragers toegepast in kleding, meubels en bouwmaterialen (figuur 27). onbehandeld figuur 27 effect van vlamvertragers endotherme ontledingsreactie van aluminiumhydroxide neemt warmte weg (1050 kj/kg Al () 3 ) zuurstof energie 2 Al() 3 (s) Al 2 3 (s) (l) het gevormde water zorgt voor afkoeling et gevormde aluminiumoxide sluit de brandstof af van de vlam. figuur 28 de werking van aluminiumhydroxyde als vlamvertrager Er zijn verschillende soorten vlamvertragers op de markt, die allemaal één of meer voorwaarden voor verbranding gedurende enige tijd kunnen wegnemen. Dit kan onder andere door koeling van de vlam. Aluminiumhydroxyde, Al() 3 (s), dat bij verhitting ontleedt in aluminiumoxide, Al 2 3 (s), en water koelen de vlam, omdat deze reactie veel energie kost. De vorming van water zorgt voor verdere afkoeling (figuur 28). De eerste vlamvertragers veroorzaakten behoorlijke milieuproblemen. Inmiddels heeft verder onderzoek goede en milieuvriendelijke vlamvertragers opgeleverd die steeds meer worden toegepast (figuur 29). figuur 29 een vlamvertragende spray voor textiel, papier en karton Een brand kan ook worden vertraagd door een dun laagje brandvertragende stof op het materiaal aan te brengen waardoor de vlam tijdelijk wordt gescheiden van de brandstof. opgaven Leerstof 22 et kan voorkomen dat bij de verbranding van aardgas de stoffen C(g) en roet ontstaan. a nder welke conditie ontstaan C(g) en roet? b Geef de naam voor C(g). 69

30 2 Chemische reacties 3 Verbrandingsreacties 23 Sommige stoffen kun je met een zichtbare herkenningsreactie aantonen. a Wat zijn de verbrandingsproducten van de volledige verbranding van methaan? b Met welke reagentia toon je de verbrandingsproducten aan als methaan volledig verbrandt? Noem daarbij de waarnemingen waarmee je deze stoffen aantoont. 24 Een brand ontstaat niet zomaar. a Aan welke drie voorwaarden moet zijn voldaan voor het ontstaan van een brand? b Waarop berust de bluswerking van water? c Welke verschijnselen horen bij snelle verbrandingen? d Waarop is de werking van een vlamvertrager gebaseerd? Toepassing 25 et hoofdbestanddeel van aardgas is methaangas. a Geef de molecuulformule van methaangas. b Geef het reactieschema voor de volledige verbranding van methaangas. 26 Ethaangas is een stof met molecuulformule C 2 6 (g). a Geef het reactieschema voor de volledige verbranding van ethaangas. b Geef een beschrijving op microniveau van de volledige verbranding van het ethaangas inclusief de toestanden bij kamertemperatuur. 27 Als je aardgas door zeepsop laat borrelen, ontstaan zeepbellen die snel opstijgen (figuur 30). Door er een lucifer bij te houden, ontstaat een kortstondige gele vlam. Leg uit welke twee stofeigenschappen van aardgas in deze proef worden aangetoond. 28 Corina zegt: Methaan is een verbinding waarvan de moleculen uit de elementen waterstof en koolstof bestaan. eeft ze het over atoomsoorten of over niet-ontleedbare stoffen? Licht je antwoord toe. figuur 30 Welke eigenschappen van aardgas worden hier aangetoond? *29 Een cv-installateur wil berekenen hoeveel liter lucht er per minuut nodig is voor het volledig verbranden van het toegevoerde aardgas in een cv-ketel. et gebruikte aardgas bevat 90 volume% methaan en 10 volume% koolstofdioxide. De cv-ketel verbruikt 1,0 m 3 aardgas per uur bij continubedrijf. a Bereken hoeveel liter aardgas de cv-ketel per minuut verbruikt. b oeveel liter lucht is er nodig voor de verbranding van 1 liter aardgas. Neem daarbij aan dat voor de volledige verbranding van 1 liter methaan 10 liter lucht nodig is. c Bereken hoeveel liter lucht per minuut nodig is voor de volledige verbranding van het toegevoerde aardgas. d Denk je dat het verstandig is deze hoeveelheid lucht uit de ruimte te halen waar de cv-ketel is geplaatst? Licht je antwoord toe. 70