Chemie 4: Atoommodellen

Transcriptie

1 Chemie 4: Atoommodellen Van de oude Grieken tot het kwantummodel Het woord atoom komt va, het Griekse woord atomos dat ondeelbaar betekent. Voor de Griekse geleerde Democritos die leefde in het jaar 400 voor onze tijdrekening waren het de kleinste en dus ondeelbare deeltjes van de materie. Begin 19 de eeuw ontdekte J. Dalton dat de atomen van verschillende elementen zich onderscheidden door hun verschillende massa. Honderd jaar later stelde J.J. Thompson vast dat er in de atomen ladingen moesten aanwezig zijn: hij veronderstelde dat ze bestonden uit een positief geladen materie met daarin negatieve bolletjes, een beetje zoals een krentenpudding. In 1911 deed E. Rutherford een experiment waarbij hij α-deeltjes op een flinterdun goudblaadje afschoot. Hij stelde vast dat het merendeel van de deeltjes ongehinderd door het goudblaadje ging en er slechts een kleine fractie afgebogen werd of teruggekaatst. Hieruit besloot hij dat atomen bestaan uit een zeer kleine positieve kern met daarrond een ijle elektronenmantel. Atomen zijn voor % lege ruimte En in 1913 stelde N. Bohr op basis van de kwantummechanica een model voor waarbij de elektronen zich in welbepaalde energieschillen om de kern bevinden: - 1 ste schil (K), maximum elektronen - 2 de schil (L), maximum elektronen - 3 de schil (M), maximum elektronen - 4 de schil (N), maximum elektronen Kortom, een elektronenconfiguratie met maximum elektronen op schil n, met een maximum van op de buitenste schil en op de voorlaatste schil.

2 Samenstelling van atoomkernen In het periodiek systeem staan de elementen gerangschikt volgens de massa van de atomen. Atomen zijn neutraal. Voor elke negatieve lading van de elektronen in de mantel is er een positieve lading van een proton in de kern. Het aantal protonen of elektronen wordt weergegeven door het atoomgetal (Z). De massa van een atoom wordt weergegeven door de atoommassa (A). Geef het atoomgetal, de atoommassa (afgerond naar het dichtstbijzijnde geheel getal) en de elektronenconfiguratie voor de volgende elementen: Element Atoomgetal Atoommassa Elemtronenconfiguratie Zwavel , 8, 6 Waterstof Helium Koolstof Zuurstof Argon Broom Uranium De massa van een proton bedraagt ongeveer 1, kg. De massa van een elektron is bijna 1800 keer kleiner en bijgevolg nagenoeg verwaarloosbaar in de massa van een atoom. Hoewel de kern dus zeer klein is bevat ze wel het grootste deel van de massa van een atoom. In het periodiek systeem zien we als atoommassa voor waterstof 1,0079 staan. Dat is de relatieve atoommassa die overeenkomt met de massa van één proton. Een heliumatoom heeft elektronen en dus ook protonen. De relatieve massa van een heliumatoom is evenwel , dat is keer meer dan waterstof. Verklaring: Dus: m proton m neutron 1, kg

3 Geef het atoomgetal, de relatieve atoommassa, het aantal protonen en het aantal neutronen voor de volgende elementen: Element Atoomgetal Atoommassa Protonen Neutronen Waterstof Helium Koolstof Zuurstof Zwavel Argon Broom Uranium Stofhoeveelheid en molaire massa m proton m neutron g Bereken hoeveel atomen waterstof in 1 g waterstof zitten: Bereken hoeveel atomen in 4 g helium zitten: Getal van Avogrado: N A = 6, deeltjes Stofhoeveelheid: 6, deeltjes noemen we een mol Bereken de massa (in g) van een mol (6, deeltjes) van de volgende elementen: - Waterstof: - Helium: - Koolstof: - Broom: Bereken de massa van de stofhoeveelheden of het aantal mol van de gegeven massa s: Element Stofhoeveelheid (n) Massa (m) Zuurstof 3,0 mol Zwavel 100 g Argon 2,34 mol Uranium 22 g

4 Molaire massa van elementen en stoffen De molaire massa van een stof is de massa (in g) per mol: - Waterstof: M H = 1 g/mol - Helium: M He = 4 g/mol - Koolstof: M C = - Zuurstof: De molaire massa van een element komt dus overeen met de relatieve atoommassa A, of het aantal kerndeeltjes (nucliden: protonen en neutronen samen). Isotopen Hoeveel bedraagt de atoommassa van chloor (2 cijfers na de komma)?... Dit is geen geheel getal. Verklaring: Isotopen zijn atomen van hetzelfde element, dus met hetzelfde aantal maar met een verschillende massa omdat ze een verschillend aantal hebben. Vermits ze dezelfde elektronenconfiguratie hebben, hebben isotopen van eenzelfde element dezelfde chemische eigenschappen. Molecuulmassa Een watermolecule bestaat uit:... De relatieve massa van deze atomen bedraagt:... Bereken de massa van een mol watermoleculen:... Bereken de molaire massa van water: M H2O =... Bereken de molaire massa van de volgende stoffen: - Waterstofgas: M H2 = - Koolstofdioxide: M CO2 = - Zwavelzuur: - Zuurstofgas: - Ammoniak: - Keukenzout:

5 Bereken de massa van 3,0 mol water: Bereken de stofhoeveelheid van 100 g water: Formules: N = m / M en m = n. M Bereken de massa van de stofhoeveelheden of het aantal mol van de gegeven massa s: Stof Stofhoeveelheid (n) Massa (m) Water 1,0 kg Zwavelzuur 20 mol Keukenzout 1,0 kg Ammoniak 17 g Koolstofdioxide 2,34 mol Chemisch rekenen Geef de reactievergelijking van de reactie van waterstofgas met zuurstofgas tot water: Dit wil zeggen dat 2 moleculen waterstofgas reageren mat 1 molecule zuurstofgas om 2 moleculen water te vormen. Noteer in een reactievergelijking hoeveel moleculen nodig zijn om 4 moleculen water te vormen: Noteer in een reactievergelijking hoeveel moleculen waterstofgas reageren met 10 moleculen zuurstofgas: Noteer hoeveel moleculen reageren met 6, moleculen zuurstofgas: Noteer dit in mol in plaats van het aantal moleculen: Dit is dus terug de oorspronkelijke reactievergelijking. We mogen zo n reactie dus gerust interpreteren als stofhoeveelheden die reageren en gevormd worden.

6 Reken uit welke massa s overeenkomen met deze stofhoeveelheden: Verifieer de wet van Lavoisier: Bereken welke massa s beginstoffen nodig zijn om 100 g water te vormen: Bereken hoeveel waterstofgas nodig is om met 20 g zuurstofgas te reageren: 1. Bereken hoeveel gram zuurstofgas nodig is om 100 g glucose (C 6 O 6 H 12 ) te verbranden. 2. Hoeveel kg zuurstof is er nodig om een halve kg butaan volledig te verbranden tot CO 2 en H 2 O? 3. Men bereidt waterstofgas door de reactie tussen zink en waterstofchloride. Bereken welke massa waterstofgas bereid kan worden met 100 g zink. 4. Bereken hoeveel kilogram ammoniak men kan bereiden door de reactie tussen 200 g distikstof en 600 g waterstofgas. Hoeveel van welke stof is in overmaat aanwezig? 5. Hoeveel gram Na 2 SO 4 ontstaat er uit zwavelzuur en keukenzout als er 100 g zoutzuur gevormd is? 6. Men laat 100 g broomgas reageren met 100 g aluminiumpoeder. Hoeveel gram aluminiumbromide ontstaat er en hoeveel van welke stof is in overmaat aanwezig? 7. Een vlucht van Londen naar Berlijn duurt 2,5 uur. Een jumbojet verbruikt daarbij 10 ton brandstof (C 12 H 26 ) per uur. Hoeveel CO 2 (uitgedrukt in g) wordt er geproduceerd bij zo n vlucht? 8. Hoeveel g calciumoxide wordt gevormd indien men 100 g calcium laat reageren met zuurstof? 9. Bereken hoeveel kilogram koolstofdioxide uitgestoten wordt als men met een volkswagen gti (verbruik 6,0 l/100 km) met benzinemotor (octaan) naar de kust rijdt (110 km). 10. Hoeveel gram chloorgas heeft men nodig om met 5 g calcium te reageren tot calciumchloride? 11. 4,0 kg ongebluste kalk (CaO) reageert met water en vormt gebluste kalk (Ca(OH) 2 ). Hoeveel water is nodig? 12. Hoeveel gram koolstof en zuurstofgas moeten onderling reageren om 20 g CO 2 te vormen?