Chemie S2

Oplossing

Een homogeen mengsel waarbij een stof (opgeloste stof) uniform verdeeld is in een andere stof (solvent)

De opgeloste stof en solvent reageren NIET met elkaar

water als solvent

• een van de meest voorkomende solventen

• aanwezigheid van waterstofbruggen tussen moleculen

  • goed solvent voor zouten, eiwit houdende dingen, plantaardige gommen

• doet zetmeel en dextrin zwellen

• gemakkelijk ter beschikking → CR

vorming van oplossingen

like dissolves like

polair + polair & apolair + apolair

dissociatie

ionen uit elkaar gehaald

ionisatie

ionen worden gevormd

elektrolyten

stoffen die in opgeloste of gesmolten toestand stroom geleiden

sterke elektrolyten

dissocieren/ioniseren volledig

zwakke elektrolyten

dissocieren/ioniseren deels

niet-elektrolyten

dissocieren/ioniseren niet

oplosbaarheid

de maximale hoeveelheid opgeloste stof die opgelost kan worden bij een bepaalde temperatuur

g opgeloste stof per 100g solvent

verzadigde oplossing

bevat maximale hoeveelheid opgeloste stof

oplossingsproces bij kristalijne stoffen

intermoleculaire krachten zijn gelijkaardig verdeeld

maximale waarde voor concentratie is een bepaald volume

oplossingsproces bij amorfe stoffen en harsen

intermoleculaire krachten zijn ongelijk verdeeld

oplossing wordt steeds viskeuzer tot 100% vast

wet van Henry

direct verband tussen de oplosbaarheid van een gas en de druk van het gas boven de vloeistof

concentratie

hoeveelheid opgeloste stof / hoeveelheid oplossing

massaprocent

massa volumeprocent

volumeprocent

molaire concentratie (molariteit)

verdunnen van oplossingen

3 voorwaarden om een chemische reactie te laten doorgaan

• botsing

• orientatie

• energie

activeringsenergie Ea

minimale energie nodig om de binding tussen de atomen van reagentia te breken

reactiesnelheid

• toename in concentratie van reactieproduct per tijdseenheid

• afname in concentratie van een reagens per tijdseenheid

  

4 factoren die reactiesnelheid beinvloeden

• activeringsenergie

• temperatuur

• concentratie van de reagentia

• katalysator

aflopende reactie

alle reagentia worden omgezet in producten

reversibele reactie

niet alle reagentia wordt omgezet in producten en producten worden terug omgezet naar reagentia

verloopt in 2 richtingen → 2 reactiesnelheden

chemisch evenwicht

snelheid van de heengaande reactie is even snel als de snelheid van de teruggaande reactie

evenwichtsconstante Kc

o   Numerieke waarde → eenheden afhankelijk van vergelijking (mol/L)

o   Heterogeen evenwicht → reacties met verschillende fasen (s) & (g)

o   Homogeen evenwicht → reacties waarbij alleen gassen betrokken zijn

Evenwicht met grote Kc

veel reactieproducten, weinig reagentia

Evenwicht met kleine Kc

veel reagentia, weinig reactieproducten

Principe Le Châtelier

o   Voor een systeem in evenwicht zal door elke aangebrachte verandering het evenwicht zodanig verschuiven dat de aangebrachte verandering wordt tenietgedaan

o   Systeem in evenwicht: snelheid van de heengaande reactie is gelijk aan de terugkerende reactie

o   Als je iets aanpast gaat het systeem zichzelf herstellen en terug in evenwicht brengen → veranderingen zoals concentratie, volume, temperatuur, druk

o   Toevoegen van een bestanddeel → evenwicht verschuift weg van het toegevoegde bestanddeel en visa versa

Effect van volume verandering

o   Verandering in volume van een gasmengsel bij evenwicht → verandering van concentratie

o   Volume daalt → concentratie stijgt → evenwicht verschuift naar het kleinste aantal mol (en visa versa)

Effect van temperatuursveranderingen

o   Warmte beschouwen als reagens of reactieproduct

o   Endotherme reactie → warmte bij reagentia

o   Exotherme reactie → warmte bij reactieproducten

Effect van een katalysator

Katalysator beïnvloed de reactiesnelheid van zowel de heengaande als de teruggaande reactie → dus GEEN effect op het evenwicht

Oplosbaarheidsproduct Ksp

o   In een verzadigde oplossing: ionverbinding in vaste vorm in evenwicht met opgeloste vorm (ionen)

o   Oplosbaarheid/Ksp → hoeveelheid die opgelost kan worden om een verzadigde oplossing te vormen

Molaire oplosbaarheid S

Het aantal mol van de opgeloste stof dat opgelost is in 1L van de verzadigde oplossing

Zuren

• stoffen die in water H+ ionen vormen

• Ionen in oplossing → elektrolyten

• H+ zorgt voor zure smaak, kleurverandering van blauw lakmoes in rood en corrosie van sommige metalen

• Zuurrest → wat er overblijven

• Naam → waterstof + naam van de zuurrest

  • Binair zuur à nM + ide

  • Ternair zuur à nM + aat (iet, per…-aat, hypo…-iet)

Basen

stoffen die in water OH- ionen vormen

ionen in oplossing → elektrolyten

OH- zorgt voor bittere smaak, kleurverandering van rood lakmoes in blauw

Naam → metaal + hydroxide

Eigenschappen zuren en basen

Brönsted-Lowry zuren en basen

·       Brönsted-zuur: verbinding die H+ afgeeft → protondonor

·       Brönsted-base: verbinding die H+ opneemt → protonacceptor

Amfotere reagentia (amfolieten)

verbindingen die zich zowel als protondonor als protonacceptor kunnen gedragen

sterk zuur

volledige ionisatie

zeer zwakke geconjugeerde base

zwak zuur

geen volledige ionisatie

zwakke geconjugeerde base

zeer zwak zuur

bijna geen ionisatie

sterke geconjugeerde base

Tweewaardige of diprotische zuren

Zuren die 2 H+ kunnen afsplitsen

sterke base

volledige dissociatie

zeer zwak geconjugeerd zuur

zeer zwakke base

bijna geen disscociatie → neemt bijna geen protonen op

sterk geconjugeerd zuur

zwakke base

geen volledige dissociatie

zwak geconjugeerd zuur

Ka

evenwichtsconstante bij zuur

hoe groter, hoe sterker het zuur

formule pKa

pKa = -log Ka

Kb

baseconstante

hoe groter, hoe sterker de base

kenmerken van zuren en basen

ionenproduct van water

Kw → [H₃O⁺].[OH^-]

Kw is constant bij 25°C → Kw= 1,01 × 10^-14 M²

Gebruik van K_w om [H₃O⁺] en [OH^-] in oplossing te berekenen

formule pH & pOH

pH = - log[H3O+ ]

pOH= -log[OH- ]

reacties van zuren en basen

·       zuur + metaal → zout + waterstofgas

·       Zuur + (bi)carbonaten → zout + water + koolstofdioxide

·       Zuur + base → zout + water (neutralisatie)

titratie

Volumetrische analysemethode om de concentratie te bepalen van een oplossing.

Gekend volume van de oplossing met een ongekende concentratie reageren met een andere oplossing waarvan de concentratie en volume gekend is

zuur-base titratie

base/zuur met gekende concentratie via een buret toegevoegd aan een bepaald volume oplossing die een ongekende concentratie zuur of base bevat

Zuren met basen getitreerd (visa versa) tot dat al het zuur/base geneutraliseerd is à totdat het titreren zuur of base kwantitatief wordt omgezet tot een zout =  eindpunt van de titratie

Equivalentiepunt

Punt waarop er stoichiometrisch equivalente hoeveelheden van het zuur en base aanwezig zijn

Buffer

oplossing die bestaat uit een zwak zuur en zijn geconjugeerde baseof uit een zwakke base en zijn geconjugeerde zuur

o   Voorbeelden:

• Acetaatbuffer à azijnzuur (Hac) en natriumacetaat (NaAc)

• Ammoniumbuffer à ammoniak (NH3 ) en ammoniumchloride (NH4Cl)

• Bloed: bufferoplossing die bestaat H2CO3 /NaHCO3

formule berekenen van buffer

redoxreactie

Reactie waarbij elektronen uitgewisseld worden

o   Oxidatie: afgeven e-

o   Reductie: opnemen van e-

oxidatiegetal OT

De landingssituatie van een element in een verbinding vergeleken met de ongebonden toestand

Oxidator en reductor

Oxidatie en reductiereacties verlopen steeds samen

De elektronen die door reductor (reductans), worden afgeven, worden door oxidator (oxidans) opgenomen

Zilveren zonnebril

Elektrolyse voor de zuivering van metalen

Elektrolyse voor de zuivering van zwembadwater

Batterij: galvanische cel

Corrosie

chemische eigenschappen van pigmenten

• Onoplosbaar in het bindmiddel en gewone solventen, incl. water.

• Chemisch stabiel: bestand tegen licht, lucht en/of vochtigheid.

• Voldoende stabiel en inert om volledig compatibel te zijn met de andere verbindingen waarmee ze gecombineerd worden.

opdeling van pigmenten

Organische en anorganische pigmenten

organische pigmenten

komen niet vaak voor, vooral organische kleurstoffen (sepia en Brazil wood)

onderhevig aan de invloed van licht

licht + vocht = fotochemische reactie → definitieve ontkleuring (fading)

anorganische pigmenten

meestal mineralen met kristalijne structuur

gemaakt van metaaloxiden, carbonaten, sulfiden, sulfaten,…

minder aangetast door licht, maar onderhevig aan redoxreacties (versneld door licht)

eigenschappen lucht

drager van zuurstof → zorgt voor kleurverandering

drager van agressieve agentia → vocht en verontreinigde gassen

• → CO2, SO2, SO3, H2S, NOx

interactie tussen de pigmenten en bindmiddelen

chemische eigenschappen van bindmiddelen

• lichtbestendig → zodat geen fotolytische of fotochemische reacties kunnen optreden (vergelingsproces)

• bestand tegen milieuvervuiling & solventen

• best onoplosbaar bij meeste solventen → MAAR bij CR belangrijk dat ze verwijderbaar zijn (dus dubbel)

• compatibel met pigmenten → chemische reactie tussen pigmenten en bindmiddelen zorgt voor verzeping

  • metaalzepen (carboxylaten) gevormd aan het oppervlak van het schilderij → veranderen uit uitzicht en toestand (donkerder)

Tempera

verzamelnaam van emulsieverven

proteïnebevattende tempera & polysacharidenbevattende tempera

Proteïne bevattende tempera

• dierlijke lijmen

• ei

• casseïne

proteïne

opgebouwd uit aminozuren, deze zijn aan elkaar gebonden met peptidebindingen (hierbij wordt H2O afgesplitst) & ze hebben een 3D structuur

chemische eigenschappen proteïnebevattende tempera

• hydrofiele stoffen → beïnvloed door de pH

• chemisch stabiel → wel makkelijk aangetast door enzymen (microorganisme)

• fysiologisch = fragiel en gevoelig → voor omgevingsfactoren (warmte, uv, zuren en basen) hierdoor verlaging van oplosbaarheid

polysacharidenbevattende tempera

• plantaardige gommen → polysachariden met amorfe structuur

• zetmeel en dextrines

sachariden

verbindingen met de verhouding CmH2mOm

door polymerisatie ontstaat polysachariden → kunnen lineair of 3D zijn

chemische eigenschappen polysachariden bevattende tempera

• hydrofiel → vormt gemakkelijk waterstofbruggen

• gevoelig voor microorganismen

• chemisch reactief → door de vele OH groepen

siccatieve oliën

oliën die uitharden tot een harde vaste film na blootstelling aan lucht

bestaan uit triglycerinen

• → esters gevormd uit glycerol en 3 verschillende vetzuren

• vb. lijnolie, notenolie, papaverolie

reactieve verbindingen siccatieve oliën

• hydrogenatie → door waterstof ontstaan verzadigde, stabiele en vaste organische verbindingen

• oxidatie → triglyceriden worden omgezet tot geoxideerde producten met een kleinere molaire massa

• oxidatie-polymerisatie → oliën worden omgezet tot vaste polymeren

  • droogproces van olieverf versnellen door katalysatoren, verwarmen of droogmiddelen toe te voegen

solventen

oplossend vermogen → TEAS

• dipool dipool interacties

• waterstofbruggen

• dispersiekrachten

eigenschappen van solventen

• Dampdruk of dampspanning

• Verdampingssnelheid of vluchtigheid

• Retentie

• Oppervlaktespanning - grensvlakspanning

• Wettability

• Capillariteit

• Surfactants

• Viscositeit

• Ontvlambaarheid – Flashpoint

• Toxiciteit – blootstellingsduur – concentratie

Dampdruk of dampspanning

Druk uitgeoefend door een gas in evenwicht met zijn gecondenceerde fase in een gesloten systeem bij een gegeven temperatuur

moleculen aan het oppervlak van de vloeistof willen verdampen maar kunnen nergens heen → gaan terug in de oplossing

als de dampdruk van een vloeistof = omgevingsdruk → koken van vloeistof

Verdampingssnelheid of vluchtigheid

Afhankelijk van verschillende factoren. De belangrijkste zijn:

• Dampdruk: hoe hoger de dampdruk, des te hoger de vluchtigheid.

• Latente verdampingswarmte: dit is de energie die nodig is om een gegeven hoeveelheid vloeistof om te zetten in een gas bij een bepaalde temperatuur.

Afhankelijk van de interacties tussen de moleculen van de vloeistof en het materiaal waarop deze geabsorbeerd is

Retentie

vertraging van het verdampingsproces

Oppervlaktespanning - grensvlakspanning

Een vloeistofoppervlak heeft de neiging om te verkleinen tot het kleinst mogelijke oppervlak.

Aan de faseovergang vloeistof-lucht ontstaat dit doordat de vloeistofmoleculen meer tot elkaar aangetrokken worden (cohesie) dan tot de luchtmoleculen (adhesie)

Wettability (bevloeibaarheid)

Dit is de mogelijkheid van een vloeistof om zich te verspreiden over en contact te houden met het vaste oppervlak.

Algemeen kan gesteld worden dat hoe lager de oppervlakte- en grensvlakspanning, des te hoger de wettability.

Capillariteit

De mogelijkheid van een vloeistof om te bewegen in een nauwe capillaire buis.

Surfactants

Kan de oppervlaktespanning van een vloeistof verlagen

Het hydrofiele deel (polaire kop) blijft in het water, terwijl het hydrofobe deel (apolaire staart) uitsteekt boven de waterfase, met als gevolg een verlaging van oppervlakte- en grensvlakspanning.

bv. zeep, alkaninezouten of vetzuren

Viscositeit

De weerstand van een vloeistof tegen het vloeien.

Deze is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, des te lager de viscositeit, omdat de intermoleculaire krachten kleiner worden.

Ontvlambaarheid – Flashpoint

De mogelijkheid om te branden of exploderen, wanneer in contact met een ontstekingsbron.

Hoe lager de temperatuur van de lucht waarbij dit proces optreedt, des te hoger de ontvlambaarheid van de vloeistof. De laagste temperatuur waarbij er voldoende damp gevormd wordt om een ontvlambaar mengsel te vormen, is het flashpoint.

Toxiciteit – blootstellingsduur – concentratie

Solventen kunnen de gezondheid schaden afhankelijk van hun toxiciteit, concentratie en blootstellingsduur. Zo kunnen korte maar frequente blootstelling aan toxische stoffen schadelijk zijn omdat deze kunnen opstapelen in het lichaam.

SDS (safety data sheets)

- Veilig gebruik van chemicaliën

- Potentieel gevaar (blootstelling 4-6)

- Manieren van bescherming (preventie en bescherming 7-10)

- Snelle algemene informatie nodig bij incidenten en bijkomende informatie (11-16)

Hierin staan o.a. de gevarensymbolen en de P-en H-zinnen (Precautions and Hazards).

Andere solventen

• Ammoniumcarbonaat en ammoniumbicarbonaat

  • Goed oplosbare zouten.

  • De gevormde oplossingen zijn licht basisch (pH= 8 à 9).

  • Ammoniumcarbonaat ontbindt (traag) in ammoniak, water en koolstofdioxide: (NH4)2CO3 (aq) → 2 NH3 (g) + H2O (g) + CO2 (g)

• Dimethylsulfoxide

  • Zeer polair aprotisch organisch solvent met een hoog kookpunt

  • Meestal gebruikt in mengsels met estersolventen

Reactieve solventen

• Basische verbindingen:

  • NH3 , (NH4 )2CO3, amines

• Zuren:

  • CH3COOH, (COOH)2

• Complexvormers:

  • Na2EDTA, Na4EDTA

• Oxidantia en reductantia:

  • H2O2 PbO2 (s) + H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) → Pb2+ + O2 (g) + 2 H2O (l)

Ionenuitwisselingsharsen

• Kationenuitwisselingsharsen (SO3H- , CO2 - , PO3H2 - )

  • R-H + M+ ⇌ R-M + H+

• Anionenuitwisselingsharsen (R4N+ , NHR’+ ,NR’R’’+ )

  • R-OH + X- ⇌ R-X + OH