chemistry exam

these are the writen out answers to some of the exam questions of chemistry

Geef alle voorwaarden waaraan een molecule moet voldoen om een permanent dipool moment te hebben.

Om een permanent dipoolmoment te hebben moet het molecuul bestaan uit atomen met   een verschillende EN-waarde. De resulterende dipoolmomenten die uit dit EN-verschil ontstaan kunnen gezien worden als vectoren. Opdat deze vectoren elkaar niet opheffen moet de ruimtelijke structuur van het molecuul asymmetrisch zijn zodat er een permanent dipoolmoment overblijft.

1 Londonkrachten of dispersiekrachten

Moleculen met dipoolmomenten trekken elkaar aan, alle moleculen kunnen een fluctuerend dipoolmoment vertonen, afkomstig van fluctuaties in elektronenverdeling: 1 uiteinde heeft een positieve deellading, het andere uiteinde een negatieve deellading. Als de dipoolmomenten samen fluctueren ontstaat er een blijvende aantrekkingskracht, ook tussen moleculen zonder permanent dipoolmoment.

2 Keesomkrachten of dipool-dipool-interacties

Tussen moleculen met permanente dipoolmomenten. De waarde van het permanent dipoolmoment is groter dan die van het fluctuerend dipoolmoment aangezien deze nog opgeteld moet worden met het fluctuerend dipoolmoment, want elke molecule kan een fluctuerend dipoolmoment vertonen. Daarom hebben moleculen met een permanente dipool een hoger kook- en smeltpunt. Er is aantrekkingskracht tussen de dipolen en dit kan in 2 verschillende oriëntaties (en dan tekening erbij geven).

3 Debijekrachten

Een permanente dipool kan bij een naburig molecule een tijdelijke dipool induceren. Deze kan interageren met de eerste dipool

Geef het verschil/ de gelijkenis tussen homogene, heterogene en enzymatische katalyse en geef van elk een voorbeeld

Homogene katalyse: Reagentia en katalysator bevinden zich in dezelfde fase (vaak gasfase). Voorbeeld: katalytische omzetting van zwaveldioxide tot zwavelzuur met stikstofoxide en stikstofdioxide.

Heterogene katalyse: Reagentia en katalysator bevinden zich in verschillende fasen, vaak gasreagentia en een vaste katalysator. Voorbeeld: het contactprocédé, katalytische omzetting van  zwaveldioxide en dioxide naar zwaveltrioxiden (de katalysator is vanadiumpentoxide).

Enzymatische katalyse: Een substraat-specifiek enzyme dat, in tegenstelling tot de andere katalysatoren, enkel 1 specifieke reactie kan katalyseren. Er kan ook inhibitie optreden wanneer er een andere substraat ( = gif ) op het enzyme-lock bindt. Er is een grote analogie tussen enzymatische katalyse en heterogene katalyse, aangezien in beide gevallen een beperkt oppervlak beschikbaar is. Wanneer enzymmoleculen of het volledige oppervlak van de vaste katalysator bezet is met substraat of reagens, dan zal de reactiesnelheid onafhankelijk worden van de concentratie van het substraat of van de concentratie. De kinetica wordt dan de  nulde orde.

Enzymatische katalyse is eigenlijk hetzelfde als homogeen want substraat en enzym zijn beiden in water opgelost, maar kinetisch gezien komt het overeen met heterogeen.

Bepalen of er neerslag gevormd word wanneer BaCl2 en H2SO3 worden samengevoegd. Van het reactieproduct wordt de Ksp gegeven

Hier is jouw oorspronkelijke tekst, maar dan met een schone, correct geformatteerde LaTeX-notatie (zonder de dubbele en driedubbele herhalingen van formules):

Wanneer BaCl2​ en H2​SO3​ worden samengevoegd, moeten we eerst bekijken welke ionen in oplossing aanwezig zijn. BaCl2​ is een goed oplosbaar zout en dissocieert volledig in water tot Ba2+-ionen en Cl−-ionen. H2​SO3​ (zwaveligzuur) is een zwak zuur en dissocieert gedeeltelijk, waarbij onder andere SO32−​-ionen kunnen ontstaan.

De Ba2+-ionen uit BaCl2​ kunnen reageren met de SO32−​-ionen uit H2​SO3​. Hierbij kan het slecht oplosbare zout bariumsulfiet (BaSO3​) gevormd worden:

Ba2++SO32−​⇌BaSO3​ (s)

Of er effectief een neerslag gevormd wordt, hangt af van het oplosbaarheidsproduct (Ksp​) van BaSO3​. Het oplosbaarheidsproduct wordt gedefinieerd als het product van de evenwichtsconcentraties van de ionen in een verzadigde oplossing.

Wanneer de oplossingen gemengd worden, kan men het reactiequotiënt (Q) berekenen:

Q=[Ba2+][SO32−​]

Dit wordt vergeleken met de gegeven Ksp​.

• Als Q>Ksp​, is de oplossing oververzadigd en zal BaSO3​ neerslaan.

• Als Q<Ksp​, blijft alles opgelost en ontstaat geen neerslag.

• Als Q=Ksp​, is de oplossing verzadigd en bevindt het systeem zich in evenwicht.

Daarnaast speelt de pH van de oplossing een rol. Omdat H2​SO3​ een zuur is, kan een deel van het SO32−​ reageren met H+ tot HSO3−​, waardoor de concentratie van SO32−​ vermindert. Dit kan de vorming van neerslag beïnvloeden, aangezien de oplosbaarheid van dergelijke zouten afhankelijk kan zijn van de pH.

Conclusie: Bij het mengen van BaCl2​ en H2​SO3​ kan een neerslag van BaSO3​ gevormd worden. Of dit daadwerkelijk gebeurt, hangt af van de vergelijking tussen het reactiequotiënt Q en het oplosbaarheidsproduct Ksp​ van het reactieproduct.

Bepalen of de reactie 3H2 + N2 --> 2NH3 aflopend is bij een gegeven T. Ook de druk van NH3 bepalen in atm (die van H2 en N2 zijn gegeven).

Druk van NH3 bepalen via Kp

Om te bepalen of de reactie 3H2 + N2 ⇌ 2NH3 aflopend is bij een gegeven temperatuur, vergelijkt men het reactiequotiënt Qp met de evenwichtsconstante Kp (BOD p124 — enkel geldig bij bepaalde T-waarden).

Evenwichtsconstante:
Kp = (P_NH3)^2 / [(P_H2)^3 × P_N2]

Vergelijking Qp vs Kp:

• Als Qp < Kp → reactie verloopt verder naar rechts → meer NH3 gevormd (voorwaarts aflopend)

• Als Qp > Kp → reactie verloopt naar links → NH3 wordt afgebroken

Opgelost naar P_NH3:
P_NH3 = √[Kp × (P_H2)^3 × P_N2]

Door de gegeven waarden van Kp, P_H2 en P_N2 in te vullen, bereken je P_NH3 (in atm) en bepaal je zo in welke richting de reactie zal verlopen.

Hoe kan je een reactie sneller laten verlopen? Verandert hierbij dan ook het evenwicht

Een reactie kan op een aantal manieren versneld worden.

Volgens de formule voor reactiesnelheid v = k[A]^n[B]^m kan de reactie versneld worden door de concentratie van een van de reagentia te verhogen. Evenwicht verschuift dan naar de kant van de producten.

Een reactie kan gekatalyseerd worden. Dit is vooral belangrijk voor reacties die enkel bij lage temperaturen een redelijke omzettingsgraad kennen aangezien de reactiesnelheid hier normaal heel traag zou zijn door de lage temperatuur. Katalyse heeft geen effect op het evenwicht aangezien de katalysator zowel voorkomt bij de reagentia als het uiteindelijke product van de reactie en dus verwaarloosd mag worden bij de essentiële reactievgl

Een reactie kan versneld worden door een temperatuursverandering. In een evenwichtsreactie is er altijd een endotherme reactie in de ene richting en een exotherme reactie in de andere richting. Bij temperatuurstijging zal het evenwicht, volgens Le Châtelier, verschuiven naar de kant van de endotherme reactie. Dit is logisch aangezien de temperatuurstijging (warmtestijging) dient geneutraliseerd te worden door een warmteopname van de endotherme reactie. Bij temperatuurafname zal het evenwicht, volgens Le Châtelier, verschuiven naar de kant van de exotherme reactie. Dit is logisch aangezien de temperatuurafname (warmteafname) dient geneutraliseerd te worden door het vrijzetten van warmte door de exotherme reactie.

Bespreek Fluoridering bij tandpasta

Tandglazuur kan in minerale vorm gezien worden als hydroxyapatiet (Ca5(PO4)3OH). Dit is een basisch zout dat beter oplosbaar is in zuur milieu. Om hier iets aan te doen kan er een metathese uitgevoerd worden om de OH van hydroxyapatiet te vervangen door Fluor, aangezien Ca5(PO4)3F een lagere oplosbaarheid heeft in zuur milieu aangezien F- een  grotere ladingsdichtheid heeft dan OH-. F- is verder ook minder geneigd om HF te vormen in zuur milieu dan OH geneigd is om H2O te vormen.  Uiteindelijk wordt het fluor toegediend adhv tandpasta of mondwater aangezien het combineren van fluor met melk in bijv tabletten leidt tot de vorming van CaF2, wat een slecht oplosbare neerslag is en dus niet het gewenste effect zou hebben.

Bespreek de vuistregels voor het maken  van een goede buffer en leidt af aan de hand van neutralisatiegraad en buffercapaciteit. Wat is het verband met een pH titratie? Bespreek bloed als buffer. Is bloed een goede buffer

De 2 vuistregels voor het maken van een buffer:

De Pka van het zwak zuur moet dicht bij de gewenste pH van de buffer liggen

Er moet een grote concentratie zuur en zout in de bufferoplossing aanwezig zijn

Afleiding van regels: p.174-176

Buffervgl: pH = pKa + log(Cb/Cz) = pKa + log(Czout/Czuur)

Om een zo klein mogelijke pH-verandering te hebben moet het rechterlid van deze vergelijking zo klein mogelijk zijn. Neutralisatiegraad(alpha) = Czout/C0 (met C0 = oorspronkelijke hoeveelheid zwak zuur en Czout = concentratie aan geneutraliseerd zuur door een sterke base) en C0 = Czout + Czuur. Opdat log(Czout/Czuur) = log(alpha/(1-alpha)) zo klein mogelijk is moet de neutralisatiegraad(alpha) gelijk zijn aan 0,5. dwz dat half het zwakke zuur tot een zout geneutraliseerd wordt door een sterke base (= betekenis neutralisatiegraad) wat betekent dat Czout = Czuur. De Pka moet bijgevolg zo dicht mogelijk bij de gewenste pH liggen en dan gecorrigeerd worden met log(Czout/Czuur).

Voor de tweede vuistregel moet er gekeken worden naar de buffercapaciteit: de buffercapaciteit is de verhouding van de verandering aan zoutconcentratie tot de verandering van pH (Delta(Czout)/Delta(pH)) met de kennis dat Czout = neutralisatiegraad * C0 kan er gevonden worden dat de buffercapaciteit recht evenredig is met de oorspronkelijke concentratie aan zuur C0. Om een zo groot mogelijke buffercapaciteit te krijgen moet er dus een grote C0 zijn wat leidt tot een grote Czout en Czuur.

Bloed als buffer: Bij inspanning van de spieren wordt er melkzuur geproduceerd in het lichaam. Dit melkzuur moet zo snel mogelijk afgevoerd kunnen worden. Buiten adem raken is een resultaat van de reactie op een grote hoeveelheid melkzuur, zo wordt de melkzuurproductie tijdelijk vertraagd. Dit leidt tot buiten adem raken dus om verzuring zoveel mogelijk te voorkomen probeert bloed zo goed mogelijk dit melkzuur te bufferen om een optimale pH tussen 7,35 en 7,45 (7,4 optimaal) te behouden. De voornaamste bufferoplossing in bloed is die van HCO3-/H2CO3 (pKa = 6,4). Het bevat een overmaat aan HCO3-, dit zorgt voor de goede buffer tegen melkzuur. Ook zijn belangrijk H2PO4-/HPO4(2-) pK=7,2. Ook aminozuren zijn een component. Bloed is chemisch gezien niet een ideale/goede buffer, maar is wel zeer goed specifiek aangepast om te bufferen tegen melkzuur

Wat is een concentratiecel? Geef een voorbeeld uit de chemie en uit de fysiologie.

Pagina 200-201

Een concentratiecel is een galvanische cel waarbij beide halfcellen hetzelfde redoxkoppel bevatten, doch met een andere concentratie. Dit leidt tot een potentiaalverschil Delta(E) = -0,059log([A]1 / [A]2)

Fysiologisch voorbeeld: Het potentiaalverschil/de spanning die opgebouwd en onderhouden wordt in het membraan van zenuwcellen door een verschil aan K+-concentratie binnen en buiten het celmembraan ( 20x groter buiten membraan) → DE= -0,059log(1/20)=0,77V

Javel en Chloor: wat is het probleem

Javel of bleekwater = natriumchloride + natriumhypochloriet (NaCl → Na+ + Cl- en NaClO) Wanneer bleekwater blootgesteld wordt aan een zure oplossing zoals ontstopper zal natriumhypochloriet omvormen tot HClO (NaClO + H+ → HClO + Na+): HClO + Cl- + H3O+ → Cl2 + 2H2O.

Cl2 = chloorgas, chloorgas is gevaarlijk zwaar gas dat schadelijk is voor de longen en zelfs dodelijk is in hoge concentraties.

vergelijk het cobaltkation met het ijzerkation en hun complexvorming, geef een reden waarom de natuur bij de ademhaling een systeem heeft met een complexatie van zuurstof aan ijzer

Pagina 293-294

Fe2+ en Fe3+ worden makkelijk geoxideerd/gereduceerd want de drijfveer erachter geeft bij Fe2+ de krypton-edelgasconfiguratie. Bij Fe3+ halfbezette 3d orbitaal. Beide oxidatie en reductie gaan dus vlot dat is belangrijk.

 

Wanneer complex ion gevormd wordt dat een e- te veel heeft voor edelgasconfiguratie, dan zal complex ion makkelijker geoxideerd  worden dan niet-gecomplexeerde kation

o    VB:

§  Co2+: 25 e- 11 te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie

·         Door complexeren met coördinatiegetal 6

o    6 * 1 vrij e--paar = 12 e- bij è 37 e-

o    Door oxidatie naar Co3+ kan edelgasconfiguratie verkregen worden

o    In complexen met 6 liganden is Co3+ geen sterk oxidans meer itt niet-gecomplexeerde Co3+

§  Fe3+: 23 e- dus 13 e-  te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie

·         Door complexeren met coördinatiegetal 6

o    6 . 1 vrij é-paar = 12é bij rond Fe3+  Nog steeds 1 te weinig

o    Fe3+ gecomplexeerd is geen sterker oxidans dan niet-gecomplexeerd Fe3+

o    Specifiek voor Fe3+:

§  Ion heeft halfbezette 3d5 subschil => extra stabiel

 

·         Cytochromen & myoglobine zijn proteïnes met complex van Fe3+/ Fe2+

·         Hemoglobine

o    = Tetrameer van 4 myoglobines

o    In ~ coördinaatgetal Fe2+ = 6

Vergelijk de Van der Waals vergelijking met die ideale gaswet en bespreek de trend van het co-volume en cohesiedruk.

Ideale gaswet: pV = nRT

Van der Waalsvergelijking:

Als we vertrekken van de ideale gaswet en nu rekening houden met het feit dat

- gasmoleculen geen mathematische puntmassa’s zijn maar wel zelf een volume innemen

- gasmoleculen wel cohesiekrachten op elkaar uitoefenen

dan

- moet het volume dat we bekomen uit de ideale gaswet verminderd worden met het co-volume van de gasmoleculen zelf, dus V wordt V-nb als b het volume ingenomen door 1 mol gasmoleculen is

- moet de druk bekomen uit de ideale gaswet vermeerderd worden met de cohesiedruk die bepaald wordt door de onderlinge aantrekkingskracht tussen de aanwezige moleculen, dus P wordt P= P+ a(n^2/V^2), met a de interactie energie

 

Dit resulteert in de van der Waalsvergelijking:

(P + a·n²/V²) × (V − nb) = nRT

 

Chroomvocht, permanganaat, piranhazuur zijn sterke oxidansen. Piranhazuur is beter voor het milieu. Waarom?

Chroomvocht = (Cr2O7)2- in H2SO4, piranhazuur = H2O2 in H2SO4 Permanganaat = MnO4-

3 Verschillende halfreacties:

(Cr2O7)2-(aq) + 7H2SO4(aq) + 6e- → 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) + 7(SO4)2-(aq)

H2O2(aq) + H2SO4(aq) + 2e-  → 2H2O(l) + (SO4)2-(aq)

MnO4-(aq) + 4H+(aq) + 3e- → MnO2(s) + 2H2O(l)

Alle 3 reacties hebben een zeer hoge elektrische potentiaal, wat betekent dat alle drie stoffen sterke oxidansen zijn. Bij zowel Chroomvocht als Permanganaat blijven er na de reductie nog Chroom en Mangaan resp. over, deze metalen zijn vrij milieuonvriendelijk. Bij piranhazuur wordt daarentegen H2O2 gewoon omgezet naar H2O, wat een milieuvriendelijk product is.

Bespreek alle chemische functies van NH3 met voorbeelden

NH3 is:

Een base en zuur: NH3 + H+ → NH4+ ook NH3 → NH2- (nivellerend effect bij lage temp)

Een reductans: NO3- + 6H2O + 8e- → NH3 + 9OH-

Een ligand: M^n+  + 6NH3 → (M(NH3)6)^n+

Wat bepaalt de waarde van het coördinatiegetal bij complexe ionen? Geef twee duidelijk verschillende voorbeelden

Het coordinatiegetal staat voor het aantal atomen dat gebonden is aan het centrale kation bij complexatiereacties. Dit kan verschillen afhankelijk van het soort liganden dat aan het kation bindt: Voor eentandige liganden is het coordinatiegetal gelijk aan het aantal liganden dat eraan bindt maar wanneer de liganden twee- of meertandig zijn telt 1 ligand voor 2 of meer liganden bij het coordinatiegetal.

Voorbeeld 1: Eentandig ligand NH3

M^n+  + 6NH3 → (M(NH3)6)^n+ , coordinatiegetal = aantal NH3 = 6

Voorbeeld 2: Tweetandig ligand H2N-CH2-CH2-NH2

Een kation kan op beide N-atomen binden, wanneer een kation dus bindt aan 2 van deze liganden is het coordinatiegetal 4.

wat is de werking van een katalysator? geef een voorbeeld en geef het verband met de thermodynamica.

Een katalysator is een stof die de reactiesnelheid van een bepaalde reactie verhoogt door de activeringsenergie van deze reactie te verlagen. (Boltzman). Dit kan gebeuren op 3 manieren: Homogene katalyse, Heterogene katalyse of Enzymatische katalyse (zie vraag 2 van dit document). Dit is vooral nuttig bij exotherme reacties aangezien deze op een zeer lage temperatuur moeten gebeuren om een aanvaardbare omzettingsgraad te verkrijgen. Deze reacties verlopen echter zeer traag onder lage temperaturen waardoor een katalysator zeer goed van pas komt om de reactie te versnellen.

Water is een van de meest gebruikte solventen, leg uit waarom dit zo is (goede  oplosbaarheid). hoe kan men niet oplosbare producten toch wassen met water?

Water is polair, polaire stoffen lossen hier goed in op. Het kan complexatiereacties aangaan als zwak ligand, om zo de ladingsdichtheid te vergroten van sterk polaire ionen.  Het is zowel een zwak zuur als zwakke base en kan op deze manier met veel stoffen reactie aangaan. Om niet oplosbare stoffen toch te wassen met water kan men gebruik maken van amfifiele/amfipatische stoffen bijvoorbeeld een carbonzuur met lange vetzuurstaart. Deze zal dan het polaire deel langs de buitenkant brengen, het apolaire deel van het carbonzuur lost goed op in de onoplosbare te wassen stof. Zo worden ook deze stoffen langs buitenkant polair en ‘wasbaar’. Hoe langer de apolaire keten hoe minder oplosbaar in water. Als solvent kan het bij kleine molecules ook dipoolmoment induceren en blablabla dus lost  goed dingen op. Zeker met H-bruggen. Ook niet schadelijk voor milieu.

Hoe verklaar je de zure of basische eigenschappen van kationen? Zijn het dan sterke of zwakke zuren of basen

Zuur base reactie is het uitwisselen van een positief geladen deeltje proton (Bronsted). Kation zeer instabiel want hoge ladingsdichtheid. Dus bijvoorbeeld in water complexatie (puntje twee hieronder). Kationen willen graag lading kwijt dus zal bijvoorbeeld NH4+ een proton afsplitsen in water ter vorming van NH3 (dit is een evenwichtsreactie). Er geldt de regel zwakke base sterk geconjugeerd zuur (puntje 1). Lewis zuur: ontvangen van elektronenpaar dus stabielere ladingsdichtheid indien het kation optreedt als zuur in reactie. Er geldt de regel hoe stabieler de geconjugeerde base hoe sterker het zuur → streven naar betere lading.

 

·         Kationen die geconjugeerd zuur zijn van neutrale base → zuur

 

·         Metaalkationen (hoge ladingsdichtheid) in H2O zuur reageren

o    Door hoge ladingsdichtheid kunnen kationen niet vrij bestaan

§  Maar omgeven door H2O-moleculen

§  Vermindert ladingsdichtheid dmv toegenomen volume

§  Van H2O-moleculen splitst een p+ af om ladingsdichtheid te verlagen door het verlagen van lading zelf

 

·         VB:

o    Al3+ + 6H2O à Al(H2O)63+ à Al(H2O)5(OH)2+ + H+

 

 

. beschrijf de diagonaalrelaties van het periodiek systeem. Geef de chemische eigenschappen hiervan en de mogelijke verbanden met de soorten reacties.

De diagonaalrelaties binnen het periodiek systeem leiden tot de klassificering van metalen, niet-metalen en metaalachtigen. Dit wordt gedaan gebaseerd op enkele atomaire eigenschappen die binnen het periodiek systeem een bepaalde tendens vertonen naargelang de positie van het element binnen de tabel. Metalen, die zich links in de tabel bevinden hebben zowel een lage ionisatiepotentiaal als een lage elektronaffiniteit aangezien ze maar 1 elektron verwijderd zijn van de edelgasconfiguratie. Niet-metalen daarentegen bevinden zich het andere uiteinde van de tabel en zowel de elektronaffiniteit als de ionisatiepotentiaal van deze elementen is hoog. Dit is het gevolg van de mogelijkheid tot het verkrijgen van de octetstructuur bij het opnemen van nog enkele elektronen. De atomen gaan dus elektronen willen opnemen en zeker niet afgeven. Dit noemen we de periodiciteit van de ionisatiepotentiaal en de elektronaffiniteit: Deze twee eigenschappen nemen beiden geleidelijk toe van links naar rechts binnen een periode. Verder kennen de niet-metalen ook de hoogste EN-waarden aangezien de periodiciteit van de EN-waarde inhoudt dat de EN-waarde van de elementen geleidelijk toeneemt van linksonder tot rechtsboven. Dit is de aantrekkingskracht op elektronen.

     Chemische eigenschappen:

Metaal: reageert met zuur, vormen basische oxides, vormen kationen.

Niet metaal: reageren met base, vormen zure oxides, vormen anionen.

 

Plaats van de elementen die amfotere oxides vormen.

 Beter:

·         Diagonaalrelaties in PSE (periode & groep)

o    Indeling volgens atoomstraal:

§  Atoomstraal neemt af van links naar rechts in een periode

·         Kernlading telkens +1 p+

o    Ook +1 é (in dezelfde hoofdschil)

·         Alle elektronen worden meer naar de kern aangetrokken

o    Kleinere straal

§  Atoomstraal neemt geleidelijk toe van boven naar onder

·         Meer schillen (hoofdkwantumgetal)

o    Grotere atoomstraal

 

o    Indeling volgens ionstraal:

§  Binnen periode neemt ionstraal af van links à rechts met toename overgang van kation naar anion

·         Metalen geven é af & nemen vorige edelgasconfiguratie aan

o    Minder é rond de kern

o    Kationstraal < atoomstraal

·         Niet –metalen nemen é op & nemen volgende edelgasconfiguratie aan

o    Meer é rond kern

o    Anionstraal > atoomstraal

§  Binnen groep

·         Geleidelijke toename ionstraal van boven naar onder

o    # schillen neemt toe

 

o    Indeling ionisatiepotentiaal (IP)

§  In periode:

·         IP neemt toe van links naar rechts

o    Atoomstraal neemt af & effectieve lading neemt toe à Coulomb-interactie wordt groter à Meer E nodig om é te onttrekken

§  In groep:

·         IP neemt af van boven naar onder

o    Atoomstraal neemt toe à Coulomb-interactie wordt geringer à Minder E nodig om é te onttrekken

 

o    Indeling volgens elektronen affiniteit (EA)

§  In periode

·         EA neemt toe van links naar rechts

o    Atoomstraal neemt af & effectieve lading neemt toe à à Coulomb-interactie wordt groter à Meer E nodig om é te onttrekken

§  In groep:

·         EA neemt af van boven naar onder

o    Atoomstraal neemt toe à Coulomb-interactie wordt geringer à Minder E nodig om é te onttrekken

 

o    Indeling volgens elektronegativiteit (EN)

§  In periode:

·         EN neemt toe van links naar rechts

§  In groep

·         EN neemt af van boven naar onder

 

bespreek de temperatuur afhankelijkheid van de snelheidsconstante en de evenwichtsconstante. (formule+grafisch)

De temperatuursafhankelijkheid van de snelheid wordt gegeven door v~e^-Eact/RT dus de snelheid van de reactie neemt toe wanneer T toeneemt of de snelheid van de reactie neemt toe wanneer Eact verlaagt. k~v~e^-Eact/RT leiden tot de Arheniusvergelijking, we moeten ook de fractie botsingen met de juiste oriëntatie in rekening brengen, deze zit in de pre-exponentiele factor A: k=A*e^-Eact/RT uit deze vergelijking volgt onmiddelijk de temperatuursafhankelijkheid van de snelheidsconstante     ln(k) = ln A-Eact/R 1/T dus de reactie gaat sneller. De invloed van T op de evenwichtsconstante Kev= exp[-(deltaHr-TdeltaSr)/(RT)] = ln Kev= -deltaHr/RT + deltaSr/R. Deze temperatuursafhankelijkheid van de evenwichtconstante toont aan dat de helling van ln Kev in functie van 1/T gelijk is aan -deltaHr/R. Voor exotherme reacties betekent dit dus dat als de temperatuur toeneemt het evenwicht verschuift naar links voor endotherme omgekeerd.

figuur: ln(k)= ln(A) - (E/R)*(1/T) met y=ln(k) en x=1/T → grotere temp sneller

en figuur 2: verband met vele rechten met temp op x as en H op y.

Bespreek de voorwaarde en gevolg van de stationariteitsprincipe en geef een relevante voorbeeld

Mooie uitleg p.110

Volgens het stationariteitsprincipe moeten de elementaire stappen die de snelheidsbepalende stap voorafgaan bij een reactiemechanisme in chemisch evenwicht zijn. Dat wil zeggen dat de voorwaartse snelheid gelijk is aan de snelheid van de terugreactie + de verdwijningssnelheid.

Voorbeeld: natuurlijke afbraak van ozon: 3 elementaire reactiestappen:

monomoleculaire reactie met eerste-orde kinetica, O3 → O2 + O

bimoleculaire reactie met tweede-orde kinetica, O3 + O → O2 + O2

termoleculaire reactie met derde-orde kinetica (komt niet vaak voor)

O2 + O2 + O2 → O3 + O3

Stap (2) = de snelheidsbepalende stap want deze heeft de hoogste Eact.

Volgens het stationariteitsprincipe geldt dus dat v1+ = v1- + v2

of: k1+ [O3] = k1- [O2][O] + k2[O3][O]   

Wat zijn de gelijkenissen en verschillen tussen de ionische en covalente binding?

Het zijn beide intramoleculaire krachten (houden molecule samen). De drijfveer voor beide soorten bindingen is het bekomen van een volledig bezette buitenste schil (edelgasconfiguratie).

Covalente binding: tussen 2 niet-metalen (dus klein verschil in EN) , valentie-elektronenpaar wordt gemeenschappelijk gesteld. Heeft enkel effect op de atomen die deelnemen aan de binding.

Ionbinding: metaal-nietmetaal (kation/anion), bindingssterkte is enkel het gevolg van de coulomb interactie, bindend elektronenpaar wordt volledig overgedragen aan atoom met grootste elektronegatieve waarde. Heeft zowel effect op het kation en anion van de binding in kwestie als op de naburige ionbindingen aangezien de coulomb interactie een onbeperkte reikwijdte heeft in 3 dimensies.

→ bereiken beiden octetstructuur op andere wijze

Een edelmetaal oplossen in zuur en basisch milieu, welke is het beste

Edelmetalen lossen in het algemeen moeilijk op, omdat ze weinig reactief zijn en niet gemakkelijk elektronen afstaan. Of een edelmetaal beter oplost in een zuur of basisch milieu hangt af van de stabiliteit van de gevormde ionen en eventuele complexen.

In de meeste gevallen lossen edelmetalen beter op in een zuur milieu, vooral wanneer het zuur ook een oxiderend vermogen heeft. Het zuur kan het metaal oxideren tot metaalionen, die vervolgens in oplossing blijven. In een basisch milieu gebeurt deze oxidatie meestal veel moeilijker, waardoor het metaal minder goed oplost.

Daarom is een zuur milieu doorgaans het meest geschikt om een edelmetaal op te lossen, vooral wanneer het zuur sterk of oxiderend is.

Toon met enkele voorbeelden aan wat het belang van de ladingsdichtheid is in de scheikunde

Voorbeeld 1: Wanneer de ladingsdichtheid van een kation of anion te groot zou zijn na het oplossen kan een zout niet dissociëren waardoor het niet oplost en dus een neerslag vormt.

Voorbeeld 2: Als het centrale kation van een complex een hoge ladingsdichtheid kent zal het stabielere complexen vormen dan wanneer de ladingsdichtheid kleiner zou zijn

Wat zijn de chemische eigenschappen van water

In zuur-base reacties:

·         Bij zuren in water, treed water op als base:

o    Het zuur kan een proton afgeven die het water als base kan opnemen

o    HZ + H2O à Z- + H3O+

·         Bij basen in water, treed water op als zuur:

o    Het water als zuur kan een proton afgeven die de base kan opnemen

o    B + H2O à BH+ + OH-

·         Het amfoteer karakter van water:

o    Water bezit dus zowel zure als basische eigenschappen die tot uiting komen in de afwezigheid van een zuur of base. In zuiver water geldt de autoprotolyse:

§  H2O + H2O <--> H3O+ + OH-

o    Uitleg nivellerend effect

 

In redoxreacties:

·         Vanuit de autoprotolyse van water wordt er H3O+ & OH- gevormd

o    Hierdoor kan

§  OH- optreden als reductans als base

·         O2 + 2H2O + 4é → 4OH-

H2O à H+ + OH-

§  H3O+ optreden als oxidans als zuur

·         2H+ + 2é à H2

H3O+ à H2O + H+

 

Water kan dus zowel base, reductans, zuur/ oxidans zijn

·         Wanneer sterker zuur, sterker oxidans, sterkere base/ sterker reductans aanw

o    H3O+ à H2O + H+

O2 + 4H+ + 4é à 2H2O

 

H2O à H+ + OH-

2H2O + 2é à H2 + 2OH-

 

Afhankelijk van omstandigheden vervult water 1 van deze chemische functies & fysische rol van solvent

 

Is ook zwak ligand in complexatiereacties en staat toe elementen van een ionbinding te laten dissocieren door de ladingsdichtheid te verkleinen.

Cd2+ + 4H20 → Cd(H2O)4 (2+)

Hoe kan je een chemische reactie beïnvloeden? En verandert de ligging van het evenwicht?

Je kan een chemische reactie beïnvloeden door toevoegen of wegnemen van reagens of product. Als je reagens toevoegt (noemer wordt groter) zal er automatisch meer product gevormd worden (teller wordt ook groter) om de evenwichtsconstante constant te houden. De ligging van het evenwicht gaat dan naar rechts, naar de producten. Als je producten toevoegt zal de ligging van het evenwicht verschuiven naar links, naar de reagentia. Ook door de temperatuur te veranderen kan het evenwicht verschuiven. Bij exotherme reacties zal het evenwicht verschuiven naar rechts bij het verlagen van de temperatuur, bij endotherme door het verhogen van de temperatuur. Ook door de druk te veranderen zal de ligging van het evenwicht verschuiven. Dit zijn allemaal voorbeelden van het principe van le chatelier. Ook door de pH te veranderen kan je in sommige gevallen de chemische reactie beïnvloeden.

 

Welke reactie komt in aanmerking om een redoxreactie te katalyseren? (4pt) (2015)

p. 230

Een katalysator voor een redoxreactie versnelt de redoxreactie. Op basis van de standaardredoxpotentiaal is de eerste thermodynamische voorwaarde, voor het mogelijk fungeren als katalysator voor een redoxreactie, het optreden van een reductiehalfreactie met een tussenliggende standaardredoxpotentiaal. Een tussenliggend redoxpotentiaal is noodzakelijk, maar de tweede voorwaarde is dat men effectief moet nagaan of de reactie versneld wordt nl door te kijken naar de activeringsenergie van de reacties. Als de 2 reacties met de zogezegde katalysator een lagere activeringsenergie vertonen dan de oorspronkelijke reactie dan kan de redoxreactie met tussenliggende E0 optreden als katalysator.

Hoe kan je het evenwicht verschuiven naar de kant van de producten en welke invloed heeft dit op de snelheid

Door het toevoegen van meer reagentia zal het evenwicht volgens het principe van Le Chatelier verschuiven naar de kant van de producten. Dit komt omdat Kev= [producten]/[reagentia], en aangezien Kev gelijk blijft voor eenzelfde reactie zal de hoeveelheid product vergroten als de hoeveelheid reagentia wordt verhoogd. Dit heeft als effect dat de reactie sneller zal verlopen aangezien de reactiesnelheid v= k[reagentia]

Ook door het veranderen van de temperatuur kan het evenwicht verschuiven, aangezien deze temperatuursafhankelijk is. Bij de synthese van ammoniak, wat een exotherme reactie is zal het verlagen van de temperatuur ervoor zorgen dat het evenwicht naar rechts, naar de kant van de producten verschuift. De snelheid zal hierdoor wel verminderen, want snelheid is ook temperatuursafhankelijk. Bij endotherme reacties zal het verhogen van de temperatuur voor een verschuiving naar rechts zorgen en de snelheid ook verhogen. Druk verhogen

Geef het verband tussen neerslagreacties en complexatiereacties, leg dit uit met een goed voorbeeld

p. 284

Een metaalkation dat neerslaat in een moeilijk oplosbare verbinding kan oplosbaar gemaakt worden door deze te complexeren.

Voorbeeld: Zilvercyanide, Ag+ en CN- met beginconcentraties 10^-3 en 10^-1

Ag+(aq) + 2CN-(aq) → Ag(CN)2-(aq)   Kst=10^21

AgCN(s) → Ag+(aq) + CN-(aq)  Ksp = 2,3 * 10^-16

Voor de twee ionen kan er een massabalans uitgeschreven worden:

Ag+: [Ag+] + [Ag(CN)2-] = 10^-3M

CN-: [CN-] + 2[Ag(CN)2-] = 10^-1M

Aangezien Kst zeer groot is zal bijna alle Ag+ gecomplexeerd zijn: [Ag(CN)2-]~10^-3M

dus [CN-]~10^-1M (massabalans)

Hieruit kan dus berekend worden dat [Ag+], of de hoeveelheid niet-gecomplexeerde zilverkationen zeer gering zal zijn, waardoor Qsp = [Ag+][CN-] ook kleiner zal zijn dan Ksp dus er is geen neerslagvorming.

Wat is een katalysator? Leg uit aan de hand van algemene chemische eigenschappen

Een katalysator is een stof die de reactiesnelheid van een bepaalde reactie kan verhogen door de activeringsenergie van die reactie te verlagen. Dit kan op drie manieren: homogeen, heterogeen en enzymatisch. Bij homogene katalyse bevinden reagentia en katalysator zich in dezelfde fase. Bij heterogene katalyse bevinden reagensmoleculen en katalysator zich in een verschillende fase. Een reactie kan enkel gebeuren als de kinetische energie van de reagens groter is dan de activeringsenergie nodig om de reagens in transitietoestand te brengen. In deze toestand worden de verbinden tussen de reagens verbroken en beginnen er producten te vormen. De katalysator verlaagt dus deze activeringsenergie, waardoor de reactie sneller zal verlopen.

In de onderstaande tabel staan links verschillende redoxkoppels met redoxpotentialen van HO2, H2O2, H2O ,... en rechts verschillende koppels + potentialen van Mn+2, MnO2, MnO4- , ... Als we nu een reductie willen uitvoeren met een Mn product, welke koppels zouden we dan moeten nemen? En hoe helpt een katalysator hierbij? Geef de nodige reacties en leg het principe uit.

Hier zou je de koppels moeten nemen zodat ∆E0 zo groot mogelijk is. Bijgevolg kan je zien dat een grotere ∆E0 zal zorgen voor een grotere evenwichtsconstante mbv vgl: K= 10 (n.∆E0)/0.059 . Als de K > 103 dan is de reactie aflopen naar rechts dus dan wordt er veel product gevormd. Een katalysator voor deze reactie is een reductiehalfreactie met een tussenliggende standaardreductiepotentiaal. Als ∆E0 groot is zijn er veel mogelijke katalysatoren die de reactie zou kunnen versnellen

Stel als dat we een ander metaal of metaalion willen nemen dan Mn , welke zouden we dan moeten kiezen? Aan de hand van welke criteria/criterium beslis je dat? (2014)

Als men in plaats van Mn/Mn²⁺ een ander metaal of metaalion wil gebruiken, moet men een soort kiezen die geschikt is als oxidator of reductor in de redoxreactie. De keuze gebeurt op basis van de standaard elektrodepotentialen (E°-waarden) uit de elektrochemische spanningsreeks.

Het criterium is dat de combinatie van halfreacties een positieve celpotentiaal (E°cel) moet geven:

E°cel = E°reductie + E°oxidatie​

of praktisch:

E°cel = E°kathode − E°anode ​− Eanode∘​

Als E°cel > 0, verloopt de reactie spontaan.

Daarom kiest men een metaal of metaalion waarvan de standaard reductiepotentiaal geschikt is ten opzichte van de andere halfreactie:

• een sterkere oxidator (hogere E°) als het moet gereduceerd worden

• een sterkere reductor (lagere E°) als het moet geoxideerd worden

Conclusie:
Een alternatief metaal of metaalion wordt gekozen op basis van de standaard elektrodepotentiaal in de spanningsreeks, zodat de totale redoxreactie een positieve celpotentiaal en dus een spontaan verloop heeft.

Waarom is Mn+3 een onstabieler ion dan Mn+2

Mn 2+ heeft een 3d5 schil dus halfgevuld dat is stabiel Mn3+ niet, en heeft grotere ladingsdichtheid (Mn = 4s2 3d5, Mn2+ = 4s0 3d5)

Hoe bepaalt de calorimeter bom de inwendige energie in systemen? Leg uit

De calorimetrische bom bepaalt de verbrandingswarmte van stoffen. De uitgewisselde hoeveelheid warmte wordt experimenteel bepaald door de temperatuursverandering. Via de warmtecapaciteit bij constant volume CV van het systeem kunnen we dan q berekenen, aangezien w = 0 want we werken bij een constant volume. U = q + w en w = 0 → U = q

Op welke thermodynamische hoofdwet heeft het bovenstaande betrekking? Leg uit.

Dit heeft betrekking tot de eerste hoofdwet van de thermodynamica: de totale energie van een geïsoleerd systeem is constant. Energie kan niet vernietigd worden maar enkel omgezet worden in andere vormen van energie zoals warmte q en arbeid w. Een verandering van inwendige energie moet gepaard gaan met een uitwisseling van de warmte q (en w maar w = 0), en deze wordt door de calorimetrische bom berekend.

structuurformules 3 stoffen die vloeibaar zijn bij kamertemperatuur. isomeren van elkaar? indien ja, welke soort leg uit. indien nee, argumenteer

Drie stoffen die vloeibaar zijn bij kamertemperatuur en dezelfde brutoformule hebben, kunnen bijvoorbeeld zijn:

1. 1-propanol: CH₃–CH₂–CH₂–OH

2. 2-propanol: CH₃–CHOH–CH₃

3. methoxyethaan: CH₃–O–CH₂–CH₃

Deze drie stoffen hebben dezelfde brutoformule (C₃H₈O) maar verschillende structuurformules, waardoor ze isomeren zijn. In de chemie spreekt men van isomerie wanneer verschillende stoffen dezelfde brutoformule hebben maar een andere structuurformule.

Tussen 1-propanol en 2-propanol is er sprake van plaatsisomerie, omdat de OH-groep op een andere plaats in de koolstofketen zit. Bij plaatsisomeren staat dezelfde substituent op een verschillende positie in de keten.

Tussen propanol en methoxyethaan is er functie-isomerie, omdat de stoffen een verschillende chemische functie hebben: de eerste twee zijn alcoholen, terwijl methoxyethaan een ether is. Functie-isomerie betekent dat dezelfde brutoformule verschillende functionele groepen kan hebben.

Conclusie:
De drie stoffen zijn dus wel isomeren van elkaar. Tussen 1-propanol en 2-propanol is er plaatsisomerie, en tussen de alcoholen en methoxyethaan is er functie-isomerie

stof a heeft hoger kookpunt dan stof b. waarom?

Hoger kookpunt betekent sterkere intermoleculaire krachten, aangezien de moleculen dan sterker aan elkaar gebonden zijn en er meer energie zal moeten worden toegevoegd om ze in de gasvorm te brengen.

bespreek de geometrie van A. hoe worden bindingen gerealiseerd tussen Catomen onderling & met atomen H & cL a.d.h.v. elektronenconfiguratie van Catomen. benoem Types van Verbindingen

De geometrie rond een koolstofatoom wordt bepaald door het aantal bindingen en vrije elektronenparen (sterisch getal). Koolstof kan verschillende vormen aannemen: bij vier bindingen is er sp³-hybridisatie en een tetraëdrische structuur (≈109,5°), bij drie bindingen sp² en een trigonaal planaire structuur (≈120°), en bij twee bindingen sp en een lineaire structuur (180°).

De bindingen worden verklaard door de elektronenconfiguratie van koolstof (1s² 2s² 2p²). Door hybridisatie van de 2s- en 2p-orbitalen ontstaan nieuwe orbitalen (sp³, sp², sp) met meer ongepaarde elektronen, waardoor koolstof tot vier bindingen kan vormen.

Tussen koolstofatomen kunnen enkelvoudige (σ), dubbele (σ + π) en drievoudige bindingen (σ + 2π) voorkomen. Bij bindingen met waterstof en chloor gaat het om covalente bindingen: C–H is apolair covalent (klein verschil in elektronegativiteit) en C–Cl is polair covalent (groter verschil, dus dipoolvorming).

De belangrijkste types van bindingen hier zijn covalente bindingen (apolair en polair) en σ- en π-bindingen. Ionbindingen komen niet voor omdat alle betrokken atomen niet-metalen zijn en het verschil in elektronegativiteit te klein is.

Goud= edelmetaal en zal meestal niet door zuurstof uit de lucht worden geoxideerd. bij exctractie van goud uit gouderts word hier toch gebruik van gemaakt. hoe loopt dit proces ( DETAILS ). leg NIET uit hoe het geoxideerde goud na extractie terug word gereduceerd to metallisch goud.

zie p290

Goud is een edelmetaal en reageert normaal niet met zuurstof uit de lucht. Toch wordt bij de extractie van goud uit gouderts gebruik gemaakt van een oxidatieproces, namelijk de cyanide-uitloging. Hierbij wordt het fijngemalen gouderts in contact gebracht met een waterige oplossing van cyanide (CN⁻), terwijl er zuurstof aanwezig is (uit de lucht).

De zuurstof speelt hier een cruciale rol: ze oxideert het metallisch goud (Au⁰) tot een oplosbare vorm. Tegelijk vormt goud met cyanide een zeer stabiel complex, namelijk het dicyanoauraatcomplex [Au(CN)₂]⁻. Door deze complexvorming wordt het geoxideerde goud onmiddellijk “weggevangen” in oplossing, waardoor de oxidatie blijft doorgaan.

De globale reactie is:
Au + O₂ + H₂O + CN⁻ → [Au(CN)₂]⁻ + OH⁻

Hierbij:

• zuurstof werkt als oxidatiemiddel

• goud wordt geoxideerd van Au⁰ naar Au⁺

• cyanide stabiliseert het goud in oplossing als complex

Dit proces maakt het mogelijk om goud selectief uit het erts op te lossen, ondanks het feit dat goud normaal zeer weinig reactief is ten opzichte van zuurstof alleen.

argentimetrie is methode waarmee ph van Hcl-oplossing kan bepalen. Wat is argentimetrie ( wat word er mee bedoeld) is de stelling juist of fout + argumenteer (2014)

zie p. 253 (Argentimetrie is een titratiemethode voor de kwantitatieve bepaling van een bepaalde ionsoorten. In het algemeen berust argentimetrie op de slechte oplosbaarheid van een aantal zilverbindingen in water met name zilverchloride,zilverbromide,ziveriodide en zilvercyanide. Deze zilverzouten slaan in water kwantitatief neer. Hierbij worden chromaationen (CrO4^2-) gebruikt als indicator, die zullen neerslaan als Ag2CrO4) Dit is mogelijk, als we er van uit gaan dat er evenveel H+ als Cl- gevormd wordt, dat is het geval (sterk zuur, volledige dissociatie). Zo wordt er via argentimetrie bepaald hoeveel chloride ionen er in de oplossing aanwezig zjjn. Dit doordat eerst alle Cl-ionen gaan neerslaan, pas als het grootste deel van de ionen neergeslagen zijn zal er een rode neerslag verschijnen. Dit is het neerslaan van Ag2CrO4. Afhankelijk van de hoeveelheid CrO4 in de oplossing is deze techniek bruikbaar. Indien er erg veel ionen in de oplossing zitten zal de stof eerder neerslaan. Goede concentratie bv 0,01M. Indien deze concentratie zal de rode neerslag pas gevormd worden als er nog maar 1,2*10^-5 M Cl in oplossing is, een of dus H+, dit is verwaarloosbaar. De techniek werkt enkel indien CrO4 en H+ niet interrageren

Bij beschrijving van reactiekinetiek kwamen snelheidsconstanten & activeringsenergieen aan bod. Chemische parameters kunnen met elkaar in verband gebracht worden langs verandering van toestandfuncties. Benoem deze toestandfuncties + toon aan hoe ze ( via wiskundige vgl.) de genoemde chemische parameters met elkaar verbinden. in het geval van elementaire chemische reacties.

blz.140 en blz.103 Een reactie vindt plaats als: -er een botsing tussen moleculen reagens plaats vindt -met minimale vereiste kinetische energie -en correcte onderlinge oriëntatie → hoe groter de concentratie hoe meer botsingen (gassen dus hogere druk ook) v~[A]^n → de minimale energie is afhankelijk van temperatuur dus hoe groter T, hoe groter Ekin. De Ea wordt bijna niet beinvloed door de T, dus v~exp(-Ea/RT) → aantal correcte botsingen zit vervat in arrheniusfactor A. dit samen zorgt voor k=A*exp(-Ea/RT) ook ln(k)=lnA - (Ea/R)*T^-1 op examen ook beschrijven waarom elke T~Eact en wat correcte orientatie enzo is

gegeven 2 smelttemperaturen en 2 ionbindingen. Als je weet dat je een hoge roosterenergie zorgt voor een hoge smelttemperatuur. Welk van de gegeven temperaturen hoort dan bij welke ionbinding. Geef de fysische berekening voor de roosterenergie. Is er buiten deze fysische berekening nog een andere methode om dit te bepalen, zoja de welke? Vergelijk de verwachte uitkomsten voor de methodes. (2014)

Fysische methode is mbv de Coulombwet: ∆H3D= -(e2. Navo . Madelungcte)/(4πε0 .r0) Chemische methode is via wet van Hess: ∆Hr° = ∆Hf,pr° - ∆Hf, reag°

als de twee ionbindingen uit 1a in zuiver water (25°) heeft dit dan invloed op de pH van zuiver water? (2014)

De dissociatie van de ionbindingen zullen alleen maar een effect hebben op de pH als door de dissociatie OH- of H+ vrijkomt Ionen kunnen ook zure of basische eigenschappen hebben, bv. metaalkationen met een hoge ladingsdichtheid zullen in water gecomplexeerd voorkomen om de ladingsdichtheid te verlagen (vergroten van volume). Deze H20-moleculen kunnen dan ook een proton afsplitsen(=zuur) om de ladingsdichtheid verder te verlagen (verlagen van de lading)

waarom wordt een reactiemechanisme met een hoge moleculariteit meestal opgedeeld in verschillende deelreacties? Wat voor effect heeft dit op de reactiesnelheid?

We hebben 3 soorten (elementaire) deelreacties nl monomoleculaire, bimoleculaire en termoleculaire reacties met resp 1ste,2de, 3de orde kinetica. Termoleculaire reacties treden niet vaak op aangezien dat de kans dat de 3 deeltjes die botsen ook nog eens voldoen aan de reactievoorwaarden ( juiste orientatie,...) klein is. Als deze kans klein is , is er bijgevolg dus ook een kleinere kans op reactie waardoor het veel langer zou duren voor de gewenste reactie is uitgevoerd. Daarom is het nuttig op reacties met veel moleculen (hoge moleculariteit) op te delen is afzonderlijke mono/bimoleculaire reacties omdat de kans dat deze plaatsvinden veel groter is en bijgevolg zal de reactie dus sneller verlopen.

toon aan voor H2O2 + 2HI --> I2 + 2H2O (2014)

Volgens stoichiometrie is de moleculariteit 3. Echter experimenteel vastgesteld is de orde t.o.v. HI 1, en de orde t.o.v. H2O2 ook 1. De totale orde is 2, en dit is verschillend van de moleculariteit. De reactie gebeurt niet zoals gegeven. We weten dat het juiste mechanisme van de snelheidsbepalende stap een van 2 moeten hebben (stationariteitsprincipe), dus H2O2 + HI → ? We weten dat waterstofperoxide 2 elektronen opneemt: H2O2 + 2 H+ + 2 e → 2H2O Dus moet het waterstofjodide 2 elektronen afgeven, en komen we uit op: HOI + H+ + 2 e → I + H2O De trage snelheidsbepalende stap zal zijn: H2O2 + I → H2O + IO Daarna volgt een snelle protonatie op sterke base van het zwakke zuur IO + H+ → HOI Aangezien we het waterstofhypojodiet niet als reactieproduct terugvinden maar wel het jood, moet dit HOI wel wegreageren ter vorming van I: I2 + 2 e → 2 I HOI + I- → I2 + OHTenslotte volgt opnieuw een snelle protonatie op de sterke base van het zwakke zuur: OH- + H+ → H2O Dit kan een mogelijk reactieschema zijn, maar veel efficiënter zou een experiment zijn dat aantoont dat dit reactiemechanisme niet juist is

een entropietoename gaat gepaard met een spontaan proces. omcirkel het juiste antwoord en verklaar: Nooit / Soms / Altijd (2014)

Tweede wet van de thermodynamica Soms, Een spontaan proces kan ook gepaard gaan met een sterke enthalpie-afname die entropie compenseert. Bij een spontaan proces is er entropietoename maar niet noodzakelijk dat indien er een entropietoename is dat het proces dan spontaan is. Spontane reacties treden namelijk op als de vrije energie verlaagt. Een entropietoename kan gecompenseerd worden door een opname van energie (enthalpie) (bij voldoende lage temperatuur) zodat DG>0 en bijgevolg de reactie niet spontaan is: DG=DH-T*DS met D=delta

Verband thermodynamica en kinetica

p.140-141 (Dit is maar een deel van de uitleg, zie cursus) Kev= [C]^c*[D]^d / [A]^a*[B]^b Bij dynamisch evenwicht is de snelheid voor de voorwaartse reactie gelijk aan deze van de terugwaartse reactie. Voor elementaire reactiemechanisme: V+,ev =k+[A]^a*[B]^b en V-,ev= k-[C]^c*[D]^d combinatie van beide vergelijkingen laat in dat geval toe het verband af te leiden tussen thermodynamica Kev en kinetica k: Kev= k+/kDit geldt enkel voor elementaire reactiemechanismen!!! (anders met exponenten in de knoei)

Thermodynamica en kinetica van complexatiereacties.

Waarom vormen kationen complexe ionen?

Twee drijfveren:

1. Verkleinen van de ladingsdichtheid door ladingsspreiding — geldt voor alle kationen

   • Elektroneutraliteitsprincipe van Pauling: in elke mogelijke verbinding blijft de absolute waarde van de effectieve lading op één enkel atoom in water steeds kleiner dan e (1,6 × 10⁻¹⁹ C)

2. Bereiken van de edelgasconfiguratie — specifiek voor kationen van nd-elementen (transitiemetalen)

   • Transitiemetaalkationen vertonen, onafhankelijk van hun lading, een grotere neiging tot complexvorming

   • Reden: ze beschikken over gedeeltelijk gevulde d-orbitalen, waarmee ze via een vrij elektronenpaar van een ligand een coördinatieve binding kunnen aangaan

   • Drijfveer = het bereiken van de edelgasconfiguratie

Voorbeelden

Zn²⁺

• 28 elektronen → 8 te weinig voor de eerstvolgende edelgasconfiguratie

• Oplossing: complexeren met coördinatiegetal 4 → 4 × 1 vrij e⁻-paar = 8 e⁻ erbij rond Zn²⁺

• Analoog voor: Cd²⁺ en Hg²⁺

Fe²⁺

• 24 elektronen → 12 te weinig

• Oplossing: complexeren met 6 liganden → 6 × 1 vrij e⁻-paar = 12 e⁻ erbij rond Fe²⁺

• Analoog voor: Ru²⁺, Os²⁺ en Co³⁺

Bijzonder geval: te veel elektronen na complexering

Wanneer een complex ion gevormd wordt dat een elektron te veel heeft voor de edelgasconfiguratie, wordt het complex ion makkelijker geoxideerd dan het niet-gecomplexeerde kation.

Co²⁺

• 25 elektronen → 11 te weinig voor de eerstvolgende edelgasconfiguratie

• Complexeren met coördinatiegetal 6 → 6 × 1 vrij e⁻-paar = 12 e⁻ erbij → 37 e⁻ (dus 1 te veel)

• Door oxidatie naar Co³⁺ kan de edelgasconfiguratie alsnog bereikt worden

• Gevolg: in complexen met 6 liganden is Co³⁺ géén sterk oxidans meer — in tegenstelling tot niet-gecomplexeerd Co³⁺

Fe³⁺

• 23 elektronen → 13 te weinig voor de eerstvolgende edelgasconfiguratie

• Complexeren met coördinatiegetal 6 → 6 × 1 vrij e⁻-paar = 12 e⁻ erbij rond Fe³⁺ → nog steeds 1 te weinig

• Gevolg: gecomplexeerd Fe³⁺ is geen sterker oxidans dan niet-gecomplexeerd Fe³⁺

• Specifiek voor Fe³⁺: het ion heeft een halfbezette 3d-subschil, wat extra stabiliteit geeft (los van de edelgasconfiguratie-logica)

Bespreek en vergelijk thermodynamica en kinetica van metathesereactie en liganduitwisselingsreactie + voorbeeld. (5)

Thermodynamica en kinetica beschrijven twee verschillende aspecten van chemische reacties. Thermodynamica zegt of een reactie mogelijk en gunstig is (energieverschil, stabiliteit van producten), terwijl kinetica bepaalt hoe snel de reactie verloopt (activeringsenergie, mechanisme).

Bij een metathesereactie (dubbele uitwisselingsreactie, vaak ionisch in oplossing) worden ionen tussen twee verbindingen uitgewisseld, bijvoorbeeld:
AgNO₃ + NaCl → AgCl(s) + NaNO₃.
Thermodynamisch wordt deze reactie gedreven door de vorming van een stabiel product, zoals een neerslag (AgCl), gas of zwak elektrolyt. Dit verlaagt de vrije energie, waardoor de reactie spontaan verloopt. Kinetisch zijn metathesereacties meestal zeer snel, omdat ze plaatsvinden tussen vrij bewegende ionen in oplossing en geen grote herschikking van bindingen vereisen.

Bij een liganduitwisselingsreactie (in coördinatiechemie) wordt een ligand rond een metaalion vervangen door een ander ligand, bijvoorbeeld:
[Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4 NH₃ → [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 4 H₂O.
Thermodynamisch hangt de stabiliteit af van de bindingssterkte tussen metaal en ligand (ligandveld, chelaateffect, etc.). Een sterker ligand maakt de reactie gunstiger. Kinetisch kunnen deze reacties traag of snel zijn, afhankelijk van het metaalion (labiel of inert) en het mechanisme (associatief of dissociatief). Er is vaak een hogere activeringsenergie omdat bindingen rond het metaal moeten worden verbroken en gevormd.

Vergelijking:

• Thermodynamisch: beide reacties worden gedreven door stabielere producten, maar bij metathese door neerslagvorming, bij liganduitwisseling door sterkere complexvorming.

• Kinetisch: metathesereacties zijn meestal snel; liganduitwisselingen kunnen sterk variëren van snel tot zeer traag.

Kort: metathese = thermodynamisch gedreven en snel; liganduitwisseling = thermodynamisch afhankelijk van complexstabiliteit en kinetisch vaak complexer en trager.

Onder welke voorwaarden en tot welke producten kan je water elektrolyseren? (5) (2012)

· Elektrolyse van water o Voor neutraal water: 2H+ + 2é à H2 E(pH=7) = -0,41V O2 + 4H+ + 4é à 2H2O E(pH=7) = +0,82V o Tegenspanning § Thermodynamische overspanning · Tegenspanning aanleggen min > 1,23V § Kinetische overspanning (gasvorming aan elektroden) · + 300mV omwille van vorming H2 · + 600mV omwille van vorming O2 · Tegenspanning = min 2,13V § Fysische overspanning · Toevoegen van goed oplb zout om fysische overspanning te verlagen · OPGELET: o Zout mag geen ionen in opl brengen die § Makkelijker geoxideerd worden dan –IIO tot O2 § Makkelijker gereduceerd worden dan H+ tot H2 · VB: NaCl Na+ + é à Na E0 = -2,71V Cl2 + 2é à 2Cl- E0 = +1,36V o Totaal: § Reducties: Na+ + é à Na E0 = -2,71V 2H+ + 2é à H2 E(pH=7) = -0,41V § Oxidaties: O2 + 4H+ + 4é à 2H2O E(pH=7) = +0,82V Cl2 + 2é à 2Cl- E0 = +1,36V · VB: AgNO3 o Reducties: Ag+ + é à Ag E0 = +0,80V 2H+ + 2é à H2 E(pH=7) = -0,41V o Oxidaties: O2 + 4H+ + 4é à 2H2O E(pH=7) = +0,82V o Het nitraation kan niet geoxideerd worden aan posi anode & kan niet gereduceerd worden aan nega kathode è Ag+ zal eerder gereduceerd worden dan H+ è AgNO3 MAG NIET GEBRUIKT WORDEN

leg uit : gemeenschappelijk ion effect

p.250 Het gemeenschappelijk ion effect houdt in dat de oplosbaarheid van een bepaalde stof wordt beïnvloedt door de aanwezigheid van een van de ionen van het product. Het oplosbaarheidsproduct geeft het evenwicht aan en blijft gelijk voor een zelfde temperatuur. Dit is een uitstekende voorbeeld van het terugdrijven van een evenwichtsreactie volgens het principe van le Châtelier. We kunnen dit benaderen volgens S=(Ksp/som ionen), waarbij de concentratie ionen die nog zal opgelost worden verwaarloosd kan worden.

Bespreek de mogelijke chemische functies van CN- en zeg of het sterk of zwak is in deze functies

Geconjugeerde base van zwak zuur HCN Sterk ééntandig ligand: Het cyanide-ion (CN⁻) kan verschillende chemische functies vervullen:

Ten eerste kan CN⁻ optreden als base. Het is de geconjugeerde base van HCN en kan dus een proton opnemen. Omdat HCN een zwak zuur is, is CN⁻ een matige tot sterke base.

Ten tweede kan CN⁻ functioneren als nucleofiel. Door het vrije elektronenpaar op koolstof kan het gemakkelijk elektronen doneren en reageren met elektrofiele centra (bv. bij nucleofiele substitutie). In deze rol is CN⁻ een sterk nucleofiel.

Ten derde kan CN⁻ optreden als ligand in de coördinatiechemie. Het kan via het koolstofatoom binden aan metaalionen en vormt zeer stabiele complexen (bv. [Au(CN)₂]⁻). CN⁻ is hierbij een sterk ligand (sterke veldligand).

Kort samengevat:

• Base → matig/sterk

• Nucleofiel → sterk

• Ligand → sterk (sterk veld)

Vergelijk complexatie in zuur en basisch milieu en zeg in welk milieu het complexeren het best gaat

Uitleg op pag 285. Complexatie hangt sterk af van het milieu omdat liganden vaak zuur-base-eigenschappen hebben.

In een zuur milieu is er een hoge concentratie H⁺-ionen. Deze protoneren liganden (zoals NH₃ → NH₄⁺), waardoor hun vrij elektronenpaar niet meer beschikbaar is om aan een metaalion te binden. Hierdoor vermindert de complexvorming. Thermodynamisch wordt complexatie dus minder gunstig en kinetisch kan ze ook trager verlopen.

In een basisch milieu is de concentratie H⁺ laag en blijven liganden gedeprotoneerd (zoals NH₃ of OH⁻), waardoor hun elektronenparen beschikbaar zijn voor binding met het metaalion. Dit bevordert de vorming van complexen. Zowel thermodynamisch (stabielere complexen) als kinetisch (snellere vorming) is complexatie hier gunstiger.

Conclusie: complexatie verloopt het best in een basisch milieu, omdat liganden daar vrij beschikbaar zijn om te coördineren aan het metaalion.

Wat is de drijfveer voor het vormen van complexe ionen?

Het verkleinen van de ladingsdichtheid door ladingsspreiding (geldig voor alle kationen) · Elektroneutraliteitsprincipe van Pauling: o In alle mogelijke verbindingen blijft in water de absolute waarde van de effectieve lading op 1 enkel atoom steeds kleiner dan e (1,6 . 10-19 C) Het bereiken van de edelgasconfiguratie (voor kationen van nd elementen) · Transitiemetaalkationen vertonen onafh van lading, grotere neiging om complexe ionen te vormen o Kationen hebben gedeeltelijk gevulde d-orbitalen ter beschikking om met vrije épaar via ligand een coördinatieve binding aan te gaan à drijfveer = bereiken edelgasconfiguratie o VB: § Zn2+: 28 é à 8 te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie · Door complexeren met coördinatiegetal 4 o 4 . 1 vrij é-paar = 8 é bij rond Zn2+ · Analoog voor: Cd2+ & Hg2+ § Fe2+: 24 é à 12 te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie · Door complexeren met 6 liganden o 6 . 1 vrij é-paar = 12 é bij rond Fe2+ · Analoog voor: Ru2+, Os2+ & Co3+ o Wanneer complex ion gevormd wordt dat een é te veel heeft voor edelgasconfiguratie, dan zal complex ion makkelijker geoxideerd worden dan nietgecomplexeerde kation § VB: · Co2+: 25é à 11 te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie o Door complexeren met coördinatiegetal 6 § 6 . 1 vrij é-paar = 12é bij è 37é § Door oxidatie naar Co3+ kan edelgasconfiguratie verkregen worden § In complexen met 6 liganden is Co3+ geen sterk oxidans meer itt nietgecomplexeerde Co3+ · Fe3+: 23 é à 13 te weinig voor eerstvolgende edelgasconfiguratie o Door complexeren met coördinatiegetal 6 § 6 . 1 vrij é-paar = 12é bij rond Fe3+ è Nog steeds te weinig § Fe3+ gecomplexeerd is geen sterker oxidans dan niet-gecomplexeerd Fe3+ § Specifiek voor Fe3+: · Ion heeft halfbezette 3d subschil à extra stabiel

55. Bespreek de verschillen in elektronenconfiguratie/structuur van N en O, en N2 en O2.

p52-53: Stikstof (N) en zuurstof (O) verschillen in hun elektronenconfiguratie en dus in hun gedrag.
Stikstof heeft configuratie 1s² 2s² 2p³: het heeft 3 ongepaarde elektronen in de p-orbitalen. Zuurstof heeft 1s² 2s² 2p⁴: hierbij zijn er 2 ongepaarde elektronen en 1 elektronenpaar in de p-orbitalen. Hierdoor is zuurstof elektronenrijker en sterker elektronegatief dan stikstof.

Voor de moleculen N₂ en O₂ zijn er duidelijke verschillen in structuur en magnetische eigenschappen.
N₂ heeft een drievoudige binding (1 σ + 2 π) en alle elektronen zijn gepaard. Dit maakt het molecuul zeer stabiel en diamagnetisch (niet aangetrokken door een magneet).

O₂ heeft een dubbele binding (1 σ + 1 π), maar volgens de moleculaire orbitaaltheorie blijven er 2 ongepaarde elektronen in antibindende orbitalen. Daardoor is O₂ minder sterk gebonden dan N₂ en paramagnetisch (wel aangetrokken door een magneet).

Kort samengevat:

• N vs O: O heeft meer elektronen en minder ongepaarde elektronen

• N₂: drievoudige binding, zeer stabiel, diamagnetisch

• O₂: dubbele binding, minder stabiel, paramagnetisch door ongepaarde elektronen

ClO2- + Cl- -> Cl2 + H2O vervolledig de reactievergelijking en geef een plausibel reactiemechanisme

Om de reactie ClO₂⁻ + Cl⁻ → Cl₂ + H₂O te vervolledigen, bekijken we eerst de oxidatiegetallen. In ClO₂⁻ heeft chloor oxidatiegetal +3, in Cl⁻ is dit –1 en in Cl₂ is dit 0. Dit betekent dat ClO₂⁻ wordt gereduceerd (van +3 naar 0) en Cl⁻ wordt geoxideerd (van –1 naar 0), dus het gaat om een redoxreactie in zuur milieu.

Door de halfreacties op te stellen en te combineren, bekomt men de gebalanceerde vergelijking:
2 ClO₂⁻ + 6 Cl⁻ + 8 H⁺ → 4 Cl₂ + 4 H₂O.

Een plausibel reactiemechanisme verloopt via eerst protonatie van ClO₂⁻ tot HClO₂, waardoor het reactiever wordt. Vervolgens vindt een elektronenoverdracht plaats waarbij Cl⁻ elektronen afstaat aan het geprotoneerde ClO₂⁻. Hierdoor wordt ClO₂⁻ gereduceerd en Cl⁻ geoxideerd. Ten slotte combineren gevormde chlooratomen tot Cl₂ en worden de zuurstofatomen omgezet in water.

leid de 2 halfreacties van de loodbatterij af en bespreek werking van dergelijke batterij (2019)

Halfreacties loodaccu

Negatieve elektrode (oxidatie):
−(PbSO₄(v) + H⁺(aq) + 2e⁻ → Pb(v) + HSO₄⁻(aq)) E = −0,36 V

Positieve elektrode (reductie):
PbO₂(v) + HSO₄⁻(aq) + 3H⁺ + 2e⁻ → PbSO₄(v) + 2H₂O(l) E = 1,69 V

Totale reactie:
PbO₂(v) + 2HSO₄⁻(aq) + Pb(v) + 2H⁺ → 2PbSO₄(v) + 2H₂O(l)

Kenmerken van de loodaccu

• Bij deze galvanische cel komt er geen elektronenbrug voor. In plaats daarvan delen beide halfcellen eenzelfde elektrolyt (HSO₄⁻).

• De spanning die een loodaccu produceert is 2 V (= celpotentiaal). Meerdere loodaccus kunnen in serie geschakeld worden voor spanningen van 12 V of 24 V.

• Omdat zowel de reagentia, de producten als het elektrolyt zich in vaste vorm bevinden en niet oplossen, kan de redoxreactie omgekeerd worden door middel van elektrolyse, via het toedienen van een tegenspanning. Hiermee kan de loodaccu heropgeladen worden.

Aandachtspunten bij het opladen

• Bij het opladen van oudere autobatterijen kan het voorkomen dat er ook een kleine hoeveelheid water elektrolyse ondergaat bij het heropladen van een lege batterij.

  • Het is dan vereist om wat water aan de accu toe te voegen om het waterverlies tegen te gaan.

  • Ook is voorzichtigheid geboden met startkabels, aangezien de vonken hiervan een ontploffing kunnen teweegbrengen door het vrijgekomen zuurstof- en waterstofgas dat door de elektrolyse ontstaat.

• Bij moderne autobatterijen is dit niet langer het geval.

Bespreek de spontane ontbinding van waterstofperoxide. Welke parameters dragen bij tot de ontbinding en hoe kan je dit tegen gaan? (2019)

Basisch milieu: Netto reactie:
2 H₂O₂ → O₂ + 2 H₂O

Halfreacties:

• O₂ + H₂O + 2e⁻ → HO₂⁻ + OH⁻   E° = −0,07 V

• HO₂⁻ + H₂O + 2e⁻ → 2 OH⁻ + OH⁻   E° = +0,88 V

Katalysator: bv. Co(OH)₃ + e⁻ → Co(OH)₂ + OH⁻   E° = +0,42 V

Een katalysator moet een E° hebben die tussen de twee andere E°-waarden ligt, en daarnaast een lage E­­act.

Zuur milieu

Netto reactie:
2 H₂O₂ → O₂ + 2 H₂O

Halfreacties:

• O₂ + 2 H⁺ + 2e⁻ → H₂O₂   E° = +0,68 V

• H₂O₂ + 2 H⁺ + 2e⁻ → 2 H₂O   E° = +1,77 V

Katalysator: bv. MnO₂ + 4 H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2 H₂O   E° = +1,23 V

Er is een hele reeks (zware) metalen die als katalysator in aanmerking komt.

Algemeen

De spontane ontbinding van waterstofperoxide verloopt zowel in basisch als zuur milieu vrij traag. Een katalysator kan hier echter makkelijk verandering in brengen. Als we waterstofperoxide dus lang willen bewaren, is het belangrijk dat deze katalysatoren afwezig of gedeactiveerd zijn — bijvoorbeeld door complexatie. Een groot aantal metalen komt in aanmerking als katalysator.

Welke verbindingen zijn zelf niet zuur of basisch, maar vertonen wel zure of basische eigenschappen als ze in water gebracht worden?

Oxides en hydroxides: metaaloxides reageren in water tot hydroxidebasen Zuuranhydriden en zuurhalogeniden reageren zuur in water Metaalkationen met een hoge ladingsdichtheid worden omgeven door watermoleculen waardoor de ladingsdichtheid verlaagt en er protonen kunnen afgesplitst worden Deze uitleg is niet volledig!