SK H1 t/m H6 Flashcards samenvatting 3Havo

Kennis klas 3

Macro, meso en microschaal

Wanneer er gesproken wordt over de zaken die we kunnen zien, dingen die we kunnen meten en wegen noemen we dit de macroschaal. Maar in de scheikunde is ook de microschaal heel erg belangrijk. Dat is de schaal van de atomen en de moleculen, van de kleinste deeltjes. Deeltjes die we niet goed kunnen zien, zelfs niet met een elektronenmicroscoop. Van deze deeltjes kunnen we ons alleen maar een voorstelling maken: een model. Bijvoorbeeld een molecuul- of atoommodel. Denken vanuit deeltjes (microschaal) is essentieel voor de scheikunde, we snappen dankzij dat deeltjesmodel zoveel meer van de eigenschappen van stoffen.

Maar pas op, het deeltjesmodel blijft een model en perfecte modellen bestaan niet.

Belangrijk is dat je probeert goed uit elkaar te houden of je over de macro- of microschaal praat. Bij het verhitten van suiker zonder dat er (veel) lucht bij kan, komt waterdamp vrij en ontstaat koolstof. Dat is macroschaal.

De uitspraak dat in een molecuul suiker koolstof-, zuurstof- en waterstofatomen aanwezig zijn, is microschaal. De macroschaal eindigt waar onze ogen het opgeven: rond de millimeter. Maar de microschaal begint pas bij een miljardste millimeter. Er zit een groot gebied tussen: de mesoschaal. Daar valt ook veel te ontdekken. Denk aan hoe veel biologen dankzij de microscoop te weten zijn gekomen.

Stofeigenschappen

Om stoffen uit elkaar houden gebruiken we stofeigenschappen zoals kookpunt, smeltpunt, dichtheid, smaak, oplosbaarheid, geur, kleur, brandbaarheid, giftigheid en aggregatietoestand (bij kamertemperatuur). Stofeigenschappen helpen een stof te herkennen op macroniveau.

Molecuultheorie

De molecuultheorie zegt dat alle materie is opgebouwd uit moleculen, de kleinste deeltjes van een stof. Alle chemische en fysische eigenschappen op macroniveau zijn het gevolg van de structuurkenmerken van deze moleculen op microniveau.

De molecuultheorie samengevat:

• De moleculen van een zuivere stof zijn identiek, een zuivere stof bestaat uit één molecuulsoort.

• Een mengsel bestaat uit meerdere molecuulsoorten.

• Moleculen oefenen krachten op elkaar uit, de vanderwaalsbinding.

Er zijn twee soorten vanderwaalsbindingen.  

Cohesie: is de aantrekkingskracht tussen moleculen van eenzelfde stof.

Adhesie: is de aantrekkingskracht die moleculen van verschillende stoffen op elkaar uitoefenen.

• Moleculen kunnen bewegen. De snelheid waarmee ze bewegen hangt af van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur, des te hoger wordt de gemiddelde snelheid van de moleculen. 

De drie fasetoestanden (vast, vloeibaar en gas) kunnen we met de molecuultheorie verklaren. In de vaste toestand is de cohesiekracht groot. De moleculen bezitten een geordend patroon, een zgn. rooster. De moleculen trillen op hun plaats. Bij verhoging van de temperatuur gaan de moleculen sneller bewegen. Bij het smeltpunt trillen de moleculen letterlijk van hun plaats. Ze bewegen langs elkaar heen. Dus de vanderwaalsbinding is er nog wel, maar minder. De vloeistoffase is bereikt. Bij verdere verhoging van de temperatuur gaan de moleculen door hun hoge snelheid zo ver uit elkaar dat zij elkaar niet meer aantrekken. In deze fase zitten de moleculen ±1000 maal hun eigen afmeting van elkaar af.

Een zuivere stof heeft een kookpunt, d.w.z. als de vloeistof kookt blijft de temperatuur constant op het kookpunt. Een mengsel heeft een kooktraject. Hetzelfde geldt voor het smelten van een stof. Een zuivere stof heeft een smeltpunt, tijdens het smelten blijft de temperatuur constant, en een mengsel heeft een smelttraject.

Elementen en verbindingen

Er bestaan meer dan 20 miljoen verschillende zuivere stoffen en er worden dagelijks nieuwe ontdekt. Er zijn dus meer dan 20 miljoen verschillende soorten moleculen. Voor al deze soorten moleculen zijn toch maar ongeveer 100 verschillende atoomsoorten nodig. Vergelijk dit met de 26 letters uit het alfabet. Hiermee kun je ongelofelijk veel woorden maken. Omdat die soorten atomen de bouwstenen zijn van de moleculen, noemen we ze ook wel elementen. Iedere niet-ontleedbare stof bestaat uit één atoomsoort, dus één element. Een ontleedbare stof, ook wel verbinding genoemd, bestaat uit meerdere atoomsoorten. Bij een chemische reactie verdwijnen de beginstoffen, maar de elementen blijven behouden. Zie het schema hieronder. 

Symbolen

We geven de elementen met chemische symbolen weer, meestal de eerste letter of eerste twee letters van de Latijnse naam voor het element. Bijvoorbeeld: 'C' voor ‘koolstof' en 'Fe' voor 'IJzer'. Let op: de eerste letter is altijd een hoofdletter en de tweede altijd een kleine letter. De tabel hieronder met de symbolen moet je uit je hoofd leren! Je mag alleen de Nederlandse naam gebruiken.

Tabel

Er zijn 7 atoomsoorten die alleen als molecuul voorkomen. Namelijk de zogeheten Br I N Cl H O F elementen. (Broom, Jood, Stikstof, Chloor, Waterstof, Zuurstof en Fluor). Als er in een reactievergelijking verwezen wordt naar één van deze 7 stoffen, dan schrijf je de stof op als molecuul.

Een molecuulformule waarbij het laatste symbool een F, Cl, Br, I, O of S is, dan veranderd de uitgang van de naam.

Scheidingsmethodes

Reactievergelijkingen kloppend maken

Atomen gaan niet verloren tijdens een reactie, maar rangschikken zich opnieuw. Hierbij verdwijnen de beginstoffen en ontstaan er nieuwe eindproducten. Als de stofeigenschappen blijvend veranderen spreken we van een chemische reactie.

Een reactie wordt weergegeven in een reactievergelijking. Deze vergelijking is opgesteld in symbolen.

Aangezien dit soms lastig is in één keer kun je het stappenplan toepassen:

1.    Stel de reactieschema op in woorden.

2.    Vervang de woorden voor formules.

3.    Noteer per soort het aantal atomen voor en na de pijl.

4.    Maak de reactievergelijking kloppend. Denk erom dat je geen halve moleculen of atomen kunt hebben. Kom je hier op uit dan moet je coëfficiënten vermenigvuldigen.

5.    Controleer altijd of de reactie klopt.

Soorten reacties

Bij een ontledingsreactie worden er uit één beginstof meerdere reactieproducten gevormd.

Vindt deze ontleding onder invloed van licht plaats dan heeft dit fotolyse.

Vindt deze ontleding onder invloed van elektriciteit plaats dan heeft dit elektrolyse.

Vindt deze ontleding onder invloed van warmte plaats dan heeft dit thermolyse.

-       Bij een thermolyse kan het zijn dat er voor de reactie energie nodig in de vorm van warmte dan noemen we deze thermolyse endotherm.

-       Komt er bij de thermolyse energie vrij in de vorm van warmte dan noemen we deze thermolyse exotherm.

Bij een verbrandingsreactie is er naast de brandstof altijd zuurstof aanwezig.

Bij een verbrandingsreactie van een niet-ontleedbare stof met zuurstof ontstaat er altijd één eindproduct.

            Vb: S(s) + O₂(g) à SO₂(g)

Bij een verbrandingsreactie van een ontleedbare stof met voldoende zuurstof ontstaan er altijd verschillende eindproducten.

            Vb: C₇H₁₆ (l) + 11O₂ (g) à 7CO₂(g) + 8H₂O(g)

Bij een verbrandingsreactie met onvoldoende zuurstof ontstaat er CO (koolstofmono-oxide) en/of C (roet). Er is wel altijd O2 aanwezig voor de pijl.

            Vb: 2CH₄ (g) + 3O₂ (g) à 2CO (g) + 4H₂O (g)

            Vb:   CH₄ (g) +   O₂(g)  à   C (g)    + 2H₂O(g)

Reagentia

Je kunt de reactieproducten aantonen met een zogenoemde reagens. Deze stof is specifiek voor het reactieproduct.

Molrekenen

In de derde klas hebben jullie geleerd om van volume, naar massa, naar mol te rekenen en weer terug. Als we stoffen in de scheikunde met elkaar willen vergelijken moet je het omzetten naar een gelijke eenheid: de eenheid mol.

De formules die je hiervoor gebruikt worden:

Volume (liter) =

Ofwel: V =

EN

Hoeveelheid stof (in mol) =

Ofwel: n =

De molverhouding

De wet van Proust (1974) stelt dat alle reacties in constante massaverhoudingen plaatsvinden.

Doordat wij nu het aantal mol kunnen berekenen vanaf de massa, spreken wij van een. Molverhouding.

Het rekenen aan een reactie doen we in zes stappen:

Als er van een van de reactieproducten teveel is noemen we dat overmaat. De andere stof is dan automatisch in ondermaat.

Je rekent altijd door vanuit de ondermaat die is namelijk als eerste op. Er zal dan dus geen product meer gevormd worden.

Koolwaterstoffen als verzamelnaam

Stoffen die voornamelijk uit C-atomen en H-atomen bestaan.

Als ze voldoen aan de formule C_nH_2n+2 noemen we deze koolwaterstoffen alkanen.

Let op: de n in de formule is altijd een geheel getal groter dan 0.

We maken onderscheidt tussen molecuulformules en structuurformules.

        C₄H₁₀

De eerste 10 alkanen leren. Het nummer staat voor het aantal C-atomen in de ‘backbone’ van het molecuul.

Als er twee stoffen zijn met gelijke molecuulformules, maar andere structuurformules dan zijn dit isomeren van elkaar. Het kan zijn dat het ene molecuul alle C-atomen aan elkaar gekoppeld heeft. Dit noemen we een onvertakt koolwaterstof. Als de C-atomen niet allemaal gekoppeld zijn noemen we dit vertakte koolwaterstoffen.

Omdat de molecuulformule alleen niet voldoende informatie geeft over de stof is het belangrijk dat je de structuurformule een naam kunt geven.

Koolwaterstoffen met een halogeen aan een C-atomen.

Een halogeen is een verzamelnaam voor een groep atomen. De atomen die hierbij horen zijn: fluor, chloor, broom en jood.

Als er één of meerdere H-atomen in een koolwaterstof zijn vervangen voor een halogeenatoom zie je dat terug in de naamgeving.

Een halogeen is altijd een voorvoegsel in de naamgeving.

Koolwaterstoffen met een dubbele atoombinding tussen twee C-atomen.

Een koolwaterstof met alleen maar enkele atoombindingen tussen twee C-atomen (alle bovenstaande structuurformules) noemen we verzadigde koolwaterstoffen.

Als er een dubbele atoombinding aanwezig is tussen twee C-atomen zijn er te weinig H-atomen. Een C-atoom heeft altijd 4 bindingen en een H/Cl/F/Br/I atoom heeft één binding.

Als er een tekort is aan atomen vormen twee C-atomen een dubbele binding of soms zelf een driedubbele binding.

We noemen een koolwaterstof met een dubbele binding tussen twee C-atomen een onverzadigd koolwaterstof of een alkeen.

Dit is terug te zien in de naamgeving. De uitgang in de naam verandert. De -aan wordt -een.

De 1 staat voor de locatie van de dubbele binding in de keten. Tussen de eerste en tweede C in de koolstofketen. Het laagste nummer wordt alleen opgeschreven.

Naamgeving van alkenen met een dubbele binding of halogeen.

1.    Zoek de langste koolstofketen waar de C=C in zit of zoek de langste C-keten waar het halogeen aan verbonden is. Dit wordt de stamnaam.

2.    Noem het aantal zijgroepen en het soort zijgroepen.

Deze komen op alfabetische volgorde voor de stamnaam.

3.    Nummer de zijgroepen (waarbij de C=C binding het laagste nummer krijgt).

                        Zet het betreffende nummer direct voor de zijgroep waar het bij hoort.

                                    3,3,4-trichloorpent-1-een

Koolwaterstoffen, direct uit de natuur, zijn vaak hele grote moleculen. Denk bijvoorbeeld aan aardolie. Om aardolie te kunnen verwerken tot bruikbare moleculen wordt het molecuul kleiner gemaakt. Dit proces noemen we kraken. Hierbij ontstaat uit 1 groot molecuul, twee of meerdere kleine moleculen.

Eén molecuul hiervan is altijd een alkaan. De andere zijn alkenen.

De pH-schaal

Chemisch gezien kunnen we stoffen indelen op hun zuurgraad. Dit noemen we de pH-waarde. De pH-schaal loopt van pH 1 tot en met 14.

Stoffen met een pH < 7          à        zuur

Stoffen met een pH = 7          à        neutraal

Stoffen met een pH > 7          à        base

Om aan te tonen of een stof zuur of basisch is hebben we verschillende methodes.

-       Lakmoespapier. Dit is verkrijgbaar in roze (zuur) en blauw (basisch). Het strookje verkleurd bij de aanwezigheid van een zure of een basische oplossing.

De pH is in deze methode niet uit te drukken in een getal.

-       Universeel indicatorpapier. De strook papier is geel en verkleurd als het in aanraking komt met een vloeistof. De pH is hiermee te bepalen op hele getallen.

-       Indicatorvloeistof. De vloeistof verkleurd als de pH-waarde verandert.

Hoe gevaarlijk een zuur is hangt af van de hoeveelheid stof die aanwezig is per Liter, ofwel de concentratie uitgedrukt in Molariteit met de eenheid mol/L.

Ook maakt het uit of het gaat om een sterk of zwak zuur. Bij een zwak zuur komt de pH nooit lager uit dan  2 à 3. Bij een sterk zuur kan dit veel lager zijn.

De volgende zuren moet je qua molecuulformule kennen en of het een sterk of zwak zuur is.

Zeep

Zeep is chemisch gezien een bijzondere stof. Het is een lang molecuul wat bestaat uit een gedeelte wat mengt in water, hydrofiel, en een gedeelte wat niet kan mengen in water, hydrofoob.

We spreken bij zeepmoleculen over een kop en een staart. De kop is hydrofiel en de staart is hydrofoob.

De meeste vlekken zijn vettig en mengen niet in water. De staartjes van het zeepmolecuul mengen wel met de vettige vlek (soort zoekt soort) en de kop zal mengen met het waswater.

Het vuildeeltje wordt ingesloten in een micel. Zo kan het wegspoelen met het water.

Het principe werkt natuurlijk ook andersom. Een waterdruppel ingesloten in een vettige vloeistof. Dan zijn de ‘koppen’ naar binnen gericht in de micel en de ‘staartjes’ naar buiten.

Hydrofiele ‘kopppen’ zijn altijd naar het water gericht en de ‘staarten’ altijd richting de vettige vloeistof.