scheikunde h1

HOOFDSTUK 1.1

Je leert

het verschil tussen een zuivere stof en een mengsel (opdracht 1, 4 en 5).
wat stofeigenschappen zijn (opdracht 2 en 6 t/m 8).
wat dichtheid is en ermee rekenen (opdracht 3 en 9 t/m 16)
Scheikunde is een natuurwetenschap, net als biologie en natuurkunde. Een andere naam voor scheikunde is chemie. Het gaat bij scheikunde over stoffen. Alles om je heen bestaat uit stoffen. En dan niet alleen de stoffen waar kleding van gemaakt is maar ook dingen die je niet ziet. Zo bestaat lucht bijvoorbeeld voor het grootste gedeelte uit de stoffen stikstof en zuurstof. Zelf besta je ook uit stoffen. Je haren zijn bijvoorbeeld gemaakt van eiwitten en je lichaam bevat ook veel water.

Aangezien lucht grotendeels uit stikstof en zuurstof bestaat, is lucht een mengsel. Een mengsel bestaat namelijk uit twee of meer stoffen. Zeewater en melk zijn andere voorbeelden van mengsels. Een zuivere stof bestaat uit één stof. Suiker is een voorbeeld van een zuivere stof. In het dagelijks leven komen er veel meer mengsels voor dan zuivere stoffen.

Elke stof heeft zijn eigen unieke eigenschappen. In de scheikunde kijk je niet alleen naar die eigenschappen, maar je bent ook bezig met het veranderen van stoffen in andere stoffen. Als een stof verandert in een andere stof, dan is dit een chemische reactie. In de industrie worden met chemische reacties talloze stoffen geproduceerd. Een voorbeeld zijn de stoffen waar je kleding van is gemaakt. Een ander voorbeeld is je mobiele telefoon en je tablet, die voor 100% uit stoffen bestaan die met chemische processen zijn gemaakt. Ook het produceren van de meeste medicijnen is alleen mogelijk met kennis van scheikunde. Als je nu om je heen kijkt, dan is vrijwel alles wat je ziet, ontstaan door middel van een chemische reactie.

Als je stoffen voor een bepaald doel wilt gebruiken, kijk je naar de eigenschappen van de stof. Zo moet een wingsuit sterk zijn, maar ook kunnen buigen om lucht te vangen. Je noemt de eigenschappen van een stof stofeigenschappen. Voorbeelden van stofeigenschappen zijn kleur, smaak, oplosbaarheid, brandbaarheid en de fase bij kamertemperatuur. Stofeigenschappen van suiker zijn bijvoorbeeld dat het een witte, vaste stof is, die goed oplosbaar is in water en zoet smaakt. Aan de stofeigenschappen kun je een stof herkennen. Als bij twee stoffen één of meer stofeigenschappen verschillen, dan weet je dat dit verschillende stoffen zijn.

Het smeltpunt en het kookpunt van een stof zijn ook stofeigenschappen. De temperatuur waarbij een stof smelt is het smeltpunt en de temperatuur waarbij een stof kookt is het kookpunt van die stof. Water heeft bijvoorbeeld een smeltpunt van 0 °C en een kookpunt van 100 °C.

Stoffen kunnen ook eigenschappen hebben die geen stofeigenschappen zijn, zoals massa en volume. Beide geven ze niet aan welke stof iets is; elke stof kan elke massa hebben. Om dezelfde reden is volume ook geen stofeigenschap. Vergelijk bijvoorbeeld een glas water met een zwembad vol water: bij het zwembad is de massa en het volume veel groter, maar het blijft dezelfde stof: water.
Eigenschappen die je kunt meten zoals massa en volume, noem je grootheden. De eenheid is de maat waarin je een grootheid meet, zoals kilogram voor massa of liter voor volume. Kilo (k) is een voorvoegsel en betekent duizend; een kilometer is duizend meter. Milli (m) is een duizendste; 1 millimeter is 0,001 m.

Het is belangrijk dat je kunt rekenen met deze eenheden. In figuur 1.2a en b zie je een overzicht dat je hierbij kan helpen. Zie ook rekenvoorbeeld 1.

De combinatie van massa en volume: de dichtheid (figuur 1.1), is wel een stofeigenschap. Aan de hand van de dichtheid kun je namelijk bepalen van welke stof iets gemaakt is. De dichtheid van een stof is de massa per volume-eenheid van die stof. In formulevorm is de dichtheid:

Als eenheid kun je bijvoorbeeld kg/m³ gebruiken, of g/mL. $\rho = \frac{m}{V}$

waarbij:

$\rho$ = dichtheid
$m$ = massa
$V$ = volume

De dichtheid kan ook variëren afhankelijk van de temperatuur en druk, waardoor het belangrijk is om deze omstandigheden in overweging te nemen bij metingen.

Bij het omrekenen van eenheden maak je soms gebruik van de wetenschappelijke notatie. Hierbij gebruik je machten van 10 om grote of juist kleine getallen korter op te schrijven. Bijvoorbeeld:

In voorbeeld 1 en 2 zie je hoe je kunt omrekenen tussen eenheden en hoe je zelf de dichtheid berekent.

Het is belangrijk dat je kunt rekenen met deze eenheden. In figuur 1.2a en b zie je een overzicht dat je hierbij kan helpen. Zie ook rekenvoorbeeld 1.

Als eenheid kun je bijvoorbeeld kg/m³ gebruiken, of g/mL.

Scheikunde gaat over stoffen en over chemische reacties.

Een zuivere stof bestaat uit één stof. Een mengsel bestaat uit meerdere stoffen.
Een stof kun je herkennen aan zijn stofeigenschappen.
Eigenschappen die je kunt meten noem je grootheden. De eenheid is de maat waarmee je een grootheid meet.
De dichtheid van een stof is de massa per volume-eenheid: dichtheid = massa / volume
In de scheikunde zetten we getallen meestal in de wetenschappelijke notatie.

HOOFDSTUK 1.2

Je leert

hoe je veilig omgaat met stoffen (opdracht 17 t/m 19, 23, 25 en 26).
wat voor materialen je gebruikt tijdens een experiment (opdracht 20, 21 en 24).
een natuurwetenschappelijk onderzoek uitvoeren (opdracht 22 en 27).

Bij het vak scheikunde werk je met stoffen. Soms kunnen deze stoffen gevaarlijk zijn als je er niet op een goede manier mee omgaat. Om te voorkomen dat het misgaat, zijn er een aantal belangrijke regels over veiligheid waar je je aan moet houden. Deze staan in het kader ‘Veiligheidsregels tijdens een practicum’.

Net als waarschuwingsborden in het verkeer zijn er ook ‘waarschuwingsborden’ voor gevaarlijke stoffen, deze heten gevarenpictogrammen. In figuur 1.7 zie je de meest voorkomende gevarenpictogrammen. Deze worden over de hele wereld gebruikt en staan op de verpakkingen van stoffen die een risico met zich meebrengen.

Online zijn diverse bronnen te vinden met meer informatie over stoffen en hoe je er veilig mee om moet gaan. Zo kun je per stof vinden wat de gevaren zijn en wat je moet doen als er iets fout gaat. Je kunt verschillende stofeigenschappen van stoffen terugvinden zoals smeltpunt, kookpunt en dichtheid, maar ook gegevens over de giftigheid, brandbaarheid, enzovoort. Je ziet hoe je ongelukken bij het werken met een stof kunt voorkomen en ook wat je in geval van een ongeluk moet doen.

Bij veiligheidsinformatie over stoffen worden ook vaak H- en P-zinnen gegeven. Ook de betekenis van H- en P-zinnen kun je op internet vinden. H-zinnen gaan over gezondheidsgevaren (H van hazard). H314 betekent bijvoorbeeld huidirritatie, veroorzaakt ernstige brandwonden. P-zinnen gaan over preventie (P van prevention), het voorkomen van ongelukken. Een practicumlokaal bevat allerlei voorzieningen om veilig te kunnen werken. De belangrijkste zie je in figuur 1.8.

Bij een experiment gebruik je allerlei hulpmiddelen. Een aantal hiervan staan in figuur 1.9. De gasbrander en de spuitfles worden hier verder toegelicht.

1.9 Enkele hulpmiddelen bij het practicum

Gasbrander

Als je bij een scheikundepracticum iets verwarmt, gebruik je vaak een gasbrander. Je kunt bij de brander zowel de gastoevoer als de luchttoevoer regelen. Als je de vlam goed zichtbaar wilt hebben, bijvoorbeeld omdat je deze even niet gebruikt, gebruik je de gele vlam. De luchttoevoer is dan helemaal dicht. Deze vlam noem je ook wel de pauzevlam.
Een vrijwel kleurloze vlam gebruik je meestal als je een kleine hoeveelheid stof voorzichtig moet verwarmen. Je hebt dan de luchttoevoer een beetje openstaan.
De ruisende vlam gebruik je als je een grote hoeveelheid stof moet verhitten. Je zet dan de luchttoevoer ver open. Als je stopt met werken met de brander maak je de vlam eerst geel, dan draai je de gaskraan op tafel dicht en dan de gastoevoer op de brander.

Spuitfles met water

Kraanwater bevat allerlei opgeloste stoffen, die tijdens een experiment storend kunnen werken. Daarom is de spuitfles in het practicumlokaal niet gevuld met kraanwater. Het water in de spuitfles is gedestilleerd water. Dat is kraanwater waaruit opgeloste stoffen zijn verwijderd. Gedestilleerd water is een zuivere stof, in tegenstelling tot kraanwater, dat een mengsel is.

Bij het vak scheikunde voer je regelmatig een onderzoek uit. Hierbij stel je eerst een onderzoeksvraag op. Je bedenkt daarna één of meerdere experimenten om je onderzoeksvraag te beantwoorden. Vervolgens maak je voor dit experiment een werkplan en daarna voer je het experiment uit.

Experimenten spelen een belangrijke rol in natuurwetenschappelijk onderzoek. Tijdens een experiment houd je een logboek bij. Het doel van het logboek is dat je later kunt teruglezen wat er precies op een bepaald moment is gebeurd. Soms maak je een verslag van het experiment.

Bij het doen van een experiment doorloop je een aantal stappen: handelingen, waarnemingen en conclusies. Als je bijvoorbeeld wilt weten of magnesium brandbaar is, dan zijn er een aantal handelingen die je uitvoert. Je steekt een brander aan, je pakt een stukje magnesium, enzovoort.
Tijdens het experiment doe je een aantal waarnemingen. Waarnemingen zijn wat je kunt zien, horen, voelen of ruiken en die zijn voor iedereen hetzelfde, zie figuur 1.10. Als je magnesium verbrandt, zie je bijvoorbeeld dat er een fel wit licht ontstaat en dat er een wit poeder overblijft. Je conclusie is dan dat magnesium brandbaar is, omdat je kon zien dat het vlam vatte. De conclusie baseer je op de waarnemingen en de resultaten en geeft uiteindelijk antwoord op je onderzoeksvraag.

Je gaat dit jaar ook zelf veel experimenten doen, waarbij je praktische vaardigheden ontwikkelt. Die vaardigheden kun je toepassen wanneer je een onderzoek gaat doen.

Gevarenpictogrammen geven het risico van stoffen aan.
Online kun je informatie vinden over stoffen en hoe je er veilig mee om moet gaan.
H-zinnen gaan over gezondheidsgevaren. P-zinnen gaan over het voorkomen van ongelukken.
Bij een gasbrander gebruik je de gele vlam als pauzevlam, de kleurloze vlam om een beetje stof te verwarmen en de ruisende vlam om een grote hoeveelheid te verwarmen.
Gedestilleerd water is water waar opgeloste stoffen uit zijn verwijderd.
Bij scheikunde doe je vaak onderzoek. Experimenten zijn meestal een onderdeel van het onderzoek.
Je noemt dingen die je bij een experiment doet, handelingen. Wat je kunt zien, horen, voelen of ruiken tijdens de handelingen zijn waarnemingen. Uit je waarnemingen kun je een conclusie trekken.

HOOFDSTUK 1.3

Je leert

in welke fasen stoffen kunnen voorkomen en hoe je dat aangeeft (opdracht 28, 32 en 34).
welke overgangen er zijn tussen deze fasen (opdracht 29 en 33).
omrekenen tussen graden Celsius en kelvin (opdracht 30 en 35).
met een experiment aantonen of een stof zuiver is of een mengsel (opdracht 31, 36 t/m 39).

IJs, vloeibaar water en waterdamp zijn alle drie dezelfde stof: water. Toch zijn er verschillen in eigenschappen tussen deze vormen van water. Bijna elke stof kan in die drie vormen voorkomen. Je noemt dat de fasen. Er zijn drie fasen: de vaste, de vloeibare en de gasvormige fase.
Een stof is vast bij een temperatuur die lager is dan het smeltpunt. Een stof is vloeibaar bij een temperatuur die tussen het smeltpunt en het kookpunt ligt. Een stof is gasvormig bij een temperatuur die hoger is dan het kookpunt. Om te bepalen in welke fase een stof zich bevindt kun je gebruikmaken van een temperatuurlijn. In figuur 1.16 zie je de temperatuurlijn van ethanol (alcohol). Bij 60 °C is ethanol bijvoorbeeld vloeibaar (in het blauwe gebied).De fase waarin een stof voorkomt, geef je aan door middel van een letter tussen haakjes. Als een stof vast is, schrijf je er (s) achter. De ‘s’ is afgeleid van het Engelse woord solid. IJs geef je dus weer als: water (s). Bevindt een stof zich in de vloeibare fase, dan geef je dat aan met (l). De letter ‘l’ komt van liquid. Als een stof gasvormig is, geef je dat aan met (g). De letter ‘g’ komt van gaseous.

Als je water verwarmt, wordt het waterdamp. Als je water afkoelt, wordt het ijs. Stoffen kunnen dus van de ene fase in de andere overgaan door de stof te verwarmen of af te koelen. In de fasedriehoek in figuur 1.17 zie je dat elke faseverandering een eigen naam heeft. Het is belangrijk dat je de namen van de faseveranderingen goed kent.

1.17 De fasedriehoek

Als water verdampt, gaat het van de vloeibare fase naar de gasvormige fase. Dit kun je schematisch als volgt weergeven:

water (l) → water (g)

Je geeft dan aan dat vloeibaar water wordt omgezet in gasvormig water. De pijl houdt in dat er iets verandert.

In het dagelijks leven geef je een temperatuur aan in °C (graden Celsius). Maar in de wetenschap gebruik je vaak de eenheid kelvin, weergegeven met het symbool K.
Het blijkt dat stoffen nooit kouder kunnen worden dan −273 °C. Dit wordt het absolute nulpunt genoemd. −273 °C is gelijk aan 0 K. Je kunt de temperatuur in °C omrekenen in K door 273 bij de temperatuur in °C op te tellen. Trek je 273 van de temperatuur in K af, dan krijg je de temperatuur in °C, zie voorbeeld 1.

In paragraaf 1 heb je geleerd dat je stoffen kunt onderverdelen in zuivere stoffen en mengsels. Door middel van een experiment met een faseverandering kun je het verschil hiertussen aantonen.
Als je wilt weten of een stof zuiver of een mengsel is, dan kun je die stof bijvoorbeeld verwarmen. Meet tijdens het smelten of koken de temperatuur. Bij een zuivere stof blijft de temperatuur tijdens de faseverandering gelijk. Een zuivere stof heeft namelijk een smeltpunt en een kookpunt, zie diagram 1.18a. Gaat het om een mengsel, dan loopt de temperatuur tijdens het smelten of koken langzaam op. Je spreekt dan van een smelttraject of een kooktraject, zie diagram 1.18b.

Hetzelfde zie je bij het afkoelen van een zuivere stof en een mengsel. Een zuivere stof condenseert of stolt bij een constante temperatuur; bij een mengsel zakt de temperatuur tijdens het condenseren en stollen langzaam.

1.18 Het temperatuurverloop tijdens het verwarmen van een zuivere stof (a) en van een mengsel (b)

HOOFDSTUK 1.4

Je leert

wat het verschil is tussen een oplossing en een suspensie (opdracht 40 en 45).
wat het verschil is tussen een emulsie, rook, nevel en mist en hoe je kunt voorkomen dat een emulsie ontmengt (opdracht 41, 44, 45 en 49)

In paragraaf 1 heb je geleerd dat een mengsel uit twee of meer stoffen bestaat. Mengsels kun je onderverdelen in diverse soorten afhankelijk van de fasen waarin de stoffen zich bevinden en of het een helder of een troebel mengsel is.
Thee, zie figuur 1.23a, is een voorbeeld van een oplossing. Een oplossing is een mengsel van een vaste stof, vloeistof of gas in een vloeistof. In een oplossing is de opgeloste stof zo fijn verdeeld dat de vloeistof helder (doorzichtig) is. Een oplossing kan zowel kleurloos als gekleurd zijn. Ook dranken met alcohol, zoals bier, zijn oplossingen.
Sinaasappelsap, zie figuur 1.23b, is een voorbeeld van een suspensie. Een suspensie is een troebel mengsel van een vaste stof in een vloeistof. Je kunt niet door een suspensie heen kijken; de deeltjes in de vloeistof zijn te groot om het licht door te laten. Vaak zijn de deeltjes zo groot dat ze naar de bodem zakken. Daarom moet je sinaasappelsap schudden voor gebruik. Een suspensie is nooit kleurloos, maar altijd gekleurd of wit.

Niet elke troebele vloeistof is een suspensie. De crème in figuur 1.24a is olie met water gemengd. Een troebel mengsel van twee vloeistoffen heet een emulsie. De waterdeeltjes in de olie zijn zo groot dat de vloeistof troebel is, net als bij een suspensie.

Een emulsie zal meestal weer snel ontmengen, na een tijdje zie je de twee vloeistoffen dan boven elkaar; in figuur 1.24b is de bovenste laag olie en daaronder zit water. De stof met de laagste dichtheid zal drijven.
Als je de vloeistoffen in een emulsie gemengd wilt houden, kun je gebruikmaken van een emulgator. Dat is een hulpstof die ervoor zorgt dat de vloeistoffen goed gemengd blijven. In mayonaise wordt bijvoorbeeld eigeel als emulgator gebruikt.

Suspensies en emulsies zijn mengsels waar je niet doorheen kunt kijken; ze zijn troebel.

rook, een mengsel van een vaste stof fijn verdeeld in een gas (figuur 1.25);
schuim, een mengsel van een gas fijn verdeeld in een vaste stof of vloeistof (figuur 1.26);
nevel, een mengsel van een vloeistof fijn verdeeld in een gas (figuur 1.27).

Een oplossing is een helder mengsel van een vaste stof, vloeistof of gas in een vloeistof.
Een suspensie is een troebel mengsel van een vaste stof en een vloeistof.
Een emulsie is een troebel mengsel van twee vloeistoffen. Een emulgator is een extra stof die ervoor zorgt dat een emulsie niet ontmengt.
Andere soorten troebele mengsels zijn rook (een vaste stof in een gas), schuim (een gas in een vaste stof of vloeistof) en nevel (een vloeistof in een gas).
Oplossingen kunnen zuur, neutraal of basisch zijn.
Voor zure oplossingen geldt: pH < 7.
Voor basische oplossingen geldt: pH > 7.
Voor neutrale oplossingen geldt: pH = 7.