Materie

3.1 Chemie van de materie 3.1.1 Chemische reacties Kijk op chemie: -vanaf prehistorie: magie (o.i.v. goden, demonen en geesten) -tijd van de alchemie (17e-18e eeuw): tovenarij -chemie als wetenschap (19e-20e eeuw): praktisch en theoretisch onderbouwt. Bijv Brandstofcel: heel lang al gebruikt in de ruimte vaart
Water: H2O Waterstof: H2 Zuurstof: O2
Brandstofcel: 2 H2 + O2 ? 2 H2O + energie Met deze energie wordt stroom opgewekt waar een electromotor mee wordt aangedreven. Voordeel: verbrandingsgas is waterdamp. Hoe kom je aan H2 en O2 ? electrolyse (is electrische ontleding) van water, de electriciteit die daar voor nodig is kan ‘schoon’ worden opgewekt. Chemiefilie: positief
Chemiefobie: negatief

Chemische reactie: beginstof(fen)? reactiestof(fen) 3.1.2 Elementen in de natuur Oerknal: vorming van alle materie en energie
Verspreiding van alle materie en energie (Heelal breidt zich verder uit en koelt af) Opbouw van materie: -Griekse filosofen (ongeveer 500 v. Chr.) 4 oerelementen -water (vloeistof) -aarde (vastestof) -lucht (gasvormige stof) -vuur (verandering) -Alchemisten (middeleeuwen) 2 elementen -zwavel (brandbaarheid) -kwik (edelheid) -Heden: ongeveer 100 enkelvoudige stoffen (elementen) 3.1.3 Een atoommodel • Atoommodel van Dalton (+ 1800) -atomen zijn massieve bolletjes (ondeelbaar) (voor tekening zie schrift) -gelijksoortige atomen stoten elkaar af -niet gelijksoortige atomen kunen zich met elkaar verbinden • Atoommodel van Rutherford (+ 1900) Kern (met protonen: positiefgeladen deeltjes) atoom Wolk (elektronen: negatief geladen deeltjes) Kern bestaat uit losse deeltjes: protonen en neutronen. Positieve deeltjes (protonen) stoten elkaar af, neutronen (elektrisch neutraal) ‘lijmen’ de protonen aan elkaar. + 1970: men ontdekt dat protonen en neutronen (elektronen niet) ook uit aparte deeltjes bestaan: quarks. Probleem: als een bewegende lading in een electrisch of magnetisch veld komt gaat het licht uitzenden, en verliest energie (poollicht). Het electron zou dus licht uit moeten zenden, energie moeten verliezen, snelheid verliezen en op de kern vallen. De Deen Niels Bohr wist dat en bedacht: er zijn bepaalde banen (stationaire toestanden) om de kern en als een electron daar in zit verliest het geen energie, en zendt het geen licht uit. • Atoommodel van Bohr (1913) Electronen cirkelen in schillen rond de kern (schil is de vaste baan van de electron) In de eerste schil kunnen 2 electronen
In de tweede schil kunnen 8 electronen
In de derde schil kunnen 18 electronen
In de vierde schil kunnen 32 electronen
Formule voor aantal elektronen: 2 x 2 ( n is het schil nr. vanuit de kern) Waterstof (H): kern: 1+ schil 1 (K schil): 1- Helium (He): kern: 2+ schil 1: 2- Lithium (Li): kern: 3+ schil 1: 2- schil 2 (M-schil): 1- Berylium (Be): kern : 4+ schil 1: 2- schil 2: 2- Enz… Neon (Ne): kern : 1+ schil 1: 2- schil 2: 8- Neon hoort bij Waterstof: beiden hebben hun schillen vol. Stoffen die onder elkaar staan reageren hetzelfde. Bijvoorbeeld Natrium en Kalium: reageren allebei heel heftig met water. Waterstof en Helium reageren beiden bijna niet. 3.2.1 Materialen door de eeuwen heen Door de mens gebruikte materialen: -steen: gebruiksvoorwerp en wapen -huiden: kleding -landbouwgewassen: voeding, kleding -metalen: koper (uit kopererts) Zuiver metalen zijn niet handig: zuiver ijzer is bros tin en oxideert (roest) gemakkelijk. Brons (90% koper ijzer (uit ijzererts) en 10% ijzer) niet, verbetering van eigenschappen. PH: (deel van opdracht 3, blz 144) Neutraal: pH = 7

Zuur: pH < 7
Basisch: pH > 7
Water (H2O) is een dipool (een kant is positief geladen, andere kant is negatief geladen). In een oplossing komt altijd een losse H+ voor. Die vormt met H2O ? H3O+, dat is zuur. De concentratie H+ bepaalt de zuurgraad. Dus: [H+] = 10-8 ? pH is 8 [H+] = 10-4 ? pH is 4
3.2.2 Chemische bereidingswijzen
1. buskruit (eerst in China) vanaf 1300 in Europa, werd toegepast in oorlogen) 2. medicijnen -uit planten en kruiden -morfine -fabrieksmatig -aspirine
3. Destilleren -aardolie industrie -alcohol bereiding
4. Kleurstoffen
5. Synthetiseren: op grote schaal maken van geneesmiddelen of andere stoffen die eerst alleen uit natuurlijke stoffen konden worden gemaakt. Bijvoorbeeld: aspirine en indigo (kleurstof) 3.2.3 Chemie in het dagelijkse leven Toepassingen van chemische processen
1. landbouw -productie kunstmest -productie gewasbeschermingsmiddelen (insecticiden, hebriden, fungiciden) 2. Kleding (textiel industrie) -productie kunstvezels (nylon, polyesters, polyargt) 3. Brandstoffen (industrie) -aardolie (petrochemische industrie) -aardgas -steenkool 3.3.1 Industriële revolutie(1776: uitvinding stoommachine James Watt) (textielindustrie in Engeland) Enkele gevolgen: -grootschalige productie -aanleg spoorwegnet (aanvoer steenkool, afvoer producten) -groei mijnbouwindustrie -opkomst symthetische kleurstoffen -ontwikkeling ijzer en staal industrie -bevolkingsgroei in de steden (mensen platteland?steden) geluid, slechte huisvesting, open riool, slechte medische omstandigheden -ontstaan van arbeidersproletariaat (lange werktijden, kinderarbeid, lage lonen, geen sociale voorzieningen, gevaarlijke/ongezonde arbeidsomstandigheden)
3.3.2 Chemische-technologische productie Chemische bedrijfstakken
1. Aardolie (petrochemische industrie) eerste winning 1859 in de US
Belangijke producten: -LPG, benzine, kerosine, dieselolie, stookolie, teer) -etheen (grondstof voor plastic) -alcohol
Belangrijke processen: -kraakreacties (grote moleculen ? kleine moleculen) -platforming (hervormingsreactie met platina als katalysator) 3. Kunstmest
van oudsher -dierlijke mest -groenbemesting
tegenwoordig kunstmest
voordeel: -precies samen te stellen -effectief
nadeel: -kost energie en grondstoffen -bodem en drinkwater verontreiniging -mestoverschot
4. Gewasbeschermingsmiddelen
herbiciden (tegen onkruid) fungiciden (tegen paddestoelen, schimmels) insecticiden (tegen insecten) Voedingsstoffen plant: Stikstof N ? Nitraat Zwavel S ? Sulfaat zouten Fosfor P ? fosfaat Kalium K 3.3.3 Chemie en biotechnologie ontwikkeling van de biotechnologie

1. uitvinding microscoop (bestudering micro-organismen) 2. industriële revolutie (grootschalige processen) Moderne biotechnologie - automatische regel- en meettechnieken - DNA recombinante technologie (synthetische modificatie) - Celfusie technologie (klonen) Toepassingen - Voedingsmiddelenindustrie (gemodificeerd zetmeel) - Geneesmiddelenindustrie (antibiotica, vaccins, hormonen) (lees ook blz 214) - Wasmiddelen industrie (enzymen) 3.3.4 Chemie en Biotechnologie Sterke toename hoeveelheid afval ? milieuverontreiniging
Oorzaken: -bewust: gebruik van kunstmest -neveneffect: ontstaan verbrandingsgassen -ongeval: olietanker ramp
Vormen van Milieuschade -zure regen -bodemverontreiniging -versterking broeikaseffect -waterverontreiniging -aantasting ozonlaag -luchtverontreiniging
Verwerking huishoudelijkafval -gestort (“vuilinsbelt”) + hergebruik (recyclen) -verbranden 3.3.5 Duurzame ontwikkeling duurzame procestechnologie: (zuinig gebruik van grondstoffen, weinig of geen milieuschade) duurzame ontwikkeling duurzaam product (heel lang te gebruiken, of na gebruik nog een keer te gebruiken) Energiebronnen: Aardolie
Steenkool fossiele brandstoffen (87% in 1995) Aardgas
Waterkracht centrale 6% (duurzaam) Kernenergie 5% 3.4.1 De bouw van de materie Vraag: Waaruit is materie opgebouwd? Hoe kun je materie veranderen? Griekse filosofen (+500 voor Christus) Vier oerelementen: water, aarde, vuur, lucht
Alchemie (+ 1500/1600) -metalen: koper, tin, lood, goud, zilver -niet-metalen: koolstof C, zwavel S, Arseen A -theorie over verbranding: stof die brandbaar is bevat flogiston (flogiston theorie) Uit Alchemie (van lood goud proberen te maken) en de Iatrochemie (maken van geneesmiddelen) is veel kennis over de materie ontstaan. Twee stromingen van alchemie (1)exoterisch: ook voor anderen, je wilt het uitdragen en (2) esoterisch: alleen voor jou, geheim houden. Moderne chemie: (vanaf 18/19e eeuw) -alle elementen werden bekend (+ 80 natuurlijke elementen) -bouwstenen van materie (protonen p+, neutronen no, electronen e- -verbranding: reactie met O2 (Lavoisier) Rond 1800 Dalton: moderne kennis/inzicht over de materie zoals dat nu is. Dalton is de grondlegger.
3.4.2 Het periodiek systeem der elementen Bouwsteen van de materie: het atoom
Elke enkelvoudige stof (elk element) bestaat uit 1 eigen atoomsoort
Rangschikking van atoomsoorten
Mendeljev: Periodiek systeem der elementen (63) Rangschikking naar opklimmend atoomnummer
Horizontaal: perioden Verticaal: groepen 3.4.3 Atoommodellen Atoommodellen van - Dalton: atoom in een massief deeltje - Rutherford: atoom bestaat uit een kern (protonen en neutronen) en een wolk elektronen) - Bohr (1914) diverse banen (schillen) waarin de elektronen zich bevinden 3.4.4 Hoe ontdek je iets in de chemie? Toename wetenschappelijke kennis doordat de meetmethoden steeds nauwkeuriger worden -bepaling atoommassa en atoomgroote -bepaling molecuulstructuur -bepaling van de stroomgeleiding