Hoofdstuk 2 en 3

Hoofdstuk 2 ‘Brandstoffen’ Sk toets Hst. 2 en 3

2.1 Fossiele brandstoffen.
Voorbeelden zijn; Steenkool, aardolie en aardgas. De energie die in de fossiele brandstoffen is opgeslagen, komt dus uiteindelijk van de zon.
- Steenkool bestaat voornamelijk uit koolstof
- Aardolie en aardgas bestaan uit koolwaterstoffen

Koolwaterstoffen (methaan, propaan, butaan enz.)
Bij de volledige verbranding van koolwaterstoffen ontstaan koolstofdioxide en water. Koolwaterstoffen zijn een deel van koolstofverbindingen. Behalve koolstof en waterstof kunnen koolstofverbindingen nog andere elementen bevatten zoals zuurstof, stikstof en zwavel.


Bij de onvolledige verbranding kunnen naast water ook roet, koolmonooxide (ook wel kolendamp genoemd) en brokstukken van gedeeltelijk verbrande koolwaterstoffen ontstaan.
Koolmonooxide is gevaarlijk;
- Het bindt beter aan de rode bloedcellen dan zuurstof, dus is erg giftig
- Het is reukloos

Bij verbranding van benzine (een mengsel van koolwaterstoffen) wordt de benodigde zuurstof uit de lucht gehaald. Daardoor komt ook stikstof in de motor. Hier kunnen stikstof en zuurstof reageren waarbij stikstofionen ontstaan. (NOx).
Stikstofionen, koolstofionen en onverbrande koolwaterstoffen zijn de belangrijkste oorzaken van de luchtverontreiniging.
In de auto
Benzine (CH)
Lucht (O2)
Uit de auto
niet giftig (18%); Kooldioxide (CO2) / O2 (overmaat) / water (H2O)
giftig; 0,85 % Koolmonoxide (CO) / 0,05 % Koolwaterstoffen (CH) / 0,08% Stikstofoxiden (NOx)

Katalysator in de uitlaat
Gassen vóór behandeling;
CO2, CO (kolendamp), C2H4 (onverb. Benzine), NO2 (stikstof + zuurstof)
Gassen ná de behandeling;
CO2, H2O, N2

Broeikaseffect.
Koolstofdioxide vormt op grote hoogte als het ware een deken om de aarde heen, waardoor de aarde zijn warmte niet meer kan afstaan. (andere gassen die bijdragen aan het broeikaseffect; waterdamp, methaan (CH4), lachgas (NO2), en ozon (O3).

2.2 Alternatieve brandstoffen
- Biogas ontstaat bij de rotting van organisch afval

- Bio-alcohol alcohol die gehaald word uit biologische producten. Bio-alcohol gemengd met benzine noem je gasohol
- Waterstof ontstaat bij de ontleding van water. Probleem is de manier om het veilig te gebruiken

Fotosynthese
Koolstofdioxide + waterdamp -> glucose + zuurstof.
De CO2 die bij de verbranding van deze biobrandstoffen ontstaat, is eerder uit de atmosfeer gehaald.
CO2 >plant> bio-diesel >auto> CO2

Kolenvergassing
De winning van steenkool door ondergrondse kolenvergassing is economisch gezien een alternatief. Dit kan door via een boorgat lucht en stoom in de kolenlaag te blazen.
Op tredende reacties;
- Waterdamp reageert met koolstof tot koolstofmonooxide en waterstof.
- Koolstof en zuurstof reageren tot koolstofmonooxide.
Het mengsel van waterstof en koolstofmonooxide heet ‘watergas’. Dit kan via een tweede boorgat onder druk naar het aardoppervlak worden gebracht.

2.4 Moleculen
In vaste en vloeibare toestand geleiden moleculaire stoffen geen stroom. Een molecuul is een aantal atomen die aan elkaar zijn gebonden.


Atoombinding
Bij de atoombinding houdt een gemeenschappelijk negatief elektronenpaar de twee positieve atoomresten bij elkaar.

Covalentie
De covalentie is het aantal atoombindingen dat een atoom kan vormen.
H2O -> H-O-H
De O kan 2 H atomen opnemen
De H kan 1 O atoom opnemen
Covalentie Atoomsoorten
1 H, F, Cl, Br, I
2 O, S
3 N, P
4 C
Kraken alleen doorlezen

Hst 3 Koolstofverbindingen

3.1 Alkanen
Alkanen zijn koolwaterstoffen.
Homologe reeks; er komen steeds 1 koolstof atoom en 2 waterstofatomen bij.
Algemene formule; CnH2n=2

Methaan CH4
Ethaan C2H6
Propaan C3H8
Butaan C4H10
Pentaan C5H12
Hexaan C6H14

Isomeren hebben dezelfde molecuul formule maar een verschillende structuurformule.

3.2 Systematische naamgeving
Een waterstofatoom in een alkaan molecuul kan worden vervangen door een ander atoom. Daarmee krijgt het molecuul een karakteristieke groep

F fluor
Cl chloor
Br broom
I jood
Plaatsnummer; waar de vertakking is; 3 C’tjes met in het midden een F atoom noem je 2-fluorpropaan.

3.3 Alkenen
Formule; CnH2n

C2H4 etheen
C3H6 propeen
C4H8 buteen
Enz..

De plaats van de dubbele binding krijgt ook een plaatsnummer als bij buteen de dubbele binding tussen de 1e en 2e C zit dan noem je de stof 1-buteen.

3.4 Additiereacties bij alkenen
Reagens op onverzadigde verbindingen
Alle onverzadigde verbindingen blijken zichtbaar met broom te reageren; een alkaan niet. Broom is een reagens op stoffen waarvan de moleculen een dubbele binding hebben.

Additiereacties

Additie is eigenlijk een stof toevoegen. Hierdoor gaat de dubbele binding weg.
De additie van water ziet er als volgt uit; OH en H

Tricleen
Structuurformule C2-H-CL3
Stappen;
1. de additie van chloor aan etheen (chlorering)
2. van de ontstane molecuul uit stap 1 word een molecuul waterstofchloride afgesplitst (dehydrochlorering). Hierbij ontstaat stof A. C2-H3-CL

3.5 Alcoholen en carbonzuren
Alcoholen
Bevatten als karakteristieke groep een –OH groep. Als in een molecuul van een alkaan slechts 1 H atoom door een –OH groep is vervangen spreken we van een alkanol. De algemene formule hiervoor is CnH2n=1OH

Methanol CH3OH
Ethanol C2H5OH
Propanol C3H7OH
Enz..
Als bij propanol de –OH groep aan de 2e koolstof atoom zit noem je de stof 2-propanol
Vanaf propanol komen isomeren voor.

Carbonzuren

Bevatten als karakteristieke groep een –COOH groep (carboxylgroep). Alkaanzuren bevatten 1 –COOH groep.

Methaanzuur HCOOH
Ethaanzuur CH3COOH
Propaanzuur C2H5COOH