Metalen

Metalen

Paragraaf 1
Stoffen maken uit aardolie
Brandstoffen uit aardolie
Diesel, stookolie en benzine

Stoffen uit aardolie
Plastic, wasmiddel en kleurstoffen

Aardolie is een mengsel van vele duizenden stoffen.
- Om een stof te maken: destilleren

Destillatie van aardolie
In een olieraffinaderij wordt aardolie in acht fracties gescheiden door destillatie.
- Fractie is een deel van.
- Voorbeelden: dieselolie en benzine.
- Fractie heeft geen kookpunt, maar kooktraject.
Gefractioneerde destillatie= een destillatie die in fracties wordt gedaan, zoals bij aardolie.
In een destillatietoren vind de destillatie plaats. De toren is 30 tot 40 meter hoog.
Boven in de toren: heet
- daar wordt de hete aardolie aangevoerd.
- Vluchtige stoffen condenseren bovenin.
Vluchtige stoffen= stoffen die lage kookpunten hebben.
Schotels= bakken die gecondenseerde stoffen opvangt en aftapt.
Residu= Een dikke, stroperige zwarte massa die onderin de kolom achterblijft.
Staat er bij een fractie chemie? Dat zijn fracties die door de chemische industrie worden gebruikt om producten van te maken, zoals:
- Plastic
- Verf
- Kleurstoffen
- Lijmen
- Geneesmiddelen
- Bestrijdingsmiddelen
- Oplosmiddelen

Continu proces = de destillatie die onafgebroken door.

Voordurend wordt hete aardolie in de toren gebracht en fracties opgevangen.
Voordelen:
- Voordurend kunt produceren.
- Het product heeft een constante samenstelling.
- Weinig mankracht voor nodig.

Verder bewerken
Fracties moeten nog een eindproduct worden.
- Diesel- en stookolie bijvoorbeeld bevatten nog veel zwavelverbindingen, bij de verbranding ontstaat SO2(g)  kan zure regen veroorzaken.
- Benzine(fractie) en stookolie worden eerst ontzwaveld, benzine wordt ook nog verder gezuiverd.

Stoffen in aardolie
Aardolie bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen.
- koolwaterstoffen: bestaat uit koolstof en waterstof (CxHy).
Alkanen: groep die voldoet aan de algemene formule CnH2n+2.
Bekende alkanen:
Methaan (CH4)  Het is het brandbare bestanddeel van aardgas.
Propaan (C2H8)  vindt je in sigarettenaanstekers, en worden gebruikt als flessengas.
Butaan (C4H10)  vindt je in sigarettenaanstekers, en worden gebruikt als flessengas.
Octaan (C8H18)  Een bestanddeel van benzine


Paragraaf 2
Kunststoffen gebruiken

Kunststoffen om je heen
Kunststoffen kom je overal om je heen.
Voorbeelden van producten met kunststof:
- Walkman
- Mobieltje
- Balpen
- Computer

Voorbeelden van kunststofvezels (in kleren) verwerkt:
- Nylon
- Acryl
- Polyester

Kunststoffen in huishoudelijke spullen:
- Polyetheen
- Polypropeen
- PVC
• Van die kunststoffen worden bijvoorbeeld…gemaakt:
- Boterhamzakjes
- Draagtassen
- Emmers
- Kratten
- Vuilniszakken

Bijzondere eigenschappen
Kunststoffen hebben bijzondere eigenschappen die andere materialen niet hebben.
- Verpakking plastic  beter bestand tegen scheuren en vocht
- Kunststoffolie  doorzichtig, scheurt niet en sterker
Kunststoffen geleiden moeilijk elektriciteit en warmte.
Kunststoffen rotten niet, worden niet (of zeer slecht) aangetast door stoffen in hun omgeving en je hoeft de kunststoffen niet te verven.

Toevoegen aan kunststoffen:
- Kleurstoffen
- Weekmakers
Weekmaker= een stof die kunststof zachter en buigzamer maakt.

Nadelen kunststoffen:
- (Te) zacht worden bij hogere temperatuur
- Erg brandbaar
- Niet biologisch afbreekbaar
- Niet tot zeer moeilijk recyclen

Thermoplasten en thermoharders

Thermoplasten worden zacht bij verwarming. Voorbeelden: polyetheen (PE), polypropeen (PP) en polyvinylchloride (PVC).
- Bij deze kunststoffen liggen de koolstofketens naast elkaar (zie boek).
- Bij verwarmen gaan de ketens langs elkaar bewegen  de stof wordt zacht.

Thermoharders worden niet zacht als je ze verwarmt, ze blijven stug en stevig.
- Bij deze kunststoffen zijn de lange koolstofketens onderling aan elkaar gekoppeld zie boek)
- De ketens kunnen niet langs elkaar bewegen  de stof blijft hard.

Composieten
Composieten = combinaties van materialen, er worden kunststoffen voor gebruikt.
- Kunststof wordt gecombineerd met koolstof en levert een materiaal op  zeer sterk en buigzaam.
- Polyester in combinatie met glasvezels geeft een ‘ijzersterk’ materiaal, wordt gebruikt voor bijvoorbeeld: fietsframes, boten in de auto- en vliegtuigindustrie.
Kunststof in combinatie met papier  er wordt Tyvec van gemaakt, daarvan wordt bijvoorbeeld een pak voor imkers van gemaakt.

Kunstvezels en natuurvezels
Voor textiel worden vezels gebruikt. Vezels kan je verdelen in twee soorten:

Natuurvezels
- Katoen (katoenplanten)
- Linnen (vlasplanten)
- Wol (schaap)
- Zijde (zijderupsen)
- Mohair (angorageiten)

Verschillen tussen natuur- en kunstvezels:
- Kunstvezels zijn sterker
- Kunstvezels nemen zeer slecht water/vocht op
- Vetvlekken hechten veel beter aan kunstvezels

In kledingstukken worden zowel natuurvezels als kunstvezels verwerkt, dus composieten.

Kunststoffen en milieu
Er komt ieder jaar een enorme hoeveelheid kunststof bij het afval. Alles wat aan aardolie wordt weggehaald/verbruikt, is voorgoed weg. Het afval wordt verbrand. Er kunnen bij de verbranding ook stoffen ontstaan die schadelijk zijn voor het milieu en voor de gezondheid.

Om op aardolie te besparen wordt er steeds meer kunststof uit afval terug gewonnen. Recyclen dus.
Het is wel lastig, omdat:
- Er veel soorten kunststoffen bestaan, en ze lijken veel op elkaar
- De meeste kunststoffen bevatten toevoegingen zoals kleurstoffen


Paragraaf 3
IJzer maken
Alleen de metalen goud, platina en zilver komen als zuivere stoffen in de natuur voor, ijzer niet. De andere metalen reageren met stoffen uit de omgeving. Natrium, kalium en calcium reageren zelfs bij kamertemperatuur met water. Natrium en kalium worden onder olie bewaard, omdat de reacties van deze stoffen met water zo erg verloopt, dat er zelfs vuurverschijnselen worden waargenomen.

De meeste metalen komen alleen voor in verbinding met andere elementen (vaak is dat zuurstof of zwavel). Ijzeroxide (Fe2O3), een soort roest, en kopersulfide (CuS) zijn voorbeelden van die verbindingen.

Gesteenten die voldoende ijzerverbindingen bevatten noem je ijzererts. Je kan het erts noemen als het op commerciële basis te exploiteren valt. Ijzererts wordt eerst met een chemische reactie omgezet. In hoogovens wordt van ijzeroxide ijzer gemaakt. Zo’n hoog oven wordt afwisselend gevuld met lagen ijzeroxide en steenkool (cokes) en onderin wordt hete lucht geblazen. De cokes verbrand onvolledig, waarbij koolstofmono-oxide vrijkomt en veel warmte ontstaat.

Cokes + zuurstof  koolstofmono-oxide
2 C + O2  2 CO

De koolstofmono-oxide die gevormd is reageert weer met ijzeroxide, hierbij ontstaan ijzer en koolstofdioxide.

Ijzeroxide + koolstofmono-oxide  ijzer + koolstofdioxide
Fe2O3 + 3 CO  2 Fe + 3 CO2

Het ijzer is vloeibaar door de warmte en wordt onder in de hoogovens afgetapt. Het gevormde ijzer is niet zuiver, omdat het koolstof opneemt als het naar beneden zakt, daarom wordt het ‘ruwijzer’ genoemd. Dat bevat 5% koolstof, daardoor is het heel hard, maar ook bros. Men verlaagt het koolstofpercentage om er bruikbare staalsoorten van te maken, daarom blazen ze soms zuurstofgas door het gesmolten ijzer.

Koolstof + zuurstof  koolstofdioxide
C + O2  CO2

Hoe minder koolstof er in zit, hoe zachter, en beter vormbaar het staal is. Spijkers en staaldraad bevatten bijvoorbeeld minder dan 0,2% C. Hardere staalsoorten bevatten 0,6% - 1,5% C. Roestvast staal bestaat uit 85% Fe, 13% Cr en 0,2% C (en een kleine hoeveelheid kobalt (Co) en mangaan (Mn)).


Paragraaf 4
Metalen en legeringen
IJzer is het meest gebruikte metaal, omdat het makkelijk te lassen/smeden is. Het is ook goedkoop en sterk. Er is 1 probleem het kan niet goed tegen vocht, dan word het aangetast en dat heet roest, ook wel corrosie genoemd.

De formule voor roest:
IJzer + lucht + water  roest

Roest laat water en lucht wel gewoon door, dus word het ijzer steeds verder aangetast en roest dan op een gegeven moment helemaal door.

Onedele metalen, zijn metalen die door de stoffen in de lucht worden aangetast. Het kan lang mee gaan voor het aangetast word, bijvoorbeeld: zink, aluminium, tin, chroom, nikkel en lood, word maar een dun laagje aangetast. Daarna gaat de corrosie er niet verder doorheen. Dat komt doordat het corrosielaagje van die metalen niet poreus zijn.

IJzer kan beschermd worden tegen roest dat doen ze door er bijv.: verf, glas, tectyl, vet, kunststof, zink, chroom of een ander metaal. Platina, goud en in mindere mate zilver worden niet door stoffen in de lucht aangetast. Dat heetten edelmetalen. Ze komen als niet-ontleedbare stoffen in de grond voor. Alle onedele metalen komen wel ontleden uit de grond voor, uit metaalverbindingen. Grondsoorten en gesteenten die rijk aan metaalverbindingen zijn noem je metaalerts, zoals kopererts of bauxiet.

Gesmolten metalen zijn simpel te mengen, dat mengen heet: legering(en). IJzer word ook bijna altijd gemengd met andere stoffen zoals koolstof of andere metalen. Bijv.: ijzer + chroom + koolstof = roestvast, het is sterker dan zuiver ijzer en is ook bestand tegen roest. Koper word veel gebruikt bij elektrische door stromingen, het geleidt heel goed. Als je koper en zink samen smelten krijg je messing, messing is veel harder en sterker dan koper en zink en behoudt glans. Brons is een legering van tin en koper. Legeringen van kwik heet amalgamen. De legeringen van kwik en zilver heet zilveramalgaan. Een andere bekende legering is soldeer; dat bestaat uit lood en tin.


Paragraaf 5
Metalen hergebruiken
Koper kan je niet ontleden. Zwarte vaste stof koperoxide ontstaat wanneer koper met zuurstof reageert:

Koper + zuurstof  koperoxide
2 Cu(s) + O2(g)  2 CuO(s) Reactie 1

Koperoxide is wel ontleedbaar. Het reageert met waterstofgas:

Koperoxide + waterstof  koper + water
CuO + H2  Cu + H2O Reactie 2

De stof koper kan bij een reactie veranderen, maar het element koper blijft bestaan. Ook de elementen zuurstof en waterstof blijven behouden. De niet-ontleedbare stof zuurstof verdwijnt, net als de stof koper, als de nieuwe stof koperoxide ontstaat. Zuurstof is samen met koper in koperoxide aanwezig (CuO). Water ontstaat bij de reactie van koperoxide en waterstof. In water zit dus het element zuurstof. Als je het water elektrolyseert, krijg je zuurstof en waterstof terug, die niet ontleedbaar zijn.

Bij een chemische reactie blijven de elementen behouden.

Voor 20 miljard kilogram aluminium per jaar, is vier maal zoveel bauxiet nodig. Metaalertsen zijn niet-vernieuwbaar, dat betekend dat de natuur de stoffen niet opnieuw kan maken. Dus wat je aan erts weghaalt, blijft weg.

Er ontstaan gevaarlijke, milieuonvriendelijke stoffen en grote hoeveelheden afval bij productieprocessen. Daarvoor is veel energie nodig en het is slecht voor het milieu. Een hoog elektriciteitsverbruik betekent veel uitstoot van broeikasgas CO2. Met recyclen bespaar je grondstoffen en energie. Van ijzer- en staal afval kan weer nieuw ijzer en staal gemaakt worden. Blikjes uit huishoudelijk afval kunnen ook naar de hoogovens terug. Met tin kan opnieuw plaatstaal worden vertind.

Zware metalen zijn metalen met een grote dichtheid, die metalen zijn schadelijk voor het milieu en gezondheid, zoals kwik (Hg), lood (Pb), en cadmium (Cd). Lood wordt in soldeertin gebruikt en wordt nog steeds in de bouw en accu’s toegepast. Kwik zit in thermometers, tandvullingen en tl-buizen, net als cadmium zit het in oplaadbatterijen. Schadelijk voor de gezondheid zijn de dampen en de verbindingen. Kwik en loos tasten de hersenen van het centrale zenuwstelsel aan, cadmium de nieren en lever. Omdat het schadelijk is, worden er steeds minder zware metalen gebruikt, zoals bijvoorbeeld loodhoudende benzine. Cadmium in kinderspeelgoed als kleurstof, gebeurt ook niet meer. Batterijen komen ook steeds meer zonder zware metalen.

Soort afval Hoeveelheid in tonnen
Gft-afval
Papier (en karton)
Kunststof (en rubber)
Glas
Metalen
Textiel
Kca-afval 2500 000
1120 000
350 000
290 000
160 000
140 000
100

Huishoudelijke stoffen, die zware metalen bevatten, behoren tot klein chemisch afval (cka-afval). Dat herken je aan het teken hierbij.