Hoofdstuk 6

§1 Water

Water kan in drie fasen voorkomen namelijk: vast, vloeibaar en gasvormig. De fase overgangen hebben een naam. Een aantal faseovergangen zijn endotherm, denk maar aan smelten en verdampen. De omgekeerde faseovergang is dan exotherm.

§2 Waterstofbruggen

Bij stoffen heb je heel veel soorten bindingen. Hier even een overzichtje.

Atoombinding: Zuivere atoombinding. Dit wil zeggen een binding tussen twee dezelfde stoffen zoals een chlooratoom (Cl) en een ander chlooratoom. Dit is een binding met niet-metalen.

Polaire atoombinding: Dit is een binding tussen twee verschillende atomen. Hier moet je op letten want dit is een verbinding waarbij het ene atoom een groter atoomnummer heeft en deze dus een negatievere lading heeft. Dit kan je vinden in het periodiek systeem. Wat er gebeurt is dat het grootste atoom negatiever geladen wordt. Voorbeeld: De binding tussen Water en Chloor (H-Cl). Als je kijkt in het periodiek systeem zie je dat Cl een grotere atoomnummer heeft. Water heeft een kleiner atoomnummer en is dus positiever ten opzichte van het chloor atoom. Omdat negatief plus aantrekt krijg je een binding. Dit is ook een binding met niet-metalen. Je geeft het verschil in lading aan met het teken: δ+of δ-

Ion binding: Zoals je zag in hoofdstuk 4 vormt een ion binding een zout. Dit is een hele sterke binding. Deze binding is opgebouwd uit een niet-metaal  en een metaal. Dit is anders dan bij de andere bindingen omdat deze dus een metaal atoom in de binding heeft.

Wat bepaald een Waterstof brug?

Oplosbaarheid

Kookpunt/Smeltpunt

Dit betekent dat alle stoffen die een waterstofbrug hebben goed oplosbaar zijn en relatief een hoog kookpunt/smeltpunt. Waterstofbruggen kunnen alleen gevormd worden met een OH-groep of een NH-groep. Stoffen zoals Methaan (CH4) kan geen waterstofbrug vormen. Dit komt omdat er geen OH-groep aan toe is gevoegd. De stof Methanol (CH3 OH) kan wel een waterstofbrug vormen. Een waterstof heeft trouwens meer nut bij een kleinere stoffen.

3 Water als oplosmiddel                                                                                                           

Als een vaste stof in een vloeistof ‘verdwijnt’, lost deze stof op. Als een vloeistof in een vloeistof ‘verdwijnt’, is dat mengen. Chemisch gezien is dat hetzelfde: de moleculen van de verschillende stoffen bewegen tussen elkaar door. Door waterstofbruggen worden de watermoleculen bij elkaar gehouden. Als een stof in water oplost, dan moeten de waterstofmoleculen elkaar loslaten. Dat doen ze alleen als de nieuwe moleculen waterstofbruggen  opnieuw kunnen vormen.

Stoffen zijn oplosbaar in water, als de moleculen van deze stoffen met de watermoleculen waterstofbruggen kunnen vormen.

Er bestaan twee soorten moleculaire stoffen:

Stoffen waarvan de moleculen waterstofbruggen kunnen vormen.

Stoffen waarvan de moleculen geen waterstofbruggen kunnen vormen.

Twee stoffen zijn mengbaar als de moleculen van beide stoffen waterstofbruggen kunnen vormen. Een stof waarvan de moleculen geen waterstofbruggen kunnen vormen, blijken ook goed te mengen. In deze stoffen treden alleen vanderwaalsbindingen . de moleculen van deze stoffen gaan gemakkelijk van elkaar. Hierdoor zullen beide soorten moleculen tussen elkaar bewegen.

Er zijn ook stoffen die waterstofbruggen kunnen vormen maar die niet goed oplossen in water. Bijvoorbeeld 1-pentanol. Hoewel 1-pentanolmoleculen waterstofbruggen kunnen vormen, zijn ze toch nauwelijks in staat om tussen de watermoleculen te komen. De oorzaak hiervan is dat het gedeelte van het 1-pentanolmolecuul dat geen waterstofbruggen kan vormen te groot is.

 Als een zout in water oplost, kunnen de ionen los van elkaar langs de watermoleculen bewegen. Door de polaire bindingen in een watermolecuul is de zuurstofkant van een beetje positief geladen. De afzonderlijke ionen worden dan door de watermoleculen omringd. De watermoleculen zijn met hun negatieve kant naar een positief ion gericht en met hun positieve kant naar een negatief ion. Dit heet hydratie.

In een ionrooster trekken de tegengesteld geladen ionen elkaar stevig aan. Jet zal dus veel moeite (energie) kosten om deze deeltjes van elkaar te krijgen. Toch lost keukenzout, NaCl(s), heel gemakkelijk op! We nemen aan dat de watermoleculen met hun  δ+kant  trekken aan de negatieve ionen en met hun δ- kant aan de positieve ionen. Kennelijk trekken de watermoleculen harder dan de omringende ionen in het ionrooster bij natriumchloride. Bij een slecht oplosbaar zout is het omgekeerde het geval. Je zou dit het ‘touwtrekmodel’ kunnen noemen.

§4 Kristalwater                                                                                                                                             

In een zoutoplossing zijn de ionen gehydrateerd. Als je de zoutoplossing indampt, verdwijnen de watermoleculen en gaan de ionen naar elkaar toe. Soms worden in het kristalrooster van het zout tussen de ionen watermoleculen ingebouwd. Dit ‘water’ heet kristalwater.  Een zout dat kristalwater bevat is een hydraat. Voorbeelden van hydraten zijn blauw kopersulfaat, kristalsoda en gips. Blauw kopersulfaat en gips hebben een hele andere eigenschappen dan het zout zonder kristalwater. Als je een hydraat verwarmt, verdwijnt het kristalwater uit de waterstof. Zo ontstaat bijvoorbeeld wit kopersulfaat uit blauw kopersulfaat.

Uit de naam van een hydraat kun je afleiden hoeveel moleculen water in het rooster zijn ingebouwd. Hieronder volgt een aantal voorbeelden:

Blauw kopersulfaat bevat per CuSO4 eenheid 5 moleculen kristalwater. Dat geef je als volgt in een formule weer: CuSO4 * 5H2O(s). De naam is dan kopersulfaatpentahydraat.

De officiële naam van kristalsoda is natriumcarbonaatdecahydraat. Het telwoord ‘deca’ staat voor 10 (Zie Binas tabel 103B). De formule is dan Na2CO3*10H2O

Als calciumsulfaat hard wordt, neemt per CaSO4 eenheid twee moleculen kristalwater op. De formule van gips is dus CaSO4*2H2O(s). De naam is calciumsulfaatdihydraat.

§5 Zeep en waswerking                                                                                                                                           

Er bestaan heel veel soorten zeep en wasmiddelen. De moleculen van al die soorten zijn allemaal op een overeenkomstige manier gebouwd. Die moleculen bestaan uit twee gedeelten. Het ene gedeelte is oplosbaar in water, Dat is de hydrofiele (water minnende) kop. Het andere gedeelte is niet in het water oplosbaar. Dat is hydrofobe (water vrezende) straat. Schematisch kun je dat als volgt voorstellen:

Bekende zepen zijn natrium- of kaliumstearaat. Dit zijn zouten die in water oplossen.

De stearaationen vormen dan de was actieve deeltjes, de zeep. De structuurformule van stearaat is: