Hoofdstuk 9

Hoofdstuk 9 Reacties en energie

9.1 Reactiesnelheid

Reactiesnelheid: Het aantal mol stof dat per liter per seconde ontstaat of verdwijnt.

Botsende-deeltjesmodel: Volgens het botsende-deeltjesmodel treedt er een chemische reactie op zodra er sprake is van een effectieve botsing tussen deeltjes.

Effectieve botsing: Twee of meer deeltjes botsen met de juiste snelheid op elkaar waardoor een chemische reactie optreedt.

• De reactiesnelheid is het aantal mol stof dat per liter per seconde ontstaat of verdwijnt.
• De reactiesnelheid is afhankelijk van vijf factoren: de temperatuur, de concentraties(s) van de beginstof(fen), de verdelingsgraad van de beginstof(fen), de katalysator en de soort stof.
• Volgens het botsende-deeltjesmodel treedt een chemische reactie op zodra er sprake is van een effectieve botsing tussen deeltjes.
• De invloed van de temperatuur, de concentratie(s) van de beginstoffen en de verdelingsgraad kun je met het botsende-deeltjesmodel verklaren.
• De invloed van de soort stof en een katalysator kun je met de activeringsenergie verklaren. De hoogte van de activeringsenergie is per stof verschillend en een katalysator verlaagt de activeringsenergie van een reactie.

9.2 Reactiewarmte

Wet van behoud van energie of energiebalans: Volgens de wet van behoud van energie kan energie nooit verdwijnen of ontstaan. Je kunt alleen de ene vorm van energie omzetten in een andere vorm van energie.

Energie-effect: Reactie-energie: exotherm of endotherm.

Reactie-energie: Omdat de reactie-energie meestal vrijwel volledig uit warmte bestaat, noemen we de reactie-energie hier reactiewarmte. D E= E(reactieproducten) – E(beginstoffen).

Reactiewarmte: De hoeveelheid energie die nodig is of vrijkomt bij een chemische reactie: De reactiewarmte (D E) = vormingswarmte(reactieproducten) – vormingswarmte(beginstoffen).

Vormingswarmte: De hoeveelheid warmte die nodig is of vrijkomt tijdens het vormen van een mol stof uit zijn elementen.

De reactie-energie is de hoeveelheid energie die nodig is of vrijkomt bij een chemische reactie. We gebruiken voor de reactie-energie de reactiewarmte.

De vormingswarmte is de hoeveelheid warmte die nodig is of vrijkomt tijdens het vormen van één mol stof uit zijn elementen. De vormingswarmte van een element is nul.

De reactiewarmte kun je berekenen door de vormingswarmten van de beginstoffen af te trekken van de vormingswarmten van de reactieproducten, waarbij je rekening houdt met de coëfficiënten in de reactievergelijking.

9.3 Fossiele brandstoffen

Kwaliteit van de energie: Bij elke energieomzetting wordt een deel omgezet in nuttige energie en een deel in niet-nuttige vorm van energie. Hoe hoger het nuttige deel van de energie, hoe hoger de kwaliteit van energie.

Fossiele brandstoffen (zoals steenkool, aardgas en aardolie): Fossiele brandstoffen zijn gedurende miljoenen jaren onder hoge druk en temperatuur uit planten- en dierenresten gevormd. Voorbeelden zijn: steenkool, aardgas en aardolie.

Duurzaam: Rekening houdend met de behoeften in het heden, zonder de behoeften van toekomstige generaties in gevaar te brengen.

Fracties: Een mengsel van stoffen met een kookpunt binnen bepaalde grenzen.

Gefractioneerde destillatie: Fracties die bestaan uit grote moleculen hebben een kooktraject met hogere temperaturen en condenseren lager in de toren dan fracties die uit kleine moleculen bestaan. Dit proces heet gefractioneerde destillatie.

Kraken: Kraken is een proces waarbij grote koolwaterstofmoleculen worden omgezet in kleinere koolwaterstofmoleculen.

Versterkt broeikaseffect: De temperatuur op aarde wordt bepaald door de balans tussen de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak opwarmt en de hoeveelheid warmtestraling die vanaf het oppervlak wordt uitgestraald naar de ruimte. Broeikasgassen houden de warmtestraling deels tegen. Dit natuurlijke verschijnsel heet het broeikaseffect. Door een toenemende concentratie broeikasgassen in de atmosfeer verschuift de balans, waardoor de gemiddelde temperatuur op aarde stijgt. Dit is het versterkte broeikaseffect.

Bij elke energie-omzetting gaat een deel van de energie verloren, vaak als warmte. Hoe hoger het deel nuttige energie, hoe hoger de kwaliteit van energie.

Fossiele brandstoffen zijn nog steeds de grootste bron van energie in Nederland.

Omdat aardolie een mengsel is van duizenden stoffen, wordt de olie eerst gescheiden in kleinere mengsels die we fracties noemen. Dit scheidingsproces heet gefractioneerde destillatie.

De naftafractie wordt door kraken bewerkt tot kleinere koolwaterstoffen, die als grondstof dienen voor allerlei producten.

Bij de verbranding van fossiele brandstoffen ontstaat CO2. Door de toename van CO2 in de lucht, treedt er een versterkt broeikaseffect op.

9.4 Duurzame brandstoffen

Biobrandstoffen: Biobrandstoffen worden gemaakt uit biomassa. Ze zijn CO2-neutraal.

Biomassa: Materiaal van organische oorsprong.

Fotosynthese: Opslaan van chemische energie door omzetting van koolstofdioxide en water in glucose en zuurstof, met behulp van bladgroen en zonlicht.

Koolstofkringloop: De koolstofkringloop beschrijft alle processen waarmee het element koolstof op aarde circuleert.

Elementenkringloop: Een elementenkringloop beschrijft alle processen waarmee een element op aarde circuleert.

CO2-neutraal: Biobrandstoffen die zijn geproduceerd uit planten die recent via fotosynthese CO2 hebben opgenomen, stoten bij verbranding deze CO2 weer uit. Ze dragen niet bij aan het versterkte broeikaseffect, ze zijn CO2-neutraal.

Biomassa is materiaal van organische oorsprong waaruit verschillende biobrandstoffen worden geproduceerd, zoals bio-ethanol en biodiesel.

Een biobrandstof is CO2-neutraal, omdat er bij de verbranding van de biobrandstof evenveel CO2 vrijkomt, als er bij fotosynthese van de biomassa is opgenomen.

Bio-ethanol en biogas worden geproduceerd door vergisting van suikers uit biomassa.

Biodiesel wordt geproduceerd door de omestering van oliën uit biomassa.

Met behulp van de C/H-verhouding in brandstof kun je bepalen in welke mate CO2 wordt uitgestoten bij de verbranding van de brandstof.

Elektrische energie is een efficiëntere energievorm dan chemische energie. Elektrische energie kun je produceren uit duurzame energiebronnen, zoals zonne-energie, energie uit water en windenergie.