Scheikunde samenvatting H4+H5

4.1 kenmerken van reacties

Je kunt stoffen mengen en later weer scheiden, de stofeigenschappen zijn dan niet veranderd. Bij sommige mengsels ontstaan er wel veranderingen. De beginstof kan verdwijnen en ipv is het reactieproduct gekomen, dit zijn kenmerken van een chemische reactie.

• exotherme reactie= Bij een reactie komt er warmte, licht of elektrische energie vrij.
• endotherme reactie= Bij een reactie wordt warmte of licht opgenomen, anders verloopt de reactie niet.

De wet van behoud van massa: Bij een chemische reactie is de totale massa van de beginstoffen gelijk aan de totale massa van de reactieproducten.

Er gaan geen atomen verloren, maar er komen ook geen atomen bij. Ze worden alleen op een andere manier gerangschikt. Het behoud van massa is een kenmerk van een chemische reactie.

Een chemische reactie kan niet bij elke temperatuur verlopen, er is hier voor een minimale reactietemperatuur voor nodig. Is de temperatuur lager, dan verloopt de reactie niet vanzelf.

Kenmerken van een reactie:

• beginstoffen veranderen in reactieproducten, de stofeigenschappen zijn veranderd;
• er is altijd een energie-effect;
• de totale massa van de beginstoffen is gelijk aan de totale massa van de reactieproducten;
• er is altijd een bepaalde reactietemperatuur nodig om de reactie te laten verlopen.

4.2 reactievergelijkingen

Je kunt een reactie weergeven in een reactieschema, maar je kan ze ook weergeven in een reactievergelijking als je de formules van de beginstoffen en reactieproducten kent. In een reactievergelijking is voor en na de pijl een gelijk aantal atomen van elke soort aanwezig.

Voor het opstellen van de kloppende reactievergelijking gebruik dit schema:

1. Stel eerst het reactieschema op
2. vervang nu elke stofnaam door de bijhorende formule
3. stel de kloppende reactievergelijking op
4. controleer of de reactievergelijking klopt.

Stap 1: het reactieschema

methaan (g) + zuurstof (g)→koolstofdioxide (g) + water (l)

Stap 2: vervang de stofnaam door de bijhorende formule

CH4 (g) + O2 (g)→CO2 (g) + H2O (l)

Stap 3: reactievergelijking kloppend maken

CH4 (g) + 2 O2 (g)→CO2 (g) + 2 H2O (l)

Stap 4: Controle!!

kijk of alles goed is gegaan en of er aan elke kant van de pijl evenveel atomen zijn.

4.3 Rekenen aan reacties

Met behulp van de kloppende reactievergelijking en de wet van behoud van massa kun je nu ook zelf de massaverhouding berekenen waarin de beginstoffen met elkaar reageren en de reactieproducten ontstaan. Kijk het voorbeeld in boek pagina 121

5.1 Verbanding

Er zijn 3 voorwaarden voor het verlopen van een verbrandingsreactie

• er moet een brandbare stof zijn;
• er moet voldoende zuurstof zijn;
• de ontbrandingstemperatuur moet bereikt zijn.

Voor het bestrijden van een brand is het belangrijk om 1 van de vormen weg te nemen, zoals een deksel op de pan doen, om de zuurstof weg te nemen.

Bij een verbrandingsreactie is er altijd zuurstof nodig. Als de brandstof uit 1 element bestaat ontstaat er altijd een oxide. Een oxide is een verbinding die uit 2 atoomsoorten bestaat: zuurstof en de atoomsoort van het element die verbrand is.

Bij het verbranden van niet-metalen kun je ook meerdere oxiden krijgen.

Als het 1ste element van een niet-metaaloxide 1x voorkomt, geen voorvoegsel mono. Als zuurstof 1x voorkomt, wel mono gebruiken. CO bevat 1 koolstof atoom en 1 zuurstof atoom, dus koolstofmono-oxide

Metaaloxiden niet-metaaloxiden naam formule naam formule koper(   natriumoxide Na20 koolstofoxide CO2 magnesiumoxide MgO zwaveldioxide SO2 aluminiumoxide Al2O3 difosfortrioxide P2O3   difosforpentaoxide P2O5

Een belangrijke brandstof voor verbrandingsreacties zijn koolstofverbindingen. De moleculen van een verbinding bestaan uit verschillende atoomsoorten. Bij verbranding van verbinding vormt zijn eigen oxide. Bij een volledige verbranding, als er genoeg zuurstof aanwezig is, ontstaat uit het element koolstof de verbinding koolstofdioxide. Is er te weinig zuurstof, dan treedt er een onvolledige verbranding op. Er ontstaat dan roet.

In onderstaande tabel zijn atoomsoorten in de brandstof en de reactieproducten van een volledige en onvolledige verbranding weergegeven.

atoomsoort in verbinding volledige verbranding onvolledige verbranding C CO2 CO, C H H2O H2O S SO2 SO2

Bij verbranding van koolstofverbindingen komt koolstofdioxide en water vrij. Deze stoffen zijn aan te tonen met een reagens. Een reagens is een stof die zichtbaar verandert in aanwezigheid van de stof die je aan wilt tonen.

5.2 ontleding van stoffen

Bij een verbrandingsreactie heb je altijd brandstof en zuurstof nodig, er zijn dus 2 beginstoffen. Er is sprake van verhitten als de stof wordt opgewarmd zonder dat daarbij zuurstof aan de beginstof wordt toegevoegd. Tijdens verhitten wordt groen kopercarbonaat→zwarte koperoxide en koolstofdioxide. De reactievergelijking die daarbij hoort is:

CuCO3 (S)→CuO (S) + CO2 (G)

Dit type reactie noem je een ontledingsreactie, hierbij is er maar 1 beginstof. De beginstof is altijd een verbinding die wordt ontleed in 2 of meer reactieproducten, dit kunnen elementen zijn, maar ook andere verbindingen of een combinatie van beide.

Voor de meeste ontledingsreacties is er continu energie nodig. Een reactie die continu energie nodig heeft heet een endotherme reactie. Een exotherme reactie is een reactie waarbij continu energie vrijkomt.

Voor de meeste reacties is er energie nodig. Een ontledingsreactie onder de invloed van warmte noem je een thermolysereactie. Met behulp van het toestel van Hofmann( figuur 5.17, blz 147) is het mogelijk om water te scheiden. Aan de negatieve elektrode wordt water omgezet in waterstof en aan de positieve elektrode wordt het water omgezet in zuurstof, je hebt hierbij dus energie nodig om water te scheiden→ een elektrolysereactie.

Het is ook mogelijk om met licht water in waterstof en zuurstof te ontleden. Het zonlicht levert energie om het water te ontleden→fotolyse

3 soorten ontledingsreacties onderscheiden:

• Thermolyse: ontleding dmv warmte
• Elektrolyse: ontleding dmv elektriciteit
• Fotolyse: ontleding dmv licht

5.3 Overmaat en ondermaat

Bij sommige verbrandingen zijn er van sommige stoffen te weinig aanwezig, als er te weinig zuurstof is kan er bijvoorbeeld een giftige stof ontstaan. De hoeveelheid van de brandstof en de zuurstof bepaalt in dit geval de verloop van de reactie. Bij volledige verbranding is de zuurstof in overmaat, terwijl bij een onvolledige verbranding de zuurstof in ondermaat is.

Een chemische reactie stof altijd als een van de beginstoffen op is of wordt weggehaald, of als het reactiemengsel onder de reactietemperatuur daalt.

• rekenen met overmaat en ondermaat

Om uit te rekenen hoeveel reactieproduct er ontstaat, ga je uit van de beginstof die in ondermaat aanwezig is.

VOORBEELD: hoeveel gram zuiver koper er ontstaan bij de verhitting van 25g koperoxide in aanwezigheid van 5,5g methaan.

4CuO (S) + CH4 (G)→4 Cu (S) + CO2 (G) + 2H2O (G)

  4 CuO CH4 Massaverhouding (U) 318 16,0 Massa (G) 25 X

X= 25*16:318=1,3 g CH4

Je hebt 1,3g methaan nodig om het koperoxide volledig te laten reageren. 5,5 g methaan aanwezig en dus in overmaat.

  4 CuO CH4 massaverhouding (U) 318 16,0 massa (G) X 5,5

X= 5,5*318:16= 109 g CuO

Je dus 109 g koperoxide nodig om methaan volledig te laten reageren. Er is echter maar 25g koperoxide.

  4CuO 4 Cu massaverhouding (U) 318 254,4 massa (G) 25 X

x= 25*254,4:318= 20g Cu, er ontstaat dus 20 g koper.

5.4 Energie en reactiesnelheid

Alle stoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid energie. Bij een exotherme reactie staan de beginstoffen een deel van hun chemische energie aan de omgeving af. De energie wordt omgezet in een andere vorm van energie zoals warmte, licht of elektrische energie. Veel ontledingsreacties zijn endotherm, je moet dan voortdurend energie toevoegen. De energie die wordt opgenomen in het mengsel, wordt omgezet in chemische energie. De chemische energie van de reactieproducten is bij een endotherme reactie hoger dan de chemische energie van de beginstoffen. Ook bij veel exotherme reacties verloopt de reactie pas na het toevoeren van de energie aan het reactiemengsel.

De energie die je moet toevoegen om de reactie te laten verlopen heet de activeringsenergie. Endotherme en exotherme reacties hebben dit nodig. Bij exotherme kan je op een gegeven moment stoppen met energie toevoegen bij een endotherme moet je energie toe blijven voegen.

Het energie-effect van een chemische reactie kun je weergeven in een energiediagram. In zo´n diagram gebruik je geen eenheid op de x-as. Op de y-as staat de energie aangegeven.

De kleinste deeltjes van een stof bewegen en ze kunnen ook tegen elkaar aan botsen. AL stwee botsende deeltje een reactie met elkaar kunnen aangaan, zal die reactie alleen optreden wanneer de botsing hard genoeg is en de juiste richting heeft. Zo een botsing noem je een effectieve botsing.

Hoe groter het aantal botsingen, des te groter is ook het aantal effectieve botsingen en des te sneller verloopt de reactie.

• invloed van de concentratie

Als de concentratie van de deeltjes vergroot, zijn er meer deeltje en zal het aantal botsingen van de reagerende deeltjes toenemen.

• invloed van de verdelingsgraad

Als een vaste stof met een opgeloste stof reageert, kan de opgeloste stof alleen maar aan de oppervlakte van de vaste stof reageren. Door een vaste stof te verdelen in kleinere deeltje vergroot je de oppervlakte van de vaste stof. Hoe groter de oppervlakte van de vaste stof, hoe groter de kans op effectieve botsingen. Hierdoor neemt de reactiesnelheid ook toe, dus hoe groter de verdelingsgraad, hoe sneller de reactie.

• invloed van de temperatuur

Bij de verhoging van de temperatuur gaan de deeltjes sneller bewegen. Hierdoor zal het aantal botsingen toenemen en worden de botsingen heftiger. Dus is er meer kans op effectieve botsingen.