H4 + 5

Paragraaf 4.1

Aardgas uit de gaskraan is een mengsel van methaangas (80%), het brandbare bestanddeel en stikstofgas. Deze stoffen zijn beide geurloos en daarom is er een geurstof aan toegevoegd. Een gaslek kan een explosie tot gevolg hebben.

Als methaan (CH4)ontleedt ontstaan er:

• Koolstofdioxidegas (CO₂);
• Waterdamp (H₂O);
• Warmte.

De chemische energie die is opgeslagen in aardgas komt bij een verbranding vrij als warmte. Methaangas + zuurstofgas —> Koolstofdioxidegas + waterdamp (+warmte)

Een reagens is een stof waarmee je de aanwezigheid van een andere stof kunt aantonen, deze stof word niet verbruikt. Je voert dan een herkenningsreactie uit. Wit kopersulfaat wordt bijvoorbeeld blauw door contact met water(damp) en kalkwater wordt troebel door koolstofdioxidegas.

Bij een volledige verbranding verbranden alle stoffen volledig, is er genoeg O₂ aanwezig en ontstaat er CO₂ + H₂O. Bij een onvolledige verbranding, ontstaan er giftige stoffen, is er te weinig O₂ aanwezig en ontstaat CO + H₂O.

Paragraaf 4.2

Steenkool is ontstaan uit afgestorven planten. De samenstelling van steenkool kan sterk verschillen. Het bevat vooral moleculen die bestaan uit koolstof-, waterstof-, stikstof-, zwavel- en zuurstofatomen.

Bij de verbranding van steenkool komen veel schadelijke stoffen vrij zoals SO₂ en NO_x. Dit gebeurt ook als steenkool volledig verbrand. Deze stoffen veroorzaken zure regen. Om teveel milieuvervuiling tegen te gaan, wordt steenkool in cokesfabrieken voor de verbranding gezuiverd. De steenkool wordt, in afwezigheid van lucht, heel hoog verhit. Daardoor ontwijken allerlei stoffen uit de kool. Cokes, een vaste stof die uit ongeveer 90 massa% uit koolstof bestaat, blijft achter. Dit word weer gebruikt bij het bereiden van ijzer. Cokesfabrieken leveren ook:

• Gas voor brandstof;
• Teer voor asfalt;
• Ammoniak en zwavelzuur voor de chemische industrie.

Aardolie is een mengsel van verschillende stoffen, zoals zwavel, zuurstof, stikstof en voornamelijk koolwaterstoffen. Dit zijn stoffen die alleen uit kool- en waterstof bestaan. Uit aardolie worden verschillende brandstoffen gemaakt zoals benzine en diesel. Ook levert aardolie veel grondstoffen op.

Als aardolie onvoldoende wordt gezuiverd, ontstaat er bij de verbranding ook zwaveldioxidegas. SO₂ wordt gevormd als je zwavel of een stof waarin zwavel voorkomt, verbrandt. SO₂ kun je aantonen met het reagens jood. Jood is geel water dat dan kleurloos wordt.

Zure regen is zwaveldioxidegas dat in de lucht is gekomen, gereageerd heeft met zuurstof en water tot zwavelzuur en als vorm van neerslag om de aarde terecht komt. Zure regen verzuurt de grond en het oppervlaktewater en het tast kalksteen en marmer aan.

Bij een onvolledige verbranding komt koolstofmono-oxide vrij.

Paragraaf 4.3

Voor elke verbranding is zuurstof en een brandstof nodig. Lucht bestaat voornamelijk uit stikstofgas (78 volume%) en zuurstofgas (21 volume%). Door de sterk toegenomen verbranding van fossiele brandstoffen is het koolstofdioxide-gehalte sterk gestegen.

Smog is een samenstelling van rook en mist. Het treedt met name op in steden, op warme, windstille dagen.

Koolstofdioxidegas heeft de eigenschap de warmte-uitstraling van de aarde tegen te houden. Dit noem je het broeikaseffect. Doordat er minder koolstofdioxidegas in de lucht komt, geeft de aarde minder warmte af aan het heelal; daardoor zal te temperatuur stijgen. Dit heet het versterkt broeikaseffect. Je kan het versterkt broeikaseffect tegen gaan door minder fossiele brandstoffen te verbranden.

Een snelle verbranding is een verbranding waarbij zuurstof en de brandstof voldoende snel bij elkaar kunnen komen en de temperatuur hoog genoeg is om de brandstof aan te steken. De ontbrandingstemperatuur is de laagste temperatuur waarbij een stof gaat branden.

Je spreekt van een brand als de temperatuur van een vuur zo hoog is, dat het zichzelf brandende houdt. Als je een brand wil blussen moet je tenminste een van deze dingen doen:

• De brandstof weghalen;
• De aanvoer van lucht onmogelijk maken;
• Brandende materialen afkoelen tot onder de ontbrandingstemperatuur.

Water koelt het brandende materiaal af, waterdamp bemoeilijkt het contact tussen de brandstof en de lucht. Koolzuurblussers werken volgens hetzelfde principe. Blussen met schuim zorgt ervoor dat de luchttoevoer onmogelijk word.

Als er in een schoorsteen roet en teer zit, omdat het vuur onvolledig verbrandt, kan dit vlamvatten en heb je een schoorsteenbrand.

Paragraaf 4.4

Fotosyntheseproces: glucose + zuurstof —> koolstofdioxide + water (+energie)

De zuurstof die nodig is voor verbranding, adem je in. Dat komt via de stof hemoglobine via je bloed in je lichaamscellen. Dit is een langzame verbranding: een verbranding zonder vuurverschijnselen.

Planten nemen koolstofdioxide op uit de atmosfeer. Mensen, dieren en planten geven weer koolstofdioxide af aan de atmosfeer en zo vindt er een koolstof(dioxide)kringloop plaats.

Biobrandstoffen geven bij de verbranding koolstofdioxide af aan de lucht, maar die is tijdens het groeien van de planten uit de lucht opgenomen, dus er ontstaat geen extra koolstofdioxide.

Paragraaf 5.1

Aardolie is een mengsel van vele duizenden stoffen. Om uit aardolie stoffen en producten te kunnen maken, moet je aardolie eerst destilleren en dan bewerken.

In een olieraffinaderij wordt aardolie door middel van destillatie in acht fracties gescheiden. Een fractie is een deel van. Omdat duizenden stoffen in acht fracties worden gescheiden, zijn dit mengsels; ze hebben dus een kooktraject en geen kookpunt. Je noemt deze destillatie ook wel een gefractioneerde destillatie.

Destillatietorens zijn 30 tot 40 meter hoog. Onderin de toren is de temperatuur hoger, omdat daar hete aardolie word aangevoerd. De gassen stijgen, koelen af en condenseren op bepaalde hoogte. Vluchtige stoffen, stoffen met een laag kookpunt, condenseren bovenin de toren. hoe minder vluchtigheid, hoe lager ze condenseren in de kolom. In schotels worden gecondenseerde stoffen opgevangen en afgetapt. Bovenin worden stoffen opgevangen die niet condenseren. Onderin de kolom blijft het residu achter. Dit is een dikke, stroperige, zwarte massa.

De destillatie van aardolie is een continu proces; het gaat onafgebroken door. Het voordeel hiervan is dat je voortdurend kunt produceren en het een constante samenstelling heeft. Ook is er weinig mankracht voor nodig. Verkregen aardoliefracties zijn geen eindproducten, deze moeten eerst verder bewerkt worden.

Aardolie bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen. Koolwaterstoffen bestaan alleen uit de elementen koolstof en waterstof (C_xH_y). Alkanen zijn stoffen met verzadigde (=enkele verbindingen); ze voldoen aan de formule C_nH_2N+2. Veel koolwaterstoffen zijn alkanen.

Paragraaf 5.2

Aan de molecuulformule kun je zien welke atoomsoorten en hoeveel atomen van elke soort in een molecuul zitten, maar niet welke atomen aan elkaar gebonden zijn. Dat kun je wel zien aan de structuurformule. De streepjes tussen de elementsymbolen geven aan welke atomen aan elkaar gebonden zijn.

Met een binding laat je zien welke atomen aan elkaar gebonden zijn. Met een tekening krijg je een redelijk beeld van de ruimtelijke bouw van een molecuul.

Er bestaan zoveel verschillende koolwaterstoffen door een bijzondere eigenschap van koolstof. Koolstofatomen kunnen lange ketens vormen en er kunnen in die ketens vertakkingen voorkomen. Verschillende stoffen betekenen verschillende moleculen, daarom hebben ze een andere naam.

Verschillende stoffen met dezelfde molecuulformule, maar met een verschillende structuurformule, heten isomeren. Als het aantal koolstofatomen toeneemt word het aantal isomeren groter.

Behalve waterstof kunnen ook andere atomen aan koolstof binden, daarom zijn er ongeveer 2 miljoen koolstofverbindingen.

Paragraaf 5.3

Het merendeel van de aardoliefracties wordt gebruikt als brandstof. Sommige worden gebruikt om kunststoffen te maken. Macromoleculen zijn koolstofatomen die makkelijk langere ketens kunnen maken. Kunstogen bestaan uit macromoleculen.

Voor het maken van kunststoffen wordt vooral de naftafractie gebruikt. Nafta is een mengsel van koolwaterstoffen met molecuulformules van C₄H₁₀ tot C₁₂H₂₆. Uit deze moleculen kunnen macromoleculen gemaakt worden.

Kraken betekend in stukken breken. Door nafta te verhitten breken grotere koolwaterstofmoleculen in stukken en ontstaan er kleinere moleculen. Dit heet thermisch kraken (ontleden). Het gebeurt zonder zuurstof. Katalytisch kraken is kraken met aanwezigheid van een katalysator. Een dubbele binding zijn twee streepjes.

Monomeer is de algemene naam voor de beginstof die gebruikt wordt bij het maken van kunststoffen. Monomeermoleculen zijn kleine moleculen die onder bepaalde omstandigheden aan elkaar kunnen koppelen. daarbij ontstaan enorm lange ketens; macromoleculen (polymeren).

Paragraaf 5.4

Je komt kunststoffen overal in je dagelijks leven tegen. Plastic heeft bijzondere eigenschappen:

• Het is goed bestand tegen scheuren en vocht;
• Het is sterk;
• Het is een slechte geleider voor elektriciteit en warmte, je kunt plastic dus gebruiken als isolator voor elektriciteit en warmte;
• Het rot niet of wordt weinig tot niet aangetast door stoffen in de omgeving.
• Je kunt plastic een kleur geven door kleurstoffen toe te voegen.

Een weekmaker is een stof die een kunstoog week (zacht en buigzaam) maakt. Nadelen zijn dat kunststoffen bij een te hoge temperatuur (te) zacht en brandbaar (kunnen) zijn en ze zijn niet biologisch afbreekbaar zijn, dus moeilijk te recyclen.

Thermoplasten worden zacht bij verwarming (VB: polyetheen (pe), polypropeen (pp) en polyvinylchloride (pvc)). De koolstofketens liggen naast elkaar en bij verwarmen gaan de ketens langs elkaar bewegen; worden dus zacht. Thermoharders worden niet zacht als je ze verwarmt. Bij deze kunstogen zijn de lange koolstofketens onderling aan elkaar gekoppeld, ze kunnen niet langs elkaar bewegen en blijven dus hard.

Composieten zijn combinaties van materialen. Nieuwe materialen met andere eigenschappen (VB: polyester -> glasvezels en kunststof, sterk; carbon -> koolstof en kunststof, flexibel en sterk; tyvec -> papier- en kunststofvezels worden gebruikt voor het maken van textiel). In veel kledingstukken zitten composieten van natuur- en kunstvezels.

Natuurvezels (VB: katoen (katoenplant), linnen (vlasplant), wol (schapen), zijde (zijderupsen) en mohair (angorageiten)):

• Neemt makkelijk vocht op;
• Vetvlekken hechten veel moeilijker dan aan kunstvezel.

Kunstvezels:

• Worden in een chemische fabriek van kunstogen gemaakt;
• Sterker dan natuurvezels;
• Nemen niet of zeer slecht vocht op;
• Vetvlekken hechten veel makkelijker dan aan natuurvezel.

Kunststofafval wordt verbrand in verbrandingsovens. Dit is schadelijk voor het milieu en onze gezondheid. Om op de grondstof van aardolie te besparen en het milieu te ontzien, wint men steeds meer kunststof uit afval. Dit noemen we recyclen. Recyclen is lastig omdat:

• Er zoveel soorten kunstogen bestaan die erg op elkaar lijken;
• Kunststoffen vaak toevoegingen bevatten.

Door recyclen komt er minder afval in de verbrandingsovens en minder verbranding zorgt voor minder CO₂-uitstoot.