Hoofdstuk 2

H2§1

• Water is onmisbaar voor het in stand houden van leven, gezondheid en welvaart.
• Water is de meest voorkomende vloeistof op aarde. Het komt voor op het aardoppervlak, in de grond en in de lucht.
• Samen met zwavel tijdens een vulkaanuitbarsting, is water de enige stof die in 3 fasen voorkomt;
  -Vast (ijs)
  -vloeibaar(water)
  -Gas (waterdamp)
• In totaal is er op aarde ong. 1,4 miljard kubieke kilometer water.
  -Daarvan is slechts 2,5% zoet water
  -Het grootste deel van het zoete water is aan het aardoppervlak permanent bevroren
• De hoeveelheid water verandert niet, ondanks dat het water zich voortduren verplaatst
• Waterkringloop:
  water in oceanen en zeeën → verdamping→ condensatie→ neerslag→ water opgeslagen in ijs en sneeuw*→ grondwaterfiltratie→ grondwaterstroming→ water in oceanen en zeeën
• *water opgeslagen in ijs en sneeuw→ grondwaterfiltratie→ zoetwater opgeslagen in meren en rivieren→ afstroming → (transpiratie→ neerslag)/(water in oceanen en zeeën)
• Per jaar valt er 11300 km³ als regen en sneeuw.  Hiervan is slechts 9000 tot 14000km³ beschikbaar;
  -meer dan de helft stroomt ongebruikt via rivieren terug naar de oceaan
  -een deel  verdampt         
  -1/8 valt op plaatsen waar mensen moeilijk bijkomen
• Hoe meer mensen op aarde, des te minder water er p.p. beschikbaar is.
• Vergeleken met 40 jaar geleden is door de enorme bevolkingsgroei het beschikbare water p.p. 50% minder
• 1/5 deel van de wereldbevolking heeft te weinig schoon water voor hun behoeftes.
• In totaal wordt er 4 keer zoveel water gebruikt als 50 jaar geleden
  -Dit vanwege de bevolkingsgroei en toename van watergebruik p.p.
• 80% van het watergebruik is voor landbouw, industrie en energieproductie
  -Door het inefficiënte werk wordt minder dan de helft nuttig gebruik wordt!
• Als we niets doen, zoals nieuwe waterbesparende technieken ontdekken, zal over 10 jaar 1/3 van de wereld geen toegang tot schoon water hebben.
• Manieren om water in een gebied beter te benutten of vergroten:
  -Zuiniger met water omgaan
  -Dammen aanleggen en reservoirs bouwen om regenwater op te slaan( Hiervoor is veel geld en technische kennis nodig, maar er zijn ook nogal wat milieubezwaren)
  -Oppervlaktewater vanuit andere gebieden halen( kosten van transport zijn erg hoog)
  -Grondwater oppompen( na een tijdje kan bodem uitdrogen→ grondwaterpeil daalt te veel)
  -Zout water veranderen in zoet water d.m.v. chemie (kosten erg hoog en het kost heel veel energie wat vaak koolstofdioxide in de lucht veroorzaakt)
• Omdat de verdeling van de bevolking en de beschikbaarheid van zoet water zeer ongelijk is, ontstaan er soms conflicten tussen mensen, en tussen landen. Als er bijv. een rivier door verschillende landen stroomt, zijn de landen die stroomafwaarts vaak de dupe van vervuiling van de rivier.

H2§2       

• In de vloeibare fase kunnen moleculen vrij bewegen omdat ze geen vaste plaats hebben. De afstand tussen moleculen is groter dan in de vaste fase.
• Eén liter vloeistof bevat minder moleculen dan één liter vaste stof. Eén liter vloeistof heeft dus een kleinere massa. Je kan ook zeggen dat de dichtheid van de vloeistof kleiner is dan die van de vaste.

Bij water en ijs is dat anders;

• De watermoleculen in ijs hebben een grote afstand van elkaar. Daardoor weegt één liter ijs minder dan één liter water. De dichtheid is dus kleiner. Daardoor drijft ijs op water. Dat is goed, want onder ijs kunnen vissen in leven blijven!

Soortelijke warmte:

• Water heeft een grote soortelijke warmte = er is veel warmte nodig om één kg water een graad te verwarmen. Als het water koud wordt, komt deze warmte vrij.
  -Daardoor stijgt in de zomer de temperatuur van het wateroppervlaktewater maar heel langzaam.  En daardoor koelt het in de winter maar heel langzaam af.
• Deze eigenschap van water zorgt ervoor dat er geen grote temperatuurschommelingen voorkomen bij gebieden met veel water, zoals Holland.

Hoog kookpunt:

• Het kookpunt van water is 373K = 100°C. Dat is erg hoog vergeleken met methaan(CH4) die een kookpunt heeft van 112K = -161°C. We vergelijken water met methaan omdat ze hetzelfde aantal moleculen hebben.
• Watermoleculen hebben een kleine positieve elektrische lading aan de ene kant en een kleine negatieve lading aan de andere kant van het molecuul. De positieve kant van het ene watermolecuul zal de negatieve kant van het andere molecuul aantrekken. Bij methaan werken er alleen vanderwaalskrachten tussen de moleculen. De elektrische krachten bij het water zijn veel sterker dan de vanderwaalskrachten.
• Bij koken moeten watermoleculen elkaar loslaten. Bij water is dus meer energie/warmte nodig dan bij methaan.
• Het kookpunt van water is daardoor veel hoger dan dat van methaan.

Groot oplosvermogen:

• Water is goed voor het oplossen van veel verschillende stoffen. Water heeft daarom ook een groot oplosvermogen.
• Omdat bloed voornamelijk uit water bestaat, kunnen in bloed allerlei stoffen oplossen. Deze worden dan naar alle delen van je lichaam vervoerd.
• Op deze manier vindt er transport van brandstof plaats in je spieren. En dat terwijl afvalstoffen naar je nieren worden vervoerd.
• Zonder het goede oplosvermogen van water zouden hogere diersoorten niet kunnen leven.

H2§3

• Wanneer een vaste stof oplost in een oplosmiddel worden de bindingen tussen de moleculen van de stof en die van het oplosmiddel verbroken. Deze moleculen gaan dan nieuwe bindingen met elkaar maken. Hierdoor ontstaan bindingen tussen moleculen van de vaste stof en die van het oplosmiddel
• Naast water zijn wasbenzine en alcohol ook goede oplosmiddelen.
• Oplossing: een mengsel ( van een vloeistof met een vaste stof) dat helder/doorzichtig is.
• Een oplossing kan kleurloos of gekleurd zijn.
• Suspensie: een mengsel (van een vaste stof met een vloeistof) is altijd troebel/ondoorzichtig. Dat komt omdat de stof niet is opgelost. Die zweeft in de vorm van kleinere korreltjes in de vloeistof.
• Een suspensie kan wit zijn, of gekleurd.
• Een oplossing is een mengsel van vloeistoffen en andere stoffen waarvan de moleculen door elkaar zijn gehusseld. Een oplossing is altijd helder of doorzichtig.
• Een suspensie bestaat uit korreltjes van een vaste stof die zweven in een vloeistof. Een suspensie is altijd troebel of ondoorzichtig.
• Oplosbaarheid: is het maximaal aantal grammen van die stof dat je kunt oplossen in een kg van die vloeistof
• Oplosbaarheden zijn afhankelijk van de temperatuur.
• Voor vaste stoffen geldt: hoe hoger de temperatuur, des te groter de oplosbaarheid
• Voor gassen geldt: Hoe lager de temperatuur, des te kleiner de oplosbaarheid.
• De oplosbaarheid van een stof hangt af van de stof, het oplosmiddel en de temperatuur.

H2§4

• Atomen in een molecuul worden bij elkaar gehouden door atoombindingen.
• De atoombinding ontstaat doordat 2 atomen steeds een deel van elkaars elektronen delen.
• Een ‘gewone’ atoombinding is als de gedeelde elektronen zich gemiddeld evenveel bij het ene atoom als bij het andere bevinden.
• Moleculen met alleen ‘gewone’ atoombindingen, worden bij elkaar gehouden door uitsluitend vanderwaalskrachten. De stoffen die uit deze moleculen ontstaan, hebben een betrekkelijk laag kookpunt.
• Een polaire atoomverbinding is als de gedeelde elektronen zich gemiddeld meer bij het ene atoom bevinden dan bij het andere.
• Moleculen met polaire atoombindingen, worden meestal niet bijeengehouden door vanderwaalskrachten. Hierbij spelen ook andere aantrekkingskrachten een rol.
• Veel van deze stoffen hebben hogere kookpunten dan je zou verwachten als je kijkt naar hun molecuulmassa.

             Je zou verwachten dat de kookpunten van stoffen waarvan de molecuulmassa’s gelijk zijn, ook hetzelfde zijn. Dit is echter niet het geval. Waarom niet?

•  Tussen moleculen van stoffen waarin OH-groepen en/of NH-groepen voorkomen, spelen andere aantrekkingskrachten mee. Dat heeft te maken met de polaire atoombinding in deze groepen. Deze aantrekkingskracht veroorzaakt een extra binding tussen de moleculen. Deze binding heet een waterstofbrug.
• Waterstofbruggen worden gevormd tussen het O-atoom en het N-atoom van het ene molecuul en een H-atoom van een ander.
• Alleen H-atomen die zelf aan een N-/ O-atoom gebonden zijn, kunnen een H-brug vormen. H-atomen gebonden aan een C-atoom kunnen geen H-brug vormen. Dat heeft te maken met het type binding tussen een H-atoom en een ander atoom.
• In een OH- of een NH-groep is een polaire atoombinding aanwezig. De bindingselektronen bevinden zich gemiddeld meer bij het O- of bij het N-atoom dan bij het H-atoom. Hierdoor is het O- of N-atoom een beetje negatief geworden en is het H-atoom een beetje positief.
• De moleculen waarin OH- of NH-groepen voorkomen hebben dus een plaats die een beetje positief en een plaats die een beetje negatief is.
• Tussen de positieve plaats van het ene molecuul en de negatieve plaats van het andere ontstaat een extra binding: de waterstofbrug.
• Tussen C- en H-atomen is een ‘gewone’ atoombinding aanwezig. De bindingselektronen zijn gemiddeld evenveel bij de C- als bij de H-atomen.
• Het H-atoom heeft geen positieve lading gekregen en kan geen waterstofbrug vormen met een ander molecuul.
• Oppervlaktespanning: Watermoleculen zijn stevig aan elkaar gebonden d.m.v. waterstofbruggen met als resultaat dat het wateroppervlak bijna een ‘vliesje’ van water heeft.
• Stoffen met OH- of NH-groepen in hun moleculen lossen op in water. Deze moleculen vormen waterstofbruggen met watermoleculen. Stoffen die oplossen in water, noemen we hydrofiel( houdt niet van water). Stoffen die niet oplossen in water noemen we hydrofoob( bang voor water).
• Hydrofiele stoffen mengen onderling goed
• Hydrofobe stoffen mengen onderling goed.
• Hydrofiele stoffen mengen slecht met hydrofobe stoffen.

H2§5

• Ontzilting/desalinatie: drinkwater maken
• Zoet water wordt gemaakt m.b.v. ontziltingsinstallatie, wat op 2 manieren kan;
  destillatie of membraanfiltratie.
• Destillatie: zeewater wordt verwarmd, daarbij verdampt het water. Zout blijft achter. Laat waterdamp condenseren tot zoetwater. Verdampen gevolgd door condenseren = destillatie. Het energiegebruik is erg hoog, zelfs als de gebruikte energie zoveel mogelijk wordt teruggewonnen.
• Destillatie kun je gebruiken voor het scheiden van mengsels van vloeistoffen en mengsels van vloeistoffen en onopgeloste stoffen. Deze scheidingsmethode berust op verschillen in kookpunt van de componenten van een mengsel.
• Omdat de dampt wordt opgevangen en afgekoeld condenseert de damp, waarna je de vloeistof kan opvangen. De opgevangen vloeistof heet het destillaat.
• Residu; Het deel van een mengsel dat niet verdampt is.
• Je kan ook meer dan 2 verschillende stoffen mengen. Tijdens het destilleren van de laagst kokende stof blijf de temperatuur constant. Als deze verdwenen is, gaat de temperatuur naar het kookpunt van de volgende component.  Dit gebeurt echter alleen als de verschillende vloeistoffen kookpunten hebben die ver uit elkaar liggen.
• Als dit niet zo is, komt er geen zuivere stof uit de koeler maar een mengsel. Ook loopt de temp voortdurend op; er wordt dan een kooktraject i.p.v. een kookpunt gemeten.
• Absorberen is een scheidingsmethode waarmee je opgeloste geur-, kleur- en smaakstoffen uit water kunt halen.
• Als absorptiemiddel gebruik je koolstof, ook wel Norit genoemd.
• In filtreerpapier zitten gaatjes waar wel water doorheen kan, aar niet grotere stoffen, zoals zand en krijt. Als je een vlies maakt met gaatjes erin die nog veel kleiner zijn, noem je het vlies een membraam. Die gaatjes zijn zo klein, dat alleen watermoleculen er doorheen kunnen. Deze heel snel ontwikkelende scheidingstechniek heeft een groot voordeel vanwege het lage energieverbruik.
• Als het membraam tussen zeewater en zoet water is, willen de watermoleculen van het zoete water door het membraam naar het zoute water. En omgekeerd hetzelfde. Er gaan alleen minder moleculen terug naar het zoete water dan naar het zoute water. Als er per sec evenveel van zoet naar zout en van zout naar zoet water gaan, heet de situatie de evenwichtstoestand.
• Als er evenwicht is, zet je hoge druk aan de kant van het zeewater. Dan dwing je de moleculen van het zoute water te verhuizen naar het zoete water. Zo komt er steeds meer zoet water en wordt het zoute water steeds zouter.

H2§6

• Cosmetica zijn mengsels van water en olie. Afhankelijk van het product worden er andere stoffen aan toegevoegd. Voor cosmetica is een probleem dat water en olie slecht mengen. Dat wordt opgelost door een hulpstof toe te voegen.
• Een emulsie is een mengsel van 2 vloeistoffen, die eigenlijk niet goed mengbaar zijn. Een emulsie kan wit of gekleurd zijn. En een emulsie is altijd troebel.
• Een emulsie is altijd troebel omdat kleine druppeltjes van de ene vloeistof zweven in de andere vloeistof.
• Een emulsie zal zich vrij snel weer ontmengen. Door het verschil in dichtheid zie je dan 2 vloeistoffen boven elkaar. Dat heet het tweelagensysteem.
• Je kan ervoor zorgen dat een emulsie niet mengt. Hiervoor heb je een hulpstof nodig. Een hulpstof die een emulsie in stand kan houden, heet een emulgator.
• Een emulgatormolecuul heeft een vrij lange ‘staart’, die bestaat uit C- en H-atomen, en een kleine ‘kop’, gevuld met O-atomen. Hierdoor ontstaat een molecuul waarvan de kop hydrofiel is en de staart hydrofoob is.
• Kleine oliedruppeltjes worden omgeven door emulgatormoleculen. De staarten van de emulgatormoleculen steken in de oliedruppeltjes. De koppen bevinden zich allemaal in het water. De oliedruppeltjes zijn nu verstopt in bolletjes die blijven zweven in water. Je spreekt dan van een olie-in-water-emulsie. Dat wil zeggen dat het mengsel veel water en weinig olie bevat. Zo zorgt een emulgator ervoor dat een emulsie niet ontmengt.
• In het dagelijkse leven kom je veel emulsies tegen. Op verpakkingen van veel cosmetica zie je emulgatoren staan. Ook in levensmiddelen zie je op etiketten vaak emulgatoren staan, zoals bij melk, mayonaise en sauzen.
• Een emulsie bestaat  uit kleine druppels van een vloeistof die zweven in een andere vloeistof. Een emulsie is altijd troebel
• Een emulgator zorgt ervoor dat een emulsie niet ontmengt.
• Zuurgraad of pH: pH is een getal tussen de 0 en de 14 (hoe dichter bij de nul des te agressiever)
• Tussen de 0 en de 7 is het zuur en tussen de 7 en de 14 is het basisch. (hoe dichter bij de 14 des te agressiever)
• 7 is het neutrale punt, bijvoorbeeld water.
  PH kun je meten met een universeel indicatorpapiertje.
• Zure reinigingsmiddelen zijn er om kalk te verwijderen (azijn, zoutzuur)
• Basische reinigingsmiddelen zijn er om vettig vuil te verwijderen (allesreiniger, schuurmiddel)
• Basische reinigingsmiddelen bestaan uit zeepmoleculen.
• Een zure oplossing is een mengsel van water en een stof die we een zuur noemen.
• Hoe zuurder een oplossing, des te lager is de pH. Als een oplossing zuurder is, is deze ook agressiever. Je moet er dan ook voorzichtiger mee om gaan.
• Een basische oplossing is een mengsel van water en een stof die we een base noemen.  Basische oplossingen hebben een pH die tussen 7 en 14 ligt.
• Hoe basischer een oplossing, des te lager de pH. Als een oplossing basischer is, is deze ook agressiever. Ook hiermee moet je voorzichtig omgaan. Je zou een base kunnen zien als een ‘antizuur’.
• Als een oplossing geen zuur of base bevat, noem je zo’n oplossing neutraal. Neutrale oplossingen hebben een pH die 7 is.
• Voor zure oplossingen geld: pH < 7
  Voor neutrale oplossingen geldt pH = 7
  Voor basische oplossingen geldt: pH > 7
• Je kunt de pH van een oplossing meten met een strookje universeel indicatorpapier. Zo’n strookje doop je in de oplossing en dan neemt het een bepaalde kleur aan. Die kleur vergelijk je met de kleuren die op het indicatorpapierdoosje staan. Je leest het getal af dat bij de kleur staat die het strookje heeft aangenomen. Dat is de pH van de oplossing.