Hoofdstuk 3

3.1

Bij de volledige verbranding van een koolwaterstof ontstaan uitsluitend koolstofdioxide en water. Voor een volledige verbranding moet voldoende zuurstof aanwezig zijn. als er te weinig zuurstof is, treedt er een onvolledige verbranding op. Naast water kan er ook het giftige gas koolstofmonoxide of roet (koolstof) ontstaan.

Aardolie bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen, maar bevat ook kleine hoeveelheden andere stoffen, zoals zwavelverbindingen. Bij de verbranding van een aardolieproduct, bijvoorbeeld benzine, ontstaat dan zwaveldioxide.

 

Bij de verbranding in een benzinemotor wordt de benodigde zuurstof uit de lucht gehaald. Daardoor komt ook stikstof in de motor. In de hete motor kunnen stikstof en zuurstof met elkaar reageren, waarbij stikstofoxiden ontstaan. Voorbeelden zijn NO(g), NO2(G) en N2O4 (g).

 

Bij de verbranding van benzine komt veel energie vrij. De verbranding is exotherm. Het tegenovergestelde van exotherm is endotherm. Bij een endotherme reactie is

energie nodig.

 

Alkanen zijn koolwaterstoffen. De alkanen vormen een opklimmende reeks. Deze reeks heet ook wel een homologe reeks. De algemene formule van de homologe reeks van de alkanen is CnH2n+2

 

Formule

Naam

Formule

Naam

CH4

Methaan

C4H10

Butaan

C2H6

Ethaan

C5H12

Pentaan

C3H8

Propaan

C6H14

Hexaan

 

We geven liever de structuurformules weer van deze alkanen: hierin teken je alle atomen in een plat vlak.

In sommige structuurformules zitten alle koolstofatomen in één reeks aan elkaar. Dit heet dan een onvertakte keten. Er zijn echter ook structuurformules waar dit niet lukt. En waar één of meer koolstofatomen in een zijtak zitten. Deze keten is dan vertakt.

Er bestaan twee verschillende stoffen die beide de molecuulformule C4H10, hebben. Ondanks dezelfde molecuulformule hebben deze stoffen verschillende eigenschappen. Het verschil in de moleculen is, dat ze een verschillende structuurformule hebben. Het zijn isomeren.

Bij de systematische naamgeving geef je de lengte van de koolstofketen aan met een stamnaam.

Voorvoegsel

Groep

Voorvoegsel

Groep

Methyl

¾CH3

Chloor

¾Cl

Fluor

¾F

Broom

¾Br

 

 

Jood

¾I

 

Bij de systematische naamgeving ga je als volgt te werk:

• Zoek de langste koolstofketen (hoofdketen) en geef de stamnaam hiervan.      ( zie tabel 1)
• Benoem de zijgroepen ( methyl, broom, chloor etc.) ( zie tabel 2)
• Als er meer dezelfde zijgroepen zijn, gebruik je de numerieke voorvoegsels di, tri of tetra.
• Geef met plaatsnummers aan bij welke koolstofatomen aan de hoofdketen de zijgroepen zitten.

3.2

Het proces waarbij meer fracties met een laag kookpunt heet kraken.

Bij het kraken ontstaan stoffen die uit kleinere moleculen bestaan.

Een alkeen is een koolwaterstof met de algemene formule CnH2n.in de moleculen van alkenen is een dubbele binding aanwezig. Bij de naam gebruik je de uitgang –een.

 

In een destillatietoren wordt aardolie door gefractioneerde destillatie gescheiden in een aantal fracties. Één van die fracties is geschikt om benzine van te maken.

Bij het kraken worden grote moleculen in kleinere omgezet. Hierbij ontstaat een mengsel van alkanen en alkenen.

In een verzadigde koolwaterstof komen alleen enkelvoudige bindingen voor. Een onverzadigde bevat één of meer dubbele bindingen.

Alkenen zijn koolwaterstoffen waarin een dubbele binding aanwezig is.

 

3.3

Additiereactie van hexeen en broom = C5H10 + Br2. Bij een additie verdwijnen zowel het hexeen als het broom en ontstaat er één nieuwe stof. Zo’n reactie heet additiereactie.

Aan een dubbele binding kunnen moleculen adderen, waarbij de dubbele binding verdwijnt.

 

Uit een demonstratieproef bleek dat broom ook met hexaan kon reageren. Dat gebeurde echter alleen onder invloed van licht. Die reactie heet een substitutiereactie. In de moleculen van de koolwaterstof wordt dan een waterstofatoom vervangen door een ander atoom. Bij een substitutiereactie heb je twee beginstoffen en twee reactieproducten. 

Een alkaan kan met F2, Cl2 en Br2 onder invloed van licht een substitutiereactie aangaan. Een waterstofatoom en een halogeen verwisselen dan van plaats.

 

 

 

 

 

 

 

3.4

Alcohol ontstaat bij het gisten van druivensap. In druivensap zit glucose. Bij de juiste behandeling van dit materiaal ontstaat alcohol. Door het vergiste sap te destilleren wordt ethanol gewonnen. Ethanol kan worden gevormd door een chemische reactie

met producten die uit aardolie worden gemaakt.

 

Ethanol behoort tot de alcoholen. Dit zijn stoffen waarvan de moleculen een –OH groep ( hydroxylgroep) bevatten. Als in een molecuul van een alkaan slechts één H atoom door een –OH groep is vervangen, spreken we van een alkanol. De algemene formule van een alkanol is CnH2n+1OH

De naam van een alkanol krijg je door achter de stamnaam het toevoegsel –ol te zetten. Bijvoorbeeld ethanol, propanol en butanol.

Biobrandstoffen maak je uit biomassa. Bijvoorbeeld door vergisting of pyrolyse.

Alcoholen bevatten als karakteristieke groep één of meer –Oh (hydroxyl) groepen.

 

3.5

Planten die groeien halen CO2 (g) uit de atmosfeer en zetten dit met behulp van zonlicht om tot koolhydraten. Na verloop van tijd sterven de planten af en worden veenlagen gevormd. Onder hoge druk en na lange tijd wordt hieruit uiteindelijk steenkool, aardolie en aardgas gevormd. Dit is een proces dat miljoenen jaren duurt. Als we de fossiele brandstoffen vervolgens verbraden ontstaat weer  CO2 (g). We noemen dat de trage koolstofkringloop ( lange koolstofkringloop).

De koolstofkringloop is ingewikkeld en bestaat in feite uit een groot aantal kringlopen. Koolstof wordt niet alleen in planten vastgelegd, maar ook in gesteentes als krijt. Er zijn echter ook snelle koolstofkringlopen ( korte koolstofkringloop). Hier duurt het veel korter voordat de in planten vastgelegde koolstof weer als brandstof beschikbaar is.