Hoofdstuk 4, Nieuwe Scheikunde

Scheikunde hoofdstuk 4

§1; Aardgas;
Aardgas uit de gaskraan is een mengsel van voornamelijk uit methaangas (80 volume%) en stikstofgas.
- methaan is het brandbare bestanddeel van dit mengsel
- beide gassen zijn kleur en reukloos
- er word daarom een reukstof aan toegevoegd.
-
Het verbranden van aardgas
Methaan (CH4) is een ontleedbare stof. Als methaan verbrand, ontstaan:
- koolstofdioxidegas CO2 (g)
- waterdamp, H2O (g)
- veel warmte.


De chemische energie die in aardgas zit komt vrij bij verbranding in de vorm van warmte. Het reactieschema:
Methaangas+zuurstofgas→ koolstofdioxidegas+waterdamp (+ warmte)

De kloppende reactievergelijking:
CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)

Aantonen van verbrandingsproducten
Een reagens is een stof waarmee je de aanwezigheid van een andere stof kunt aantonen. Je voert een herkenningsreactie uit.
Met kopersulfaat kun je water aantonen, omdat kopersulfaat alleen met water veranderd van kleur, is het een heel geschikte reagens voor het aantonen van water.
Kalkwater is een reagens voor koolstofdioxide, het kalkwater word dan troebel.
Zwavel kun je aantonen met als reagens jood, de jood word dan kleurloos

Volledige verbranding/ onvolledige verbranding.
Om een liter water aan de kook te brengen, moet je ongeveer 15 liter aardgas verbranden. Daarvoor heb je ongeveer 120 liter lucht nodig. De volumeverhouding is belangrijk, want als er te weinig zuurstof in de lucht aanwezig is kan methaan op deze manier niet met zuurstof reageren. Je spreekt dan van een onvolledige verbranding.
Aan de kleur van de vlam kun je zien of methaan volledig of onvolledig verbrand. Als de vlam geel is, treed er een onvolledige verbranding op.


§2; steekool en aardolie;
Vóór de tweede wereldoorlog was steenkool de belangrijkste brandstof voor huishoudens, industrie en vervoer. Steenkool is een ingewikkeld mengsel met waterstof, stikstof, zwavel en zuurstof atomen.

Steenkoolverbranding en milieu.
Bij de verbranding van steenkool komen flinke hoeveelheden schadelijke gassen vrij, ook als de verbranding volledig verloopt. Om vervuiling tegen te gaan, is de steenkool voor de verbranding te zuiveren. Dat gebeurd in cokesfabrieken. De steenkool wordt, in afwezigheid van lucht, heel hoog verhit. Daardoor ontwijken allerlei stoffen uit de kool. Wat achterblijft heet cokes: een vaste stof ongeveer 90% massa koolstof.
Cokes word in hoogovens gebruikt bij de bereiding van ijzer. Naast cokes levert de cokesfabriek nog meer producten:
- gas dat als brandstof kan dienen;
- teer waarmee bijv. asfalt voor de wegenbouw gemaakt kan worden;
- ammoniak en zwavelzuur voor de chemische industrie.

aardolie
uit aardolie worden verschillende brandstoffen gemaakt, zoals benzine, diesel en kerosine voor vliegtuigen. Dat gebeurd in de aardolieraffinaderij. Ook levert aardolie veel grondstoffen waaruit de chemische industrie producten maakt als plastics, kleurstoffen, geneesmiddelen enz.
aardolie is een mengsel van heel wat stoffen. De meest voorkomende stoffen zijn koolwaterstoffen. Dat zijn stoffen die uit koolstof en waterstof bestaan. Verder komen in aardolie ook nog de elementen zwavel, zuurstof en stikstof voor.

Zwaveldioxide
Als aardolie niet voldoende word gezuiverd ontstaat bij de verbranding behalve water en koolstofdioxide ook nog het schadelijke zwaveldioxidegas. Dit is een kleurloos giftig gas. Het heeft een scherpe geur wat prikkelt in je ademhaling. Je kunt de vorming van zwaveldioxide aantonen met een reagens. Als je jood en water oplost en dan zwaveldioxide doorheen leid dan word de oplossing kleurloos.

Zwaveldioxide veroorzaakt zure regen.

Stikstofdioxiden
In de uitlaatgassen van een auto komen, behalve waterdamp en koolstofdioxidegas, stoffen voor die ontstaan zijn doordat de benzine niet volledig kon verbranden. Een van die stoffen is koolstofmono-oxide. Bovendien ontstaan in de motor uit zuurstofgas en stikstofgas stikstofoxiden. Deze stikstofoxiden vormen salpeterzuur als ze in de lucht komen. Het salpeterzuur komt opgelost in water ook als regen naar beneden. Tegenwoordig worden de auto’s iets aangepast zodat er minder van die gassen in de lucht komen maar het blijven nog steeds een belangrijke bron voor de luchtverontreiniging.

§3; verbranden
samenstelling van lucht
lucht is een mengsel van voornamelijk stikstofgas (78% volume) en zuurstofgas (21% volume). Daarnaast komen er ook nog kleine hoeveelheden van andere gassen in voor zoals waterdamp, argon en koolstofdioxide.

luchtverontreiniging
door de aanwezigheid van verbrandingsgassen in de lucht zoals SO2 en NOx en koolwaterstoffen, kan smogvorming optreden. Smog is een engelse samenvoeging van smoke en fog. Rook en mist betekend dit. Astma patienten kunnen in een stad daarom bijvoorbeeld last krijgen van hun luchtwegen.

Fossiele brandstoffen en het broeikaseffect
Door de steeds meer aanwezige CO2 in de lucht, wordt het broeikaseffect versterkt. CO2 zorgt er namelijk voor dat de warmtestraling van de aarde niet zo goed meer weg kan. Het vormt als het ware een soort van ‘deken’ rond de aarde. Dit verschijnsel noemen we het versterkte broeikaseffect.
Je kunt dit tegengaan door minder fossiele brandstoffen te verbranden. Dus minder aardgas, olie en steenkool verstoken.

Snelle verbrandingen (vuur)
Bij verbrandingen neem je vuur, rook, hitte en as waar. Een dergelijke verbranding heet een snelle verbranding. De voorwaarden voor een snelle verbranding:

- genoeg zuurstof aanwezig
- een brandstof nodig
- temperatuur boven de ontbrandingstemperatuur.
Elke stof heeft zijn eigen ontbrandingstemperatuur.

Branden en blussen
Om een brand te blussen moet je minimaal een van de bovenstaande 3 dingen wegnemen:
- de brandstof weghalen
- de aanvoer van lucht onmogelijk maken.
- De brandende materialen afkoelen tot onder de ontbrandingstemperatuur.
Bij branden blussen worden verschillende blusmanieren gebruikt. Met schuim maak je de aanvoer van lucht onmogelijk. Met water haal je de brandende materialen onder de ontbrandingstemperatuur.

§4; langzame verbrandingen
fotosynthese
planten maken uit koolstofdioxidegas en water zuurstof en glucose. Voor deze omzetting is veel energie nodig. Deze energie halen planten uit zonlicht.
(zonne-energie+) koolstofdioxide+water→ glucose + zuurstof.


6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
De glucose in de planten eten de mensen op om er vervolgens van te kunnen groeien en leven en te bewegen. Ook ademen mensen om vervolgens weer koolstofdioxide uit te ademen.
Glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water (+energie)

C6H12O6+ 6O2→6CO2 + 6H2O
Doordeze voortdurende omzetting is leven op aarde nodig. Ze noemen dit het fotosyntheseproces.

Langzame verbrandingen
In je lichaam vind een langzame verbranding plaats. Hier is geen vuur bij aanwezig.

Koolstof(dioxide) kringloop

biobrandstoffen
auto’s kunnen i.p.v. benzine ook plantaardige oliën of alcohol als brandstof gebruiken. Deze brandstoffen worden biobrandstoffen genoemd. Ook bij de verbranding van biobrandstoffen komt CO2 vrij. Maar deze CO2 is al in de lucht opgenomen met de opgroei van planten dus er komt geen extra CO2 erbij.