5 Ontleding en industrie

5.1

Ontleding is heel belangrijk in de scheikunde. Er zijn verschillende soorten reacties, zoals verbrandingsreacties en ontledingsreacties.

Maar in dit hoofdstuk gaat het over ontledingsreacties.

5.2

Een ontledingsreactie is een chemische reactie waarbij uit één beginstof 2 of meer reactieproducten worden gevormd.

Endotherme reactie: reactie waarbij er juist een vorm van energie moet worden toegevoerd.

Exotherme reactie: reactie waarbij er warmte of een andere vorm van energie vrijkomt.

Ammoniumdichromaat (s) à chroomoxide (s) + stikstof (g) + water (l)

Als je vuurverschijnselen ziet bij de ontleding van een stof, dan is de ontleding exotherm. Sommige reacties kunnen spontaan verlopen, deze zijn ook exotherm.

De reacties die spontaan verlopen hebben een reactietemperatuur die onder de temperatuur van de omgeving ligt. Bij endotherme reacties is dit juist andersom.

Verklaring:

• Beginstoffen en reactieproducten hebben in het algemeen een verschillende hoeveelheid chemische energie.

Als de energie aan van de beginstoffen groter is dan van de reactieproducten, dan is het exotherm, en andersom een endotherm.

Tussen het begin en het einde van een reactie is de stof in een overgangstoestand.

Overgangstoestand: in deze toestand heeft de reagerende stof een hogere energie dan in de begin- of de eindtoestand, ook wel de energiedrempel.

De energiedrempel noemen we de activeringsenergie. Hoe hoger de activeringsenergie, des te moeilijker verloopt de reactie.

5.3

Een ontleedbare stof is altijd een verbinding. Als je een verbinding ontleedt, zijn de reactieproducten meestal elementen. Maar soms ontstaan er ook verbindingen. Vb. ontleding van calciumcarbonaat (CaCO3).

Reactievergelijking van de verhitting van calciumcarbonaat:

CaCO3 (s) à CaO (s) + CO2 (g)

Gebluste kalk is een goedkope beginstof die wordt gebruikt in de chemische industrie en in de bouw.

Voor de meeste ontledingsreacties is er energie nodig. Vb. warmte, elektrische stroom en licht.

Verschillende typen ontledingsreacties:

• Thermolyse, warmte als energiebron.
• Elektrolyse, elektrische stroom als energiebron.
• Fotolyse, licht als energiebron

5.4

De ontleding van ijzer uit ijzeroxide is een thermolyse. De reactievergelijking is:

2Fe  O   (s) à 4Fe (s) + 3O   (g)

Zuurstof reageert met koolstof:

2C (s) + O   (g) à 2CO (g)

Je bent bijna overal met scheikunde bezig, in het huis in de keuken. Aanbranden is een vorm van ontleden.

Additieven: stoffen die worden toegevoegd om voedsel beter houdbaar te maken of te zorgen voor een aangenamere geur of smaak.

Gebeurtenissen bij het verwarmen van suiker:

• witte stof gaat smelten
• de kleur veranderd
• en het gaat een beetje bruisen

Er ontstaan nieuwe stoffen met andere eigenschappen, dit is dus een chemische reactie, ook wel een ontledingsreactie want er ontstaan uit één stof 2 of meerdere andere stoffen. Hierbij gebruiken we warmte, dus thermolyse.

5.5

Elektrolyse: stelsel van Hoffman.

Water kun je ontleden met behulp van elektrische energie, elektrolyse. Na de elektrolyse is het waterstof. Wetenschappers zijn er van overtuigd dat we in de toekomst veel waterstof gaan gebruiken, maar dan zijn ook wel problemen:

• waterstof produceren kost energie
• opslag en transport is gevaarlijk

Sommige stoffen kun je goed gebruiken om er iets mee te maken, deze stoffen noemen we materialen. Materialen kun je onderverdelen in 4 groepen:

• metalen
• natuurlijke polymeren, vb. cellulose, zetmeel, rubber, eiwit
• synthetische polymeren, vb. plastics, kunstrubber, pvc
• composieten, vb. gewapend beton, nylon met glasvezels

Polymeren: stoffen die bestaan uit lange ketenvormige moleculen.

Één van onze belangrijkste materialen in onze maatschappij is aluminium. Het heeft een kleine dichtheid en kan niet roesten. Je kan er alles van maken.

Het productieproces van aluminium:

1. winning van zuivering bauxiet
2. winning van aluminium uit aluminiumoxide door middel van elektrolyse
3. verdere verwerking van aluminium

Bauxiet: delfstof met een hoog massapercentage aluminiumoxide.

 Je zou met thermolyse wel aluminium kunnen winnen uit aluminiumoxide, maar dat is niet praktisch, want dan moet je een hele hoge temperatuur gebruiken wat weer veel energie kost. Daarom wordt er elektrolyse gebruikt.

Reactievergelijking voor de elektrolyse van aluminiumoxide:

2Al   O   (l) à 4Al (l) + 3O  (g)

Voor elektrolyse is veel energie nodig. Die energie wordt opgewekt in een energiecentrale.

5.6

Het winnen van grote hoeveelheden waterstof door middel van elektrolyse levert een probleem op. Er is veel elektrische stroom voor nodig en voor de winning van elektrische stroom is veel aardgas nodig.

Water is zo schoon als de manier waarop je het maakt.

Fotolyse: waterstofproductie met behulp van licht.

5.7

Een ontleedbare stof is hetzelfde als een verbinding. Een niet ontleedbare stof heet een element. Sommige elementen zijn metalen en andere niet metalen.

Zwavel, goud, koolstof, stikstof en zuurstof komen in de natuur voor. Maar de meeste elementen komen niet in de natuur voor.

Zand is een verbinding van de atoomsoorten silicium en zuurstof.

• Kiezelsteen is een verbinding van de atoomsoorten calcium , silicium en zuurstof.
• Klei is een verbinding van de atoomsoorten aluminium, silicium en zuurstof.

Metalen

Van de 110 elementen behoren er 70 tot de metalen.

Kenmerken van metalen:

• Alle metalen hebben een glimmend oppervlak
• Alle metalen geleiden warmte en elektrische stroom
• Alle metalen kunnen vervormd worden, vooral als ze heet zijn
• Alle metalen kunnen in gesmolten toestand gemend worden met andere metalen

Edele metalen: metalen die niet worden aangetast door water en lucht. Vb. zilver, platina en goud.

Platina is het meest kostbaarste metaal, omdat het vrij schaars is. En het meest edele metaal is goud, omdat het de grootste duurzaamheid heeft.

Halfedele metalen: vb. koper en kwik, kwik is het enige metaal dat bij kamertemperatuur vloeibaar is.

Onedele metalen: metalen die snel worden aangetast door water en lucht. Vb. ijzer, zink en lood. IJzer roest en lood wordt dof.

Zeer onedele metalen: metalen die zelfs niet in contact mogen komen met vochtige lucht. Vb. natrium en kalium.

Lichte en zware metalen

Je kan ook kijken naar de verschillen in dichtheid in plaats van verschillen in edelheid.

Lichte metalen: metalen met een kleine dichtheid. Vb. natrium, magnesium en aluminium en titaan. Lichte metalen worden vaak gebruikt voor de ruimtevaart en de luchtvaart.

Zware metalen: metalen met een grote dichtheid, we denken dan aan vergif. Vb. cadmium, kwik, thallium en lood.  Zware metalen zorgen voor een groot milieuprobleem.

Legeringen

Legering: een afgekoeld mengsel van samengesmolten metalen.

 Hoe zuiverder een metaal is, des te makkelijker het vervormd kan worden..

Legeringen ontstaan door het mengen van gesmolten metalen. Een legering heeft vaak andere eigenschappen dan de afzonderlijke metalen. Ook het smeltpunt van een legering is anders dan het smeltpunt van afzonderlijke metalen.

Staal wordt roestvrij door het te legeren met nikkel en chroom.

Niet-metalen

 Alle elementen die niet tot de metalen behoren, noemen we niet-metalen, hiervan zijn er ongeveer 20.

De belangrijkste niet-metalen:

-       Halogenen

• Vb. fluor, chloor, broom en jood.

-       Edelgassen

• Vb. helium, neon en argon.
• Edelgassen gaan niet gemakkelijk verbindingen aan andere elementen
• Helium is niet brandbaar en kleine dichtheid. Geschikt als ballonvulling
• Neon wordt toegepast in verlichtingsbuizen
• Argon zit in gloeilampen, om verschuiven van de gloeidraad tegen te gaan

-       Fosfor

• Witte fosfor is licht ontvlambaar, component van brandbommen.
• Rode fosfor is moeilijker tot ontbranding te brengen, wordt toegepast als hulpstof bij het afstrijken van een lucifer.

-       Koolstof

• Vb. grafiet, diamant en roet.
• Grafiet en diamant zijn kristallijne stoffen

-       Zwavel

• Komt voor in vulkanische streken
• Wordt toegepast bij het vulkaniseren van rubber, wordt elastischer

-       Zuurstof en stikstof

• Hoofdcomponenten van het gasmengsel lucht.
• Zuurstof is nodig voor verbrandingsreacties
• Stikstofoxiden zijn slecht voor het milieu omdat ze zure regen kunnen veroorzaken.

-       Waterstof

• Waterstofgas heeft de kleinste dichtheid
• Belangrijke grondstof in de industrie, wordt gebruikt voor het maken van ammoniak, kunstmest en margarine.

H6 aantekeningen

Mac-waarde: maximaal aanvaardbare concentratie waarde.

-       Die in de lucht mag zitten per 8-urige werkdag.

 LD50: lethal dosis 50%

Een geneesmiddel: bevat een werkzame stof.

Placebo en homeopathie zijn geen geneesmiddelen, omdat er geen werkzame stof in zit. Het werkt dus niet, maar het helpt soms wel.

Wat zijn bijwerkingen van een stof? Noem 2 factoren.

-       Een nieuwe klacht na het innemen van de medicijnen.

-       Factoren:            - overgevoeligheid/allergisch

- gewenning/verslaving

è    Tabel 5.26 leren kennen!