Hoofdstuk 6.1 t/m 6.4

Op aarde kun je geen pure Ijzer (Fe) vinden. Alleen de metalen goud, platina, en zilver zijn als zuivere stof in de natuur te vinden. Natrium, Kalium reageren heftig op water, zelfs bij kamertemperatuur ontstaan er vuurverschijnselen. Daarom worden deze stoffen onder olie bewaard. Voor de rest komen de meeste metalen alleen in verbindingen met andere elementen voor, bijvoorbeeld ijzeroxide, en kopersulfide. Ze mengen dus vaak met Zwavel of zuurstof.

De bereiding van ijzer.

IJzer kun je maken uit ijzerverbindingen die in de bodem zitten —> IJzerertsen. Je spreekt hier pas van als er zo veel van een metaalverbinding in zit, dat het rendabel is om het metaal eruit te halen.

1. IJzererts wordt dmv een chemische reactie omgezet in IJzeroxide.
2. vanuit IJzeroxide wordt ijzer gemaakt door het in hoogovens te plaatsen, een hoogoven wordt afwisselend gevuld met lagen ijzeroxide en steenkool (cokes). Van onderuit de oven wordt hete lucht geblazen, de steenkool verbrandt onvolledig, en nu ontstaat er koolstofmono-oxide en heel veer warmte.

cokes + zuurstof —> koolstofmono-oxide

De koolstofmono-oxide reageert nu weer met het ijzeroxide, hierbij ontstaan ijzer en koolstofdioxide.

ijzeroxide + koolstofmono-oxide —> ijzer + koolstofdioxide.

Door de hoge temperatuur is het ijzer vloeibaar en zakt het naar beneden. Als er voldoende ijzer is gevormd, wordt het onder in de hoogoven afgetapt. Als het vloeibare ijzer naar beneden zakt, neemt het koolstof op. —> het gevormde ijzer is onzuiver en wordt daarom ruwijzer genoemd.

Ruwijzer bevat ongeveer 5% koolstof. Om dit percentage te verlagen, wordt er zuurstof door de afgetapte, gesmolten ijzermassa te blazen. Nu reageert de koolstof met het zuurstof —> koolstofdioxide. en er ontstaat nu staal.

koolstof + zuurstof —> koolstofdioxide

Hoe minder koolstof in het staal, hoe zachter (beter vervormbaar) het staal is. Zachte metalen worden bijvoorbeeld voor spijkers en staaldraad gebruikt, en bevatten minder dan 0,2% C. Staalsoorten met 0,6 tot 1,5% C zijn harder en worden bijvoorbeeld voor gereedschap gebruikt. Je kunt ook andere elementen aan staal toevoegen, voor bijvoorbeeld roestvrij staal.

Samenvatting Scheikunde H6 §2

Het meest gebruikte metaal is ijzer, sterk, goedkoop & makkelijk te bewerken. Een groot nadeel is echter dat het in een vochtige lucht snel aangetast kan worden: het roest. Deze aantasting noem je corrosie. Roesten is de corrosie van ijzer.

ijzer + lucht + water —> roest.

Roest vormt een korstje op het ijzeroppervlak, dit korstje laat water en lucht door. Zo wordt het ijzer onder de roest nog verder aangetast. IJzer roest dan ook na verloop van tijd helemaal door.

Metalen die door stoffen in de lucht worden aangetast: onedele metalen. Een aantal onedele metalen, kunnen weer en wind voor lange tijd aan zonder aangetast te worden. Bij deze metalen, wordt alleen een dun laagje aangetast. Daarna stopt de corrosie doordat het laagje niet poreus is, en het onderliggende metaal daardoor goed afschermt.

Bescherming tegen corrosie.

IJzer kun je beschermen tegen roestvorming door er een laagje van een andere stof op aan te brengen. Daardoor wordt het ijzeroppervlak niet meer blootgesteld aan de lucht. Zo’n beschermlaag kan echt van alles zijn.. Op conservenblikjes, die gemaakt zijn van heel dun ijzer komt een laagje tin. Daarop ontstaat een dun laagje roest dat het onderliggende ijzer beschermt.

De metalen platina, zilver & goud worden niet aangetast door stoffen in de lucht: Edelmetalen. Die komen als niet-ontleedbare stoffen  in de aardkost voor. Alle andere metalen moeten worden ontleed uit ontleedbare stoffen in de bodem. Grondsoorten en gesteenten die rijk zijn aan metaalverbindingen: metaalertsen. —> ijzererts, kopererts, bauxiet.

Legeringen.

Door metalen te smelten kun je ze makkelijk mengen —> legeringen. (alliage) Zuiver ijzer wordt vrijwel nooit gebruikt, maar eigenlijk altijd wel gemengd met koolstof en andere metalen. Met chroom & koolstof erbij heb je roestvast ijzer.

Koper is goed voor elektrische bedrading.

Koper & Messing zijn goede voor blaasinstrumenten.

Brons is een legering van koper en tin.

Soldeer is een legering van lood en tin.

Legeringen van kwik —> amalgamen. Zilver & kwik —> zilveramalgaam.

luminium

Aluminium is een licht metaal, met een glanzend oppervlak en reflecteert warmte daardoor goed. Aluminium word ook vaak voor verpakkingen gebruikt, zuiver aluminium wordt toegepast voor hoogspanningsleidingen.

aluminium maken

Bauxiet is een erts dat ongeveer voor 50% aluminiumoxide, Al2O3 bevat. Voor het verkrijgen van aluminium wordt het aluminiumoxide van het bauxiet gescheiden. Uit aluminiumoxide wordt aluminium gescheiden dmv elektrolyse. In Nederland gebeurt dit in Vlissingen en Delfzijl.

Beging 19e eeuw lukte het men om een beetje aluminium te bereiden. Ze zagen het spul wel zitten, maar het werd helaas toch geen succes. Het was namelijk heel duur om het te bereiden, het was zelfs duurder dan goud. Alleen koningen en keizers hadden aluminium voor sieraden en bestek bijvoorbeeld.

De winning van bauxiet gaat vaak ten kosten van het regenwoud. Landen als Jamaica en Guinee, kappen heel hun regenwouden voor Bauxiet, zonder die regenwouden zou het inkomen heel erg veel minder zijn, en daarom doen ze het waarschijnlijk.

Hall-Héroult-proces

in 1886 ontdekten zowel de Amerikaanse Hall als de Franse Héroult dat aluminium door elektrolyse uit aluminiumverbindingen kon worden verkregen. Door deze techniek werd aluminium veel goedkoper, en daarmee betaalbaar.

Bij deze techniek wordt een elektrische stroom van 150 000 tot 300 000 ampère en een spanning van 4 tot 4,5 volt toegepast. Bij deze elektrolyse ontleedt aluminiumoxide in aluminium en zuurstof.

aluminiumoxide —> aluminium + zuurfstof

Koper

Koper is een zacht metaal, goed buigbaar en geleidt stroom heel goed. Koper komt in de natuur voor in verbindingen bij koperertsen. Ze bavetten 0,5 tot 2 massa% koper. In ongeveer 80% wordt koper gemaakt door de bereiding van koper uit kopererts, de andere 20% is afvalkoper dat opnieuw gebruikt wordt.

De bereiding van koper

1. het kopererts wordt fijngemalen.
2. De koperverbindingen worden gescheiden van de rest van het kopererts
3. de koperverbindingen worden gedeeltelijk verbrandt. Hier wordt zoveel lucht toegevoerd dat het aanwezige ijzer in ijzeroxide omgezet wordt. Ook verbrand er een gedeelte van de zwavel.

chalcopyriet + zuurstof —> kopersulfide + ijzeroxide + zwaveldioxide

4)  Het gevormde mengsel wordt gemengd met kalksteen en zand en verhit tot 1600 graden C. —>              het ijzeroxide reageer tot een stof, slak genoemd. die kan worden afgescheiden.

5)  het overgebleven kopersulfide wordt in een oven gebracht en verhit.

6)  Er wordt lucht over het hete kopersulfide geleid, hierbij ontstaan koper en zwaveldioxide.

kopersulfide + zuurstof —> koper + zwaveldioxide

et koper is nog niet geheel zuiver, en neergaat nog verdere zuiveringen.

Scheikunde samenvatting H6 §4

behoud van elementen

Koper is een niet-ontleedbare stof. Koper reageert met zuurstof, waarbij de zwarte vaste stof koperoxide ontstaat.

koper + zuurstof —> koperoxide

koperoxide is een ontleedbare stof, de stof reageert met waterstofgas, hierbij ontstaan de stoffen watr en koper.

koperoxide + waterstof —> koper + water

Bij de 1e reactie verdwijnt koper, en ontstaat koperoxide, bij de 2e reactie wordt de koper teruggevormd, in koperoxide. De stof koper kan bij een reactie wel veranderen, maar blijft het element koper behouden.

ook de elementen zuurstof en water blijven behouden. de niet-ontleedbare stof zuurstof verdwijnt net als de stof koper, het verdwijnt alleen niet écht. Het is nog steeds aanwezig alleen in een verbinding.

Dit geld niet alleen bij dit voorbeeld, maar in het algemeen:

bij een chemische reactie blijven de elementen behouden.

Metaalvoorraden

jaarlijk wordt rond de 25 miljard Kg aluminium gemaakt. Daarvoor is 4 keer zoveel bauxiet nodig, oftewel 100 miljard Kg                    Metaalertsen zijn niet-vernieuwbare grondstoffen. De natuur kan deze stoffen namelijk niet opnieuw maken. Wat we aan erts weghalen, is dus voorgoed weg. Daarom moet recycling steeds meer worden toegepast.

Metalen hergebruiken

Bij de metaalprocessen ontstaan gevaarlijke, milieuonvriendelijke stoffen en grote hoeveelheden afval, en zijn er enorme hoeveelheden energie voor nodig, en dat betekent ook veel uitstoting van CO2. Met recyclen besparen we op grondstoffen en op energie. IJzer- en staalafval kan opnieuw door de hoogovens gebruikt worden. Het hergebruikte staal kan vervolgens echt weer overal terecht komen! Tin wordt ook gewonnen op ene milieuonvriendelijke manier.

Zware metalen

Vooral zware metalen zijn heel schadelijk voor het milieu. Zware metalen zijn metalen met een hoge dichtheid: Kwik (Hg), lood (PB) en cadmium (Cd).

Met name de dampen en de verbindingen van deze metalen zijn zeer schadelijk voor de gezondheid. Kwik is een giftig metaal, als dit lekt moet het meteen worden opgeruimd. Al bij lage concentraties levert het gevaar op.

MAC-waarde kwik: 0,05 mg per M3 lucht.

Kwik en lood tasten de hersenen en het centrale zenuwstelsel aan. Cadmium is vooral schadelijk voor de nieren en lever. Omdat deze stoffen zo schadelijk is worden deze stoffen nog zo min mogelijk gebruikt.

Klein chemisch afval

Afgedankte producten die schadelijke stoffen zoals zware metalen bevatten, behoren tot klein chemisch afval —> kca-afval. dit afval wordt gescheiden ingezameld en is te herkennen aan het logo van een afvalbak met een kruis erdoor heen.