Koolstofverbindingen

Naam formule
Methaan CH4
Ethaan C2H6
Propaan C3H8
Butaan C4H10
Pentaan C5H12
Hexaan C6H14
Heptaan C7H16
Octaan C8H18
Nonaan C9H20
Decaan C10H22

Alkanen zijn verzadigde koolwaterstoffen. Daarmee wordt bedoeld dat ieder C-atoom gebonden is aan 4 andere atomen.

Algemene formule
Alkanen = CnH2n+2
Cycloalkanen = CnH2n
Alkenen = CnH2n (dubbele binding, plaats aangeven in naam)
Alkadiënen = CnH2n (meerdere dubbele bindingen)
Alkynen = CnH2n-2 (driedubbele binding)

Aromaten = geen algemene formule
Vertakkingen/alkylgroepen = CnH2n+1

Alkeen alkadiënen alkyn cycloalkaan aromaat alkysgroep

Benoemen van de alkanen.
1)zoek de langste keten van C-atomen, je mag ook het “hoekje om” en als er dubbele bindingen zijn moeten die in de hoofdketen. Deze keten is dan de hoofdketen.
2)De naam wordt nu de naam van het onvertakte alkaan. Als er 6 C-atomen zijn in de hoofdkenten, dan krijgt het de stamnaam hexaan.
3)Elke vertakking wordt voor de naam van de hoofdketen vermeld, ervoor staat het cijfer van het C-atoom waar het aan vast zit.
4)Komt eenzelfde vertakking meerdere malen voor, dan gebruik je de griekse voorvoegsels: di (2x) tri (3x) tetra (4x) penta (5x) hexa (6x)
5)Op volgorde van het alfabet vermeld.
6)De getallen moeten zo laag mogelijk zijn, 2,2,4 gaat voor 3,5,5.

Onvertakte alkanen hebben hoger kookpunt dan vertakte alkanen.
Dat komt doordat de vanderwaalsbindingen in een bolvorm minder sterk zijn.

Als je kijkt naar vertakte en onvertakte koolwaterstoffen, dan kijk je naar het koolstofskelet. Het is onvertakt als elke C-atoom gebonden is aan een of twee andere C-atomen. Is een koolstofatoom verbonden met 1 koolstofatoom, dan is er een primair, met 2 koolstofatomen noem je het secundair, met 3 tertiair en met 4 quaternair.
Verzadigde koolwaterstoffen= stof bevat minstens 1 dubbele/driedubbele binding.

Onverzadigde koolwaterstoffen= bevat geen dubbele binding.
Cyclische koolwaterstoffen= als er een ring in voorkomt. (acyclisch is dan zonder ring)
Aromatische koolwaterstoffen= bevat een benzeenring met formule C6H6. De dubbele verbindingen verplaatsen continu. (benzine, die ruikt ook) alle koolwaterstoffen die geen benzeenring hebben zijn alifatische koolwaterstoffen.

Naamgeving!
Als er meerdere ringen in een stof voorkomen dan krijg je dicycloalkanen enz.
De ring bepaalt de stamnaam. Je krijgt het voorvoegsel cyclo-
Bij alkenen krijg je het achtervoegsel –een. Er is dan EEN dubbele binding.
Als er TWEE dubbele bindingen zijn dan krijg je het achtervoegsel –dieen. (alkadiënen)
Bij een drie dubbele binding krijg je het achtervoegsel –trieen (alkynen)
Als er een benzeenring een vertakking is dan noem je het fenyl.

Karakteristieke groep is een onderdeel van een molecuul dat niet voorkomt in moleculen van koolwaterstoffen. Dus: minimaal 1 atoom moet anders zijn (dus geen C of H)
Elk atoom dat waterstof kan vervangen noem je een substituent.

Voor het benoemen van deze groep zijn er speciale regels:

*Je mag de uitgang –carbonzuur (COOH) alleen gebruiken als het niet opgenomen kan worden in de hoofdketen.
* komen er meerdere karakteristieke groepen voor, dan wordt er een de hoofdgroep en krijgt dan ook de laagste plaatsnummer en bepaalt het achtervoegsel/voorvoegsel.
Ligt er wel aan hoe hoog de groep staat in tabel 66D. Zo is een COOH-groep het belangrijkste.
*als je het tekent moet je de karakteristieke groepen voluit worden getekend.
*een systematische naam mag meerdere voorvoegsels bevatten, maar slechts een achtervoegsel.
*als er maar een mogelijke plaats is voor een vertakking, dan mag de plaatsnummer weglaten.

Formule Achtervoegsel Voorvoegsel
van groep
-COOH -zuur / -carbonzuur Nooit als voorvoegsel
-OH -ol Hydroxy-
-NH2 -amine Amino-
-F Fluor- bij meerder di/tri ervoor
-CL Cloor-
-Br Broom-
-I Jood-

Fossiele brandstoffen. (hieronder vallen steenkool, aardolie en aardgas)
Samenstelling aardolie:
Meeste stoffen zijn koolwaterstoffen, alkanen, cycloalkanen en aromaten.
Samenstelling Groningse aardgas: methaan, stikstof, ethaan en zeer weining propaan, butaan en pentaan.

De verbrandingswarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij verbranding van 1 m3 bij gas is dat bij 293 K en 105 Pa. Zie tabel 28A en 56. Ech= rv x V


Aardgas wordt bijv. gebruikt als grondstof. Bij het proces stroomreforming wordt er de volgende reactie uitgevoerd: CH4(g) + H2O (g)  CO (g) + 3H2 (g)
Het waterstof dat hierbij ontstaat is een synthesegas. Men verwijdert daarna de CO uit het synthesegas en ze laten het dan reageren met NH3. Daarmee wordt kunstmest verkregen.

Milieuproblemen.
Door SO2 kan er zure regen ontstaan, want in de atmosfeer ontstaat er uit dit zwavelzuur.
Dat kennen we ook wel als zure regen. Gevolg: verzuring regenwater, visstand loopt terug, bossen sterven en gebouwen worden aangetast.
Maatregel: rookgasontzwavelingsinstallaties.

Tijdens verbranding worden er hoge temperaturen bereikt, daardoor kan er stikstofdioxiden ontstaan. Als dit reageert met zuurstof ontstaat er stikstofmon-oxide (beide gassen worden met NOx aangeduid) Stikstofdioxide reageert in de atmosfeer tot salpeterzuur dat ook verzuring veroorzaakt.

CO is een giftig gas dat je niet ruikt of ziet. Het ontstaat bij onvolledig verbranding.
Ook wordt door auto’s roetdeeltjes uitgestoten, die zijn ook schadelijk voor de gezondheid. (om dit tegen te gaan zijn er roetfilters)

Door een grote uitstoot van CO2 is dit gehalte enorm toegenomen.
Daardoor treedt er een versterkt broeikas effect op.

Alternatieve brandstof.
Biomassa is materiaal afkomstig van bomen en planten.
Manieren om hieruit bruikbare energie te halen: vergisten, verbranden, pyrolyse en vergassen.

Vergisten= met micro-organismen de biomassa omzetten in biogas. (methaan)
Verbranden= biomasse wordt met een overmaat aan zuurstof verbrand, de warmte die hierbij ontstaat wordt gebruikt om stoom te vormen. Deze stoom drijft turbines aan waarmee vervolgens via een dynamo elektriciteit kan worden opgewekt.
Pyrolyse= verhitten van biomassa zonder gebruik te maken van zuurstof. (in afgesloten ruimte) Daardoor vindt er thermolyse plaats.
Vergassen= biomassa laten reageren met een ondermaat aan zuurstof. Hierdoor ontstaan CO en H2. De ontstane stoffen kunnen reageren tot methanol (CH3OH) voor een speciale motor.

Petrochemische industrie.
Aardolie bestaat uit duizenden verschillende stoffen en is niet bruikbaar.
Daarom wordt hij d.m.v. gefractioneerde destillatie gescheiden in fracties.
Gefractioneerde destillatie: het verschil tussen de kookpunten kleiner zijn, dan zijn de verschillen in vluchtigheid ook minder groot.
De stof met het laagste kookpunt zal hoger stijgen en dan condenseren in de koeler dan een stof met een hoger kookpunt dat lager in de fractioneerkolom condenseert en in de koeler terecht komt.

Men past de gefractioneerde destillatie toe als de kookpunten van de componenten te dicht bij elkaar liggen

Een fractie = een vloeistof dat op een bepaald niveau wordt afgetapt, dus tussen bepaalde temp. grenzen.

Er blijft ook een residu achter, meer dan 25 C-atomen..

Om benzine te produceren gebruik je reformeren, kraken en hydroconversie.
Je maakt hierbij gebruik van katalysatoren= hulpstoffen die niet verbruikt worden, maar er wel voor zorgen dat een proces sneller verloopt.

Katalytisch reformeren van nafta= bij een hoge druk, hoge temperatuur en een katalysator wordt nafta zo bewerkt dat onvertakte alkanen en cycloalkanen worden omgezet in vertakte alkanen en aromaten.

Katalytisch kraken van gasolie= hetzelfde als bij nafta, alleen een normale druk.
Lange alkaanmoleculen worden in kleinere stukken gebroken, het mengsel is dan vluchtiger.

Hydroconversie/ HYCON-proces= in het residu is de verhouding tussen C en H erg ongunstig. Bij dit voegen ze waterstof toe waardoor de verhouding gunstiger wordt en daardoor kan je het gebruiken voor de productie van autobrandstof.

Producten die gemaakt kunnen worden met als grondstof etheen.
• Synthetische rubber
• Synthetische zepen
• Alcohol
• Antivries

Etheen wordt gemaakt door nafta te thermisch te kraken.
Thermisch kraken van nafta= bij nafta zijn er tussen de 4 en 12 C-atomen.
Als je nafta verhit tot 850° C, dan treedt er ontleding van deze fractie op.
Hierdoor ontstaan er uit de grote moleculen nafta kleinere moleculen.
Zo wordt C7H16C2H4 + C5H12 (meerdere mogelijkheden, zolang het blijft kloppen bij de wet van Lavoisier)