Moleculen en atomen

Scheikunde H1

1.2 Bouw en massa van atomen
De bouw van een atoom heeft een positief geladen kern met daaromheen een negatief geladen elektronenwolk. De positief geladen kern bestaat uit protonen en neutronen. De lading van een atoomkern wordt veroorzaakt door positief geladen deeltjes: de protonen. Het aantal protonen bepaalt welke atoomsoort het is. Neutronen zijn deeltjes zonder lading en de massa is ong. gelijk aan een proton. De elektronenwolk bestaat uit één of meer negatief geladen deeltjes: elektronen. De lading van een elektron is negatief en precies gelijk aan een proton. Atoomnummer is dus het aantal protonen/elektronen. Neutronen zijn soms gelijk, maar meestal groter dan aantal protonen. Massa van de deeltjes worden uitgedrukt in u en de elektrische lading wordt uitgedrukt in e. Massagetal: som van het aantal protonen en neutronen. Atoommassa: massa van een atoom. Isotopen: atomen met hetzelfde aantal protonen, maar met een verschillend aantal neutronen.

1.3 Het periodiek systeem
Element: stof dat uit slechts één atoomsoort bestaat. Het periodiek systeem bestaat uit metalen en niet-metalen en is onderverdeeld in periodes en groepen. Groep 1 uit het periodiek systeem zijn de alkalimetalen (H wordt hier niet toegerekend) Het zijn ’zachte’ metalen. Ze reageren van boven naar beneden steeds heftiger (met o.a. water). Groep 2 zijn de aardalkalimetalen. Deze zijn harder en reageren minder heftig dan de alkalimetalen. Groep 17 zijn de halogenen. Deze elementen bestaan uit twee-atomige moleculen. Ze reageren makkelijk met andere elementen (vooral metalen). Groep 18 zijn de edelgassen. Ze reageren nauwelijks met andere elementen en veranderen ook niet van vorm. De elektronen in de buitenste schil van een atoom noem je valentie-elektronen. Ze zijn betrokken bij het vormen en afbreken van bindingen tussen atomen en het aantal valentie-elektronen bepaalt hoe sterk een atoom met andere atomen reageert.

1.4 Een indeling van stoffen
Elektrische stroom is transport van geladen deeltjes. Een stof kan alleen elektrische stroom geleiden als in de stof geladen deeltjes aanwezig zijn en deze geladen deeltjes moeten zich vrij kunnen bewegen. Moleculaire stoffen (niet-metalen) kunnen niet in een vaste en niet in een vloeibare toestand stroom geleiden. Ze bestaan uit ongeladen deeltjes. Zouten (wel en niet-metalen). Ze kunnen niet in een vaste, maar wel in een vloeibare toestand elektrische stroom geleiden. Bestaan uit geladen deeltjes die in de vaste toestand geen bewegingsvrijheid bezitten. In een gesmolten zout kunnen de positieve en negatieve ionen vrij bewegen. Het gesmolten zout geleidt dus de elektrische stroom. Metalen geleiden zowel in vaste als in vloeibare toestand elektrische stroom. Ze bestaan uit geladen deeltjes die al in de vaste toestand voldoende bewegingsvrijheid hebben. Er is sprake van twee verschillende typen geladen deeltjes: de positieve metaalionen en zogenaamde vrije elektronen als negavtieve deeltjes. De negatieve vrije elektronen zorgen voor de elektrische geleiding. De positieve metaalionen bezitten in de vaste fase geen bewegingsvrijheid: zij zitten op vaste plaatsen in het rooster.

1.5 Binding in moleculen
De meeste moleculen zijn opgebouwd uit een skelet van koolstofatomen, waaraan waterstof-, zuurstof-, en/of stikstofatomen gebonden zijn. Een atoombinding geef je in een structuurformule aan met een streepje. Covalentie van een atoom is het aantal bindingsmogelijkheden van een atoom.

Symbool Covalentie
H, F, Cl, Br, I 1
O, S 2
N, P 3
C, Si 4

Een atoombinding of covalente binding is een binding tussen twee atomen van niet-metalen. Deze binding wordt tot stand gebracht door twee elektronen.. Elk atoom levert per atoombinding één elektron. De twee elektronen noem je een bindingselektronenpaar of gemeenschappelijk elektronenpaar.

1.6 Binding tussen moleculen
Smelten is de faseovergang waarbij een vaste stof overgaat in een vloeistof. Verdampen is het overgaan van een vloeistof naar een gasvormige toestand. Een vanderwaalsbinding is een zwakke binding tussen de moleculen. Als een stof verdampt laten de moleculen elkaar los, de vanderwaalsbinding is verbroken. Hoe meer elektronen (dus hoe groter de molecuulmassa van een stof), des te sterker is de vanderwaalsbinding en des te hoger zijn het smeltpunt en het kookpunt van de stof.
Er is een belangrijk verschil tussen verdampen en oplossen. Bij verdampen van jood worden er alleen vanderwaalsbindingen verbroken, terwijl er bij het oplossen ook nieuwe vanderwaalsbindingen ontstaan, namelijk die tussen jood en hexaanmoleculen. Hierdoor kan jood reeds bij lage temperaturen oplossen in hexaan, terwijl het pas na temperatuurverhoging kan verdampen.

1.7 Waterstofbruggen
Het kookpunt van alkanen neemt doe, gaande van methaan naar hogere (onvertakte) alkanen.
Tussen moleculen waarin OH- en/of NH-groepen voorkomen, treedt behalve de vanderwaalsbinding nog een extra intermoleculaire binding op, die waterstofbrug wordt genoemd. Stoffen met een H-brug hebben een hoog kookpunt.

1.8 Ionen en zouten
Ionen zijn de kleinste positieve en negatieve deeltjes in een zout. De grootte van de lading wordt genoteerd rechts boven het symbool van het atoom. De grootte is meestal 1, 2, 3 of 4.
Metaalatomen kunnen uitsluitend elektronen afstaan, dus metalen vormen altijd positieve ionen. Atomen van niet-metalen kunnen makkelijker elektronen opnemen en hierdoor worden negatieve ionen gevormd. In een vast zout zijn de ionen regelmatig gerangschikt in een ionrooster. De tegengesteld geladen ionen trekken elkaar sterk aan. Dit heeft een sterke binding tussen de ionen in het ionrooster tot gevolg: de ionbinding. Een ionbinding is sterker dan een vanderwaalsbinding of een H-brug. Daarom hebben zouten een hoog smeltpunt en kookpunt.

1.9 Metalen
Metalen bestaan uit positieve ionen en vrije elektronen. De vrije elektronen verklaren de goede stroomgeleiding zowel in vaste als in vloeibare metalen. De positieve ionen en de negatieve elektronen trekken elkaar sterk aan. Dit leidt tot een sterke binding in het metaalrooster: de metaalbinding. De bouw van het metaalrooster verklaart een aantal eigenschappen van metalen zoals geleidbaarheid en vervormbaarheid. Een gestold mengsel van twee of meer metalen noem je een legering/alliage.