Samenvatting examenstof scheikunde 1,2 VWO 2005
Atoombouw
Een atoom is volgens het atoommodel van Rutherford opgebouwd uit een kern die bestaat uit protonen en neutronen en een elektronenwolk. Ieder atoom wordt gekenmerkt door zijn eigen aantal protonen in de kern. Dit wordt het atoomnummer genoemd. De som van het aantal neutronen en protonen wordt het massagetal genoemd.
Atomen hebben normaal een vast aantal elektronen in de elektronenwolk. Elektronen zijn negatief geladen, protonen zijn positief geladen en neutronen hebben geen lading. Omdat er normaal evenveel protonen als elektronen zijn in een atoom is een atoom niet geladen. Als er elektronen bij komen of afgaan in de elektronenwolk, wordt het atoom geladen. Het atoom wordt dan een ion genoemd.
In het periodiek systeem der elementen staan alle atomen gerangschikt op atoomnummer. De horizontale regels worden de perioden genoemd en de verticale kolommen worden groepen genoemd. Drie groepen hebben een naam gekregen: de alkalimetalen (groep 1), de halogenen (groep 17) en de edelgassen (groep 18).
In een vaste stof zijn de deeltjes gerangschikt in een kristalrooster. Kristalroosters worden ingedeeld op de deeltjes waar ze uit bestaan. Moleculen bevinden zich in een molecuulrooster, atomen van niet-metalen bevinden zich in een atoomrooster en atomen van metalen bevinden zich in een metaalrooster.
Stoffen kunnen in drie groepen ingedeeld worden: metalen, zouten en moleculaire stoffen.
Metalen geleiden zowel in vaste fase als in vloeibare fase stroom. Moleculaire stoffen geleiden in geen van beide fasen stroom. Zouten geleiden stroom niet in vaste fase, maar wel in vloeibare fase.
Metalen zijn opgebouwd uit metaalatomen. De binding tussen metaalatomen wordt een metaalbinding genoemd. Metaalbindingen zijn erg sterk. Bij metalen kan een elektron min of meer vrij bewegen en de positieve kern niet. Elektronen die vrij kunnen bewegen worden vrije elektronen genoemd. Vrije elektronen kunnen zich in een stof van het ene atoom naar het andere atoom verplaatsen. Als er uit een metaalatoom één of meerdere vrije elektronen uit zijn verdwenen, blijft de atoomrest over. De positief geladen atoomresten worden bij elkaar gehouden door de negatieve vrije elektronen.
Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen die bestaan uit niet-metaal atomen. De binding tussen niet-metaal atomen wordt een atoombinding genoemd en bevinden zich in een molecuul. Atoombindingen worden gevormd doordat niet-metaal atomen elektronen delen. De elektronen van niet-metaal atomen vormen elektronenparen die de positieve atoomresten bijeen houden. Het aantal elektronenparen dat een niet-metaal atoom kan vormen wordt de covalentie genoemd. In structuurformules worden elektronenparen weergegeven met een streepje. Tussen de verschillende moleculen komen vanderwaalsbindingen voor. Vanderwaalsbindingen zijn veel zwakker dan atoombindingen en hangen af van de grootte van het molecuul. Vanderwaalsbindingen ontstaan doordat moleculen elkaar aantrekken.
Zouten zijn opgebouwd uit positief geladen metaalionen en negatief geladen niet-metaal ionen. Tussen de positieve en negatieve ionen bevindt zich een sterke ionbinding. Ionen zijn elektrisch geladen atomen. Gesmolten zouten kunnen stroom geleiden door vrije ionen die zich kunnen bewegen door de vloeistof. Als een zout oplost, komen de ionen van elkaar los. Opgeloste zouten bevatten dus ook vrije ionen en kunnen dus ook stroom geleiden. Bij een oplossing van een zout in water moet je de losse ionen noteren. Het kristalrooster van een ion wordt een ionrooster genoemd.
Zouten
Een ionsoort heeft meestal maar één bepaalde ionlading. De ionlading wordt elektrovalentie of valentie genoemd. Bij metalen wordt met een Romeins cijfer achter de metaalnaam de lading van een metaalion aangegeven.
Zouten worden weergegeven met een verhoudingsformule. Een verhoudingsformule geeft de verhouding tussen de positieve en negatieve ionen weer, zodat de formule een elektrisch neutrale stof weergeeft.
Ionen kunnen ook uit meerdere atomen bestaan die samen een positieve of negatieve lading hebben (samengestelde ionen).
Het oplossen van een zout in water wordt als volgt genoteerd:
Ca2+Cl-2 (s) water --> Ca2+ (aq) + 2 Cl- (aq)
Een oplossing van een zout in water kan stroom geleiden. Bij het indampen van een zoutoplossing verdampt het water en blijft het zout als vaste stof over.
Natronloog
Na+ (aq) + OH- (aq)
Kaliloog
K+ (aq) + OH- (aq)
Kalkwater
Ca+ (aq) + 2 OH- (aq)
Barietwater
Ba2+ (aq) + 2 OH- (aq)
Sommige zouten lossen goed op in water en sommige lossen slecht op in water. Als je twee zoutoplossingen bij elkaar doet ontstaat er soms een ondoorzichtige suspensie (neerslag) doordat ionen met elkaar reageren die samen een slecht oplosbaar zout vormen. In tabel 45A van Binas staat een schema met de oplosbaarheid van zouten.
Voorbeeld:
Mg2+ (aq) + S2- (aq) --> MgS (s)
2 Cl- (aq) 2 Na+ (aq) --> 2 Na+ (aq) 2 Cl- (aq)
Met neerslagreacties kan je ionensoorten uit een oplossing verwijderen door een zout toe te voegen dat een slecht oplosbaar zout vormt met het ion dat je wilt verwijderen.
Met neerslagreacties kan je ook aantonen of een bepaald ion in een oplossing aanwezig is. Als je onderscheid tussen twee ionen moet maken, moet je een zoutoplossing toevoegen die met het ene ion een neerslagreactie vormt en met het andere ion niet. Sommige ionen kan je ook herkennen aan de kleur.
Ook kan je met neerslagreacties nieuwe zouten bereiden door twee zoutoplossingen bij elkaar te voegen. Hierbij ontstaan twee nieuwe zouten. Meestal is van de nieuwe zouten één zout slecht oplosbaar en één zout goed oplosbaar.
Rekenen
Getallen kan je schrijven als machten van 10.
100 000 = 10^5 0,00001 = 10^-5
In tabel 3A van Binas zijn de zeven basisgrootheden gegeven. Van de basisgrootheden zijn andere grootheden af te leiden. Grootheden worden uitgedrukt in eenheden. Eenheden die bij dezelfde grootheid horen kan je in elkaar omrekenen. Bij het omrekenen moet je op de voorvoegsels letten
Voor het omrekenen van volume naar massa moet je de dichtheid gebruiken.
Dichtheid = Massa
Volume
Het aantal significante cijfers zijn het aantal cijfers die wat betekenen voor de nauwkeurigheid van een meting. Als je nauwkeurigere meetapparatuur gebruikt, heb je ook meer significante cijfers. Als je gaar rekenen met meetwaarden, mag het antwoord niet meer significante cijfers hebben dan de meetwaarde met het kleinste aantal significante cijfers dat je hebt gebruikt.
Rekenen met atomen
De massa van een atoom wordt uitgedrukt in een atoommassa-eenheid. Deze eenheid wordt weergegeven met de letter u. In tabel 39 en 104 van Binas staan bij alle atoomsoorten een getal vermeld. Als je achter dit getal de eenheid u zet, heb je de atoommassa.
De molecuulmassa bereken je door de massa van de atomen waar het molecuul uit bestaat op te tellen. Als je de molecuulformule van een stof weet, kan je dus de molecuulmassa uitrekenen. De ionmassa is gelijk aan de atoommassa omdat de massa van een atoom vrijwel alleen bepaald wordt door de massa van de kern. De massa veranderd niet als er één elektron meer of minder aanwezig is. Als van een atoom verschillende isotopen bestaan, wordt de gemiddelde atoommassa weergegeven. De gemiddelde atoommassa hangt af van de verhouding waarin de isotopen in de natuur voorkomen.
Omdat de massa van een molecuul erg klein is, is een nieuwe grootheid ingevoerd. Deze grootheid wordt de chemische hoeveelheid (n) genoemd. De eenheid die bij de chemische hoeveelheid hoort is de mol. Als 1 molecuul van een bepaalde stof een massa van M u heeft, dan heeft 1 mol van die stof een massa van M gram. De molaire massa van die stof is dan M in g/mol. Met behulp van de molaire massa kan je de chemische hoeveelheid omrekenen in massa en omgekeerd.
De wet van Avogadro houdt in:
Gelijke volumes gas bevatten bij dezelfde temperatuur en dezelfde druk evenveel moleculen. Het volume dat 1 mol gas inneemt, is dus voor alle gassen gelijk. Dit wordt het molair volume genoemd (Vm). Bij standaardomstandigheden (T = 273K, p = p0) geldt: Vm = 22,4 dm3mol-1. Met het volgende schema kan je de grootheden volume, massa, chemische hoeveelheid en volume gas in elkaar omrekenen.
Water
Bij een atoombinding tussen twee dezelfde atomen, bijvoorbeeld H2 of O2, trekken beide atomen even hard aan het gemeenschappelijke elektronenpaar. Bij een atoombinding tussen twee verschillende niet-metaalatomen is dit anders. Het ene atoom trekt in het algemeen harder aan het gemeenschappelijke elektronenpaar dan het andere atoom. Het gemeenschappelijke elektronenpaar hoort dan iets meer bij het ene atoom dan bij het andere. Dit soort binding wordt een polaire atoombinding genoemd. Het atoom dat het hardst aan het elektronenpaar trekt, wordt een klein beetje negatief en het atoom dat minder hard aan het elektronenpaar trekt, wordt een beetje positief. Het molecuul wordt hierdoor aan de ene kant een beetje positief en aan de andere kant een beetje negatief. De grootte van de plaatselijke lading wordt weergegeven met δ- en δ+, waarbij δ (delta) een waarde heeft tussen 0 en 1.
Een molecuul met een polaire atoombinding heeft twee elektrische polen, maar is in zijn geheel neutraal. Dit soort moleculen worden dipoolmoleculen of dipolen genoemd. Een polaire atoombinding is op te vatten als de geleidelijke overgang van de atoombinding naar de ionbinding. De vanderwaalsbindingen tussen dipoolmoleculen is groot. Hierdoor is het kook- en smeltpunt van een polaire stof in het algemeen hoger dan van een apolaire stof.
Waterstofbruggen of H-bruggen zijn bindingen die voorkomen tussen moleculen waarin O-H of N-H groepen voorkomen. Hierbij is het H atoom van de ene OH (of NH) groep gebonden aan het O (of N) atoom van de andere OH (of NH) groep. Waterstofbruggen zijn vrij sterke bindingen. Vanderwaalsbindingen zijn veel minder sterk.
Als je een vloeistof met water wilt mengen, moeten de waterstofbruggen tussen de watermoleculen verbroken worden. Dit gaat alleen als de vloeistof nieuwe waterstofbruggen kan vormen. Stoffen die goed met water kunnen mengen worden hydrofiel genoemd. Stoffen die slecht met water kunnen mengen worden hydrofoob genoemd.
Stoffen waarbij tussen de moleculen alleen vanderwaalsbindingen aanwezig zijn, kunnen in het algemeen goed met elkaar mengen. Als een zout in water oplost, worden de vrije ionen door watermoleculen omringd. Dit wordt hydratie genoemd.
Sommige zouten kunnen water bevatten en sommige zouten kunnen water opnemen. Dit komt doordat bij het indampen van een zoutoplossing soms hydratie water wordt ingebouwd. Het zout bevat dan water wat kristalwater wordt genoemd. Zouten die kristalwater bevatten, worden hydraten genoemd. Door de vaste stof te verwarmen, verliest een zout zijn kristalwater en veranderen de eigenschappen van de vaste stof. De hoeveelheid kristalwater die kan worden ingebouwd, is per zout verschillend. Aan de naam van een hydraat kan je de formule afleiden en omgekeerd. Kopersulfaatpentahydraat heeft bijvoorbeeld de formule CuSO4.5H2O (s)
Zepen zijn zouten die oplosbaar zijn in water. Zepen bestaan meestal uit natrium of kaliumionen en stearaationen. De formule van stearaat is C17H35COO-. Stearaationen bestaan uit een geladen kop en een lange koolwaterstofstaart. De geladen kop kan goed gehydrateerd worden, maar voor de koolwaterstofstaart moeten veel waterstofbruggen verbroken worden. Stearaationen bevinden zich dan ook meestal aan het wateroppervlak waarbij de koolwaterstofstaart door het oppervlak naar buiten steekt. Er hoeven dan zo min mogelijk waterstofbruggen verbroken te worden. Zeep heeft invloed op de grensvlakspanning van water. Stoffen die grensvlak-actief zijn, worden detergens genoemd. Detergentia verlagen de grensvlakspanning.
Als het wateroppervlak vol is, vormen de stearaationen groepjes (micellen). Hierbij keren de staarten zich naar elkaar toe en steken de ionkoppen naar buiten waarbij ze gehydrateerd worden. Micellen zijn kleine gebiedjes waar geen dipoolmoleculen zijn en kunnen moleculen opnemen die niet met water kunnen mengen. De meeste vuildeeltjes kunnen geen waterstofbruggen vormen en kunnen dus niet in water oplossen, maar wel in micellen. Daardoor wordt wasgoed niet schoon als je alleen met water wast, maar wel als je zeep gebruikt.
Hard water is water dat veel calciumionen bevat. Zacht water bevat bijna geen calciumionen. De eenheid van de hardheid van water is de Duitse Hardheidsgraad (ºD of DH). Hard water vormt met zeep een neerslag en schuimt niet. Als je hard water verwarmt, slaat calciumcarbonaat neer. Hierdoor verkalken ketels en verwarmingselementen van wasmachines en koffiezetapparaten.
Hard water kan je ontkalken door:
· Het water te verwarmen;
· De calciumionen te laten neerslaan met soda;
· De calciumionen af te schermen van het water met speciale stoffen;
· Calciumionen uit te wisselen tegen natriumionen met een ionenwisselaar.
Bij een temperatuur groter dan 80 graden Celsius treedt de volgende reactie op:
Ca2+ + 2 HCO3- à CaCO3 + H2O + CO2
Chemisch rekenen
De coëfficiënten van een reactievergelijking kan je ook lezen als de verhouding in mol waarin de stoffen met elkaar reageren. Om de verhouding in mol uit de reactievergelijking te halen, moet je bij oplossingen ook de ionen die niet meedoen aan de reactie opschrijven met de juiste coëfficiënt ervoor.
De molariteit van een oplossing is het aantal mol opgeloste stof in een liter oplossing.
Molariteit = Aantal mol stof
Aantal liter oplossing
Bij het berekenen van de concentratie van een bepaalde stof in een oplossing, bereken je hoeveel gram of mol van de gevraagde stof zich in 1 liter oplossing bevindt. Als in een oplossing per liter 0,23 mol glucose is opgelost, noteren we de concentratie op de volgende manier:
[C6H12O6] = 0,23 mol l-1.
Afhankelijk van de gekozen eenheden kan je concentratie uitdrukken in molariteit, massa- en volumepercentage of ppm (parts per million).
Om uit te rekenen hoeveel stof verdwijnt of ontstaat bij een reactievergelijking moet je een aantal stappen volgen:
1. stel de reactievergelijking op;
2. kijk van welke stof de hoeveelheid is gegeven en van welke stof de hoeveelheid wordt gevraagd;
3. leid uit de reactievergelijking de verhouding in mol af tussen de gegeven en gevraagde stof;
4. reken de hoeveelheid gegeven stof om in mol;
5. bereken uit het aantal mol gegeven stof en de verhouding in mol van stap 3 het aantal mol van de gevraagde stof;
6. reken het aantal mol gevraagde stof om in de gevraagde eenheid;
7. controleer je antwoord en let op het aantal significante cijfers.
Het molaire volume is alleen bij standaardomstandigheden (T = 273K, p = p0) 22,4 dm3. Het molaire volume hangt af van de temperatuur en de druk. De temperatuur (T), de druk (p), het volume (V) en de hoeveelheid van een gas (n) hangen met elkaar samen.
De samenhang staat in de algemene gaswet. Bij de algemene gaswet wordt gebruik gemaakt van de gasconstante (R).
De algemene gaswet: R= p x V
n x T
Zuren en basen
Een zure oplossing bevat H3O+ (aq) ionen. Verder smaakt een zure oplossing altijd zuur en is de pH kleiner dan 7. Een basische oplossing bevat OH- (aq) ionen. Een basische oplossing kan ontstaan door het oplossen van een hydroxide en door het oplossen van een base. Verder voelt een basische oplossing zeepachtig aan en is de pH groter dan 7. Een neutrale oplossing heeft een pH van 7. Lakmoes is een indicator waarmee aangetoond kan worden of een oplossing zuur of basisch is. Lakmoes wordt rood van een zure oplossing en blauw van een basische oplossing.
Een zuur-base reactie is een reactie waarbij een deeltje een H+ ion afstaat aan een deeltje dat een H+ ion kan opnemen. Het deeltje dat het H+ ion afstaat, wordt het zuur genoemd en het deeltje dat het H+ ion opneemt, wordt de base genoemd.
Een zuur-base koppel is een combinatie van een zuur en een base die één H+ van elkaar verschillen. Bij het zuur van een zuur-base koppel hoort de geconjugeerde base en bij de base hoort het geconjugeerde zuur.
Een zuur-base reactie stel je op door:
· Te inventariseren welk zuur en welke base aanwezig zijn;
· Na te gaan hoeveel H+ het zuur kan afstaan en hoeveel H+ de base kan opnemen;
· De reactievergelijking op te schrijven.
De zuurgraad van een oplossing wordt de pH genoemd. De zuurgraad wordt bepaald door de concentratie van H3O+ (aq) ionen.
pH = -log[H3O +]
Hoe basisch een oplossing is, wordt bepaald door de concentratie van OH- ionen in een oplossing.
pOH = -log[OH-]
Als de temperatuur van een oplossing constant is, kan je de waterconstante (Kw) uitrekenen.
[H3O +] x [OH-] = Kw
Met de formule pH + pOH = 14,0 kan je de waarde van pH en pOH in elkaar omrekenen. Deze formule geldt alleen bij een temperatuur van 298 K.
Titratie is een kwantitatieve analysemethode waarmee je experimenteel de molariteit van een zuur of een base kan berekenen. Bij titratie zijn twee oplossingen nodig die met elkaar kunnen reageren. Om de concentratie te kunnen berekenen, moet je de hoeveelheden van de oplossingen die je bij elkaar doet kunnen meten en van één van de oplossingen moet de concentratie bekend zijn.
Sterke en zwakke zuren en basen
Er bestaan twee verschillende soorten zuren en basen. Sterke zuren en basen ioniseren volledig in water en zwakke zuren en basen ioniseren niet volledig in water. Bij zwakke zuren en basen ontstaat een evenwicht. Sterke zuren en basen worden genoteerd in ionen en zwakke zuren worden genoteerd in moleculen.
In tabel 49 van Binas is te vinden of een zuur of een base sterk of zwak is. De zuren die bovenaan staan zijn sterk en de zuren die onderaan staan zijn zwak. De basen die bovenaan staan zijn zwak en de basen die onderaan staan zijn sterk.
Reacties tussen zuren en basen hoeven niet altijd te lopen. Als er een sterk zuur of een sterke base aanwezig is, loopt de reactie altijd. De reactie is dan aflopend. Een reactie tussen een zwak zuur en een zwakke base loopt alleen als links van de pijl een sterker zuur en een sterkere base staan dan rechts van de pijl. Het zuur links van de pijl staat dan, in tabel 49 van Binas, links boven de base.
Bij het oplossen van een zwak zuur (HZ) stelt zich een dynamisch evenwicht in. Bij evenwicht is de concentratiebreuk van een zwak zuur gelijk aan de zuurconstante (Kz). De zuurconstante is een maat voor de sterkte van een zwak zuur.
De evenwichtsvoorwaarde van een zwak zuur:
Kz = [H3O+] [Z-]
[HZ]
Met de evenwichtsvoorwaarde kan je de concentratie van de H3O+ ionen berekenen en daarmee dus de pH van de oplossing van dat zuur in water. Bij de berekening druk je het aantal deeltjes dat ioniseert uit in x. De Kz van een stof is bekend, want die staat in Binas en het aantal mol dat voor de reactie aanwezig is, moet ook bekend zijn.
Om de vergelijking te vereenvoudigen, wordt x in de noemer verwaarloosd. Als laatste moet je controleren of je x in de noemer mocht verwaarlozen. Verwaarlozen mag als het aantal deeltjes dat ioniseert minder is dan 10% van het aantal deeltjes dat aanwezig was.
Ook bij het oplossen van een zwakke base stelt zich een dynamisch evenwicht in. Bij evenwicht is de concentratiebreuk van een zwakke base gelijk aan de baseconstante (Kb).
De evenwichtsvoorwaarde van een zwakke base:
Kb = [HB+] [OH-]
[B]
Met de evenwichtsconstante is op dezelfde manier als bij een zuur de concentratie OH- ionen te berekenen. Hiermee is de pOH en dus ook de pH te berekenen.
Zuren en basen in de praktijk
Bij het oplossen van niet-metaal oxiden (zoals CO2) in water, ontstaat een zwak zuur.
Een stof dat als een zuur en als een base kan reageren, wordt een amfolyt genoemd. Of een oplossing van een amfolyt in water zuur of base is, kan afgeleid worden uit de zuur- en baseconstante van de amfolyt.
Bufferoplossingen zijn oplossingen waarvan de pH niet veranderd als je een zuur of een base toevoegt. Ook niet als je de oplossing verdunt. Dit komt omdat een bufferoplossing zowel een zwak zuur als een zwakke base bevat die niet met elkaar reageren. Dit wordt een zuur-base koppel genoemd. Er moet wel voldoende veel van het zuur en de base aanwezig zijn in de oplossing. De pH van een buffermengsel wordt bepaald door de verhouding in mol waarin het zwakke zuur is gemengd met de geconjugeerde base.
Een buffer kan je maken door een oplossing van een zwak zuur te mengen met zijn geconjugeerde base. Een buffer ontstaat ook als je een overmaat van een oplossing van een zwak zuur laat reageren met een sterke base of een overmaat van zwakke base met een sterk zuur.
Redoxreacties
Een redoxreactie is een reactie waarbij elektronen worden overgedragen. Een deeltje dat elektronen afstaat is een reductor en een deeltje dat elektronen opneemt is een oxidator.
Om te weten te komen of een deeltje een reductor of een oxidator is, moet je weten of het deeltje elektronen kan opnemen of afstaan waarbij er een bestaand deeltje ontstaat. Hierbij moet je halfreacties opstellen. Halfreacties zijn reacties waarin elektronen voorkomen. Bij de halfreactie van een reductor ontstaat een geconjugeerde oxidator en bij de halfreactie van een oxidator ontstaat een geconjugeerde reductor.
Bij een redoxreactie zijn de reductor en de oxidator voor de pijl altijd sterker dan de geconjugeerde reductor en de geconjugeerde oxidator na de pijl. In tabel 48 van Binas staat een hele lijst met reductoren en oxidatoren en de bijbehorende halfreacties. De sterkste oxidator staat bovenaan en de sterkste reductor staat onderaan. Een redoxreactie verloopt alleen als de reductor rechtsonder de oxidator staat.
Het opstellen van een redoxreactie doe je op de volgende manier:
· Inventariseer welke deeltjes aanwezig zijn;
· Ga na welke deeltjes oxidator en/of reductor zijn;
· Ga na of de oxidator kan reageren met de reductor;
· Schrijf de halfreactie van de reductor op;
· Schrijf de halfreactie van de oxidator op;
· Tel de twee halfreacties op, waarbij je het aantal elektronen kloppend moet maken
· Schijf de toestandsaanduidingen op in de redoxreactie.
Corrosie is de reactie van metalen met zuurstof waarbij metaaloxiden ontstaan. Bij corrosie bij kamertemperatuur is ook (ionenhoudend) water nodig. Men kan corrosie tegengaan door het metaal af te schermen van zuurstof door een beschermende laag of door een opofferingsmetaal te plaatsen waar de zuurstof makkelijker meer reageert.
Sommige alkanolen kunnen als reductor optreden. Bij een primair alcohol zit de OH-groep aan een primair koolstofatoom. Als hier een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een aldehyde. Als er bij een aldehyde een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een carbonzuur. Bij een secundair alcohol zit de OH-groep aan een secundair koolstofatoom. Als hier een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een keton. Een keton reageert niet als reductor. Bij een tertiair alcohol zit de OH-groep aan een tertiair koolstofatoom. Een tertiair alcohol reageert niet als reductor.
Dus:
Primaire alcohol +ox à Aldehyde +ox à Carbonzuur
Secundaire alcohol +ox à Keton
Tertiare alcohol reageert niet
Een elektrochemische cel is een gesloten stroomkring die bestaat uit twee halfcellen. De halfcel met de reductor is de negatieve elektrode en de halfcel met de oxidator is de positieve elektrode. De twee halfcellen worden verbonden door een zoutbrug (of een membraan) en een metaaldraad. Een zoutbrug is een buis die gevuld is met een elektrolytoplossing. Dat is een oplossing die ionen bevat. Via een zoutbrug of een membraan kan ionentransport plaatsvinden. De reductor geeft elektronen af aan de negatieve elektrode. Bij de negatieve elektrode is dus een overschot aan negatieve elektronen. De elektronen kunnen via de metaaldraad van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaan. Door de oxidator worden elektronen uit de positieve elektrode opgenomen. Via de zoutbrug kunnen ionen die zorgen voor ladingtransport van de oxidator naar de reductor gaan. Hierdoor wordt de stoombron gesloten.
Redox in de praktijk
IJzer is een onedel metaal dat veel gebruikt wordt omdat het relatief goedkoop is. IJzer wordt gewonnen uit ijzererts. In metaalertsen zitten veel metaaloxiden. Om van ijzererts ijzer te maken, moeten eerst de ijzeroxiden uit de erts gehaald worden. Dit gebeurt met de reductoren koolstof of koolstofmonooxide. Het proces waarbij ijzer gemaakt wordt uit ijzererts en koolstof, vindt plaats in hoogovens. IJzer dat ongeveer 5% koolstof bevat wordt ruw ijzer genoemd en wordt onder andere gebruikt voor het maken van putdeksels. IJzer dat voor minder dan 2% uit koolstof bestaat, wordt staal genoemd. Staal roest vrij snel. Roestvrijstaal is staal dat gemengd is met grote hoeveelheden chroom en nikkel.
Elektrolyse is een ontledingsreactie door middel van een gelijkstroom. Omdat er bij elektrolyse elektronen zijn betrokken, is het ook een redoxreactie. Voor elektrolyse zijn een gelijkspanningsbron, een vloeistof met vrije ionen (elektrolyt) en twee staafjes van metaal of koolstof (elektroden) die contact malen met het elektrolyt nodig. De elektrode die met de min van de spanningsbron is verbonden, heeft een negatieve lading. Aan de elektrode zitten dus te veel elektroden. De elektroden worden door de sterkste oxidator uit de elektrolyt opgenomen. De elektrode die met de plus van de spanningsbron is verbonden, heeft een positieve lading. Aan de elektrode zitten dus te weinig elektronen. De sterkste reductor uit de elektrolyt geeft elektronen af aan de positieve elektrode.
Elektroden die bij de reactie mee reageren, worden aantastbare elektroden genoemd en elektroden die bij de reactie niet mee reageren, worden onaantastbare elektroden genoemd
Bij elektrolyse wordt soms gebruik gemaakt van een membraan. Een membraan is een scheidingswand die bepaalde deeltjes kan doorlaten. Elektrolyse wordt in de chemische industrie gebruikt voor het produceren van zeer onedele metalen uit gesmolten zoutoplossingen en voor het bedekken van een voorwerk met een laagje metaal. Als een voorwerp met een laagje zink wordt bedekt, wordt dit galvaniseren genoemd.
Organische verbindingen
Steenkool, aardolie en aardgas zijn fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen zijn heel lang geleden ontstaan uit plantenresten. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt CO2 vrij. CO2 is een broeikasgas en zorgt voor het broeikaseffect. Broeikasgassen vormen een soort deken om de aarde en houden de warmte vast. Hierdoor wordt de temperatuur op aarde hoger. Alternatieven voor fossiele brandstoffen zijn windenergie, zonne-energie, biogas en bio-alcohol.
Ruwe aardolie wordt gedestilleerd om verschillende brandstoffen te winnen. Bij de destillatie ontstaan geen zuivere stoffen, maar mengsels van stoffen waarvan de kookpunten dicht bij elkaar liggen. Het destillaat van ruwe aardolie wordt opgevangen in vijf verschillende fracties met verschillende kooktrajecten. Het destillatieproces wordt hierom gefractioneerde destillatie genoemd. De Brandstoffen die uit ruwe aardolie gewonnen worden zijn: lpg, benzine, dieselolie, stookolie en kerosine.
Er is meer vraag naar benzine dan dat er door destillatie van ruwe aardolie kan worden gemaakt. Daarom wordt benzine ook chemisch gemaakt. Benzine is een mengsel van koolwaterstoffen met de algemene formule CnH2n+2. Deze groep wordt de alkanen genoemd. Alkanen die uit lange ketens bestaan, kunnen ‘gekraakt’ worden in meerdere kleinere alkanen. Dit proces wordt kraken genoemd. Alkanen zijn verzadigde koolwaterstoffen, omdat de bindingen tussen de C-atomen alleen uit enkele bindingen bestaan. Stoffen waarvan de moleculen dubbele bindingen bevatten, worden onverzadigde koolwaterstoffen genoemd.
Isomeren zijn verschillende stoffen met verschillende structuurformules, maar met dezelfde molecuulformule.
Bij het opstellen van de systematische naam van een stof, moet je
· Eerst de stamnaam vinden. Dat is de naam van de langste keten
· Vervolgens schrijf je de naam van de zijgroep voor de stamnaam
· Als de zijgroep niet aan het eerste C-atoom vastzit, moet je het nummer van het C-atoom waar de zijgroep aan vastzit voor de zijgroep zetten. Hierbij moet de nummering altijd zo laag mogelijk zijn.
· Als er meerdere zijgroepen voorkomen, moet je bij de alfabetische volgorde aanhouden en moet je als dat nodig is een voorvoegsel g ebruiken (zoals di-, tri-, enz.).
Alkenen zijn koolwaterstoffen die de algemene formule CnH2n. Ten opzichte van alkanen missen alkenen 2 C-atomen. Dit komt door een dubbele binding tussen twee C-atomen. Alkenen zijn onverzadigde koolwaterstoffen. De dubbele binding wordt bij de naamgeving van alkanen weergegeven doordat de stamnaam eindigt op -een in plaats van op -aan. De plaats van de dubbele groep wordt aangegeven met een plaatsnummer. Als er meerdere dubbele bindingen voorkomen wordt dit weergegeven met een numeriek voorvoegsel voor de uitgang (-dieen).
Alkenen kunnen in een mengsel van verschillende koolwaterstoffen aangetoond worden met broomwater. Alkenen hebben als kenmerkende eigenschap dat ze snel reageren met broom.
De reactie die tussen een alkeen en broom plaatsvindt, wordt een additiereactie genoemd. Bij een additiereactie springt de dubbele binding open. Broom bindt zich vervolgens aan de koolstofatomen. Bij een additiereactie ontstaat maar één reactieproduct. Behalve broom kunnen ook de stoffen fluor, chloor, jood, waterstof en water worden geaddeerd.
Alkynen zijn koolwaterstoffen die een drievoudige binding tussen twee koolstofatomen bevatten. Deze stoffen krijgen in de naamgeving het achtervoegsel -yn.
Sommige koolwaterstoffen zijn ringvormig. Cyclische koolwaterstoffen worden cycloalkanen genoemd. Bij de naamgeving wordt voor de stamnaam het voorvoegsel cyclo- gezet. Alkenen en Cycloalkanen kunnen dezelfde molecuulformule hebben, maar hebben een verschillende molecuulstructuur. Cycloalkanen en alkenen zijn dus isomeren.
Regels over naamgeving zijn te vinden in tabel 103B van Binas
Klasse Karakteristieke groep Voorvoegsel Achtervoegsel
Alkanen C-C -aan
Alkenen C=C -een
Alkynen C=C -yn
Aanhangsels -CH3 -yl
Cyclo-alkanen Ring Cyclo-
Alkanolen -OH Hydroxy- -ol
Ethers -C-O-C- Alkoxy-
Aldehyden primaire C=O -al
Ketonen secundaire C=O -on
Carbonzuren -COOH -zuur
Aminen -NH2 amino- -amine
Esters -C-O-C=O alkylalkanoaat
Koolwaterstoffen
Alkanen kunnen in het licht met halogenen reageren. Hierbij worden waterstofatomen vervangen voor halogeenatomen. Dit wordt een substitutiereactie genoemd. Bij deze substitutiereactie ontstaan halogeenalkanen en waterstofhalogeniden.
Alcoholen zijn koolwaterstoffen die een OH-groep bevatten (hydroxylgroep). De OH-groep wordt ook wel hydroxylgroep genoemd. Als in een alkaanmolecuul slechts één H-atoom vervangen is door een OH-groep, spreken we van een alkanol. De karakteristieke groep -OH wordt weergegeven met het achtervoegsel -ol of het voorvoegsel hydroxy- als er al een ander achtervoegsel is. Alkoxyalkanen zijn isomeer met alkanolen. De moleculen van Alkoxyalkanen bevatten één R-O-R groep. Alkoxyalkanen krijgen als voorvoegsel alkoxy-. Alkoxyalkanen behoren tot de groep ethers.
Als de moleculen van een stof een COH groep bevatten, wordt de stof een aldehyde genoemd. Het achtervoegsel van een aldehyde is -al. Een stof,die één COH groep bevat, wordt een alkanal genoemd. Een COH groep kan alleen bij een primair koolstofatoom aanwezig zijn.
Carbonzuren worden gekenmerkt door de COOH groep, de carboxylgroep. Als in een molecuul één carboxylgroep aanwezig is, spreken we van een alkaanzuur. De karakteristieke groep wordt weergegeven met het achtervoegsel -zuur. Carbonzuren kunnen als een zuur reageren.
Een molecuul met een –NH2 groep wordt een amine genoemd. De karakteristieke groep heet de amino groep. Als een molecuul één aminogroep bevat, spreken we van een alkaanamine. Het achtervoegsel wordt dan -amine. Als er behalve een aminegroep ook nog een hydroxyl- of een corboxylgroep in het molecuul voorkomt, wordt in plaats van het achtervoegsel -amine het voorvoegsel amino- gebruikt. Aminen kunnen als een base reageren.
Esters zijn stoffen die gevormd worden uit de reactie tussen een alkanol en een zuur. Bij deze reactie ontstaat naast een ester ook water. De karakteristieke groep van een ester is COO. Bij de naamgeving moet je een ester opsplitsen in een alkylgroep (alkyl) en een zuurrest (-oaat): alkylalkanoaat. Bij ingewikkelde esters moet je de omschrijving geven van de alcohol en het zuur waar de ester uit is ontstaan.
Een eetbaar vet of een eetbare olie is een ester van glycerol (1,2,3-propaantriol) en vetzuren. Een vetzuur is een organisch zuur met een hele lange alkylketen. Vetten ontstaan uit verzadigde vetzuren en oliën ontstaan uit onverzadigde vetzuren. Bij vetharding reageert een olie met waterstof zodat er een vast vet ontstaat.
Bij de vorming van esters stelt zich een evenwicht in tussen de heengaande en de teruggaande reactie. De heengaande reactie waarbij een ester en water ontstaan wordt verestering genoemd en de teruggaande reactie waarbij een ester door water wordt ontleed, wordt hydrolyse genoemd. Als bij een ester loog (OH-) wordt toegevoegd, vindt er verzeping plaats. Er kan dan een zeep ontstaan.
Stereochemie
Bij het atoommodel van Rutherford bestaat een atoom uit een kern met daaromheen verschillende schillen met elektronen. In elke schil kunnen maar een bepaald aantal elektronen. De elektronen die in de buitenste schil zitten worden de valentie-elektronen genoemd.
Als een koolstofatoom wordt omringd door vier enkele bindingen, treedt er een tetraëdrische omringing op. De bindingshoeken zijn dan 109,5º. Als twee koolstofatomen gebonden zijn met een dubbele binding, bevinden de overige vier bindingen zich in een plat vlak. De bindingshoeken zijn dan 120º. Als twee koolstofatomen gebonden zijn met een drievoudige binding, bevinden de overige twee bindingen zich in elkaars verlengde. De bindingshoeken zijn 180º. Dubbele en drievoudige bindingen zijn starre bindingen.
Stoffen die dezelfde molecuulformule maar een verschillende structuurformule hebben, worden isomeren genoemd. Als aan weerszijde van een starre binding verschillende groepen voorkomen, kan er cis-trans isomerie voorkomen. Als beide groepen aan dezelfde kant zijn gebonden, wordt dit de cisvorm genoemd. Als beide groepen aan weerszijden zijn gebonden, wordt dit de transvorm genoemd.
De ruimtelijke rangschikking van atomen wordt configuratie genoemd. Als moleculen alleen in ruimtelijke structuur verschillen, worden dit stereo-isomeren genoemd.
Stoffen die optisch actief zijn kunnen de trillingsrichting van licht draaien. Optische isomeren hebben dezelfde molecuulformule, maar draaien de trillingsrichting van licht op een andere manier. Met een polarimeter kunnen optische isomeren van elkaar onderscheiden worden. Bij een polarimeter gaat ongepolariseerd licht (licht met trillingsrichtingen naar alle kanten) door een polarisator. Hierdoor wordt alleen licht in één bepaalde trillingsrichting doorgelaten. Na de eerste polarisator komt het licht bij een tweede polarisator. Als de tweede polarisator in dezelfde richting staat als de eerste, gaat het licht onverhinderd door. Als je een tweede polarisator 90º draait ten opzichte van de eerste, komt er geen licht door de tweede polarisator.
Een stof is optisch actief als in het molecuul van de stof een asymmetrisch koolstofatoom voorkomt. Een asymmetrisch C atoom is een C atoom met vier verschillende groepen om zich heen. Er komen dan twee spiegelbeeldisomeren voor.
Een racemisch mengsel is een mengsel van twee spiegelbeeldisomeren die met een molverhouding 1:1 gemengd zijn. Een racemisch mengsel verandert de trillingsrichting van het licht niet.
Van stoffen die opgebouwd zijn uit grote, ingewikkelde moleculen (zoals organische stoffen) komen vaak optische isomeren voor, omdat er niet vaak een symmetrievlak in dit soort moleculen voorkomt.
Polymeren
Monomeren zijn eenvoudige grondstoffen die, als ze aan elkaar worden gekoppeld door chemische reacties, lange ketens (polymeren) vormen. De chemische reactie wordt polymerisatiereactie genoemd. Monomeren bevatten een dubbele binding die bij een reactie openspringt. De koolstofatomen kunnen hierdoor een nieuwe binding vormen en worden aan elkaar gekoppeld. Deze vorm van polymerisatie wordt additiepolymerisatie genoemd.
Rubber ontstaat ook uit additiepolymerisatie. De elasticiteit van rubber wordt veroorzaakt door crosslinks. Dit zijn dwarsverbindingen tussen de polymeren. Hierdoor krijgt rubber na uitrekking weer zijn oorspronkelijke vorm. Dit soort stoffen worden elastomeren genoemd.
Polyesters en polyamiden worden gevormd door de condensatiepolymerisatie van een hydroxyzuur of door de condensatiepolymerisatie van een diol met een dizuur. Hierbij ontstaat een polymeer door afsplitsing van water.
Plastics zijn stoffen die uit polymeren bestaan. Er bestaan twee soorten plastics: thermoharders en thermoplasten. Thermoplasten worden zacht als je ze verwarmd en worden weer hard als je ze afkoelt. Thermoharders blijven hard als je ze verwarmd.
Polyester wordt gevormd door de polymerisatie van een hydroxyzuur of door de polymerisatie van een diol met een dizuur. Hierbij wordt water afgesplitst.
Natuurlijk chemie
De hoofdbestanddelen van ons voedsel zijn koolhydraten, vetten en eiwitten. Daarnaast hebben we ook nog kleine hoeveelheden mineralen en vitaminen nodig.
Koolhydraten en vetten leveren energie doordat ze in het lichaam worden verbrand. Eiwitten zijn bouwstoffen en worden gebruikt voor de opbouw van cellen. In voedsel zitten ook voedingsvezels die ervoor zorgen dat het maagdarmkanaal goed blijft functioneren.
Voorbeelden van koolhydraten zijn glucose en zetmeel. Zetmeel wordt gevormd door de koppeling van glucose onder afsplitsing van water. Glucose is een monomeer en zetmeel is een polymeer. Glucose wordt ook wel een monosacharide genoemd en zetmeel een polysacharide. Stoffen waarbij twee monosachariden met elkaar reageren onder afsplitsing van water, worden disachariden genoemd.
Eiwitten zijn polymeren die ontstaan uit aminozuren. Bij het koppelen van twee aminozuren ontstaat een dipeptide. Een dipeptide heeft nog een amino- en een carboxylgroep en kan dus nog verder reageren zodat er een polypeptide ontstaat. De volgorde van de aminozuren in een eiwit wordt de primaire structuur genoemd. De spiraalstructuur (helix) waar een eiwit uit kan bestaan, wordt de secundaire structuur genoemd. De spiraalstructuur wordt veroorzaakt door waterstofbruggen. Helixen kunnen gevouwen of gekronkeld zijn door zwavelbruggen of ionbindingen. Dit wordt de tertiaire structuur genoemd. Eiwitten kunnen complexen vormen van verschillende eiwitten. De manier waarop zo’n complex gerangschikt is, wordt de quaternaire structuur genoemd.
Als een eiwit verwarmd wordt, worden de ionbindingen verbroken worden. Hierdoor verliest een eiwit zijn ruimtelijke structuur. Dit wordt denatureren genoemd.
Een enzym is een eiwit. Door de tertiaire structuur heeft een enzym een specifieke katalytische werking.
De eiwitsynthese in een cel wordt gestuurd door de chromosomen. Chromosomen bestaan uit twee polyesterketens die door H bruggen aan elkaar zijn gebonden. De spiraalvorm die het molecuul heeft, wordt een dubbele helix genoemd.
Energie
Bij reacties, oplossen en fase-overgangen treedt een energie-effect op. Een energie-effect kan endotherm op exotherm zijn. Bij een endotherm energie-effect wordt energie uit de omgeving opgenomen door de stof. Bij een exotherm energie-effect wordt door de stof energie aan de omgeving afgegeven.
In een energiediagram wordt het energieverloop van een reactie weergegeven. Bij een exotherme reactie ligt het niveau van de beginstoffen hoger dan het niveau van de reactieproducten. Bij een endotherme reactie is dit andersom. Bij de niveaus moet je de reactievergelijking schrijven.
Voor energie geldt de wet van energiebehoud. Energie kan bij een chemische reactie niet verdwijnen of ontstaan.
Een reactie moet altijd op gang gebracht worden. Dit gebeurt door een bepaalde hoeveelheid energie toe te voegen, de activeringsenergie (Eact). Als de activeringsenergie van een reactie hoog is, is de reactiesnelheid laag. Een katalysator verlaagt de activeringsenergie en daardoor wordt de reactiesnelheid hoger.
Atoombouw en reacties
De ionisatie-energie is de energie die nodig is om één elektron uit een deeltje te verwijderen. De elektronen om een atoom kunnen ingedeeld worden in groepen. De elektronen in elke groep hebben een verschillende ionisatie-energie. Elektronen worden hierdoor ingedeeld in verschillende energieniveaus. Hoe hoger de ionisatie-energie, hoe lager het energieniveau. In het laagste energieniveau kunnen maximaal twee elektronen voorkomen en in de daarop volgende energieniveaus maximaal acht. Deze verdeling van elektronen over de niveaus is bij alle atomen gelijk.
Het aantal energieniveaus dat gevuld is, komt overeen met het nummer van de periode waarin een element in het periodiek systeem staat. Bij de overgangsmetalen, de lanthaniden en de actiniden is de opvulling van de niveaus op een andere manier.
Het model waarbij de elektronen van een atoom ingedeeld worden over verschillende energieniveaus lijkt op het schillenmodel. De energieniveaus worden ook wel schillen genoemd.
Een Molecuul waarbij een polaire atoombinding aanwezig is, kan een dipool molecuul zijn. Dipool moleculen zijn aan de ene kant een beetje positief en aan de andere kant een beetje negatief geladen. Of een molecuul een dipool molecuul is, kan je afleiden uit het verschil in elektronegativiteit tussen de niet-metaalatomen en de ruimtelijke bouw van het molecuul. De dipoolsterkte van een molecuul wordt uitgedrukt in het dipoolmoment. De waardes van dipoolmomenten zijn te vinden in tabel 54 van Binas. Moleculen waarbij het dipoolmoment 0 is, zijn geen dipoolmoleculen.
De reactiewarmte is de warmte die vrijkomt bij een exotherme reactie. De reactiewarmte kan je experimenteel bepalen door de warmte die vrijkomt op te laten nemen door een bekende hoeveelheid water. Uit de temperatuurverandering en de soortelijke warmte van het water kan je de reactiewarmte berekenen. Bij een experiment kan je systematische en toevallige fouten maken. Bij systematische fouten is de manier waarop het experiment wordt uitgevoerd niet goed. Bij een toevallige fout wordt bijvoorbeeld iets verkeerd afgelezen.
De vormingswarmte is de reactiewarmte van de vorming van één mol stof uit de niet-ontleedbare stoffen. De ontledingswarmte is de reactiewarmte van het ontleden van één mol stof in de niet-ontleedbare stoffen. De ontledingswarmte is even groot als de vormingswarmte, maar heeft het tegenovergestelde teken.
De reactiewarmte kan je berekenen met behulp van de vormings- en ontledingsenergie. Eerst bereken je hoeveel energie het kost om de beginstoffen te ontleden in niet-ontleedbare stoffen. Vervolgens bereken je hoeveel energie het kost om de reactieproducten te vormen uit niet-ontleedbare stoffen. Vanwege de wet van behoud van energie is de reactiewarmte de som van deze ontledings- en vormingsenergieën.
Chemische technieken
In de praktijk is de opbrengst van een reactie nooit gelijk aan de theoretische opbrengst. Dit komt door verontreinigingen. Aan de hand van de werkelijke opbrengst kan je het rendement van een productieproces vaststellen. Het rendement wordt uitgedrukt in een percentage van de theoretische opbrengst.
Bij het maken van een product is het vaak een probleem dat er een mengsel ontstaat. Dit heeft verschillende oorzaken:
· Bij de reactie ontstaan verschillende reactieproducten;
· Bij een evenwichtsreactie blijven er altijd beginstoffen aanwezig;
· Een beginstof is in overmaat aanwezig en kan niet helemaal weg reageren;
· De beginstoffen zelf zijn onzuiver;
· Er treden volg- of nevenreacties op, waardoor weer andere bijproducten ontstaan.
Om een mengsel te zuiveren zijn er verschillende scheidingsmethoden mogelijk.
Chromatografie is een scheidingsmethode die wordt gebruikt om uit te zoeken welke stoffen aanwezig zijn. Dit wordt een kwalitatieve scheidingsmethode genoemd. Bij een chromatogram wordt met de verdelingsconstante de verhouding van de oplosbaarheid van een stof in de mobiele fase en de stationaire fase gegeven.
Analysetechnieken
Bij een kwalitatieve analyse wordt gekeken welke stoffen aanwezig zijn. Bij een kwantitatieve analyse wordt gekeken hoeveel er van een bepaalde stof aanwezig is.
Bij een gaschromatograaf vormt een stof die geanalyseerd moet worden een verdelingsevenwicht over de mobiele fase (een gasstroom) en de stationaire fase (een vaste stof). De stof wordt met een injectiespuit in de gasstroom gebracht. Alle stoffen die in het de stof zitten, worden hierdoor meegenomen naar de stationaire fase. Dit is een kolom die op een constante temperatuur wordt gehouden. Met behulp van de detector, wordt in een chromatogram aangegeven hoelang het duurt voordat alle stoffen de kolom gepasseerd zijn. Deze tijd wordt de retentietijd genoemd en is een karakteristiek voor een stof. Door het oppervlak onder de curve van een chromatogram te bepalen, kan je de hoeveelheid stof uitrekenen.
Met behulp van massaspectrometrie kan je de structuurformules van ingewikkelde verbindingen bepalen. Een massaspectrometer werkt volgens het volgende principe: een deeltje krijgt een snelheid in een bepaalde richting en wordt er vervolgend een kracht op het deeltje uitgeoefend loodrecht op de bewegingsrichting. Hierdoor buigt het deeltje af. Hoeveel een deeltje afbuigt, hangt af van de massa van het deeltje. Met een massaspectrometer wordt een massaspectrum gemaakt. Hiermee kan je zien hoe vaak fragmenten van een bepaalde massa voorkomt. Hiermee kan je de structuur van een onbekende stof achterhalen.
Bij absorptiespectrometrie worden stoffen geïdentificeerd met behulp van licht. Een stof kan bepaalde golflengten uit licht absorberen. Dit wordt het absorptiespectrum van een stof genoemd. Welke golflengte geabsorbeerd wordt door een stof is te achterhalen met een spectrofotometer.
Met behulp van een spectrofotometer kan je ook de concentratie van een stof bepalen. Dit kan met behulp van de wet van Lambert-Beer of door experimenten. Bij experimenten moet je eerst een ijklijn te maken van de stof die je wilt onderzoeken.
Chemische industrie
Bij een chemische fabriek worden grote hoeveelheden stoffen gemaakt. In een blokschema wordt schematisch weergegeven wat er in een fabriek allemaal gebeurd.
De stappen die bij een groot chemisch proces altijd voorkomen zijn:
· Aanvoer en opslag van grondstoffen in silo’s of tanks;
· Voorbewerking om de stoffen geschikt te maken voor de reactie;
· Reactie in de reactor met eventueel een katalysator;
· Zuivering van de stofstroom
· Recirculeren
· Opslaan en afvoeren van het hoofdproduct;
· Verwerken van het afval.
In een chemische fabriek kunnen twee soorten processen voorkomen. Bij een continu proces is er continue aanvoer van beginstoffen en continue afvoer van eindproducten. Bij een batchproces worden reactieproducten in porties gemaakt. De reactor wordt gevuld en na de reactie weer leeggemaakt.
De belangrijkste scheidingsmethoden die gebruikt worden in de chemische industrie zijn: extractie, adsorptie, destillatie, filtratie, bezinken en indampen. Bij membraanfiltreren worden stoffen gescheiden door middel van een membraan.
Ammoniak, zout en chloor zijn belangrijke industriële producten, omdat ze als grondstof voor andere producten dienen.
De hoeveelheid natuurlijke grondstoffen die we tot onze beschikking hebben als mensen is beperkt. Door grondstoffen te hergebruiken en gebruik te maken van hernieuwbare grondstoffen kunnen de natuurlijke grondstoffen langer meegaan. Door de stijgende welvaart zijn er steeds meer grondstoffen nodig en wordt er steeds meer afval geproduceerd. Om ervoor te zorgen dat het milieu hier zo min mogelijk schade ondervindt, moet er aan duurzame ontwikkeling gedaan worden. De kenmerken van productieprocessen waarbij sprake is van duurzame ontwikkeling zijn:
· Men verbruikt de natuurlijke grondstoffen in het tempo waarmee ze worden aangemaakt
· Het afval wordt niet gedumpt, maar zo bewerkt dat het geschikt is voor hergebruik
· Men maakt gebruik van duurzame energiebronnen
Chemische snippers
Silicaten zijn polymeren die lijken op koolstofpolymeren, maar niet bestaan uit koolstofatomen. Silicaten zijn opgebouwd uit SiO4 eenheden. Als twee siliciumatomen twee zuurstofatomen gemeenschappelijk hebben, vormen ze ketens.
Bij drie gemeenschappelijke zuurstofatomen ontstaat een lagenstructuur.
Bij vier gemeenschappelijke zuurstofatomen ontstaat een netwerk.
Als silicium in silicaten gedeeltelijk vervangen is door aluminium, worden dit aluminiumsilicaten genoemd. Zeolieten zijn een bijzondere groep van de aluminiumsilicaten. Zeolieten kunnen gebruikt worden als ionenwisselaar. Dit komt omdat zeoliet extra negatief geladen is, omdat veel siliciumatomen vervangen zijn door aluminium. Hierdoor kunnen positieve ionen zich goed hechten aan zeolieten. De positieve ionen kunnen makkelijk uitgewisseld worden door andere positieve ionen. Zeolieten kunnen ook als katalysator gebruikt worden.
Salpeterzuur wordt in de chemische industrie gemaakt uit ammoniak. Hierbij ontstaat eerst stikstofmonooxide. Stikstofmonooxide wordt vervolgens omgezet in stikstofdioxide en salpeterzuur.
Het productieproces van zwavelzuur bestaat uit drie stappen. Eerst wordt zwavel verbrand waarbij zwaveldioxide ontstaat. Zwaveldioxide wordt met behulp van een katalysator omgezet in zwaveltrioxide. Zwaveltrioxide reageert met water tot zwavelzuur.
Atoombouw
Een atoom is volgens het atoommodel van Rutherford opgebouwd uit een kern die bestaat uit protonen en neutronen en een elektronenwolk. Ieder atoom wordt gekenmerkt door zijn eigen aantal protonen in de kern. Dit wordt het atoomnummer genoemd. De som van het aantal neutronen en protonen wordt het massagetal genoemd.
Atomen hebben normaal een vast aantal elektronen in de elektronenwolk. Elektronen zijn negatief geladen, protonen zijn positief geladen en neutronen hebben geen lading. Omdat er normaal evenveel protonen als elektronen zijn in een atoom is een atoom niet geladen. Als er elektronen bij komen of afgaan in de elektronenwolk, wordt het atoom geladen. Het atoom wordt dan een ion genoemd.
In het periodiek systeem der elementen staan alle atomen gerangschikt op atoomnummer. De horizontale regels worden de perioden genoemd en de verticale kolommen worden groepen genoemd. Drie groepen hebben een naam gekregen: de alkalimetalen (groep 1), de halogenen (groep 17) en de edelgassen (groep 18).
Stoffen kunnen in drie groepen ingedeeld worden: metalen, zouten en moleculaire stoffen.
Metalen geleiden zowel in vaste fase als in vloeibare fase stroom. Moleculaire stoffen geleiden in geen van beide fasen stroom. Zouten geleiden stroom niet in vaste fase, maar wel in vloeibare fase.
Metalen zijn opgebouwd uit metaalatomen. De binding tussen metaalatomen wordt een metaalbinding genoemd. Metaalbindingen zijn erg sterk. Bij metalen kan een elektron min of meer vrij bewegen en de positieve kern niet. Elektronen die vrij kunnen bewegen worden vrije elektronen genoemd. Vrije elektronen kunnen zich in een stof van het ene atoom naar het andere atoom verplaatsen. Als er uit een metaalatoom één of meerdere vrije elektronen uit zijn verdwenen, blijft de atoomrest over. De positief geladen atoomresten worden bij elkaar gehouden door de negatieve vrije elektronen.
Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen die bestaan uit niet-metaal atomen. De binding tussen niet-metaal atomen wordt een atoombinding genoemd en bevinden zich in een molecuul. Atoombindingen worden gevormd doordat niet-metaal atomen elektronen delen. De elektronen van niet-metaal atomen vormen elektronenparen die de positieve atoomresten bijeen houden. Het aantal elektronenparen dat een niet-metaal atoom kan vormen wordt de covalentie genoemd. In structuurformules worden elektronenparen weergegeven met een streepje. Tussen de verschillende moleculen komen vanderwaalsbindingen voor. Vanderwaalsbindingen zijn veel zwakker dan atoombindingen en hangen af van de grootte van het molecuul. Vanderwaalsbindingen ontstaan doordat moleculen elkaar aantrekken.
Zouten zijn opgebouwd uit positief geladen metaalionen en negatief geladen niet-metaal ionen. Tussen de positieve en negatieve ionen bevindt zich een sterke ionbinding. Ionen zijn elektrisch geladen atomen. Gesmolten zouten kunnen stroom geleiden door vrije ionen die zich kunnen bewegen door de vloeistof. Als een zout oplost, komen de ionen van elkaar los. Opgeloste zouten bevatten dus ook vrije ionen en kunnen dus ook stroom geleiden. Bij een oplossing van een zout in water moet je de losse ionen noteren. Het kristalrooster van een ion wordt een ionrooster genoemd.
Zouten
Een ionsoort heeft meestal maar één bepaalde ionlading. De ionlading wordt elektrovalentie of valentie genoemd. Bij metalen wordt met een Romeins cijfer achter de metaalnaam de lading van een metaalion aangegeven.
Zouten worden weergegeven met een verhoudingsformule. Een verhoudingsformule geeft de verhouding tussen de positieve en negatieve ionen weer, zodat de formule een elektrisch neutrale stof weergeeft.
Ionen kunnen ook uit meerdere atomen bestaan die samen een positieve of negatieve lading hebben (samengestelde ionen).
Ca2+Cl-2 (s) water --> Ca2+ (aq) + 2 Cl- (aq)
Een oplossing van een zout in water kan stroom geleiden. Bij het indampen van een zoutoplossing verdampt het water en blijft het zout als vaste stof over.
Natronloog
Na+ (aq) + OH- (aq)
Kaliloog
K+ (aq) + OH- (aq)
Kalkwater
Ca+ (aq) + 2 OH- (aq)
Barietwater
Ba2+ (aq) + 2 OH- (aq)
Sommige zouten lossen goed op in water en sommige lossen slecht op in water. Als je twee zoutoplossingen bij elkaar doet ontstaat er soms een ondoorzichtige suspensie (neerslag) doordat ionen met elkaar reageren die samen een slecht oplosbaar zout vormen. In tabel 45A van Binas staat een schema met de oplosbaarheid van zouten.
Voorbeeld:
Mg2+ (aq) + S2- (aq) --> MgS (s)
Met neerslagreacties kan je ionensoorten uit een oplossing verwijderen door een zout toe te voegen dat een slecht oplosbaar zout vormt met het ion dat je wilt verwijderen.
Met neerslagreacties kan je ook aantonen of een bepaald ion in een oplossing aanwezig is. Als je onderscheid tussen twee ionen moet maken, moet je een zoutoplossing toevoegen die met het ene ion een neerslagreactie vormt en met het andere ion niet. Sommige ionen kan je ook herkennen aan de kleur.
Ook kan je met neerslagreacties nieuwe zouten bereiden door twee zoutoplossingen bij elkaar te voegen. Hierbij ontstaan twee nieuwe zouten. Meestal is van de nieuwe zouten één zout slecht oplosbaar en één zout goed oplosbaar.
Rekenen
Getallen kan je schrijven als machten van 10.
100 000 = 10^5 0,00001 = 10^-5
In tabel 3A van Binas zijn de zeven basisgrootheden gegeven. Van de basisgrootheden zijn andere grootheden af te leiden. Grootheden worden uitgedrukt in eenheden. Eenheden die bij dezelfde grootheid horen kan je in elkaar omrekenen. Bij het omrekenen moet je op de voorvoegsels letten
Voor het omrekenen van volume naar massa moet je de dichtheid gebruiken.
Dichtheid = Massa
Volume
Het aantal significante cijfers zijn het aantal cijfers die wat betekenen voor de nauwkeurigheid van een meting. Als je nauwkeurigere meetapparatuur gebruikt, heb je ook meer significante cijfers. Als je gaar rekenen met meetwaarden, mag het antwoord niet meer significante cijfers hebben dan de meetwaarde met het kleinste aantal significante cijfers dat je hebt gebruikt.
Rekenen met atomen
De massa van een atoom wordt uitgedrukt in een atoommassa-eenheid. Deze eenheid wordt weergegeven met de letter u. In tabel 39 en 104 van Binas staan bij alle atoomsoorten een getal vermeld. Als je achter dit getal de eenheid u zet, heb je de atoommassa.
Omdat de massa van een molecuul erg klein is, is een nieuwe grootheid ingevoerd. Deze grootheid wordt de chemische hoeveelheid (n) genoemd. De eenheid die bij de chemische hoeveelheid hoort is de mol. Als 1 molecuul van een bepaalde stof een massa van M u heeft, dan heeft 1 mol van die stof een massa van M gram. De molaire massa van die stof is dan M in g/mol. Met behulp van de molaire massa kan je de chemische hoeveelheid omrekenen in massa en omgekeerd.
De wet van Avogadro houdt in:
Gelijke volumes gas bevatten bij dezelfde temperatuur en dezelfde druk evenveel moleculen. Het volume dat 1 mol gas inneemt, is dus voor alle gassen gelijk. Dit wordt het molair volume genoemd (Vm). Bij standaardomstandigheden (T = 273K, p = p0) geldt: Vm = 22,4 dm3mol-1. Met het volgende schema kan je de grootheden volume, massa, chemische hoeveelheid en volume gas in elkaar omrekenen.
Water
Bij een atoombinding tussen twee dezelfde atomen, bijvoorbeeld H2 of O2, trekken beide atomen even hard aan het gemeenschappelijke elektronenpaar. Bij een atoombinding tussen twee verschillende niet-metaalatomen is dit anders. Het ene atoom trekt in het algemeen harder aan het gemeenschappelijke elektronenpaar dan het andere atoom. Het gemeenschappelijke elektronenpaar hoort dan iets meer bij het ene atoom dan bij het andere. Dit soort binding wordt een polaire atoombinding genoemd. Het atoom dat het hardst aan het elektronenpaar trekt, wordt een klein beetje negatief en het atoom dat minder hard aan het elektronenpaar trekt, wordt een beetje positief. Het molecuul wordt hierdoor aan de ene kant een beetje positief en aan de andere kant een beetje negatief. De grootte van de plaatselijke lading wordt weergegeven met δ- en δ+, waarbij δ (delta) een waarde heeft tussen 0 en 1.
Een molecuul met een polaire atoombinding heeft twee elektrische polen, maar is in zijn geheel neutraal. Dit soort moleculen worden dipoolmoleculen of dipolen genoemd. Een polaire atoombinding is op te vatten als de geleidelijke overgang van de atoombinding naar de ionbinding. De vanderwaalsbindingen tussen dipoolmoleculen is groot. Hierdoor is het kook- en smeltpunt van een polaire stof in het algemeen hoger dan van een apolaire stof.
Waterstofbruggen of H-bruggen zijn bindingen die voorkomen tussen moleculen waarin O-H of N-H groepen voorkomen. Hierbij is het H atoom van de ene OH (of NH) groep gebonden aan het O (of N) atoom van de andere OH (of NH) groep. Waterstofbruggen zijn vrij sterke bindingen. Vanderwaalsbindingen zijn veel minder sterk.
Als je een vloeistof met water wilt mengen, moeten de waterstofbruggen tussen de watermoleculen verbroken worden. Dit gaat alleen als de vloeistof nieuwe waterstofbruggen kan vormen. Stoffen die goed met water kunnen mengen worden hydrofiel genoemd. Stoffen die slecht met water kunnen mengen worden hydrofoob genoemd.
Stoffen waarbij tussen de moleculen alleen vanderwaalsbindingen aanwezig zijn, kunnen in het algemeen goed met elkaar mengen. Als een zout in water oplost, worden de vrije ionen door watermoleculen omringd. Dit wordt hydratie genoemd.
Zepen zijn zouten die oplosbaar zijn in water. Zepen bestaan meestal uit natrium of kaliumionen en stearaationen. De formule van stearaat is C17H35COO-. Stearaationen bestaan uit een geladen kop en een lange koolwaterstofstaart. De geladen kop kan goed gehydrateerd worden, maar voor de koolwaterstofstaart moeten veel waterstofbruggen verbroken worden. Stearaationen bevinden zich dan ook meestal aan het wateroppervlak waarbij de koolwaterstofstaart door het oppervlak naar buiten steekt. Er hoeven dan zo min mogelijk waterstofbruggen verbroken te worden. Zeep heeft invloed op de grensvlakspanning van water. Stoffen die grensvlak-actief zijn, worden detergens genoemd. Detergentia verlagen de grensvlakspanning.
Als het wateroppervlak vol is, vormen de stearaationen groepjes (micellen). Hierbij keren de staarten zich naar elkaar toe en steken de ionkoppen naar buiten waarbij ze gehydrateerd worden. Micellen zijn kleine gebiedjes waar geen dipoolmoleculen zijn en kunnen moleculen opnemen die niet met water kunnen mengen. De meeste vuildeeltjes kunnen geen waterstofbruggen vormen en kunnen dus niet in water oplossen, maar wel in micellen. Daardoor wordt wasgoed niet schoon als je alleen met water wast, maar wel als je zeep gebruikt.
Hard water is water dat veel calciumionen bevat. Zacht water bevat bijna geen calciumionen. De eenheid van de hardheid van water is de Duitse Hardheidsgraad (ºD of DH). Hard water vormt met zeep een neerslag en schuimt niet. Als je hard water verwarmt, slaat calciumcarbonaat neer. Hierdoor verkalken ketels en verwarmingselementen van wasmachines en koffiezetapparaten.
Hard water kan je ontkalken door:
· Het water te verwarmen;
· De calciumionen te laten neerslaan met soda;
· De calciumionen af te schermen van het water met speciale stoffen;
· Calciumionen uit te wisselen tegen natriumionen met een ionenwisselaar.
Bij een temperatuur groter dan 80 graden Celsius treedt de volgende reactie op:
Ca2+ + 2 HCO3- à CaCO3 + H2O + CO2
Chemisch rekenen
De coëfficiënten van een reactievergelijking kan je ook lezen als de verhouding in mol waarin de stoffen met elkaar reageren. Om de verhouding in mol uit de reactievergelijking te halen, moet je bij oplossingen ook de ionen die niet meedoen aan de reactie opschrijven met de juiste coëfficiënt ervoor.
De molariteit van een oplossing is het aantal mol opgeloste stof in een liter oplossing.
Aantal liter oplossing
Bij het berekenen van de concentratie van een bepaalde stof in een oplossing, bereken je hoeveel gram of mol van de gevraagde stof zich in 1 liter oplossing bevindt. Als in een oplossing per liter 0,23 mol glucose is opgelost, noteren we de concentratie op de volgende manier:
[C6H12O6] = 0,23 mol l-1.
Afhankelijk van de gekozen eenheden kan je concentratie uitdrukken in molariteit, massa- en volumepercentage of ppm (parts per million).
Om uit te rekenen hoeveel stof verdwijnt of ontstaat bij een reactievergelijking moet je een aantal stappen volgen:
1. stel de reactievergelijking op;
2. kijk van welke stof de hoeveelheid is gegeven en van welke stof de hoeveelheid wordt gevraagd;
3. leid uit de reactievergelijking de verhouding in mol af tussen de gegeven en gevraagde stof;
4. reken de hoeveelheid gegeven stof om in mol;
5. bereken uit het aantal mol gegeven stof en de verhouding in mol van stap 3 het aantal mol van de gevraagde stof;
6. reken het aantal mol gevraagde stof om in de gevraagde eenheid;
7. controleer je antwoord en let op het aantal significante cijfers.
De samenhang staat in de algemene gaswet. Bij de algemene gaswet wordt gebruik gemaakt van de gasconstante (R).
De algemene gaswet: R= p x V
n x T
Zuren en basen
Een zure oplossing bevat H3O+ (aq) ionen. Verder smaakt een zure oplossing altijd zuur en is de pH kleiner dan 7. Een basische oplossing bevat OH- (aq) ionen. Een basische oplossing kan ontstaan door het oplossen van een hydroxide en door het oplossen van een base. Verder voelt een basische oplossing zeepachtig aan en is de pH groter dan 7. Een neutrale oplossing heeft een pH van 7. Lakmoes is een indicator waarmee aangetoond kan worden of een oplossing zuur of basisch is. Lakmoes wordt rood van een zure oplossing en blauw van een basische oplossing.
Een zuur-base reactie is een reactie waarbij een deeltje een H+ ion afstaat aan een deeltje dat een H+ ion kan opnemen. Het deeltje dat het H+ ion afstaat, wordt het zuur genoemd en het deeltje dat het H+ ion opneemt, wordt de base genoemd.
Een zuur-base koppel is een combinatie van een zuur en een base die één H+ van elkaar verschillen. Bij het zuur van een zuur-base koppel hoort de geconjugeerde base en bij de base hoort het geconjugeerde zuur.
Een zuur-base reactie stel je op door:
· Te inventariseren welk zuur en welke base aanwezig zijn;
· Na te gaan hoeveel H+ het zuur kan afstaan en hoeveel H+ de base kan opnemen;
· De reactievergelijking op te schrijven.
De zuurgraad van een oplossing wordt de pH genoemd. De zuurgraad wordt bepaald door de concentratie van H3O+ (aq) ionen.
Hoe basisch een oplossing is, wordt bepaald door de concentratie van OH- ionen in een oplossing.
pOH = -log[OH-]
Als de temperatuur van een oplossing constant is, kan je de waterconstante (Kw) uitrekenen.
[H3O +] x [OH-] = Kw
Met de formule pH + pOH = 14,0 kan je de waarde van pH en pOH in elkaar omrekenen. Deze formule geldt alleen bij een temperatuur van 298 K.
Titratie is een kwantitatieve analysemethode waarmee je experimenteel de molariteit van een zuur of een base kan berekenen. Bij titratie zijn twee oplossingen nodig die met elkaar kunnen reageren. Om de concentratie te kunnen berekenen, moet je de hoeveelheden van de oplossingen die je bij elkaar doet kunnen meten en van één van de oplossingen moet de concentratie bekend zijn.
Sterke en zwakke zuren en basen
Er bestaan twee verschillende soorten zuren en basen. Sterke zuren en basen ioniseren volledig in water en zwakke zuren en basen ioniseren niet volledig in water. Bij zwakke zuren en basen ontstaat een evenwicht. Sterke zuren en basen worden genoteerd in ionen en zwakke zuren worden genoteerd in moleculen.
In tabel 49 van Binas is te vinden of een zuur of een base sterk of zwak is. De zuren die bovenaan staan zijn sterk en de zuren die onderaan staan zijn zwak. De basen die bovenaan staan zijn zwak en de basen die onderaan staan zijn sterk.
Reacties tussen zuren en basen hoeven niet altijd te lopen. Als er een sterk zuur of een sterke base aanwezig is, loopt de reactie altijd. De reactie is dan aflopend. Een reactie tussen een zwak zuur en een zwakke base loopt alleen als links van de pijl een sterker zuur en een sterkere base staan dan rechts van de pijl. Het zuur links van de pijl staat dan, in tabel 49 van Binas, links boven de base.
De evenwichtsvoorwaarde van een zwak zuur:
Kz = [H3O+] [Z-]
[HZ]
Met de evenwichtsvoorwaarde kan je de concentratie van de H3O+ ionen berekenen en daarmee dus de pH van de oplossing van dat zuur in water. Bij de berekening druk je het aantal deeltjes dat ioniseert uit in x. De Kz van een stof is bekend, want die staat in Binas en het aantal mol dat voor de reactie aanwezig is, moet ook bekend zijn.
Om de vergelijking te vereenvoudigen, wordt x in de noemer verwaarloosd. Als laatste moet je controleren of je x in de noemer mocht verwaarlozen. Verwaarlozen mag als het aantal deeltjes dat ioniseert minder is dan 10% van het aantal deeltjes dat aanwezig was.
Ook bij het oplossen van een zwakke base stelt zich een dynamisch evenwicht in. Bij evenwicht is de concentratiebreuk van een zwakke base gelijk aan de baseconstante (Kb).
De evenwichtsvoorwaarde van een zwakke base:
Kb = [HB+] [OH-]
[B]
Met de evenwichtsconstante is op dezelfde manier als bij een zuur de concentratie OH- ionen te berekenen. Hiermee is de pOH en dus ook de pH te berekenen.
Zuren en basen in de praktijk
Bij het oplossen van niet-metaal oxiden (zoals CO2) in water, ontstaat een zwak zuur.
Een stof dat als een zuur en als een base kan reageren, wordt een amfolyt genoemd. Of een oplossing van een amfolyt in water zuur of base is, kan afgeleid worden uit de zuur- en baseconstante van de amfolyt.
Bufferoplossingen zijn oplossingen waarvan de pH niet veranderd als je een zuur of een base toevoegt. Ook niet als je de oplossing verdunt. Dit komt omdat een bufferoplossing zowel een zwak zuur als een zwakke base bevat die niet met elkaar reageren. Dit wordt een zuur-base koppel genoemd. Er moet wel voldoende veel van het zuur en de base aanwezig zijn in de oplossing. De pH van een buffermengsel wordt bepaald door de verhouding in mol waarin het zwakke zuur is gemengd met de geconjugeerde base.
Redoxreacties
Een redoxreactie is een reactie waarbij elektronen worden overgedragen. Een deeltje dat elektronen afstaat is een reductor en een deeltje dat elektronen opneemt is een oxidator.
Om te weten te komen of een deeltje een reductor of een oxidator is, moet je weten of het deeltje elektronen kan opnemen of afstaan waarbij er een bestaand deeltje ontstaat. Hierbij moet je halfreacties opstellen. Halfreacties zijn reacties waarin elektronen voorkomen. Bij de halfreactie van een reductor ontstaat een geconjugeerde oxidator en bij de halfreactie van een oxidator ontstaat een geconjugeerde reductor.
Bij een redoxreactie zijn de reductor en de oxidator voor de pijl altijd sterker dan de geconjugeerde reductor en de geconjugeerde oxidator na de pijl. In tabel 48 van Binas staat een hele lijst met reductoren en oxidatoren en de bijbehorende halfreacties. De sterkste oxidator staat bovenaan en de sterkste reductor staat onderaan. Een redoxreactie verloopt alleen als de reductor rechtsonder de oxidator staat.
Het opstellen van een redoxreactie doe je op de volgende manier:
· Inventariseer welke deeltjes aanwezig zijn;
· Ga na welke deeltjes oxidator en/of reductor zijn;
· Ga na of de oxidator kan reageren met de reductor;
· Schrijf de halfreactie van de reductor op;
· Schrijf de halfreactie van de oxidator op;
· Tel de twee halfreacties op, waarbij je het aantal elektronen kloppend moet maken
· Schijf de toestandsaanduidingen op in de redoxreactie.
Corrosie is de reactie van metalen met zuurstof waarbij metaaloxiden ontstaan. Bij corrosie bij kamertemperatuur is ook (ionenhoudend) water nodig. Men kan corrosie tegengaan door het metaal af te schermen van zuurstof door een beschermende laag of door een opofferingsmetaal te plaatsen waar de zuurstof makkelijker meer reageert.
Sommige alkanolen kunnen als reductor optreden. Bij een primair alcohol zit de OH-groep aan een primair koolstofatoom. Als hier een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een aldehyde. Als er bij een aldehyde een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een carbonzuur. Bij een secundair alcohol zit de OH-groep aan een secundair koolstofatoom. Als hier een oxidator wordt bijgevoegd, ontstaat er een keton. Een keton reageert niet als reductor. Bij een tertiair alcohol zit de OH-groep aan een tertiair koolstofatoom. Een tertiair alcohol reageert niet als reductor.
Primaire alcohol +ox à Aldehyde +ox à Carbonzuur
Secundaire alcohol +ox à Keton
Tertiare alcohol reageert niet
Een elektrochemische cel is een gesloten stroomkring die bestaat uit twee halfcellen. De halfcel met de reductor is de negatieve elektrode en de halfcel met de oxidator is de positieve elektrode. De twee halfcellen worden verbonden door een zoutbrug (of een membraan) en een metaaldraad. Een zoutbrug is een buis die gevuld is met een elektrolytoplossing. Dat is een oplossing die ionen bevat. Via een zoutbrug of een membraan kan ionentransport plaatsvinden. De reductor geeft elektronen af aan de negatieve elektrode. Bij de negatieve elektrode is dus een overschot aan negatieve elektronen. De elektronen kunnen via de metaaldraad van de negatieve elektrode naar de positieve elektrode gaan. Door de oxidator worden elektronen uit de positieve elektrode opgenomen. Via de zoutbrug kunnen ionen die zorgen voor ladingtransport van de oxidator naar de reductor gaan. Hierdoor wordt de stoombron gesloten.
Redox in de praktijk
IJzer is een onedel metaal dat veel gebruikt wordt omdat het relatief goedkoop is. IJzer wordt gewonnen uit ijzererts. In metaalertsen zitten veel metaaloxiden. Om van ijzererts ijzer te maken, moeten eerst de ijzeroxiden uit de erts gehaald worden. Dit gebeurt met de reductoren koolstof of koolstofmonooxide. Het proces waarbij ijzer gemaakt wordt uit ijzererts en koolstof, vindt plaats in hoogovens. IJzer dat ongeveer 5% koolstof bevat wordt ruw ijzer genoemd en wordt onder andere gebruikt voor het maken van putdeksels. IJzer dat voor minder dan 2% uit koolstof bestaat, wordt staal genoemd. Staal roest vrij snel. Roestvrijstaal is staal dat gemengd is met grote hoeveelheden chroom en nikkel.
Elektrolyse is een ontledingsreactie door middel van een gelijkstroom. Omdat er bij elektrolyse elektronen zijn betrokken, is het ook een redoxreactie. Voor elektrolyse zijn een gelijkspanningsbron, een vloeistof met vrije ionen (elektrolyt) en twee staafjes van metaal of koolstof (elektroden) die contact malen met het elektrolyt nodig. De elektrode die met de min van de spanningsbron is verbonden, heeft een negatieve lading. Aan de elektrode zitten dus te veel elektroden. De elektroden worden door de sterkste oxidator uit de elektrolyt opgenomen. De elektrode die met de plus van de spanningsbron is verbonden, heeft een positieve lading. Aan de elektrode zitten dus te weinig elektronen. De sterkste reductor uit de elektrolyt geeft elektronen af aan de positieve elektrode.
Elektroden die bij de reactie mee reageren, worden aantastbare elektroden genoemd en elektroden die bij de reactie niet mee reageren, worden onaantastbare elektroden genoemd
Organische verbindingen
Steenkool, aardolie en aardgas zijn fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen zijn heel lang geleden ontstaan uit plantenresten. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt CO2 vrij. CO2 is een broeikasgas en zorgt voor het broeikaseffect. Broeikasgassen vormen een soort deken om de aarde en houden de warmte vast. Hierdoor wordt de temperatuur op aarde hoger. Alternatieven voor fossiele brandstoffen zijn windenergie, zonne-energie, biogas en bio-alcohol.
Ruwe aardolie wordt gedestilleerd om verschillende brandstoffen te winnen. Bij de destillatie ontstaan geen zuivere stoffen, maar mengsels van stoffen waarvan de kookpunten dicht bij elkaar liggen. Het destillaat van ruwe aardolie wordt opgevangen in vijf verschillende fracties met verschillende kooktrajecten. Het destillatieproces wordt hierom gefractioneerde destillatie genoemd. De Brandstoffen die uit ruwe aardolie gewonnen worden zijn: lpg, benzine, dieselolie, stookolie en kerosine.
Er is meer vraag naar benzine dan dat er door destillatie van ruwe aardolie kan worden gemaakt. Daarom wordt benzine ook chemisch gemaakt. Benzine is een mengsel van koolwaterstoffen met de algemene formule CnH2n+2. Deze groep wordt de alkanen genoemd. Alkanen die uit lange ketens bestaan, kunnen ‘gekraakt’ worden in meerdere kleinere alkanen. Dit proces wordt kraken genoemd. Alkanen zijn verzadigde koolwaterstoffen, omdat de bindingen tussen de C-atomen alleen uit enkele bindingen bestaan. Stoffen waarvan de moleculen dubbele bindingen bevatten, worden onverzadigde koolwaterstoffen genoemd.
Isomeren zijn verschillende stoffen met verschillende structuurformules, maar met dezelfde molecuulformule.
Bij het opstellen van de systematische naam van een stof, moet je
· Eerst de stamnaam vinden. Dat is de naam van de langste keten
· Vervolgens schrijf je de naam van de zijgroep voor de stamnaam
· Als de zijgroep niet aan het eerste C-atoom vastzit, moet je het nummer van het C-atoom waar de zijgroep aan vastzit voor de zijgroep zetten. Hierbij moet de nummering altijd zo laag mogelijk zijn.
· Als er meerdere zijgroepen voorkomen, moet je bij de alfabetische volgorde aanhouden en moet je als dat nodig is een voorvoegsel g ebruiken (zoals di-, tri-, enz.).
Alkenen zijn koolwaterstoffen die de algemene formule CnH2n. Ten opzichte van alkanen missen alkenen 2 C-atomen. Dit komt door een dubbele binding tussen twee C-atomen. Alkenen zijn onverzadigde koolwaterstoffen. De dubbele binding wordt bij de naamgeving van alkanen weergegeven doordat de stamnaam eindigt op -een in plaats van op -aan. De plaats van de dubbele groep wordt aangegeven met een plaatsnummer. Als er meerdere dubbele bindingen voorkomen wordt dit weergegeven met een numeriek voorvoegsel voor de uitgang (-dieen).
De reactie die tussen een alkeen en broom plaatsvindt, wordt een additiereactie genoemd. Bij een additiereactie springt de dubbele binding open. Broom bindt zich vervolgens aan de koolstofatomen. Bij een additiereactie ontstaat maar één reactieproduct. Behalve broom kunnen ook de stoffen fluor, chloor, jood, waterstof en water worden geaddeerd.
Alkynen zijn koolwaterstoffen die een drievoudige binding tussen twee koolstofatomen bevatten. Deze stoffen krijgen in de naamgeving het achtervoegsel -yn.
Sommige koolwaterstoffen zijn ringvormig. Cyclische koolwaterstoffen worden cycloalkanen genoemd. Bij de naamgeving wordt voor de stamnaam het voorvoegsel cyclo- gezet. Alkenen en Cycloalkanen kunnen dezelfde molecuulformule hebben, maar hebben een verschillende molecuulstructuur. Cycloalkanen en alkenen zijn dus isomeren.
Regels over naamgeving zijn te vinden in tabel 103B van Binas
Klasse Karakteristieke groep Voorvoegsel Achtervoegsel
Alkanen C-C -aan
Alkenen C=C -een
Alkynen C=C -yn
Aanhangsels -CH3 -yl
Cyclo-alkanen Ring Cyclo-
Alkanolen -OH Hydroxy- -ol
Ethers -C-O-C- Alkoxy-
Aldehyden primaire C=O -al
Ketonen secundaire C=O -on
Carbonzuren -COOH -zuur
Aminen -NH2 amino- -amine
Esters -C-O-C=O alkylalkanoaat
Koolwaterstoffen
Alkanen kunnen in het licht met halogenen reageren. Hierbij worden waterstofatomen vervangen voor halogeenatomen. Dit wordt een substitutiereactie genoemd. Bij deze substitutiereactie ontstaan halogeenalkanen en waterstofhalogeniden.
Alcoholen zijn koolwaterstoffen die een OH-groep bevatten (hydroxylgroep). De OH-groep wordt ook wel hydroxylgroep genoemd. Als in een alkaanmolecuul slechts één H-atoom vervangen is door een OH-groep, spreken we van een alkanol. De karakteristieke groep -OH wordt weergegeven met het achtervoegsel -ol of het voorvoegsel hydroxy- als er al een ander achtervoegsel is. Alkoxyalkanen zijn isomeer met alkanolen. De moleculen van Alkoxyalkanen bevatten één R-O-R groep. Alkoxyalkanen krijgen als voorvoegsel alkoxy-. Alkoxyalkanen behoren tot de groep ethers.
Carbonzuren worden gekenmerkt door de COOH groep, de carboxylgroep. Als in een molecuul één carboxylgroep aanwezig is, spreken we van een alkaanzuur. De karakteristieke groep wordt weergegeven met het achtervoegsel -zuur. Carbonzuren kunnen als een zuur reageren.
Een molecuul met een –NH2 groep wordt een amine genoemd. De karakteristieke groep heet de amino groep. Als een molecuul één aminogroep bevat, spreken we van een alkaanamine. Het achtervoegsel wordt dan -amine. Als er behalve een aminegroep ook nog een hydroxyl- of een corboxylgroep in het molecuul voorkomt, wordt in plaats van het achtervoegsel -amine het voorvoegsel amino- gebruikt. Aminen kunnen als een base reageren.
Esters zijn stoffen die gevormd worden uit de reactie tussen een alkanol en een zuur. Bij deze reactie ontstaat naast een ester ook water. De karakteristieke groep van een ester is COO. Bij de naamgeving moet je een ester opsplitsen in een alkylgroep (alkyl) en een zuurrest (-oaat): alkylalkanoaat. Bij ingewikkelde esters moet je de omschrijving geven van de alcohol en het zuur waar de ester uit is ontstaan.
Een eetbaar vet of een eetbare olie is een ester van glycerol (1,2,3-propaantriol) en vetzuren. Een vetzuur is een organisch zuur met een hele lange alkylketen. Vetten ontstaan uit verzadigde vetzuren en oliën ontstaan uit onverzadigde vetzuren. Bij vetharding reageert een olie met waterstof zodat er een vast vet ontstaat.
Bij de vorming van esters stelt zich een evenwicht in tussen de heengaande en de teruggaande reactie. De heengaande reactie waarbij een ester en water ontstaan wordt verestering genoemd en de teruggaande reactie waarbij een ester door water wordt ontleed, wordt hydrolyse genoemd. Als bij een ester loog (OH-) wordt toegevoegd, vindt er verzeping plaats. Er kan dan een zeep ontstaan.
Stereochemie
Bij het atoommodel van Rutherford bestaat een atoom uit een kern met daaromheen verschillende schillen met elektronen. In elke schil kunnen maar een bepaald aantal elektronen. De elektronen die in de buitenste schil zitten worden de valentie-elektronen genoemd.
Als een koolstofatoom wordt omringd door vier enkele bindingen, treedt er een tetraëdrische omringing op. De bindingshoeken zijn dan 109,5º. Als twee koolstofatomen gebonden zijn met een dubbele binding, bevinden de overige vier bindingen zich in een plat vlak. De bindingshoeken zijn dan 120º. Als twee koolstofatomen gebonden zijn met een drievoudige binding, bevinden de overige twee bindingen zich in elkaars verlengde. De bindingshoeken zijn 180º. Dubbele en drievoudige bindingen zijn starre bindingen.
Stoffen die dezelfde molecuulformule maar een verschillende structuurformule hebben, worden isomeren genoemd. Als aan weerszijde van een starre binding verschillende groepen voorkomen, kan er cis-trans isomerie voorkomen. Als beide groepen aan dezelfde kant zijn gebonden, wordt dit de cisvorm genoemd. Als beide groepen aan weerszijden zijn gebonden, wordt dit de transvorm genoemd.
Stoffen die optisch actief zijn kunnen de trillingsrichting van licht draaien. Optische isomeren hebben dezelfde molecuulformule, maar draaien de trillingsrichting van licht op een andere manier. Met een polarimeter kunnen optische isomeren van elkaar onderscheiden worden. Bij een polarimeter gaat ongepolariseerd licht (licht met trillingsrichtingen naar alle kanten) door een polarisator. Hierdoor wordt alleen licht in één bepaalde trillingsrichting doorgelaten. Na de eerste polarisator komt het licht bij een tweede polarisator. Als de tweede polarisator in dezelfde richting staat als de eerste, gaat het licht onverhinderd door. Als je een tweede polarisator 90º draait ten opzichte van de eerste, komt er geen licht door de tweede polarisator.
Een stof is optisch actief als in het molecuul van de stof een asymmetrisch koolstofatoom voorkomt. Een asymmetrisch C atoom is een C atoom met vier verschillende groepen om zich heen. Er komen dan twee spiegelbeeldisomeren voor.
Een racemisch mengsel is een mengsel van twee spiegelbeeldisomeren die met een molverhouding 1:1 gemengd zijn. Een racemisch mengsel verandert de trillingsrichting van het licht niet.
Van stoffen die opgebouwd zijn uit grote, ingewikkelde moleculen (zoals organische stoffen) komen vaak optische isomeren voor, omdat er niet vaak een symmetrievlak in dit soort moleculen voorkomt.
Polymeren
Monomeren zijn eenvoudige grondstoffen die, als ze aan elkaar worden gekoppeld door chemische reacties, lange ketens (polymeren) vormen. De chemische reactie wordt polymerisatiereactie genoemd. Monomeren bevatten een dubbele binding die bij een reactie openspringt. De koolstofatomen kunnen hierdoor een nieuwe binding vormen en worden aan elkaar gekoppeld. Deze vorm van polymerisatie wordt additiepolymerisatie genoemd.
Rubber ontstaat ook uit additiepolymerisatie. De elasticiteit van rubber wordt veroorzaakt door crosslinks. Dit zijn dwarsverbindingen tussen de polymeren. Hierdoor krijgt rubber na uitrekking weer zijn oorspronkelijke vorm. Dit soort stoffen worden elastomeren genoemd.
Polyesters en polyamiden worden gevormd door de condensatiepolymerisatie van een hydroxyzuur of door de condensatiepolymerisatie van een diol met een dizuur. Hierbij ontstaat een polymeer door afsplitsing van water.
Plastics zijn stoffen die uit polymeren bestaan. Er bestaan twee soorten plastics: thermoharders en thermoplasten. Thermoplasten worden zacht als je ze verwarmd en worden weer hard als je ze afkoelt. Thermoharders blijven hard als je ze verwarmd.
Natuurlijk chemie
De hoofdbestanddelen van ons voedsel zijn koolhydraten, vetten en eiwitten. Daarnaast hebben we ook nog kleine hoeveelheden mineralen en vitaminen nodig.
Koolhydraten en vetten leveren energie doordat ze in het lichaam worden verbrand. Eiwitten zijn bouwstoffen en worden gebruikt voor de opbouw van cellen. In voedsel zitten ook voedingsvezels die ervoor zorgen dat het maagdarmkanaal goed blijft functioneren.
Voorbeelden van koolhydraten zijn glucose en zetmeel. Zetmeel wordt gevormd door de koppeling van glucose onder afsplitsing van water. Glucose is een monomeer en zetmeel is een polymeer. Glucose wordt ook wel een monosacharide genoemd en zetmeel een polysacharide. Stoffen waarbij twee monosachariden met elkaar reageren onder afsplitsing van water, worden disachariden genoemd.
Eiwitten zijn polymeren die ontstaan uit aminozuren. Bij het koppelen van twee aminozuren ontstaat een dipeptide. Een dipeptide heeft nog een amino- en een carboxylgroep en kan dus nog verder reageren zodat er een polypeptide ontstaat. De volgorde van de aminozuren in een eiwit wordt de primaire structuur genoemd. De spiraalstructuur (helix) waar een eiwit uit kan bestaan, wordt de secundaire structuur genoemd. De spiraalstructuur wordt veroorzaakt door waterstofbruggen. Helixen kunnen gevouwen of gekronkeld zijn door zwavelbruggen of ionbindingen. Dit wordt de tertiaire structuur genoemd. Eiwitten kunnen complexen vormen van verschillende eiwitten. De manier waarop zo’n complex gerangschikt is, wordt de quaternaire structuur genoemd.
Als een eiwit verwarmd wordt, worden de ionbindingen verbroken worden. Hierdoor verliest een eiwit zijn ruimtelijke structuur. Dit wordt denatureren genoemd.
Een enzym is een eiwit. Door de tertiaire structuur heeft een enzym een specifieke katalytische werking.
De eiwitsynthese in een cel wordt gestuurd door de chromosomen. Chromosomen bestaan uit twee polyesterketens die door H bruggen aan elkaar zijn gebonden. De spiraalvorm die het molecuul heeft, wordt een dubbele helix genoemd.
Energie
Bij reacties, oplossen en fase-overgangen treedt een energie-effect op. Een energie-effect kan endotherm op exotherm zijn. Bij een endotherm energie-effect wordt energie uit de omgeving opgenomen door de stof. Bij een exotherm energie-effect wordt door de stof energie aan de omgeving afgegeven.
In een energiediagram wordt het energieverloop van een reactie weergegeven. Bij een exotherme reactie ligt het niveau van de beginstoffen hoger dan het niveau van de reactieproducten. Bij een endotherme reactie is dit andersom. Bij de niveaus moet je de reactievergelijking schrijven.
Een reactie moet altijd op gang gebracht worden. Dit gebeurt door een bepaalde hoeveelheid energie toe te voegen, de activeringsenergie (Eact). Als de activeringsenergie van een reactie hoog is, is de reactiesnelheid laag. Een katalysator verlaagt de activeringsenergie en daardoor wordt de reactiesnelheid hoger.
Atoombouw en reacties
De ionisatie-energie is de energie die nodig is om één elektron uit een deeltje te verwijderen. De elektronen om een atoom kunnen ingedeeld worden in groepen. De elektronen in elke groep hebben een verschillende ionisatie-energie. Elektronen worden hierdoor ingedeeld in verschillende energieniveaus. Hoe hoger de ionisatie-energie, hoe lager het energieniveau. In het laagste energieniveau kunnen maximaal twee elektronen voorkomen en in de daarop volgende energieniveaus maximaal acht. Deze verdeling van elektronen over de niveaus is bij alle atomen gelijk.
Het aantal energieniveaus dat gevuld is, komt overeen met het nummer van de periode waarin een element in het periodiek systeem staat. Bij de overgangsmetalen, de lanthaniden en de actiniden is de opvulling van de niveaus op een andere manier.
Het model waarbij de elektronen van een atoom ingedeeld worden over verschillende energieniveaus lijkt op het schillenmodel. De energieniveaus worden ook wel schillen genoemd.
Een Molecuul waarbij een polaire atoombinding aanwezig is, kan een dipool molecuul zijn. Dipool moleculen zijn aan de ene kant een beetje positief en aan de andere kant een beetje negatief geladen. Of een molecuul een dipool molecuul is, kan je afleiden uit het verschil in elektronegativiteit tussen de niet-metaalatomen en de ruimtelijke bouw van het molecuul. De dipoolsterkte van een molecuul wordt uitgedrukt in het dipoolmoment. De waardes van dipoolmomenten zijn te vinden in tabel 54 van Binas. Moleculen waarbij het dipoolmoment 0 is, zijn geen dipoolmoleculen.
De reactiewarmte is de warmte die vrijkomt bij een exotherme reactie. De reactiewarmte kan je experimenteel bepalen door de warmte die vrijkomt op te laten nemen door een bekende hoeveelheid water. Uit de temperatuurverandering en de soortelijke warmte van het water kan je de reactiewarmte berekenen. Bij een experiment kan je systematische en toevallige fouten maken. Bij systematische fouten is de manier waarop het experiment wordt uitgevoerd niet goed. Bij een toevallige fout wordt bijvoorbeeld iets verkeerd afgelezen.
De vormingswarmte is de reactiewarmte van de vorming van één mol stof uit de niet-ontleedbare stoffen. De ontledingswarmte is de reactiewarmte van het ontleden van één mol stof in de niet-ontleedbare stoffen. De ontledingswarmte is even groot als de vormingswarmte, maar heeft het tegenovergestelde teken.
Chemische technieken
In de praktijk is de opbrengst van een reactie nooit gelijk aan de theoretische opbrengst. Dit komt door verontreinigingen. Aan de hand van de werkelijke opbrengst kan je het rendement van een productieproces vaststellen. Het rendement wordt uitgedrukt in een percentage van de theoretische opbrengst.
Bij het maken van een product is het vaak een probleem dat er een mengsel ontstaat. Dit heeft verschillende oorzaken:
· Bij de reactie ontstaan verschillende reactieproducten;
· Bij een evenwichtsreactie blijven er altijd beginstoffen aanwezig;
· Een beginstof is in overmaat aanwezig en kan niet helemaal weg reageren;
· De beginstoffen zelf zijn onzuiver;
· Er treden volg- of nevenreacties op, waardoor weer andere bijproducten ontstaan.
Om een mengsel te zuiveren zijn er verschillende scheidingsmethoden mogelijk.
Chromatografie is een scheidingsmethode die wordt gebruikt om uit te zoeken welke stoffen aanwezig zijn. Dit wordt een kwalitatieve scheidingsmethode genoemd. Bij een chromatogram wordt met de verdelingsconstante de verhouding van de oplosbaarheid van een stof in de mobiele fase en de stationaire fase gegeven.
Analysetechnieken
Bij een kwalitatieve analyse wordt gekeken welke stoffen aanwezig zijn. Bij een kwantitatieve analyse wordt gekeken hoeveel er van een bepaalde stof aanwezig is.
Met behulp van massaspectrometrie kan je de structuurformules van ingewikkelde verbindingen bepalen. Een massaspectrometer werkt volgens het volgende principe: een deeltje krijgt een snelheid in een bepaalde richting en wordt er vervolgend een kracht op het deeltje uitgeoefend loodrecht op de bewegingsrichting. Hierdoor buigt het deeltje af. Hoeveel een deeltje afbuigt, hangt af van de massa van het deeltje. Met een massaspectrometer wordt een massaspectrum gemaakt. Hiermee kan je zien hoe vaak fragmenten van een bepaalde massa voorkomt. Hiermee kan je de structuur van een onbekende stof achterhalen.
Bij absorptiespectrometrie worden stoffen geïdentificeerd met behulp van licht. Een stof kan bepaalde golflengten uit licht absorberen. Dit wordt het absorptiespectrum van een stof genoemd. Welke golflengte geabsorbeerd wordt door een stof is te achterhalen met een spectrofotometer.
Met behulp van een spectrofotometer kan je ook de concentratie van een stof bepalen. Dit kan met behulp van de wet van Lambert-Beer of door experimenten. Bij experimenten moet je eerst een ijklijn te maken van de stof die je wilt onderzoeken.
Chemische industrie
Bij een chemische fabriek worden grote hoeveelheden stoffen gemaakt. In een blokschema wordt schematisch weergegeven wat er in een fabriek allemaal gebeurd.
De stappen die bij een groot chemisch proces altijd voorkomen zijn:
· Aanvoer en opslag van grondstoffen in silo’s of tanks;
· Voorbewerking om de stoffen geschikt te maken voor de reactie;
· Reactie in de reactor met eventueel een katalysator;
· Zuivering van de stofstroom
· Recirculeren
· Opslaan en afvoeren van het hoofdproduct;
· Verwerken van het afval.
In een chemische fabriek kunnen twee soorten processen voorkomen. Bij een continu proces is er continue aanvoer van beginstoffen en continue afvoer van eindproducten. Bij een batchproces worden reactieproducten in porties gemaakt. De reactor wordt gevuld en na de reactie weer leeggemaakt.
De belangrijkste scheidingsmethoden die gebruikt worden in de chemische industrie zijn: extractie, adsorptie, destillatie, filtratie, bezinken en indampen. Bij membraanfiltreren worden stoffen gescheiden door middel van een membraan.
De hoeveelheid natuurlijke grondstoffen die we tot onze beschikking hebben als mensen is beperkt. Door grondstoffen te hergebruiken en gebruik te maken van hernieuwbare grondstoffen kunnen de natuurlijke grondstoffen langer meegaan. Door de stijgende welvaart zijn er steeds meer grondstoffen nodig en wordt er steeds meer afval geproduceerd. Om ervoor te zorgen dat het milieu hier zo min mogelijk schade ondervindt, moet er aan duurzame ontwikkeling gedaan worden. De kenmerken van productieprocessen waarbij sprake is van duurzame ontwikkeling zijn:
· Men verbruikt de natuurlijke grondstoffen in het tempo waarmee ze worden aangemaakt
· Het afval wordt niet gedumpt, maar zo bewerkt dat het geschikt is voor hergebruik
· Men maakt gebruik van duurzame energiebronnen
Chemische snippers
Silicaten zijn polymeren die lijken op koolstofpolymeren, maar niet bestaan uit koolstofatomen. Silicaten zijn opgebouwd uit SiO4 eenheden. Als twee siliciumatomen twee zuurstofatomen gemeenschappelijk hebben, vormen ze ketens.
Bij drie gemeenschappelijke zuurstofatomen ontstaat een lagenstructuur.
Bij vier gemeenschappelijke zuurstofatomen ontstaat een netwerk.
Als silicium in silicaten gedeeltelijk vervangen is door aluminium, worden dit aluminiumsilicaten genoemd. Zeolieten zijn een bijzondere groep van de aluminiumsilicaten. Zeolieten kunnen gebruikt worden als ionenwisselaar. Dit komt omdat zeoliet extra negatief geladen is, omdat veel siliciumatomen vervangen zijn door aluminium. Hierdoor kunnen positieve ionen zich goed hechten aan zeolieten. De positieve ionen kunnen makkelijk uitgewisseld worden door andere positieve ionen. Zeolieten kunnen ook als katalysator gebruikt worden.
Salpeterzuur wordt in de chemische industrie gemaakt uit ammoniak. Hierbij ontstaat eerst stikstofmonooxide. Stikstofmonooxide wordt vervolgens omgezet in stikstofdioxide en salpeterzuur.
REACTIES
:name
:name
:comment
1 seconde geleden