H15 Groene Chemie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Groene Chemie

15.1 Atoomeconomie

15.2 Energiebalans

15.3 Reactiesnelheid

15.4 Blokschema's

15.5 Welk proces is groener?

Atoomeconomie

Formules in BINAS 37H:

1. Atoomeconomie

2. Rendement

3. E-factor (en Q-factor)

4. Grenswaarden (en TGG; tijdsgewogen gemiddelde)

Atoomeconomie

Dit is een zuiver theoretische waarde!

* te berekenen met de reactievergelijking en de molaire massa's

* massa% van de atomen van de beginstoffen in het product 

Rendement

Dit is een praktische waarde!

Te berekenen uit de reële opbrengst
van een uitgevoerde reactie

E-factor

Hoeveel kg afval ontstaat er per kg gewenst product?

Te berekenen met de reactievergelijking, de molaire massa's
en het rendement

Grenswaarden

Tijd gewogen gemiddelden (BINAS 97A): toegestane concentratie over 8 uur blootstelling is hoger dan over 15  minuten

Wordt gegeven in verschillende eenheden:

- mg/kg

- of in %, ‰, ppm en ppb

Welke bewering is juist over atoomeconomie...

1. kan > 100 % zijn
2. heeft een waarde van 0-100 %
3. Kan negatief zijn
4. is altijd 100% bij een vormingsreactie

Welke reactie heeft een atoomeconomie van 100 %

1. verbranden aluminium
2. verbranden methaan
3. methanol + ethaanzuur wordt ester + water
4. hydrolyse van de olie van glycerol en oliezuur

Bereken de atoomeconomie voor methylethanoaat.

1. 20 %
2. 25 %
3. 80 %
4. 75 %

Wat is de atoomeconomie van:

N​2​​+3H​2​​→2NH3

1. 50%
2. 75%
3. 100%
4. Geen idee

atoomeconomie 80%; rendement 50%
E factor?

1. 1 g per g product
2. 60 g
3. 1,5 %
4. 1,5 g per g product

Wat is de E-factor van een proces met een atoomeconomie van 50% en een rendement van 50%?

1. 1
2. 5
3. 3
4. 0,25

azijnzuur (CH3COOH) wordt gemaakt uit methanol en koolstofmono-oxide. Het rendement is 75%. Bereken de E-factor

CH​3​​OH+CO→CH​3​​COOH

1. 0,33
2. 25
3. 33
4. 75

Welke bewering is juist over rendement...

1. kan > 100 % zijn
2. heeft een waarde van 0-100 %
3. Kan negatief zijn

15.2 Energiebalans

• Reactiewarmte
• Vormingswarmte
• (Activeringsenergie)

Reactiewarmte

De "Wet van Hess":

Negatief: Exotherm

Positief: Endotherm

ΔE=E​producten​​−E​beginstoffen​​

Vormingswarmte en reactiewarmte

• Vormingswarmte: de energie (warmte) die vrijkomt bij het vormen van een verbinding vanuit de elementen (Binas 57)
  
• De vormingswarmte van elementen is 0.
  
  
• Reactiewarmtes kun je uitrekenen door vormingswarmtes te combineren

Verbrandings- en verdampingswarmte

• Verbrandingswarmte (Binas 56) geeft de reactiewarmte van een aantal verbrandingsreacties.
  

• Verdampingswarmte (Binas 59B) geeft de reactiewarmte van een verdampingsproces.
  Soms ontstaat er bij een reactie bijv. waterdamp in plaats van water.

Let op!

• Vergeet niet het juiste teken over te nemen (+ of -).
• Let op de fase van de stoffen, bijv. waterdamp of vloeibaar water.
• Vergeet niet de factor 105 in de berekening.
• Kijk naar de coëfficiënten in de reactievergelijking of je de reactiewarmte voor 1 mol hebt berekend of meer.
• Gebruik haakjes bij het uitrekenen met je rekenmachine.

De energie die nodig is om een reactie op gang te brengen, wordt ... genoemd.

1. reactiewarmte
2. ontbrandingstemperatuur
3. activeringsenergie
4. vormingswarmte

Bereken de reactiewarmte van:

1. – 448000 J / mol
2. 337500 J / mol
3. 448000 J / mol
4. – 337500 J / mol

Bij een exotherme reactie is het teken van de reactiewarmte...

1. positief
2. negatief
3. positief of negatief
4. dat kun je zo niet zeggen

Wat kun je zeggen over de verbrandingswarmte van glucose en de reactiewarmte van de fotosynthese?

1. Het getal is hetzelfde, het teken ook
2. Het getal is hetzelfde, het teken is anders.
3. Dat hangt van de temperatuur af.
4. Daar moet je eerst aan rekenen, voor je er iets over kunt zeggen.

Bereken de reactiewarmte van de vorming van ammoniumchloride uit ammoniak en waterstofchloride.

Van redoxreacties kun je ook de reactiewarmte uitrekenen. Bijvoorbeeld van de vorming van zilverchloride. Hier komt een heel ander getal uit dan het potentiaalverschil van tabel 48. Met welke factor verschillen de reactiewarmte en het potentiaalverschil?

15.3 Reactiesnelheid

reactiesnelheid & reactiesnelheidsconstante

Snelheidsbepalende stap

Evenwichtsreacties

Katalysators

Reactiesnelheid

Afhankelijk van.....

1. Temperatuur
2. Soort stof

3. Concentratie

4. Verdelingsgraad

5. Katalysator

Reactiesnelheid

• Reactiesnelheid s

Molariteitsverandering per seconde

• Reactiesnelheidsconstante k
  Fractionele verandering per seconde

(molL​−1​​s​−1​​)

(s​−1​​)

de reactiesnelheid is

1. de tijd die nodig is voor reactie
2. de energie die nodig is voor reactie
3. de molariteitsverandering per tijdseenheid

De reactiesnelheid is lager bij

1. een fijnere verdelingsgraad
2. een minder fijne verdelingsgraad
3. de verdelingsgraad is niet van invloed

De reactiesnelheid is hoger bij

1. Hoge temperatuur
2. Lage temperatuur

Welke van onderstaande factoren beïnvloedt NIET de reactiesnelheid?

1. Concentratie
2. Katalysator
3. Temperatuur
4. Volume

Evenwichten

De evenwichtsconstante van een reactie is direct gekoppeld aan de reactiesnelheidsconstantes:

VB: 

K=​k​2​​​​k​1​​​​

HF+H​2​​O⇌H​3​​O​+​​(aq)+F​−​​(aq)

k​2​​

k​1​​

Evenwicht verstoren

Er is evenwicht als de snelheid van de heengaande reactie gelijk is aan de snelheid van de teruggaande reactie (s₁ = s₂)

Alles wat de reactiesnelheden verandert,
verandert dus ook de ligging van een evenwicht.

Weten jullie wat de "orde" van een reactie is?

1. Ja
2. Ik denk het wel...
3. Niet echt
4. Huh, wat?

Langzaamste stap bepaalt de snelheid van de reactie

De reactiesnelheid wordt bepaald door de langzaamste stap in het reactiemechanisme.

Eerst een "dom" vraagje:
Als er 5 auto's per minuut van A naar B gaan
en er gaan 2 auto's van B naar C per minuut,
hoeveel gaan er dan van A naar C per minuut?

Een katalysator

• wordt niet verbruikt
• verhoogt de reactiesnelheid
• verlaagt de activeringsenergie
• maakt soms een ander reactiemechanisme mogelijk

Wat doet een katalysator
met de reactiesnelheid?

1. vertraagt
2. versnelt
3. hangt af van de soort katalysator
4. geen invloed

Boltzmann

15.4 Blokschema's

Fijn- en bulkchemie

Batch- en continuprocessen

Blokschema's lezen en tekenen

Fijn- en bulkchemie

Soorten chemie

	Fijnchemie	Bulkchemie
Volumes	Klein (Liters)	Groot (m3)
Bewerkingen	Veel en Complex	Weinig en Eenvoudig
Proces	Vaak "Batch"	Vaak "Continu"
Toegevoegde waarde	Hoog	Laag
Voorbeelden	Medicijnen, Verf, Elektronica	Chemicaliën, Brandstoffen, Metalen

Soorten processen

	Batch	Continu
Volumes	Klein (Liters)	Groot (m3)
Bewerkingen	Aanpasbaar	Niet aanpasbaar
Kosten	Arbeid	Kapitaal
Voorbeelden	Medicijnen, Verf, Elektronica	Chemicaliën, Brandstoffen, Metalen

Opgave

Teken in je schrift het blokschema voor het maken van geraffineerde suiker uit suikerbieten.

• Eerst worden de suikerbieten gewassen en fijngehakt. 
  
• Vervolgens wordt warm water toegevoegd. De suiker lost op, de rest van de pulp niet. 
  
• Dan wordt de bietenpulp van het suikerwater gescheiden met een zeef. 
  
• Het gewonnen suikerwater wordt vervolgens verhit en tevens wordt met sneldraaiende trommelzeven, net zoals in een wasmachine, de suiker gescheiden van het water.
  

Een begin van een juist antwoord kan er als volgt uit zien: