PW 1 moleculaire stoffen zouten en metalen extra uitdaging

• Scheikunde
• MBO
• Studiejaar 1

stoffen en reacties

Doelen

Je kunt aangeven uit welke bouwstenen een moleculaire stof, een zout en een metaal bestaan.

Je kunt de structuurformule (Lewis structuur) van een stof afleiden uit de molecuulformule en de covalenties.

Je kunt een reactievergelijking opstellen

Onder welke twee voorwaarde geleiden stoffen elektrische stroom?

• De stof moet bestaan uit geladen deeltjes. 
• De geladen deeltjes moeten vrij kunnen bewegen. 

Wat zijn moleculaire stoffen?

• Stoffen die nooit elektrische stroom kunnen geleiden, bestaan uit ongeladen deeltjes, deze stoffen noem je moleculaire stoffen. Voorbeelden zijn suiker, water en kaarsvet.
  

Wat zijn zouten?

• Stoffen die zijn opgebouwd uit positieve en negatieve ionen.
• Deze stoffen kunnen alleen in vloeibare vorm stroom geleiden. 
• Ze bezitten alleen in vloeibare vorm geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen. 
• Voorbeelden: zinkchloride, natriumchloride, enz

Metalen

• Dit zijn stoffen die in vaste en vloeibare vorm stroom kunnen geleiden, want ze bevatten in beide vormen geladen deeltjes. Dat zijn vrije elektronen.
  
• Stoffen die vrije elektronen bevatten noem je metalen.
  
• De vrije elektronen zijn afkomstig van de metaalatomen, die daardoor zijn veranderd in positieve ionen.
  
• In de vaste fase bewegen alleen de vrije elektronen en blijven de positieve ionen op hun plaats.
  
• In de vloeibare fase bewegen zowel de elektronen als de positieve ionen. Voorbeelden zijn zink, ijzer en goud
  

Roosters

• Er zijn drie soorten roosters. Molecuulrooster, ionroosters en metaalroosters.
  
• Molecuulroosters zijn gerangschikt volgens een vast patroon. Water heeft een zeshoekig rooster dat zich miljoenen keren herhaald. 
• Uiteindelijk ontstaat een zichtbaar kristal.
• Het patroon van het molecuulrooster hangt af van de stof.
  

Ionroosters

• In zouten trekken positieve en negatieve ionen elkaar aan. 
• Die trekken elkaar aan waardoor het zout stevig in elkaar zit. 
• Deze regelmatige bouw noem je een ionrooster. 
• Het hangt bij zouten af van de grootte en de lading welke vorm het rooster krijgt en dus ook het zichtbare kristal.
  

Metaalrooster

• Een metaalrooster ontstaat doordat de metaalatomen elektronen loslaten, waardoor ze veranderen in positieve ionen. 
• De vrije elektronen bewegen langs de positieve ionen, waardoor er een aantrekkingskracht ontstaat tussen de positieve en negatieve geladen deeltjes.
• Daardoor zit een metaalrooster stevig in elkaar.
  

• Metalen kun je buigen zonder ze te breken. 
• Een zout kristal zal breken. Dit verschil is te verklaren aan de hand van een rooster van beide stoffen. 
  
• In het zoutrooster verschuiven de ionen ten opzichte van elkaar. Daardoor komen er positieve ionen naast positieve ionen en negatieve naast negatieve ionen. Deze stoten elkaar af. 
• In het metaalrooster verschuiven de positieve ionen ook ten opzichte van elkaar, maar er verandert eigenlijk niets. 

Waarom zijn metalen buigzaam?

Harder metaal

• Als je een metaal harder wil maken moet de zorgen dat de metaalionen niet zo makkelijk kunnen verschuiven. Dit doe je door er een andere atomen aan toe te voegen. Je bouwt dan een soort fout in het rooster.
• Dit kun je doen door er een ander metaal in te bouwen. Je krijgt dan een legering of alliage.
• Brons is een legering van 90% koper en 10% tin.
• Tinatomen zijn groter dan koperatomen als die op een aantal plaatsen in het rooster worden ingebouwd kunnen de koper ionen niet meer zo makkelijk verschuiven. Tabel 9 van je Binas staan nog meer legeringen.

niet metaal inbouwen

• Je kunt ook een niet metaal inbouwen. IJzer kun je harder maken door er koolstof aan toe te voegen. 
• De koolstofatomen vormen dan grote obstakels in het metaalrooster van ijzer. 
• Hierdoor kunnen ijzer atomen niet gemakkelijk verschuiven en is ijzer minder buigzaam.
  
• Als het percentage koolstof laag is, spreek je van staal. Dat is veel harder dan ijzer, maar nog niet breekbaar. 
• Is het percentage koolstof hoog dan spreek je van gietijzer. Een materiaal dat heel hard is en wel gemakkelijk breekt.
  

Aan welke twee voorwaarde moet een stof tegelijkertijd voldoen om stroom te kunnen geleiden?

• De stof moet bestaan uit geladen deeltjes.
  
• De geladen deeltjes moeten vrij kunnen bewegen. 

In welke 3 groepen kun je stoffen indelen op basis van hun elektrisch geleidingsvermogen?

• Zouten, metalen en moleculaire stoffen

Waarom geleidt een moleculaire stof nooit stroom?

• Moleculaire stoffen bestaan uit moleculen en die hebben geen lading.

Wat zijn de bouwstenen van een zout?

• positieve en negatieve ionen

Wat zijn de bouwstenen van een metaal?

• Positieve metaalionen en vrij bewegende elektronen.

Een elektrisch snoer is bedenkt met plastic en schrikdraad niet. Leidt hieruit af dat plastic een moleculaire stof is.

• Bij schrikdraad krijg je een schok als je de draad aanraakt. Bij een elektriciteitssnoer zorgt  het plastic ervoor dat je geen schok krijgt. Plastic geleidt dus geen stroom  dus is het een moleculaire stof.

Welke drie roosters ken je?

• molecuulroosters, ionroosters, metaalroosters

Noem een overeenkomst en een verschil tussen een metaal rooster en een ionrooster.

• Overeenkomst: een metaalrooster en een ionrooster bestaan allebei uit positief en negatief geladen deeltjes.
• verschil: In een metaalrooster kunnen de negatief geladen deeltjes, de elektronen, ook in vaste toestand vrij bewegen. Bij een ionrooster zitten alle ionen in vaste toestand op een vaste plaats.

Teken het model van het rooster van natriumfluoride. Geef ook de lading weer.

Teken het model van een zinkrooster.

Waardoor wordt het verschil in hardheid van een metaal en een zout veroorzaakt?

• In een metaal kunnen de positieve ionen vrij gemakkelijk ten opzichte van elkaar verschuiven, de elektronen trekken de ionen nog even sterk aan: het metaal zal niet breken.
• In een zout kunnen de ionen niet goed langs ekaar schuiven: ionen met gelijke lading stoten elkaar af en het zout breekt.

Wat is het verschil tussen staal en gietijzer?

• Het gehalte  aan koolstof is in staal vrij laag. In gietijzer is het veel hoger waardoor het ook sneller breekt.

Teken schematisch een stukje van het rooster van de legering brons en leg uit waardoor brons harder is dan koper.

• Doordat brons op diverse plaatsen in het rooster Zn²⁺ ionen zitten die veel groter zijn dan Cu²⁺ ionen kunnen die lagen niet meer langs elkaar schuiven en is het materiaal harder geworden.

Messing is een legering van koper en zink. Bereken hoeveel kg zink maximaal aanwezig is in een pot die is gemaakt van messing en die een massa heeft van 12,3 kg. Binas tabel 9

• In Messing zit max. 45 massa% zink.
• 100kg messing bavat 45 kg zink.
• Je hebt 12,3 kg messing:
• 12,3 ∙ 0,45 = 5,5 
• Er zit 5,5 kg zink in 12,3 kg messing.

Hoe kun je aan de formule van een stof zien of het een moleculaire stof, een zout of een metaal is

• Moleculaire stoffen bestaan enkel uit niet metalen.
• Een zout is een verbinding van een metaal en een niet metaal.
• Een metaal bestaat uitsluitend uit metaal atomen.

Wat is het verschil tussen een verbinding en een element?

• Een element bestaat uit één soort atomen en een verbinding uit 2 of meerdere verschillende atomen.

Zijn moleculaire stoffen altijd verbindingen of kunnen ze ook elementen zijn? 

• kan allebei

Barry onderzoekt het elektrisch geleidingsvermogen van wasbenzine C₈H₁₈. Wat zal Barry waarnemen als hij de proef uitvoert? Verklaar je antwoord.

• Barry ziet dat het lampje niet gaat branden, want C₈H₁₈ is een moleculaire stof.

Geef voor de volgende stoffen of het een moleculaire stof, een zout of een metaal is en geef aan of ze stroom geleiden en in welke fase dat gebeurt.

Waterstofperoxide H₂O₂

Magnesiumchloride MgCl₂

Oliezuur C₁₈H₃₄O₂

Zn

Waterstof H₂

Zilverjodide AgI

Na

electronegativiteit

Binding in een H₂O molecuul

• Een O-atoom trekt iets harder aan de gedeelde elektronen dan de H-atomen. Hierdoor bevinden ze zich gemiddeld wat meer bij het O-atoom dan bij het H-atoom. Daarom is het een polaire atoombinding. In een watermolecuul komen twee polaire atoombindingen voor.
• In tabel 40A van je binas kun je opzoeken hoe groot de elektronegativiteit is.
• Hoe groter dit getal is des te sterker trekt het atoom aan de bindingselektronen.
• Als het verschil in elektronegativiteit tussen twee atoomsoorten kleiner of gelijk is aan 0,4 dan spreken we van een apolaire binding.
• Ligt het verschil tussen de 0,4 en de 1,7 dan is er sprake van een polaire binding.

Hoe noem je de bindingen tussen atomen?

• covalente binding
• Teken de lewisstructuur van HCl
• Op welke regel is de lewisstructuur gebaseerd?
• octetregel

Wat zijn bindingselektronen?

• Gedeelde elektronen om de edelgasconfiguratie te bereiken.
  

Hoe komt een binding tussen twee atomen van een niet-metaal tot stand?

• Twee atomen leveren elk een elektron aan een gemeenschappelijk electronen. De zo ontstane binding is een covalentebinding

Wat is het verschil tussen een apolaire en polaire binding?

• Bij een apolaire atoombinding trekken beide atomen het elektronenpaar ongeveer even sterk aan. Bij een polaire binding is er een groter verschil in kracht waarmee de atomen het gemeenschappelijke elektronenpaar aantrekken.

Wat de is de betekenis van het begrip elektronegativiteit?

• Elektronegativiteit is een maat voor de kracht waarmee een atoom de biningselektronen trekt

Geef van de moleculen aan hoeveel bindingen erin voorkomen, geef aan of het een gewone atoombinding is of een polaire binding. En geef aan voor elke atoomsoort op welk edelgas het lijkt door het dele van elektronen.

H₂O

• 2 bindingen, verschil eletronegativiteit: 3,5 - 2,1 = 1,4 dus polaire binding

NH₃

• 3 bindingen, verschil eletronegativiteit: 3,1 - 2,1 = 1,0 dus polaire binding

CH₄

• 4 bindingen, verschil eletronegativiteit: 2,5 - 2,1 = 0,4 dus apolaire binding

Cl₂

• 1 binding, verschil eletronegativiteit: 3,2 - 3,2 = 0 dus apolaire binding

Leg uit waardoor een covalentebinding tussen een atoom van een metaal en een atoom van een niet-metaal niet bestaat?

• Het verschil in elektronegativiteit is dan zo groot dat een elektron van het metaalatoom naar het niet-metaalatoom overspringt. Er ontstaan ionen en die vormen een ionrooster, dus geen covalentebining!

Leg uit wanneer de bindingen tussen atomen in een watermolecuul worden verbroken: bij het koken van water of bij het ontleden van water?

• Bindingen worden alleen verbroken bij een chemische reactie, niet bij een faseverandering. Bij het koken van water blijven de moleculen intact, bij het ontleden van water worden de covalente bindingen verbroken.

Stel de reactievergelijking op van:

• Etheengas wordt volledig verbrand
• De vloeistof aceton C₃H₆O wordt volledig verbrand
• De vaste stof koper(II)-oxide wordt samen met koolstofmono-oxide verwarmd. Hierbij ontstaan koper en koolstofdioxide.
• Als de vaste stof trinitrolueen C₇H₅N₃O₆ explodeert, ontleedt deze in water, koolstofdioxide, koolstof en stikstof.
• De vaste stof aluminiumsulfide Al₂S₃ ontstaat door verhitting van een mengsel van aluminium en zwavel.

Fotosynthese

• Groene planten hebben water en koolstofdioxide nodig. Deze stoffen halen ze uit hun omgeving. Ze maken er hun eigen voedsel van: glucose. Hierbij ontstaat ook zuurstof. Dit proces heet fotosynthese. De glucose wordt in de planten opgeslagen.
• Geef de reactievergelijking voor de fotosynthese.

Mensen kunnen niet zelf hun eigen voedsel maken. Daarom eten ze planten. Ze krijgen dan de door de planten opgeslagen glucose naar binnen. In de lichaamscellen wordt de glucose verbrand.

 

Geef de reactievergelijking voor de verbranding van glucose.

De fotosynthese en de verbranding van glucose in je lichaam kun je beschouwen als een kringloop. Geef deze kringloop schematisch weer.

Nanotechnologie

• Wat zijn nanodeeltjes? 
• Nano betekent dwerg. Nanodeeltjes zijn zeer kleine deeltjes van een stof ter grootte van 1 tot 100 nanometer (1,0 nm = 1,0 · 10⁻⁹ m).
  
• Nanodeeltje bestaan dus uit een aantal moleculen of atomen. Materialen die bestaan uit nanodeeltjes hebben eigenschappen die aanzienlijk verschillen van normale materialen.
  
• Nanodeeltjes komen overal in het milieu voor. Ze worden bijvoorbeeld uitgestoten door het verkeer.
  
• Tegenwoordig maken ze nanodeeltjes in het laboratorium, dit heet nanotechnologie.
  

Nanotechnologie houdt zich bezig met:

• het verkleinen van producten tot op nanoniveau. Bijvoorbeeld nano-elektronica voor in computers en telefoons.
  
• Maken van producten die nanodeeltjes bevatten met een bepaalde functie zoals waterafstotend of bacteriedodend.
  
• Het maken van producten met behulp van nanotechnologie zonder dat het daadwerkelijk in het product zit.
  

Toepassingen:

• Titaandioxide zit in zonnebrandcrème om de ultraviolete straling tegen te houden. Als titaandioxide in de vorm van nanodeeltjes in de zonnebrandcrème zit maakt dit je huid niet melkachtig wit.
  
• Titaandioxide zit ook in zelfreinigende coatings voor ramen en muren. Onder invloed van zonlicht werken deze nanodeeltjes als een katalysator voor een reactie waarbij zeer reactieve deeltjes ontstaan uit watermoleculen. Deze reactieve deeltjes breken vuil en bacteriën af.
  

Toepassingen:

• Nanozilver is een populair materiaal vanwege zijn bacteriedodende werking. Het zorgt ervoor dat bacteriën zich niet kunnen voortplanten. Dit zit onder andere in deodorant en kleding zoals antizweetsokken. Het zit ook in pleisters en tandpasta.
  
• Koolstofbuisjes past men onder andere toe om materialen te versterken bv tennisrackets en onderdelen van auto’s en elektronica.
  

nanotechnologie 

• In de toekomst gaat nanotechnologie zich verder uitbreiden op het gebied van:
  
• Gezondheid – toepassingen in medicijnen voor bijvoorbeeld tumorbestrijding
  
• Waterzuivering – filters van nanomateriaal of zuiveren met behulp van nanodeeltjes of met behulp van Nanosensoren.
  

nanotechnologie 

• Duurzame energiebronnen – kleurstofzonnecellen bestaande uit nanodeeltjes titaniumdioxide die voorzien zijn van kleurstof zodat ze beter reageren op zonlicht.
  
• Voeding – nanosensoren kunnen waarschuwen bij besmetting en bederf. Nieuw verpakkingsmateriaal dat bacteriedodend is door een nanocoating. Of Nanotechnieken die wel smaak maar geen calorieën aan eten geven.
  
• Maar voordat nanotechniek volop kan worden ingezet moet er veel getest worden. Op de lange termijn weet men nog niet wat de risico’s zijn daarom is onderzoek van belang.
  

Wat is reactiewarmte?

• De hoeveelheid warmte vrijkomt of nodig is bij een reactie
  
• Wat is vormingswarmte?
  
• De hoeveelheid warmte die vrijkomt bij of die nodig is voor de vorming van één mol stof uit de elementen.
  

Natriumcarbonaat wordt gebruikt bij de fabricage van glas. Deze stof komt echter weinig voor in de natuur. Daarom wordt het gemaakt uit calciumcarbonaat en natriumchloride. 

  Dit proces verloopt via vele stappen. De vergelijking is een totaalreactie:

CaCO₃(s) + 2NaCl(s) → Na₂CO₃(s) + CaCl₂(s)

Bereken hoeveel ton Na₂CO₃ ontstaat als je 2,00 ton CaCO₃ laat reageren met voldoende NaCl

• Laat met een berekening zien of dit een exotherme of endotherme reactie is.

Hoeveel gram is:

1,2 mol zuurstof

2,7 mol kaliumfluoride

1,22 mol I₂

3,05 ∙ 10ˉ⁴ mol ammoniak

Huiswerk

maak de opdrachten van de slides en leer ze ook.