Zouten en oplosbaarheid (Scheikunde vwo), les 1: Uitleg

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introduction

Uitleg over zouten en ionroosters, ionen, formules en namen, kristalwater, het oplossen met ion-dipoolbindingen en hydratatie, de oplosbaarheidstabel en neerslagreacties. Met woordweb, vijf controlevragen, twee eigen animaties, een poll en een open vraag.

Kristallen van het zout haliet (steenzout) (foto: James St. John, CC BY 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Zouten en oplosbaarheid

Examenstof scheikunde vwo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M1.1, M1.7, M1.9-M1.11, M3.1, M3.2, M3.9, M3.10. Image credit: James St. John / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan de formule en naam van een zout geven, het oplossen met bindingen beschrijven en met een oplosbaarheidstabel een neerslagreactie voorspellen en opstellen.

Wat gebeurt er met een zout als je het in water doet?

Verwacht: lost op, verdwijnt, ionen, zout en water, smaakt zout, neerslag, kristallen. Haal de woorden op die in de les terugkomen: ionrooster, ionbinding, hydratatie, ion-dipoolbinding, oplosbaarheid, neerslag. Veelgemaakte misvatting: het zout 'verdwijnt' of 'smelt' in het water. Syllabus M3.9.

Kristallen van het zout haliet (steenzout) (foto: James St. John, CC BY 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Wat is een zout?

• Een zout bestaat uit positieve en negatieve ionen in een regelmatig ionrooster.

• Tussen de ionen werkt de ionbinding: de aantrekking tussen tegengestelde ladingen.

• Er zijn geen losse moleculen: NaCl is de kleinste verhouding, een formule-eenheid.

• Het verschil met moleculaire stoffen en metalen staat in de les Bindingen en polariteit.

Syllabus M1.7, M1.9, M3.1, M3.2: verschil tussen een moleculaire stof en een zout op microniveau, ionbinding en ionrooster. De rest van het onderscheid metaal, zout en moleculaire stof is behandeld in de les Bindingen en polariteit; verwijs daarheen. Veelgemaakte fout: spreken over een 'NaCl-molecuul'. Kristallen van haliet zijn kubusvormig doordat het rooster kubisch is opgebouwd. Image credit: James St. John / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Positieve en negatieve ionen

• Positieve ionen: Na⁺, K⁺, Li⁺, Ag⁺, Cu²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Al³⁺ en NH₄⁺ (ammonium).

• Metalen met meer ionen: Fe²⁺ en Fe³⁺, Sn²⁺ en Sn⁴⁺, Pb²⁺ en Pb⁴⁺, Hg⁺ en Hg²⁺, Au⁺ en Au³⁺.

• Het Romeinse cijfer in de naam geeft de lading: ijzer(III) is Fe³⁺, lood(IV) is Pb⁴⁺.

• Enkelvoudige negatieve ionen: F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻, O²⁻ (oxide) en S²⁻ (sulfide).

• Zoek de lading van een ion zo nodig op in Binas of ScienceData.

Syllabus M1.1 (ionen met naam en formule), M1.10. Binas en ScienceData staan bij het examen ter beschikking: leerlingen hoeven de ladingen niet uit het hoofd te kennen, wel de systematiek. Veelgemaakte fout: de lading van Fe en Cu uit de naam afleiden zonder Romeins cijfer.

Kristallen van kaliumpermanganaat in een glazen flesje (foto: W. Oelen, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Samengestelde ionen

• Met zuurstof: SO₄²⁻ sulfaat, SO₃²⁻ sulfiet, CO₃²⁻ carbonaat, PO₄³⁻ fosfaat, NO₃⁻ nitraat, NO₂⁻ nitriet.

• Verder: OH⁻ hydroxide, HCO₃⁻ waterstofcarbonaat, CH₃COO⁻ acetaat en NH₄⁺ ammonium.

• In de vwo-lijst: MnO₄⁻ is permanganaat en S₂O₃²⁻ is thiosulfaat.

• Een samengesteld ion blijft bij het oplossen heel: de atoombindingen erin blijven bestaan.

Syllabus M1.1: alle genoemde ionen. MnO₄⁻ (permanganaat) geeft een oplossing met een paarse kleur, S₂O₃²⁻ is thiosulfaat. Acetaat mag ook ethanoaat heten, de Binas-naam en de nieuwe IUPAC-naam zijn beide goed. Veelgemaakte fout: sulfiet, sulfaat en thiosulfaat door elkaar halen. Kijkvraag bij de foto: welk ion geeft KMnO₄ aan het zout, en welke lading heeft het? Image credit: W. Oelen / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Welke naam hoort bij het ion S₂O₃²⁻?

A

Thiosulfaat

B

Sulfiet

C

Disulfide

D

Sulfaat

Syllabus M1.1: S₂O₃²⁻ is thiosulfaat. Sulfiet is SO₃²⁻, sulfaat is SO₄²⁻ en sulfide is S²⁻. Verwachte fout: sulfiet of sulfaat kiezen omdat er zwavel en zuurstof in zit.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Van ionen naar formule en naam

• In een zout is de totale positieve lading gelijk aan de totale negatieve lading.

• Fe³⁺ en O²⁻: 2 × (3+) is gelijk aan 3 × (2−), dus Fe₂O₃.

• Een samengesteld ion dat vaker dan één keer voorkomt krijgt haakjes: Al₂(SO₄)₃ en (NH₄)₃PO₄.

• Naam: eerst het positieve ion, dan het negatieve ion: Fe₂O₃ is ijzer(III)oxide, KMnO₄ is kaliumpermanganaat.

• Ladingen in een formule laten staan, zoals Na⁺Cl⁻, wordt ook goed gerekend.

Syllabus M1.10: verhoudingsformule uit de ionen en de systematische IUPAC-naam, en omgekeerd. Syllabus Bijlage B: de juiste ionladingen in de formule van een zout mogen worden geschreven. Bijlage D: zowel de voorkeursnaam als de oude naam is goed. De formule geeft de kleinste verhouding van de ionen. Veelgemaakte fout: de lading als index zetten (Fe³O₂) of haakjes vergeten bij samengestelde ionen.

Blauwe kristallen van koper(II)sulfaat-pentahydraat (foto: W. Oelen, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Kristalwater: een hydraat

• Sommige zouten bouwen bij het kristalliseren watermoleculen in het rooster in: kristalwater.

• Zo'n zout heet een hydraat: in de formule staat ·nH₂O, zoals CuSO₄·5H₂O.

• Per formule-eenheid CuSO₄ zitten dus 5 watermoleculen in het kristal.

• Bij het oplossen komt het kristalwater vrij en wordt het deel van het oplosmiddel.

Syllabus M1.11: kristalwater herkennen in de formule van een hydraat (notatie ·nH₂O). De naam van het voorbeeld is koper(II)sulfaat-pentahydraat. Veelgemaakte fout: denken dat het kristal nat is of dat het water een vloeistof in het kristal is; het zit vast tussen de ionen. Bij berekeningen telt het kristalwater mee voor de molaire massa en levert 1 mol hydraat n mol H₂O. Image credit: W. Oelen / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Vul in

In het hydraat Na₂CO₃·10H₂O zitten per formule-eenheid 10 watermoleculen en 2 natriumionen naast één carbonaation.

10

2

1

3

Syllabus M1.11: de index voor H₂O achter de punt geeft het aantal watermoleculen per formule-eenheid; Na₂ geeft 2 Na⁺-ionen. Verwachte fout: 1 water invullen of de 2 bij CO₃ zoeken.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Oplossen: bindingen verbreken en vormen

• Watermoleculen zijn dipolen: de O-kant is δ⁻ en de H-kant is δ⁺ (zie Bindingen en polariteit).

• Bij het oplossen worden de ionbindingen in het rooster verbroken: de ionen komen los.

• Tegelijk ontstaan ion-dipoolbindingen tussen een ion en de tegengesteld geladen kant van water.

• Rond een positief ion wijst de O-kant van water naar het ion, rond een negatief ion de H-kant.

• Een ion omringd door watermoleculen is gehydrateerd: dit proces heet hydratatie.

Syllabus M3.1 (ion-dipoolbinding, hydratatie) en M3.9: bindingen die verbroken en gevormd worden bij het oplossen van zouten in water. De dipoolbouw van water en het begrip dipool staan in de les Bindingen en polariteit. Veelgemaakte fout: zeggen dat de watermoleculen het zout 'laten smelten' of dat er atoombindingen in het water breken.

Animatie: een formule-eenheid CaCl₂ lost op en de drie ionen worden gehydrateerd (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Hydratatie van Ca²⁺ en Cl⁻

• Eén formule-eenheid CaCl₂ geeft drie ionen: Ca²⁺ en twee Cl⁻.

• Rond Ca²⁺ wijst de O-kant van de watermoleculen naar het ion.

• Rond Cl⁻ wijst de H-kant van de watermoleculen naar het ion.

• (aq) betekent: het ion is omringd door water, dus gehydrateerd.

Syllabus M3.1, M3.9. Wat leerlingen moeten zien: de drie ionen scheiden, daarna komen de watermoleculen binnen en ordenen zich rond elk ion; de oriëntatie verschilt bij Ca²⁺ en Cl⁻. Kijkvraag: waarom wijst bij Cl⁻ de H-kant naar het ion? (Cl⁻ is negatief, de H-kant van water is δ⁺.) Het aantal watermoleculen rond een ion in de animatie is schematisch. Image credit: Eigen animatie

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

De oplosvergelijking

• Links het zout met (s), rechts de ionen met (aq): NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq).

• Het aantal ionen per formule-eenheid wordt de coëfficiënt: Al₂(SO₄)₃(s) → 2 Al³⁺(aq) + 3 SO₄²⁻(aq).

• Een hydraat: CuSO₄·5H₂O(s) → Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) + 5 H₂O(l).

• Controleer: evenveel atomen links en rechts, en de totale lading links en rechts gelijk.

• In 0,10 mol L⁻¹ CaCl₂ is [Ca²⁺] gelijk aan 0,10 mol L⁻¹ en [Cl⁻] gelijk aan 0,20 mol L⁻¹.

Syllabus M3.9, M1.10, M1.11. Alle vergelijkingen kloppen in atomen en lading: Al₂(SO₄)₃: 2 Al, 3 S, 12 O links en rechts, lading 0 = 2 × 3+ en 3 × 2−. CuSO₄·5H₂O: Cu, S, 9 O, 10 H aan beide kanten, lading 0 = 2+ en 2−. Veelgemaakte fout: de coëfficiënt als index schrijven (Al₂³⁺) of de concentratie van het ion gelijkstellen aan die van het zout.

Waarom wijst bij Ca²⁺ de O-kant van water naar het ion?

A

De O-kant is δ⁺ en trekt het ion aan

B

De O-kant is δ⁻ en trekt het positieve ion aan

C

De H-kant is te groot om bij Ca²⁺ te komen

D

Ca²⁺ vormt een atoombinding met zuurstof

Syllabus M3.1: ion-dipoolbinding. Water is een dipool met O δ⁻ en H δ⁺; een positief ion trekt de δ⁻ kant aan. Verwachte fout: de partiële ladingen verwisselen of denken dat er een atoombinding ontstaat.

Eigen, vereenvoudigde oplosbaarheidstabel voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Goed of slecht oplosbaar?

• Hoe goed een zout oplost, zoek je op in de oplosbaarheidstabel in Binas of ScienceData.

• Rij: het positieve ion. Kolom: het negatieve ion. g is goed, m matig en s slecht oplosbaar.

• Bij s winnen de ionbindingen in het rooster van de ion-dipoolbindingen met water.

• In deze les staat een eigen, kleinere tabel hiernaast; op het examen gebruik je Binas of ScienceData.

Syllabus M3.10: op basis van gegeven oplosbaarheid van zouten bepalen of een combinatie van ionen goed dan wel slecht oplosbaar is. De tabel hiernaast is een eigen, vereenvoudigde versie met alleen de ionen die in deze les voorkomen; op het examen staat de tabel in Binas of ScienceData. Rekenen met het oplosbaarheidsproduct Ks staat in de les Rekenen aan evenwichten. Veelgemaakte fout: denken dat een slecht oplosbaar zout helemaal niet oplost. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Gele neerslag van lood(II)jodide in een reageerbuis (foto: PRHaney, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Een neerslag voorspellen

• Bij het mengen van twee oplossingen zijn alle ionen bij elkaar en kunnen ze nieuwe combinaties vormen.

• Zoek elke nieuwe combinatie van een positief en een negatief ion op in de tabel.

• Een slecht oplosbare combinatie vormt een neerslag (s), een goed oplosbare blijft opgelost (aq).

• Voorbeeld: Pb²⁺(aq) + 2 I⁻(aq) → PbI₂(s), een gele neerslag.

Syllabus M3.10. De foto toont de gele neerslag van lood(II)jodide als oplossingen van een loodzout en een jodide worden gemengd. I⁻ staat in Binas en ScienceData maar niet in de eigen tabel van de les. Veelgemaakte fout: de combinatie van twee ionen met dezelfde lading proberen, of alleen naar het zout kijken dat ontstaat zonder alle nieuwe combinaties te bekijken. Pb²⁺(aq) + 2 I⁻(aq) → PbI₂(s) klopt: 1 Pb, 2 I en lading 0 aan beide kanten. Image credit: PRHaney / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Mg(NO₃)₂(aq) en Na₂CO₃(aq) worden gemengd. Wat gebeurt er?

A

Er ontstaat een neerslag van NaNO₃

B

Er ontstaat een neerslag van Mg(NO₃)₂

C

Er ontstaat geen neerslag

D

Er ontstaat een neerslag van MgCO₃

Syllabus M3.10: de nieuwe combinaties zijn Mg²⁺ met CO₃²⁻ (slecht oplosbaar) en Na⁺ met NO₃⁻ (goed oplosbaar). Verwachte fout: kiezen voor geen neerslag omdat beide beginstoffen goed oplosbaar zijn.

Animatie: Ag⁺ en Cl⁻ vormen een ionrooster, Na⁺ en NO₃⁻ blijven opgelost (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

De neerslagvergelijking

• Schrijf alleen de ionen op die samen het neerslag vormen: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s).

• Ionen die niet meedoen, zoals Na⁺ en NO₃⁻, staan niet in de vergelijking.

• Klopt de vergelijking? Tel de atomen en de lading links en rechts.

• Bij Ca₃(PO₄)₂ zijn de coëfficiënten 3 en 2: 3 Ca²⁺(aq) + 2 PO₄³⁻(aq) → Ca₃(PO₄)₂(s).

Syllabus M3.10, M3.9. Wat leerlingen moeten zien: vier Ag⁺ en vier Cl⁻ vinden elkaar en vormen een rooster onderin, de Na⁺- en NO₃⁻-ionen blijven los door de oplossing zweven. Kijkvraag: welke ionen zitten niet in de neerslagvergelijking en waarom niet? Vergelijkingen kloppen: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl: lading 0 = +1 en −1. 3 Ca²⁺ + 2 PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂: 3 Ca, 2 P, 8 O en lading +6 en −6. Veelgemaakte fout: de ionen die niet meedoen toch opschrijven, of Ca₃(PO₄)₂ schrijven zonder de coëfficiënten bij de ionen. Image credit: Eigen animatie

Witte kalkaanslag in een roestvrijstalen pan (foto: Nicbou, CC0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Ionen verwijderen of aantonen

• Een ion verwijderen: kies een zout dat met dat ion een slecht oplosbare combinatie vormt.

• Voorbeeld: Ca²⁺ uit hard water halen met CO₃²⁻, want CaCO₃ slaat neer, net als kalkaanslag.

• Een ion aantonen: voeg een oplossing toe die een kenmerkend neerslag geeft, zoals Ag⁺ voor Cl⁻.

• Het toegevoegde ion mag zelf geen ongewenste neerslag met andere ionen in de oplossing geven.

Syllabus M3.10: verband tussen de oplosbaarheid van een zout en de toepassing van dat zout. Gebruik de tabel: kies het tegenion zo dat precies de gewenste combinatie slecht oplosbaar is (selectief). Veelgemaakte fout: een reagens kiezen dat met meerdere ionen in de oplossing een neerslag geeft, zodat niet duidelijk is welk ion aanwezig is. Image credit: Nicbou / Wikimedia Commons, CC0

Een oplossing bevat Cl⁻ en NO₃⁻. Welke oplossing verwijdert alleen Cl⁻?

A

AgNO₃(aq)

B

NaNO₃(aq)

C

Mg(NO₃)₂(aq)

D

Cu(NO₃)₂(aq)

Syllabus M3.10: Ag⁺ geeft met Cl⁻ een slecht oplosbaar zout (AgCl). Alle nitraten zijn goed oplosbaar en de combinaties van Na⁺, Mg²⁺ en Cu²⁺ met Cl⁻ zijn goed oplosbaar. Verwachte fout: een nitraat kiezen omdat NO₃⁻ al in de oplossing zit.

Welk onderdeel was voor jou het lastigst?

1

Formules en namen van zouten

2

Hydratatie en bindingen bij oplossen

3

De oplosbaarheidstabel gebruiken

4

De neerslagvergelijking opstellen

Gebruik de uitslag om les 2 te starten: begin bij het onderdeel met de meeste stemmen.

Leg uit waarom Na₂SO₄ goed oplost en BaSO₄ niet.

Een goed antwoord: bij beide worden bij het oplossen ionbindingen verbroken en ion-dipoolbindingen met water gevormd; bij Na₂SO₄ is de oplosbaarheid goed volgens de tabel, bij BaSO₄ blijven de ionen in het rooster en is het zout slecht oplosbaar. Verwachte fout: zeggen dat BaSO₄ geen ionen bevat of dat water Ba²⁺ niet kan binden zonder de tabel te noemen.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Begrippen (1/2)

• ion: geladen deeltje: een atoom of samengesteld deeltje met een positieve of negatieve lading

• ionrooster: regelmatige opbouw van positieve en negatieve ionen in een zout

• verhoudingsformule: formule met de kleinste verhouding van de ionen in een zout

• samengesteld ion: ion van meer atomen, zoals SO₄²⁻, MnO₄⁻ en S₂O₃²⁻

• hydraat: zout met kristalwater in het rooster, notatie ·nH₂O

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MATERIE · ZOUTEN

Begrippen (2/2)

• ion-dipoolbinding: aantrekking tussen een ion en de tegengesteld geladen kant van een dipool

• hydratatie: het omringd raken van ionen door watermoleculen

• oplosvergelijking: vergelijking met het zout (s) links en de gehydrateerde ionen (aq) rechts

• oplosbaarheid: maat voor hoe goed een zout oplost: goed, matig of slecht

• neerslagreactie: reactie waarbij ionen uit oplossing een slecht oplosbaar zout vormen