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

• newEditor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Uitleg over zouten: ionen, ionbinding en ionrooster, formules en namen van ionen, de verhoudingsformule, kristalwater, oplossen met hydratatie, de oplosvergelijking en neerslagreacties met een oplosbaarheidstabel. Met een woordweb, vier controlevragen, een animatie van een oplossend zout, een poll en een open vraag.

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

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Zouten en oplosbaarheid

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M1.1 (ionen), M1.7, M1.9 t/m M1.11, M3.1 (ionbinding, hydratatie), M3.2 (ionrooster), M3.8, M3.9, R1.2 (oplossen van zouten). Image credit: James St. John / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Wat ga je kunnen?

Ik kan de formule en naam van een zout geven, uitleggen wat er bij het oplossen gebeurt en met een oplosbaarheidstabel een neerslag voorspellen.

Waar denk je aan bij het woord zout?

Verwacht: keukenzout, strooizout, zee, zout op je eten, zoutkorrels, NaCl. Koppel aan de les: voor een scheikundige is een zout elke stof met ionen in een ionrooster, dus ook kalk en kopersulfaat. Veelgemaakte misvatting: zout is hetzelfde als keukenzout. Syllabus M1.7 en M1.9.

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

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Wat is een zout?

• Een zout bestaat uit positieve en negatieve ionen, niet uit moleculen.

• Een metaalion (of NH₄⁺) met een negatief ion geeft een zout, bijvoorbeeld NaCl, CaCO₃ of NH₄Cl.

• Een stof met alleen niet-metalen, zoals CO₂ of H₂O, is een moleculaire stof.

• Aan de formule zie je dus tot welke categorie een stof hoort: metaal, moleculaire stof of zout.

Syllabus M1.7: op basis van de formule aangeven of een stof een metaal, een (macro)moleculaire stof of een zout is. Veelgemaakte fout: NH₄Cl voor een moleculaire stof houden omdat er alleen niet-metalen in staan; NH₄⁺ is een ion, dus het is een zout. Kijkvraag bij de foto: hoe zie je aan de kristalvorm dat er een regelmatig rooster is? Image credit: James St. John / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Ionrooster van natriumchloride, schematisch (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Ionbinding en ionrooster

• Positieve en negatieve ionen trekken elkaar aan: dat is de ionbinding.

• In een ionrooster zit elk ion tussen ionen met de tegengestelde lading.

• Het rooster is regelmatig en loopt in alle richtingen door: er zijn geen losse NaCl-moleculen.

• De formule NaCl geeft alleen de kleinste verhouding van de ionen.

Syllabus M3.1 (ionbinding) en M3.2 (ionrooster). Laat leerlingen zien dat de ionen in de figuur verschillend van grootte zijn. De afbeelding is een tweedimensionale doorsnede; in werkelijkheid is het rooster driedimensionaal. Veelgemaakte fout: spreken van een molecuul NaCl. Image credit: Eigen figuur voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Zout of moleculaire stof?

• Moleculaire stof: moleculen met atoombindingen, tussen de moleculen werkt de vanderwaalsbinding.

• Zout: ionen in een ionrooster, de ionbinding werkt tussen alle buurionen.

• Een zout bestaat uit een rooster, een moleculaire stof uit losse moleculen.

• Let op: in een samengesteld ion, zoals SO₄²⁻, zitten wel atoombindingen.

• CO₂ en glucose zijn moleculaire stoffen, CaCl₂ en NH₄NO₃ zijn zouten.

Syllabus M1.9: verschil tussen een moleculaire stof en een zout beschrijven op microniveau. Samengestelde ionen zoals SO₄²⁻ hebben atoombindingen binnen het ion en ionbinding met de andere ionen. Veelgemaakte fout: denken dat de ionbinding een binding tussen twee atomen is, zoals bij een molecuul.

Welke stof is een zout?

A

NH₄Cl

B

NH₃

C

CH₄

D

CO₂

NH₄Cl bevat NH₄⁺ en Cl⁻: een zout, ook al staan er alleen niet-metalen in de formule. NH₃, CH₄ en CO₂ zijn moleculaire stoffen. Verwachte fout: NH₃ kiezen vanwege de gelijkenis met NH₄⁺. Syllabus M1.7.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Positieve ionen: formules en namen

• Eén lading: Na⁺ natrium, K⁺ kalium, Li⁺ lithium, Ag⁺ zilver, NH₄⁺ ammonium.

• Twee ladingen: Mg²⁺ magnesium, Ca²⁺ calcium, Ba²⁺ barium, Zn²⁺ zink, Pb²⁺ lood(II).

• Drie ladingen: Al³⁺ aluminium.

• Meer ladingen mogelijk: Fe²⁺ ijzer(II), Fe³⁺ ijzer(III), Cu²⁺ koper(II), Sn²⁺ en Sn⁴⁺ tin.

• Het Romeinse cijfer in de naam geeft de lading van het metaalion.

Syllabus M1.1: symbool of formule geven van de ionen als de naam is gegeven en omgekeerd; de volledige lijst staat in de syllabus. Tip: ladingen van groep 1, 2 en Al³⁺ kun je afleiden uit het periodiek systeem (zie les Atoombouw en periodiek systeem); metalen met meer ladingen krijgen een Romeins cijfer. Cu²⁺ is in de syllabus de gewone koperlading.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Negatieve ionen: formules en namen

• Enkelvoudig: Cl⁻ chloride, Br⁻ bromide, I⁻ jodide, F⁻ fluoride, O²⁻ oxide, S²⁻ sulfide.

• Samengesteld: OH⁻ hydroxide, NO₃⁻ nitraat, NO₂⁻ nitriet.

• SO₄²⁻ sulfaat, SO₃²⁻ sulfiet, CO₃²⁻ carbonaat, HCO₃⁻ waterstofcarbonaat.

• PO₄³⁻ fosfaat.

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

Syllabus M1.1. Een samengesteld ion blijft altijd heel: SO₄²⁻ valt bij oplossen niet uiteen in S en O. Veelgemaakte fout: sulfaat (SO₄²⁻) en sulfiet (SO₃²⁻) of sulfide (S²⁻) door elkaar halen.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Van ionen naar verhoudingsformule

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

• Ca²⁺ met Cl⁻ geeft CaCl₂, want 2+ wordt gecompenseerd door 2 × 1−.

• Bij een samengesteld ion komen haakjes: Al³⁺ met SO₄²⁻ geeft Al₂(SO₄)₃.

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

Syllabus M1.10: verhoudingsformule geven aan de hand van formules van ionen en de systematische IUPAC-naam, en omgekeerd. Bijlage 3B: een schrijfwijze als Na⁺Cl⁻ mag ook. Controle voor leerlingen: Fe₂O₃ is 2 × 3+ = 6+ en 3 × 2− = 6−. Veelgemaakte fouten: de lading als index schrijven (Ca₂Cl) en haakjes vergeten bij een samengesteld ion.

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

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Kristalwater in een hydraat

• Sommige zouten nemen bij het kristalliseren watermoleculen op in het rooster.

• Dat water heet kristalwater, het zout heet dan een hydraat.

• In CuSO₄·5H₂O horen bij elke Cu²⁺ en SO₄²⁻ vijf watermoleculen.

• Het kristal voelt droog aan: het water zit vast in het ionrooster.

Syllabus M1.11: kristalwater herkennen in de gegeven formule van een hydraat (notatie ·nH₂O). Het getal n is het aantal watermoleculen per formule-eenheid; de punt is geen maalteken. Veelgemaakte fout: de formule lezen als een mengsel van een zout en water of denken dat het kristal nat is. Kijkvraag bij de foto: waaraan zie je dat de kristallen water bevatten? (Antwoord: niet te zien, de formule geeft het aan.) Image credit: W. Oelen / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Welke formule hoort bij Al³⁺ en SO₄²⁻?

A

Al₃(SO₄)₂

B

Al₂(SO₄)₃

C

AlSO₄

D

Al₂SO₄₃

2 × 3+ = 6+ en 3 × 2− = 6−, dus Al₂(SO₄)₃. Verwachte fout: de ladingen omwisselen tot Al₃(SO₄)₂ of de haakjes vergeten. Syllabus M1.10.

Wat betekent 5H₂O in CuSO₄·5H₂O?

A

Vijf waterstofatomen per sulfaation

B

Vijf mol water per liter oplossing

C

Vijf keer zoveel koperionen als sulfaationen

D

Vijf kristalwatermoleculen per formule-eenheid

Het getal geeft het aantal watermoleculen per formule-eenheid Cu²⁺ en SO₄²⁻ aan. Verwachte fout: het zout als een oplossing zien. Syllabus M1.11.

Animatie: NaCl lost op, de ionen worden gehydrateerd (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Oplossen: de ionen worden gehydrateerd

• Watermoleculen zijn aan de O-kant gedeeltelijk negatief en aan de H-kant gedeeltelijk positief.

• Ze trekken de ionen los uit het rooster: de ionbinding wordt verbroken.

• Elk los ion wordt omringd door watermoleculen: hydratatie.

• De gehydrateerde ionen kunnen vrij bewegen door het water: (aq).

Syllabus M3.1 (hydratatie) en M3.8 (bindingen die bij oplossen van zouten worden verbroken en gevormd). Verbroken: ionbindingen tussen de ionen. Gevormd: aantrekking tussen ionen en watermoleculen (hydratatie). De atoombindingen in de watermoleculen en in samengestelde ionen blijven heel. Kijkvraag bij de animatie: welke kant van het watermolecuul wijst naar Na⁺ en welke naar Cl⁻? (O-kant naar Na⁺, H-kant naar Cl⁻.) Bij een stilstaande weergave zie je alleen het eerste beeld: het rooster voordat het oplost. Image credit: Eigen animatie voor deze les

Hydratatie van een Na⁺-ion en een Cl⁻-ion (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

De oplosvergelijking

• NaCl(s) → Na⁺(aq) + Cl⁻(aq)

• CaCl₂(s) → Ca²⁺(aq) + 2 Cl⁻(aq)

• (NH₄)₂SO₄(s) → 2 NH₄⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)

• CuSO₄·5H₂O(s) → Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) + 5 H₂O(l)

Syllabus R1.2: reactievergelijking van oplossen van zouten. Alle vergelijkingen kloppen in atomen en lading: CaCl₂ 1 Ca en 2 Cl, lading 0 = 2+ + 2×1−; (NH₄)₂SO₄ 2 N, 8 H, 1 S, 4 O en lading 0 = 2×1+ + 2−; bij het hydraat wordt het kristalwater gewoon water. De coëfficiënt staat voor het aantal ionen, de index in een samengesteld ion blijft. Veelgemaakte fouten: het samengestelde ion laten uiteenvallen en de coëfficiënt vergeten. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Eigen, vereenvoudigde oplosbaarheidstabel voor deze les

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Goed of slecht oplosbaar?

• Niet elk zout lost goed op. Dat zoek je op in de oplosbaarheidstabel in Binas of ScienceData.

• Zoek het positieve ion in de rij en het negatieve ion in de kolom.

• g is goed, m matig en s slecht oplosbaar: bij s blijven de ionen in het rooster.

• In deze les gebruik je de eigen tabel hiernaast. Bij het examen staat de tabel in Binas of ScienceData.

Syllabus M3.9: op basis van gegeven oplosbaarheid van zouten bepalen of een combinatie van ionen goed dan wel slecht oplosbaar is. De tabel in de les is een eigen vereenvoudiging; het bijbehorende nummer in Binas of ScienceData wordt hier bewust niet genoemd. Matig oplosbare zouten krijgen in de vragen geen rol. Een oplosbaarheidsproduct (Ks) hoort bij vwo en komt niet voor. Image credit: Eigen figuur voor deze les

Witte neerslag van zilverchloride in een reageerbuis (foto: Dr.T, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Een neerslag voorspellen

• Bij het mengen van twee oplossingen zijn alle positieve en negatieve ionen bij elkaar.

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

• Is een combinatie slecht oplosbaar, dan ontstaat een neerslag (s).

• Voorbeeld: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s). De ionen Na⁺ en NO₃⁻ blijven opgelost.

Syllabus M3.9 en R1.2. Voorbeeld: AgNO₃(aq) en NaCl(aq) mengen geeft AgCl(s); de vergelijking klopt in atomen en lading (1 Ag, 1 Cl, lading 0 links en rechts). Combinaties die goed oplossen, zoals NaNO₃, blijven opgelost. Veelgemaakte fouten: de combinatie van twee positieve ionen bekijken of de beginstoffen als neerslag opschrijven. Image credit: Dr.T / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

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

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Toepassing: slecht oplosbare zouten

• Kalkaanslag is CaCO₃: een slecht oplosbaar zout dat uit hard water neerslaat.

• BaSO₄ is slecht oplosbaar. Daarom is het als contrastmiddel te gebruiken, ondanks het giftige Ba²⁺.

• Met een neerslagreactie haal je een ongewenst ion uit het water, zoals het ion fosfaat.

• De oplosbaarheid bepaalt dus of je een zout kunt gebruiken.

Syllabus M3.9: verband tussen de oplosbaarheid van een zout en de toepassing van dat zout. Bariumsulfaat is slecht oplosbaar en wordt daarom als contrastmiddel bij röntgenonderzoek gebruikt; oplosbare bariumzouten zijn giftig. Veelgemaakte fout: denken dat elk zout dat 'zout' heet ook goed oplost. Image credit: Nicbou / Wikimedia Commons, CC0

Druipstenen in een grot op Mallorca (foto: Killarnee, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Kalk in de natuur

• Druipsteen in een grot bestaat net als kalkaanslag uit CaCO₃.

• CaCO₃ is een slecht oplosbaar zout: het blijft als vaste stof achter.

• Zo bepaalt de oplosbaarheid ook wat je in de natuur als vaste stof terugvindt.

Syllabus M3.9: oplosbaarheid van een zout in verband brengen met de toepassing of het voorkomen. Druipsteen bestaat uit calciumcarbonaat. Hoe het precies in water terechtkomt en weer vast wordt (met CO₂) valt buiten deze les en buiten de syllabus van de havo. Kijkvraag: welk ion in de formule CaCO₃ is positief en welk negatief? Image credit: Killarnee / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Welke bindingen worden verbroken als een zout oplost?

A

De ionbindingen tussen de ionen

B

De atoombindingen in de ionen

C

De bindingen binnen de watermoleculen

D

Alle bindingen tussen alle atomen

Alleen de ionbindingen in het rooster worden verbroken; er worden aantrekkingen tussen ionen en water gevormd (hydratatie). Verwachte fout: denken dat ook atoombindingen verbreken. Syllabus M3.8.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

Formules en namen van zouten

2

Hydratatie en de oplosvergelijking

3

De oplosbaarheidstabel gebruiken

4

Een neerslag voorspellen

Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je nog eens met een voorbeeld doorneemt.

Welk begrip moet je nog oefenen?

Persoonlijke reflectie; er is geen goed of fout antwoord. Laat leerlingen het begrip in een eigen zin uitleggen.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Begrippen (1/2)

• ion: Geladen deeltje: een positief of negatief atoom of samengesteld deeltje.

• zout: Stof opgebouwd uit positieve en negatieve ionen in een ionrooster.

• ionbinding: Aantrekking tussen een positief en een negatief ion.

• ionrooster: Regelmatige opbouw van de ionen in een zout.

• verhoudingsformule: Formule die de kleinste verhouding van de ionen in een zout geeft.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · ZOUTEN · OPLOSBAARHEID

Begrippen (2/2)

• hydraat: Zout met kristalwater in het ionrooster.

• kristalwater: Watermoleculen die in het ionrooster van een hydraat zitten (·nH₂O).

• hydratatie: Ionen die door watermoleculen worden omringd.

• oplosbaarheid: Maat voor hoe goed een zout in water oplost: goed of slecht.

• neerslag: Vaste stof die ontstaat als ionen uit een oplossing een slecht oplosbaar zout vormen.