4NASK2 Zouten K10

4NASK2 Zouten K10

Inleiding

De onderstaande Engelstalige animatie laat zien hoe ionen uit een keukenzoutkristal oplossen in water.

 Klik op de onderstaande afbeelding om de animatie voor het oplossen van keukenzout te starten.

Structuur van zouten

Een zout bestaat niet uit moleculen. Een zout bestaat uit positief en negatief geladen ionen die regelmatig geordend zijn in een ionrooster. De formule van een zout is dan ook een verhoudingsformule (de verhouding tussen de positieve en negatieve ionen in een molecuul) en geen molecuulformule, m.a.w. keukenzout kunnen we noteren als  Na+Cl-(s) dit kunnen we dan weer korter opschrijven als NaCl(s).

Links keukenzoutkristallen en rechts de verdeling van Na+ en Cl- ionen.

 

Zouten zijn opgebouwd uit positieve en negatieve ionen, die regelmatig zijn gerangschikt in een ionrooster. Dit rooster ontstaat doordat de positieve en negatieve ionen elkaar elektrisch aantrekken. Door die aantrekking omringd een negatief ion zich met positieve ionen en een positief ion zich met negatieve ionen. Daardoor ontstaat het ionrooster zoals je dat hieronder kunt zien. Zo'n rooster kan door watermoleculen afgebroken worden, we zeggen dan dat het zout oplost. Het zout splitst dus in losse ionen als het oplost. De ionen bewegen zich vrij door het oplosmiddel, waardoor een zoutoplossing een goede stroomgeleider is. 

 


Ionroosters en ionbinding

Ionrooster

Zouten bestaan - in vaste vorm - uit een ionrooster, een driedimensionale netwerk van positief en negatief geladen ionen. Als we het ionrooster van NaCl goed bekijken, dan zie we dat ieder Na+-ion omringd wordt door zes Cl--ionen en ieder Cl--ion door zes Na+-ionen. Het is dus niet zo dat er tussen één bepaald Na+-ion en één bepaald Cl--ion één ionbinding bestaat. Daarom kun je in een ionrooster geen moleculen aan wijzen en maar wel ionen die telkens door tegengesteld geladen ionen omringd zijn. Daarom spreken we van een ionrooster.



Ionrooster van NaCl(s). Om de ruimtelijke bouw goed te laten zien, tekenen we de ionen meestal op een
afstand van elkaar (linker figuur). In werkelijkheid zitten de ionen dicht op elkaar (rechter figuur).
Bron: McMurry & Fay, Chemistry

 

Ionbinding

Uit de elektriciteitsleer is bekend dat + en -ladingen elkaar aantrekken en dat + en + ladingen, evenals - en - ladingen, elkaar afstoten. Deze elektrische krachten zijn sterk, zeker als de afstand tussen de ladingen klein is.

Doordat de ionen zodanig in ionroosters zijn gerangschikt dat de aantrekkingskrachten tussen positief en negatief geladen ionen maximaal en de afstoting tussen ionen met eenzelfde soort lading minimaal is, overheersen de elektrische bindingskrachten. Dit heeft tot gevolg dat elk ion gebonden is en blijft. Deze optredende ionbinding is sterk en verklaart dat zouten hoge smelt- en kookpunten hebben. Alle zouten zijn vast bij kamertemperatuur.

 

Verhoudingsformule

Vast natriumchloride, NaCl(s), kunnen we ook als Na+Cl-(s) noteren. Zo geven we nadrukkelijk aan dat deze vaste stof uit ionen is opgebouwd. Een zout bestaat niet uit moleculen, maar uit een driedimensionaal netwerk van ionen. We spreken daarom niet van een molecuulformule, maar van een verhoudingsformule van een zout. Voor keukenzout is de verhoudingsformule NaCl, waaraan je kunt zien dat positieve en negatieve ionen in de verhouding 1 : 1 voorkomen.


Structurele verschillen tussen ionroosters

Ionroosters van zouten kunnen onderling van elkaar verschillen qua opbouw. Echter, ze hebben wel met elkaar gemeen dat een zekere regelmaat valt te ontdekken in het rooster.



 Structuureenheden van de ionroosters van zinkblende (zinksulfide ZnS) en chalcopyrite (koperijzersulfide CuFeS2)
Bron: www.cnx.org

Soorten zouten

Keukenzout (NaCl) bestaat uit twee atoomsoorten en kan splitsen in twee soorten ionen, Na+ en Cl-, die elk één atoomsoort vertegenwoordigen. We spreken dan van enkelvoudige ionen. Er bestaan ook talloze zouten die uit meer dan twee atoomsoorten bestaan, maar toch slechts twee soorten ionen (positieve en negatieve) bevatten. Bij deze zouten bestaan sommige ionen uit twee of meer atoomsoorten. We noemen deze ionen samengestelde ionen, bijvoorbeeld CO32-  ionen in Na2CO3.

Met enkelvoudige ionen

 

De rol van elektronegativiteit

Het feit dat calciumchloride - zoals elke stof - elektrisch neutraal is bepaalt de aantalverhouding tussen deze ionsoorten. Dus moeten op elk Ca2+-ion twee Cl- -ionen aanwezig zijn. De (verhoudings)formule van calciumchloride is Ca2+(Cl-)2 of CaCl2.

Niet alle atoomsoorten kunnen zomaar elektronen opnemen of afstaan. Metaalatomen vormen vrij gemakkelijk positieve ionen en atomen van niet-metalen vormen in de regel negatieve ionen. De verklaring is dat metaalatomen vrij makkelijk elektronen uit de buitenste schil kunnen afgeven en ze daardoor positief worden (voor elk afgegeven elektron krijgt het atoom één + lading). Niet-metaalatomen nemen vrij makkelijk elektronen op (voor elk elektron dat een niet-metaalatoom opneemt krijgt het één - lading).

Omdat de massa van een elektron verwaarloosbaar is, is de massa van een ion (ionmassa) gelijk aan de massa van het atoom waaruit het is ontstaan.

Verhoudingsformules
 
Met de namen en valenties van enkelvoudige positieve en negatieve ionen kunnen we de verhoudingsformules van een groot aantal zouten afleiden.

Positieve ionsoorten
  • Metalen uit de eerste groep van het periodiek systeem krijgen een 1+, ze vormen dus eenwaardig positieve ionen.
  • Bijvoorbeeld, het natriumion (Na+) en het kaliumion (K+). Ook het zilverion heeft een 1+ lading (Ag+).
  • De metalen uit de tweede groep hebben een lading van 2+, hieruit ontstaan tweewaardig positieve ionen.          
  • Bijvoorbeeld : Mg2+, Ca2+, Sr2+.
  • In de dertiende groep staan metalen die hebben een lading van 3+ hebben en driewaardig positieve ionen vormen. 
  • Bijvoorbeeld het aluminiumion, Al3+.
  • De meeste andere metalen hebben een lading van 2+. Bijvoorbeeld Co2+, Pb2+, Ni2+, Zn2+, Hg2+.
  • Van sommige metalen bestaan verschillende ionen. Er bestaan bijvoorbeeld twee soorten ijzerionen: Fe2+ en Fe3+. Om deze ionen in hun naamgeving te onderscheiden geven we de ionlading in de namen van de zouten aan met Romeinse cijfers. Bijvoorbeeld: FeSO4: ijzer(II)sulfaat, uitgesproken als ijzer-twee-sulfaat, hierin is de lading van het ijzerion 2+.
Negatieve ionsoorten
  • De niet-metalen uit groep 17 hebben een lading van 1- en vormen eenwaardig negatieve ionen. Dit zijn de halogenide-ionen: F- (fluoride-ion), Cl- (chloride-ion), Br- (bromide-ion) en I- (jodide-ion).
  • De niet-metalen uit groep 16 hebben eeen lading van 2-. Bijvoorbeeld: het oxide-ion O2- en het sulfide-ion S2-.
  • In groep 15 staan niet-metalen die hebben een lading van 3- en driewaardig negatieve ionen vormen. Bijvoorbeeld het nitride-ion, N3-en het fosfide-ion P3-.
Een zout of ionogene stof bestaat per definitie uit positieve en negatieve ionen. Met de hierboven genoemde ionsoorten zijn heel wat combinaties, dus heel wat verschillende zouten, mogelijk. Bijvoorbeeld de combinatie van Ca2+- en Cl- -ionen, calciumchloride geheten.

 

Met samengestelde ionen

 

Omschrijving samengestelde ionen

Er bestaan talloze zouten die zijn opgebouwd uit drie of meer atoomsoorten. Ook deze vaste stoffen hebben een hoog smeltpunt en geleiden alleen elektrische stroom in gesmolten toestand of opgelost in water. Het zijn dus ionogene stoffen, die uit positieve en negatieve ionen bestaan. Ze bestaan uit meer dan twee atoomsoorten, maar toch maar uit twee soorten ionen (de positieve en de negatieve ionen). De verklaring is dat sommige ionen uit twee of meer atomen bestaan. We noemen deze ionen samengestelde ionen.

Voorbeelden en verduidelijking

Voorbeelden van zouten met een samengesteld ion zijn Na2CO3, NaOH, K2SO4, en Ca3(PO4)2. Voor NaOH, natriumhydroxide, is het positieve ion Na+; het negatieve ion is het hydroxide-ion, OH-. Het bestaat uit twee atomen, maar gedraagt zich als één deeltje. Het ionrooster van dit zout bestaat dus uit Na+ ionen en OH-ionen, in de aantalverhouding 1 : 1. Binnen het hydroxide-ion is er een atoombinding tussen O en H. Het hydroxide-ion bestaat dus niet uit de ionen O2- en H+.

Naamgeving

Officiële namen
De officiële naam van een zout volgt uit de namen van de ionen waaruit het zout bestaat. De naam van het positief ion staat voorop, gevolgd door de naam van het negatief ion. We geven een voorbeeld van de afleiding van de formule van een zout waarin samengestelde ionen voorkomen: calciumwaterstofcarbonaat. Dit zout bestaat uit Ca2+-en HCO3--ionen. De verhoudingsformule wordt dus Ca(HCO3)2. De index in deze formule komt niet terug in de naam. De naam van het zout Ca(HCO3)2 is dus niet calciumdiwaterstofcarbonaat, maar calciumwaterstofcarbonaat.

Triviale namen
Sommige zouten hebben naast de officiële naam ook nog een zogenaamde triviale naam. Triviale namen gebruiken we vaak,bijvoorbeeld keukenzout i.pv. natriumchloride. In BINAS tabel 39 staan de officiële en triviale namen van een groot aantal chemische stoffen.

Formules en namen belangrijke samengestelde ionen

In de volgende tabel staan de formules en de namen van een aantal belangrijke samengestelde ionen. Zie ook BINAS tabel 32.

Enkelvoudige ionen zijn ionen die één atoomsoort vertegenwoordigen. Zo bestaat keukenzout uit twee verschillende enkelvoudige ionen:

 

 

Over niet-metaal ionen als positief ion

Van de niet-metaal ionen in bovenstaande tabel is alleen het ammoniumion positief geladen: NH4+. In verschillende kunstmestzouten is dit het positieve ion. Het vormt zouten met negatieve ionen, op dezelfde manier als metaalionen dit doen. Bijvoorbeeld: ammoniumchloride, NH4Cl, is een zout vergelijkbaar met natriumchloride, NaCl.

Verhoudingsformules

Behalve keukenzout met verhoudingsformule NaCl zijn er nog veel andere zouten. Hieronder staan enkele zouten met hun verhoudingsformule: 

 

 triviale zoutnaam   scheikundige zoutnaam   verhoudingsformule 
soda natriumcarbonaat Na2CO3
roest ijzer(III)oxide Fe2O3
 salpeter kaliumnitraat  KNO3 
bitterzout  magnesiumsulfaat  MgSO4 


Verhoudingsformules opstellen

De volgende powerpoint leert je hoe je verhoudingsformules met enkelvoudige ionen en samengestelde ionen moet opstellen.

 

Overzicht samengestelde ionen

In onderstaande figuur vind je een overzicht van een groot aantal samengestelde ionen en hun ruimtelijke structuren, waarvan je er maar enkele van hoeft te kennen (zie BINAS tabel 32). 

Het oplossen van zouten

Als zouten oplossen splitsen zij in ionen. Hierbij speelt het oplosmiddel een grote rol. De opgeloste ionen kunnen zich vrij bewegen tussen de oplosmiddelmoleculen en zodoende stroomdoorgang mogelijk maken. Een zoutoplossing is een goede stroomgeleider. Niet alle zouten zijn oplosbaar; er zijn oplosbaarheidsregels te formuleren. Ook is oplosbaarheid afhankelijk van de temperatuur.

Het oplossen van een zout

Deze animatie laat zien hoe ionen uit een keukenzoutkristal (Na+Cl-(s)) in water oplossen.?

Klik op de bovenstaande afbeelding voor een animatie van het oplossen van keukenzout.

Splitsing in ionen

Omschrijving en notatie van ionsplitsing

Als zouten oplossen, splitsen zij in ionen. Het oplossen van bijvoorbeeld keukenzout in water geven we weer met de vergelijking:

NaCl(s)   →   Na+(aq) + Cl-(aq)


Bron: McMurry & Fay, Chemistry

Het oplossen van NaCl in water

Elektrische geleiding

Omschrijving van de elektrische geleiding van een zoutoplossing

Als je vast keukenzout gaat oplossen leidt tot verbreking van de sterke ionverbinding. Er ontstaan losse ionen, omringd door watermoleculen. Deze watermantel om de ionen geven we aan, door achter de formule van het ion '(aq)' te zetten. De oplossing van NaCl in water noteren we als: Na+(aq) + Cl-(aq). Deze notatie is beter dan NaCl(aq), omdat we daarmee aangegeven dat de opgeloste stof als ionen in de oplossing aanwezig is.

De aanwezigheid van vrije ionen in zoutoplossingen volgt uit het goede elektrisch geleidingsvermogen ervan. De stroomgeleiding van een zoutoplossing was één van de verschijnselen die eind 19e eeuw de Zweedse chemicus Svante Arrhenius tot een theorie bracht, die nog steeds geldig is. Arrhenius stelde dat in een zoutoplossing elektrisch geladen deeltjes aanwezig zijn, die vrij kunnen bewegen tussen de watermoleculen en zodoende stroomdoorgang mogelijk maken. Daar komt de naam ion ook vandaan, naar het Grieks 'ioon' dat 'gaande' of 'bewegende' betekent; ionen zijn dus bewegende deeltjes.

Oplosbaarheid

Omschrijving van de oplosbaarheid van zouten 

De oplosbaarheid van NaCl blijkt sterk af te hangen van het gekozen oplosmiddel. Alleen in water lost NaCl uitstekend op; in bijna alle andere oplosmiddelen lost NaCl niet of slecht op.

Je kunt natuurlijk ook niet onbeperkt zout blijven oplossen in water. Op een gegeven moment is er geen plaats meer voor nog meer vrije ionen. Als je meer dan 360 gram zout in 1 liter water wilt oplossen zal dit extra zout naar de bodem zakken. Hoeveel zout je op kunt lossen in 1 liter water heet oplosbaarheid van het zout. De oplosbaarheid is voor elk zout in elk oplosmiddel (meestal water) anders.

In onderstaande applet kun je zien hoe de oplosbaarheid voor keukenzour en kwikbromide een rol speelt bij het oplossen. In het begin splitsen alle zoutmoleculen in ionen. Als je er steeds meer in het water strooit zullen er op de bodem niet opgeloste zoutmoleculen blijven liggen. Kijk eens naar het verschil tussen het oplossen van keukenzout en kwikbromide.

 

 

Je kunt met behulp van de kraantjes in de applet de hoeveelheid water regelen. Ga na of er een verband is tussen het aantal opgeloste ionen en de hoeveelheid water.

Het oplossen van zouten

De volgende powerpoint leert je hoe je het oplossen vasn zouten moet opstellen.

Neerslagreacties

Stel je hebt een oplossing van natriumchloride in potje A en een oplossing van zilvernitraat in potje B, 

en je voegt deze twee potjes bij elkaar. Het resultaat is een witte suspensie. Blijkbaar vormen de ionen een neerslag.

De mogelijkheden zijn:

* natrium-ionen en zilver-ionen (deze zijn beide positief en stoten elkaar af)

* chloride-ionen en nitraat-ionen (deze zijn beide negatie en stoten elkaar af)

* natrium-ionen en nitraat-ionen (volgens de BINAS-tabel 32 is natriumnitraat goed oplosbaar)

* zilver-ionen en chloride-ionen (volgens de BINAS-tabel 32 moet dit een neerslag geven)

 

Start het onderstaande filmpje (ter controle)


Zouten maken

Het samenvoegen van twee zoutoplossingen kan dus leiden tot het ontstaan van een vaste stof, te zien aan het ontstaan van een troebeling, een neerslag. Deze reactie treedt op wanneer een positieve en een negatieve ionsoort, die samen een onoplosbaar zout vormen, bij elkaar zijn gevoegd.

Kennis van neerslagreacties tussen twee zoutoplossingen heeft geleid tot verschillende praktische toepassingen, zoals:

*  synthese   (het maken van zouten), 

*  zuivering   (het verwijderen van ongewenste ionen uit een oplossing) 

*  analyse      (het aantonen van bepaalde ionen in een oplossing)

We gaan nu de synthese, dus het maken van zouten eens beter bekijken.


Verwijderen van ionen

Om voorwerpen te vernikkelen gebruiken ze niet alleen een nikkelzout om middels een elektrolyseproces ijzeren voorwerpen te vernikkelen. Maar aansluitend moeten de vernikkelde voorwerepen ook nog schoon gemaakt worden.

 

 

Er ontstaat een grote hoeveelheid afval dat veel nikkel-ionen bevat. Dit afval kun je niet zomaar in het riool laten weglopen. Je zult in elk geval de nikkel-ionen uit het afval water moeten halen.

Je kunt dit doen door aan de positieve nikkel-ionen negatieve carbonaat-ionen toetevoegen. Hierdoor ontstaat volgens de onderstaande reactie vast nikkelcarbonaat. Deze vaste stof kun je laten bezinken of filtreren. Het nikkel haal je dus op deze manier uit het afval water.

Ni2+(aq) +  CO32-(aq)  → NiCO3 (s)

Laten we dit eens beter gaan bekijken.

  • Het arrangement 4NASK2 Zouten K10 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    onbekend Roodt
    Laatst gewijzigd
    2012-03-31 09:30:21
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Een uitleg over zouten * verhoudingsformules van zouten opstellen * oplossen van zouten * indampen van zouten * het begin van zoutvorming (nog niet af)
    Leerniveau
    VMBO gemengde leerweg, 3; VMBO theoretische leerweg, 4; VMBO theoretische leerweg, 3; VMBO gemengde leerweg, 4;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur 50 minuten
    Trefwoorden
    niog niet af

    Bronnen

    Bron Type
    https://youtu.be/NDu8kpazEDU
    https://youtu.be/NDu8kpazEDU     		Video

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van