In dit hoofdstuk ga je eerst je kennis over moleculaire stoffen, atoombindingen, structuurformules en reactievergelijkingen opfrissen. Dat doe je aan de hand van korte herhalingen van theorie en aan de hand van opdrachten. Dit hoofdstuk rond je af met een diagnostische toets.
Wanneer je de toets goed hebt afgerond, kun je je gaan verdiepen in de scheikunde van plastics: de organische chemie.
In dit hoofdstuk herhaal je:
symbolen en formules die belangrijk zijn;
hoe chemici stoffen indelen in drie hoofdgroepen;
hoe de drie stofgroepen zijn opgebouwd, welke bindingen een rol spelen en wat het verband is tussen stofopbouw en het gedrag van stoffen;
de begrippen: polair, apolair, hydrofiel en hydrofoob;
reactievergelijkingen opstellen en kloppend maken;
rekenen aan reacties;
rekenen met mol en molverhoudingen;
vanderwaalskrachten;
het verband tussen aanwezigheid van O en N in een molecuul en het vormen van waterstofbruggen
2.1 Periodiek Systeem
2.1 Periodiek systeem
Er bestaan ruim 100 verschillende atoomsoorten. Alle stoffen op de planeet aarde zijn opgebouwd uit deze ruim 100 atomen.
In het periodiek systeem zijn alle atoomsoorten gerangschikt naar:
1. opklimmend atoomnummer;
2. overeenkomsten in chemische eigenschappen.
Fris je geheugen over het periodiek systeem en over atoomsoorten op met de volgende opdracht.
2.2 Covalentie
Niet-metaalatomen kunnen bindingen aangaan met andere niet-metaalatomen. Het aantal bindingen dat een niet-metaalatoom kan aangaan, noem je de covalentie. In deze opdracht ga je op twee manieren de covalentie van verschillende niet-metaalatomen afleiden.
Opdracht 2: Covalentie aan de hand van het periodiek systeem
Je kunt de covalentie van niet-metaalatomen ook bepalen aan de hand van het periodiek systeem.
Alle atomen willen graag lijken op edelgasatomen. Je kunt dan ook op basis van de plaats van een niet-metaalatoom in het periodiek systeem de covalentie van dat atoom afleiden. Alle edelgassen hebben namelijk 8 elektronen in de buitenste ring van de elektronenwolk. Dit noemen we de octetregel. Elk niet-metaalatoom wil 8 elektronen in de buitenste ring hebben. Een binding tussen 2 atomen bestaat uit 2 elektronen. Deze elektronen tel je mee voor de octetregel. Hoe dichterbij een elementgroep bij groep 18 staat, hoe meer elektronen deze 'van zichzelf al heeft'. Het aantal stappen tot 8 is de covalentie.
Bekijk nog even de covalenties van bovenstaande atomen en zoek op waar deze atomen in het periodiek systeem staan ten opzichte van de edelgassen. Welk patroon zie je?
2.3 Soorten stoffen
We kunnen alle stoffen die op aarde voorkomen grofweg indelen in 3 hoofdgroepen: metalen, zouten en moleculaire stoffen.
Metalen
Een metaal bestaat uit metaalatomen die stevig gerangschikt zijn in een metaalrooster. In een metaal bewegen de buitenste elektronen van elk atoom zich vrij in een elektronenwolk tussen de positieve atoomresten. Zo ontstaat er een vrij sterke binding: de metaalbinding. Metalen zijn niet geladen en apolair. Ze zijn niet oplosbaar in water. Bekende metalen zijn goud (Au) en zilver (Ag).
Zouten
Een zout bestaat altijd uit een metaalatoom met één of meer niet-metaalatomen. De atomen zijn geladen en we noemen ze ionen. Een zout bevat negatieve en positieve ionen die elkaar aantrekken. De ionen zijn gerangschikt in een ionrooster. Door sterke elektrostatische wisselwerking is de ionbinding heel sterk. Doordat zouten uit positieve en negatieve deeltjes bestaan, zijn zouten altijd polair. Het bekendste zout is Na+Cl-. De triviale naam hiervan is keukenzout, de systematische naam is natriumchloride. Zouten zijn goed oplosbaar in water.
Moleculaire stoffen
Verreweg de meeste stoffen zijn moleculaire stoffen. Alle organische stoffen – het onderwerp van deze module – zijn bijvoorbeeld moleculaire stoffen. Moleculaire stoffen - zoals suiker - bestaan uit moleculen. Moleculen zijn groepjes niet-metaalatomen die via een covalente binding of atoombinding aan elkaar vastzitten. Een atoombinding kan polair of apolair zijn. Als twee atomen de bindingselektronen volledig delen, zoals bij een C-H binding, is de atoombinding apolair. Maar soms trekt één van de atomen sterker aan de bindingselektronen dan de ander. Zo wordt één van de atomen een beetje negatief en de ander een beetje positief. Dat is dan een polaire binding, zoals bij een O-H of N-H binding. Een atoombinding is heel sterk. Moleculen gaan niet zomaar kapot, daar heb je een chemische reactie voor nodig.
Moleculen zijn ongeladen deeltjes die elkaar aantrekken. Deze aantrekkingskracht tussen moleculen heet de vanderwaalskracht. De grootte van de vanderwaalskracht hangt onder meer af van de grootte van de moleculen. In vaste toestand zijn de moleculen regelmatig gerangschikt in een molecuulrooster. De moleculen bevinden zich op een vaste plek in dat molecuulrooster en de vanderwaalsbinding tussen de moleculen zorgt dat de moleculen ook op hun vaste plek blijven zitten.
Een bekende moleculaire stof is water. Water is de triviale naam van H2O. De systematische naam van water is diwaterstofmono-oxide.
Oefening: Opdracht 1: Opbouw en eigenschappen van stofsoorten
Moleculaire stoffen zijn opgebouwd uit moleculen. De vanderwaalskracht is de aantrekkingskracht tussen moleculen. In een vaste en vloeibare moleculaire stof is het deze kracht die zorgt dat de moleculen bij elkaar blijven.
Zoals je weet, is de vanderwaalsbinding nogal zwak vergeleken bij de ionbinding. Toch lijkt dat niet voor alle moleculaire stoffen het geval te zijn.
Kijk eens goed naar de waterdruppel in de afbeelding en hoe het water bijna bolletjes op het blad vormt. Je hebt dit soort plaatjes vast vaak gezien, maar er misschien nooit over nagedacht. De vorm van de druppels is uniek. De krachten tussen de watermoleculen kunnen niet eenvoudige vanderwaalskrachten zijn. Andere moleculaire stoffen die je met water zou kunnen vergelijken, zoals H2S, vormen niet zulke druppels. Sterker nog, deze stoffen zijn bij kamertemperatuur gasvormig!
Hoe kan dit?
Naast de vanderwaalskracht spelen bij watermoleculen ook waterstofbruggen een rol.
Bekijk dit filmpje over waterstofbruggen (vanaf 1:20) en beantwoord onderstaande vragen.
Ook NH-groepen kunnen waterstofbruggen vormen. Dit gaat op dezelfde manier als bij OH-groepen. Stoffen met OH-groepen of NH-groepen in hun moleculen lossen op in water. Dit komt door de waterstofbruggen die ze vormen met het water. We noemen deze stoffen hydrofiel (hydro = water en fiel = houden van). Stoffen die niet oplossen in water noemen we hydrofoob (bang voor water).
2.5 Molecuulformules en naamgeving
Scheikundigen, chemici, hebben afspraken gemaakt waardoor het mogelijk is om te kunnen 'praten' over stoffen en elementen, ongeacht de taal die iemand spreekt. Binnen deze zogenaamde symbolentaal zijn bijvoorbeeld afspraken gemaakt over het weergeven van elementen.
Zo wordt zuurstof in symbooltaal aangeduid met O2 en water met H2O. Niet alleen jij weet dat, een Chinese chemicus weet dat ook. Deze molecuulformules geven aan uit welke atomen een molecuul is opgebouwd. We beperken ons even tot molecuulformules en moleculaire stoffen, omdat deze e-klas over deze groep stoffen gaat.
Als het goed is, heb je inmiddels een flink aantal van deze symbolen en formules geleerd. Hieronder kun je jezelf testen.
Molecuulformules oefenen
Oefen HIER de naamgeving van molecuulformules. Druk op 'Play Game' en vul de namen van de molecuulformules in. Als je 18 of meer namen goed hebt, mag je door. Heb je er minder dan 18, oefen dan nog een keer. Als je op het bestand hier onder drukt, zie je welke namen en formules van moleculaire stoffen je moet kennen.
Je kunt moleculen ook tekenen. Het voordeel van een tekening is dat je niet alleen kan zien uit hoeveel van welke atomen het molecuul bestaat, je kunt ook meteen zien welke atomen 'aan elkaar vast zitten' via een atoombinding. Je krijgt dus informatie over de structuur van het molecuul. In een structuurformule teken je de atoombinding als een streepje. Let op: structuurformules zijn tweedimensionale modellen, ze geven geen informatie over de ruimtelijke bouw van een molecuul.
H-H H-O-H
Structuurformule van waterstofgas Structuurformule van water
2.7 Reactievergelijkingen
Scheikundigen gebruiken een speciale notatie om reacties te noteren. We noemen dit een reactievergelijking.
Uit een reactievergelijking kun je de onder andere de volgende informatie afleiden:
wat de beginstoffen en de reactieproducten zijn;
de molverhouding waarin stoffen met elkaar reageren en waarin reactieproducten ontstaan;
de massaverhouding waarin stoffen reageren en reactieproducten ontstaan.
Bij het opstellen van een reactievergelijking moet je rekening houden met het volgende.
1. In een chemische reactie vallen moleculen als het ware uit elkaar en hergroeperen de atomen zich tot nieuwe moleculen: er kunnen nooit nieuwe atomen ontstaan, er kunnen nooit atomen verdwijnen. Het totale aantal atomen per element links en rechts van de pijl is dus gelijk aan elkaar.
2. Dat betekent ook dat er geen massa verloren gaat of uit het niets ontstaat: de totale massa van de stoffen voor de reactie is gelijk aan de totale massa van de reactieproducten na de reactie.
Gebruik bij het kloppend maken van reactievergelijkingen de volgende tips:
1. Maak eerst de elementen die het minst voorkomen kloppend.
2. Maak als laatste de elementen kloppend die 'los' voorkomen. Als er een atoom in de reactievergelijking staat (bijv: Cu) of verbinding bestaande uit 1 soort atoom (bijv: O2, H2) kan je die het beste als laatste kloppend maken.
Reactievergelijkingen kloppend maken
HIER vind je een oefening in het kloppend maken van reacties. Als je op "Nieuwe reactie" klikt, zie je een reactie waar voor de formules een veld staat. Vul de juiste coëfficienten in en klik "Controleer". Het resultaat verschijnt meteen in de tabel. Let op dat je alleen de kleinst mogelijke hele coëfficienten gebruikt. Hoewel je dat normaal gesproken niet moet doen, moet je in deze opdracht de coëfficient 1 ook gewoon invoeren.
Als je drie keer een verkeerde poging hebt gedaan, kun je via "Toon antwoord" de juiste coëfficienten zien, maar kun je geen punten meer scoren voor die vergelijking.
2.8 Rekenen aan reacties
Als je eenmaal reacties kloppend hebt gemaakt, kun je berekingen gaan uitvoeren. Maak onderstaande opgave en schrijf de antwoorden in je schrift. Schrijf bij elke vraag je berekening erbij.
Fotosynthese I
Fotosynthese is een proces waarin planten uit koolstofdioxide zuurstof maken. Dit gaat volgens de volgende reactie:
CO2 + H2O --> C6H12O6 + O2
Fotosynthese II:
We gebruiken nu de vorige reactievergelijking om twee berekeningen te doen. Je mag hiervoor je rekenmachine gebruiken.
(Tip: Gebruik voor deze vragen het periodiek systeem in BINAS of een ander periodiek systeem)
2.9 Zelftoets hoofdstuk 2
Doe de volgende zelftoets over elementen, moleculen, reactievergelijkingen en chemisch rekenen.
Het arrangement 1 H2 Voorkennis is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-08 14:09:11
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie 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.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Plastic soep' voor havo 4 voor het vak scheikunde.
Leerniveau
HAVO 4;
Leerinhoud en doelen
Scheikunde;
Systeemdenken (scheikunde);
Kenmerken van reacties;
Duurzaamheid;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Trefwoorden
e-klassen rearrangeerbaar
1 H2 Voorkennis
nl
Bètapartners
2015-05-08 14:09:11
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Plastic soep' voor havo 4 voor het vak scheikunde.
Herhalen en opfrissen
Een metaal bestaat uit metaalatomen die stevig gerangschikt zijn in een metaalrooster. In een metaal bewegen de buitenste elektronen van elk atoom zich vrij in een elektronenwolk tussen de positieve atoomresten. Zo ontstaat er een vrij sterke binding: de metaalbinding. Metalen zijn niet geladen en apolair. Ze zijn niet oplosbaar in water. Bekende metalen zijn goud (Au) en zilver (Ag).
Een zout bestaat altijd uit een metaalatoom met één of meer niet-metaalatomen. De atomen zijn geladen en we noemen ze ionen. Een zout bevat negatieve en positieve ionen die elkaar aantrekken. De ionen zijn gerangschikt in een ionrooster. Door sterke elektrostatische wisselwerking is de ionbinding heel sterk. Doordat zouten uit positieve en negatieve deeltjes bestaan, zijn zouten altijd polair. Het bekendste zout is Na+Cl-. De triviale naam hiervan is keukenzout, de systematische naam is natriumchloride. Zouten zijn goed oplosbaar in water.
Verreweg de meeste stoffen zijn moleculaire stoffen. Alle organische stoffen – het onderwerp van deze module – zijn bijvoorbeeld moleculaire stoffen. Moleculaire stoffen - zoals suiker - bestaan uit moleculen. Moleculen zijn groepjes niet-metaalatomen die via een covalente binding of atoombinding aan elkaar vastzitten. Een atoombinding kan polair of apolair zijn. Als twee atomen de bindingselektronen volledig delen, zoals bij een C-H binding, is de atoombinding apolair. Maar soms trekt één van de atomen sterker aan de bindingselektronen dan de ander. Zo wordt één van de atomen een beetje negatief en de ander een beetje positief. Dat is dan een polaire binding, zoals bij een O-H of N-H binding. Een atoombinding is heel sterk. Moleculen gaan niet zomaar kapot, daar heb je een chemische reactie voor nodig.
Kijk eens goed naar de waterdruppel in de afbeelding en hoe het water bijna bolletjes op het blad vormt. Je hebt dit soort plaatjes vast vaak gezien, maar er misschien nooit over nagedacht. De vorm van de druppels is uniek. De krachten tussen de watermoleculen kunnen niet eenvoudige vanderwaalskrachten zijn. Andere moleculaire stoffen die je met water zou kunnen vergelijken, zoals H2S, vormen niet zulke druppels. Sterker nog, deze stoffen zijn bij kamertemperatuur gasvormig!
Scheikundigen, chemici, hebben afspraken gemaakt waardoor het mogelijk is om te kunnen 'praten' over stoffen en elementen, ongeacht de taal die iemand spreekt. Binnen deze zogenaamde symbolentaal zijn bijvoorbeeld afspraken gemaakt over het weergeven van elementen.
molecuulformules
Scheikundigen gebruiken een speciale notatie om reacties te noteren. We noemen dit een reactievergelijking.
Fotosynthese is een proces waarin planten uit koolstofdioxide zuurstof maken. Dit gaat volgens de volgende reactie:
