welke bindingen er in water voorkomen en hoe deze getekend kunnen worden,
wat een polaire atoombinding is,
waarom sommige stoffen wel in water oplossen en andere niet,
hoe je aan de hand van de molecuulbouw kan voorspellen of een stof in water zal oplossen.
De resultaten verwerk je in een portfolio. Download hier je portfolio.
6.1 Onderzoek kookpunten
Waarom is een waterdruppel zo mooi bol?
Vergelijk een waterdruppel (zie afbeelding) eens met een beetje gemorste olie. De waterdruppel neemt een mooie ronde vorm aan. Dat zul je bij olie niet zo duidelijk zien. Hoe komt dat? In dit hoofdstuk gaan we daar op in. Ook leer je dat de stof water nog een aantal andere bijzondere eigenschappen bezit.
Portfolio 6.1
Kookpunten van water en vergelijkbare stoffen
In het vorige hoofdstuk heb je geleerd dat de kook- en smelttemperatuur mede wordt bepaald door de grootte van de moleculen. Je gaat nu de kooktemperaturen van water en een aantal met water vergelijkbarestoffen bestuderen. Het gaat om de diwaterstofverbindingen van zuurstof, zwavel, seleen en telluur. De kookpunten van deze stoffen staan hieronder.
formule stof
kookpunt (K)
H2O
373
H2S
212
H2Se
231
H2Te
271
1. Bereken de molecuulmassa's van deze stoffen.
2. Maak een grafiek met op de x-as de molecuulmassa en op de y-as het kookpunt in °C.
3. Wat is onverwacht in deze grafiek?
4. In welke zin zijn de drie andere diwaterstofverbindingen vergelijkbaar met water? Waarom hebben we voor dit onderzoekje stoffen gekozen die vergelijkbaar zijn met water?
Waarom drijft ijs op water?
Uit de grafiek blijkt dat het kookpunt van water hoger is dan je zou verwachten. Water heeft nog meer uitzonderlijke eigenschappen. Bekijk de video. Beantwoord de vragen.
Welke regelmaat kun je ontdekken in de structuur van ijs?
Wat is het verschil in afstand tussen de watermoleculen in vaste en in vloeibare fase?
Verklaar aan de hand van deze verschijnselen dat de dichtheid van ijs lager is dan die van water.
Onderstaande afbeelding kan je helpen bij het beantwoorden van de vragen.
6.2 H-bruggen
Portfolio 6.2
In de vorige paragraaf heb je een aantal bijzondere eigenschappen van water gezien. In deze paragraaf proberen we hier een verklaring voor te vinden. Bekijk de video en beantwoord de vragen.
De watermoleculen in ijs worden in de video als een soort poppetjes getoond.
Wat stellen de rode en witte bolletjes voor?
De beentjes zijn op een bepaalde manier geordend. Dat is het beste te zien in de vaste toestand. Waar zijn de beentjes naar toe gericht?
Welk onderdeel van het molecuul stellen de beentjes voor?
Wat zie je gebeuren met de moleculen als de temperatuur stijgt?
Waterstofbruggen
Aan de kristalstructuur van ijs kun je zien dat de zuurstofatomen in water altijd gericht zijn naar de waterstofatomen in een ander molecuul. Er blijkt een aantrekkingskracht te zijn tussen de waterstofatomen in water en de zuurstofatomen. Dat noemen we een waterstofbrug of H-brug. Deze kracht is zwakker dan een atoombinding, maar sterker dan de vanderwaalsbinding. Dit verklaart het hoge kookpunt van water ten opzichte van vergelijkbare moleculaire stoffen.
Een waterstofbrug kan ook ontstaan tussen:
H-atomen en N-atomen,
H-atomen en F-atomen.
Echter, een waterstofbrug kan alleen ontstaan als de H-atomen in een OH- of NH-groep in een molecuul zitten. De waterstofbrug kan dus alleen tussen OH- en NH-groepen van verschillende moleculen optreden. Dit wordt in onderstaande afbeelding afgebeeld. Let op: waterstofbruggen tekenen we met stippellijntjes.
Experiment
Dit experiment kun je thuis uitvoeren.
Practicum: Winegums in water
Onderzoeksvraag: Waarom verandert een winegum in water?
Materiaal+ stoffen: - limonadeglas met water
- 2 winegums
Werkwijze: Zet een glas met water op een tafel.
Leg een winegum op tafel.
Doe de andere winegum in het glas, rechtopstaand.
Laat dit een nacht staan en noteer je waarnemingen.
Portfolio 6.3
1. Noteer je waarnemingen in je portfolio.
2. De belangrijkste ingrediënten van winegums zijn: rietsuiker, gelatine, maisstroop (dat amylopectine bevat) en smaakstoffen. In Binas-tabel 67 vind je de structuurformules van amylopectine en rietsuiker. Hoe kun je nu jouw waarneming(en) verklaren?
6.3 Polaire atoombinding en dipoolmoment
Polaire atoombindingen
Waardoor ontstaan waterstofbruggen precies? Het antwoord op deze vraag is erg ingewikkeld. Een belangrijke rol speelt in ieder geval de aanwezigheid van polaire atoombindingen. Wat zijn dat?
Twee atomen van niet-metalen worden bij elkaar gehouden door een gemeenschappelijk elektronenpaar: een atoombinding. Bij een atoombinding tussen twee atomen van dezelfde atoomsoort trekken de kernen van de atomen even hard aan het gemeenschappelijk elektronenpaar. Bij verschillende atoomsoorten ligt dat anders. De een zal wat harder trekken dan de ander. De mate waarin een atoom een elektronenpaar aantrekt noem je de elektronegativiteitvan een atoomsoort.
In een waterstofmolecuul (H2) bevinden de bindende elektronen zich precies tussen beide atomen. Beide atomen "trekken" even sterk aan de elektronen.
In een waterstoffluoridemolecuul (HF) worden de bindende elektronen (hier groen afgebeeld) sterker door het fluoratoom aangetrokken. Een (vereenvoudigde) weergave van een polaire atoombinding is:
Het symbool δ+ (delta plus) geeft aan dat het molecuul aan deze kant iets minder elektronen heeft dan gebruikelijk. Er is dus een positieve deellading, kleiner dan 1. Dit is dus geen ionlading!
Van polaire atoombinding naar waterstofbrug
De simulatie hieronder laat zien hoe een polaire atoombinding tot stand komt. Bekijk de simulatie ('Klik hier').
Kies in het vak 'Surface' voor Electrostatic Potential.
Verander bij atoom A en/of B de Electronegativity.
De kleuren in de elektronenwolk tonen het verschuiven van elektronen aan.
De aanwezigheid van een polaire atoombinding kan in bepaalde moleculen tot de vorming van waterstofbruggen leiden.
De elektronegativiteit
Bij een polaire atoombinding trekt één van de atomen sterker aan de elektronen van de atoombinding dan het andere atoom. De kracht waarmee een atoom aan het elektronenpaar kan trekken noemen we elektronegativiteit. Zoek in de Binas-tabel 40A de elektronegativiteit op van het waterstofatoom en van het zuurstofatoom.
Oefening: Wel of niet polair?
0%
In welk van de volgende stoffen komen polaire atoombindingen voor? Zoek hiervoor de elektronegativiteit op van de atomen in tabel 40A.
Bindingen tussen verschillende atoomsoorten leiden niet altijd tot het ontstaan van polaire bindingen. Soms is het verschil in aantrekkingskracht op het elektronenpaar te klein. De atomen van de elementen koolstof en waterstof trekken bijvoorbeeld ongeveer even sterk aan het elektronenpaar. Een C-H binding is dan ook geen polaire binding maar een gewone atoombinding. Het verschil in elektronegativiteit tussen de atomen moet ongeveer 0,4 of groter zijn.
Beantwoord de bijbehorende vragen in je portfolio en lever deze in.
Wat is een polaire binding?
Wat is een dipoolmoment?
Wanneer is er sprake van polaire bindingen, maar is er toch geen dipoolmoment?
6.4 Gevolgen dipoolmoment
Experiment
In de vorige paragraaf heb je geleerd dat watermoleculen polaire bindingen hebben. Je gaat nu onderzoeken of alcohol en hexaan ook een dipoolmoment hebben.
Practicum: Elektrostatische wisselwerking
Onderzoeksvraag: Welke stoffen hebben een dipoolmoment?
Materiaal + stoffen:
- buret
- plastic voorwerp, zoals een balpen, zakkammetje of transparant.
- wollen doek
- bekerglas
- water
- alcohol
- hexaan
Werkwijze: Doe in de buret een beetje water en zet het bekerglas eronder.
Maak het plastic voorwerp elektrisch geladen door het langs de wollen doek te wrijven.
Houd het elektrisch geladen voorwerp op 1 à 2 cm afstand langs een dunne waterstraal.
Herhaal het experiment met de alcohol en wasbenzine.
Voor deze opdracht heb je je Binas en een molecuulbouwdoos nodig.
Schrijf de covalenties op van C, N, O, H
Zoek op hoeveel elektronen deze atomen in hun buitenste schil hebben.
Bouw met de molecuulbouwdoos de volgende moleculen: H2O, NH3, CO2, CH4.
Beantwoord de vragen.
Welke bindingen in deze moleculen zijn polaire bindingen?
Zoek in Binas-tabel 54 op wat de bindingshoeken zijn in deze moleculen. Klopt dit met jouw model?
Waarom is CO2 een lineair molecuul en H2O niet? Om deze vraag te beantwoorden heb je onderstaande gegevens nodig.
Wel of niet lineair
De elektronenparen die niet worden gebruikt voor bindingen zijn wel negatieve ladingen. Deze drukken de elektronen van de atoombindingen (in bijvoorbeeld water) als het ware opzij. Hierdoor ontstaat een niet-lineaire structuur.
De VSPER-methode
De VSPER-methode bestaat uit een aantal regels om de vorm van een molecuul te voorspellen:
Tel het aantal atomen dat direct is gebonden aan het centrale atoom.
Tel hierbij op: het aantal niet-bindende elektronenparen van het centrale atoom.
Het totaal van 1+2 is het omringingsgetal.
Het omringingsgetal geeft de ruimtelijke structuur aan.
omringingsgetal 2
Er is er sprake van een lineaire structuur.
omringingsgetal 3
Er is sprake van een gelijkzijdige driehoek.
omringingsgetal 4
Er is sprake van een tetraëder.
Controleer deze regels met de moleculen van de doe-opdracht.
Portfolio 6.6
Teken/bouw de structuurformules van de volgende stoffen. Geef met pijltjes en de tekens δ+ en δ- de polaire atoombindingen aan. Zoek eventueel op internet de molecuulformule/structuurformule op.
ethanol
hexaan (C6H14)
fosfortrifluoride
waterstofcyanide (HCN)
tetrachloormethaan (CCl4)
Boor en fosfor kunnen beide een verbinding met fluor aangaan: BF3 en PF3. Boor en fosfor hebben ongeveer dezelfde elektronegativiteit. Toch is het BF3 molecuul geen dipool en het PF3 wel. Wat kun je zeggen over de ruimtelijke bouw van deze twee moleculen?
Sommige moleculen met de formule C3H6F2 hebben een dipool, andere niet. Teken de structuurformule van een molecuul met een dipool en een molecuul zonder een dipool.
Welk omringingsgetal hebben de volgende moleculen? Verklaar je antwoord.
CF4
NF3
OF2
De moleculen H2O en SO2 bestaan beide uit drie atomen. De bindingshoek van H2O is 104,5o terwijl die in SO2 maar liefst 119,5o is. Geef een verklaring voor dit grote verschil.
6.6 Oplosbaarheid
Wel of niet oplosbaar
Waarom lossen sommige stoffen wel goed op in water en andere niet? Waarom kun je vetvlekken heel goed met wasbenzine verwijderen maar niet met water? De oplosbaarheid van stoffen hangt af van hoe ze zijn opgebouwd.
Ook koks maken in hun keuken gebruik van de stofeigenschap oplosbaarheid. In voedsel zitten smaak-, kleur- en geurstoffen. Deze stoffen zorgen ervoor dat we voedsel wel of niet lekker vinden. Afhankelijk van de toegepaste vloeistoffen kunnen de smaken van bepaalde ingrediënten variëren. Je gaat nu eerst een experiment doen waarbij het verschil in oplosbaarheid van belang is. Dit experiment kun je heel goed thuis doen.
Experiment
Practicum:
Knoflooksaus anders
Onderzoeksvraag:
Welke invloed heeft de vloeistof op de smaak van de knoflooksaus?
Materiaal + stoffen:
- knoflook
- olie
- water
- vijzel of knoflookpers
- twee kommetjes
- eventueel: geroosterd brood, crackers of toastjes
Werkwijze:
Doe een beetje water in de vijzel. Doe er een teentje knoflook in dat je dan fijnmaakt. Of pers de knoflook uit boven een kommetje water. Laat even staan.
Doe hetzelfde met olie en knoflook.
Als het een tijdje heeft gestaan proef je uit elk kommetje een beetje van het mengsel met een stukje brood.
Portfolio 6.7
Welk verschil proef je?
Hoe kan dit verschil ontstaan?
Waardoor zal knoflookboter gemaakt van roomboter anders smaken dan knoflookboter dat is gemaakt met halvarine?
Je hebt bij dit experiment gebruik gemaakt van een scheidingsmethode. Welke?
Hydrofiel en hydrofoob
Een moleculaire stof die goed oplost in water noem je een hydrofiele(= waterminnende) stof. Moleculaire stoffen die waterstofbruggen kunnen vormen lossen bijna altijd zeer goed op in water. Ook andere polaire moleculaire stoffen kunnen vaak goed in water oplossen. De polaire binding zorgt daar voor. Vooral C=O of CN-bindingen dragen bij aan de oplosbaarheid in water.
Moleculaire stoffen die niet goed oplossen in water noem je hydrofobe(= watervrezende) stoffen. Alle apolaire moleculaire stoffen zijn hydrofoob. Waterafstotende coatings zijn bijvoorbeeld gemaakt van apolaire verbindingen.
Als vuistregel voor het oplossen van stoffen geldt het volgende:
hydrofiele stoffen lossen goed op in andere hydrofiele stoffen
hydrofobe stoffen lossen goed op in andere hydrofobe stoffen
hydrofiele stoffen lossen slecht op in hydrofobe stoffen
Fiel of foob
Geef van de volgende stoffen aan of ze hydrofiel of hydrofoob zijn. Bij de meeste weet je uit de praktijk wel of ze wel of niet oplossen in water. Als je het niet weet kun je het experimenteel onderzoeken: doe een beetje water in een reageerbuis (ongeveer 1 mL) en voeg eenzelfde hoeveelheid van de andere stof toe. (Hoe kun je zien of iets oplost?) Zoek indien nodig de structuurformule op internet op.
6.7 Afsluiting
Reflectie
Je hebt geleerd:
waarom water een relatief hoog kookpunt heeft,
welke bindingen in water voorkomen en hoe deze getekend kunnen worden,
wat een polaire atoombinding is,
waarom sommige stoffen wel in water oplossen en anderen niet,
hoe je aan de hand van de molecuulbouw kan voorspellen of een stof in water zal oplossen.
Portfolio 6.8
1. Herformuleer de leerdoelen (zie hierboven) als vragen en werk de antwoorden op die vragen uit in je portfolio.
2. In hoofdstuk 2 heb je geïnventariseerd welke stoffen allemaal in je schooltas aanwezig zijn. Sommige van deze stoffen zijn hydrofiel, andere zijn hydrofoob. Kijk nog eens naar de lijst en benoem welke stoffen hydrofiel en welke hydrofoob zijn. Beargumenteer vervolgens waarom het handig is dat veel van deze stoffen hydrofoob zijn.
Diagnostische toets
Ga in het menu links naar 'Opdrachten en Toetsen' en maak de diagnostische toets van hoofdstuk 6.
Oefenopdrachten
Twee stoffen, chloormethaan (CH3Cl) en methanol (CH3OH) zijn ongeveer even sterke dipoolmoleculen.
Wat zijn de molecuulmassa's van deze moleculen?
Welk van deze stoffen verwacht je dat het hoogste kookpunt heeft? Leg je antwoord uit.
Zoek in tabel 42B de kookpunten op van deze stoffen. Komt dit overeen met je antwoord op vraag b? Zo nee, wat is de reden voor het verschil?
Schets waterstofbruggen tussen minimaal vier moleculen van de volgende stoffen:
methanol
ethaanamine (C2H5NH2)
een mengsel van ammoniak in water
Kunnen waterstofbruggen voorkomen tussen water- en methaan(CH4)moleculen? Zo ja, teken er een aantal. Zo nee, leg uit waarom niet.
Leg uit of je verwacht dat pentanol (C5H11OH) beter of slechter met water zal mengen dan methanol (CH3OH).
Ethanolmoleculen (C2H5OH) kunnen groepjes vormen waardoor er een deeltje van twee ethanolmoleculen ontstaat dat tussen moleculen van hexaan (C6H14) kan bewegen. Hierdoor kan ethanol mengen met hexaan.
Geef in een tekening weer hoe de ethanolmoleculen gemengd zijn met hexaanmoleculen.
Leg uit waarom dat bij water en hexaan niet kan.
Zet de volgende stoffen in volgorde van oplopend kookpunt. Leg je antwoord uit met behulp van de binding(en) tussen de moleculen:
Fluorethaan (C2H5F)
Glycol (CH2OH-CH2OH)
Butaan (C4H10)
Methaan (CH4)
Bij het maken van verf kunnen verschillende oplosmiddelen worden gebruikt. Bij olieverf is olie het oplosmiddel. Om de kwast tussen twee verfbeurten goed te houden dompelt de schilder de kwast eerst in de verf en zet dit daarna weg in een pot met water.
Leg uit waarom de kwast goed blijft door deze in het water te zetten.
Als de schilder na het schilderen de handen was, smeert hij zijn vuile handen in met boter, margarine of slaolie. Waarom?
Bij latex is water het oplosmiddel. De latex is in kleine bolletjes over het water verdeeld. Na het uitstrijken van de verf verdampt het water en vloeien de bolletjes samen. Hoe kun je een kwast met latexverf het beste bewaren? Verklaar je antwoord.
In onderstaande tabel staan diverse verbindingen van chloor met een paar stofeigenschappen.
formule
smeltpunt (K)
kookpunt (K)
dipoolmoment (10-30 cm)
HCl
158
188
3,7
SOCl2
168
352
1,4
Cl2
172
239
0
CaCl2
1055
1900
n.v.t.
PCl3
161
349
1,9
KCl
1043
1673*1
n.v.t.
*1 = sublimatiepunt
Welke verbindingen zijn opgebouwd uit ionen en welke verbindingen zijn opgebouwd uit moleculen?
Welke bindingstype(n) komt (komen) voor in deze zes stoffen in de vaste fase. Beschrijf elke stof afzonderlijk.
Geef twee redenen waarom PCl3 een hoger kookpunt heeft dan HCl.
Je hebt de verbinding BrF. Zal deze verbinding een dipoolmoment hebben? Zo ja, welk atoom heeft dan een δ+? Verklaar je antwoord.
Je hebt de volgende verbindingen: CH3Br, CHBr3, CH2Br2 en CBr4. Welk van deze verbindingen heeft een dipoolmoment dat groter is dan 0?
In onderstaande figuur is een aantal elektronenformules van een aantal moleculen gegeven. De streepjes stellen elektronenparen voor. Bepaal voor elke verbinding het omringingsgetal en de ruimtelijke bouw.
12. Zoek op internet de molecuulformules en structuurformules van etheen en ethyn op. Etheenmoleculen zijn vlakke moleculen en ethynmoleculen zijn lineair. Leg uit waarom dit zo is.
13. Water (H2O) en zwaveldioxide (SO2) hebben beide drie atomen in het molecuul.
Zoek in Binas-tabel 54 de bindingshoeken van deze moleculen op.
Verklaar het verschil in bindingshoeken in deze moleculen.
Het arrangement 06 H6 Water is bijzonder 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 09:28:51
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 'Atomen, bindingen en zouten' voor VWO 4
Leerniveau
VWO 4;
Leerinhoud en doelen
Element en verbinding;
Micro-macro denken;
Atoombouw;
Scheikunde;
Systeemdenken (scheikunde);
Structuur-eigenschap relaties;
Macro-micro denken;
Practicum: Winegums in water
In een waterstofmolecuul (H2) bevinden de bindende elektronen zich precies tussen beide atomen. Beide atomen "trekken" even sterk aan de elektronen.
In een waterstoffluoridemolecuul (HF) worden de bindende elektronen (hier groen afgebeeld) sterker door het fluoratoom aangetrokken. Een (vereenvoudigde) weergave van een polaire atoombinding is:
Practicum: Elektrostatische wisselwerking
omringingsgetal 2
omringingsgetal 3
omringingsgetal 4 
