Elektrisch geleidend vermogen
Om elektrische stroom te geleiden moet binnen een stof lading kunnen bewegen. Dat gebeurt in vaste stoffen alleen binnen metalen. In een metaalrooster zitten de valentie-elektronen (elektronen in de buitenste schil) los in het rooster, tussen de atomen in.
Bij een moleculaire stof zitten de elektronen niet los en deze kan geen stroom geleiden. Ook niet in vloeibare fase.
In een ionaire stof (zout) heb je wel geladen deeltjes. De elektronen zitten echter niet los omdat de ionen allemaal een edelgasconfiguratie hebben. Ze laten de elektronen dus niet door de stof heen verplaatsen. Wanneer het zout vloeibaar is of opgelost geleid het wel stroom omdat de ionen niet meer in een rooster zitten en lading zich dan wel door de stof kan bewegen.
Voorbeeld proefwerkvraag.
Geleiden de volgende stoffen elektrische stroom?
C2H6O (l), Zn(s), CuSO4 (s), Na+ (aq) + Cl-(aq)
Roosters
Metalen zitten in een metaalrooster. De valentieelektronen zitten los van de rest van het atoom, waardoor een metaal stroom kan geleiden. Metalen kunnen meestal makkelijk gebogen worden. Je kan dit vergelijken met een bak met knikkers. Als je de bak schuin houd, rollen de knikkers van een hogere laag een stukje door en nemen een nieuwe plaats in in het rooster. (gebogen metaal). Legeringen zijn harder en kunnen moeilijker gebogen worden. Je kan dit verklaren door weer aan de bak met knikkers te denken. Als je daar een aantal grotere knikkers tussen stopt die het rooster verstoren kunnen de knikkers moeilijker van elkaar af rollen. Het buigt daardoor moeilijker. Legeringen zijn hierdoor harder dan zuivere metalen.
In een ionrooster worden positieve en negatieve ionen in een driedimentionale ruimte van elkaar afgewisseld. CaCl2 staat dus niet voor 1 molecuul dat bestaat uit 1 Ca en 2 Cl maar uit een rooster bestaande uit duizenden Ca en Cl ionen in de verhouding 1 : 2. Omdat er in dit rooster geen vrije lading is geleid het geen stroom. Omdat de deeltjes een lading hebben schuiven ze ook niet langs elkaar, maar zal het breken.
Een moleculaire stof kan ook een roosterachtige structuur hebben, denk aan ijs of aan suiker. Hierbij spelen vaak waterstofbindingen een rol. Omdat het zuurstof negatiever geladen is dan het waterstofatoom richten de moleculen zich op een bepaalde manier naar elkaar en ontstaat er ook een roosterstructuur.
Voorbeeld proefwerkopgave.
Verklaar met behulp van de roosters van zouten en metalen waarom een metaal wel buigt en een zout niet.
Bindingen in moleculaire stoffen
Aan de plaats in het periodiek systeem kun je afleiden hoeveel bindingen een atoom moet aangaan om een edelgas configuratie te hebben. (daar streven atomen naar omdat ze dan in een lagere energietoestand zitten). De atomen in groep 17 (F, Cl, Br, etc) hebben in de buitenste schil 7 elektronen. Een edelgas heeft er 8, dus ze willen er 1 bij. Dat kan door deze te delen met een ander atoom. Zo ontstaat een binding. F, Cl, Br kunnen dus 1 binding aangaan. Zwavel en zuurstof zitten in groep 16. Ze hebben 6 elektronen in de buitenste schil. Ze willen dus 2 elektronen delen (twee bindingen aangaan) om een edelgasconfiguratie te krijgen. Koolstof zit in groep 14. Dit element wil 4 bindingen aangaan want hij heeft maar 4 elektronen in de buitenste schil en moet er dus nog 4 delen om een edelgasconfiguratie te krijgen. Je moet dus altijd kijken hoeveel bindingen een element kan aangaan als je de structuurformule wil tekenen. Een broom atoom moet je niet met 2 bindingen tekenen, want dan heeft het een volle schil + 1 elektron en dat wil hij niet. Het aantal bindingen dat een atoom wil aangaan wordt de covalentie genoemd. Soms zijn er niet genoeg deeltjes in een molecuul. Dan kan een element een 2 elektronen delen met 1 het zelfde atoom. Dit geef je aan met een = tussen de atomen. Bijvoorbeeld. O2 O=O. Beide O atomen hebben zelf 6 elektronen in de buitenste schil. Omdat ze er 2 delen hebben ze er nu allebei 8. Wanneer je het als volgt zou noteren O-O dan hadden ze er allebei maar zeven in de buitenste schil. O2 heeft dus een dubbele binding.
Geef een mogelijke structuurformule van C2H5Br
Vormingsenergie
Zoals je al in klas 3 hebt geleerd kunnen reacties energie kosten (bijvoorbeeld ontleding van water). Of energie opleveren (bijvoorbeeld verbranding aardgas). Levert het energie op, dan is de reactie exotherm, kost het energie, dan is het endotherm. In een energiediagram kun je zien of een reactie exotherm of endotherm is. Bij een exotherme reactie is het energieniveau van de bindingen voor de reactie hoger dan na de reactie. Het verschil in energie komt dan vrij (bijvoorbeeld als warmte). De vormingsenergie bij een exotherme reactie is dus altijd negatief. Voor een endotherme reactie geldt het omgekeerde. LET OP! Elementen staan niet in de tabel omdat deze niet gevormd worden. Deze hebben een energie van 0 J/mol.
Je kan deze ook berekenen met tabel 57. Hier staan van veel stoffen de energie die het kost om deze stof te maken in J/mol. Je beginstoffen heb je al dus moet je een + een – maken en een – een plus. De waarde is in Joule per mol. Heb je in een reactievergelijking 2 mol van een stof, dan vermenigvuldig je de waarde met 2. De reactieproducten vorm je wel, dus kun je de waarde overnemen uit de tabel. Let wel op dat je de waarde vermenigvuldigd met het aantal mol dat je hebt in de reactie. Tel alles bij elkaar op en je krijgt een waarde in joule per mol. Is deze waarde positief, dan kost het energie om deze reactie te laten verlopen en is de reactie endotherm. Is deze waarde negatief, dan levert het energie op, en dan is de reactie exotherm.
Een reactie heeft ook een activeringsenergie. Dat is de energie die nodig is om de reactie op gang te houden. Een exotherme reactie levert vaak na dat er een activeringsenergie is toegevoegd zelf zijn energie om de reactie opgang te houden. Denk aan het aansteken van de brander. De lucifer is nodig om het aardgas aan te steken, maar daarna levert de verbranding van aardgas zoveel warmte, dat de lucifer niet meer nodig is.
a) Bereken de energie die nodig is om 1 mol aardgas te verbranden.
b) Hoeveel energie kost het om 8 gram aardgas te verbranden?
c) Verklaar met behulp van de vormingsenergie of de ontleding van water en endo of een exotherm proces is.