Scheikunde
H3
H1
synthetische materialen
vaak gesynthetiseerd uit aardolie
Niet goed voor natuur, en schaars. Wordt tegenwoordig vaak hernieuwbare grondstoffen gebruikt
voorbeelden: baksteen en glas
'kunststof' genoemd
natuurlijke materialen
direct uit natuur
voorbeelden: steen, hout en been
materiaal- en stofeigenschappen
Als een materiaal een zuivere stof is, spreek je over stofeigenschappen
oplosbaarheid
hydrofoob/hydrofiel
fase
kookpunt
smeltpunt
elektrisch geleidbaarheid
warmtegeleidbaarheid
Dichtheid (ρ)
m = massa (kg)
V = volume (L)
maken via chemische processen uit grondstoffen
Composiet
Twee of meer materialen die samen worden gevoegd voor betere materiaaleigenschappen
Voorbeeld: (gewapend) beton, gewapend glas
Versterkt met carbon: licht als plastic met vezels 10x zo dun als haren
Deeltjesmodel
Model dat ervanuitgaat dat alle stoffen zijn opgebouwd uit moleculen
Elke stof heeft verschillende soorten moleculen
Moleculen verschillen van massa en vorm
Moleculen bewegen voortdurend, ze hebben daardoor een bepaalde hoeveelheid bewegingsenergie. Dit bepaalt de temperatuur.
Moleculen trekken elkaar aan. Tussen de moleculen zit wel afstand, de ruimte hangt af van de fase waarin de stof zich bevindt. Bij vloeibaar zitten ze dicht tegen elkaar.
Macroniveau: het niveau waar je alles waarneemt
Microniveau: beschrijving op niveau van moleculen
Fases
Vaste fase
Als de aantrekkingskracht tussen moleculen groter is dan de bewegingsenergie
Moleculen blijven op vaste plaats liggen
Vloeibare fase
Moleculen bewegen langs elkaar, en hebben geen vaste plaats
Als op microniveau de bewegingsenergie van de moleculen groot genoeg is om de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes te overwinnen
Gasfase
Als het kookpunt wordt bereikt
Als het smeltpunt wordt bereikt
Molecuuldeeltjes bewegen vrij los van andere moleculen
Mengsels
Heterogene mengsels
Je kan de verschillende stoffen zien
Homogene mengsels
Je kan de verschillende stoffen niet zien
Op microniveau zittende verschillende soorten moleculen als brokjes bij elkaar
Op microniveau zitten verschillende soorten moleculen als losse moleculen gemengd
Een oplossing is een homogeen mengsel
Hebben een smelt- en kooktraject
de vloeistof waar je een stof in oplost is een oplosmiddel
Gasmengsels zijn ook homogene mengsels
Een suspensie is een vloeistof waarin kleine brokjes van een vaste stof zweven en is altijd troebel
Een emulsie is een vloeistof waarin druppels van een andere vloeistof zweven
Rook is een voorbeeld van een fijne verdeling van een vaste stof (roet) in een gas (lucht)
In nevel zweven kleine vloeistofdruppeltjes in een gas, bijvoorbeeld mist.
massa percentage (massa%) is welke stoffen en hoeveel daarvan in 100g levensmiddel voorkomen
volumepercentage (volume%) is het volume van een stof dat voorkomt in een bepaalde volume mengsel
volumepercentage stof = volume stof / volume mengsel x 100%
meestal bij mengsels van vloeistoffen en gassen
volumepercentage stof = volume stof / volume mengsel ×100
Het gehalte van een stof in een oplossing kan worden weergegeven als de massa van een stof per volume-eenheid van de oplossing
gehalte stof = massa stof / volume oplossing
Scheidingsmethoden
filtreren
bezinken en afschenken
centrifugeren
indampen
destilleren
extraheren
adsorberen
verschillende stoffen uit mengsel scheiden
filter met gaatjes van een bepaalde grootte
Wat er doorheen gaat is het filtraat, wat achterblijft het residu
Berust op verschil in deeltjesgrootte
suspensie, rook
suspensie, emulsie
stof met hoogste dichtheid langzaam naar beneden, vervolgens kan je het afschenken
berust op verschil in dichtheid
suspensie, emulsie
sneldraaiende beweging, waardoor stof met hoogste dichtheid naar buiten wordt geslingerd
vaak gecombineerd met filtratie
berust op verschil in dichtheid
oplossing van een vaste stof
door het verschil in kookpunt verdampt de ene stof en blijft de andere achter
hoog energieverbruik
berust op verschil in kookpunt
homogeen vloeistofmengsel
verschillende vloeistoffen hebben een ander kookpunt, waardoor de stof met het laagste kookpunt verdampt wordt opgevangen en gekoeld dus gecondenseerd. Dit is het destillaat, en wat over blijft het residu.
berust op verschil in kookpunt
elk type mengsel
extraheren betekent 'eruit trekken'
als je thee in heet water doet worden de geur kleur en smaaktstoffen geextraheert. water is het extractiemiddel.
vaak gecombineerd met filtratie
berust op verschil in oplosbaarheid
oplossingen en gasmengsels
berust op verschil in aanhechtingsvermogen (adhesie)
absorptiemiddel is een stof waaraan de te verwijderen stof sterk hecht
bijvoorbeeld actieve kool.
wanneer gehecht, kan het absorptiemiddel (met geabsorbeerde stof) worden gefiltreerd
Atomen
Positief geladen atoomkern
Proton (+)
Neutron
elektronenschillen
elektron (-)
vaste banen
K (max. 2 elektronen)
L (max. 8 elektronen)
M (max. 18 elektronen)
massa is verwaarloosbaar (vergl. met protonen elektronen)
atomaire massa-eenheid, u
1,00u = 1,66×10^{-27}kg
1,0u
1,7×10^{-27} kg
1,0u
1,7×10^{-27} kg
5,5×10^{-4} u
9,1×10^{-31} kg
atoomnummer
aantal protonen
omdat aantal protonen = aantal elektronen, atoomnummer = aantal elektronen
Massagetal
aantal protonen + aantal elektronen
Isotopen
Atomen van dezelfde atoomsoort kunnen verschillende massagetallen
Aantal neutronen verschillend
massagetal - atoomnummer = aantal neutronen
Notatie
aan geven dat je met een isotoop te maken hebt: massagetal noteren achter atoomsymbool
(bijv. C-12)
Wetenschappelijke schrijfwijze: massagetal linksboven, atoomnummer linksonder, elementsymbool rechts.
Bijv: ^{14}_{6}C
Let op:
^{dit is superscript} en _{dit is subscript}
aantal protonen (atoomnummer) bepaalt tot welk element het atoom behoort.
Periodiek systeem
Van links naar rechts wordt de volgorde in het periodiek systeem bepaald door het atoomnummer
Atomen met overeenkomstige eigenschappen staan in het periodiek systeem onder elkaar.
in groep 18 staan de edelgassen
in groep 17 staan de halogenen
in groep 1 staan de alkalimetalen
in groep 2 staan de aardalkalimetalen
reageren nagenoeg niet
twee atomige moleculen
reageren heftig met metalen
reageren minder heftig met water
Vormen metaaloxides (verbindingen opgebouwd uit metaal- en zuurstofatomen) waarin de metaalatomen en zuurstofatomen in een verhouding 1:1 voorkomen, zoals ongebluste kalk, CaO(s)
reageren veelal heftig met water
metalen/niet-metalen
metalen
hoge kook- en smeltpunten
glanzend uiterlijk
vervormbaar bij hogere temperaturen
niet-metalen
gasvormig
of hebben lage kook- of smeltpunten
metalloïden
zowel metaal- als niet-metaaleigenschappen
Metalen en zouten
Elektrisch geleidingsvermogen
Stof moet geladen deeltjes bevatten
geladen deeltjes moeten vrij door het stof kunnen bewegen
Op basis van het elektrische geleidingsvermogen in de verschillende fasen kunnen stoffen ingedeeld worden in 3 groepen
Metalen, geleid in vaste en vloeibare fase
Zouten, geleid in vloeibare fase
moleculaire stoffen, geleid niet.
Metalen
geen moleculen
formule = symbool(faseaanduiding: solid, liquid, gas). Bijv. Fe(s)
Opgebouwd uit positieve metaal-atoomresten waarin vrije elektronen voorkomen: het metaalrooster
De metaal-atoomresten en de vrije elektronen trekken elkaar sterk aan: het metaalbinding
Zuivere metalen zijn buigzaam
De meeste metalen worden makkelijk aangetast met water en lucht: corrosie
Onedele metalen
bekendste vorm is roest
Vaak wordt er een laagje metaaloxide op metaal toegepast om corrosie vrijwel volledig te stoppen door het metaal af te sluiten van de lucht.
Sommige metalen reageren zo heftig met op water dat er vuurverschijnselen kunnen ontstaan
zeer onedele metalen
Bijv. natrium en kalcium
Legeringen of alliages
Gesmolten metalen bij elkaar gemengd
Metaalrooster verstoord -> atomen bewegen minder goed -> minder vervormbaar op macroniveau -> breekbaar
Smelttemperatuur lager
Zouten
Op microniveau kunnen zouten in de vloeibare fase vrij bewegen
Geladen deeltjes heten ionen
Aantal elektronen niet gelijk aan aantal protonen
Sterke aantrekkingskracht tussen ionen heet de ionbinding
In de vaste fase kunnen ionen niet vrij bewegen
Er komen afwisselend positief en negatief geladen ionen voor in het ionrooster
Moleculaire stoffen
Als de vaste stof een kristalstructuur heeft, dan zijn de moleculen gestapeld in een molecuulrooster
De binding die de moleculen in de vaste en vloeibare fase bij elkaar houdt heet de vanderwaalsbinding
Deze wordt sterker naarmate de molecuulmassa en het oppervlak van het molecuul wordt
Hoe sterker de binding, hoe hoger het smelt- en kookpunt
De atomen in moleculen zijn verbonden via atoombindingen
Ontstaat wanneer 2 atomen een elektronenpaar delen
elektronenschillen van beide atomen overlappen, en hier plaatsen beide atomen een elektron
'gemeenschappelijk elektronpaar'
Aantal atoombindingen dat een atoom kan vormen is de covalentie
Met een structuurformule kan je duidelijk maken hoe de atomen in een molecuul onderling zijn verbonden
De covalentie is gelijk aan het aantal elektronen dat een element mist ten opzichte van het edelgas dat het dichtst in de buurt staat qua atoomnummer
Omdat er in de natuur verschillende isotopen voorkomen is het massagetal het gemiddelde van de massa's van de isotopen: relatieve atoommassa
hoeveelheid stof (N)
aantal deeltjes aanwezig
vaak wordt er gebruikgemaakt chemische stof (n) omdat het om ontelbare hoeveelheden gaat
grootheid om aantal atomen en moleculen uit te drukken
eenheid is mol
het aantal deeltjes in 1 mol is zo gekozen dat er precies 1 mol u in 1 gram zit.
1g / 1u = 1g / 1,66×10^{-24}g = 6,02×10^{23} deeltjes
aantal deeltjes in mol is dus 6,02×10^{23}
dit is de constante van Avogadro, N_{A}
De massa van 1 mol moleculen van een stof is gelijk aan de molecuulmassa van deze stof in gram
Een watermolecuul heeft een molecuulmassa van 2x1,008+1×16,00=18,016u
Een watermolecuul heeft dan een massa van 18,016×1,66×10^{-24} = 2,99×10^{-23}gram
Het aantal watermoleculen in 18,016 gram water is dan: 18,016/2,99×10^{-23} = 6,02×10^{23} moleculen = 1 mol
Molaire massa (M)
massa per mol
eenheid g/mol
m= massa in gram
M = molaire massa in g/mol
m = n × M
n = m/M