Lessen Chemistry

11 lessen

• Alcoholen – Een alcohol is een koolstofverbinding met een –OH-groep aan een sp³-koolstofatoom (R–OH). Tel de koolstofatomen die vastzitten aan het C–OH-atoom om de alcohol in te delen als primair (1°), secundair (2°) of tertiair (3°). De naam is alkaan-n-ol, waarbij –OH het laagste nummer krijgt. Je maakt alcoholen uit alkenen (zuurgekatalyseerde hydratatie of hydroboratie–oxidatie), door aldehyden, ketonen en zuren te reduceren, of met Grignard-reagentia. Waterstofbruggen geven ze hoge kookpunten en maken ze oplosbaar in water. Bij reacties breekt de O–H-binding (zuur gedrag: Na, verestering) of de C–O-binding (HX, dehydratatie), en 1°- en 2°-alcoholen kunnen worden geoxideerd. Methanol en ethanol zijn de belangrijkste industriële alcoholen.
• Alkalimetalen en natriumverbindingen – Alkalimetalen (lithium, natrium, kalium, rubidium, cesium) vormen groep 1 van het periodiek systeem. Elk atoom heeft één elektron in de buitenste schil dat het makkelijk afgeeft, zodat er M⁺-ionen ontstaan. Het zijn zachte, lichte en heel reactieve metalen: met water maken ze waterstof en een base (loog), en in lucht branden ze. Naar beneden in de groep worden ze reactiever. Natrium geeft Na₂O, Na₂O₂, Na₂CO₃ (soda) en NaHCO₃ (zuiveringszout), en elk metaal kleurt een vlam op zijn eigen manier.
• Bouw van het atoom – Een atoom heeft een kleine, zware, positieve kern van protonen en neutronen. Elektronen bewegen eromheen in vaste schillen K, L, M, N. Het aantal protonen (Z) bepaalt het element; protonen + neutronen geven het massagetal (A). De buitenste elektronen bepalen de valentie. Isotopen hebben hetzelfde Z; isobaren hetzelfde A.
• Chemisch evenwicht: Kc, Kp, Q en Gibbs-energie – In een gesloten vat verloopt een omkeerbare reactie in beide richtingen. Na een tijdje zijn de snelheid heen en de snelheid terug gelijk, dus de hoeveelheden veranderen niet meer, maar de reactie stopt niet. Dit heet dynamisch evenwicht. In evenwicht is de verhouding tussen producten en reactanten (elk tot de macht van zijn coëfficiënt) een vast getal, de evenwichtsconstante K. Kc gebruikt concentraties, Kp gebruikt partiële drukken en Kp = Kc(RT)^Δn. Zuivere vaste stoffen en vloeistoffen laat je weg uit K. Het reactiequotiënt Q geeft de richting aan: Q < K gaat vooruit, Q > K gaat terug, Q = K is evenwicht. K en Gibbs-energie hangen samen: ΔG = ΔG° + RT ln Q en ΔG° = −RT ln K.
• Chemische reacties en reactievergelijkingen kloppend maken – Bij een chemische reactie worden atomen niet gemaakt of vernietigd. Ze wisselen alleen van partner. Daarom moet in een reactievergelijking van elke soort atoom links en rechts evenveel staan. We maken de vergelijking kloppend door de getallen vóór de formules te veranderen, nooit de formules zelf.
• Gevorderde scheikunde: structuur, eigenschappen, energie en evenwicht – Gevorderde scheikunde verbindt vier grote ideeën. Structuur: atomen binden in vaste vormen. Eigenschappen: de vorm en de verdeling van lading bepalen smeltpunt, oplosbaarheid en meer. Energie: reacties hebben een duwtje nodig (activeringsenergie) en geven warmte af of nemen die op. Evenwicht: bij omkeerbare reacties stellen heen- en terugreactie zich in waar hun snelheden gelijk zijn.
• Reacties van koolstofverbindingen, ethanol en ethaanzuur – Koolstofverbindingen branden in zuurstof en geven CO₂, water, warmte en licht (verbranding). Sterke oxidatoren maken van alcoholen zuren (oxidatie). Onverzadigde stoffen nemen waterstof op met een nikkelkatalysator (additie). Verzadigde stoffen ruilen waterstof tegen chloor in zonlicht (substitutie). Ethanol reageert met natrium tot waterstof en verliest water tot etheen. Ethaanzuur is een zwak zuur dat met alcoholen esters vormt en met carbonaten CO₂.
• Samenstelling van lucht – Lucht is een mengsel van gassen. Droge lucht bestaat naar volume uit ongeveer 78% stikstof, 21% zuurstof, 0,93% argon en 0,04% koolstofdioxide, met kleine hoeveelheden andere edelgassen. Waterdamp wisselt van 0 tot ongeveer 4%. We kunnen laten zien dat lucht een mengsel is en de zuurstof meten door ijzer te laten roesten (of fosfor te laten branden) in een afgesloten buis: het water stijgt ongeveer een vijfde. Vervuilende stoffen zoals rook, zwaveldioxide, stikstofoxiden en koolstofmonoxide maken lucht schadelijk, en we kunnen ze verminderen.
• Temperatuur, activeringsenergie, katalysatoren en botsingstheorie – Deeltjes van de beginstoffen moeten een energieheuvel over, de activeringsenergie Ea, om producten te worden. De Arrhenius-vergelijking k = A e^(−Ea/RT) laat zien dat een kleine temperatuurstijging veel meer deeltjes over de heuvel helpt, dus k stijgt snel. Een katalysator geeft een lagere heuvel zonder ΔH te veranderen. Botsingstheorie: deeltjes reageren alleen als ze botsen met genoeg energie en in de juiste richting.
• Zuren en basen: eigenschappen, indicatoren en reacties – Een zuur geeft H⁺-ionen in water en een base geeft OH⁻-ionen. Indicatoren laten met een kleur of geur zien welke van de twee aanwezig is, en als H⁺ en OH⁻ elkaar ontmoeten ontstaat water, met een zout als restant.
• Zuren, basen, zouten en titratie – Anorganische stoffen vallen in vier grote groepen: oxiden, zuren, basen en zouten. Ze hangen met elkaar samen: een metaal geeft een basisch oxide, dat geeft een base, en een base plus een zuur geeft een zout en water. Bij een titratie gebruiken we deze neutralisatie om een onbekende concentratie te meten: je voegt uit een buret een base met bekende concentratie toe tot al het zuur op is (het equivalentiepunt). Dan geldt n(zuur) = n(base) volgens de reactieverhouding, dus C₁V₁ = C₂V₂ bij een 1 : 1 reactie.