gr11 afr dbe smartprep · solved, through science! if you are passionately concerned about this...

G R A A D

1 1 DB

O KE

RNKO

NSEP

TE

Kennisgewing van kopiereg: Die teorie-opsommings in hierdie Smart Prep Boekie is die oorspronklike werk van Science Clinic (Py) Ltd. Die materiaal mag versprei word, mits die volgende vereistes nagekom word: •  As die boekie elektronies of in gedrukte vorm gekopieer of versprei word, moet hierdie

kopieregkennisgewing behoue bly. •  As die opsommings en/of vrae in die boek gebruik word, moet die bron erken word. •  Hierdie Smart Prep Boekie is geskep ter voordeel van die gemeenskap en mag nie deur enige

ander persoon of entiteit gebruik of versprei word vir kommersiële doeleindes nie. •  Die teorie-opsommings in hierdie boekie mag nie aangepas word en onder ‘n nuwe lisensie versprei

word nie. Volledige terme vir die gebruik van die materiaal is beskikbaar op www.scienceclinic.co.za/terms-book- usage/

Erkenning van inhoud: Baie dankie aan diegene wat betrokke was by die produksie, moderasie en vertaling van hierdie boek: R Bartholomew, N Basson, Y Choonara, N Cullinan, S Dippenaar, T Fairless, I Govender, C Hare, R Lodge, K Lowe, Q Meades, C Orchison, N Rabellini, R Ramsugit, M Stander.

.scienceclinic.co.za facebook.com/scienceclinicsa www c Science Clinic (Pty) Ltd 2018

Vir verdere inligting oor Science Clinic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus www.scienceclinic.co.za1

Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©

1. Be a modern-day hero: The single greatest reason why we should study Science, is to ensure Humanity’s sustainable survival on Earth! Ecosystems are in crisis mode, the planetary weather system is changing rapidly, and humanity is failing to coexist in harmony with other species. World food production has to double in the next thirty years, in order to sustain the growing global population. We are running out of fossil fuels which are critical to the efficiency of our industry, farming and supply chains. Fresh water is becoming increasingly scarce, with many of the World’s greatest rivers no longer running into the sea. Diseases are becoming increasingly resistant to anti-biotics. The air in many Indian and Chinese cities are verging on unbreathable. The Great Pacific Garbage Patch has become an unfathomable mass of floating junk that is destroying our oceans. The use of fossil fuels is polluting our air and adding to the Greenhouse Effect.Before you despair, there is a silver lining: every one of these problems can be improved, and even solved, through Science! If you are passionately concerned about this Planet and about a healthy future for Humanity, get stuck into your Science studies and aim for a Science-y career that will equip you to make a difference!

2. Be smart: The study of Science encourages problem-solving tenacity that helps you to under-stand the world around you. I have always explained to my students that Science illuminates one’s path, and that going through life without Science is similar to driving your car along dark roads - your headlights might light your way forward, but they don’t illuminate the world around you. You travel onwards without ever understanding the context of your journey. Studying Science makes you comfortable with the unknown, and gives you the confidence to say: “I don’t know the an-swers, but I will find out!”. Science is gracious to naivety but does not condone the apathy of indif-ference: it allows you to say “I don’t know, but I want to find out”, but does not tolerate the atti-tude of “I don’t know and I don’t care”.Science is highly structured, but welcomes change - it constantly adjusts its views based on what is observed. This approach teaches you to evolve your thinking by constantly testing and investigat-ing information, which makes you a well-rounded human being and empowers you with an ethical approach to others: it enables you to discern the difference between your opinions and facts, and to acknowledge the opinions and beliefs of others without immediately accepting or rejecting them.

3. Be adventurous: Science gets you places! I can only speak from my experience - my engineering background, which is firmly rooted in Science, has opened a door to great adventure and explora-tion. I have worked on four continents and have been exposed to a diversity of incredible experi-ences that a ‘normal’ office job would never allow. Would you like to work in jungles? Study Natu-ral Sciences. A life of studying volcanoes or auroras, perhaps? Study geosciences. Would you like to ply you mind to solving massive problems and driving innovation? Study engineering! Would you like to work with killer whales? Study zoology!Science-y careers and research allow you visit places that would not be accessible through other fields of study. Whether you want to go to Antarctica or to outer space, Science is the way to get there.

WHY YOU SHOULD STUDY SCIENCE

4. Diversity and flexibility: From dentistry to plasma physics, Science-y careers offer vast opportu-nities for professional career development and diversification. Engineers are welcomed into the financial sector, due to their problem-solving ability and analytical way of thinking. Many academic physicists teach, perform ground-breaking research and consult private clients in the same work week. Medical professionals diversify into the legal field to become patent attorneys or medical lawyers. However on the flip side, it’s rare for a professional with a ‘non-Science-y’ background to bridge into the Science-based career fields.

5. Inventions: Science-y careers create an intellectual and business environment that is conducive to problem solving and invention. Look at all the exciting inventions of the last twenty years, that have completely transformed our lifestyles. The Internet, the everyday use of GPS, mobile phone technology, PC’ and touch-screen displays are but a few. This technological progress was made possible due to Science.Visit online crowdfunding platforms such as Kickstarter and Indiegogo, and appraise the exciting Science-y inventions that are being funded. The tech scene is mushrooming with skunkworks and hackathons that are creating radical innovations. It is an exciting time to be part of Science and technology, and if you want to be at the cusp of making cool things that make a big difference, study Science!

6. Be a modern-day hero (#2): South Africa has a growing deficit of expert Science teachers. If you are passionate about Science, and passionate about making a difference, teaching is a mas-sively rewarding career path that is becoming increasingly lucrative. Remember, supply and de-mand dictate going rates - if there are fewer expert Science teachers around, the demand for ex-pertise leads to increased fees. Become a Science teacher, a thought leader and a role model!

7. Wealth: More than a fifth of the planet’s wealthiest people on the Forbes 2015 list studied an engi-neering degree, according to a recent survey by the Approved Index platform. A quarter of the Forbes top-hundred have Science as a foundation for their work.

8. Discovery: Science research is a field that allows you to discover the unknown. The deep oceans are unexplored, nanotechnology and photonic crystals have so many secrets, and we’re still not sure whether there is any form of life outside near-Earth space. Imagine being the person that publishes a peer-reviewed article to tell the world about a brand new discovery, or a new revela-tion in our understanding, or a life-altering breakthrough in technology.

This is a call to action for young history-makers, and for a new wave of heroes to save this

world and make a difference. I encourage you to become part of it!

James HayesFounder – Science Clinic

Science is amazing! It is also one of the toughest subjects at school. Science-y careers are diverse and exciting, but require years of vigorous academic commitment. If it’s so hard to get somewhere with Science, why should you study it? Here’s our top reasons for getting your nerd on:

INH

OU

DS

OP

GA

WE

Voorw

oord

1

Fisika

Fisika data

4

Vektore in 2

D

6

New

ton se bewegingsw

ette

9

New

ton se universele gravitasiewet

13

Elektrostatika

1

4

Geom

etriese optika

16

Elektromagnetism

e

18

Elektrisiteit

1

9

Chem

ie C

hemie data

22

Molekulêre struktuur

25

Intermolekulêre kragte

27

Ideale gasse

2

9

Kw

antitatiewe aspekte van chem

iese

verandering

3

0

Energie– en chem

iese verandering

35

Sure en basisse

3

6

Redoksreaksies

3

8

Ontginning van die litosfeer

39

ww

w

Fisiese Wetenskappe

24 D

BE

/2017 E

ksamenriglyne

Kopiereg voorbehou

B

laai om asseblief

4. ALG

EMEN

E VAKIN

LIGTIN

G

4.1 H

oeveelhede, simbole en eenhede

Die algem

eenste hoeveelhede, simbole en S

I-eenhede wat in inleidende Fisika gebruik w

ord, w

ord hieronder gelys. 'n Hoeveelheid m

oenie verwar w

ord met die eenheid w

aarin dit gem

eet word nie.

G

rootheid Verkieslike

simbool

Alternatiew

e sim

bool Eenheidnaam

Eenheid- sim

bool m

assa m

kilogram

kg posisie

x, y

meter

m

verplasing ∆

x,∆y

s m

eter m

snelheid

vx , v

y u, v

meter per sekonde

m∙s

-1 beginsnelheid

vi

u m

eter per sekonde m∙s

-1 eindsnelheid

vf

v m

eter per sekonde m∙s

-1 versnelling

a

meter per sekonde per sekonde

m∙s

-2 gravitasieversnelling

g

meter per sekonde per sekonde

m∙s

-2 tyd (oom

bliklik) t

sekonde

s tydinterval

∆t

sekonde

s energie

E

joule

J kinetiese energie

K

Ek

joule J

potensiële energie U

E

p joule

J arbeid

W

joule

J w

erkfunksie W

0

joule J

drywing

P

w

att W

m

omentum

p

kilogram

meter per sekonde

kg∙m∙s

-1 krag

F

newton

N

gewig

w

Fg

newton

N

normaalkrag

N

FN

newton

N

spanning T

FT

newton

N

wryw

ingskrag f

Ff

newton

N

wryw

ingskoëffisiënt k

sμ,

μ,μ

(geen)

wringkrag

τ

new

ton-meter

N∙m

golflengte

λ

m

eter m

frekw

ensie f

ν

hertz of per sekonde H

z of s-1

periode T

sekonde

s spoed van lig

c

meter per sekonde

m∙s

-1 brekingsindeks

n

(geen)

brandpuntafstand f

m

eter m

voorw

erpafstand s

u m

eter m

beeldafstand

s' v

meter

m

vergroting m

(geen)

lading Q

, q

coulomb

C

elektriese veld E

newton per coulom

b of volt per m

eter N∙C

-1 of V∙m

-1 elektriese potensiaal by punt P

V

P

volt V

potensiaalverskil ∆

V, V

volt V

em

k E

ε

volt

V

stroom

I, i

ampère

A

weerstand

R

ohm

Ω

interne w

eerstand r

ohm

Ω

m

agneetveld B

tesla T

magnetiese vloed

Φ

tesla∙m

eter 2 of weber

T∙m2 of

Wb

kapasitansie C

farad F

induktansie L

henry

H

Inligtingsblaaie – Vraestel 1 (Fisika) TA

BLE 1: PH

YSICA

L CO

NSTA

NTS/TA

BEL 1: FISIESE K

ON

STAN

TES

NA

ME

/NA

AM

S

YM

BO

L/SIM

BO

OL

VA

LUE

/WA

AR

DE

Acceleration due to gravity

Sw

aartekragversnelling g

9,8 m·s

-2

Gravitational constant

Sw

aartekragkonstante G

6,67 x 10

-11 N⋅m

2⋅kg-2

Radius of E

arth S

traal van Aarde

RE

6,38 x 106 m

Coulom

b's constant C

oulomb se konstante

k 9,0 x 10

9 N⋅m

2·C-2

Speed of light in a vacuum

S

poed van lig in 'n vakuum

c 3,0 x 10

8 m·s

-1

Charge on electron

Lading op elektron e

-1,6 x 10-19 C

Electron m

ass E

lektronmassa

me

9,11 x 10-31 kg

Mass of the E

arth M

assa van die Aarde

M

5,98 x 1024 kg

TAB

LE 2: FOR

MU

LAE/TA

BEL 2: FO

RM

ULES

MO

TION

/BEW

EGIN

G

ta

vv

if

Δ+

=

22 1

it

at

vx

Δ+

Δ=

Δ

xa2

vv

2i2f

Δ+

=

t2v

vx

if

Δ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛

+=

Δ

FOR

CE/K

RA

G

ma

Fnet =

w

= mg

22

1

rm

Gm

F=

N

f(max)

ss =

µ

N fkk=

µ

WA

VES, SOU

ND

AN

D LIG

HT/G

OLW

E, KLA

NK

EN LIG

λ=f

v

f 1T=

rr

ii

sinn

sinn

θ=

θ

v cn=

ELECTR

OSTA

TICS/ELEK

TRO

STATIK

A

22

1r QkQ=F

(k = 9,0 x 109 N

⋅m2·C

-2) Q F

E=

2r kQ

E=

(k = 9,0 x 109 N

⋅m2·C

-2) Q W

V=

ELECTR

OM

AG

NETISM

/ELEKTR

OM

AG

NETISM

E

tNΔ ΔΦ

−=ε

θ

=Φ

cosBA

CU

RR

ENT ELEC

TRIC

ITY/STRO

OM

ELEKTR

ISITEIT

t QI

Δ=

I V

R=

...r 1

r 1r 1

R 13

21

++

+=

...

rr

rR

32

1+

++

=

W = V

q W

= VI Δ

t W

= I 2RΔ

t W

= R ΔtV2

Δt WP=

P = V

I P

= I 2R

R VP

2

=

output

N

S

Graad 11 Fisika D

efinisiesG

raad 11 Fisika Definisies

Kragte en vektore

Skalaar: 'n fisiese hoeveelheid met slegs grootte (bv. m

assa, afstand, tyd)V

ektor: 'n fisiese hoeveelheid wat beide grootte en rigting het (bv. snelheid, versnelling, krag)

Resultante vektor: die enkele vektor w

at dieselfde effek as al die oorspronklike vektore saam het

Afstan

d: die lengte van die pad gery/geloop. W

ees bewus dat afstand 'n skalaar hoeveelheid is

Verplasing: die verandering in posisie

Spoed: die tempo van verandering in afstand, w

ees bewus dat spoed 'n skalaarhoeveelheid is

Snelheid: die tempo van verandering van posisie (of verplasing), w

ees bewus dat snelheid 'n vektorhoeveelheid is

Versnelling: die tem

po van verandering in snelheid

New

ton se Wette

Norm

ale krag (FN): die krag of die kom

ponente van ‘n krag wat ‘n opppervlak op ‘n voorw

erp uitoefen waarm

ee dit in kontak is en w

at loodreg is tot daardie oppervlakW

rywingskrag (Ff ): die krag w

at teen die beweging van ‘n voorw

erp inwerk en w

at parallel met die oppervlakkte is

Statiese wryw

ingskrag (fs ): die krag wat teen die neiging van die bew

eging van 'n stilstaande voorwerp, relatief tot 'n

oppervlak, inwerk

Kinetiese w

rywingskrag (fk ): die krag w

at teen die beweging van 'n bew

egende voorwerp, relatief tot 'n oppervlak, inw

erk. W

ees bewus dat ‘n w

rywingskrag ew

eredig is aan die normaalkrag, onafhanklik is van die kontakarea en onafhanklik is van die

snelheid van die beweging

New

ton se eerste wet van bew

eging: ‘n liggaam sal in sy toestand van rus of bew

eging bly teen ‘n konstante snelheid, tensy 'n nie-nul resulterende / netto krag daarop inw

erkN

ewton se tw

eede wet van bew

eging: w

anneer 'n resulterende / netto krag op 'n voorwerp inw

erk, sal die voorwerp

versnel in die rigting van die krag teen 'n versnelling wat direk ew

eredig is aan die krag en omgekeerd ew

eredig is aan die massa

van die voorwerp

New

ton se derde wet van bew

eging: Wanneer een liggaam

'n krag op 'n tweede liggaam

uitoefen, sal die tweede liggaam

'n krag van gelyke grootte in die teenoorgestelde rigting op die eerste liggaam

uitoefenN

ewton se U

niversele Gravitasiew

et: elke liggaam in die heelal trek elke ander liggaam

aan met 'n krag w

at direk eweredig

is aan die produk van hulle massas en om

gekeerd eweredig is aan die kw

adraat van die afstand tussen hulle middelpunte

Gew

ig: die gravitasiekrag wat die aarde op 'n voorw

erp uitoefen op of naby die oppervlak.

Geom

etriese O

ptika

Spoed van lig (c): die spoed van lig is konstant wanneer dit deur ‘n spesifieke m

edium bew

eeg. (c = 3x10

8 m.s

-1 in 'n vakuum)

Refraksie: ‘n verandering van golfspoed in verskillende m

ediums, terw

yl die frekwensie konstant bly

Brekingsindeks: die verhouding van die spoed van lig in lug teenoor die spoed van lig in 'n spesifieke m

edium

Optiese digtheid: 'n m

eting van die spoed van lig of ‘n ander elektromagnetiese golf deur 'n m

ediumN

ormaal: die denkbeeldige lyn loodreg op die oppervlak tussen tw

ee verskillende optiese medium

sInvalshoek: die hoek tussen die invalstraal en die norm

aalB

rekingshoek: die hoek tussen die gebreekte straal en die normaal

Snell se wet: gee die verhouding tussen die invalshoek, die brekingshoek en die brekingsindeks as lig van een m

edium na 'n

ander beweeg

Kritiese hoek: die invalshoek w

aarvan die gebreekte (refraktiewe) hoek 90° is

Totale interne weerkaatsing: die invalshoek is groter as die kritieke hoek en geen breking vind plaas nie; die straal w

ord eerder w

eerkaats

2D en 3D

Golffront

Golffront: 'n denkbeeldige lyn w

at golwe w

at in fase is, verbindH

uygen se beginsel: alle punte van 'n golffront tree soos 'n punt bron op. Elkeen van hierdie punt bronne (sekondêre bronne) produseer kleiner sirkelvorm

ige golfies wat vorentoe bew

eeg met dieselfde spoed as die golf.

Diffraksie: die verm

oë van 'n golf om in golffronte uit te sprei soos w

at dit deur 'n klein opening of om 'n skerp kant bew

eeg

Elektrostatika

Coulom

b se Wet: die grootte van die elektrostatiese krag w

at een puntlading (Q1) op 'n ander puntlading (Q

2) uitoefen is direk ew

eredig aan die produk van die grootte van die ladings en omgekeerd ew

eredig aan die kwadraat van die afstand (r)

tussen hulleElektriese veld: ‘n gebied in die ruim

te waar 'n elektriese lading 'n krag ondervind. D

ie rigting van die elektriese veld by 'n punt is die rigting w

aarin 'n positiewe toetslading sal bew

eeg indien dit by daardie punt geplaas word.

Elektriese veld by ‘n punt: Die elektriese veld by 'n punt is die elektrostatiese krag ondervind per eenheid positiew

e lading w

at by daardie punt geplaas is.

Elektromagnetism

eFaraday se w

et: wanneer ‘n geleier en m

agneetveld relatief tot mekaar bew

eeg, word ‘n em

k geïnduseer oor die ente van die geleier. D

ie geïnduseerde emk in die geleier is direk ew

eredig aan die tempo van verandering van m

agnetiese wisseling.

Elektriese Stroom

bane

Ohm

se Wet: die potensiaalverskil oor 'n geleier is direk ew

eredig aan die stroom in die geleier by ‘n konstante tem

peratuur O

hmiese geleier: ‘n geleier w

at Ohm

se wet gehoorsaam

Nie-O

hmiese geleier: ‘n geleier w

at nie Ohm

se wet gehoorsaam

nieInterne w

eerstand: die sel / battery se eie weerstand

Dryw

ing: die tem

po waarteen elektriese energie om

geskakel word in 'n elektriese stroom

baan en word gem

eet in watt (W

)K

ilowatt uur (kW

h): verwys na die gebruik van 1 kilow

att elektrisiteit vir 1 uur

5

Vir verdere inligting oor Science Clinic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus w

ww

.scienceclin

ic.co.za

Grade 11 W

etenskap Kernkonsepte

SCIEN

CE CLINIC 2018 ©


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Vektore in 2DOPDELING VAN KOMPONENTEDiagonale vektore kan opgedeel word in komponente. Wanneer vektore in x- en y-komponente opgedeel word bepaal ons die horisontale (x-as) en vertikale (y-as) effekte van die vektor.

Fx = F cos θFy = F sin θ

KOMPONENTE VAN ‘N HELLINGWanneer kragte toegepas word op ‘n voorwerp teen ‘n helling is dit nuttig om die kragte op te deel in parallelle (//) en loodregte (⟂) vektorkomponente. Gravita-siekrag (Fg) is die mees algemene krag wat in hierdie komponente teen ‘n helling opgedeel kan word.

Fg// = Fg sin θ

Fg⊥ = Fg cos θ

OPSTELLING VAN KRAGTEDRIEHOEKEKragtedriehoeke kan gebruik word om die resulterende krag of ewewigskrag te bereken wanneer kragte nie lineêr is nie. Basiese meetkundige reëls kan gebruik word om vektore en resultante te bereken wanneer

kragtedriehoeke gevorm word.Parallelogram

Word gebruik vir vektore wat gelyktydig op dieselfde voorwerp inwerk. Die resultant is ‘n hoeklyk van ‘n parallelo-gram en begin by die vektore se sterte.

Bv. Twee sleepbote pas ‘n krag van 6 000 N en 5 000 N teen ‘n koers van 60° en 120° onderskeidelik op ‘n vragskip, toe.

Manipulasie

Vektorpyltjies kan gemanipuleer word om ‘n kragtedriehoek te vorm wat gebruik kan word om die resultante krag of ewewigskrag te bereken.

Die volgende moet dieselfde bly wanneer die vektorpyltjies gemanipuleer word:

• Lengte van die pyltjie (grootte)• Hoek van die pyltjie (rigting)• Die rigting van die kop van die pyltjie.

Bv. ‘n Voorwerp word gehang vanaf ‘n plafon deur twee kabels. Die vryliggaam-diagram asook die kragtedriehoek word onderaan getoon en kan gebruik word om die waardes van T1 en T2 te bereken.

Vryliggaamdiagram Kragtedriehoek

y

x 60

00N

5000N

Resultant

Stert-aan-kop

Gebruik vir opeenvolgende vektore (vektore wat mekaar opvolg)

Bv. ‘n Boot vaar 90 m oos en beweeg daarna 50 m noord.

Hierdie prinsiep kan ook op meer as twee vektore (in vol-gorde) toegepas word. Die resultant begin by die eerste vek-tor se stert en eindig by die laaste vektor se kop.

y

x Vektor1

Vektor2

Resulta

nt

y

x

Vektor4

Vektor3

Vektor2

Vektor1

Resulta

nt

y

x Vektor1

Vektor2

Resultant

y

x

F

F y

Fx θ

θ

Fg//Fg⟂ Fg θ



SINREËL (NIE-90°)Die sinreël kan gebruik word om die sylengtes en hoeke van vektordriehoeke wat nie reghoekige drie-hoeke is nie, te bereken.

VIR SYLENGTES:

asin(A) = b

sin(B) = csin(C )

VIR HOEKE:

sin(A)a

= sin(B)b

= sin(C )c

EWEWIGSKRAG: Die krag wat die sisteem in ewewig hou.

Die ewewigskrag is gelyk aan die grootte en teenoorgesteld aan die rigting van die resultante krag.

PYTHAGORAS (SLEGS 90°)Pythagoras kan slegs toegepas word op vektordriehoeke wat reghoekige driehoeke is.

VOORBEELD:

‘n Boot vaar 90 m oos waarna dit 50 m noord vaar. Bereken die verplasing van die boot.

R2 = x2 + y2

R = 902 + 502

R = 102,96 m

tan θ = ta

θ = tan−1( 5090 )

θ = 29,05∘

Onthou dat θ bereken is relatief tot die x-as,∴ rigting = 90∘ − 29,05∘ = 60, 95∘

∴ Verplasing = 102,96 m teen 'n rigting van 60,95∘

VIR SYLENGTES:

R2 = x2 + y2

VOORBEELD:

‘n Voorwerp word gehang vanaf ‘n plafon deur twee koorde soos aangetoon deur die diagram onderaan. Bereken die grootte van T1 en T2.

asin A = b

sin BT1

sin 55 = 29,4sin 95

T1 = sin55 × 29,4sin 95

T1 = 24,18 N

asin A = b

sin BT2

sin 30 = 29,4sin 95

T2 = sin 30 × 29,4sin 95

T2 = 14,76 N

Vektore in 2D-Resultante en Ewewigskragte

y

x 90m

50m

Resulta

nt

3kg

35°60°

T1 T2

Fg

T2

T1

60°

35°

60°

35°

30°

55°

Fg

T2 T1

60°

35°

Fg = mg= (3)(9,8)= 29,4 N

VIR HOEKE:

sin θ = ts

cos θ = as

tan θ = ta



KONSTRUKSIEDie resultant of ewewigskrag kan deur meting bereken word deur akkurate konstruksie van vektordia-gramme. Die diagram moet met ‘n liniaal en gradeboog geteken word. Die grootte wat voorgestel word deur die lengte van die lyn, word geteken deur gebruik te maak van ‘n geskikte skaal, byvoorbeeld:

1 cm = 1 N

1 mm = 1 N

VOORBEELD:

Twee kragte word toegepas op ‘n voorwerp soos aangetoon in die diagram onderaan. Bereken die resultante krag deur gebruik te maak van konstruksie.

Teken die kragte deur gebruik te maak van ‘n geskikte skaal en akkurate hoekmetings.

Skaal: 0,5 cm = 1 N

Deur meting:

Resultant = 10,6 cm = 21,20 N teen ‘n hoek van 25° onder die negatiewe x-as.

(Die ewewigskrag = 21,20 N teen ‘n hoek van 25° bo die positiewe x-as.)

OPTEL VAN KOMPONENTEDie resultant van die diagonaal (hoeklyn-) kragte kan bereken word deur gebruik te maak van Pythagoras waar die x-resultant en y-resultant eerste bepaal word. Dit is veral nuttig vir die berekening van meer as 2 kragte wat toegepas word op ‘n voorwerp waar ‘n kragtedriehoek nie gebruik kan word nie.

Stappe om die resultant te bereken:

1. Bereken die x- en y-komponente van elke krag2. Bereken die x- en y-resultante van die komponente3. Bereken die resultant deur gebruik te maak van Pythagoras4. Bereken die hoek deur gebruik te maak van trigonometriese funksies

11 N

30 N

40°70°

Vektore in 2D-Resultante en Ewewigskragte

5,5 cm = 11 N

15 cm = 30 N

R

VOORBEELD:

Drie kragte word toegepas op ‘n voorwerp soos aangetoon in die diagram onderaan. Bereken die resul-tante krag wat verrig word op die voorwerp.

1. 11 N krag:

Fx = F cos θ= 11 cos 70= 3,76 N regs (90o)

Fy = F sin θ= 11 sin 70= 10,34 N op (0o)

30 N krag:

Fx = F cos θ= 30 cos 40= 22,98 N links (270o)

Fy = F sin θ= 30 sin 40= 19,28 N af (180o)

20 N krag:

Fx = F cos θ= 20 cos 35= 16,38 N regs (90o)

Fy = F sin θ= 20 sin 35= 11,47 N af (180o)

2. x- en y-resultant

Kies links as postief (270o) Kies af as positief (180o)

Fx = −3,76 + 22,98 − 16,38= 2,84 N links (270o)

Fy = −10,34 + 19,28 + 11,47= 20,41 N af (180o)

3. Resultant 4. Hoek

R2 = x2 + y2

R = 2,842 + 20,412

R = 20,61 N

tan θ = ta

θ = tan−1 20,412,84

θ = 82,08∘

∴ Resultant = 20,61 N teen ‘n rigting van 187,92°

(Die ewewigskrag = 20,61 N teen ‘n helling van 7,92°)

11 N

30 N 40°

70°35°

20 N

2,84 N

20,4

1 N

R


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Newton se Bewegingswette

‘n Krag is ‘n stoot- of trek aksie wat toegepas word op ‘n voorwerp. Hierdie aksie kan toegepas word op voorwerpe wat in kontak tree met mekaar of oor ‘n afstand (geen kontak).

Kragte is vektore omdat dit grootte en rigting besit. Krag word gemeet in newton (N). 1 N is die krag benodig om ‘n 1 kg voorwerp teen 1 m·s-2 in die rigting van die krag te laat versnel. Dus kan ons sê dat 1 N = 1 kg·m·s-2

Nie-kontakkrag: ‘n Krag wat oor ‘n afstand

uitgeoefen word sonder fisiese kontak.

Kontakkrag: ‘n Krag wat uitgeoefen word

tussen twee voorwerpe wat in kontak is.

Elektrostatiese krag Toegepaste krag (FA)

Gravitasiekrag (w/Fg) Spanning (T of FT)

Magnetiese krag Wrywing (Ff of fs/fk)

Normaalkrag (N/FN)

KRAGTE

Normaalkrag (FN)Die loodregte komponent van die kontak krag wat toegpas word deur die oppervlak waarop dit rus.

Die normaalkrag is gelyk aan die loodregte komponent vangravitasie indien daar geen ander kragte op die voorwerp toegepas word nie.

Indien alternatiewe kragte op die voorwerp toegepas word, sal die normaalkrag verander afhangende van die rigting en grootte van die toegepaste krag.

Voorwerpe wat van ‘n tou/koord/kabel gehang word besit geen normaalkrag nie, omdat daar geen oppervlak bestaan waarop dit kan rus nie.

FN

Fg

FT

Fg

FN

Fg

FA

θFN

Fg

FA

θ

Wrywing (Ff of fs/fk)Wrywing is die krag wat die beweging of voornemende beweging van ‘n voorwerp teenwerk.

Wrywing is die parallelle komponent van die kontak krag op ‘n voorwerp deur die oppervlak waarop dit rus. Die wrywing tussen die kontakoppervlaktes word bepaal deur die eienskappe van die oppervlakte. Die wrywingskoëffisiënt (µs/µk) dien as ‘n beskrywing van die grofheid van die oppervlakte. Hoe growwer die oppervlakte, hoe hoër die wrywingskoëffisiënt.

Statiese wrywing (fs)

Statiese wrywing is die wrywingskrag wat die beweging van ‘n stilstaande voorwerp teen-staan. Die grootte van die statiese wrywingskrag sal toeneem soos wat die parallelle komponent van die toegepaste krag toeneem totdat maksimum statiese wrywing bereik word. fsmaks is die grootte van die wrywingskrag wanneer die voorwerp begin beweeg.

Kinetiese wrywing (fk)

Kinetiese wrywing is die wrywingskrag wat die beweging van ‘n nie-stilstaande voorwerp teenwerk. Die grootte van die kinetiese wrywing is konstant vir die spesifieke sisteem tydens alle snelhede groter as nul ongeag van die toegepaste krag.

Die voorwerp sal begin beweeg indien die toegepaste krag groter as die maksimum statiese wrywing is.

fk = μkFNf makss = μsFN

f makss = maksimum statiese wrywing (N)

μs = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid)

FN = normaalkrag (N)

fk = kinetiese wrywing (N)

μk = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid)

FN = normaalkrag (N)

Wrywing(N)

Toegepastekrag(N)

Kine5esewrywing(fk)

Sta$esewrywing(f s)

fsmaks

FN = Fg

FN + FAy − Fg = 0FN + FA sin θ = Fg

FN − Fg − FAy = 0FN = Fg + FA sin θ

FT + (−Fg) = 0


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Newton se BewegingswetteNewton se Eerste Bewegingswet

‘n Liggaam sal altyd in rus bly of teen ‘n konstante snelheid beweeg tensy ‘n resulterende krag (nie-nul) daarop inwerk. Newton se Eerste Wet word toegeskryf aan traagheid – die weerstand wat ‘n voorwerp bied om sy eie beweging of rus-posisie te verander.

Newton se Tweede BewegingswetWanneer ‘n resulterende krag op ‘n voorwerp inwerk, sal die voorwerp versnel in die rigting van die resulterende krag teen ‘n versnelling wat direk eweredig is aan daardie krag en omgekeerd eweredig is aan die massa van die voorwerp.

Newton se Tweede Wet is afhanklik van die resultante krag – Die vektorsom van alle kragte wat op dieselfde voorwerp toegepas word.

Newton se Derde BewegingswetIndien voorwerp A ‘n krag op voorwerp B verrig, sal voorwerp B ‘n krag op voorwerp A verrig wat gelyk in grootte en teenoorgesteld in rigting is.

Newton se Derde Wet beskryf aksie-reaksie kragpare. Hierdie is kragte wat van toepassing is op verskillende voorwerpe en kan daarom nie opgetel of van mekaar afgetrek word nie.

Kragpare eienskappe:

• Gelyk in grootte• Teenoorgesteld in rigting• Toegepas op verskillende voorwerpe (kan daarom NIE

MEKAAR KANSELLEER NIE)

Belangrik om veiligheidsgordels te dra:‘n Voorwerp sal volgens Newton se Eerste Wet altyd in rus bly of teen ‘n konstante snelheid beweeg tensy ‘n resulterende krag (nie-nul) daarop inwerk. Wanneer ‘n motor skielik moet stop, sal ‘n persoon binne die voertuig steeds teen ‘n konstante snelheid vorentoe beweeg. Die persoon sal kontak maak met die voorruit van die motor sonder ‘n veiligheidsgordel, wat ernstige kopwonde kan veroorsaak. Die veiligheidsgordel tree op as ‘n toegepaste krag wat die voor-waartse beweging van die persoon teenwerk.

Fnet = 0 N a = 0 m ⋅ s−2

Fnet = ma a ≠ 0 m ⋅ s−2

Effek van Newton se Tweede Wet op ‘n oorlaaide voertuig:Volgens Newton se Tweede Wet is die versnelling van ‘n voorwerp direk eweredig aan die toegepaste krag en omgekeerd eweredig aan die massa van die voorwerp. Indien ‘n voertuig oorlaai is sal die stopafstand toeneem wat kan lei tot ernstige ongelukke. Sodra die remme toegepas word sal die krag (wrywing) dieselfde bly, maar die toename in massa veroorsaak ‘n afname in die negatiewe versnelling wat op sy beurt die tyd (en afstand) wat dit neem vir die voertuig om te stop, vergroot.

FA op B = − FB op A

Newton se Derde Wet gedurende ‘n botsing:Volgens Newton se Derde Wet is die krag wat op twee voorwerpe uitgeoefen word gelyk in grootte maar teenoorgesteld in rigting. Indien twee voertuie betrokke is in ‘n ongeluk sal beide dieselfde krag op mekaar uitoefen, ongeag van hul massas.

LET WEL: Die kragpaar hier verwys na die gravitasiekragte.

Gravitasie en normaal kragte is NIE kragpare nie.

FN

Fg T

FA

Fg//

15°fk FN

Fg T

FA

Fg//

15°

Fmanopmuur

Fmuuropman

‘n 3 kg Voorwerp beweeg met ‘n konstante snelheid teen ‘n helling, met ‘n hoek van 15º, op. Die wrywingskoëffisiënt is 0,35. Bereken die grootte van die toegepaste krag.

Neem opwaarts as positief

Fnet⊥ = 0FN + (−Fg⊥) = 0

FN = Fg⊥FN = mg cos θFN = (3)(9,8)cos 15∘

FN = 28,40 N∴ FN = 28,40 N ⊥ op vanaf die helling

Fnet// = 0FA + (−Fg//) + (−fk) = 0

FA = Fg// + fkFA = mg sin θ + μkFNFA = (3)(9,8)sin 15∘ + (0,35)(28,40)

∴ FA = 17,55 N

‘n 20 N Krag word toegepas op ‘n 5 kg voorwerp. Die voorwerp versnel teen ‘n opwaartste, wrywinglose oppervlak met ‘n 15º helling. Bereken die versnelling van die voorwerp.

Neem opwaarts as positiefFnet// = m a

FA + (−Fg//) = m a20 − (5)(9,8)sin 15∘ = 5a

20 − 12,68 = 5a

a = 7,325

∴ a = 1,46 m ⋅ s−2 // op teen die helling


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Newton se Bewegingswette ALLE VOORBEELDE: BEWEGINGSRIGTING POSITIEF

HorisontaalDie vertikale resultant = 0 N

Die horisontale resultant bepaal die versnelling.

Hangende voorwerpeHorisontale resultant = 0 N

Vertikale resultant bepaal versnelling

ONTHOU: Geen normaal of wrywingskragte

FN FAy

FAxFf

Fg

FN

FAy

FAx Ff

Fg

Vertikaal:

Fnet = 0(−Fg) + FN + FAy = 0

Horisontaal:

Fnet = m aFAx + (−Ff ) = m a

Vertikaal:

Fnet = 0Fg + (−FN) + FAy = 0

Horisontaal:

Fnet = m aFAx + (−Ff ) = m a

FN FA

Fg⟂

Fg//Ff

FN

FA Fg⟂

Fg//

Ff

FN

Fg⟂

Fg//

Ff

FT

Fg

FT

FgFg

Vertikaal:

Fnet = 0Fg + (−FT ) = 0

Parallel:

Fnet = m aFg∥ + FA + (−Ff ) = m a

Loodreg:

Fnet = 0Fg⊥ + (−FN) = 0

Trek teen ‘n hoek

Stoot teen ‘n hoek

Parallel:

Fnet = m a(−Fg∥) + (−Ff ) + FA = m a

Loodreg:

Fnet = 0Fg⊥ + (−FN) = 0

Parallel:

Fnet = m aFg∥ + (−Ff ) = m a

Loodreg:

Fnet = 0Fg⊥ + (−FN) = 0

Vertikaal:

Fnet = m aFg + (−FT ) = m a

Vertikaal:

Fnet = m aFg = m a

Krag afwaarts toegepas teen helling Krag opwaarts toegepas teen helling

Geen toegepaste krag

Stilstaande hysbak/ konstante snelheid Hysbak versnel Vryvallende hysbak (gebreekte kabel)

FN

Fg

FA

θ

Ff

FN

Fg

FA

θ

Ff FN

Fg T

Ff

Fg//

θ

FN

Fg T

Ff

Fg//

θFA

FN

Fg T

FA

Fg//

θfk

FT

Fg

FT

Fg Fg

HellingDie loodregte (⟂) resultant = 0 N

Die parallelle (//) resultant bepaal versnelling

ONTHOU: Gebruik komponente van gravitasiekrag

Fg// = Fg sin θ

Fg⊥ = Fg cos θ

Versnelling sal in die rigting van die grootste krag wees.


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Newton se BewegingswetteAangehegte voorwerpe

Teken afsonderlike vryliggaamdiagramme vir elke voorwerp.

Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is dieselfde in grootte en rigting.

Toegepaste kragte word slegs op een voorwerp op ‘n slag toegepas.

Gelyktydige vergelykings vir versnelling en span-ning word gewoonlik benodig.

Dieselfde as

Kan horisontaal (veelvoudige voorwerpe op ‘n oppervlak) of vertikaal (veelvoudige voorwerpe wat gehang word) wees.

Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is gelyk in grootte en rigting.Veelvoudige asse

Horisontaal (voorwerpe op ‘n oppervlakte) EN vertikaal (voorwerpe wat gehang word).

Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is gelyk in grootte maar NIE IN RIGTING NIE.

Vektor rigting op veelvoudige asse

ONTHOU:

Koorde/kabels- Die spanningskragte op die voorwerpe is gelyk in grootte maar in teenoorgestelde rigtings

Voorwerpe in kontak- Newton se Derde Bewegingswet

Kloksgewys:

Regs en af positief

Links en op negatief

Antikloksgewys:

Links en op positief

Regs en af negatief

OF

Voorwerpe geheg met koord/kabel/tou

FN

Ff FT

Fg

FN

Ff FA

FgFT

Horisontaal:

Fnet = m a(−Ff ) + FT = m a

Horisontaal:

Fnet = m aFA + (−FT ) + (−Ff ) = m a

Voowerpe in kontak

FN

Ff FA

FgFBA

FN

Ff FAB

Fg

Horisontaal:

Fnet = m a(−Ff ) + FAB = m a

Horisontaal:

Fnet = m aFA + (−FBA) + (−Ff ) = m a

Veelvoudige asse

Vertikaal:Fnet = m a

Fg + (−FT 2) = m a

Horisontaal:Fnet = m a

FT1 + (−Ff ) = m a


FT 2 + (−FT1) + (−Ff ) = m a


FT1 + (−Ff ) = m a


Fg + (−FT1) + FT 2 = m a


Fg + (−FT 2) = m a

FT2

Fg

FT1

FT2Fg

In hierdie voorbeelde is kloksgewys positief:

Regs positief

Af positief

FN

FgFf

FT2

FT1

FT1

Fg

Fg

FN

Fg

FN

Fg

FAFTFf

Ff

FN

Fg

FN

Fg

FT1FfFf

Fg

FT2FT2

FT2

Fg

FN

Ff FT1

Fg

FN

Ff FT1

Fg

FN

Ff FT2

FgFT1

FN

Fg

FN

Fg

FBAFABFA

Ff Ff

A B

ALLE VOORBEELDE: BEWEGINGSRIGTING POSITIEF


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Newton se Wet van Universele GravitasieVERHOUDINGS

1.Skryf die oorspronklike formule neer.2.Manipuleer om onbekende die onderwerp van die formule te maak3.Vervang veranderinge in formule (Behou simbole!)4.Vereenvoudig verhouding5.Vervang oorspronklike formule met onbekende simbool

BEREKEN GRAVITASIONELE VERSNELLING (g)

F = mvoorwerpg en F =GmvoorwerpmPlaneet

(rPlaneet)2

mvg = GmvmP(rP)2

g = Gmv mPmv (rP)2

∴ g = GmP(rP)2

Daarom hang die gravitasionele versnelling van ‘n voorwerp af van die massa en radius van die planeet, NIE VOORWERP SE MASSA NIE!

VOORBEELD: Twee voorwerpe, m1 en m2, is op ‘n afstand r van mekaar af en ondervind ‘n krag F. Hoe sal die krag beinvloed word indien:

a) Een massa verdubbel word en die afstand tussen die massas halveer word?

F = Gm1m2r2 Skryf die formule neer

= G(2m1)m2( 1

2 r)2 Vervang veranderlikes in formule

= 214

Gm1m2r2 Vereenvoudig verhouding

= 8( Gm1m2r2 )

∴ Fnuwe = 8 F Vervang oorspronklike formule

b) Beide die twee massas en die afstand verdubbel word?

F = Gm1m2r2 Skryf die formule neer

= G(2m1)(2m2)(2r)2 Vervang veranderlikes in formule

= 44

Gm1m2r2 Vereenvoudig verhouding

= 1( Gm1m2r2 )

∴ Fnuwe = 1 F Vervang oorspronklike formule

BEREKENINGE

Die krag kan bereken word deur F = Gm1m2r2 te gebruik

ONTHOU:

Massa in kg

Radius in m

Radius: middelpunt van massa tot middelpunt van massa

Rigting is ALTYD aantrekend

Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag(Newton se Derde Bewegingswet)

VOORBEELD:

Die aarde met ‘n radius van 6,38 x 103 km is 149,6 x 106 km weg van die son met ‘n radius van 696 342 km. Indien die aarde ‘n massa van 5,97x1024 kg en die son ‘n massa van 1,99x1030 kg het, bereken die aantrekkingskrag tussen die twee liggame.

r = 6,38 × 103 km + 149,6 × 106 km + 696 342 km= 6,38 × 106 m + 149,6 × 109 m + 696 342 × 103 m= 1,5 × 1011 mF = Gm1m2

r2

F = 6,67 × 10−11(5,97 × 1024)(1,99 × 1030)(1,50 × 1011)2

F = 3,52 × 1022 N aantrekkend

Die krag van gravitasionele aantrekking is ‘n vektor, daarom sal alle vektor reëls van toepassing wees:

• Rigting spesifiek

• Kan bygevoeg of afgetrek word

Neem regs as positief:

Fnet op satelliet = Fm op s + Fa op s

= − (Gmmmsrms 2 ) + (Gmams

ras 2 )

KEN DIE VERSKIL!g teenoor G

g: Gravitasie versnelling (9,8 m·s−2 op aarde)g is die versnelling as gevolg van gravitasie op ‘n spesifieke planeet

G: Universele gravitasie konstante (6,67×10−11 N·m2·kg−2)Proporsionaliteitskonstante van toepassing regoor die heelal.

Massa teenoor GewigMassa (kg)‘n Skalaarhoeveelheid wat materie bevat wat oral in die heelal konstant bly.

Gewig (N)Gewig is die gravitasionele krag wat die Aarde op enige voorwerp toe-pas. Gewig verskil van planeet tot planeet. Fg = mg. Gewig is ‘n vektor-hoeveelheid.

LET WEL:Die radius van die aarde word gevoeg by die afstand tussen die aarde en die maan.

LET WEL:Die radius van ‘n voorwerp (man) op die aarde is weglaatbaar klein.

rmaan rman

Elke liggaam in die heelal trek elke ander liggaam aan met ‘n krag wat direk eweredig is aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig is aan die kwadraat van die afstand tussen hul middelpunte.

F = aantrekkingskrag tussen die voorwerpe (N)G = Universele gravitasie konstante (6,67 ×10−11 N·m2·kg−2 )m = massa van die voorwerp (kg)r = afstand tussen voorwerpe se middelpunte (m)Die materie van ‘n uniforme sfeer trek ‘n liggaam wat buite sy dop is aan asof al die sfeer se massa gekonsentreer is by sy middelpunt.

Die afstand word dus bereken tussen die middelpunte van twee liggame.

F = Gm1m2r2


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©ElektrostatikaTERUGFLITS!!

Beginsel van die behoud van lading.

Qnuut = Q1 + Q22

Beginsel van lading kwantisering

n = Qnqe

Voorvoegsel Eksponent

senti− (cC) ×10−2

milli− (mC) ×10−3

mikro− (µC) ×10−6

nano− (nC) ×10−9

piko− (pC) ×10−12

COULOMB SE WETDie grootte van die elektrostatiese krag tussen twee puntladings is direk eweredig aan die produk van die groottes van die ladings en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen die ladings se middel-punte.

F = aantrekkingskrag tussen ladings (N) k = Coulomb se konstante (9×109 N·m2·C−2)Q = voorwerp lading (C)r = afstand tussen voorwerpe (m)

F = kQ1Q2r2

VERHOUDINGSIn verhoudings-tipe vrae kan dieselfde proses gebruik word as met Newton se Universele Gravitasie wet.VOORBEELD:Twee ladings ervaar ‘n krag F wanneer hulle teen ‘n afstand r vanaf mekaar geplaas word. Hoe sal die krag verander as een van die ladings verdubbel, die ander lading verdriedubbel, en die afstand halfeer word.

F = kQ1Q2r2

= k(2Q1)(3Q2)( 1

2 r)2

= 614

kQ1Q2r2

= 24( kQ1Q2r2 )

= 24F

BEREKENINGE- Elektrostatiese krag

1 Dimensioneel

Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB.

FAB = kQAQBr2

= 9 × 109(2 × 10−9)(3 × 10−9)(3 × 10−2)2

= 6 × 10−5 N links (A trek B aan)

FCB = kQCQBr2

= 9 × 109(1 × 10−9)(3 × 10−9)(5 × 10−2)2

= 1,08 × 10−5 N regs (C trek B aan)

2 Dimensioneel

Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB.

Elektrostatiese krag is ‘n vektor, en daarom kan alle vektor reëls toegepas word:

• Spesifieke rigting

• Kan bygevoeg of afgetrek word

• Vervang slegs grootte van lading• Rigting word bepaal deur ladings (ge-

lyksoortig vs ongelyksoortig)• Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag

(Newton se Derde Bewegingswet)

Die krag kan bereken word deur:

F = kQ1Q2r2

A−2nC

B+3nC

C−1nC

3cm 5cm

Fnet = FAB + FCB= − 6 × 10−5 + 1,08 × 10−5

= − 4,92 × 10−5

∴ Fnet = 4,92 × 10−5 N links

FAB = kQAQBr2

= 9 × 109(5 × 10−6)(10 × 10−6)(10 × 10−3)2

= 4 500 N afwaarts

A+5μC

B-10μC

C+7μC

10m

m

15mm

FCB = kQCQBr2

= 9 × 109(7 × 10−6)(10 × 10−6)(15 × 10−3)2

= 2 800 N regs

PYTHAGORAS :F2

net = F2AB + F2

BC

Fnet = 4 5002 + 2 8002

Fnet = 5 300 N

FCB

FABFnetθ

FCB

FnetFABθOF

tanθ = ta

θ = tan−1 FABFCB

θ = tan−1 4 5002 800

θ = 58,11∘

∴ Fnet = 5 300 N teen 58,11∘ onder die positiewe x − as



ELEKTRIESE VELD‘n Gebied in die ruimte waarin ‘n elektriese lading ‘n krag sal ondervind. Die rigting van die krag by ‘n punt in die ruimte is die rigting waarin ‘n positiewe toetslading sal beweeg as dit op daardie punt geplaas word.

Enkele ladings

Verskillende ladings

Gelyksoortige ladings

ELEKTRIESE VELDSTERKTEDie grootte van die elektriese veld by ‘n punt is die krag per eenheidslading wat ‘n toetslading

by daardie punt ondervind.

E = F

qE = elektriese veldsterkte (N·C−1)F = krag (N)q = lading (C)

E = kQ

r2

E = elektriese veldsterkte (N·C−1)k = Coulomb se konstante (9×109 N·m2·C−2)Q = voorwerp lading (C)r = afstand tussen voorwerpe (m)

q is die lading wat die krag ervaar

Q is die lading wat die elektriese veld skep.

LET WEL:

Elektriese veldsterkte is ‘n VEKTOR. Alle vektor reëls en berekeninge is van toepassing. (lineêre vektor somme, 2D rangskikking, resultant vektore, ens.)

VOORBEELD:

Lading B ervaar ‘n krag van 2 N as gevolg van lading A. Bepaal die elektriese veldsterkte by punt B.

VOORBEELD:

Bereken die elektriese veldsterkte by punt P as gevolg van lading Q.

A B

+2μC −5μCE = F

q

= 25 × 10−6

= 4 × 105 N ⋅ C−1 na regs

E = kQ

r2

= 9 × 109(3 × 10−6)(5 × 10−3)2

= 1,08 × 109 N ⋅ C−1 na regs

+3μCQ

P5mm

RIGTING:

Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou beweeg indien dit positief gelaai was.

RIGTING:

Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou beweeg indien dit positief gelaai was.

Elektrostatika

+ −

+ −

QSpesifiekeposisie

Xr

AfstandtussenladingQenpuntX

QLadingwatdieelektrieseveldervaarq

F

KragasgevolgvanladingQ

− −

+ +



θi Meer dig

Minder dig θr

θi Minder dig

Meer dig

θr

Geometriese OptikaWanneer golwe ‘n verandering in medium bereik, ondergaan hulle:

WEERKAATSING

Voortplanting van lig vanaf lug na glas en terug na lug

Weerkaatsingwet: Die weerkaatsings-hoek is gelyk aan die invalshoek. Die invallende straal, weerkaatste straal en die normaal is almal op die dieselfde vlak geleë.

DIFFRAKSIE

Die vermoeë van ‘n golf om uit te sprei in golffronte soos die golf deur ‘n klein opening of rondom ‘n skerp rand beweeg.

BREKING (REFRAKSIE)

Wanneer lig tussen twee media met verskillende optiese digthede beweeg sal die ligstraal breking ondergaan.

Breking: Die buig van lig wanneer dit tussen twee mediums met verskil-lende optiese digthede beweeg as gevolg van ‘n verandering in golf-spoed by ‘n konstante frekwensie.

Normaal: ‘n Denkbeeldige lyn wat loodreg op die oppervlakte van ‘n voorwerp is.

Invalshoek: Die hoek tussen die invallende straal en die normaal op die oppervlakte.

Brekingshoek: Die hoek tussen die brekingstraal en die normaal op die oppervlakte.

OPTIESE DIGTHEID EN BREKINGSINDEKSOptiese digtheid

Lig beweeg deur ‘n vakuum teen 3x108 m·s−1, maar dit beweeg sta-diger as dit deur ‘n deurskynende medium beweeg. Die optiese digtheid van ‘n medium is ‘n aanduiding van die vermoeë van die medium om lig deur te laat en dit sal die afname in die gemiddelde snelheid van ‘n liggolf deur die medium bepaal.

Die snelheid van lig deur ‘n medium is omgekeerd eweredig aan die optiese digtheid van die medium. Die snelheid van lig deur dieselfde medium bly konstant.

Die optiese digtheid kan gekwantifiseer word as ‘n brekingsindeks. Die brekingsindeks is ‘n verhouding tussen die snelheid van lig in ‘n vakuum en die snelheid van lig deur ‘n sekere medium en dit kan bepaal word deur:

n = cv

n = brekingsindeks (geen eenheid)c = spoed van lig in ‘n vakuum (3×108 m·s−1)v = spoed van lig deur ‘n medium (m·s−1)

Brekingsindeks

Die brekingsindeks is direk eweredig aan die optiese digtheid en om-gekeerd eweredig aan die snelheid van lig deur die medium.

Die brekingsindeks (n) is ook ‘n kwantitatiewe beskrywing van die hoeveelheid breking (buiging) wat plaasvind wanneer lig tussen twee mediums met verskillende brekingsindekse beweeg. Die brekings-hoek kan ook bereken word deur Snell se Wet te gebruik. Daar is ‘n verhouding tussen die invalshoek en brekingshoek wanneer lig deur die grens tussen twee verskillende optiese mediums beweeg.

Medium Brekingsindeks

Vakuum 1

Lug 1,0003 ≈ 1

Water 1.33

Kroonglas 1,50 − 1,62

Diamant 2.42

SNELL SE WETSnell se Wet: Die verhouding tussen die invalshoek en die brekingshoek is gelyk aan die inverse van die ver-houding tussen die brekingsindekse.

ni sin θi = nr sin θr

ni = brekingsindeks (medium van oorsprong) nr = brekingsindeks (medium waarin breking plaasvind) θi = invalshoek (medium van oorsprong)θr = brekingshoek (medium waarin breking plaasvind)

Verandering in optiese digtheid Rigting van buiging

Minder dig na meer dig Buig nader aan normaal

Meer dig na minder dig Buig weg van normaal

VOORBEELD: Lig beweeg vanaf lug na glas (n = 1,55) teen ‘n hoek van 25° met die normaal. Bereken die brekingshoek van lig.

ni sin θi = nr sin θr1 sin 25∘ = 1,55 sin nr

1 sin 25∘1,55 = sin θr

θr = 15,82∘

θi θR

Normaal

θi1

θr2

θi2θr1

Normaal


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Geometriese OptikaKRITIESE HOEK

Kritiese hoek: Die invalshoek wat ‘n 90° brekingshoek tot gevolg het. Die breking-straal beweeg parallel met die grens tussen die twee mediums.

Die verhouding tussen die invalshoek en die kritiese hoek sal bepaal wat gebeur met die lig wanneer dit tussen die twee mediums beweeg van ‘n hoë optiese digtheid na ‘n laer optiese digtheid.

a) Breking θi < θkrit Die ligstraal ondergaan breking met die brekingshoek volgens Snell se Wet.

b) 90° Breking θi = θkrit Die ligstraal beweeg langs die grens tussen die twee mediums, teen ‘n hoek van 90° relatief tot die normaal.

c) Totale Interne Weerkaatsing (TIW) θi > θkrit Die ligstraal word intern weerkaats in die invallende medium. Die weerkaat-singshoek is gelyk aan die invalshoek.

ni sin θi = nr sin 90

VEREISTES VIR TIW:

TIW kan slegs plaasvind indien:

• Lig van ‘n hoë optiese digtheid na ‘n laer optiese digtheid beweeg.

• Die invalshoek groter is as die kritiese hoek

Stappe om kritiese hoek te bereken:

1. Identifiseer die meer en minder digte medium en hulle verskeie brekingsin-dekse.

2. Skryf Snell se wet neer.3. Neem die groter brekingsindeks as ni

4. Neem die kleiner brekingsindeks as nr

5. Neem 90° as θr6. Bereken θi

VOORBEELD: Bereken die kritiese hoek indien lig van kroonglas (n = 1,60) na water (n = 1,33) beweeg.

ni sin θi = nr sin θr1,60 sin θi = 1,33 sin 90∘

sin θi = 1,33 sin 90∘

1,60θi = 56,23∘

GEBRUIKE VAN TOTALE INTERNE WEERKAATSINGOptiese vesel

Optiese vesel is stringe van buigbare materiaal wat lig oor lang afstande laat beweeg deur van Totale Interne Weerkaatsing gebruik te maak. Optiese vesel bestaan uit ‘n interne glaskern met ‘n hoë brekingsindeks, omring deur ‘n om-hulsel. Die omhulsel het ‘n laer brekingsindeks in vergelyking met die kern. Verskeie optiese vesels kan gekombineer word om ‘n optiese vesel kabel te vorm. Optiese vesel kabels word hoofsaaklik gebruik in telekommunikasie en gesondheidswetenskap.

Telekommunikasie• Lig beweeg vinniger as elektriese stroom, daarom beweeg seine vinniger in

optiese vesel as in koper drade.• Optiese vesel is minder kwesbaar vir onderskepping en inmenging van

sein.• Optiese vesel kabels het ‘n laer herverkoopwaarde, wat maak dat mense

minder geneig is om dit te steel.Gesondheidswetenskap• Optiese vesel word gebruik in endoskope.• Endoskope bestaan uit 2 buigbare optiese vesel kabels- een wat lig pro-

duseer en die ander wat die beeld weerkaats.• Dit laat dokters toe om ‘n pasient deur natuurlike openinge in die liggaam,

soos die mond te bestudeer, wat die kanse vir chirurgie verminder.• Sleutelgat chirurgie kan toegepas word, wat skending en hersteltyd ver-

minder.

HUYGENS SE BEGINSELHuygens se Beginsel sê dat elke punt op ‘n golffront kan dien as die oorsprong vir sekondêre, sirkelvormige golfies wat teen dieselfde spoed as die van die oor-spronklike golffront beweeg. Na ‘n tyd, t, sal die nuwe golffront ‘n raak-lyn wees aan die sekondêre golwe.

‘n Reguit golffront is die gevolg van die superposisie van die onein-digende sirkelvormige golwe.

Wanneer ‘n golf deur ‘n klein opening of rondom ‘n skerp rand beweeg, sal dit rondom die rante van die versperring of opening, buig. Die verskynsel staan bekend as diffraksie.

Volgens Huygen se beginsel, sal elke punt op ‘n golffront as die oor-sprong vir ‘n nuwe golf dien, daarom sal slegs die golffront wat verby die versperring beweeg kan aanhou om in ‘n reguitlyn te beweeg. Geen nuwe oorspronge word gevorm in die skaduwee area nie, wat lei tot golffronte wat rondom die rante buig.

DIFFRAKSIEHOEKDie diffraksie hoek is direk eweredig aan die golflengte en omgekeerd eweredig aan die spleetwydte volgens:

Di f f raksie ∝ λw

‘n Nouer spleet en langer golflengte sal meer van ‘n ge-buigde patroon veroorsaak, in ander woorde, meer dif-fraksie vind plaas.

DIFFRAKSIE VAN LIGWanneer monochromatiese lig deur ‘n nou spleet beweeg, sal ‘n diffraksiepatroon vorm wat bestaan uit afwisselende ligte en donker bande. Die ligte bande is as gevolg van konstruktiewe interferensie. Die donker bande vorm as gevolg van destruktiewe interferensie.

Langer golflengtes ondergaan meer diffraksie, daarom sal rooi lig meer buig as violet lig. Die vermoeë van lig om te buig is bewyse van die golf natuur van lig.

Langer golflengte = meer diffraksie / wyer patroon Nouer spleet = meer diffraksie /wyer patroon.

Enkelspleet diffraksie patroon:

Golflengte Spleetwydte

Glaskern

Omhulsel

θi < θkrit θi = θkrit θi > θkrit

a b c

θi θi θi


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©ElektromagnetismeINDUSERING VAN ‘N MAGNETIESE VELDWanneer ‘n stroom deur ‘n geleier beweeg, sal ‘n magnetiese veld om die geleier geïnduseer word.

Die rigting van die magnetiese veld kan deur die regterhandreël bepaal word.

Vir ‘n reguit, enkel draad, wys die duim van jou regterhand in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou gekrulde vingers in die rigting van die magnetiese veld om die geleier wys.

Vir ‘n draadlus is die magnetiese veld die som van die indivuduele magne-tiese velde om die enkel drade by elke punt van die lus.

Vir ‘n solenoïed, krul jou vingers om die solenoïed in die rigting van die kon-vensionele stroom en dan sal jou duim in die rigting van die noordpool wys. Dit staan bekend as die regterhand solenoïed reël.

INDUSERING VAN ‘N ELEKTRIESE STROOMWanneer ‘n magneet naby aan ‘n metaaldraad gebring word, veroor-saak dit beweging van lading in die draad. ‘n Emk word in die draad geïnduseer as gevolg daarvan. Slegs ‘n verandering in magnetiese vloed sal ‘n stroom induseer. .

Volgens Faraday se Wet is die grootte van die geïnduseerde emk direk eweredig aan die tempo van verandering van mag-netiese vloed in die spoel.

Die produk van die aantal windings en die verandering in magnetiese vloed staan bekend as die magneetvloed-koppeling.

Die magnetiese vloed is die resultaat van die produk van die loodregte magnetiese veld en die deursnitarea waardeur die veldlyne beweeg.

OMGEWINGSIMPAK VAN OORHOOFSE KABELS

• Voëls vlieg in drade vas omdat hulle dit nie van ‘n afstand af kan sien nie. Dit plaas voëls soos die Bloukraanvoël en Ludwig poue in gevaar om uit te sterf as gevolg van die toename in onnatuurlike sterftes.• Bome val op kraglyne en kan veroorsaak dat vure ont-staan. Bome moet ook afgesny word om plek te maak vir die kraglyne.• Daar is geen bewyse dat die elektromagnetiese uitwerk-ing van die kraglyne ‘n negatiewe impak op mense en die omgewing het nie omdat die sterkte van die magneetvelde te swak is.• Die elektromagnetiese uitwerking van die kraglyne kan radiosyne ontwrig en dit kan vir nooddienste ‘n groot probleem wees.

RIGTING VAN DIE GEÏNDUSEERDE STROOMWanneer ‘n staafmagneet in ‘n solenoïed beweeg, sal die naald van die galvanometer weg van die 0 punt beweeg. Wanneer die staafmagneet verwyder word, sal die naald in die teenoorgestelde rigting uitskiet. Die rigting van die geïnduseerde stroom kan bepaal word deur Lenz se Wet te gebruik.

Volgens Lenz se Wet sal die geïn-duseerde stroom in so ‘n rigting vloei dat dit ‘n magne-tiese veld skep wat die verandering in d i e m a g n e t i e s e vloed teenstaan.

Uit bladsy In bladsy

I

I

FF

F F

ε = −NΔϕΔt

ε = emk (V)N= aantal windings in die spoelΔɸ= verandering in magnetiese vloed (Wb)Δt= verandering in tyd (s)

ϕ = BA cos θɸ= magnetiese vloed (Wb)B= magnetiese vloed-digtheid (T)A= oppervlakte (m2)θ= hoek tussen magnetiese veldlyne en normaal

TOENAME IN DIE GEÏNDUSEERDE EMK•Vergroot die tempo van verandering in magnetiese vloed, dws. verminder die tyd wat dit neem om die vloed te ver-ander, dws. vermeerder spoed van beweging.•Vermeerder die aantal windings in die spoel.•Vermeerder die magneetsterkte.•Vermeerder die oppervlakte van die windings in die spoel.•Vermeerder die verandering in vloed deur die hoek, θ, te verander van ‘n minimum van 0° na ‘n maksimum van 90°.

θθ

A=l ×b

B Normaal

θ

B

θNormaal

A=πr2

I I

B

I B

S

N

N

S

S

N

S

N



Vp = V1 = V2 = V3 Vp = V3 = V4 = (V1 + V2)

Elektrisiteit

STROOM is die tempo waarteen ladings vloei.

I = Qt

I is die stroomsterkte, Q is die lading in coulomb en t is die tyd in sekondes. SI eenheid is ampere (A).

WEERSTAND is die teenstand teen die vloei van lading.V = IRR is die elektriese weerstand van die geleidende materiaal, wat die vloei van ladings deur dit weerstaan. Weerstand (R) is die kwosiënt van die potensiaalverskil (V) oor ‘n geleier en die stroomsterkte (I) deur dit. Die eenheid van weerstand is ohm (Ω).

POTENSIAALVERSKIL is die arbeid wat per eenheidslading gedoen moet word om lading van een punt na ‘n ander te beweeg. Dit word dikwels na verwys as die spanning.

V = WQ

V is Potenisaalverskil (volts), W is arbeid verrig of energie oorgedra in J (joules) en Q is Lading in C (coulomb)

LET WEL: Emk (ε): spanning oor selle indien geen stroom vloei nie (oop stroom-baan)

Vterm or pv: spanning oor selle wan-neer daar stroom vloei.

SERIEIndien resistors in series gekoppel word, sal die totale weerstand toe-neem en die totale stroom sal af-neem, mits die emk konstant bly.

R1 R2

Rs = R1 + R2

R1

R2

1Rp

= 1R1

+ 1R2

R1 R2

R3

1Rp

= 1R1 + R2

+ 1R3

A1 A2 R1 R2

IT = I1 = I2

A1

A2

R1

R2

IT = I1 + I2

A1

A2

R1

R3

R2

IT = I1 + I2I1 = IR1 = IR2

R1 R2

V1 V2

Vs = V1 + V2

R2

R1

V1

V2

V3

R1 R2

R3

V1 V2

V3

V4

BEREKENINGE (GEEN INTERNE WEERSTAND)

Gekombineerde stroombane

Beskou die gegewe stroombaan. (Interne weerstand is weglaatbaar)

Bereken:

a) die effektiewe weerstand van die stroombaan

b) die lesing op ammeter A1

c) die lesing op voltmeter V1

d) die lesing op ammeter A2

V2

R1

R2

R3

A2

V1

A1 3 Ω

15 V

2 Ω

4 Ω a) 1

RP= 1

R2+ 1

R3

= 12 + 1

4

= 34

∴ Rp = 43 = 1,33 Ω

Rtot = R3Ω + RP= 3 + 1,33= 4,33 Ω

c) RP = V1

I1

1,33 = V13,46

V1 = 4,60 V

d) R2Ω = V1

I2

2 = 4,60I2

I2 = 2,30 A

b) Rtot = Vtot

I1

4,33 = 15I1

I1 = 3,46 A

Serie stroombaan Parallelle stroombaan

A1

V1

A2

R1 R2

2 Ω 5 Ω

10 V

a) Bereken die totale weerstand Rtot = R1 + R2

= 2 + 5= 7 Ω

b) Bereken die lesings op A1 en A2V = IR10 = I (7)I = 1,43 A

∴ A1 & A2 = 1,43 A

a) Bereken die totale weerstand1

Rp= 1

R1+ 1

R2

= 14 + 1

12

= 13

∴ Rp = 3Ωb) Bereken die lesing op V1 en V2

V1 = IR= (3)(3)= 9 V

∴ V1 & V2 = 9 V

V1

A3

R1

R2

V2 3 A

4 Ω 12 Ω

PARALLELIndien resistors in parallel gekoppel word, sal die totale weer-stand afneem en die totale stroom sal toeneem, mits die emk konstant bly.


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©ElektrisiteitOHM SE WET

Die stroom deur ‘n geleier is direk eweredig aan die potensiaal-verskil oor die geleier mits die temperatuur konstant bly.

R = VI

Bewys van Ohm se wet:

Die stroomsterkte in die stroombaan word verander deur die reostaat te gebruik, dus is stroom die onafhanklike veranderlike en potensiaalverskil die afhanklike veranderlike. Dit is belang-rik om die temperatuur van die resistor (weerstand) konstant te hou.

Die resulterende grafiek van potensiaal-verskil teenoor stroomsterkte dui aan of die geleier ohmies of nie-ohmies is.

A

V

Ohmiese geleier

• Ohmiese geleiers is geleiers wat Ohm se wet gehoorsaam teen alle temperature.

• Konstante verhouding vir VI .

• Voorbeeld: Nichroom draad

Nie-ohmiese geleier

• Nie-Ohmiese geleiers is geleiers wat nie Ohm se wet gehoor-saam teen alle temperature nie.

• Verhouding vir VI verander met

‘n verandering in temperatuur.

• Voorbeeld: Gloeilamp

INTERNE WEERSTAND Die potensiaalverskil oor ‘n battery wat nie verbind is in ‘n stroom nie, word die emk genoem.

Emk is die totale energie wat voor-sien word per coloumb lading van die sel.

Wanneer die battery aan ‘n stroombaan gekoppel word daal die potensiaalverskil as gevolg van die interne weerstand van die selle. In werklikheid het alle selle interne weestand (r). Interne resistors word altyd beskou as in serie met die res van die stroombaan.

5V

6V

Berekening van emk en interne weerstand van ‘n sel

A

V

r

ε

Onafhanklike veranderlike Stroom (I)

Afhanklike veranderlike Potensiaalverskil (V)

Vaste veranderlike Temperatuur

VOORBEELD:

Wanneer die skakelaar oop is, is die lesing op die voltmeter 12 V. Wanneer die skakelaar toe is, is die stroom deur die 3 Ω resistor 1 A.

a) Bereken die totale stroom deur die stroombaan.b) Bereken die interne weerstand van die battery. c) Hoe sal die voltmeter lesing verander wanneer die 4 Ω weerstand

verwyder word?a) b)

c)

BEREKENINGE (MET INTERNE WEERSTAND)

r

ε

3 Ω

4 Ω

5 Ω

V

Rbo = R5Ω + R3Ω= 5 + 3= 8 Ω

Rbo : R4Ω8 : 42 : 1

∴ Ibo : I4Ω1 : 2

I4Ω = 2Ibo= 2(1)= 2 A

Itot = Ibo + I4Ω= 1 + 2= 3 A

DRYWINGDrywing is die tempo waarteen verrig gedoen word.

P = WΔt

P = I2R

P = V I

P = V 2

R

P = drywing (W)

W = arbeid (J)

Δt = tyd (s)

I = stroom (A)

V = potensiaalverskil (V)

R = weerstand (Ω)

KOSTE VAN ELEKTRISITEITDie elektrisiteit waarvoor betaal word hang af van die ener-gie wat deur die verbruiker gebruik word.

Koste = drywing × tyd × prys per eenheid

VOORBEELD:

‘n Warmwatertoestel produseer 1200 W van drywing. Bereken die koste om die toestel vir 24 uur aangeskakel te hou, indien die prys van elektrisiteit 85 c per eenheid is. Koste = drywing × tyd × prys per eenheid

= (1,2)(24)(0,85)= R24,48

LET WEL:P in kWt in ure

Helling=Nega+ewe

interneweerstand

V

I

y–afsnit=Emk

ε=Vint+Veks

Vint=Ir Vext=IReks

ε=I(Reks+r)

emkPVvaninterneweerstand

PVvaneksternestroombaan

Helling=weerstand

V

I

V

I

1Rp

= 1Rbo

+ 1R4Ω

= 18 + 1

4

= 38

Rp = 83 = 2,67 Ω

ε = I (R + r)12 = 3(2,67 + r)r = 1,33 Ω

Wanneer die 4 Ω weerstand verwyder word neem die eksterne weerstand toe en die stroom neem af. (I ∝ 1/R).Omdat emf en interne weer-stand konstant is, sal ‘n afname in stroom lei tot ‘n toename in eksterne PV (Voltmeter lesing)

V = ε – Ir

Inligtingsblaaie – Vraestel 2 (Chem

ie) TA

BLE 1: PH

YSICA

L CO

NSTA

NTS/TA

BEL 1: FISIESE K

ON

STAN

TES

NA

ME/N

AA

M

SYMB

OL/SIM

BO

OL

VALU

E/WA

AR

DE

Avogadro's constant

Avogadro-konstante

NA

6,02 x 1023 m

ol -1

Molar gas constant

Molêre gaskonstante

R

8,31 J·K-1·m

ol -1

Standard pressure

Standaarddruk

θp

1,013 x 10

5 Pa

Molar gas volum

e at STP

M

olêre gasvolume by S

TD

Vm

22,4 dm3·m

ol -1

Standard tem

perature S

tandaardtemperatuur

θT

273 K

TAB

LE 2: FOR

MU

LAE/TA

BEL 2: FO

RM

ULES

2

22

1

11

T Vp

T Vp

=

nRT

pV=

M mn=

AN N

n=

mV V

n=

V n

c=

OR

/OF

MV m

c=

TABLE 3: THE PERIODIC TABLE OF ELEMENTS

1 (I)

2 (II) 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

(III) 14 (IV)

15 (V)

16 (VI)

17 (VII)

18 (VIII)

2,1

1 H 1

2 He

4

1,0

3 Li 7

1,5

4 Be

9

2,0

5 B 11

2,5

6 C 12

3,0

7 N 14

3,5

8 O 16

4,0

9 F 19

10 Ne 20

0,9

11 Na 23

1,2

12 Mg 24

1,5

13 Aℓ 27

1,8

14 Si 28

2,1

15 P 31

2,5

16 S 32

3,0

17 Cℓ 35,5

18 Ar 40

0,8

19 K 39

1,0

20 Ca 40

1,3

21 Sc 45

1,5

22 Ti 48

1,6

23 V 51

1,6

24 Cr 52

1,5

25 Mn 55

1,8

26 Fe 56

1,8

27 Co 59

1,8

28 Ni 59

1,9

29 Cu 63,5

1,6

30 Zn 65

1,6

31 Ga 70

1,8

32 Ge 73

2,0

33 As 75

2,4

34 Se 79

2,8

35 Br 80

36 Kr 84

0,8

37 Rb 86

1,0

38 Sr 88

1,2

39 Y 89

1,4

40 Zr 91

41 Nb 92

1,8

42 Mo 96

1,9

43 Tc

2,

2

44 Ru 101

2,2

45 Rh 103

2,2

46 Pd 106

1,9

47 Ag 108

1,7

48 Cd 112

1,7

49 In 115

1,8

50 Sn 119

1,9

51 Sb 122

2,1

52 Te 128

2,5

53 I

127

54 Xe 131

0,7

55 Cs 133

0,9

56 Ba 137

57 La 139

1,6

72 Hf 179

73 Ta 181

74 W 184

75 Re 186

76 Os 190

77 Ir

192

78 Pt 195

79 Au 197

80 Hg 201

1,8

81 Tℓ 204

1,8

82 Pb 207

1,9

83 Bi 209

2,0

84 Po

2,5

85 At

86 Rn

0,7

87 Fr

0,9

88 Ra 226

89 Ac

58 Ce 140

59 Pr 141

60 Nd 144

61 Pm

62 Sm 150

63 Eu 152

64 Gd 157

65 Tb 159

66 Dy 163

67 Ho 165

68 Er 167

69 Tm 169

70 Yb 173

71 Lu 175

90 Th 232

91 Pa

92 U

238

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Atomic numberAtoomgetal

29 Cu 63,5

1,9 Symbol Simbool

Electronegativity Elektronegatiwiteit

Approximate relative atomic mass Benaderde relatiewe atoommassa

KEY/SLEUTEL

TA

BLE 4A

: STAN

DA

RD

RED

UC

TION

POTEN

TIALS

TAB

EL 4A: STA

ND

AA

RD

RED

UK

SIEPOTEN

SIALE

Half-reactions

θE

(V) F

2 (g) + 2e−

2F−

+ 2,87 C

o3+ + e

−

C

o2+

+ 1,81 H

2 O2 + 2H

+ +2e−

2H2 O

+1,77

MnO

−4 + 8H+ + 5e

−

M

n2+ + 4H

2 O

+ 1,51

Cℓ2 (g) + 2e

−

2Cℓ−

+ 1,36 C

r2 O−27

+ 14H++ 6e

−

2C

r 3+ + 7H2 O

+ 1,33

O2 (g) + 4H

+ + 4e−

2H2 O

+ 1,23

MnO

2 + 4H+ + 2e

−

M

n2+ + 2H

2 O

+ 1,23 P

t 2+ + 2e−

Pt

+ 1,20 B

r2 (ℓ) + 2e−

2Br−

+ 1,07 N

O−3

+ 4H+ + 3e

−

N

O(g) + 2H

2 O

+ 0,96

Hg

2+ + 2e−

Hg(ℓ)

+ 0,85 A

g+ + e

−

A

g + 0,80

NO

−3 + 2H

+ + e−

NO

2 (g) + H2 O

+ 0,80

Fe3+ + e

−

Fe

2+ + 0,77

O2 (g) + 2H

+ + 2e−

H2 O

2 + 0,68

I2 + 2e−

2I−

+ 0,54 C

u+ + e

−

C

u + 0,52

SO

2 + 4H+ + 4e

−

S

+ 2H2 O

+ 0,45

2H2 O

+ O2 + 4e

−

4O

H−

+ 0,40 C

u2+ + 2e

−

C

u + 0,34

SO

−24

+ 4H+ + 2e

−

S

O2 (g) + 2H

2 O

+ 0,17

Cu

2+ + e−

Cu

+ + 0,16

Sn

4+ + 2e−

Sn

2+ + 0,15

S + 2H

+ + 2e−

H2 S

(g) + 0,14

2H+ + 2e

−

H

2 (g) 0,00

Fe3+ + 3e

−

Fe

− 0,06 P

b2+ + 2e

−

P

b − 0,13

Sn

2+ + 2e−

Sn

− 0,14 N

i 2+ + 2e−

Ni

− 0,27 C

o2+ + 2e

−

C

o − 0,28

Cd

2+ + 2e−

Cd

− 0,40 C

r 3+ + e−

Cr 2+

− 0,41 Fe

2+ + 2e−

Fe − 0,44

Cr 3+ + 3e

−

C

r − 0,74

Zn2+ + 2e

−

Zn

− 0,76 2H

2 O + 2e

−

H

2 (g) + 2OH

− − 0,83

Cr 2+ + 2e

−

C

r − 0,91

Mn

2+ + 2e−

Mn

− 1,18 Aℓ 3+ + 3e

−

Aℓ

− 1,66 M

g2+ + 2e

−

M

g − 2,36

Na

+ + e−

Na

− 2,71 C

a2+ + 2e

−

C

a − 2,87

Sr 2+ + 2e

−

S

r − 2,89

Ba

2+ + 2e−

Ba

− 2,90 C

s+ + e

-

C

s - 2,92

K+ + e

−

K

− 2,93

Li + + e−

Li − 3,05

Increasing oxidising ability/Toenemende oksiderende vermoë

Increasing reducing ability/Toenemende reduserende vermoë

TA

BLE 4B

: STAN

DA

RD

RED

UC

TION

POTEN

TIALS

TAB

EL 4B: STA

ND

AA

RD

RED

UK

SIEPOTEN

SIALE

Half-reactions

θE

(V) Li + + e

−

Li

− 3,05 K

+ + e−

K

− 2,93 C

s+ + e

−

C

s − 2,92

Ba

2+ + 2e−

Ba

− 2,90 S

r 2+ + 2e−

Sr

− 2,89 C

a2+ + 2e

−

C

a − 2,87

Na

+ + e−

Na

− 2,71 M

g2+ + 2e

−

M

g − 2,36

Aℓ 3+ + 3e

−

Aℓ

− 1,66 M

n2+ + 2e

−

M

n − 1,18

Cr 2+ + 2e

−

C

r − 0,91

2H2 O

+ 2e−

H2 (g) + 2O

H−

− 0,83 Zn

2+ + 2e−

Zn − 0,76

Cr 3+ + 3e

−

C

r − 0,74

Fe2+ + 2e

−

Fe

− 0,44 C

r 3+ + e−

Cr 2+

− 0,41 C

d2+ + 2e

−

C

d − 0,40

Co

2+ + 2e−

Co

− 0,28 N

i 2+ + 2e−

Ni

− 0,27 S

n2+ + 2e

−

S

n − 0,14

Pb

2+ + 2e−

Pb

− 0,13 Fe

3+ + 3e−

Fe − 0,06

2H+ + 2e

−

H

2 (g) 0,00

S + 2H

+ + 2e−

H2 S

(g) + 0,14

Sn

4+ + 2e−

Sn

2+ + 0,15

Cu

2+ + e−

Cu

+ + 0,16

SO

−24

+ 4H+ + 2e

−

S

O2 (g) + 2H

2 O

+ 0,17 C

u2+ + 2e

−

C

u + 0,34

2H2 O

+ O2 + 4e

−

4O

H−

+ 0,40 S

O2 + 4H

+ + 4e−

S + 2H

2 O

+ 0,45 C

u+ + e

−

C

u + 0,52

I2 + 2e−

2I−

+ 0,54 O

2 (g) + 2H+ + 2e

−

H

2 O2

+ 0,68 Fe

3+ + e−

Fe2+

+ 0,77 N

O−3 + 2H

+ + e−

NO

2 (g) + H2 O

+ 0,80

Ag

+ + e−

Ag

+ 0,80 H

g2+ + 2e

−

H

g(ℓ) + 0,85

NO

−3 + 4H+ + 3e

−

N

O(g) + 2H

2 O

+ 0,96 B

r2 (ℓ) + 2e−

2Br−

+ 1,07 P

t 2+ + 2 e−

Pt

+ 1,20 M

nO2 + 4H

+ + 2e−

Mn

2+ + 2H2 O

+ 1,23

O2 (g) + 4H

+ + 4e−

2H2 O

+ 1,23

Cr2 O

−27

+ 14H+ + 6e

−

2C

r 3+ + 7H2 O

+ 1,33

Cℓ2 (g) + 2e

−

2Cℓ−

+ 1,36 M

nO−4 + 8H

+ + 5e−

Mn

2+ + 4H2 O

+ 1,51

H2 O

2 + 2H+ +2 e

−

2H

2 O

+1,77 C

o3+ + e

−

C

o2+

+ 1,81 F

2 (g) + 2e−

2F−

+ 2,87

Increasing oxidising ability/Toenemende oksiderende vermoë

Increasing reducing ability/Toenemende reduserende vermoë

Graad 11 C

hemie D

efinisiesG

raad 11 Chem

ie Definisies

Atom

iese kom

binasies

Intramolekulêre bindings: bindings w

at plaasvind tussen die atome in m

olekulesElektronegatiw

iteit: die mate van aantrekkingskrag w

at 'n atoom het vir ‘n bindingspaar elektrone, is 'n indikasie van die

bindingsvermoë van 'n elem

entK

ovalente bindings: ‘n tipe chemiese binding w

aar elektrone tussen atome gedeel w

ord N

ie-polêre kovalente binding (suiwer kovalent): ew

eredige deel van elektroneP

olêr kovalent: oneweredige deel van elektrone w

at lei tot die vorming van ‘n dipool (a.g.v. verskil in elektronegatiw

iteit) Ioniese binding: ‘n oordrag van elektrone en die gevolglike elektrostatiese aantrekking tussen die ione M

etaalbinding: ‘n kristalrooster van positiewe kerne in ‘n see van gedelokaliseerde elektrone

Intermolekulêre

kragte

Ioon-dipool kragte: ontstaan tussen ‘n polêre molekule en ‘n ioon

Ioon-geinduseerde dipool kragte: ontstaan tussen ‘n ioon en ‘n nie-polêre molekule

Van der W

aals kragte: swak elektrostatiese kragte

Dipool-dipool kragte: ontstaan tussen tw

ee polêre molekules

Dipool-geinduseerde dipool kragte: ontstaan tussen polêre en nie polêre m

olekule G

einduseerde dipool-geinduseerde dipool kragte (London Dispersie): ontstaan tussen tw

ee nie-polêre molekules

Waterstofbindings: sterk interm

olekulêre kragte wat ontstaan in m

olekules wat w

aterstof bevat wat geheg is aan stikstof,

suurstof of fluoor.Interm

olekulêre krag: ‘n swak aantrekkingskrag tussen m

olekules of tussen atome en edelgasse

Ideale Gasse en

Termiese eienskappe

Standaard kondisies: temperatuur 0°C (273K) en druk 1,01x10

5 Pa (1atm)

Boyle se w

et: Die druk van ‘n vaste hoeveelheid gas is om

gekeerd eweredig aan die volum

e solank die temperatuur konstant

blyC

harles se wet: D

ie volume van ‘n ingeslote gasm

onster is direk eweredig aan sy Kelvin tem

peratuur mits die druk van die gas

konstant gehou word

Guy-Lussac se w

et: Die druk van ‘n ingeslote gasm

onster is direk eweredig aan sy Kelvin tem

peratuur mits die volum

e konstant bly

Energie en Chem

iese veran

dering

Reaksiew

armte (Δ

H): die netto verandering in chem

iese potensiele energie van ‘n sisteemEksoterm

iese reaksie: reaksie waarby potensiele energie in hitte energie om

skep word

Endotermiese reaksie: reaksie w

aarby hitte energie omskep w

ord in potensiele energieA

ktiveringsen

ergie: die minim

um aantal energie benodig om

‘n chemiese reaksie te laat plaasvind.

Geaktiveerde kom

pleks: ‘n onstabiele oorgangstoestand tussen reagense en produkte

Sure en Bassise

Arrhenius teorie:

Suur: ‘n stof wat w

aterstof ione (H+)/hidronium

ione (H3 O

+) vorm w

anneer opgelos word in w

ater B

asis: ‘n stof wat hidroksied ione (O

H-) vorm

wanneer opgelos w

ord in water

Lowry-brønsted teorie:

Suur: ‘n proton (H+ ioon) skenker

Basis: ‘n proton (H

+ ioon) ontvangerSterk suur: ioniseer volledig in w

ater en vorm ‘n hoë konsentrasie van H

3 O+ ione.

Swak suur: ioniseer onvolledig in w

ater en vorm ‘n lae konsentrasie van H

3 O+

ione.Sterk basis: dissosieer volledig in w

ater en vorm ‘n lae konsentrasie van O

H- ione.

Swak basis: dissosieer onvolledig in w

ater en vorm ‘n lae konsentrasie van O

H- ione.

Gekonsentreerde suur/basis: bevat groot hoeveelheid (aantal m

ol) stof in vergelyking met die volum

e van die water.

Verdunde suur/basis: bevat klein hoeveelheid (aantal m

ol) stof in vergelyking met die volum

e van die water

Am

foliete (amfiprotiese stow

we): ‘n stof w

at as beide suur of basis kan optree bv. water

Redoks R

eaksies

Oksidasie nom

mer: ’n nom

mer w

at aan elke element in ‘n stof toegeken w

ord om elekrone te kan volg gedurende ‘n reaksie.

Oksidasie: ‘n verlies aan elektrone, ‘n toenam

e in oksidasie nomm

er.R

eduksie: ‘n wins aan elektrone, ‘n afnam

e in oksidasie nomm

erO

ksideermiddel: ‘n stof w

at gereduseer word/ elektrone ontvang

Reduseerm

iddel: ‘n stof wat geoksideer w

ord/elektrone verloorA

node: die elektrode w

aar oksidasie plaasvindK

atode: die electrode waar reduksie plaasvind

Elektroliet: ‘n oplossing/vloeistof wat elektrisiteit gelei deur die bew

eging van ione.

24

Vir verdere inligting oor Science Clinic se seminare, klasse en hulpbronne, besoek gerus w

ww

.scienceclin

ic.co.za

Grade 11 W

etenskap Kernkonsepte

SCIEN

CE CLINIC 2018 ©


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Molekulêre StruktuurMOLEKULÊRE STRUKTUUR

As die struktuur van ‘n molekule bekend is, is dit moontlik om die fisiese en chemiese eienskappe daarvan te bepaal. Die struktuur hang hoofsaaklik af van die tipe chemiese binding tussen die atome waaruit die molekules bestaan.

CHEMIESE BINDINGSChemiese binding: die netto elektrostatiese krag wat twee atome, wat elektrone deel, op mekaar uit-oefen.

Binding vind plaas wanneer valenselektrone tussen twee atome verdeel is of van een atoom na die ander oorgedra word. Valenselektrone stem met die groepnommer van ‘n element op die periodieketabel ooreen.

Valenselektrone: elektrone in die buitenste enerie-vlak van ‘n atoom wat aan binding deelneem.

Die tipe binding wat vorm is van die verskil in elektronegati-witeit (∆EN) tussen die atome afhanklik.

∆EN = 0: Nie-polêr (suiwer) kovalent(gelyke verdeling van elektrone)

∆EN < 1: Swak polêr

∆EN ≤ 2,1: Polêr-kovalent(ongelyke verdeling van elektrone wat ‘n dipool vorm)

∆EN > 2,1: Ionies(oordrag van elektrone en daaropvolgende elektrostatiese aantrekking)

B) IONIESE BINDING (tussen metaal en nie-metaal)

Ioniese binding is die oordrag van elektrone en daaropvolgende elektrostatiese aantrekking.

1. Behels ‘n volledige oordrag van elektrone (e−).2. Metaal atoom gee e− vir die nie-metaal.3. Metaal vorm ‘n positiewe katioon.4. Nie-metaal vorm ‘n negatiewe anioon.5. Elektrostasiese aantrekking van die ione lei tot die vorm-

ing van ‘n reuse kristalrooster.

Ioniese binding vind plaas in twee stappe.1. Oordrag van elektrone om ione te vorm.2. Elektrostatiese aantrekking

C) METAALBINDING (tussen metale)

Metaalbinding is die binding tussen die positiewe me-taalreste en die see van gedelokaliseerde elektrone.

Die metaalatome stel hulle valens-elektrone vry om hulle te omring. Daar is ‘n sterk maar buigsame bin-ding tussen die positiewe metaal-reste en see van gedelokaliseerde elektrone.

BINDINGSENERGIEDaar is verskeie aantrekkende- en afstotende kragte wat tussen twee atome tydens binding betrokke is.

• Aantrekkingskragte tussen protone van een atoom en elektrone van ‘n ander.

• Aantrekkingskragte tussen protone en elektrone van dieselfde atoom.

• Afstotingskragte tussen die protone van elke atoom.

• Afstotingskragte tussen die elektrone van elke atoom.

Die netto elektrostatiese krag sal die bindingssterkte bepaal, wat as die bindingsener-gie gekwantifiseer kan word. Hierdie is die energie wat benodig word om die binding te breek, of die energie wat vrygestel word wanneer die binding vorm.

Bindingsenergie is die hoeveelheid energie wat benodig word, om een mol van ‘n spesifieke kovalente binding in die gasfase, te breek.

FAKTORE WAT DIE BINDINGSSTERKTE BEÏNVLOED

Bindingssterkte word beïnvloed deur:

BindingslengteHoe korter die lengte van die binding, hoe sterker die binding.AtoomgrootteHoe kleiner die atome, hoe sterker die binding. BindingsordeHoe meer bindings (dubbel- of trippelbindings ens.) tussen die atome, hoe sterker is die binding.

Soos wat die atome nader aan mekaar kom word die aantrek-kingskragte sterker totdat die minste moontlike potensiële energie bereik is (bindingsenergie).

Die afstand tussen die kerne van die atome by die minimale potensiële energie is die bindingslengte.

Indien die twee atome nader aan mekaar beweeg sal die afstotingskragte hulle uitmekaar stoot en die potensiële energie vermeerder.

FAKTORE WAT DIE BINDINGSLENGTE BEÏNVLOED

Bindingslengte word bepaal deur:

Atoomgrootte: Hoe kleiner die atome, hoe korter is die bindings.

Bindingsorde: Hoe meer bindings (dubbel, trippel ens.) tussen die atome, hoe korter die bindings.

Verskil in elektronegatiwiteit (∆EN): Hoe groter die ∆EN, hoe korter die binding.

Proses van binding vorming A: Atome is oneinding vêr van mekaar, die potensiële energie is amper nul.B: Soos die atome nader aan mekaar beweeg sal die aantrekkings- en afstotingskragte sterker word totdat die aantrekkingskragte oorheers.C: Die laagste, mees stabiele energie toestand word bereik, chemiese bind-ing vind plaas.D: Atome beweeg te naby aan mekaar, afstotingskragte neem toe, poten-siële energie neem toe.

BINDINGSLENGTE

A) KOVALENTE BINDING (tussen nie-metale)

Kovalente binding is die deling van ten minste een elektronpaar tussen twee atome.

Nie-polêre (suiwer) kovalent: ‘n Gelyke deling van elektroneBv. H – P binding: ∆EN = EN(P) – EN(H) = 0

Swak polêr kovalent: Bv. H – Br binding: ∆EN = EN(Br) – EN(H) = 0,7

Polêr kovalent: ‘n Oneweredige deling van elektrone om ‘n polêre binding te vorm.Bv. H – O binding: ∆EN = EN(O) – EN(H) = 1,4

Bindingslengte: Die gemiddelde afstand tussen die kerne van twee atome wat verbind is.

− −

Bindings-lengte

AfstandtussenkerneE P

(kJ)

Bind

ings-

energie

Meesstabielebinding

D

C

B

A Na Cl+

Elektronoordragvannatriumnachloor

Na+ Cl-



H Cl H H

Polêre binding: ‘n oneweredige verspreiding van elektrone tussen twee atome tydens binding.

Nie-polêre binding: ‘n Eweredige verspreiding van elektrone tussen twee atome tydens binding.

EN (Cl) > EN (H): Elektrone skuif na die chloor.Chloor is effens negatief (-) en waterstof is effens positief (+)

EN (H) = EN (H): Bindingselektrone is eweredig versprei. Lading is eweredig versprei en geen dipool vorm nie.

VOORBEELD: Gee die Lewisdiagramme vir die volgende elemente: Li, C, F

LEWISDIAGRAMMEMolekules en die atome wat hulle opmaak is onsettend klein en kan nie met die blote oog gesien word nie. Modelle word gebruik om die atome en die bindings tussen hulle waar te neem. Een van die maniere waarop ons hierdie binding kan waarneem is deur middel van Lewisdiagramme.

Lewisdiagramme wys die valenselektrone om die kern wat deur die ele-ment simbool voorgestel word.

Algemene stappe om Lewisdiagramme te teken

Lewisdiagramme kan vir verskeie molekules geteken word deur die vol-gende stappe te volg:

1. Kies die sentrale atoom – Die een met die laagste elektronnegatiwiteit (vanaf die periodieke tabel)

2. Bepaal die totale aantal valenselektrone.

3. Plaas een elektronpaar tussen die sentrale en buitenste atome.

4. Rangskik die oorblywende elektrone sodat daar 8 elektrone om elke buitenste atoom is (behalwe H = 2 elektrone).

5. Indien daar nie 8 elektrone om die middelste atoom is nie, sal van die buitenste elektronpare na die middle toe moet skuif om meervoudinge bindings te vorm.

VOORBEELD: Gee die Lewisdiagram vir die CO2 molekule.

1. C is die sentrale atoom omdat dit ‘n elektronnegatiwiteit van 2,5 het.

2. CO2 het 4 + 6 + 6 = 16 valenselektrone = 8 elektronpare

3.

4. 4 elektrone is gebruik: 16 – 4 = 12 elektrone oor 5. Twee bindings (‘n dubbelbinding) sal tussen elke C en O vorm.

COO

C OO

C OO

ClCl Be

B

F

F F

C

H

H HH

P

Cl

ClClCl

Cl

S

FFF

F

FF

Vorm naamAlgmene

formule

Terminale

atome

Alleen

pareVoorbeeld

Lineêr *AX2 2 0

Trigonaal-planêr *AX3 3 0

Tetrahëdries *AX4 4 0

Trigonaal-bipiramidaal *AX5 5 0

Oktahëdries *AX6 6 0

HHO

NH H

H

Vorm naam

Algemene formule

Terminale atome

Alleen pare Voorbeeld

Hoekig *AX2L2 2 2

Trigonaal-piramidaal *AX3L1 3 1

VALENSSKIL-ELEKTRONPAAR-AFSTOTING (VSEPR)VSEPR is ‘n model wat die vorm van die molekule voorspel gebasseer op die aantal elektronpare wat die sentrale atoom omring.

Daar is vyf ideale vorme, wanneer daar geen alleenpare om die sentrale atoom voorkom nie.

*A is die sentrale atoom en X stel die terminale atome voor.

Molekules wat alleenpare (L) besit sal ‘n effense ander vorm hê, aangesien die alleenpare ‘n afstotende krag op die ander bindingspare uitoefen wat hulle nader aan mekaar stoot.

BINDING VS MOLEKULÊRE POLARITEITBinding polariteitBinding polariteit word deur die elektronegatiwiteit van die twee atome wat bind, bepaal.

Elektronagatiwiteit is die tendens van ‘n atoom om ‘n gedeelde elektronpaar tydens binding aan te trek.

Indien een atoom ‘n groter elektronnegatiwiteit as die ander het, sal die elektrone meer na die een atoom as die ander getrek word. So ‘n verskuiwing van elektrone skep ‘n negatiewe en positiewe lading verspreiding binne die molekuul.

Molekulêre Polariteit

‘n Molekule kan polêre bindings hê, maar nog steeds as ‘n geheel nie-polêr wees. Molekulêre po-lariteit word deur die vorm van die molekule be-paal.

HHO

B

F

F F

Polêre Molekule: ‘n Molekule waaroor die lading oneweredig versprei is.

Nie-polêre Molekule:‘n Molekule waaroor die lading eweredig versprei is.

Alleenpare + EN (O): O is effens negatief.

Laer EN (H):H is effens positief.

∴oneweredige ladingverspreiding ∴polêre molekuul

EN (F):F is effens negatief.

EN (B):B is effens positief.

F atome is eweredig versprei∴nie-polêre molekuul

DATIEF-KOVALENTE BINDING / KOÖRDINAATBINDING

‘n Koӧrdinaat binding word gevorm wanneer een atoom albei elektrone skenk om ‘n bindingspaar te vorm. Die elektron-gevulde orbitaal (alleen-paar) van een atoom oorvleuel met ‘n oop orbitaal van ‘n ander atoom, bv. NH4+, H3O+.

H++ OHH

OHH

H+

Molekulêre Struktuur

H++ NHH

NHH

H+

HH

CLiBindingselektron(nieverbind)

F

Alleenpaar


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Intermolekulêre KragteINTERMOLEKULÊRE KRAGTE (IMK)

Intermolekulêre kragte is swak aantrekkingskragte tussen molekules of tussen die atome van edelgasse.

IMK teenoor Intramolekulêre bindingsIntermolekulêre kragte is nie dieselfde as intramolekulêre bindings nie.

Intramolekulêre bindings ontstaan tussen atome in ‘n molekuul.

Intermolekulêre kragte ontstaan tussen molekules of tussen atome van edelgasse.

+

+

‘Intra’ ++

++

++

‘Inter’ δ-δ+ δ+

δ-

δ-

δ-

δ+δ+

δ+δ+

δ+δ+

δ-δ+δ+

δ++ δ-δ+

+δ- δ- δ+δ- δ+

δ- δ+δ- δ+

δ- δ-δ+ δ+

Waterstofbindings IMK wat ione insluitIMK wat ione insluit Van der Waals KragteVan der Waals KragteVan der Waals Kragte

Waterstofbindings Ioon-dipool Ioon-geïnduseerde-dipool

Dipool-dipool Dipool-geïnduseerde dipool

Geïnduseerde dipoool (London)

‘n Tipe dipool-dipool aantrekking maar baie STERKER. Tussen klein atome met hoë EN.Elemente F, N, O aan H verbind. Bv. H2O

IMK wat tussen ‘n ioon en ‘n polêre molekule (dipool) ontstaan .Bv. NaCl in water.

Ioon induseer ‘n dipool in ‘n atoom of in ‘n nie-polêre molekule. Bv. Cl-ioon en C6H14

IMK wat tussen polêre molekules (dieselfde of nie dieselfde molekules).Bv. H2S; CH3Cl

Polêre molekule induseer ‘n dipool in ‘n atoom of in ‘n nie-polêre molekule.Bv. O2 in water.

IMK tussen nie-polêre molekules wat tydelike dipole vorm. Bv. CO2

STERKTE VAN IMKWaterstofbindings > Ioon-dipool > dipool-dipool > ioon-geïnduseerde-dipool > dipool-geïnduseerde-dipool > London-dispersiekragte

TIPES INTERMOLEKULÊRE KRAGTE

Digtheid

Soos water vries sal die molekules so orienteer dat die volume uitsit en die digtheid afneem. Ys vorm ‘n kristalrooster.

‘n Afname in digtheid help om die temperatuur van die aarde en die klimaat te reguleer.

Ys dryf op water om ‘n isolerende laag tussen die water en die atmosfeer te vorm wat voor-kom dat die water vries, om sodoende water-lewe te bewaar.

WATER MOLEKULE

• Nie-simetriese polêre molekule

• Intramolekulêre kovalente binding

• Die molekulêre vorm is hoekig

• Bevat waterstof bindings tussen molekules. Hierdie sterk IMK het baie energie nodig om te oorkom.

• Waterdamp tree soos ‘n kweekhuisgas op om die son se bestraling te absor-beer.

• Die oseaan tree soos ‘n warmtereser-voir op en reguleer die aarde se tem-peratuur.

Smelt- en kookpunte

Sterk waterstofbindings vereis ‘n groot hoeveelheid energie om die intermolekulêre kragte te oorkom.

Smeltunt: 0 °C

Kookpunt: 100 °C by atmos-feriese druk.

HO

H

EIENSKAPPE VAN WATER Spesifieke hittekapasiteit

Die hoeveelheid energie wat benodig word om die tempera-tuur van 1 kg water met 1 °C te vermeerder.

‘n Hoë hittekapasiteit vereis meer energie om die tempera-tuur te laat verander. Hierdie help met die hitteregulasie op die aarde.

VOORBEELD:

Voltooi die tabel hieronder deur die dominante intermolekulêre krag teenwoordig by elk te identifiseer

Stof Intermolekulêre krag

CO2 London-dispersie

CO Dipool-Dipool

NH3 Waterstofbinding

NaCl in water Ioon-dipool

HF Waterstofbinding

NO and CH4 gas mengsel Dipool-geïnduseerde-dipool

HCl Dipool-Dipool

KMnO4 in CHCl3 Ioon-dipool

VastestofVloeistof

Meerdig Minderdig


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©IMK en Fisiese eienskappeFase van molekulesIMK tussen molekules veroorsaak dat hulle mekaar aantrek.

Sterker IMK = Sterker aantrekking

Teen dieselfde temperatuur:Vastestof: Sterk IMKVloeistof: Matige IMKGas: Swak IMK

Molekuul grootteGroter molekules → Groter elektronwolk → Sterker IMK

DigtheidDigtheid is die hoeveelheid deeltjies per volume eenheid.

Toename in sterkte van IMK sal die aantrekkingskragte tussen die deeltjies vergroot, wat sal veroorsaak dat die deeltjies stywer teen mekaar pak. Die rangskikking van die deeltjies bepaal die aantal deeltjies wat per volume eenheid voorkom, wat sodoende die digtheid bepaal.

Sterker IMK→Deeltjies nader aan mekaar→Groter digtheid

ViskositeitViskositeit is die weerstand wat ‘n vloeistof teen vloei bied.

Sterker IMK sal veroorsaak dat die molekules in ‘n vloeistof sterker teen mekaar gehou word, wat veroorsaak dat die viskositeit toe-neem.

Sterker IMK → Groter viskositeit

Termiese uitsettingTermiese uitsetting is die uitsetting van ‘n material wanneer dit warm gemaak word.

Wanneer die temperatuur toeneem, neem die kinetiese energie van die molekules ook toe. Hierdie addisionele energie kan die IMK oorkom en die molekules beweeg verder uitmekaar.

Sterker IMK→molekules sterker aanmekaar gehou→Laer termiese uiteenset-ting

KapillariteitKapillariteit is die tendens van ‘n vloeistof om by ‘n buis op te beweeg.

Kapillêre aksie vind plaas wanneer die adhesiekragte sterker is as die kohesiekragte.

Sterker IMK tussen vloeistof en buis = Groter kapillêre aksie

OplosbaarheidOplosbaarheid is die vermoë van ‘n stof om op te los in ‘n oplosmiddel. ‘n Opgeloste stof sal oplos in ‘n oplosmiddel met ‘n soortgelyke IMK. “soort los soort op”

Polêre en ioniese opgeloste stowwe sal in ‘n polêre oplosmiddel oplos.

‘n Nie-polêre ogeloste stof sal in ‘n nie-polêre oplosmiddel oplos.

AdhesieAdhesie is die intermolekulêre aantrekking van molekules tot molekules van verskillende stowwe.

Die sterkte van adhesiekragte is afhanklik van die twee spesifieke stowwe wat met mekaar ‘n interaksie het.

KohesieKohesie is die intermolekulêre aantrekking tussen molekules van die-selfde stof.

Sterker IMK → Groter kohesiekragte

FaseveranderingSmelting: Smeltpunte neem toe met toename in IMK

Kook: Kookpunte neem toe met toename in IMK.

HF bevat waterstofbindings→sterkste IMK→hoogste kookpunt. HCl, HBr en HI bevat almal dipool-dipoolkragte en sodoende neem hulle kookpunte toe met toename in molekulêre massa.

Verdamping: Verdamping neem af met toename in IMK. Hoër dampdrukke stem ooreen met swakker IMK.

OppervlakspanningOppervlakspanning is die gevolg van kohesiekragte tussen molekules op die oppervlakte van ‘n vloeistof.

Molekules op die oppervlakte van ‘n vloeistof ervaar slegs intermolekulêre kragte na die binnekant.

Sterker IMK → Groter oppervlakspanning

VASTE-

STOF

VLOEI-

STOF

GAS

KOOK

SMELT

TOEN

EMEN

DETEM

PERA

TUUR

AFNEMENDEIMK

TOEN

EMEN

DETEM

PERA

TUUR

(°C)

-200

-100

0

100HF

HClHBr

HI

F Cl Br I

ToenemendekragvanIMK

ToenameinsterktevanIMK

LAEDIGTHEID HOËDIGTHEID


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Ideale GasseKINETIESE MOLEKULÊRE TEORIE

Gas eienskappe volgens die kinetiese molekulêre teorie:• Deeltjies is baie vêr uitmekaar – groot spasies tussen hulle.• Deeltjies ondergaan Brownian beweging- vinnige onreëlmatige be-

wegings. • Gasse ondergaan diffusie- deeltjies sprei uit om die houer te vul.• Die kragte tussen die deeltjies is weglaatbaar klein.• Deeltjies bots elasties met ander deeltjies en die kante van die

houer.Drie meetbare veranderlikes:

Temperatuur (T)- aanduiding van die gemiddelde kinetiese energie.Volume (V)- die ruimte wat deur die gas in die houer beslaan word. Druk (p)- die uitwaartse krag per eenheid area wat deur die gas toe-gepas word wanneer die gas deeltjies teen die kante van die houer bots.

IDEALE GASSE Ideale gasse is teoretiese gasse wat die gaswette gehoor-saam onder alle toestande van temperatuur en druk.

Die deeltjies van ‘n gas is almal identies en heeltyd aan die beweeg Die volume van die gas is as gevolg van die beweging van die deeltjies, omdat die partikels self geen volume het nie Die intermolekulêre kragte tussen gas deeltjies is weglaatbaar Alle botsings is heeltemal elasties

Standaard Temperatuur en Druk of STD

Standaard Temperatuur = 0 °C of 273 KStandaard Druk = 101,3 kPa (1,013 x 105 Pa)

BOYLE SE WET

p1V1 = p2V2 V ∝ 1P

(konstante T)

Die volume van ‘n ingeslote massa gas is omgekeerd eweredig aan die druk van die gas mits die temperatuur kon-stant bly

Die temperatuur bly konstant, daarom sal die gemiddelde EK van die deeltjies ook die-selfde bly. Indien die volume afneem, sal meer botsings plaasvind en die druk sal toe-neem.

CHARLES SE WETV1T1

= V2T2

V ∝ T (konstante P)

Die volume van ‘n ingeslote massa gas is direk eweredig aan die temperatuur (in Kelvin) van die gas mits die druk kon-stant bly.

Deur die grafiek te verleng kan absolute nul (0 Kelvin) afgelei word. 0 K is die teoretiese minimum temperatuur, omdat die volume (V) nul word by die temperatuur. Regte gasse se gedrag wyk af van die van ideale gasse by lae temperature, omdat die volume van die gas en sy deeltjies nooit nul kan wees nie.

= K - 273

K= + 273

NB: Temperature moet altyd gemeet word in Kelvin!

GAY LUSSAC SE WETp1T1

= p2T2

P ∝ T (konstante V)

Die druk van die ingeslote gas is direk eweredig aan die absolute temperatuur indien die volume van die gas konstant bly.

‘n Afname in temperatuur dui ‘n afname in kinetiese energie aan. Indien kinetiese ener-gie afneem, sal die uitwaartse krag tydens botsings tussen die partikels en die houer afneem.

AFWYKING VANAF IDEALE GASSETeen LAE temperature:• Gas deeltjies beweeg heelwat sta-

diger wat die aantal botsings tussen die partikels en die kante van die houer verminder. Druk van die gas is laer as verwag.

• Aantrekkingskragte is sterker as gevolg van die deeltjies wat nader aan mekaar is en stadiger beweeg. Die gas is meer geneig om in ‘n vloeistof te verander en die volume is groter as wat verwag word

Teen hoë druk:• Die volume van die gas partikels

word onweglaatbaar in verhouding met die houer.

• Toename in die intermolekulêre kragte tussen die deeltjies as gevolg van hul nabyheid, gas sal vervloei en die volume sal groter wees as wat verwag word.

VOORBEELD:

‘n Ballon het ‘n volume van 1000 cm3 by ‘n druk van 60 kPa. Indien die druk op die ballon verander na 100 kPa, bereken die nuwe volume van die ballon.

p1V1 = p2V2(1000)(60) = (100)V2

V2 = 600 cm3

VOORBEELD:

‘n Sekere monster gas het ‘n volume van 125 cm3 by standaard temperatuur en druk. Indien die druk van die gas konstant bly, maar die temperatuur van die gas neem toe na 25 °C, bereken die nuwe volume van die gas.

T2 = 25 + 273 = 298 K

V1T1

= V2T2

125273 = V2

298V2 = 136,45 cm3

VOORBEELD:Bereken die druk van ‘n gas by 25 °C, indien die gas oorspronklik by ‘n druk van 200 Pa was teen ‘n temperatuur van 100 °C.

p1T1

= p2T2

200273 = p2

298p2 = 159,79 Pa

ALGEMENE GAS VERGELYKING Veranderlikes van ‘n ingeslote hoeveelheid gas wanneer veranderinge in die stelsel plaasvind.

p1V1T1

= p2V2T2

p,V kan in enige konsekwente eenheid wees,T in Kelvin

IDEALE GAS VERGELYKING Eienskappe onder ‘n stel vaste toestande.

pV = n RT

p = druk in Pa V = volume in m3

n = aantal mol gas (mol)R = universele gas konstante (8,31 J·K−1·mol−1)T = temperatuur in K

Temperatuur

Volume

Druk

Volume

Volume

-300 -200 -100 0 100 200Temperatuur(°C)

Absolutenul(0K/−273°C)

GrafiekvanVteenT

Volume(cm

3 )

Druk(kPa)

GrafiekvanVteenp

GrafiekvanpVteenp

pV(J)

Druk(kPa)

Temperatuur(K)

Druk(kPa)

GrafiekvanpteenT

GrafiekvanVteen1/p

Volume(cm

3 )

1/p(kPa−1)

Waregas

Idealegas



Tipe stof Deeltjies Voorbeeld Formule Molêre massa g·mol-1

Element Atome Neon Ne 20

Kovalente verbinding

Gewoonlik molekules Koolstofdioksied CO2

12+32 = 44

Ioniese verbinding

Ione (formule eenhede) Tafelsout NaCl 23+35,5

= 58,5

Metaal verbinding

Positiewe metaalreste Goud Au 197

Kwantitatiewe aspekte van chemiese veranderingDIE MOL

Atome, molekules en ione is te klein om te tel, en daar kom baie deeltjies in selfs die kleinste monster van ‘n stof voor.

Daar is meer waterdeeltjies in ‘n teelepel as wat daar teelepels water in al die oseane is.

Eerder as om met al die deeltjies individueel te werk, werk ons met ‘n spesiale getal deeltjies. Die mol is die naam vir die spesiale nommer. Baie nommers het name, soos:2 = paar3 = driekuns12 = dosyn

‘n Mol deeltjies is ‘n hoeveelheid van 6,02 x 1023 deeltjies. 6,02 x 1023 staan bekend as Avogadro se getal, NA. Avogadro se getal is te groot om te verbeel.

602 000 000 000 000 000 000 000

Hierdie hoeveelheid sandkorrels op die oppervlakte van die aarde gehoop sal amper tot by die maan strek. Die mol word gedefiniëer as die aantal deeltjies of atome in 12,0 g Koolstof-12.

MOLÊRE MASSADeeltjies is te klein om individueel te weeg.Molêre massa (M) word gedefinieer as die massa van een mol deeltjies (atome, molekules of formule-eenhede) en word in die eenheid g.mol−1 gemeet.

n = mM

Relatiewe atoommassa (A) is die gemiddelde massa van ‘n atoom in vergelyking met die massa van ‘n Koolstof-12 atoom. Dit word in atoom-massaeenhede (amu) gemeet.Molêre massa (M) van ‘n element is gelyk aan die grootte van die relatiewe atoommassa (A) in amu. Hierdie word op die periodieke tabel gevind. Sien die onderstaande tabel vir ander stowwe:

VOORBEELD:Wat is die relatiewe formulemassa van kalsiumsulfaat (CaSO4)? MR (CaSO4) = AR (Ca) + AR (S)+ (4 x AR (O)) = 40 + 32 + (4 x 16) = 136 (geen eenheid)

VOORBEELD:Wat is die molêre massa van kalsiumsulfaat (CaSO4)?136 g·mol-1

PERSENTASIE SAMESTELLING

Persentasie samestelling van element=aantal atome in formule x Ar

MR van samestelling× 100

OF

Persentasie samestelling van element=molêre massa van element

MR van samestelling× 100

Oorweeg die volgende yster-ertse: hematiet en magnetiet – watter erts bevat meer yster volgens massa?

∴ magnetiet bevat meer yster

Erts Hematiet Magnetiet

Formule Fe2O3 Fe3O4

Relatiewe molekulêre massa

(2 x 56) + (3 x 16)=160

(3 x 56) + (4 x 16)=232

% yster volgens massa

[(2 x 56) /160] x 100= 70%

[(3 x 56) / 232] x 100= 72%

molêre massa (g ⋅ mol−1)

massa stof (g)

aantal mol (mol)

VERSKILLENDE TIPES CHEMIESE FORMULESOorweeg die stof etaan;

Dit kan ook as ‘n formule voorgestel word. Daar is drie tipes formules wat gebruik word:

Bal-en-stokmodel van etaan

VOORBEELD: Wat is die relatiewe formule massa van sukrose (C12H22O11)?MR (C12H22O11) = 12 x AR (C) + 22 x AR (H)+ 11 x AR (O)= (12x 12) + (22x1) + (11 x 16)= 342 (geen eenheid)

VOORBEELD:Wat is die molêre massa van sukrose (C12H22O11) ? 342 g·mol-1

Molekulêre formule Werklike aantal van elke atoom Eg. C2H6

Empiriese formule Eenvoudigste heelgetal verhouding van die atome

Eg.C1H3 → CH3

Strukturele formule Wys hoe die atome verbind is



VOORBEELD: ‘n Gassilinder met ‘n volume van 224 cm3 is vol chloorgas, by STD. Hoeveel mol chloorgas is daar in die silinder?

n = VVM

= 0,22422,4

= 0,01 mol

MOLÊRE VOLUMES VAN GASSEIndien verskillende gasse dieselfde volumes onder dieselfde toestande van temperatuur en druk beslaan, sal hulle die-selfde aantal molekules besit.

Die molêre volumes van ‘n gas, VM, is die volume wat een mol gas beslaan.

VM vir alle gasse by STD is 22,4 dm3·mol−1

Standaard Temperatuur en Druk (STD) is 273 K (0°C) en 1,01x105 Pa

Dit beteken ook dat vir alle reaksies by dieselfde temperatuur en druk, sal volumes van gasse in dieselfde verhouding as die molverhouding reageer.

n = VVM

volume van gas (dm3)

aantal mol (mol)

KONSENTRASIES VAN OPLOSSINGSOplossings is homogene (uniforme) mengsels van twee of meer stowwe. ‘n Oplossing word gevorm wanneer ‘n opgeloste stof in ‘n oplosmiddel oplos. Die opgeloste stof en oplosmiddel kan ‘n vloeistof, gas of vastestof wees. Die mees alge-mene oplosmiddel is water. Hierdie oplossings word waterige oplossings genoem.

KONSENTRASIE Die konsentrasie van ‘n oplossing is die hoeveelheid mol opgeloste stof per volume-eenheid van oplosmiddel.

c = nV

Kan ook bepaal word deur:c = m

MV

Dws. die aantal mol van opgeloste stof per 1 dm3 oplosmiddel in mol·dm−3. Indien ‘n oplossing van kaliumpermanganaat KMnO4 ‘n konsentrasie van 2 mol.dm−3 het, beteken dit dat vir elke 1 dm3 oplosmid-del, is daar 2 mol KMnO4 opgelos in die oplosmiddel.

Let wel: 1000 cm3 = 1 dm3 (= 1 liter)

1 cm3 = 0,001 dm3

1 cm3 = 1 ml

VOORBEELD:

Bereken die massa van die opgeloste stof in 600 cm3 van 1,5 mol·dm−3 natriumchloried oplossing.

V = 600 cm3 = 0,6 dm3M(NaCl) = 23 + 35,5

= 58,5 g ⋅ mol−1

n = cV= 1,5 × 0,6= 0,9 mol

m = n M= 0,9 × 58,5= 52,65 g

VOORBEELD:

‘n Oplossing bevat 10 g natriumhidrok-sied, NaOH, in 200 cm3 oplosmiddel. Bereken die konsentrasie van die oplos-sing.

n(NaOH) = mM

= 1023 + 16 + 1

= 0,25 mol

V = 200 cm3 = 0,2 dm3c(NaOH) = n

V

= 0,250,2

= 1,25 mol ⋅ dm−3

Oplossing Opgeloste stof Oplosmiddel

Sout water Sout Water

Sodawater Koolstofdioksied Water

konsentrasie (mol ⋅ dm−3)

aantal mol (mol)

volume (dm3)

N2 + 2O2 → 2NO21 mol + 2 mol → 2 mol1 dm3 + 2 dm3 → 2 dm3

molêre gas volume by STD (22,4 dm3 ⋅ mol−1)

Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering



‘n Oksied van swael bevat 40% swael en 60% suurstof volgens massa. Bepaal die empiriese formule van hierdie oksied van swael.

Empiriese formule: SO3

Stappe Swael Suurstof

Stap 1:% van element

40 60

Stap 2:Massa van element (g)

40 60

Stap 3:Massa na mol

n = m / M = 40 / 32 = 1.25 mol

n = m / M = 60 / 16 = 3,75 mol

Stap 4:Kleinste mol verhouding

1,25 / 1,25=1

3,75 /1,25 =3

KRISTALWATERSommige ioniese kristalle vang ‘n sekere aantal wa-termolekules tussen die ione wat hul vorm op. Hier-die watermolekules staan bekend as “kristalwater”.

Bv. Waterige kopersulfaat:CuSO4 · 5 H2O het 5 watermolekules per formule-eenheid. Wanneer waterige soutkristalle warm ge-maak word, verdamp die watermolekules, en los an-hidriese sout agter.

CuSO4 · 5 H2O(s) → CuSO4 (s) + 5 H2O(g)

Om die hoeveelheid mol kristalwater te bereken:1. Bereken die massa water wat verdamp.2. Bereken die mol water.3. Bereken die mol anhidriese sout.4. Bereken die verhouding van water tot anhidriese

sout.5. Skryf die formule van die anhidriese sout.

VOORBEELD: 13,2 g van ‘n sinksulfaat, ZnSO4•xH2O, monster word in ‘n kroesie verhit. Bereken die hoeveelheid mol kristalwater indien 7,4 g van die vastestof oorgebly het.

1 . m(H2O) = 13,2 g − 7,4 g= 5,8 g

2 . n(H2O) = m

M

= 5,818

= 0,32 mol

3 . n(ZnSO4) = mM

= 7,4161

= 0,046 mol

4 . verhouding = mol watermol anhidriese sout

= 0,320,046

= 1 : 7

5 . ∴ formule = ZnSO4 ⋅ 7H2O

BEREKENING VAN EMPIRIESE FORMULE VANAF DIE PERSENTASIE SAMESTELLINGDie empiriese formule van ‘n stof kan ook vanaf die persentasie samestelling bepaal word. Ons neem aan dat 100 g van die stof ontleed word, dan gee elke persentasie vir ons die massa van daardie element in 100 g van die stof.

Let wel: Die kolletjie in die formule ( · ) tussen die sout en die water beteken dat ‘n swak bind-

ing gevorm het. Dit is NIE ‘n vermenigvuldigings-teken nie.

BEREKENING VAN DIE EMPIRIESE FORMULE VAN ‘N VERBIND-ING VANAF DIE MASSA

Stappe om die empiriese formule van ‘n verbinding te bereken:

1.Bepaal die massa van die elemente2.Bereken die aantal mol van elke element3.Vereenvoudig die atoomverhouding

VOORBEELD:In ‘n verbrandingsreaksie is 0,48 g magnesiumlint verbrand en vorm 0,80 g magne-siumoksied. Bereken die empiriese formule vir die magnesiumoksied.

Empiriese formule: MgO

Stappe Magnesium Suurstof

Stap 1:Massa van element (g) 0,48 g 0,80 – 0,48 = 0,32 g

Stap 2:Mol (deel deur die massa van 1 mol)

n = m / M= 0,48 / 24= 0,02 mol

n = m / M= 0,32 / 16= 0,02 mol

Stap 3:Atoom verhouding(deel deur die kleinste getal in die verhouding)

1 1

VOORBEELD:‘n Monster van koperoksied bevat 8 g koper verbind met 1 g suurstof. Bepaal die empiriese formule van die verbiding.

Empiriese formule: Cu2O

Stappe Koper Suurstof

Stap 1:Massa van element (g) 8 g 1 g

Stap 2:Mol (deel deur die massa van 1 mol)

n = m / M= 8 / 63,5= 0,126 mol

n = m / M= 1 / 16= 0,0625 mol

Stap 3:Atoom verhouding(deel deur die kleinste getal in die verhouding)

0,126/0,0625=2

0,0625/0,0625=1


Empiriese formule is die chemiese formule van ‘n verbin-ding wat die kleinste heelgetal-verhouding van atome aandui.



EMPIRIESE FORMULE→MOLEKULÊRE FORMULE Die empiriese formule is die eenvoudigste heelgetal verhoud ing in ‘n molekule. Die molekulêre formule is die werklike ver-houding van die atome in ‘n verbinding.

Die molekulêre formule kan vanaf die empiriese formule en rela-tiewe molekulêre massa bereken word.

STAPPE OM DIE MOLEKULÊRE FORMULE TE BEPAAL:

1. Bepaal die empiriese formule (indien nog nie gegee nie)2. Bepaal die molêre massa van die empiriese formule3. Bepaal die verhouding tussen die molekulêre formule en die

empiriese formule4. Vermenigvuldig die verhouding met die empiriese formule

VOORBEELD:

Buteen het die empiriese formule CH2. Die molekulêre massa van buteen is 56 g·mol−1. Bepaal die molekulêre formule van buteen.

1. Empiriese formule: CH2

2. M(CH2) = 12 + 1 + 1

= 14 g ⋅ mol−1

3. verhouding = molekul ere formule massa

empiriese formule massa

= 5614

= 44.

CH2 × 4 = C4H8

GEBALANSEERDE CHEMIESE VERGELYKINGS

Eg . N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)Die gebalanseerde chemiese vergelyking is die “resep” en vertel vir ons:

• Die reagense wat gebruik is bv. Stikstof en Waterstof• Die produkte wat vorm bv. Ammoniak• Die fases van die reagense en produkte (almal is gasse hier)• Die molêre verhouding van reagense teenoor produkte.1 molekuul stikstof reageer met 3 molekules waterstof om 2 mo-lekules ammoniak te vorm.

1 mol stikstof reageer met 3 mol waterstof om 2 mol ammoniak te vorm.

BEPERKTE REAKTANTEIn ‘n reaksie tussen twee stowwe is een stof meer geneig om voor die ander opgebruik te word. Hier-die beperk die hoeveelheid produk wat vorm.

Oorweeg die reaksie tussen magnesium en ver-dunde swaelsuur. Die gebalanseerde chemiese reaksie is:

Mg(s) + H2SO4(aq) → MgSO4(aq) + H2(g)Hierdie beteken dat 1 mol magnesium met 1 mol swaelsuur reageer. Albei reagense sal heeltemal opgebruik word teen die tyd wat die reaksie op-hou.

Wat sal gebeur indien 1 mol magnesium met 2 mol swaelsuur reageer? Nou is daar onvoldoende magnesium om met al die swaelsuur te reageer. 1 mol swaelsuur bly oor na die reaksie.

Al die magnesium word opgebruik en ons sê dat magnesium die beperkte reaktant is. Van die swaelsuur bly oor na die reaksie voltooi is. Ons sê dat die swaelsuur in oormaat is.

Die hoeveelheid beperkte reaktant sal die volgende bepaal:

• Die hoeveelheid produk wat vorm

• Die hoeveelheid ander (in oormaat) reaktante wat gebruik is

Bepaling van Beperkte Reaktant

1. Bereken die hoeveelheid mol van elke reaktant

2. Bepaal die verhouding tussen die reaktante

3. Bepaal die beperkte reaktant deur die verhoudings te gebruik

BENADERING TOT REAKSIE STOICHIOMETRIE1. Skryf ‘n gebalanseerde chemiese vergelyking2. Verander die ‘gegewe’ na mol (gebruik die beperkte reaktant indien van toepassing)3. Bepaal die hoeveelheid mol van die stof wat gevra is deur die molverhouding4. Bepaal die hoeveelheid stof wat gevra is vanaf die hoeveelheid mol

VOORBEELD:

Om yster te verkry, moet yster(III)oksied met koolstofmonoksied volgens die volgende woord vergelyking reageer:

Yster(III)oksied + koolstofmonoksied → yster + koolstofdioksied

Watter massa yster word van 48 g yster(III)oksied geproduseer?

1. Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g) 2.n(Fe2O3) = m

M

= 48160

= 0,3 mol3.

Fe2O3 : Fe

1 : 20,3 mol : 0,6 mol

4.m(Fe) = nM

= (0,6)(56)= 33,6 g

GEGEWE WAARDE

GEGEWE MOL

WAARDE GEVRA

MOL GEVRA

STAP TWEE:

Vastestof: Oplossing: Gas: n = m

Mn = cV n = V

22,4

STAP 3:

Gebruik molverhouding

STAP 4:

Vastestof: Oplossing: Gas:m = n M c = n

VV = n × 22,4

LET WEL:Indien een reaktant in oormaat is, bete-ken dit dat daar meer as genoeg daar-van is. Indien daar slegs twee reaktante is en die een is in oormaat, beteken dit dat die ander een die beperkte reaktant is.

Kwantitatiewe aspekte- Chemiese reaksies



VOORBEELD:

‘n 8,4 g monster stikstof reageer met 1,5 g water-stof. Die gebalanseerde chemiese vergelyking vir die reaksie is:

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)Bepaal (a) watter reaktant die beperkte reaktant is en (b) die massa ammoniak wat vorm.

(a) 1.n(N2) = m

M

= 8,428

= 0,3 mol

n(H2) = m

M

= 1,52

= 0,75 mol

2.N2 : H21 : 3

0,3 mol : 0,9 mol0,25 mol : 0,75 mol

3 .As as die stikstof gebruik word sal 0,9 mol water-stof benodig word. Slegs 0,75 mol waterstof is beskikbaar. Die waterstof sal eerste opraak, en is dus die beperkte reaktant.

(b)

Omdat waterstof die beperkte reaktant is, sal dit bepaal hoeveel ammoniak vervaardig kan word:

H2 : NH33 : 2

0,75 mol : 0,5 mol

m(NH3) = nM

= (0,5)(17)= 8,5 g

PERSENTASIE OPBRENGS

Wanneer ‘n chemikalië in die laboratorium voorberei word, gaan van die chemikalië altyd verlore as gevolg van verdamping of stof wat in oplossing agterbly. Sommige reaktante mag dalk nie reageer nie. Ons sê dat die reaksie nie tot voltooiing verloop het nie.

Vervolgens is die hoeveelheid chemikalië wat geproduseer word altyd minder as die maksimum teoretiese hoeveelheid wat verwag word. Ons kan hierdie as die persen-tasie opbrengs uitdruk:

Persentasie opbrengs is gewoonlik bepaal deur massa te gebruik, maar dit kan ook volgens mol en volume bepaal word.STAPPE OM DIE PERSENTASIE OPBRENGS TE BEPAAL

1. Bepaal die mol reaktante2. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding tussen reaktante

en produkte3. Gebruik die verhouding en bepaal die hoeveelheid mol van die produk4. Bepaal die teoretiese massa van die produk5. Bereken die persentasie opbrengs

PERSENTASIE SUIWERHEID Sommige chemikalië is nie suiwer nie en daarom moet mens die per-sentasie suiwerheid bepaal. Slegs die suiwer komponent van die stof sal reageer.

Vir ‘n onsuiwer monster van ‘n stof:

STAPPE OM DIE PERSENTASIE SUIWERHEID TE BEPAAL1. Bepaal die mol van die produkte2. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding

tussen die reaktante en produkte.3. Deur gebruik te maak van die verhouding, bepaal die hoeveel-

heid mol van die produkte.4. Bepaal die massa van die suiwer reaktant.5. Bereken die persentasie suiwerheid van die monster

VOORBEELD:

128 g van swaeldioksied, SO2, is met suurstof gereageer om swaeltrioksied te vorm, SO3. Die vergelyking vir die reaksie is:

2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)140 g van SO3 was in die reaksie geproduseer. Bereken die persentasie opbrengs van die reaksie.

1. n(SO2) = mM

= 12864 = 2 mol

2. 3.SO2 : SO3

2 : 21 : 1

SO2 : SO3

1 : 12 : 2

∴ 2 mol SO3

4. m(SO3) = n M = (2)(32 + 16 + 16 + 16) = 160 g5. Persentasie opbrengs = Massa van produk vervaardig

Maksimum teoretiese massa van produk × 100

Persentasie opbrengs = 140160 × 100

Persentasie opbrengs = 87,5 %

VOORBEELD:

‘n Onsuiwer monster van kalsiumkarbonaat, CaCO3, bevat die onsuiwerheid kalsiumsulfaat, CaSO4. Wanneer oormaat soutsuur by 6 g van die monster gevoeg is, was 1200 cm3 gas gepro-duseer (by STD gemeet). Bereken die persentasie suiwerheid van die kalsiumkarbonaat monster. Die vergelyking vir die reaksie is:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

1. n(CO2) = VVM

= 1,222,4 = 0,054 mol

2. 3.CaCO3 : CO2

1 : 1

CaCO3 : CO21 : 1

0,054 : 0,054

∴ 0,054 mol CaCO3 reageer

4. m(CaCO3) = n M = (0,054)(40 + 12 + 16 + 16 + 16) = 5,4 g5. Persentasie suiwerheid = Massa van suiwer stof

Massa van onsuiwer monster × 100

Persentasie suiwerheid = 5,46,0 × 100

Persentasie suiwerheid = 90 %

Persentasie suiwerheid = Massa van suiwer stofMassa van onsuiwer monster × 100

Persentasie opbrengs = Massa van produk vervaardigMaksimum teoretiese massa van produk × 100



Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Energie- en Chemiese VeranderingENTALPIE EN ENTALPIEVERANDERING

Entalpie (H) is die totale gestoorde chemiese energie (potensiële energie) van die reaktante en produkte. Tydens chemiese reaksies word energie geruil tussen die chemiese sisteem en die omgewing wat lei tot ‘n verandering in die entalpie. Die verandering in entalpie, !H, stel die hitte van die reaksie voor in kJ·mol−1.

Die reaksiewarmte (!H) is die netto verandering in chemiese potensiële energie van die sis-teem.

CHEMIESE SISTEEM EN DIE OMGEWINGDie chemiese sisteem bestaan uit die reaktant en produk molekules.

Die omgewing is dit wat die chemiese sisteem omring, insluitende die houer waarin die reaksie plaasvind, of die water waarin die molekules opgelos is.

ENERGIE VERANDERINGEnergie verandering vind plaas as gevolg van bindings wat breek en nuwe bindings wat vorm.

Wanneer bindings gebreek word, word energie geabsorbeer vanuit die omgewing.

Wanneer bindings gevorm word, word energie vrygestel aan die omgewing.

Die netto energieverandering sal bepaal of die reaksie endotermies of eksotermies is.

AKTIVERINGSENERGIE Vir ‘n reaksie om te begin, moet energie eers geabsorbeer word om die bindings te breek. Dié energie staan bekend as die aktiveringsenergie- die minimum energie benodig vir ‘n chemiese reaksie om plaas te vind.

As die bindings eers gebreek is, vorm die atome in die chemiese sisteem ‘n geaktiveerde kompleks- ‘n onstabiele oorgangstoestand tussen die reaktante en produkte.

ENDOTERMIES EKSOTERMIES

Definisie: ‘n Reaksie wat hitte energie absorbeer vanuit die omgewing Definisie: ‘n Reaksie wat hitte energie vrystel aan die omgewing

Meer energie geabsorbeer as vrygestel Meer energie vrygestel as geabsorbeer

Netto energieverandering is energie wat geabsorbeer word uit die omgewing Netto energieverandering is energie wat vrygestel word in die omgewing

Die chemiese sisteem se energie neem toe (!H>0) Die chemiese sisteem se energie neem af (!H<0)

Die omgewing se energie neem af Die omgewing se energie neem toe

Temperatuur van die omgewing neem af (proefbuis word kouer) Temperatuur van die omgewing neem toe (proefbuis word warmer)

KATALISATORVir ‘n reaksie om plaas te vind, moet daar genoeg energie (aktiveringsenergie) voor-sien word vir die deeltjies om effektief te bots.

Die hoeveelheid energie wat benodig word kan verminder word deur die gebruik van ‘n katalisator. ‘n Katalisator is ‘n chemiese stof wat die aktiveringsenergie wat benodig word verlaag sonder om self deel te neem aan die reaksie. Deur die aktiveringsenergie te verlaag, kan die reaksietempo ook ver-hoog word.

‘n Katalisator is ‘n stof wat die reaksie-tempo verhoog, maar self onveranderd bly teen die einde van die reaksie.

BELANGRIKE REAKSIES ENDOTERMIES

Fotosintese

6CO2 + 6H2O lig C6H12O6 + 6O2 ; !H>0

EKSOTERMIES

Sellulêre respirasie

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ; !H<0

Verbranding

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O ; !H<0

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O ; !H<0 Reaksieverloop

PotensiëleEne

rgie-E

P(kJ)

EA

Reaktante

Produkte

Geak;veerdekompleks

ΔH

Effekvankatalisator

Reaksieverloop

PotensieleEne

rgie-E

P(kJ)

EA

Reaktante

Produkte

Geak:veerdekompleks

ΔH

Effekvankatalisator


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Sure en BasisseSUUR / BASIS DEFINISIES

Arrhenius:‘n Suur is ‘n stof wat in water ioniseer om waterstofione (H+) te vorm.‘n Basis is ‘n stof wat in water dissosieër om hidroksiedione (OH−) te vorm.

Bronsted-Lowry: ‘n Suur is ‘n stof wat ‘n proton (H+) skenk.‘n Basis is ‘n stof wat ‘n proton (H+) ontvang.

POLIPROTIESE SURESommige sure kan meer as een proton skenk. Die aantal protone wat ‘n suur skenk staan bekend as die protisiteit.

GEKONJUGEERDE SUUR-BASIS PARE‘n Suur vorm ‘n gekonjugeerde basis wanneer dit ‘n proton skenk.suur gekonjugeerde basis + H+

‘n Basis vorm ‘n gekonjugeerde suur wanneer dit ‘n proton ontvang.basis + H+ gekonjugeerde suur

Gekonjugeerde suur-basispare is verbindings wat slegs met die teenwoor-digheid van ‘n proton, of H+, verskil.

AMFOLIET/AMFOTERIESE STOWWEAmfoliet - ‘n Stof wat as beide ‘n suur of ‘n basis kan optree.

Amfoteriese/amfiprotiese stowwe kan dus ‘n proton skenk of ontvang. Alge-mene amfoliete sluit H2O, HCO3− en HSO4− in.

HSO4− as ‘n amfoliet:

Suur: HSO4− + H2O SO42− + H3O+

Basis: HSO4− + H2O H2SO4 + OH−

STERK TEENOOR SWAKDie sterkte van ‘n suur/basis verwys na die vermoë van ‘n stof om te ioniseer of dissosieer.SUUR

‘n Sterk suur sal volledig in water ioniseer.HCl (g) + H2O (l) H3O+ (aq) + Cl− (aq) (sterk suur → swak gekonjugeerde basis)’n Swak suur sal slegs gedeeltelik in water ioniseer.2H2CO3 (l) + 2H2O (l) 2H3O+ (aq) + CO32− (aq) + H2CO3 (aq) (Swak suur → sterk gekonjugeerde basis)

BASIS

‘n Sterk basis sal volledig in water dissosieer.NaOH (s) Na+ (aq) + OH− (aq) (sterk basis→ swak gekonjugeerde suur)

‘n Swak basis sal slegs gedeeltelik in water dissosieer.Mg(OH)2 (s) Mg2+ (aq) + 2OH− (aq) + Mg(OH)2 (aq)(swak basis → sterk gekonjugeerde suur)

NH3 is ‘n uitsondering, dit sal ioniseer.NH3 (g) + H2O (l) OH− (aq) + NH4+ (aq)

GEKONSENTREERD TEENOOR VERDUN Konsentrasie is die hoeveelheid opgeloste stof wat in ‘n gegewe volume oplosmiddel opgelos is.

‘n Gekonsentreerde suur is ‘n suur met ‘n groot hoeveelheid opge-loste stof (suur) wat in ‘n klein volume oplosmiddel (water) opgelos is.

‘n Verdunde suur is ‘n suur met ‘n klein hoeveelheid opgeloste stof (suur) wat in ‘n groot volume oplosmiddel (water) opgelos is.

Gekonsentreerde sterk suur - 1 mol.dm-3 van HCl

Gekonsentreerde swak suur - 1 mol.dm-3 van CH3COOH

Verdunde sterk suur - 0,01 mol.dm-3 van HCl

Verdunde swak suur - 0,01 mol.dm-3 van CH3COOH ALGEMENE SUREALGEMENE SURE ALGEMENE BASISSEALGEMENE BASISSE

Soutsuur (HCl) S

T E R K

Natriumhidroksied (NaOH)

S T E R K

Salpetersuur (HNO3)

S T E R K

Kaliumhidroksied(KOH)

S T E R K

Swaelsuur (H2SO4)

S T E R K Natriumwaterstof-

karbonaat (NaHCO3)

S WAK

Koolsuur (H2CO3) S

WAK

Kalsiumkarbonaat (CaCO3)

S WAK

Asynsuur / etanoësuur (CH3COOH)

S WAK

Natriumkarbonaat (Na2CO3)

S WAK

Fosforsuur (H3PO4)

S WAK

Ammoniak (NH3)

S WAK

pHDie pH van ‘n oplossing is die getal wat die suurheidsgraad of alkaliniteit van ‘n stof voorstel. Die pH kan as die negatiewe logaritme van die waterstof-ioonkonsentrasie in die oplossing gedefinieer word. Hoe groter die H+ konsentrasie in die oplossing, hoe meer suur is die oplossing en hoe laer is die pH van die oplossing. Hoe laer die H+ konsentrasie in die oplos-sing, hoe meer alkalies is die oplossing en hoe hoër is die pH van die oplossing.

Die pH-skaal strek van 0 tot 14.

VOORBEELD: Identifiseer die gekonjugeerde suur-basispare in die volgende voorbeeld:

1 proton- monoproties

HCl Cl− + H+

2 protone- diproties

H2SO4 HSO4− + H+

HSO4− HSO42− + H+

3 protone- triproties

H3PO4 H2PO4− + H+

H2PO4− HPO42− + H+

HPO42− PO43− + H+

INVLOED VAN SUUR/BASIS STERKTEReaksietempo Reaksietempo sal toeneem soos die sterkte van die suur- of basiskonsentrasie toeneem.

Sterker suur = hoër konsentrasie van ione = groter tempo van reaksie.

Geleidingsvermoë Geleidingsvermoë neem toe soos die sterkte van die suur/basis toeneem.

Sterker suur = hoër konsentrasie van H+ = groter geleidings-vermoë.

Gekonjugeerdesuur-basispaar

Gekonjugeerdesuur-basispaar

HNO3(g) + H2O(l) →NO3−(aq) + H3O+(aq)

suur Gekonjugeerdesuur

Gekonjugeerdebasis

basis

H+

0 142 4 6 8 12101 3 5 7 9 11 13

Neu

traal


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Sure en BasissePROTOLITIESE REAKSIES

Protolitiese reaksies is reaksies waartydens protone (H+) oorgedra word.suur + metaal → sout + H2HA + M → A— + M+ + H22HNO3(aq) + 2Na(s) → 2NaNO3(aq) + H2(g)

suur + metaalhidroksied → sout + H2O HA + MOH → A— + M++ H2OH2SO4(aq) + Mg(OH)2(aq) → MgSO4(aq) + 2H2O(l)

suur + metaaloksied → sout + H2O HA + MO → A— + M+ + H2O2HCl (aq) + MgO(s) → MgCl2(aq) + H2O(l)

suur + metaalkarbonaat → sout + H2O + CO2HA + MCO3 → A— + M+ + H2O + CO2HCl (aq) + CaCO3(s) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Die ioniese sout is uit A— (van die suur) en M+ (van die basis) opgemaak.

INDIKATORS‘n Indikator is ‘n verbinding wat van kleur verander volgens die pH van ‘n oplos-sing. Tydens titrasies, moet die indikator volgens die suurheidsgraad/alkaliniteit, van die sout wat vorm, gekies word. (sien hidrolise)

Neutraal: pH 7

Neutralisasie is wanneer die ekwivalensiepunt bereik is. Die ekwivalensiepunt is NIE by ‘n pH van 7 nie, maar wanneer die molêre hoeveelheid van die suur en basis dieselfde is volgens die molverhouding. Die pH by neutralisasie hang van die sout wat vorm af. (sien hidrolise)

INDIKATORKLEUR

IN SUUR

KLEUR IN

BASIS

KLEUR BY EKWIVALENSIE

PUNT

pH REEKS VAN EKWIVALENSIE

PUNT

Lakmoes Rooi Blou 4,5 - 8,3

Metieloranje Rooi Geel Oranje 3,1 - 4,4

Bromotimolblou Geel Blou Groen 6,0 - 7,6

Fenolfthaleïen Kleurloos Pink Ligte pink 8,3 - 10,0

TITRASIE‘n Titrasie is ‘n praktiese laboratoriummetode om die konsentrasie van ‘n suur of ‘n basis te bepaal. Die konsentrasie van ‘n suur of ‘n basis kan deur akkurate neutralisasie met ‘n standaardoplossing bepaal word. ‘n Standaardoplossing is ‘n oplossing waarvan die konsentrasie bekend is. Neutralisasie vind by die ekwivalensiepunt plaas, wanneer die molêre hoeveelheid van suur en basis dieselfde is volgens die molverhouding.

n- aantal mol van ‘n stof (mol)/molverhoudingc- konsentrasie van suur/basis (mol.dm−3)V- volume van oplossing (dm3)

na

nb= caVa

cbVb

1 mL = 1 cm31 L = 1 dm31000 mL = 1 L1000 cm3 = 1 dm3

HIDROLISE VAN SOUTE

Hoe om pH van ‘n sout te bepaal

SUUR BASIS SOUT

Sterk Swak Suur

Sterk Sterk Neutraal

Swak Swak Neutraal

Swak Sterk Alkalies

Opstel van ‘n titrasie

1. Pipeteer die bekende oplossing in die koniese fles (gewoonlik die basis).

2. Voeg die geskikte indikator by die koniese fles.

3. Voeg ‘n onbekende konsentrasie van die oplossing in die buret (gewoonlik die suur).

4. Voeg die oplossing van die buret druppel vir druppel by die koniese fles (onthou om te meng).

5. Stop wanneer die indikator die neutralisasie- of ekwivalensiepunt bereik het.

VOORBEELD:

Tydens ‘n titrasie word 25 cm3 van ‘n verdunde H2SO4 oplossing, geneutral-iseer deur 40 cm3 NaOH oplossing. Indien die konsentrasie van die H2SO4

oplossing 0,25 mol.dm3 is, bereken die konsentrasie van die NaOH.

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2Ona = 1ca = 0,25 mol ⋅ dm−3Va = 25 cm3

nb = 2cb = ? Vb = 40 cm3

Deur titrasie formulenanb

= caVacbVb

12 = (0,25)(0,025)

cb(0,04)

cb = 0,31 mol ⋅ dm−3

Suur: n = cV

= (0,25)(25 × 10−3)= 6,25 × 10−3 mol

Basis:c = n

V

= 6,25 × 10−3 × 240 × 10−3

= 0,31 mol ⋅ dm−3

Deur eerste beginsels:

Suur Va

Basis & Indikator

Vb

Buret

Koniese fles

NH4ClNH4Cl → NH4+ + Cl–

NH4+ + H2O → NH3 + H3O+Cl– + H2O → HCl + OH–

·NH3 is ‘n swak basis ·Ewewig lê na regs ·Hoë konsentrasie H3O+

·HCl is ‘n sterk suur ·Ewewig lê na links ·Lae konsentrasie OH–

Hoë [H3O+], lae [OH–],∴NH4Cl(aq) is suur (pH<7)

Hidrolise is die reaksie van ‘n sout en water. Tydens die hidrolise, sal die sout ‘n suur, alkali of neutrale oplossing vorm. Die suur-heidsgraad van die sout hang af van die relatiewe sterkte van die suur en basis wat gebruik word.

Na2CO3Na2CO3 → 2Na+ + CO32–

Na+ + H2O → NaOH + H+CO32– + 2H2O → H2CO3 + 2OH–

·NaOH is ‘n sterk basis ·Ewewig lê na links ·Lae konsentrasie H+/H3O+

·H2CO3 is ‘n swak suur ·Ewewig lê na regs ·Hoë konsentrasie OH–

Lae [H3O+], hoë [OH–],∴Na2CO3(aq) is alkalies (pH>7)


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©RedoksreaksiesREDOKSREAKSIE

‘n Redoksreaksie is ‘n reaksie waarin daar ‘n oordrag van elektrone tussen die elemente is.

Oksidasie is die verlies aan elektrone. (oksidasietoestande neem toe)Reduksie is die wins aan elektrone. (oksidasietoestande neem af)

Die oksideermiddel is die stof wat elektrone ontvang. Dit is die stof wat gereduseer word en wat veroorsaak dat ‘n ander stof oksideer.

Die reduseermiddel is die stof wat elektrone skenk. Dit is die stof wat geoksideer word en wat veroorsaak dat ‘n ander stof reduseer.

OKSIDASIETOESTANDEOksidasiegetalle word aan elemente in ‘n reaksie toegeken om hulle elektronbeweging dop te hou. Die oksidasiegetal is soortgelyk aan die valensie van die element.

Reëls vir die toekenning van oksidasiegetalle.

1. Suiwer elemente en diatomiese elemente (bv. O2) = 0.

2. Waterstof = +1 (behalwe as dit met ‘n metaal bind, dan −1)

3. Suurstof = -2 (behalwe met peroksiede, bv. H2O2, = −1)(wanneer met fluoor verbind = +2)

4. Metale = Groepnommers.groep 1 = +1; groep 2 = +2; groep 3 = +3

5. Die oksidasienommer van monoatomiese ione is dieselfde as sy lading. Bv. Zn2+: Zn = +2

6. Groep 17 elemente = −1

7. Die oksidasienommer van ‘n oorgangselement word deur romeinse syfers aangedui. Bv. Yster(III)chloried : Fe = +3

8. In ‘n neutrale verbinding is die som van die oksidasiegetalle gelyk aan 0.

9. In ‘n poliatomiese-ioon is die som van die oksidasiegetalle gelyk aan die lading van die ioon.

VOORSTELLING VAN REDOKSREAKSIESRedoksreaksies kan deur twee halfreaksies wat die oordrag van elektrone wys, voorgestel word.

Oksidasie halfreaksie: X → X2+ + 2e− (elektrone word as ‘n produk gewys)Reduksie halfreaksie: Y + 2e− → Y2− (elektrone word as ‘n reaktant gewys)

Netto-reaksie: X + Y → XY (Geen elektrone word gewys nie)

VOORBEELD: 1. Identifiseer die oksideer- en reduseermiddel in elk van die volgende reaksies: a) CuO + H2 →Cu + H2O b) 2NO + 2CO → N2 + CO2

VELOKS: Verlies aan elektone is oksidasie

VEO: Verlies aan elektrone is oksidasie WER: Wins aan elektrone is reduksie

VOORBEELD: Gee die oksidasiegetal van elk van die volgende elemente:

a) O2O = 0

b) H2S H = +1 S = −2

c) KMnO4K = +1Mn = +7 O = −2

d) SO42- S = +6 O = −2

e) FeCl3

Fe = +3

Cl = −1

Stap 1: Skryf alle oksidasie

getalle neer

CuO + H2 → Cu + H2O+2 −2 0 0 +1 −2

2NO + 2CO → N2 + CO2 +2 −2 +2 −2 0 +4 −2

Stap 2: Identifiseer die

verandering in lading vir elke element

Cu: +2→ 0O: −2 → −2H: 0 → +1

N: +2→ 0O: −2 → −2C: +2 → +4

Stap 3: Identifiseer wat

gereduseer/geoksideer word

Cu2+(CuO): oksidasiegetal neem af → elektron wins→gereduseer→okidiseermiddel H2: oksidasiegetal neem toe→elektron verlies→geoksideer→reduseermiddel

N2+(NO): oksidasiegetal neem af→elektron wins→gereduseer→oksideermiddel C2+ (CO): oksidasiegetal neem toe→elektron verlies→geoksideer→reduseermiddel

VOORBEELD: Skryf die gebalanseerde redoksreaksie vir die volgende reaksies: a) Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe b) Zn + AgNO3 → Ag + Zn(NO3)2

Stap 1: Skryf alle oksidasie

getalle neer

Mg + FeSO4 → MgSO4 + Fe 0 +2 +6 −2 +2 +6 −2 0

Zn + AgNO3 → Ag + Zn(NO3)2 0 +1 +5 −2 0 +2 +5 −2

Stap 2: Identifiseer die

verandering in lading vir elke element

Mg: 0 → +2Fe: +2 → 0S: +6 → +6O: −2 →−2

Zn: 0 → +2N, O: −2 → −2Ag: +1 → 0

Stap 3: Identifiseer wat

gereduseer/geoksideer word

Mg: oksidasiegetal neem toe → elektron verlies → oksidasie Fe2+ (FeSO4): oksidasiegetal neem af → elektron wins → reduksie

Ag+(AgNO3): oksidasiegetal neem af → elektron wins→reduksieZn: oksidasiegetal neem toe→elektron verlies→oksidasie

Stap 4: Skryf die

halfreaksies neer

Oks: Mg → Mg2+ + 2e−Red: Fe2+ + 2e− → Fe

Oks: Zn → Zn2+ + 2e−Red: Ag+ + e− → Ag

Stap 5: Balanseer elektrone

Oks: Mg → Mg2+ + 2e−Red: Fe2+ + 2e− → Fe

Oks: Zn → Zn2+ + 2e−Red: 2Ag+ + 2e− → 2Ag

Stap 6: Skryf netto-reaksie Fe2+ + Mg → Mg2+ + Fe 2Ag+ + Zn → Zn2+ + 2Ag

LET WEL: Die aantal e−

moet balanseer.


Grade 11 Wetenskap Kernkonsepte SCIENCE CLINIC 2018 ©Ontginning van die litosfeerLITOSFEER

• Die litosfeer bestaan uit die aarde se boonste mantel en kors.

• Die kors bevat nie-herwinbare fossielbrandstowwe, minerale en voedingstowwe.

• Die elemente in die litosfeer is nie in element vorm nie, maar in verbindings. Die verbindings is in die vorm van ertsmengsels van klip, sand en minerale.

• Mynbou en mineraalontginning is nodig om die bruikbare materiale vanuit die litosfeer te ontgin.

Myne kom voor as oppervlakmynbou en ondergrondse mynbou.

Oppervlakmynbou is die verwydering van grond en erts vanaf die oppervlak van die kors. Dit lei tot groot gate in die landskap (Kimberley, Cullinan) en is baie vernietigend vir die omgewing.

Ondergrondse mynbou behels die grawe van skagte en tonnels in die aardkors. Dit het minder im-pak op die omgewing maar is baie meer gevaarlik en benodig vaardige werkers. Dit lei ook tot groot hope verwerkte grond (mynhope).

MYNBOU IN SUID-AFRIKAGeskiedenis van mynbou in Suid-Afrika

ERA PERIODE MATERIAAL EN WAPENS

BEWYSE IN SUID-AFRIKA

Steentydperk

Vroeë (2,5 mil - 200 000 jaar gelede)

Handbyl - Skerpgemaakte klip

Mev Ples in Sterkfontein grotte

Steentydperk Middel (250 000 - 30 000 jaar gelede) Klip behandel met vuur Blombos grotteSteentydperk

Latere (30 000 jaar gelede)

Gereedskap van klip, hout en been. Pottebakkery en koper

Melkhoutboom grotte

Bronstydperk 30 000 - 1 800 jaar gelede

Brons wapens en gereedskap

Ystertydperk 1 800 jaar gelede Yster wapens en gereedskap

Mellville Koppies en Mapungubwe kookoonde

Huidige mynbouaktiwiteit in Suid-Afrika

Mynbou is belangrik vir die Suid-Afrikaanse ekonomie. ‘n Verskeidenheid minerale en edelmetale word uitgevoer. Dit stimuleer die BBP, werksgeleenthede en infrastruktuurontwikkeling.

GOUDONTGINNINGGoud is ‘n edelmetaal met ‘n hoë markwaarde.

Goud word gemyn in die Witwatersrand area (Gauteng), Welkom en Virginia (Vrystaat), Klerks-dorp (Noord-Wes) en Mpumalanga.

STAPPE IN DIE ONTGINNING VAN GOUD

1. Gouderts Gouderts word ontgin vanuit die kors

2. Vermaling: breek en maal Gouderts word gebreek en gemaal tot ‘n fyn poeier

3. Loging: Sianiedproses ‘n Sianiedoplossing word gebruik om die goud op te los.4Au(s) + 8NaCN(aq) + 2H2O(l) + O2(g) → 4NaAu(CN)2(aq) + 4NaOH(aq)

4. Sink: Neerslag & FiltrasieGoud word ontgin vanuit die oplossing deur ‘n neerslag te vorm. Sinkstof word in die oplossing opgelos, en die sink vervang die goud sodat die goud uit die oplossing neerslaan. Die goud neerslag word dan verwyder deur filtrasie.NaAu(CN)2(aq) + Zn(s) → 2Au(s) + Zn(CN)2(aq) + 2NaCN(aq)

5. Herwinning: SmeltDie neerslag word in ‘n kookoond gesmelt om goudstawe te vorm met 99% suiwer-heid.

6. Raffinering: produseer 99,9% suiwerheid Verkalking: ander metale word geoksideer in die teenwoordigheid van die goud om vogtigheid te verwyder.Samesmelting: Verkalkte materiaal word gemeng en verhit in ‘n hoogoond. Goud dryf en word verwyder.

IMPAK VAN GOUDONTGINNING OP DIE OMGEWING

Goudontginning laat gate in die grond. Die grond wat verwyder word lei tot mynhope en ‘n verlies aan biodiversiteit.

Water vanuit die myne besoedel grond- en oppervlakwater

Groot hoeveelhede energie word benodig om goud te smelt

Die sianiedproses vorm giftige sianiedverbindings

KorsBoonstemantelMantelBuitekernBinnekern

Litosfeer



YSTERONTGINNING

• Yster is ‘n sterk materiaal wat gebruik kan word in die vervaardiging van ‘n reeks toepassings.

• Groot ystermyne stimuleer werkskepping en dra by tot die BBP.

• Yster kom nie in suiwer vorm voor nie, maar word gemyn as magnetiet (Fe3O2) and hematiet (Fe2O3).

• Gemyn in Kathu (Noord-Kaap) en Thabazimbi (Limpopo).

FOSFAATONTGINNINGFosfate is ‘n primêre voedingstof vir alle plante. Fosfate stimuleer wortelontwikkeling en verspoedig die groei van blomme.

Fosfate word gebruik in die vervaardiging van kunsmis, fosforsuur en voedselaanvullings.

Die grootste fosfaatmyn in Suid-Afrika is in Phalaborwa (Limpopo).

Fosfate word verwerk by Foskor (Richardsbaai) om fosforsuur en kunsmis te vervaardig.

1. MynYstererts word gemyn in oop-groef myne

2. MalingYstererts word gemaal en verwerk na kleiner erts deeltjies

3. Skeiding en sorteringYstererts word geskei volgens suiwer-heid. Hoë gehalte erts gaan direk na die hoogoond. Laer gehalte erts ondergaan eers benifisiëring.

4. BenifisiëringLaer gehalte erts word verder vermaal en gewas om flodder te form. Die flodder word gemagnetiseer en klonte vorm vanuit die flodder. Die klonte ondergaan sintering, wat die klonte verhard.

5. VermengingKlonte van verskeie gehaltes word ge-meng.

6. HoogoondYstererts klonte word in ‘n hoogoond ver-hit in die teenwoordigheid van kwis (kool-stof) en kalksteen (CaCO3). Erts reduseer tot suiwer yster metaal. Onsuiwerhede word verwyder as slik.

IMPAK VAN YSTERONTGINNING OP DIE OMGEWING

Oop-groef myne vernietig die landskap en die plantlewe.

Groot hoeveelhede water word benodig, wat die aantal beskikbare grondwater verminder.

Groot oop-groef myne veroorsaak baie stof (lug besoedeling).

Groot hoeveelhede CO2 word vrygelaat tydens die smeltproses.

Groot hoeveelhede elektrisiteit word verbruik om erts te smelt.

Yster produkte (staal ens.) is herwinbaar, maar die herwinning daarvan verg baie elektrisiteit.

STAPPE IN DIE ONTGINNING VAN YSTER

STAPPE IN DIE ONTGINNING VAN FOSFAAT

1. MynFosfate word gemyn in oop-groef myne. Hoë gehalte uitskot ook verkry uit kopermyne.

2. Primêre vergruising Fosfaat klip word gebreek in growwe erts.

3. Sekondêre & Tersiêre vergruising Growwe erts word vergruis tot ‘n fyn poeier.

4. Maling Die fyn poeier word met water gemeng om flodder te vorm.

5. Skuimflottasie Lug word deur die flodder geborrel om fosfate te skei.

6. Filtrasie Fosfate word filtreer vanuit die flodder.

7. Droging Fosfate word verhit en gedroog om poeier te vorm.

8. VervoerFosfate word na kunsmismaatskappye / verwerkingsaanlegte vervoer.

8.a) Kunsmismaatskappye Swaelsuur word bygevoeg om oplosbare superfosfate te vorm. Superfosfate word in kunsmis gebruik.2Ca5(PO4)3F + 7H2SO4 → 3Ca(H2PO4)2 + 7CaSO4 + 2HF

8.b) Verwerkingsaanleg Fosforsuur word bygevoeg om oplosbare triplesuperfosfate te vorm. Omdat die produk geen kalsiumsulfaat bevat nie, het die produk ‘n groter persentasie fosfaat.Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O → 5Ca(H2PO4)2 ⋅ H2O + HF

IMPAK VAN FOSFAATONTGINNING OP DIE OMGEWING

Die verwerking van fosfate vorm fluoried en SO2 uitlaatgasse wat die lug besoedel.

Fosfaatprodukte kan watersisteme besoedel en lei tot eutrofikasie (alge floreer, alge gaan dood, ontbind-ing van alge verwyder suurstof uit die water, waterdiere gaan dood).

Ontginning van die litosfeer

YsterertsKwis(C)Kalksteen(CaCO3)

AfvalgasseYsterertsgereduseertotystermetaal(Fe(s))

600°C

800°C-1000°C

1900°C(CO2)

Slikvorm(CaSiO3)

Warmlug

Slik SlikYstermetaal Gesmelte

yster

Warmlug

Hoogoond

gr11 afr dbe smartprep · solved, through science! if you are passionately concerned about this...

Documents