introductiecursus chemie - uhasselt.be · heterogeen materiaal: geen homogene samenstelling,...
TRANSCRIPT
INTRODUCTIECURSUS
CHEMIE
HOOFDSTUK 1: INLEIDING – MOLECULEN
EN ATOMEN
1
OVERZICHT
1. Zuivere stof, moleculen en atomen
1. Moleculeformules
2. Elementen
3. Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie
9. Het periodiek systeem
2
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
3
4
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
Heterogeen materiaal: geen homogene samenstelling,eigenschappen kunnen verschillen van monster tot monster
Zuivere stof
• Elk monster heeft dezelfde samenstelling en eigenschappen
• Niet door fysische middelen te scheiden tot eenvoudigere stoffen
Vastomlijnde eigenschappen• Smeltpunt
• Kookpunt
• Brandbaarheid
• …
Voorbeelden• Water
• Marmer
• Zink
• Keukenzout
• …
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
5
Onzuivere stoffen of mengsels van zuivere stoffen
= wel door fysische middelen te scheiden (bv. destillatie, filtratie, kristallisatie,…)
Voorbeelden
• Zoutoplossing
• Melk, verf
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
6
SCHEIDING IN BOUW
7
FiltratieDestillatie van ruwe olie levert stookolie en gas
Kristallisatie van zouten
Zuivere stof
= verzameling van dezelfde deeltjes die de fysische en chemischeeigenschappen van die stof dragen
moleculen of atomen (of formule-eenheden)
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
H2O
CaCO3NaCl
Zn
8
MOLECULEFORMULES
4 H2CO3
Coëfficient= aantal moleculen
Index = aantal atomen in molecule
Index
9
MOLECULEFORMULES: SOCRATIVE
1. Waar of niet waar?
1. De index wordt steeds vóór de molecule geschreven
2. De coëfficiënt geeft aan hoeveel moleculen er zijn
2. Hoeveel atomen zitten er in 3 moleculen H2SO4?
10
SOCRATIVE
Ga naar Socrative.com
Kies student login
Kies room number 367243
11
Zuivere stof moleculen of atomen
Molecule bestaat uit atomen
Voorbeelden molecule
• H2O (water)
• CaCO3 (calciumcarbonaat)
• NaCl (keukenzout)
Voorbeelden atomen
• Zie periodiek systeem der elementen (PSE)
Let op notatie: aantal elementen in subscript!
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
12
13Elementen Atoommassa
Zuivere stof enkelvoudige stof of samengestelde stof
Enkelvoudige stof slechts één atoomsoort
Voorbeelden
• H2 ((di)waterstof)
• O2 (zuurstof)
• Ne (neon)
Samengestelde stof twee of meer atoomsoorten
Voorbeelden
• H2O (water)
• NaCl (keukenzout)
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
14
OVERZICHT INDELING STOFFEN
15
Materie
Heterogeen Homogeen
Mengsel Zuivere stof
Samengestelde zuivere stof (verbinding)
Enkelvoudige zuivere stof
1 soort moleculenmeerdere atoomsoorten
1 soort moleculen1 atoomsoort
Chemisch proces
Fysisch proces
Scheidingstechniek
meerdere soorten moleculen
STOFFEN
ZUIVERE STOF, MOLECULEN EN ATOMEN
SOCRATIVE
Waar of niet waar?
1. Een atoom kan uit meerdere moleculen bestaan.
2. Een zuivere stof kan enkel op chemische wijze gescheiden
worden.
3. Destillatie is een manier om een onzuivere stof op fysische wijze
te scheiden.
4. Een samengestelde stof bestaat steeds uit twee of meer atomen.
5. Hg (kwik) is een zuivere stof en ook een enkelvoudige stof.
16
ELEMENTEN
± 110 gekende elementen
17
ELEMENTEN
Grove indeling metalen en niet-metalen
Metalen
• Geleiden warmte en elektriciteit
• Zijn pletbaar en rekbaar
• Kunnen positieve deeltjes vormen
Niet-metalen
• Geleiden warmte en elektriciteit nagenoeg niet (isoleren ze)
• Zijn bros
• Kunnen negatieve deeltjes vormen
18
ELEMENTEN
19
ELEMENTEN: OEFENINGEN
1. Zoek de notaties van de volgende 13 elementen en bepaal of het een metaal of een niet-metaal is (tip: zie het PSE)
Lood, zink, waterstof, koolstof, stikstof, tin, calcium, helium, aluminium, kalium, zwavel, koper
2. Waarvoor staan de volgende 13 symbolen? Zijn het metalen of niet-metalen? (tip: PSE)
Cd, O, Ag, Cl, Hg, Li, Ne, Ar, Na, Fe, I, Mg, F
20
OVERZICHT
1. Zuivere stof, moleculen en atomen
1. Moleculeformules
2. Elementen
3. Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie
9. Het periodiek systeem
21
ATOOMTHEORIE
22
Niels Bohr
Fe atomen in vast ijzer
The yorkshire diamond
atomium
Volgens de atomaire structuur van diamant
ATOOMTHEORIE VAN DALTON
• “Alle materie is opgebouwd uit atomen (kleine deeltjes)”
• “Atomen zijn ondeelbaar en onafbreekbaar (noch vernietigd, noch geschapen worden)”
• “Alle atomen van een gegeven element zijn identiek (grootte, massa, eigenschappen). Atomen van verschillende elementen hebben een andere massa en eigenschappen”
• “Tijdens een chemische reactie worden atomen niet gevormd, vernietigd of omgezet in andere types atomen (atomen zijn onveranderlijk), maar treedt er een hergroepering van atomen op”
• “Verbindingen worden gevormd door de combinatie van gehele aantallen atomen van verschillende elementen. Dezelfde elementen kunnen meer dan één verbinding vormen”
23
“Knikkermodel”
ATOOMTHEORIE VAN DALTON
Kritiek op atoomtheorie van Dalton
• Atomen zijn niet de kleinste deeltjes (bv. protonen, elektronen, neutronen,…)
• Atomen zijn veranderlijk: bepaalde atomen kunnen in andere atomen omgezet worden door radioactieve ontbinding (vb. uranium)
• Atomen zijn wel deelbaar (kernsplijting)
• Atomen blijven niet behouden: bepaalde atomen kunnen vernietigd worden met vrijstelling van energie in kernreacties
• Atomen van eenzelfde element zijn niet altijd identiek in massa aangezien er “isotopen” bestaan
Kernfysica en -chemie: atoomtheorie van Dalton is onbruikbaar
24
ATOOMTHEORIE VAN BOHR
H2O
25
Niels Bohr
ATOOMMODEL BOHR VERSUS
QUANTUM MECHANICA
26
CHEMISCHE REACTIE
Chemische reactie: hergroepering van atomen om nieuwe moleculen te vormen
Voorbeeld
Mg + 2 HCl MgCl2 + H2
+ +
27
ATOOMTHEORIE : SOCRATIVE
Waar of niet waar?
1. Atomen zijn onveranderlijk.
2. Dalton werkte in een kerncentrale.
3. Een chemische reactie is een hergroepering van moleculen.
4. Atomen zijn ondeelbaar.
28
20 MIN
PAUZE
29
OVERZICHT
1. Zuivere stof, moleculen en atomen
1. Moleculeformules
2. Elementen
3. Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie
9. Het periodiek systeem
30
ATOOMMASSA SOCRATIVE
Hoeveel weegt 1 atoom H?
A. 1,67 g
B. 0,00167 g = 1,67.10-3 g
C. 0,00000167 g = 1,67.10-6 g
D. 0,00000000167 g = 1,67.10-9 g
E. 0,00000000000000000000000167 g = 1,67.10-24 g
31
ATOOMMASSA
(Absolute) atoommassa m van enkele atomen
• H 1,67 x 10-27 kg
• C 20,04 x 10-27 kg
• N 23,38 x 10-27 kg
Veel te klein om mee te werken!
Relatieve atoommassa Ar
1 unit = 1,67 x 10-27 kg = 1 amu of 1 u
32
Standaard kilogramGebaseerd op massa van 1 liter zuiver water
Niet zo vreemd als je denkt…
ATOOMMASSA
Formules
Relatieve atoommassa
Voorbeelden
• H 1,0079
• C 12,011
• N 14,0067
Absolute atoommassa
Voorbeelden
• H 1,67 x 10-27 kg OF 1,0079 u
• C 20,04 x 10-27 kg OF 12,011 u
• N 23,38 x 10-27 kg OF 14,0067 u
Ar = matoom/u
matoom = Ar . u
33
34
Opzoeken Ar? in periodiek systeem der elementen
ATOOMMASSA
Hoeveel weegt 1 atoom H?
A. 1,67 g
B. 0,00167 g = 1,67.10-3 g
C. 0,00000167 g = 1,67.10-6 g
D. 0,00000000167 g = 1,67.10-9 g
E. 0,00000000000000000000000167 g = 1,67.10-24 g
35
ATOOMMASSA: OEFENINGEN
1. Geef de relatieve atoommassa van volgende 10 elementen (Tip: PSE)
He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ag, Pb
Wat valt er op in relatie met het atoomnummer?
2. Geef de absolute atoommassa van volgende 5 elementen (Tip: PSE)
He, C, N, O, Pb
3. Hoeveel is 1,67 x 10-27 kg in g?
36
MOLECULEMASSA
(Absolute) moleculemassa m en relatieve moleculemassa Mr
Optellen van atoommassa’s naargelang aantal atomen
Voorbeeld: moleculemassa van water H2O
• Absolute atoommassa’s m
• H: 1,67.10-27 kg
• O: 26,78.10-27 kg
• Relatieve atoommassa’s Ar
• H: 1,0079
• O: 15,999
• Relatieve moleculemassa Mr
• 2 * 1,0079 + 15,999 ≈ 18
Basiskennis!
37
MOLECULEMASSA: OEFENINGEN
1. Geef de relatieve moleculemassa van volgende 5 moleculen
1. HCl (zoutzuur)
2. H2 ((di)waterstof)
3. HNO3 (waterstofnitraat)
4. NaCl (keukenzout)
5. C8H18 (octaan)
2. Geef de absolute moleculemassa van volgende 2 moleculen
1. O2 (zuurstof)
2. CH4 (methaan)
38
DE MOL
Aanduiding aantal deeltjes
Welke deeltjes?
Blijft gelijk: atomen, moleculen, ionen, elektronen, ...
Massa van 1 mol deeltjes
Voorbeeld1 mol water (H2O)
• 6,02 x 1023 deeltjes
• Relatieve moleculemassa Mr (H2O) = 18
• M (H2O) = 18 g/mol
1 mol = 6,02 x 1023 deeltjes getal van Avogadro NA
Massa van 1 mol deeltjes (molaire massa M) = Ar of Mr uitgedrukt in g
39
DE MOL: OEFENINGEN
1. Waarvoor staan de volgende 3 symbolen
1. m
2. Mr
3. Ar
2. Wat is de eenheid van volgende 3 grootheden:
1. Molaire massa
2. Relatieve deeltjesmassa
3. Absolute deeltjesmassa
3. Hoeveel gram weegt
1. 2 mol H2
2. 4 mol HCl
3. 10 mol Pb40
WETTEN VAN AVOGADRO
1 mol is steeds 6,02 x 1023 deeltjes, van om het even welke stof
1 mol van gelijk welk gas neemt steeds eenzelfde volume in bij gelijketemperatuur (T) en druk (p):
DUS bij 0 °C en 101300 Pa:
• 1 mol H2 neemt 22,42 liter in
• 1 mol He neemt 22,42 liter in
• 1 mol O2 neemt 22,42 liter in
• ...
22,42 l bij 0 °C en atmosferische luchtdruk (101300 Pa = 1 atm)
41
LET OP !
Diatomaire gassen
Edelgassen: niet diatomair
Diatomaire stoffen die niet gasvormig zijn
42
H2, N2, O2, F2, Cl2
Br2, I2
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
WAT HEEFT DAT MET
ARCHITECTUUR TE MAKEN?
43
Lagere warmtegeleidbaarheid => betere isolatie(samen met low-E coatings of Ag laagjes)
WETTEN VAN AVOGADRO:
SOCRATIVE
Waar of niet waar?
1. Bij 0 Pa en 101300 °C neemt 1 mol van om het even welk gas exact 22,42 liter in
2. Een luchtdruk van 101300 Pa komt overeen met 1 bar
44
OVERZICHT
1. Zuivere stof, moleculen en atomen
1. Moleculeformules
2. Elementen
3. Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie9. Het periodiek systeem
45
aA + bB cC + dD
CHEMISCHE REACTIE
Reagentia Reactieproducten
Stoichiometrische coëfficiënten of voorgetallen
Mg + 2 HCl MgCl2 + H2
Evenveel atomen links als rechts!
Coëfficiënt 1 wordt weggelaten
46
CHEMISCHE REACTIE
Richtlijnen
• Eens de moleculeformules juist zijn (correcte indices), mogen dezeniet meer veranderd worden
Voorbeeld
• Vervolgens dient enkel m.b.v. de coëfficiënten het gelijk aantal atomenlinks en rechts bereikt te worden
Voorbeeld
Mg en HCl reageren tot MgCl2 en H2
Mg + 2 HCl MgCl2 + H2
47
CHEMISCHE REACTIE
Hoe een chemische reactie balanceren?
1. Bepaal hoeveel atomen van iedere soort er links en rechts zijn
2. Zoek één atoom (of complex ion zoals SO4) dat links in slechts éénmolecule staat en rechts ook in slechts één molecule staat
• Wacht met waterstof (H) en zuurstof (O) tot ‘t laatst
3. Balanceer dat atoom
• Vermenigvuldig desnoods niet-gehele getallen (bijv. 2,5)
• Breng daarna alles naar gehele getallen (vermenigvuldig bijv. gansereactie met 2)
4. Zoek het volgende atoom in onevenwicht en herhaal stap 3 voor datatoom
48
CHEMISCHE REACTIE: OEFENINGEN
Zoek de juiste coëfficiënten bij de volgende reacties
1. HCl + NaOH NaCl + H2O
2. CaO + H2O Ca(OH)2
3. HNO2 + Ca(OH)2 Ca(NO2)2 + H2O
4. Na + O2 Na2O
5. SO3 + H2O H2SO4
6. HNO3 + Ca(OH)2 Ca(NO3)2 + H2O
7. HF + KOH KF + H2O
8. HBr + Ca(OH)2 CaBr2 + H2O
9. Al + HCl AlCl3 + H2
10. P + O2 P2O5
49
OVERZICHT
1. Zuivere stof, moleculen en atomen
1. Moleculeformules
2. Elementen
3. Atoomtheorie
4. Atoommassa
5. Moleculemassa
6. De mol
7. Wetten van Avogadro
8. De chemische reactie
9. Het periodiek systeem
50
PERIODIEK SYSTEEM
Rangschikking van de elementen
• Atomen geordend volgens toenemende atoommassa (eigenlijk atoomnummer = aantal protonen, zie later)
• Periodisch weerkeren van eigenschappen
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca
Periode
Groep
51
PERIODIEK SYSTEEM
52
METALEN
53
NIET-METALEN
54
HALFMETALEN
55
PERIODIEK SYSTEEM: GROEPEN
56
PERIODIEK SYSTEEM: PERIODEN
57
ALKALIMETALEN
58
AARDALKALIMETALEN
59
HALOGENEN
60
EDELGASSEN
61
ELEMENTEN UIT HOOFDGROEPEN
62
OVERGANGSELEMENTEN
63
LANTHANIDES EN ACTINIDES
64
PERIODIEK SYSTEEM: SOCRATIVE
Waar of niet waar?
1. Het element Zn bevindt zich in een a-groep
2. Fe, Co en Ni zitten in dezelfde groep omdat ze grote horizontaleverwantschap vertonen.
3. Elementen in één periode bezitten bepaalde overeenkomsten in fysische en chemische eigenschappen.
4. Elementen in één groep bezitten bepaalde overeenkomsten in fysische en chemische eigenschappen.
5. Niet-metalen staan links in het PSE.
6. De groep van alkalimetalen bevindt zich naast die van aardalkalimetalen.
7. Het atoomnummer van een element kan afgeleid worden uit haarplaats in het PSE.
65
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 1: Geef de naam van de volgende elementen
1. C ………………………………
2. P ………………………………
3. Ca ………………………………
4. Ti ………………………………
5. Si ………………………………
VRAAG 2: Geef het symbool voor de volgende elementen
1. Lithium ………………………………
2. Chloor ………………………………
3. Magnesium ………………………………
66
HERHALINGSOEFENINGEN
VRAAG 3: Bepaal de molaire massa van de volgende stoffen
A. Fe2O3 ………………………………
B. BF3 ………………………………
C. N2O ………………………………
VRAAG 4: Hoeveel mol zitten er in 1 g van de volgende stoffen?
A. CH3OH ………………………………
B. NH4NO3 ………………………………
VRAAG 5: Zoek de juiste coëfficiënten bij de reacties op volgende slide
67
HERHALINGSOEFENINGEN
68
HERHALINGSOEFENINGEN
69