HOOFDSTUK 2

Stoichiometrie

Stoichiometrie

1Atoommassa-eenheid, atoommassa, molecuulmassa,

formulemassa.

2 getal van Avogadro, mol, molaire massa

3

4

Massa-relaties en Stoichiometrie: minimale formule,

werkelijke formule

Stoichiometrie: reactievergelijkingen

Rendement5

Reacties in waterig milieu6

Concentratiegrootheden: inleiding7

MASSA ?ABSOLUTE

MASSA

1,6 X 10-27 KG 1,6 X 10-27 KG9,1 X 10-31 KG

RELATIEVE

MASSA

1,007277 1,0086650,000548

REFERENTIEMASSA:

+ 1,6602 × 10-27 kg (u = a.m.e = a.m.u.)

PROTON ELEKTRON NEUTRON

Vorige les: referentiemassa om het werken

met atoommassa's eenvoudiger te maken

Waar komt deze referentiemassa vandaan?

Waarom niet gewoon precies de massa van 'één proton'?

De referentiemassa is de gemiddelde

massa van een kerndeeltje in 12C

12

6

-24

1 u = a.m.e. = a.m.u.

1van de absolute massa van een C-atoom

12

=1,6602×10 g

Definitie Atomaire Massa-eenheid (unit)

(soms ook "atomic mass unit", "Dalton")

• Waarom is dit maar ongeveer de massa van een kerndeeltje?

• Waarom weegt een vrij proton 1,007277 keer en een vrij neutron

1,008665 keer deze referentiemassa?

• Waarom 12C?

relatieve massa chlooratoom?

17 PROTONEN 17 1,007277 U 17,123709 U

17 ELEKTRONEN 17 0,000548 U 0,009326 U

18 1,008665 U 18,15597 U18 NEUTRONEN

35,289005 X UBEREKEND

(A – Z)

35

17 Cl

relatieve massa chlooratoom

35,289005 U

Berekende massa Experimenteel

gemeten massa

34,96885 U

MASSAVERLIES

0,32016 U"massadefect"

De a.m.u. is gedefinieerd als 1/12 van de absolute massa van een 12C-atoom

omdat de massa van een kerndeeltje afhankelijk is van de aantrekkende interacties

tussen de kerndeeltjes (die afhankelijk zijn van het aantal kerndeeltjes)

35

17 Cl

relatieve massa chlooratoom

Omzetting van massa in ENERGIE

E = mc2E = energie (J)

m = massa

c = lichtsnelheid = 2,9979 x 108 m/s

∆E = ∆mc2

35,289005 U

Berekende massa Experimenteel

gemeten massa

34,96885 U

MASSAVERLIES

0,32016 U

35

17 Cl

Energie vrijgesteld bij vorming 35

17 Cl

Massaverlies: 0,32016 X 1,6602 x 10-24 g.

Reken zelf uit hoeveel energie vrijgesteld wordt

SI- eenheid van energie: Joule

2mcE 24 8 20,32016 1,6602 10 g (3 10 m/s)E

2

2

2 s

mkg..m

s

kg.mN.mJJOULE

84,78377 10E Juist ?

gram m/s

JE 111078377,4

Massa

moet in kg

27 8 20,32016 1,6602 10 kg (3 10 ) m/sE

Relatief voorkomen

35

17 Cl

34,96885 × U

Cl35,45

Gewogen

gemiddelde

37

17 Cl

36,95 × U

75,53 % 24,47%

= 0,7553 × 34,96885 × U + 0,2447 × 36,95 × U

Relatieve atoommassa

Massagetal omdat:

• massadefect

• meerdere isotopen

Waarom dus de definitie voor U?

12

6

-24

1 u = a.m.e. = a.m.u.

1van de absolute massa van een C-atoom

12

=1,6602×10 g

Definitie Atomaire Massa-eenheid:

• Waarom is dit maar ongeveer de massa van een kerndeeltje?

massa van een kerndeeltje afhankelijk van het aantal kerndeeltjes

• Waarom weegt een vrij proton 1,007277 keer en een vrij neutron

1,008665 keer deze referentiemassa?

bij het vormen van kernen komt zoveel energie vrij dat de massa van protonen

en neutronen in een kern kleiner is dan die van vrije protonen & neutronen

• Waarom 12C?

volledig willekeurig, maar wel heel praktisch

(voor 1961 was het trouwens O, maar fysici gebruikten 16O en chemici de

gemiddelde isotopensamenstelling)

Blijft de verwachte massa dalen met

het atoomgetal?Gemiddelde massa per nucleon (proton of neutron)

Kernen vergroten doet

gemiddelde massa/nucleon verlagen

Kernen verkleinen doet

gemiddelde massa/nucleon verlagen

(=Isotoopmassa/massagetal)

(massagetal)

Kernfusie levert energie op

Kernsplijting levert energie op

Kernfusie

KERNFUSIEREACTOR

Enkele fusiereacties in de zon

2.000.000 °C tot 15.000.000 °C

Intermezzo

-straling

De moeilijkheid bij kernfusie is

het samenbrengen van de kernen

neutrino

Kernsplijting (=kernfissie)

KERNFISSIEREACTOR

KERNSPLIJTINGSPROCES

neutron

neutron

neutron

Atoomkern 235U

("uranium-235")

Intermezzo

vrijgekomen

energie

Uitdrukken van de massa

ISOTOOP

ATOOM

MOLECULE

IONAIRE

COMPONENTEN

NUCLIDEMASSA

ATOOMMASSA = AM

MOLECUULMASSA = MM

FORMULEMASSA= FM

MM = Σ AM

FM = Σ AM

Massa van één isotoop

Gewogen gemiddelde over alle isotopen

Voorbeelden uitdrukken massa

35

17 Cl

Chloor

Water = H2O

Natriumchloride

keukenzout = NaCl

34,969 1,6602 10-24 g

35,453 1,6602 10-24 g

(2 1,0079 + 15,9994) 1,6602 x 10-24 g

= 18,0152 1,6602 10-24 g

(22,99 + 35,45) 1,6602 10-24 g

= 58,44 1,6602 10-24 g

nuclidemassa

atoommassa

molecuulmassa

formulemassa

Atomen tellen is niet gemakkelijk

"voeg tien atomen koolstof toe"

"Meet 100000 atomen af en voeg toe"

“weeg 1 g koolstof en voeg toe"

U staat in het practicum. Welke opdracht volbrengt u liefst?

We definiëren een aantal deeltjes zodat dat aantal keren de atomaire massa-

eenheid precies één gram is:

C12

6En aangezien een a.m.u. 1/12 is van de massa van een atoom:

NA is het aantal atomen in 12 g

Getal van

Avogadro

C12

6

En zo vinden we de mol…

Getal van Avogadro = NA = 6,02 x 1023

één MOL = 6,02 x 1023 (deeltjes)= een hoeveelheid stof

MMg

Dimensie: g/mol= mg/mmol

MOLMASSA of MOLAIRE MASSA:De massa van één mol deeltjes

Formeel: geen eenheid

Door invoeren eenheid "mol" wordt doorgaans geschreven als:

6,02 x 1023 mol-1 (vereenvoudigt vaak de berekeningen)

Massa van één mol entiteiten

Cl35

17

Chloor

Water = H2O

Natriumchloride

keukenzout = NaCl

34,969 g

35,453 g

18,0152 g

58,44 g

34,969 x 1,6602 x 10-24 g

35,453 x 1,6602 x 10-24 g

18,0152 x 1,6602 x 10-24 g

58,44 x 1,6602 x 10-24 g

Molaire massa van een nuclide

Molaire massa v/e atoom

Molaire massa v/e molecule

Molaire massa van een formule

Massa van één deeltjeMassa van één mol

Even terugblikken op de energie die

gepaard gaat met het massadefect…

JE 111078377,4

Voor 35Cl hadden we gevonden:

NA (= 6.002 1023 mol-1)

13

6

6

2.88 10 J/mol

2.88 10 GJ/mol

(=8 10 kWh/mol)

E

Voor 1 mol 35Cl

Tegenwoordig kunnen we wél

atomen zien…

https://www.youtube.com/watch?v=oSCX7

8-8-q0

CO-moleculen op een metaaloppervlak

(108 keer vergroot via Scanning Tunneling Microscopy, SEM)

BOUWSTENEN VAN DE MATERIE

KWANTITATIEF

BOUW-

STENEN

KWALITATIEF KWANTITATIEF

ATOMEN Relatieve of absolute

NUCLIDEMASSA

ATOOMMASSA = AM

MOLECULEN molecuulformule Relatieve of absolute

MOLECUULMASSA =

MM

IONEN Formule-eenheid

of

Minimale formule

Relatieve of absolute

FORMULEMASSA =

FM

XA

Z

Massa-relaties

PROCENTUELE SAMENSTELLING VAN EEN VERBINDING

Berekenen van massaprocenten %(m/m)

%100)(

verbindingdevangrammassatotale

elementhetvangramaantal

Voorbeeld 1: 11,19 g H en 88,81 g O in 100 gram water

88,81 gram O×100%

100 gram water

11,9 gram H×100%

100 gram water

Wat is %(m/m) ?

Water bestaat procentueel uit 11.9% H en 88.81% O (%(m/m))

Massa-relaties

PROCENTUELE SAMENSTELLING VAN EEN VERBINDING

Totale massa: 84,01 g

STAP 1: aantal mol component per mol bestanddeel

1 mol NaHCO3 1 mol Na, 1 mol H, 1 mol C en 3 mol O

STAP 2: bepaal het

aantal gram van

iedere component

en de massa van

het bestanddeel in

één mol verbinding

Na 1 mol 22,99 g/mol 22,99 g

H 1 mol 1,008 g/mol 1,008 g

C 1 mol 12,01 g/mol 12,01 g

O 3 mol 16,00 g/mol 48,00 g

+

Stoichiometrie

STAP 3 : massa componentmassa % 100

massa bestanddeel

22,99massa % 100 27,36%

84,01

1,008massa % 100 1,20%

84,01

12,01massa % 100 14,30%

84,01

48,00massa % 100 57,14%

84,01

gNa

g

gH

g

gC

g

gO

g

Massa-relaties

MINIMALE FORMULE

= de verhouding van de atomen in een verbinding

m.b.v. de eenvoudigste gehele getallen

? Is omgekeerde aanpak mogelijk ?

"Bepaal de moleculaire formule op basis van de massa's

van de elementen in een verbinding"

v.b. waterstofperoxide Molecuulformule H2O2

Minimale formule HO

Structuurformule

Bepalen van het aantal mol van een element per mol verbinding op basis

van de massa% in een verbinding levert niet de molecuulformule op maar de

94.1 %(m/m) O

5.9 %(m/m) H

Massa-relaties

MINIMALE FORMULE op basis van massa's

gMM

gramin massamol aantal Opgave: 25 g van een oranje product bevat:

6,64 g K 8,84 g Cr 9,52 g O

O

1 mol On =9,52g O × =0,595 mol O

16,00 g O

K

1 mol Kn =6,64g K × =0,170 mol K

39,10 g K

Cr

8,84g Cr 1 mol Crn = 8,84g Cr × =0,170 mol Cr

52,00 g/mol Cr 52,00 g Cr

STAP 1: aantal gram omzetten naar aantal mol

In principe dienen atoomsymbolen niet geschreven te worden; hier gedaan voor de duidelijkheid

Massa-relaties

MINIMALE FORMULE = EMPIRISCHE FORMULE

aantal mol bepaald atoom

kleinste aantal mol

0,170 mol K 1 mol K=

0,170 mol K 1 mol K

0,170 mol Cr 1 mol Cr=

0,170 mol K 1 mol K

0,595 mol O 3,5 mol O=

0,170 mol K 1 mol K

STAP 2 : molverhoudingen bepalen

STAP 1: aantal gram omzetten naar aantal mol

K of Cr: kies KK:

Cr:

O:

Massa-relaties

STAP 1: aantal gram omzetten naar aantal mol

STAP 2 : molverhoudingen bepalen

1 mol van K

1 mol van Cr

3,5 mol van O

2 mol van K

2 mol van Cr

7 mol van O2 2 7K Cr O

STAP 3: bekomen waarden uit stap 2 geven de

minimale formule indien alle getallen GEHELE

GETALLEN zijn

Indien de waarden uit stap 2 geen gehele getallen zijn, deze

waarden omzetten naar GEHELE GETALLEN

kaliumdichromaat

Stoichiometrie

STAP 1: aantal gram omzetten naar aantal mol

STAP 2 : molverhoudingen bepalen

STAP 3: bekomen waarden uit stap 2 geeft de

minimale formule indien alle getallen GEHELE

GETALLEN zijn

Indien de waarden uit stap 2 geen gehele getallen zijn, deze

waarden omzetten naar GEHELE GETALLEN

Oefening 15 p 28Een koolwaterstof (bevat enkel C en H) wordt verbrand (reactie met

zuurstof) in een zuurstofrijke omgeving. Er wordt 0,4732 g CO2 en 0,1936 g

H2O gevormd. Via een onafhankelijk experiment werd de molaire massa

van dit koolwaterstof bepaald: 56,1 g/mol. Bepaal de empirische, en

daarnaast de werkelijke molecuulformule van het koolwaterstof.

Gevraagd: minimale formule + molecuulformule

Stoichiometrie

0,4732 g CO2 0,1936 g H2O

2

g

0,4732 gmol= =0.01075 mol CO =0.01075mol C

MM (44,0098 g/mol)

2

g

0,1936 gmol= =0.01075 mol H O=0.02149mol H

MM (18,0152 g/mol)

1 mol CO2 1 mol C

1 mol H2O 2 mol H

gMM

gram aantalmol aantal

CO2:

H2O:

Stoichiometrie

0,02149 mol H=1,999 2

0,01075 mol C

2CHMINIMALE FORMULE

MOLECUULFORMULE

84 HC

2MMg(CH )=14,0268 g/mol

MMg=56,1 g/mol

molaantalkleinste

atoom bepaald mol aantal

Maar er is gegeven dat MMg = 56.1 g/mol…

dus wat is de werkelijke molecuulformule?

Stoichiometrie

STAP 1: aantal gram omzetten naar aantal mol

STAP 2 : molverhoudingen bepalen

STAP 3: bekomen waarden uit stap 2 geeft de

minimale formule indien alle getallen GEHELE

GETALLEN zijn

Indien de waarden uit stap 2 geen gehele getallen zijn, deze

waarden omzetten naar GEHELE GETALLEN

Oefening 17 p 29

Een verbinding bevat enkel C, H,O (MMg = 176,1 g/mol).

Verbranding van 10,68 mg van het product resulteert in 16,01

mg CO2 en 4,37 mg H2O

Gevraagd minimale formule + molecuulformule

Stoichiometrie

Verbranding: reactie met O2

2 2C + O CO

2 24H + O 2H O

Stoichiometrie

16,01 mg CO2 4,37 mg H2O

2

g

16,01 mgmmol= =0,3638 mmol CO =0,3638mmol C

MM (44,0098mg/mmol)

2

g

4,37 mgmmol= =0,2426 mmol H O=0,4852mmol H

MM (18,0152mg/mmol)

1 mol CO2 1 mol C

1 mol H2O 2 mol H

gMM

gram aantalmol aantal

Stoichiometrie

mmol O ? Cmmol3638,0 Hmmol4852,0

verbindingmg68,10 mgOmgHmgCmg 68,10

mgOmgHmgCmg 68,10

mgCCxmmolmgC 3694,4011,123638,0

mgHHxmmolmgH 489,00079,14852,0

mgOmgHmgCmg 8216,5489,03694,468,10

OmmolmmolmgMM

mgmmolO

g

3639,0)/9994,15(

8216,5

grootheden met

Stoichiometrie

334,13638,0

4852,0

Cmmol

Hmmol

343 OHCMINIMALE FORMULE

MOLECUULFORMULE

686 OHC

molgOHCMMg /0628,88)( 343

molgMMg /1,176

Cmmol3638,0 Hmmol4852,0

Ommol3639,0

13638,0

3639,0

Cmmol

Ommol

13638,0

3638,0

Cmmol

Cmmol

X2

molaantalkleinste

atoom bepaald mol aantal

Stoichiometrie

CHEMISCHE REACTIEVERGELIJKINGEN

Chemische reactievergelijkingen

Reagentia of reactanten Producten of reactieproducten

2 moleculen waterstofgas reageren met 1 molecule zuurstofgasAtomaire, moleculaire

schaal

Molschaal

(molaire schaal)2 mol waterstofgas reageert met 1 mol zuurstofgas

2H2 + O2 2 H2O aflopende reactie

evenwichtsreactie

(reversibele reactie)2H2 + O2 2 H2O

Enkele pijl: alle

reactanten reageren

weg tot product

Dubbele pijl: niet alle reactanten

reageren weg tot productDubbele pijl ook wel

genoteerd als:

Deze vergelijking kan betekenen:

Maar ook: 4 mol waterstofgas reageert met 2 mol zuurstofgas (etc)

Stoichiometrie

OPGELET!!!: Reactievergelijkingen geven NOOITeen verband tussen het aantal GRAM , enkel tussenhet aantal MOL

GRAM

MOL

Om Stoichiometrie te kennen

Voorbeeld stoichiometrie

2MnO ( ) 4 HCl ( )v g

2 2 2MnCl ( ) Cl ( ) 2 H O ( )aq g vl

Reagentia

Reactieproducten

25 g MnO2 Hoeveel gram Cl2 wordt gevormd?

2 2

25 gmol MnO = =0,288 mol MnO

87 gmol

1 mol MnO2 levert 1 mol Cl2

0,288 mol MnO2 levert 0,288 mol Cl2

2 2

71 g0,288 mol Cl x =20,4 g Cl

mol

Limiterend reagens/overmaat

24mol H O=1,33

3mol Fe

25 mol H O=1,25

4 mol Fe

Overmaat ?

limiterend

reagens ?

Stoichiometrie:

Beschikbare hoeveelheden

3 Fe + 4 H2O Fe3O4 + 4 H2

Vertrekkend van 223,4 g ijzer en 90,1 g waterdamp, hoeveel H2 wordt gevormd?

Fe : 223,4 g/55,85 g/mol = 4 mol H2O : 90,1 g / 18,02g/mol = 5 mol

Er is te weinig H2O om alle Fe weg te laten reageren

H2O is limiterend reagens

Fe is in overmaat

Limiterend reagens/overmaat

Uit reactievergelijking blijkt:

3 Fe + 4 H2O Fe3O4 + 4 H2

4 mol H2O 4 mol H2

5 mol H2O 5 mol H2

Hoeveel Fe heeft gereageerd ?

4 mol H2O reageert met 3 mol Fe

5 mol H2O reageert met ¾ x 5 = 3,75 mol Fe

Niet gereageerd Fe: 4 mol – 3,75 mol = 0,25 mol

Limitered reagens bepaalt hoeveel

reactieproduct kan gevormd worden

Fe in overmaat aanwezig of H2O is in beperkte hoeveelheid aanwezig

Er wordt 5 mol H2 gevormd

Limiterend reagens/overmaat

ALGEMEEN: bepaling LIMITEREND REAGENS

x A + y B reactieproducten

Kijken naar stoichiometrie:

IN PRAKTIJK: y

x

Bmol aantal

Amol aantal

B: beperkend

reagens

A: beperkend

reagens

y

x

Bmol aantal

Amol aantal

y

x

Bmol aantal

Amol aantal

RENDEMENT VAN EEN REACTIE

%100opbrengsthetheoretisc

opbrengsteleexperiment

%

rendement

Bepalen via de stoichiometrie

(REACTIEVERGELIJKING)

Bepalen VIA EXPERIMENTEN

Stoichiometrie

Een oxide van lood bestaat voor

90,65%(m/m) uit lood. De empirische formule

van deze component is

A) Pb2O

B) PbO

C) Pb3O4

D) Pb2O3

E) PbO2

Een verbinding tussen lood

en zuurstof

90,65 g Pb voor 100 g

loodoxide

9,35 g O

Stoichiometrie

Een oxide van lood bestaat voor

90,65%(m/m) uit lood. De empirische

formule van deze component is

A) Pb2O

B) PbS

C) Pb3O4

D) Pb2O3

E) PbO2

9,35 g O 90,65 g Pb

0,584 mol O 0,438 mol Pb

1 mol Pb0,584/0,438 =

1,33mol O

/ 0.438/ 0.438

33

3 mol Pb4 mol O

Reacties in waterig milieu

Paragraaf: II.6 (p 19 – 26)

Eerste kennismaking met reacties in waterig

milieu (beschrijvend)

Later meer uitgebreid en diepgaand:

Hoofdstukken IX en X

Reacties in waterige oplossing

METATHESE-REACTIES

(uitwisselingsreacties)

• neerslagvormend

• gasvormend

• vorming van zwak elektrolyt

REDOXREACTIES

(oxidatie-reductiereacties)

wijziging oxidatietoestand

ZUUR- BASE REACTIES

Een inleiding

Schrijven van reacties in waterige

oplossing

(aq)

(v)

(g)

Ionaire stof opgelost in water (Lat. aqua)

In vaste fase

In gasvormige fase

vb. Na+(aq) + Cl-(aq)

vb. AgCl(v) of AgCl

vb. H2S(g) of H2S↑

Altijd

noteren!

Metathesereacties: neerslag

NEERSLAGREACTIES

Vorming van een weinig oplosbare verbinding

AB + CD AD + CB

AgNO3 (aq) + NaCl(aq) AgCl (v) + NaNO3(aq)

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

AgNO3(aq) + NaCl (aq) AgCl + NaNO3 (aq): MOLECULAIRE REACTIE

Ag+ + NO3- + Na+ + Cl- AgCl + Na+ + NO3

-: IONAIRE REACTIE

Ag+ + Cl- AgCl : ESSENTIELE REACTIE

Metathesereacties: neerslag

CRITERIA VOOR OPLOSBAARHEID OPLOSBAAR: oplosbaarheid minimaal 10 g/L

LICHT OPLOSBAAR: 1 g/l <oplosbaarheid < 10 g/l

ONOPLOSBAAR: maximaal 1 g/L

OPLOSBAARHEIDSREGELS

M+: Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4+, Ag+

M2+: Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Hg2+,

Hg22+, Sn2+, Pb2+

M3+: Fe3+, Al3+, Cr3+

Niet van buiten kennen

Alle …. zijn oplosbaar Behalve

NO3- Nitraten

OAc- (CH3COO-) Acetaten

ClO3- Chloraten

Cl- Chloriden AgCl, Hg2Cl2, PbCl2

Br- Bromiden AgBr, Hg2Br2, PbBr2,

HgBr2

I- Jodiden AgI, Hg2I2, PbI2, HgI2

SO42- Sulfaten AgSO4, Hg2SO4,

PbSO4, CaSO4,

BaSO4, SrSO4

Niet van buiten kennen

Metathesereacties: neerslag

Alle …. zijn onoplosbaar Behalve

S2- Sulfiden NH4+ en IA+ IIA -

groep elementen en

CO32- Carbonaten NH4

+ en IA- groep

elementen

SO32- Sulfieten NH4

+ en IA- groep

elementen

PO43- Fosfaten NH4

+ en IA- groep

elementen

OH- Hydroxiden NH4+ en IA- groep

elementen en Ca(OH)2

en Ba(OH)2 en

Sn(OH)2

Niet van buiten kennen

Metathesereacties: neerslag

Metathesereacties: zwak elektrolyt

VORMING VAN EEN ZWAK ELEKTROLYT

WAT zijn ELEKTROLYTEN?:verbindingen die in opgeloste of

gesmolten toestand voornamelijk splitsen in kationen en anionen en

zo goed elektrische stroom kunnen geleiden

STERKE

ELEKTROLYTEN

ZWAKKE

ELEKTROLYTEN

NIET

ELEKTROLYTEN

In verdunde

oplossingen: quasi

volledig

gedissocieerd in

ionen

In verdunde

oplossingen:

gedeeltelijk

gedissocieerd in

ionen

Niet gedissocieerd in

ionen

Elektrolyten geleiden stroom in water

Geen elektrolyt Sterk elektrolyt Zwak elektrolyt

Vrijwel volledig gedissocieerd Onvolledig gedissocieerd

Metathesereacties : zwak elektrolyt

STERKE

ELEKTROLYTEN

ZWAKKE

ELEKTROLYTEN

NIET

ELEKTROLYTEN

• Goed

oplosbare

zouten

• Slecht

oplosbare

zouten

Stoffen die niet

splitsen in ionen

(alcohol, …)• Sterke zuren

• Sterke basen

• Zwakke zuren

• Zwakke basen

• Water

Metathesereacties: zwak elektrolyt

AB + CD AD + CB

HCl(g) + NaOH(aq) H2O + NaCl(aq)

zwak elektrolyt

HCl(g) + NaOH(aq) H2O + NaCl(aq): MOLECULAIRE REACTIE

H+ + Cl- + Na+ + OH- H2O + Na+ + Cl-: IONAIRE REACTIE

H+ + OH- H2O : ESSENTIELE REACTIE

Metathesereacties: gasvormend

VORMING VAN EEN GAS

AB + CD AD + CB

2 HCl(g) + Na2S(aq) H2S(g) + 2 NaCl(aq)

2 HCl(g) + Na2S(aq) H2S + 2 NaCl(aq)

2 HCl(g) + Na2S(aq) H2S(g) + 2 NaCl(aq): MOLECULAIRE REACTIE

2 H+ + 2 Cl- + 2 Na+ + OH- H2S + 2 Na+ + 2 Cl-: IONAIRE REACTIE

2 H+ + S2- H2S : ESSENTIELE REACTIE

Metathesereacties: gasvormend

GAS Reactie (moleculaire reacties)

H2SSulfide + zuur

NiS (v) + 2 HCl H2S (g) + NiCl2

CO2Carbonaat + zuur

Na2CO3 + 2 HCl H2CO3 + 2 NaCl

H2O + CO2

SO2Sulfiet + zuur

K2SO3 + 2 HCl H2SO3 + 2 KCl

H2O + SO2

NH3Ammoniumzout + sterke base

NH4Cl + NaOH NH4OH + NaCl

NH3 + H2O

Metathesereacties: gasvormend

Vormen doorgaans een gas als gevormd in oplossing:

• H2, O2, N2, Cl2• H2S, PH3, NH3

• De oxiden van

• koolstof (CO, CO2)

• zwavel (SO2, SO3)

• stikstof (NO, NO2)

• de halogenen F2 en Cl2

Redoxreacties

Reacties waarbij elektronen transfereren naar een ander atoom

Reductans

Oxidans

… wordt geoxideerd

… wordt gereduceerd

Oxidatie:

elektronen

verliezen

Reductie:

elektronen

bijkrijgen

? "reductie" betekent verlaging, maar er komen elektronen bij?

De lading of 'hypothetische lading' verlaagt (elektronen zijn negatief)

Redoxreacties: wijziging in oxidatietoestand

Reacties waarbij elektronen transfereren naar een ander atoom

Atomen ondergaan hierbij een wijziging in oxidatietoestand.

OXIDATIETOESTAND

hypothetische lading die een atoom zou

hebben indien alle bindingen die het

aangaat met zijn naburen puur ionaire

bindingen zouden zijn, waarbij alle

bindingselektronen bij één van de partners

horen

Later meer in hoofdstuk 4

O

H H

O

H H

O

H H

Vb. H2O

"O is elektronegatiever dan H"

O trekt de bindingselektronen meest naar zich toe

O: -2

H: +1

Elektronegativiteit doorheen het PSE

Sterk elektronegatief

Weinig elektronegatief

In meeste periodieke systemen weergegevan als "Pauling electronegativity"

Bepaling oxidatietoestand: regels

1. In enkelvoudige stoffen is de oxidatietoestand van de atomen nul

vb. metallisch Na, metallisch Ag, Cl2-gas, O2-gas, P4

2. In monoatomische ionen is de oxidatietoestand gelijk aan de

lading van het ion

vb. voor Cu2+: +2, voor Na+: +1

Elk atoom één bindingselektron

(beide bindingspartners 'trekken' even

hard aan de bindingselektronen)

Bepaling oxidatietoestand: regels

3. Sommige atomen, hebben dezelfde oxidatietoestand in (bijna)

alle verbindingen; dit is een logisch gevolg van hun respectievelijk hoge

of lage elektronegativiteit:

- fluor, chloor, broom: -1 (tenzij als zuiver element: dan dus nul) tenzij

wanneer chloor of broom verbonden zijn aan zuurstof; zie voorbeeld

perchloraat bij item 4 hierna beschreven

- zuurstof: -2 tenzij in peroxiden (vb. H2O2): -1 of in superoxiden (bv.

NaO2): - ½

- waterstof: +1, behalve in metaalhydriden (bv. NaH, CaH2): -1

- alkalimetalen (in zouten met lithium, natrium, kalium): +1

- aardalkalimetalen (in zouten met beryllium, magnesium, calcium): +2

Bepaling oxidatietoestand: regels

4. De algebraïsche som van de oxidatietoestanden in een verbinding

moet gelijk zijn aan de totale lading van de gehele entiteit.

vb. -Al2O3 heeft lading nul met 2 Al3+ en 3 O2- : 2 x (+3) + 3 x (-2) = 0

-H2O heeft lading nul met 2 H+ en O2- : 2 x (+1) + 1 x (-2) = 0

-ClO4- heeft lading -1 met Cl7+ en 4 O2- : 1 x (+7) + 4 x (-2) = -1

zuurstof is net iets meer elektronegatief dan chloor, dus “krijgt”

zuurstof formeel alle elektronen rond zich en dus blijft zijn

oxidatietoestand ongewijzigd als -2, terwijl chloor formeel

"elektronen verliest” – hier zelfs tot oxidatietoestand +7

Redoxreactie: 2 halfreacties

oxidatiereactie

reductiereactie

2 (H2 2 H+ + 2 e- )

O2 + 4 e- 2 O2-

2 H2 + O2 4H+ + 2O2-

2 H2 + O2 2H2O

Oxidatietoestand H verhoogt

Oxidatietoestand O verlaagt

Vb. verbranding van H2 kan formeel geschreven worden als:

De 2 halfreacties (oxidatie & reductie) vormen samen de totale reactie

waarbij er geen elektronen meer voorkomen in de totale reactie:

het aantal opgenomen elektronen is gelijk aan het aantal gevormde elektronen

Voorbeeld:

Reactie van kaliumdichromaat met KCl(aq)

in zuur midden (HCl) geeft Cl2 en CrCl3

Los op met de methode van de halfreacties.

Ken de nomenclatuurbijlage 1 : Kaliumdichromaat : K2Cr2O7(aq)

Eenvoudig te vinden als chromaat gekend: CrO42-

, anion van chroomzuur H2CrO4

Dizuren: dubbele formule & water splitst af: H2Cr2O7 dichromaat is Cr2O72-

Standaardprocedure redoxreacties:

methode van de halfreacties1. Schrijf de essentiële begin- en eindproducten op van elke

halfreactie en balanceer (zet de voorgetallen juist van) de atomen

die veranderen van oxidatietoestand

2. Balanceer de O en H atomen in elke reactie1. Voor reacties in zuur midden

• Waar O tekort is: voeg eventueel H2O toe

• Waar H tekort is: voeg eventueel H+ toe

2. Voor reacties in basisch midden• Waar O tekort is: voeg 2 OH- toe per ontbrekend O en een H2O aan de andere kant

• Waar H tekort is, voeg H2O toe per ontbrekend H en evenveel OH- aan de andere kant

3. Balanceer de ladingen: waar negatieve ladingen tekort zijn voegt

men evenveel elektronen toe, en waar negatieve ladingen teveel

zijn trekt men evenveel elektronen af.

4. Vermenigvuldig elke deelreactie zodanig dat het totaal aantal

uitgewisselde elektronen in elke deelreactie gelijk wordt.

5. Sommeer beide deelreacties tot de totaalreactie (zodat hier geen

aparte elektronen meer staan en vereenvoudig tenslotte (indien

nodig) de voorgetallen.

• Gebruik van de methode van de halfreacties

vereist géén kennis van de oxidatiegetallen

• Beste optie voor het oplossen van

redoxvergelijken in waterig milieu

Aangeraden methode in deze cursus

• Moeilijkste stap: eerste stap

• Zouten best splitsen in positief en negatief deel (maar

lukt ook zonder)

• Zuurresten van oxozuren en covalente verbindingen

NOOIT splitsen

Zuur-basereacties

Wat is een zuur ? Wat is een base ?

Definitie volgens Brönsted-Lowry:

Zuur: H+- donor ("protondonor")

Base: H+ - acceptor ("protonacceptor")

Sterk zuur: HA H+ + A- volledig aflopende reactie

Zwak zuur: HA H+ + A- reactie gaat slechts voor een deel door

Zuur HA Zuurrest A- ("geconjugeerde base")

Sterke base: B + H+ BH+ volledig aflopende reactie

Zwakke base: B + H+ BH+ reactie gaat slechts voor een deel door

Base B "geconjugeerd zuur" BH+

Zuur-basereacties

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

Zuur ZuurBaseBase

Geconjugeerd paar

H3O+/H2O

CH3COOH/CH3COO-

Zuur kan slechts proton afgeven als opgenomen door een base:

HA + B BH+ + A- (sterk zuur en/of sterke base)

HA + B BH+ + A- (zwak zuur & zwakke base)

Water kan hierbij ook reageren als zuur of base!

HA + H2O H3O+ + A-

HA H+ + A-

Voorbeeld:

B + H2O BH+ + OH-

Zuur-basereacties

Zouten ontstaan door de reactie van zuren met basen:

HCl + NaOH NaCl + H2O

Stoffen die OH- genereren in water zijn ook basen

(ook al nemen ze zelf geen H+ op):

NaOH Na+ + OH−

Is op zich een base die een H+ kan opnemen:

OH− + H+ H20

HCl + NH3 (NH4)Cl

Later meer in hoofdstuk 9

Concentratiegrootheden: een intro

Concentraties worden algemeen uitgedrukt als:

= HOEVEELHEID OPGELOSTE STOF .

HOEVEELHEID OPLOSSING of OPLOSMIDDEL

Hoe deze hoeveelheden uitdrukken ?

Massa

MassaVolume

Volume

Massa

Volume

mol

Volumemol

Massa

mol .

totaal mol

Concentratiegrootheden: een intro

Grootheid AfkortingMassaprocenten %(m/m)

Volumeprocenten %(v/v)

Massa-

volumeprocenten

%(m/v)

)oplossing(mg/kg,...g100

)component(mg/kg,...g

sing,...)oplos(L/dmml100

nent,...)compo(L/dmml3

3

oplossingml100

componentg

Concentratiegrootheden: een intro

Grootheid AfkortingMolariteit M

Molaliteit m

Parts per million ppm (m/m)

ppm (m/v)

Parts per billion ppb (m/m)

ppb (m/v)

oplossingL

componentmol

mol component

kg oplosmiddel

oplossingkg

componentmg

oplossingL

componentmg

oplossingkg

componentµg

oplossingL

componentµg

later meer uitgebreid p 158 e.v.

Oplossingen

VERDUNNEN van een oplossing: eindconcentratie?

n1: n aantal mol

Volume V1

n2: n aantal mol

Volume V2

Hoge beginconcentratie

c1

Lage eindconcentratie

c2

verdunningsregel

Concentratie uitdrukken

VERDUNNINGSREGEL:

kan enkel toegepast worden als in de concentratiegrootheid de noemer uitgedrukt is in een volume oplossing!

cgeconcentreerde oplossing(in M) Vgeconcentreerde oplossing=

cverdunde oplossing(in M) Vverdunde oplossing

in de noemer van de grootheid M komt

volume oplossing voor

TOEPASSEN ? JA,want

Concentratie uitdrukken

VERDUNNINGSREGEL:

kan enkel toegepast worden als in de concentratiegrootheid de noemer uitgedrukt is in een volume oplossing !

(v/v)%geconcentreerde oplossing Vgeconcentreerde oplossing=

(v/v)%verdunde oplossing Vverdunde oplossing

in de noemer van deze grootheid komt

volume oplossing voor

TOEPASSEN ? JA,want

Concentratie uitdrukken

VERDUNNINGSREGEL:

kan enkel toegepast worden als in de concentratiegrootheid de noemer uitgedrukt is in een volume oplossing !

mgeconcentreerde oplossing Vgeconcentreerde oplossing=

mverdunde oplossing Vverdunde oplossing

in de noemer van deze grootheid komt massa

(kg) oplosmiddel voor

TOEPASSEN ? NEEN,want

Met m de molaliteit (mol/kg oplosmiddel)