Voorwoord - Mixtape.moe
advertisement
Voorwoord [@TODO : schrijven voorwoord net als in wiskunde samenvatting voor zodra ombouwen naar volledige samenvatting scheikunde] 1 Inhoudsopgave Voorwoord 1 Inhoudsopgave 2 Handige binas tabellen 5 H1.2 Zuivere stoffen en mengsels 6 H1.3 Scheidingsmethoden 6 H2.2 De bouw van een atoom 7 H2.6 Een nieuwe eenheid : de mol 7 H3.3 Binding in moleculen 8 H3.4 Vanderwaalsbinding 8 H3.5 Waterstofbruggen 8 H5.2 Neerslagreacties 9 H6.2 Koolwaterstoffen 9 H7.2 Fossiele brandstoffen 9 H7.3 Biobrandstoffen Biobrandstof generaties 10 10 H7.4 Duurzame ontwikkelingen 10 H7.5 Evenwichten 11 H8.5 pH-berekeningen aan zure oplossingen 11 H9.5 Zuur base reactie 11 H10.2 SE Spectroscopie 12 H10.3 SE Spectrofotometrie 12 H10.4 SE Kwantitatieve analyse 12 H10.5 Chromatografie 12 H10.6 Massaspectrometrie 13 H11.2 Reacties met elektronenoverdracht 14 H11.3 Redoxkoppels 14 H11.4 Redoxreacties in een oplossing 15 2 H11.5 Alcoholen als reductor 16 H12.2 Lewisstructuren 17 H12.3 Mesomerie 19 H12.4 Substitutie- en additiereacties 20 H12.5 Cis-Trans-isomerie 22 H12.6 Spiegelbeeldisomerie 22 H13.2 Additiepolymerisatie 23 H13.3 Condensatiepolymerisatie 24 H13.4 Eigenschappen van kunststoffen 27 H14.2 Koolhydraten 28 H14.3 Vetten 30 H14.4 Eiwitten 31 H14.5 DNA en RNA 32 H14.6 Voeding, stofwisseling en gezondheid 32 H15.2 Principes van groene chemie Principes van groene chemie Atoomeconomie E-factor Q-factor Grenswaarde 33 33 33 33 33 33 H15.3 Energiebalans Energiebalans Vormings-/reactiewarmte 34 34 34 H15.4 Reactiesnelheid Reactiesnelheid 34 34 H15.5 Processtype Soorten chemie Globale stappen fabriek Blokschema’s Het ontwerpen van een proces 35 35 36 36 36 H16.3 Bufferoplossingen Amfolyten 37 37 3 Buffers 37 H17.2 Elektrochemische cel 38 H17.3 Batterijen en brandstofcellen 38 H17.4 De elektrische auto 39 H18.2 Metalen en legeringen 40 H18.3 Slimme polymeren 41 H18.4 Keramische materialen 41 H18.5 Materialen kiezen 42 H19.2 Elektriciteitscentrales 43 H19.3 Waar bouw je een centrale? 45 4 Handige binas tabellen Tabel Inhoud 2 SI-standaarde 7 Natuurconstanten 36 Algemene formules (wiskunde en scheikunde) 38B Scheikundige symbolen (blokschema’s) 39 Spectrometrie 40A Gegevens over elementen (elektronegativiteit) 42 Smelt en kookpunten 45 Oplosbaarheid zouten 48 Standaardelektrodepotentialen (redox) 49 Zuur en baseconstanten 51 Evenwichtsconstante gas 52 Indicatoren zuuren 55 Dipoolmomenten 57 Vormings energieën 65B Kleuren van chemicaliën 66 Triviale namen en systematische naamgeving 67F Koolhydraten 67G Vetten 67H Aminozuren 71G Genetische code 95 ADI waarden 97 Veiligheid en milieu 98 Molaire massa stoffen 99 Periodiek systeem 5 H1.2 Zuivere stoffen en mengsels Een zuivere stoffen bestaat uit een soort molecuul. Een mengsel bestaat uit meerdere soorten moleculen. Om een zuivere stof van een mengsel te onderscheiden kan er naar het smelttraject of het kooktraject gekeken worden. Er zijn drie soorten mengsels : ● Een oplossing : De twee stoffen zijn vermengt tot aan de moleculen. ● Een suspensie : De vaste stoffen zijn niet correct opgelost en zweven in het rond. ● Een emulsie : De twee vloeistoffen zijn niet goed opgelost en kunnen laagjes of belletjes vormen. Met een emulgator kan je ervoor zorgen dat een emulsie beter mengt. Een emulgator heeft een kop en een staart die ieder goed mengen in een van de vloeistoffen. H1.3 Scheidingsmethoden Je kan een mengsel scheiden door gebruik te maken van de stofeigenschappen : ● Filteren : Scheiden op basis van deeltjesgrootte. ● Indampen : Scheiden op basis van kookpunt. Hierbij gaat een van de stoffen verloren. ● Destilleren : Scheiden op basis van kookpunt. Allebei de stoffen worden behouden. ● Extraheren : Scheiden op verschil in oplosbaarheid. ● Adsorptie : Scheiden op verschil in absorptie/hechtingsvermogen. ● Bezinken : Scheiden op dichtheid. 6 H2.2 De bouw van een atoom H2.6 Een nieuwe eenheid : de mol 7 H3.3 Binding in moleculen Apolair Polair Ion x<0,4 1,66<x 0,4<x<1,66 H3.4 Vanderwaalsbinding Een vanderwaalsbinding is een binding tussen moleculen. H3.5 Waterstofbruggen Bij polaire atoombindingen is het zo dat het molecuul aan een kant iets negatief is en aan de andere kant positief. Als dit niet symmetrisch is kan dit voor bindingen tussen moleculen zorgen. Dit noemen we dipool-dipoolbindingen. Een waterstofbinding is een hele sterke dipool-dipoolbinding. Een waterstofbinding kan voorkomen als er een waterstofmolecuul vast zit aan een stikstof of zuurstof. 8 H5.2 Neerslagreacties [iets over tabel 45 en oplosbaarheid] H6.2 Koolwaterstoffen [iets over systematische namen. H7.2 Fossiele brandstoffen Drie fossiele brandstoffen: - Kolen - Olie - Gas Twee toepassingen aardolie: - Plastic - Brandstof Naam fossiele brandstof is afkomstig uit omzetting van plantaardige fossielen onder druk en temperatuur (miljoenen jaren) Vier vervuilende uitlaatgassen: - CO2: door verkeer en industrie - NO2/NO3: Verkeer - SO2: Industrie - CH4: Koeien Wat betekent gefractioneerde destillatie van aardolie : - De scheiding van stoffen die dicht bij elkaar een kookpunt hebben: bijvoorbeeld olie. Fractie: verzameling vloeistoffen met kookpunten die dicht bij elkaar liggen. 9 H7.3 Biobrandstoffen Wat zijn biobrandstoffen : - Brandstoffen van planten die als gevolg dus een volledige koolstofkringloop hebben. - Brandstoffen uit biomassa (meestal plantaardig). Biobrandstof generaties 1e generatie biobrandstof Brandstof op basis van eetbare gewassen zoals suikerriet en suikerbiet 2e generatie biobrandstof Brandstof op basis van plantaardig afval zoals stengels, wortels, houten planken 3e generatie biobrandstof Brandstof op basis van micro-organismen zoals algen, zeewier H7.4 Duurzame ontwikkelingen Wat versta je onder duurzame ontwikkelingen: - Raakt niet op / hernieuwbaar. - Duurzaamheid: - Toepassen duurzame ontwikkelingen: in onze behoeften wordt voorzien, maar we maken keuzes om te zorgen dat onze kinderen die ook kunnen maken. - Voldoen aan behoeften huidige generaties zonder het wegnemen van mogelijkheden van toekomstige generaties. - Evenwicht: evenveel erin als eruit. Wat betekent de term ‘cradle to cradle’: - Energiezuinigheid: gewicht, motorontwerp - Tijdens ontwerp rekening houden met duurzaamheid - Weinig energie - Weinig grondstoffen - Milieuvriendelijk - Recyclebaar Wat versta je onder up en down cyclen: - Upcyclen - Minst voorkomende vorm van recyclen - Kwaliteit omhoog - Downcyclen - Meest voorkomende vorm van recyclen - Kwaliteit omlaag 10 H7.5 Evenwichten Sommige reacties gaan twee kanten op. Dit zijn evenwichtsreacties en deze streven naar een chemisch evenwicht. Reactie : xA + y B <−> z C Dan is de reactie vergelijking : [C]z x y = k [A] *[B] H8.5 pH-berekeningen aan zure oplossingen pH = − log([H 3 O+ ]) dus [H 3 O+ ] = 10−pH pOH = − log([OH − ]) dus [OH − ] = 10−pOH pH = 14 − pOH Bij pH berekeningen geldt dat het aantal significante cijfers in de concentratie gelijk is aan het aantal decimalen in de pH/pOH. De concentratie H3O+ of OH- kan je berekenen via een evenwichtsreactie. Bijvoorbeeld : H F (aq) + H 2 O(l) <−> H 3 O+ (aq) + F − (aq) dus [H 3 O+ ]*[F − ] [HF ] = Kz Omdat we H3O+ willen weten is dat x. En omdat een verhoging van de concentratie zuur betekent dat er ook meer fluoride ionen en minder waterstoffluoride komt geldt het volgende. x*x = Kz [HF ]−x Vervolgens los je deze vergelijking op (hehehehehe) en dan weet je de concentratie zuur. H9.5 Zuur base reactie In een mengsel reageren OH- en H3O+ altijd met elkaar. Als een zwake base en een zwak zuur gemengt wordt moet je uitzoeken welke het meeste kan produceren. Dan vervolgens uitrekenen hoeveel hoeveel van de meest voorkomende stof overblijft en daarmee de pH berekenen. 11 H10.2 SE Spectroscopie Een spectroscopie (licht) gaat via golflengtes. De eenheid op de x -as is 1/nm . Sommige stoffen of deeltjes adsorberen fotonen met specifieke golflengten. Dit gebeurt omdat deze fotonen net genoeg energie hebben om een elektron in een hogere schil te stoppen. Als elektromagnetische straling met de juiste energie/golflengte op een atoom valt, kan een elektron in de atoom een paar fotonen opnemen. Dit noemen we de ‘aangeslagen toestand’. Als hij terugval naar de zogeheten ‘grondtoestand’, wordt het foton vrijgegeven. H10.3 SE Spectrofotometrie [tekst] H10.4 SE Kwantitatieve analyse Kwantitatieve analyse is een analyse aan de hand van de hoeveelheid stof die ergens in zit. Dit in tegenstelling tot kwalitatieve analyse, die zoekt naar de soort stof. [tekst] H10.5 Chromatografie Papierchromatografie Rf = ΔXM iddelpunt ΔXV loeistof f ront de vloeistof is hier mobiel en het papier stationair. 12 H10.6 Massaspectrometrie Een massaspectrometer ioniseert en accelereert moleculen. Vervolgens gaan die langs een magneet en omdat de lading gelijk is zullen ze gelijken krachten ondervinden en daardoor zullen de moleculen op massa gesorteerd worden. De moleculen vallen soms uit elkaar. Hierbij noem je de geladen deeltjes ionen en de niet geladen deeltjes radicalen. Radicalen geef je aan met een stip. Dan krijg je zo’n soort tabel/grafiek. Hierin kan je een aantal dingen zien. Je ziet de delen waarin jouw deeltje afbrak. Voor de rest zie je de massa van je deelte door goed naar de laatste pieken te kijken. Na de die piek zitten vaak nog een paar kleine pieken ivm C-13. N= 100 1,1 I(M +1) * I(M ) N = Aantal C atomen in je molecuul massa piek(vaak 1 voor laatste)) 13 I(M) = Intensiteit op de plek M (de H11.2 Reacties met elektronenoverdracht Oxidator neemt elektronen op. Reductor staat elektronen af. H11.3 Redoxkoppels ΔV=Vo-Vr ΔV = Standaardelektrodepotentiaal Vo = Elektropotentiaal oxidator Vr = Elektropotentiaal reductor Een redoxreactie is : Aflopend als ΔV>0,3 Evenwicht als -0,3<ΔV<0,3 Niet als ΔV<-0,3 Kijk in binas tabel 48 kijk welk getal hoger is. Het lagere getal is de reductor en de hogere getal is de oxidator. De oxidator neemt elektronen op en de reductor geeft elektronen af. De formule ziet er dan altijd zo uit. Reductor : y -> yn + ne Oxidator : xn + ne -> x Samen : xn + y -> x + yn 14 H11.4 Redoxreacties in een oplossing Bij reacties is het milieu van belang de zuren en basen kunnen namelijk mee reageren. Soms verschilt het elektropotentiaal ook. De oxidatoren HSO4- en SO4-2 reageren alleen in geconcentreerd zwavelzuur. Geconcentreerd (puur) salpeterzuur reageert als oxidator waarbij NO2 gas (bruin) ontstaat en verdunt geeft NO (kleurloos) maar toch is verdunt een betere reductor. Zelf een halfreactie opstellen: Oxidator getal : Het is de lading die de atoom (in een molecuul) heeft. Al daalt het oxidator getal dan neemt het elektronen op en is het een oxidator. Al stijgt het oxidator getal dan staat het elektronen af en is het een reductor. 15 H11.5 Alcoholen als reductor Hoe bepaal je of primair of secundair of tertiair? 3-H=Rang H = aantal htjes aan de koolstof van het alcohol. Soort Origineel 1e Resultaat 2e Resultaat Primair C2H5OH C2H5OH -> 2e + C2H4O + 2H+ C2H4O + H2O -> 2e + C2COOH + 2H+ CH3-CH2-OH CH3-CHO CH3-CO-OH C3H7OH C3H7OH -> 2e + C3H6O + 2H+ KN OH | CH3-CH-CH3 CH3-CO-CH3 KN C4H9OH KN KN OH | CH3-C-CH3 | CH3 KN KN C3H5OH C3H5OH -> 2e + C3H4O + 2H+ KN OH | -CH2-CH-CH2- -CH2-CO-CH2- KN [Te lui] KN KN [Te lui] KN KN Secondair Tertiair Cyclo Aromaat 16 H12.2 Lewisstructuren Sommige atomen (P, N, S) hebben soms meer dan 8 valentie elektronen dit noem je een uitgebreid octet. In een Lewisstructuur worden al de valentie elektronen (de buitenste schil) getekend. Een streepje geeft 2 elektronen aan die gedeeld worden. Formele lading : De som van de ladingen van een of meerdere atomen in dat ion. Formele lading bepalen: 1 Bepaal elektronen per atoom. ● Kijk naar de niet gebonden elektronen (stipjes) en tel ze. ● Kijk naar de bindende paren (streepjes) en tel ze. ● Het aantal elektronen is het aantal bindende paren plus de niet gebonden elektronen (bij het plaatje 6). 2 Zoek het aantal valentie elektronen van de atoom 3 Trek de elektronen per atoom af van de valentie elektronen en je hebt formele lading. 4 Zet de formele lading bij het atoom in de Lewisstructuur en omcirkel het. 17 VSEPR = Valence-Shell-Electron-Pair-Repulsion Vsepr is een manier om de 3d structuur te bepalen. Hierbij maak je gebruik van het feit dat elektronen zo ver mogelijk van elkaar willen zitten. Omringingsgetal = eb+0,5en eb = Bindende elektronenparen (dubbele binding telt als 1). en = Niet bindende elektronen. Vervolgens bepaal je de 3d structuur. Het niet gebonden elektronen paar gedraagt zich als een atoom (zie figuur 12.8). Zwavel lost goed op maar koolstof niet. Hoe komt dat? Zwavel heeft namelijk dipool. Hierdoor kunnen ze een dipool-dipoolbinding (soort waterstofbrug) aangaan met water. Om te bepalen of een molecuul dipool moet je de partiële ladingen tekenen: 1. Bepaal of het een polaire binding is via elektronegativiteit. 2. Maak met vsepr een 3d beeld. 3. Bepaal welke atomen ietsje negatief zijn en welke positief doe dit door te doen alsof het een ionbinding is. 4. Geef bij de lewisstructuur dit aan. 5. Als een kant duidelijk meer negatief is dan de andere kant, dan is het een dipool. Over het algemeen zijn moleculen niet polair als de middelste stof 4 valentie elektronen heeft. 18 H12.3 Mesomerie Een benzeen (aromaat) wisselt continu tussen deze twee Lewisstructuren. Dat er twee Lewis structuren bestaan voor 1 molecuul noem je mesomerie (resonantie). De twee structuren worden mesomere grensstructuren van benzeen genoemd. Hoe meer grensstructuren een molecuul heeft hoe stabieler hij is. Opstellen van mesomere grensstructuren 1. Teken de Lewisstructuur (met formele ladingen) 2. Door elektronenparen/dubbele bindingen te verplaatsen maak je nieuwe mesomere grensstructuren (let op de bindingen en formele ladingen) 3. Maak een tekening die er zo uitziet : (dit is het carbonaat ion) 19 H12.4 Substitutie- en additiereacties Bij een substitutiereactie wordt een deel van een molecule vervangen door een ander molecuul. Een beschrijving van het verloop van een reactie noem je een reactie mechanisme. Voor een substitutiereactie zijn 2 reactie mechanisme namelijk ionair mechanisme en radicaalmechanisme. Substitutie via radicaalmechanisme (met als voorbeeld broom): 1 Initiatie : Door de absorptie van een uv straal ontstaan radicalen (aangegeven met een stip). B r 2 −> 2Br • Hieronder staat het verschil tussen een radicaal en een ion. 2 propagatie : Een radicaal reageert met een H en maakt de ethaan radicaal. B r •+ C H 4 −> H Br + C H 3 • Hierbij kan weer een Br2 reageren waarbij nog een radicaal ontstaat. B r 2 + C H 3 •−> C H 3 Br + B r • 3 Terminatie : Wat er ook kan gebeuren is dat het originele 2e radicaal reageert en dan beëindigt de reactie. B r •+ C H 3 •−> C H 3 Br Substitutie via ionair mechanisme Hierbij steelt een ion gewoon de plek van het Htje. Zie bij de afbeelding de substitutiereactie van broommethaan en hydroxide (als Lewis structuur). Een negatief ion noem je een nucleofiel en een positief ion noem je een elektrofiel. 20 Bij een additiereactie ontstaat er uit twee (of meer) moleculen een nieuw molecuul. Hierbij heb je weer twee manieren namelijk het radicaalmechanisme en het ionair mechanisme. Additie via radicaalmechanisme (met als voorbeeld waterstofchloride) 1 initiatie : Er ontstaan radicalen. H Cl −> H •+ C l • 2 Propagatie : De radicaal reageert met de andere stof en maakt het radicaal. C 2 H 4 + C l •−> C 2 H 4 Cl • Hiermee kan weer waterstofchloride reageren (die een chloorradicaal achterlaat) C 2 H 4 Cl •+ H Cl −> C 2 H 5 Cl + C l • 3 Terminatie : Wat er ook kan gebeuren is dat het originele 2e radicaal reageert en dan beëindigt de reactie. C 2 H 4 Cl •+ H •−> C 2 H 5 Cl Additie via ionair mechanisme Hierbij verbreekt een ion gewoon de dubbele binding. 21 H12.5 Cis-Trans-isomerie Sommige structuurformules zijn draaibaar maar dubbele bindingen niet. Al is het niet draaibaar maakt het dus ook uit aan welke kant de dingen zitten. Een structuurisomeer die dezelfde volgorde in atomen heeft maar een ander ruimtelijke oriëntatie heet stereo-isomeren. Om de kant aan te geven gebruik je cis (zelfde kant) en trans (andere kant). Cis trans isomerie kan bij dubbele bindingen en cyclo’s maar niet bij een dubbele binding in een cyclo. H12.6 Spiegelbeeldisomerie Wanneer een molecuul een asymmetrisch C-atoom (een koolstofatoom met 4 verschillende zijgroepen) bevalt heeft het spiegelbeeldisomerie. 22 H13.2 Additiepolymerisatie Een polymeer bestaat uit meerdere monomeren. De monomeren kunnen via additiepolymerisatie polymeren vormen : Stap 1 : Initatie Bij de initatie ontstaan er twee radicalen. Stap 2 : Propagatie Bij propagatie reageren de twee radicalen met een monomeer. Deze reactie zorgt ervoor dat een deel van dat monomeer ook radicaal wordt zodat dit proces zich talloze keren kan herhalen. 23 Stap 3 : Terminatie Zodra de twee originele radicalen weer tegen komen reageren ze met elkaar. Zodra deze reactie plaatsvindt kan er geen propagatie meer plaats vinden hierdoor eindigt de reactie. H13.3 Condensatiepolymerisatie Polymeren kunnen ook vormen via condensatiepolymerisatie dat gaat als volgt : Stap 1 : Initiatie Een zuur neemt een waterstof (proton) van H3O+ op. Hierdoor wordt het zuur positief geladen. 24 Stap 2.0 : Propagatie De zuurstof van een alcohol reageert met het molecuul. Stap 2.5 : Propagatie Een van de twee alcohol groepen aan het originele molecuul neemt een waterstofatoom (proton) op van het alcohol. 25 Stap 3 : Terminatie De alcohol die het waterstofatoom had opgenomen splits af en wordt een watermolecuul. En een watermolecuul steelt van het alcohol zijn zuurstof waardoor hij weer een zuur ester wordt. 26 H13.4 Eigenschappen van kunststoffen Er zijn twee soorten plastic. Een thermoplasten wordt zacht en smelt als deze verwarmd wordt. Maar thermoharders blijven juist hard. Het verschil tussen de stoffen is dat bij een thermoplast de polymeren niet met elkaar verbonden zijn via crosslinks. Deze heb je wel bij thermoharders waardoor het eigenlijk gewoon een groot molecuul word. Crosslinks kunnen ontstaan als twee dubbele bindingen (van twee moleculen) naast elkaar zitten waarna ze kiezen om de dubbele binding te verbreken en met het ander molecuul een binding aan te gaan. De flexibiliteit van een thermoplast is afhankelijk van de volgende dingen. De zijketens maken de thermoplasten juist minder flexibel. De polymerisatiegraad (lengte van de keten) zorgt ervoor dat het minder flexibel word. Van weekmakers wordt het flexibeler en minder bros/breekbaar. Een weekmaker is een molecuul met een lage massa. Zodra die toegevoegd wordt aan een polymeer, dan verminderd het de van der Waals kracht tussen de polymeren, hierdoor wordt het flexibeler. 27 H14.2 Koolhydraten Een koolhydraat is een molecuul met minimaal 5 C atomen en minimaal 3 OH groepen (algemene formule : CnH2mOm). Koolhydraten worden ook wel sachariden of suikers genoemd. Deze stoffen worden gevormd in planten door fotosynthese. Monosachariden zijn ringvormige suikers. De meest bekende monosacharide is glucose (druivensuiker/C6H12O6). Glucose is een hexose. 28 Glucose is een energieleverancier voor je lichaam. Door de aldehydegroep kan het goed als reductor of oxidator reageren. In de lineaire fase wordt het ook wel aldose genoemd. Fructose kan alleen als oxidator functioneren. In de lineaire fase wordt fructose ketose genoemd. Disachariden zijn moleculen van twee suikers ze ontstaan door een condensatiereactie van twee monosachariden. Bijvoorbeeld glucose en fructose maken samen sacharose (riet/bietsuiker) hierbij komt water vrij. Het kan ook weer terug gaan dit noem je hydrolyse. 29 Polysachariden zijn ketens van meerdere suikers ontstaan door dezelfde soort condensatiereactie als bij disachariden. Voorbeelden van polysachariden zijn cellulose, zetmeel en glycogeen. Cellulose geeft stevigheid aan celwanden van planten en is moeilijk af te breken. Zetmeel komt voor in maïs en aardappelen. Zetmeel kan wel makkelijk afgebroken worden. Glycogeen wordt gemaakt door de glucoses die ontstaan zijn door de hydrolyse van zetmeel. Dit is een manier van glucose opslaan. Om zetmeel te verteren wordt hydrolyse gebruikt hiervoor geldt de volgende formule (C6H10O5)n+(n-1)H2O -> n C6H12O6. H14.3 Vetten Vetten en oliën zijn esters (vaak van glycerol (propaan-1,2,3-triol)). Vaak zijn het tri-esters en dan heten ze triglyceriden. Als er geen dubbele bindingen voorkomen in het vet noemen we het een verzadigd vet. Als er wel dubbele bindingen voorkomen noemen we het onverzadigd vet. Deze zijn altijd cis en nooit trans. Omdat door de dubbele bindingen voor een knik in de keten zorgt zal de van der waals kracht minder zijn en hierdoor zal het makkelijker te verteren zijn en eerder vloeibaar zijn. Het verbreken van dubbele bindingen en het toevoegen van waterstof in een vet noem je harden. Omega vetzuren zijn essentiële vetzuren die de mens niet kan aanmaken. Het getal geeft aan wanneer de eerste dubbele binding voorkomt als je vanaf de verkeerde kant begint met tellen. 30 H14.4 Eiwitten Eiwitten bestaan uit ketens aminozuren. Deze aminozuren bestaan uit een ethaanzuur met twee zijgroepen op koolstof nummer twee: een aminogroep en een restgroep die bepaald wat voor een soort aminozuur het is. Deze groepen binden aan elkaar door middel van een condensatiereactie. Een eiwit heeft drie soorten structuren : ● De primaire structuur : De volgorde en type aminozuren waaruit het eiwit bestaat. ● De secundaire structuur : De ruimtelijke vorm van delen van het molecuul. Deze kan door waterstofbruggen met zichzelf bijvoorbeeld een helix of plaatstructuur worden. ● De tertiaire structuur : De ruimtelijke vorm van heel het molecuul. Net als koolhydraten kunnen eiwitten worden afgebroken naar aminozuren door middel van hydrolyse. Ook kan de secundaire en tertiaire structuur worden verbroken dit heet denatureren. De belangrijkste eiwitten, enzymen (biologische katalysatoren), zijn hier heel gevoelig voor. In het lichaam spelen aminozuren en eiwitten een belangrijke rol aangezien ze als de bouwstenen van het lichaam dienen.Ja l;a 31 H14.5 DNA en RNA [tekst] H14.6 Voeding, stofwisseling en gezondheid De mens heeft een gebalanceerde voeding nodig. Wat moet hier nou inzitten? Voor de synthese van vetten is in ieder geval C, H en O nodig. Eiwitten hebben dan hiernaast ook nog N,S en P nodig. Het lichaam heeft ook mineralen nodig bijvoorbeeld Na, K, Ca en Fe. [tekst] 32 H15.2 Principes van groene chemie Principes van groene chemie ● ● ● ● Veiliger. Minder gebruik maken van grondstoffen/energie. Zoveel mogelijk gebruik maken van duurzame energie en grondstoffen. Minder vervuiling. Atoomeconomie De atoomeconomie is een percentage (soort rendement). Handig om keuzes van productieprocessen van verschillende syntheses (reeksen reactiestappen) te vergelijken. M gewenst product Atoomeconomie = M beginstof f en · 100% E-factor De E-factor is net de atoomeconomie maar deze weergeeft beter hoeveel afval het proces produceert. Hierbij moet ook rekening gehouden worden met het rendement van het proces. M begin −M praktische opbrengst Af val E − f actor = = P roduct M praktische opbrengst Aantal kg afval per kg gewenst product. Per kg product krijg je (E-factor) afval. Q-factor De Q-factor is een aanduiding voor vervuilingsklasse (kwalificatie voor afval, kernafval is ernstiger dan water). Des te hoger, des te giftiger. Grenswaarde De grenswaarde is de maximale hoeveelheid stoffen (zie binas 97A) op de werkplek (vaak in mg per m3 of in ppb (dit is verwarrend genoeg microgram per kg)). Vaak zit er ook een tijdsfactor aan verbonden. Ondanks een grenswaarde kunnen dingen alsnog verkeerd gaan : ● Gebrek aan toxicologische informatie ● Verschil in gevoeligheid ● Langere werktijden ● Mengsels van stoffen ● Onjuiste metingen. 33 H15.3 Energiebalans Energiebalans De energiebalans (hoeveelheid energie) blijft volgens de tweede thermodynamische wet altijd hetzelfde daarom geldt ΔE = E eind − E begin . Bij exotherm is dE negatief, bij endotherm positief Vormings-/reactiewarmte In tabel 57 wordt de vormingswarmte (energie nodig om het molecule vanuit de elementen te vormen) weergeven. Een element (H2 ,O 2, S2, Na, etc) heeft een vormingswarmte van nul. Een negatieve waarde betekent dat er energie vrijkomt zodra ze uit de elementen vormen. Deze energieën moeten ook toegepast worden in de energiebalans. H15.4 Reactiesnelheid Reactiesnelheid x y Als Ax + B y → C z dan s = k · [A] · [B] Waarbij: s De reactiesnelheid in mol per liter per seconde. k Reactieconstante. [A] De concentratie van stof A in mol per liter. [B] De concentratie van stof B in mol per liter. 34 H15.5 Processtype Soorten chemie Je hebt bulk- en fijnchemie. Bulkchemie (batch of continu): ● Grote hoeveelheden. ● Vaak simpel. ● Veel fabrieken. Fijnchemie (altijd batch): ● Kleine hoeveelheden. ● Vaak complex. ● Veel labaratoria (farmaceutisch). Bij bulkchemie heb je twee soorten een batch- of continuproces. Bij een batchproces doe je dingen in aparte vaten die niet gekoppeld zijn. Voordelen batchproces: ● Geschikt voor kleinere (en grotere) hoeveelheden (makkelijk schaalbaar) ● Gemakkelijk (kleine) aanpassingen maken. ● Gemakkelijk wisselen van product. ● Lage inversterings kosten. Nadelen batchproces: ● Tijdverlies door leeghalen, schoonmaken en vullen van de reactoren. ● Arbeidsintensief. Voordelen continu proces: ● Geschikt voor grotere hoeveelheden (moeilijk schaalbaar). ● Automatisch. ● Lage kosten per product Nadelen continuproces: ● Moeilijk (kleine) aanpassingen maken. ● Hoge inversterings kosten. 35 Globale stappen fabriek Het begint met de aanvoer van de producten. Daarna wordt het opgeslagen. Tijdens de voorbewerking worden de grondstoffen bijvoorbeeld gezuiverd of verwarmt. De reactie vindt vaak plaats in een reactor. De stoffen worden hier gecreëerd. Vervolgens worden de eindproducten gescheiden en gezuiverd. Hierbij is het belangrijk dat de overgebleven stoffen worden gerecirculeerd. Daarna moet het afval worden afgevoerd. Blokschema’s Je kan processen in blokschema’s (soort flowchart) weergeven. Hierbij is belangrijk dat voor ieder blok geld input = output (hou rekening met rendement). Ook is het belangrijk dat de symbolen correct zijn (zie tabel 38B). Een blok is een reactie, bewerking of opslag. Een pijl geeft de transport van een stof weer. Het ontwerpen van een proces Bij het ontwerpen van een proces wordt rekening gehouden met: ● De kosten. ● Veiligheid. ● Technische voorzieningen. ● Energieverbruik. ● Efficiëntie. ● E-factor. 36 H16.3 Bufferoplossingen Amfolyten Een amfolyt is een stof die als een zuur of als base kan reageren (In water reageert hij als zuur of als base; als zuur als kz groter is dan de kb en vice verca). Buffers Een buffer is als een oplossing in staat is om schommelingen in de PH tegen te gaan. Een buffer bestaat uit een geconjugeerd zuur-basepaar. Als in een buffer zuur (of base) wordt toegevoegd dan reageert de base (of zuur) van het zuur-basepaar ermee en neutraliseert het zo. De pKz is de ph van de buffer als de concentratie van de zuur-basepaar gelijk is. De PH van een bepaal je gewoon door de evenwichtsvergelijking van het zuur-basepaar op te stellen. Een goede algemene formule is: 10−P H * ZB = K z Waarin: Ph = De PH B = De molair van de base Z = De molair van het zuur. Kz = De evenwichtsvoorwaarde (ook wel 10−pKz ) (Let hierbij wel op dat het terug omgebouwd kan worden naar de evenwichtsvoorwaarde) Hierbij is het belangrijk dat je een zuur-basepaar neemt die zo dicht mogelijk bij de gewenste pH neemt. 37 H17.2 Elektrochemische cel Een daniell cel bestaat uit twee delen. In het negatieve deel zit een reductor in een oplossing van een zout die zijn eigen ionen bevat. Zodra het zijn elektronen heeft afgestaan lost het op in de oplossing. Vervolgens reizen de elektronen naar de andere kant waar de oxidator in een oplossing van zout zit die zijn eigen ionen bevat. Terwijl het oxideert kleven de ionen aan de pluspool. Een zoutbrug is heel belangrijk om ervoor te zorgen dat de ladingen gelijk blijven (in het plaatje verplaatst het SO4 van de ene naar de ander klant. De geleverde spanning is de delta standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en de reductor. H17.3 Batterijen en brandstofcellen Bij een heroplaadbare batterij is het belangrijk dat de stoffen in de accu blijven zodat de reactie ongedaan gemaakt kan worden door elektrolyse. Bij een brandstofcel is de zuurstof vaak de reductor (de pluspool). Vaak wordt er bij de minpool water toegevoegd om zuurstof te bieden. 38 H17.4 De elektrische auto [Beetje energie/eenheden rekenen en rendement berekenen. Dit moet iedereen kunnen.] 39 H18.2 Metalen en legeringen Macro : Iets dat je kan waarnemen (normale wereld, meten kan ook) Meso : Tussen het macro en micro (vaak tussen de 100 en 10000 deeltjes) Micro : acties van losse deeltjes. Onedele metalen reageren en geleiden goed. Op microniveau zijn metalen namelijk ionroosters met vrij bewegende elektronen tussendoor. Metalen zijn buigzaam omdat het op mesoniveau kleine groepjes van kristallen vormt. Koper kan goed geleiden en buigt goed. Maar soms word het gemengd met tin om brons te maken. Dit is sterk genoeg voor normale toepassingen. IJzer ondervindt corrosie. Zuiver ijzer is zacht maar als het gemengd wordt met koolstof wordt het harder. Ook kan het harder worden door het te walsen. Aluminium is een onedel metaal en kost veel energie om te produceren. Het is vrij zacht maar veel lichter. Het ondervindt amper corrosie omdat het een soort beschermend laagje vormt tijdens de corrosie. Zuiveren metalen zijn zacht. Daarom worden er vaak legeringen gemaakt die sterker zijn. Dit kan je doen door roosterfouten aan te brengen (door grotere of kleinere atomen). Hierdoor verschuiven de metal roosters namelijk moeilijker met als gevolg dat het harder is. Ijzer dat meer dan 2% koolstof bevat wordt bros hierdoor kan je het niet bewerken en moet het gegoten worden. Dit heer gietijzer. De eigenschappen kunnen ook veranderd worden door het te bewerken. Als je metalen walst of smeed ontstaan er kleinere kristallen in het kristalrooster waardoor het harder zal worden. 40 H18.3 Slimme polymeren Sommige polymeren zijn geleidend. Deze soort polymeren hebben geconjugeerd systeem. Dat houd in dat het een afwisselend systeem is van dubbele binding - geen dubbele binding. Hierbij kan het dan stroom geleiden omdat de bindingen over kunnen slaan. Als deze polymeren ook een nog eens licht uit kunnen zenden dan heb je Oleds te pakken. Helaas zijn polymeren wel kwetsbaar voor UV straling. Daarom worden dit soort polymeren vaak gemengt met UV-stabilisatoren die de UV absorberend. Van alle polymeren zijn thermoharders het best bestand tegen UV vanwege de netwerkstructuur. H18.4 Keramische materialen Keramische materialen zijn vaste stoffen (zoals diamant) die meestal harder zijn dan polymeren of metalen en ook beter bestand zijn tegen hoge temperaturen. Vaak reageren ze ook heel slecht. Nadelen zijn dat ze zeer moeilijk te verwerken zijn door hun hardheid, hoog smeltpunt en brosheid. Voorbeelden van keramische materialen met een atoomrooster zijn : ● Diamant/grafiet (koolstof) : Lagen koolstofatomen (hexagon) met bindingen tussen de lagen. ● Siliciumcarbide : Net als diamant maar met 50% silicium. ● Siliciumdioxide : Zand. Maar grotendeel van de keramische materialen hebben een ionrooster. Deze hebben veel kracht nodig om te verplaatsen maar als ze verplaatsen kan het zo zijn dat er een breuk ontstaat. Piëzo-elektrische materialen produceren een spanning onder invloed van druk. 41 H18.5 Materialen kiezen Elk materiaal heeft eigenschappen. Welke moet je nou kiezen? Hier is een overzicht van verschillende materialen : ● Metalen en legeringen - Kan hard en zacht zijn - Makkelijk vervormen - Grote dichtheid - Soms gevoelig voor corrosie - Kan goed gerecycled worden ● Polymeren - Veel soorten polymeren (veel eigenschappen) - Niet sterk - Gevoelig voor UV straling - Sommige polymeren zijn slecht recyclebaar ● Keramische materialen - Hard - Goed bestendig tegen extreme omstandigheden - Moeilijk verwerken - Zwaar Hiernaast hebben we ook nog composieten, hierbij worden verschillenden materialen gecombineerd. Er zijn een aantal soorten composiet: ● Vezelversterkte composiet : Hierbij worden (lagen) vezels verwerkt in polymeren. Hierdoor wordt het heel sterk in de richting van de vezels maar blijft het licht. ● Composieten met keramisch materiaal : Vaak een thermoharder met (verpulverd) keramisch material erin verwerkt. Het keramisch materiaal zorgt voor de hardheid en bestendigheid tegen extreme omstandigheden en het polymeer zorgt voor de stevigheid. ● Composieten met laagjes : Composieten met meerdere lagen materialen met soms ook metalen erin verwerkt. 42 H19.2 Elektriciteitscentrales Elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen werken senden verschillende stoffen uit : ● Vliegas : Fijn verdeelde vaste stoffen met vaak zware metalen erin (fijn stof). Het is schadelijk voor de mens. Het kan verwijderd worden met een cycloon dat is een soort centrifuge. ● SOx en NOx : Giftige stoffen die ook zure regen kunnen veroorzaken. NOx kan verwijderd worden met een DeNOx-installatie. SOx kan verwijderd worden met een ontzwavelingsinstallatie waarna het gebruikt kan worden in gips voor de bouw. ● CO2 : Natuurlijk wordt ook CO2 uitgezonden. Dit is natuurlijk een broeikasgas. Er zijn verschillende soorten elektriciteitscentrales. In de traditionele kolencentrales wordt het steenkool fijngemalen waarna het verbrand wordt om water te komen die een turbine aandrijven. 43 Een andere soort centrale is de STEG-centrale (gas). Hierbij wordt er niet alleen energie gewonnen uit de hitte van het verbranden van het gas maar ook uit de luchtstroom zelf. Voordelen zijn een lagere CO2 uitstoot en een grotere flexibiliteit. Er is een manier om deze twee te combineren. Bij kolenvergassing worden de kolen eerst omgezet in gas en vervolgens in een steg centrale verbrand. Deze techniek is wel duur. C + O 2 −> C O 2 C O2 + C −> 2CO C + H 2 O −> C O + H 2 44 H19.3 Waar bouw je een centrale? Er zijn een paar factoren waarmee rekening gehouden moet worden tijdens de bouw van een nieuwe centrale : ● Beschikbaarheid van de brandstof : Het moet makkelijk zijn om de brandstof te leveren aan de centralen dit kan bijvoorbeeld via boten (gas en kolen) of via een pijplijn (gas). ● Beschikbaarheid koelwater : Centrales moeten gekoelt worden hiervoor is koelwater handig. Langs rivieren is het niet ideaal omdat dit water soms al warm is en de centrale niet altijd hitte kan dumpen omdat het anders misschien vissen dood maakt. Een oplossing zijn koeltorens (maar deze zijn duur) maar je kan het ook gewoon aan de kost bouwen. ● Aflevering elektriciteit en warmte : Het is ook handig dat de centrale dicht bij populaties staat want er is veel elektriciteitsverlies bij transport. Ook kan de overtollige warmte dan gebruikt worden voor een warmtekrachtkoppeling om de huizen te verwarmen. ● Opslag koolstofdioxide : In de toekomst kan opslag van CO2 handig zijn. Hiervoor kunnen legen olie of gasvelden gebruikt worden. Een elektriciteitscentrale heeft natuurlijk ook gevolgen voor de omgeving. Het zal waarschijnlijk zorgen voor een stijging in de hoeveelheid fijnstof. Ook moet er rekening gehouden worden met de veiligheid van de omliggende buurt (i.v.m. ongelukken). 45
