H13.3 Metalen

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 5

H13.3 Metalen

4 havo: Kristalroosters

Kristalrooster

Hoe zijn de moleculen, atomen of ionen bij een stof gestapeld?

Metaal                                 Moleculaire stof                              Zout

Stroomgeleiding

Voorwaarden voor geleiding

1. Geladen deeltjes

2. Deeltjes kunnen vrij bewegen

Metaal                                                    Zout

vrije elektronen

opgelost: losse ionen

Metalen ondergaan corrosie 

• Edele metalen: reageren niet met andere stoffen
• Onedele metalen: reageren makkelijk met zuurstof en water

Een ander woord voor aantasting door O₂ en H₂O is: Corrosie

Metalen kun je indelen op corrosie-gevoeligheid.

Corrosie bij ijzer noemen we roesten!

Edel: goud, zilver en platina

Waar in de Binas kun je vinden
HOE edel of onedel een metaal is?

1. Binas 40 eigenschappen
2. Binas 48 standaard elektrode potentiaal
3. Binas 49 zuur-base constanten
4. Binas 99 elektronen configuratie

Welk van de volgende metalen
is het minst edel?

1. Goud
2. chroom
3. ijzer
4. koper

Als lln dit niet opzoeken, verwachten ze niet dat chroom minst edel is, dat verdient nadere uitleg

De meest onedele metalen staan in binas tabel 48:

1. linksboven
2. rechtsboven
3. linksonder
4. rechtsonder

Klopt het nu dat chroom volgens binas zo onedel is? Ja, dat wel, maar wat is er dan aan de hand?

Roesten

Aantasten door vocht en zuurstof noem je roesten.

IJzer en staal gaan kapot van roesten.

Het roesten van ijzer in water

Totaalreactie: tel halfreacties bij elkaar op

Oxideren

• Oxideren lijkt op roesten, maar het metaal gaat niet kapot. 
• Er komt een dun luchtdicht laagje oxide over de metaal heen.
  
• Koper krijgt een laagje oxide

(Links): Vrijheidsbeeld zoals het er in 1886 uit zou zien

(Rechts): Vrijheidsbeeld zoals het er nu uit ziet.

Mooi voorbeeld is het Vrijheidsbeeld in New York. Vrijheidsbeeld is van koper gemaakt

Corrosie

Onedele metalen vormen een oxidelaag

(bij ijzer heet dit: roest)

=> maakt veel metalen dof (koper, zink) 

maar bij chroom is het laagje doorzichtig  én afsluitend

=> chroom glimt mooi én wordt niet verder aangetast

(verzinken veel goedkoper, maar minder mooi)

Kristalroosters

De deeltjes van de verschillende stoffen zitten ANDERS gestapeld in het kristalrooster. 

Dit leidt tot verschillende eigenschappen.

     Metaal                             Moleculaire stof                              Zout

meso niveau

• niveau tussen micro en macro in
• structuur gevormd door een aantal groepen deeltjes of gegroepeerde deeltjes uit het micro-niveau
• kun je soms wèl zien onder de microscoop

microscopisch beeld 

van een vezel (polymeer)

Micro-Macro

micro-niveau: de ionen in een zout zitten gestapeld in een rooster

macro-niveau: een vast zout heeft een kristallijn uiterlijk

Echter, het breken van het rooster kun je niet verklaren met de informatie op microniveau. Je hebt meer informatie over de stapeling van de ionen nodig.

micro

macro

micro-meso-macro

meso-niveau: geeft info over de structuur gevormd door een aantal groepen deeltjes of gegroepeerde deeltjes uit het micro-niveau

doordat je weet hoe de deeltjes gegroepeerd zijn, kun je verklaren

 dat een zout breekt, en een metaal buigt.

micro

macro

meso

meso: metalen harden (=harder maken)

Methoden om metaal te harden:

• smeden/walsen/persen (dichtere pakking)

• Metalen mengen met: 

       - ander metaal
       - koolstofatomen

gemengde metalen: Legeringen

Eén metaal:                      Legering:

Zuiver koper                     Brons                               Messing

                       skjd                90% Cu + 10% Sn     70% Cu + 30% Zn

Door een metaal te mengen met een ander metaal, wordt de legering sterker dan het zuivere metaal. 

Dit kun je laten zien door...

1. een voorstelling op microniveau
2. een voorstelling op mesoniveau
3. een voorstelling op macroniveau
4. er heel hard op de timmeren

Rooster van een legering

Rooster-'foutje'

Harder materiaal

meso

alleen door een groepje ionen te beschouwen kun je verklaren waarom een legering harder is. Dus op meso niveau.

meso bij verklaren van lage dichtheid van ijs : H₂O(s) 

je hebt de kennis van het rooster nodig om de lagere dichtheid te kunnen verklaren. Dit lukt niet alleen met H2O moleculen en waterstofbruggen.

Bij het smeden van een metaal, verandert de structuur op:

1. microniveau
2. mesoniveau
3. macroniveau
4. nanoniveau

micro - meso - macro

• Microniveau = deeltjesniveau: atomen, ionen, moleculen, bindingen. Niet waarneembaar.
• Mesoniveau = groepen/clusters van deeltjes. Kan soms zichtbaar gemaakt worden met bijzondere microscopen.
• Macroniveau = waarneembaar (al dan niet met hulpmiddel)

Mesoniveau bij polymeren

• Mesoniveau geeft dus aan hoe groepen van deeltjes (deeltjes = microniveau) zijn geordend tot grotere structuren.

• Meest bekende voorbeeld is de ordening van polymeerketens.

micro                                  meso                                     macro

Huiswerk

leer 13.3