Koolstofchemie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Koolstofchemie

Paragraaf 1: Aardolie

Aardolie

Aardolie is een plakkerige zwarte vloeistof die ontstaan is uit organisch materiaal dat miljoenen jaren onder de grond blijft. 

Het bestaat uit verschillende soorten koolwaterstoffen, dat zijn verbindingen die bestaan uit koolstof- en waterstofatomen.

Uit aardolie kunnen veel verschillende producten worden gemaakt.

Destilleren

De aardolie wordt in een destillatiekolom in zijn verschillende fracties gescheiden. In 1 fractie zitten meerdere stoffen bij elkaar met ongeveer hetzelfde kookpunt. Bovenin de kolom zitten stoffen met een laag kookpunt, onderin met een hoog kookpunt.

Zie ook tabel 41 van je Binas.

Producten uit aardolie

De meest bekende producten uit aardolie zijn brandstoffen, zoals gas, benzine, diesel, stookolie en kerosine (vliegtuigbrandstof). In diesel en stookolie zit ook zwavel, wat na verbranding (er ontstaat zwaveldioxide) kan zorgen voor zure regen.

Daarnaast worden uit de fractie nafta veel soorten plastic gemaakt. Ook voor de productie van veel soorten medicijnen is aardolie een grondstof.

Het residu van de destillatie (asfaltbitumen) wordt onder andere gebruikt om asfalt van te maken.

Paragraaf 2: 

Alkanen en alkenen

Kraken

De meeste moleculen die in aardolie zitten bestaan uit hele lange koolstofketens. De stoffen die we graag uit olie halen bestaan uit kortere ketens. We kunnen de langere ketens in korte stukken opbreken, dat noemen we ook wel kraken. 

Kraken kan door een katalysator toe te voegen. Een andere manier is het verwarmen van de stof tot de moleculen zichzelf gaan opsplitsen in kleinere delen.

Hoe noemen we die laatste methode ook alweer?

Thermolyse

Alkanen

In deze paragraaf gaan we wat verder in op de eerder genoemde koolwaterstoffen. Deze zijn onderverdeeld in meerdere soorten. Een van die soorten is de alkanen. De namen van de stoffen in deze groepen eindigen allemaal op -aan, bijvoorbeeld methaan en butaan.

Om de molecuulformule te begrijpen even een korte basis-uitleg:

Elk koolstof-atoom heeft 4 plekken om een binding aan te gaan (zie het als 4 handjes die hij kan geven). Elk waterstof-atoom heeft 1 zo'n plek.

Formule van alkanen (1)

De alkanen waarvan je de formule moet kennen staan hiernaast.

Bij alkanen geldt dat ze altijd maar 1 binding naar een ander atoom maken.

Probeer voor jezelf nu van de 4 moleculen hiernaast de molecuulformule op te stellen.

Formule van alkanen (2)

Methaan:

Ethaan:

Propaan:

Butaan:

De algemene formule voor alkanen is 

CH​4​​​​​

C​2​​H​6​​

C​3​​H​8​​

C​4​​H​10​​

C​n​​H​2n+2​​

Alkenen

In plaats van enkele bindingen tussen de koolstofatomen kunnen de koolstofatomen ook samen een dubbele binding aangaan. Dit noem je ook wel een onverzadigde binding. Je krijgt dan geen alkaan, maar een alkeen. Het voorvoegsel blijft gelijk. Hiernaast 

zie je een verbinding met 2 koolstof-atomen.

De naam van de stof zal dus beginnen met eth-

Omdat hier een dubbele binding in zit, noemen we

deze stof etheen.

Molecuulformules van alkenen (1)

Hiernaast zie je de structuurformules van etheen (boven) en propeen (onder).

Schrijf van beide stoffen voor jezelf de molecuulformules op.

Molecuulformules van alkenen (2)

Etheen:

Propeen:

De algemene formule voor alkenen is: 

C​2​​H​4​​

C​3​​H​6​​

C​n​​H​2n​​

0

 Paragraaf 3: 

Maken van kunststoffen

Polymeren

Alkenen bevatten een dubbele binding en kunnen daardoor iets bijzonders. Je kunt namelijk de dubbele binding "openklappen" en koppelen aan een ander molecuul. Je krijgt dan een soort lange ketting van duizenden moleculen, dat noemen we ook wel een polymeer.

De kleinste delen waar het polymeer uit bestaat (dus eigenlijk de beginstof) noemen we een monomeer. De naam van het polymeer wat dan ontstaat bestaat uit poly- met daar achter de naam van het monomeer.

Monomeren en Polymeren

Een bekende polymerisatie-reactie is de reactie van etheen. De stof die dan ontstaat noem je polyetheen. Zie ook de afbeelding hieronder:

Monomeren en Polymeren

Omdat zo'n polymeer uit duizenden moleculen bestaat, wordt de reactievergelijking best groot als je de aantallen precies moet weten. 

Daarom schrijven we deze reactie als volgt op in molecuulformules:

Polyetheen wordt onder andere gebruikt in boterhamzakjes.

nC​2​​H​4​​−>(C​2​​H​4​​)​n​​

Monomeren en Polymeren

Uit een n aantal monomeren etheen maak je het polymeer polyetheen.

In structuurformules ziet dat er zo uit:

Monomeren en Polymeren

Uit een n aantal monomeren vinylchloride maak je het polymeer polyvinylchloride (pvc). In structuurformules ziet dat er zo uit:

Monomeren en Polymeren

Uit een n aantal monomeren tetrafluoretheen maak je het polymeer polytetrafluoretheen (tetra). In structuurformules ziet dat er zo uit:

Bekende polymeren

Polymeren kom je op veel plekken tegen. Twee bekende polymeren zijn:

PVC (poly-vinyl-chloride)                            Teflon (poly-tetra-fluor-etheen)

Op blz 108/109 van boek staan de molecuulformules die hier bij horen.

 Kunststoffen: eigenschappen

• waterdicht
• slechte geleider elektriciteit
• slechte geleider warmte
• worden nauwelijks aangetast door omgeving
• kunststoffolie = doorzichtig
• nadelen: veel soorten worden zacht bij verwarming, niet   biologisch afbreekbaar

0

Paragraaf 4: Toepassing van kunststoffen

Toepassing van kunststoffen

De meeste soorten kunststoffen zijn goedkoop om te maken en makkelijk te bewerken. Daarnaast zijn ze slechte geleiders voor warmte en elektriciteit en worden ze nauwelijks aangetast door water en zuurstof.

Doordat er zoveel verschillende soorten kunststoffen zijn, zijn er kunststoffen met veel verschillende soorten eigenschappen. Voor ieder wat wils!

Kunststoffen hebben ook nadelen. Ze zijn namelijk slecht afbreekbaar in de natuur en bij verbranding komen er giftige gassen vrij.

Thermoplasten en thermoharders

Een manier om kunststoffen te sorteren is door te kijken naar de eigenschappen als je het verwarmt. Er zijn soorten die dan makkelijk smelten (thermoplasten) en soorten die niet snel smelten (thermoharders). Als je naar de structuur van het polymeer kijkt, kun je het verschil tussen die twee goed zien. Links zie je een thermoplast, rechts een thermoharder:

Recyclen

Omdat kunststoffen uit aardolie komen, kan het handig zijn om ze te recyclen. De aardolie raakt namelijk een keer op.

Je kunt bijvoorbeeld:

• Kunststoffen fijnmalen en er opnieuw producten van maken
• Kunststoffen kraken (zie paragraaf 3) en van de monomeren nieuwe kunststoffen maken
• Kunststoffen verbranden en de warmte nuttig gebruiken

Het probleem hierbij is wel dat de soorten plastic vaak samen in het afval terecht komen. Je zult dus goed moeten scheiden op het soort plastic.

0