Les 2.3 Metaalbinding

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 2.3 Metaalbinding

Planning

• 2.3 Metaalbinding
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven

Metalen

• Metalen: metalen zijn stoffen die zijn opgebouwd uit metaalatomen. 
• Elk metaal bestaat uit één soort metaalatomen. 
• Metalen zijn niet-ontleedbare stoffen
• bijvoorbeeld: ijzer is Fe. 

Metalen

Aantal gemeenschappelijke kenmerken van metalen:

• Alle metalen geleiden elektrische stroom goed
• Alle metalen geleiden warmte goed
  
• Veel metalen blinken en hebben een typische metaalglans (als ze gepolijst zijn)
• Zuivere metalen zijn makkelijk te vervormen/zijn buigzaam
• Alle metalen zijn vast bij kamertemperatuur, behalve kwik!

''lichte'' en ''zware'' metalen

• Reageren niet met zuurstof en water én niet/nauwelijks met andere stoffen. (ook niet met zuren)
• Drie edele metalen: goud, zilver en platina.
  
• Komen als zuivere stoffen in de natuur voor.
  

• Reageren wel met andere stoffen zoals zuurstof en water. Vb: Roesten van ijzer.
  
• Hoe onedeler het metaal, hoe reactiever het is.
  
• -  Vb. onedele metalen: ijzer
  
• -  Vb. zeer onedele metalen: natrium en kalium.
  
• Komen als verbindingen (meestal metaaloxiden en metaalsulfiden) in de natuur voor.
  

Metalen

Edel metaal

Onedel metaal

Metalen (vervolg)

• Edele metalen: worden veel gebruikt in sieraden

• Onedele metalen: Reageren langzaam met andere stoffen.
  
• Corrosie: onedele metalen worden gemakkelijk aangetast door zuurstof en waterdamp in de lucht, dit wordt proces heet corrosie. 

• Zeer onedele metalen: reageren heftig met zuurstof/water

Erts

• Erts: om een onedel metaal te maken, moet je (metaal)erts uit de grond halen. Dit erts moet je verwerken naar een metaal via productiestappen (=chemische reactie).
• Let op: edelmetalen vind je wél als zuiver metaal in de grond, deze hoef je niet meer te verwerken. 

• IJzererts: voornamelijk ijzer(III)oxide (Fe₂O₃)
• Bauxiet: voornamelijk aluminiumoxide (Al₂O₃) en roest

Microstructuur van metalen

• Vaste stoffen hebben een kristalrooster; bij metalen heet dit een metaalrooster.
• In een metaalrooster worden valentie-elektronen van een de metaalatomen minder sterk aangetrokken door de kern dan andere elektronen (omdat ze het verst van de kern zijn verwijderd). 
• Bij een metaal ondescheid tussen valentie-elektronen en rest van het atoom: atoomrest. Atoomrest is positief geladen.

Microstructuur van metalen (2)

• De positieve atoomresten zijn in het metaalrooster op vaste plaatsen gerangschikt en kunnen niet vrij bewegen.
• De valentie-elektronen kunnen wel vrij bewegen tussen de atoomresten.
• Deze vrij bewegende elektronen zorgen voor de binding tussen de positieve atoomresten: metaalbinding
• De metaalbinding is de aantrekkingskracht tussen de vrije elektronen (negatief geladen) en de positieve atoomresten.

Verklaren op microniveau: 

elektrisch geleidingsvermogen.

• Metalen kunnen elektriciteit geleiden (elektrisch geleidingsvermogen)
• Wanneer een metaal op een spanningsbron wordt aangesloten, vindt stroomgeleiding plaats. Elektrische stroom ontstaat door het transport van geladen deeltjes.
• Voor stroomgeleiding op microniveau zijn twee voorwaarden nodig:

1. Er moeten geladen deeltjes aanwezig zijn.
2. Deze deeltjes moeten vrij kunnen bewegen.

• In metalen zorgen vrije elektronen in het metaalrooster voor het transport van lading.
• De vrije elektronen bewegen naar de pluspool, terwijl nieuwe elektronen vanuit de minpool het metaal instromen.

Verklaren op microniveau: 

elektrisch geleidingsvermogen.

Verklaren op microniveau: 

vervormbaarheid

• Metalen zijn vervormbaar, zoals bij het buigen van een ijzeren paperclip.
• Deze eigenschap wordt verklaard door de microstructuur van het metaal.
• Bij het verschuiven van een laag metaalatomen blijft de opbouw van het metaalrooster intact.

Verklaren op microniveau: 

Smeltpunt

• Het smeltpunt van een metaal hangt af van de sterkte van de metaalbinding.
• Door de sterke metaalbinding hebben metalen vaak een hoog smelt- en kookpunt.
• Sterkere metaalbindingen vereisen meer energie om te verbreken.
• In de vloeibare fase kunnen de positieve atoomresten vrij bewegen, maar blijven ze aangetrokken tot de vrije elektronen.
• De metaalbinding blijft relatief sterk, zelfs in vloeibare metalen.

Legering

• Legering: (een gestold) metaalmengsel. De legering heeft vaak andere eigenschappen dan de metalen waaruit die legering gemaakt is. 
• Een legering maakt bijvoorbeeld het metaal veel harder of het metaal is beter bestand tegen corrosie
• Binas tabel 9

voorbeelden legering

Amalgaam: legering van kwik en een ander metaal.

• Zilveramalgaam werd vroeger gebruikt als tandvulling.

Brons: legering van koper en tin

• Laag smeltpunt, makkelijk in vorm te gieten. (maken van bijlen, dolken en medailles)
• Minder buigzaam en harder dan gewoon koper

Messing: legering van koper en zink.

• Kranen en waterleidingen
• Is erg hard en stevig

Soldeer 

• Soldeertin kan je gebruiken om een elektronische schakeling aan elkaar wilt verbinden. 
• Soldeertin heeft een laag smeltpunt. 

koolstof in staal

• Door het toevoegen van koolstof aan staal, geef je dit materiaal een hogere sterkte en een grotere hardheid. 
• Echter, een té hoge percentage koolstof in staal geeft een grotere brosheid. 

messing

Bij messing kunnen de lagen niet gemakkelijk langs elkaar heen schuiven.Bij messing kunnen de lagen niet gemakkelijk langs elkaar heen schuiven.

Maken 1 t/m 5 (vanaf blz 102)

1

• Voorbeelden van goede antwoorden zijn: glanzend uiterlijk (na polijsten), warmtegeleiding, geleiding elektrische stroom, meestal hoog smeltpunt, vervormbaar.

2

• a) Metalen zijn niet-ontleedbare stoffen (elementen). De formule van een metaal noteer je als het symbool van dat betreffende metaal.  '
• b)

2c

3

• De aantrekkingskracht tussen de negatief geladen vrije elektronen en de positief geladen atoomresten

4

• a) 1. Er moeten geladen deeltjes aanwezig zijn.
•       2. Deze geladen deeltjes moeten vrij kunnen bewegen.
  
• b) de valentie-elektronen (vrije elektronen)
• c) Een legering is een mengsel van samengesmolten metalen. Aangezien zuivere metalen de stroom geleiden, zal een legering ook elektrisch geleidend zijn. Een legering voldoet namelijk ook aan de voorwaarden voor stroomgeleiding. In een legering zijn namelijk ook vrije elektronen aanwezig.

5

• edelheid

Maken 6 t/m 11 (vanaf blz 103)

6b niet maken!

6

• a) Het zijn metalen met een lage dichtheid.
• b)

6

• a) Het zijn metalen met een lage dichtheid.
• b)

7

• De hoogte van het smeltpunt van een metaal wordt bepaald door de sterkte van de metaalbinding. Als het smeltpunt van kwik laag is, zal de metaalbinding zwakker zijn dan bij alle andere metalen.

8

• a) Onedele metalen reageren met zuurstof uit de lucht. Het metaaloxidelaagje geeft het metaal een doffe kleur.
• b) 4 Fe(s) + 3 O₂(g) → 2 Fe₂O₃(s)
• c) Bij polijsten schuur je het oxidelaagje eraf.

9

• a) De metaallagen kunnen vrij gemakkelijk langs elkaar heen bewegen.
• b) 

9

• a) De metaallagen kunnen vrij gemakkelijk langs elkaar heen bewegen.
• b) 

9

• c) Bij brons gaat het om het metaalrooster van koperatomen waar tinatomen zijn ingebouwd. De tinatomen zijn groter dan de koperatomen, waardoor de verschillende lagen van metaalatomen niet meer gemakkelijk langs elkaar heen kunnen bewegen.
• d) Een legering is een mengsel en heeft dus een smelttraject. Dus brons zal niet bij één vaste temperatuur smelten
• e) Brons is een legering. Doordat niet alle metaalatomen in het metaalrooster even groot zijn, kunnen de atomen niet over elkaar schuiven. Het materiaal is daardoor hard, maar niet meer vervormbaar. Wanneer de kracht te groot wordt, barst het.

10

• a) De zinkatomen en de ijzeratomen zitten in de legering door elkaar en zijn door metaalbindingen aan elkaar gebonden. Wanneer de kracht te groot wordt, barst het.
• b) De temperatuur moet hoger zijn dan het smeltpunt van zink. Dit smeltpunt is 693 K (Binas tabel 40A). Een temperatuur van 400 °C is gelijk aan 673 K en dat is dus lager dan het smeltpunt van zink. Mert heeft dus gelijk.

11

• a) Pb(s) 
• b) Zware metalen zijn metalen die een hoge dichtheid hebben.
• c) Zware metalen en verbindingen van zware metalen zijn schadelijk voor gezondheid en milieu. Lood tast de hersenen en het centrale zenuwstelsel aan.
• d) Metalen hebben een metaalglans. Als het metaal dof is geworden, is een corrosielaagje ontstaan. Metalen die gemakkelijk corroderen, noem je onedel. Lood is dus een onedel metaal.