H5 Mengen en oplossen

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 5

water

Mengen en oplossen

Planning

• Expert opdracht 
  
• Doelen van H5
• Theorie + vragen
• Opdrachten maken

In Brazilië rijden veel auto's op bio-ethanol. Deze ethanol wordt m.b.v. destillatie gewonnen uit vergist sap van suikerriet. 

Een auto rijdt 15 km op 1,0 liter ethanol.

De dichtheid van ethanol is 0,80 ∙ 103 kg /m3.

a. Bereken hoeveel gram ethanol de auto verbruikt per kilometer. 

De onderstaande reactievergelijking geeft de volledige verbranding van ethanol weer

C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

b. Bereken hoeveel mol zuurstof er per kilometer nodig is

1,0 L / 15 km = 0,0666667 L / km

m = p x v = 0,80 ∙ 103 x 0,0666666667 = 53,333 gram

 C2H5OH   +    3 O2  →   2 CO2    +    3 H2O

 53,333 g           111,140 = 1,1 x 102 gram

1,158 mol             3,473 mol

 0,80 ∙ 103 kg /m3 =  0,80 ∙ 103 g /dm3

x 3 

C2H5OH = 46,068 g/mol

O2 = 32,00 g/mol

: 46,068 

x 32,00

Per kilometer heb je dus 1,1 x 102 gram zuurstof nodig. 

Doelen van H5 Water

• Ik kan herkennen en benoemen welke bindingen tussen en in moleculen aanwezig zijn. 
  
• Ik kan uitleggen waarom sommige stoffen wel willen mengen met water en sommige stoffen niet. 
• Ik kan de hydratie tekenen. 
• Ik kan de reactievergelijking opstellen van een hydraat (zout + kristalwater). 
• Ik kan rekenen aan hydraten. 
• Ik kan de werking van zeep uitleggen met (a)polair karakter. 

Beheers je alle doelen van H5?

Ja

Nee

Voor een gedeelte

Aan de slag

Maak 10, 13, 18, 20, 24, 28, 31, 33, 40, 44, , 47, 49, 51

Van der Waalsbinding - Molecuulbinding

• Aantrekkingskracht tussen moleculen
• Zwakkere binding dan atoombinding 
• Aanwezig bij vaste stoffen en vloeistoffen
• Verdwijnt in de gasfase (molecuulrooster wordt verbroken) of als een molecuul wordt opgelost. 

Waterstofbruggen

• OH- en NH- groepen zijn bijzonder.
• Extra bindingen maken = waterstofbrug (H-brug)
• Veroorzaakt door polaire atoombinding
• Die wordt weer veroorzaakt door elektronegativiteit
• H-brug is sterker dan VanderWaalsbinding, maar minder sterk dan covalente binding

Polaire atoombinding

• Elektronegativiteit: Binas 40A
• Geeft aan hoe hard een kern aan elektronen trekt
• Verschil betekent kleine lading op atoom

Elektronegativiteit van H=2,1 en Cl=3,2

Cl trekt iets harder aan elektronen

Gedeeld elektronenpaar zit dichter bij Cl dan H

Cl klein beetje negatief 

H dus een klein beetje positief

δ​+​​

δ​−​​

Water heeft ook een dipoolmoment:
EN H = 

EN O = 

Dit betekent dat zuurstof harder aan de elektronen in het gedeelde elektronenpaar trekt dan water. 

Welke structuren kunnen waterstofbruggen aangaan?

1. 
2. 
3. 
4. 

Welke bindingen worden verbroken bij het koken van water?

1. vanderwaalsbindingen
2. vanderwaalsbindingen en waterstofbruggen
3. vanderwaals- en covalente bindingen
4. waterstofbruggen

Kan Cocaïne waterstofbruggen vormen?

1. Ja, want het molecuul is polair
2. Ja, want het molecuul is apolair
3. Nee, want het molecuul is polair
4. Nee, want het molecuul is apolair

Hydratie

Oplosbaarheid zouten/moleculen

Op microniveau is dat verschil er wel.

• Bij een zout als natriumchloride vindt er tijdens het oplossen in water hydratie plaats.

• Bij een moleculaire stof als glucose ontstaan er waterstofbruggen met water.

sacharose = C₁₂H₂₂O₁₁

hydratie

Een zout heeft in de vaste fase een ionrooster.

Hydrofiel en hydrofoob

• Hydro = water
• fiel = lievend
• foob = angst

• Stoffen die goed mengen/oplossen in water = hydrofiel / polair
• Stoffen die slecht mengen/oplossen in water = hydrofoob / polair

H

H

O

Voorbeelden hydrofiele moleculen

ammoniak                water                 methanol                    glucose

Voorbeelden hydrofobe moleculen

  methaan               benzeen                 pentaan                      jood

I - I

Soort zoekt soort

• H₂O = polair / hydrofiel, bevat OH groep, kan H-brug vormen
• NH₃ = polair / hydrofiel, bevat NH groep, kan H-brug vormen

• Conclusie: water mengt met ammoniak, want een polaire stof mengt met een polaire stof. 

Dit kan je ook aangeven in een tekening waarbij je de waterstofbruggen tekent (geef ook de polaire atoombindingen aan). 

Emulgator

Teken 2 moleculen ammoniak en 2 moleculen water en minimaal 3 waterstofbruggen tussen de moleculen.

Zet de moleculen op volgorde van oplopend kookpunt. Zoek de kookpunten niet op, maar verklaar aan de hand van de structuurformule en betrokken bindingstypen.

CH4 (methaan), C2H6 (ethaan), CH3OH (methanol)

1. methaan, ethaan, methanol
2. ethaan, methaan, methanol
3. methanol, ethaan, methaan
4. methanol, methaan, ethaan

Uitleg quizvraag

• Methanol kan als enige een H-brug vormen, vanwege de OH-groep. 
• Ethaan heeft een hogere massa dan methaan, dus de vanderwaalsbinding in ethaan is sterker dan in methaan.
• De H-brug is sterker dan de vanderwaalsbinding, dus methanol heeft het hoogste kookpunt.
• Volgorde van laag naar hoog kookpunt: methaan, ethaan, methanol.

geen waterstofbrug

wel waterstofbruggen

NH₃

C₃H₈

C₂H₅OH

CH₃NH₂

N₂

O₂

CH₂Cl₂

NO₂

H₂O₂

CaCO₃

NaCl

Zouten in water

• Binding tussen Na+ en Cl- heet een ionbinding
• Bij oplossen van een zout in water worden de ionbindingen verbroken

Zouten in je lichaam

Je lichaam bestaat voor meer dan 60% uit water met daarin zouten opgelost. De nieren regelen dit allemaal om ervoor de zorgen dat de concentratie op het juiste niveau blijft. 

Tijdens het hevig sporten kan je het beste een ORS-oplossing nemen i.p.v. een sportdrank. 

Molariteit vs [ion]

Definities

Molariteit: hoeveelheid van een stof per volume-eenheid in mol/l

[ion]: de concentratie van een ion in een oplossing in mol/l

We lossen 0,4 mol calciumchloride op in 1 liter water

Reactievergelijking:	CaCl 2 (s)		Ca 2+ (aq)	+	2 Cl - (aq)
Verhoudingen	1		1		2
Molariteit	0,4 M
Concentratie ionen			0,4mol/l		0,8 mol/l

 Concentratie

Verdunnen

• Verdunnen: toevoegen van water waardoor de [ion] afneemt.

• Hoeveelheid deeltjes per volume eenheid wordt minder

Molariteit

Notatie Molariteit: je noteer molariteit als rechte haken om de formule van de opgeloste stof.

Voorbeelden:

[C₆H₁₂O₆] = molariteit van opgeloste glucose

[Na⁺] = molariteit van de opgeloste natrium-ionen

[CO₃^2-] = molariteit van de opgeloste carbonaationen

oplosvergelijking:  Al₂(SO₄)₃ (s) -> 2 Al ³⁺ (aq)  +   3 SO₄ ^2- (aq)

molverhouding:              1        :                    2           :                3

dus:                                     1,0 mol               2,0 mol                  3,0 mol

                        [Al³⁺ ] = n : V 

                        [Al3+ ] = 2,0 : 2,0  L = 1,0 M

Molariteit

We lossen 6,0 gram calciumchloride op in water.

Er ontstaat een oplossing met een volume van 500 mL.

        a.    Bereken het aantal mol opgeloste calciumchloride.

        b.     Bereken de molariteit van de ionconcentraties. 

                 (dus de molariteit van de calciumionen en de chloride-ionen)

    

We lossen 6,0 gram calciumchloride op in water. Er ontstaat een 500 mL oplossing.
a. Bereken het aantal mol opgeloste calciumchloride.
b. Bereken de molariteit van de ionconcentraties.
(dus de molariteit van de calciumionen en de chloride-ionen)

CaCl₂ --> Ca²⁺ (aq) + 2 Cl^- (aq)

6,0 g CaCl₂ / 110,98 g/mol = 0,054 mol

CaCl₂ : Ca²⁺ = 1: 1, dus ook 0,054 mol Ca²⁺

CaCl₂ : Cl^- = 1: 2, dus 0,054 x 2 = 0,108 mol Cl^-

[Ca²⁺] = 0,054 / 0,500 = 0,108 M

[Cl^-] = 0,108 / 0,500 = 0,216 M

Zeep

De hydrofobe staarten gaan aan de stof hechten , de hydrofiele koppen gaan aan de waterkant liggen. 

Hierdoor komt de olie los van de stof en kan het met water worden weggespoeld. De olie emulgeert dus met water door de zeep. 

Emulsie is een mengsel van water en olie, een emulgator zorgt er voor dat dit mengsel van ontstaan. Zeep is hier de emulgator. 

Werking van zeep

Een zeepmolecuul ziet er ongeveer zo uit. Een kop die van water houdt (hydrofiel) en een staart die niet van water houdt (hydrofoob). 

Schoonmaakmiddelen

Zeep = emulgator

natrium-stearaat (NaC₁₇H₃₅COO)

Vul het verhaaltje in!

Hexaan kan (                          )    goed mengen met water, doordat hexaan geen  (                                  )    kan vormen. 

Water kan dit (                                )    , hierdoor is water een      (                                    )   stof. 

wel

niet

waterstofbruggen

hydrofobe

hydrofiele

vanderwaalsbindingen

Aan de slag

Maak 10, 13, 18, 20, 24, 28, 31, 33, 40, 44, , 47, 49, 51