H14 herhaling slimme materialen en metalen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

H14 Nieuwe materialen

Leerdoel

Je leert om eigenschappen van diverse materialen te verklaren op microniveau

Deze les

• Herhaling stoffen en bindingstypen
• metalen en legeringen

Periodiek systeem 

• Metalen (Binas 99: geel)
• Niet-metalen (Binas 99: rood)
• Metalloïden: eigenschappen van metalen en niet-metalen

Typen stoffen

• Metalen: uitsluitend metaal atomen
• Zouten: combi metaal en niet-metaal atomen
• Moleculaire stoffen: uitsluitend niet-metaal atomen

Materialen

• Een natuurlijke of kunstmatige stof of mengsel van stoffen dat voldoet aan bepaalde eisen om te worden toegepast in gebouwen of gebruiksvoorwerpen.

• Voorbeelden: metalen, keramiek, macromoleculaire materialen, composieten.

Metalen

• Hoog smeltpunt
• Sterk materiaal
• Buigzaam
• Goede geleider

Hoe verklaar je de elektrische geleiding van metalen op
micro-niveau?

1. De positieve kernen kunnen bewegen.
2. De vrije elektronen bewegen door het metaal.
3. Stroom gaat tussen de atomen door het rooster.
4. Ionen geven elektronen af aan het volgende ion.

Metaalrooster

• Positieve atoomkernen netjes gerangschikt.
  
• Vrije (valentie-)elektronen bewegen vrij er doorheen.
• Aantrekking tussen atoomresten (kernen met overige e^-)  en vrije elektronen = metaalbinding.

Wat voor soort rooster is hiernaast afgebeeld?

1. ion rooster
2. metaalrooster
3. molecuulrooster

Zouten

• Hoog smeltpunt
• Bros materiaal
• Geleiden in gesmolten en opgeloste toestand

• Ionen in ionrooster d.m.v. ionbinding.

Moleculaire stoffen

• Zeer diverse eigenschappen
• Meestal slechte geleiders
• Hydrofiel (waterstofbruggen) en hydrofoob
• Zeer wisselende smelt- en kookpunten

• Bindingstypen: vanderwaalsbinding, atoombinding, waterstofbrug, dipool-dipool binding.

In de wand van een fusiereactor wordt wolfraam en tin gebruikt. Wat kun je zeggen over de kook- en smeltpunten van deze metalen, als je bedenkt dat vloeibaar tin de wolframen wand kan herstellen bij afkoelen?

1. het kookpunt van wolfraam is hoger dan het kookpunt van tin
2. het kookpunt van wolfraam is hoger dan het smeltpunt van tin
3. het smeltpunt van wolfraam is hoger dan het kookpunt van tin
4. het smeltpunt van wolfraam is lager dan het kookpunt van tin

Legering?

1. 
2. 
3. 
4. 

hiernaast een modeltekening van een zelfherstellende aluminium-koper legering. Bij verwarming kunnen de koper-atomen (rood) door het materiaal bewegen.
Wat gebeurt er?

1. herstel doordat bewegende Cu atomen alle andere atomen weer in elkaar duwt
2. herstel doordat Cu en Al meer bewegingsenergie hebben en zo het gat vullen
3. herstel doordat bewegende Cu atomen het gat vullen

hitte

Doordat koperatomen door de aluminium atomen heen kunnen bewegen bij verwarming, kunnen de koper-atomen naar de 'open plekken'.

Zo worden de gaatjes en dus de zwakke plekken gevuld.

Waarom maken roosterfouten een metaal meestal harder?

1. De metaalbinding is dan sterker.
2. Atoomlagen bewegen slechter over elkaar.
3. Dan zijn de elektronen niet meer vrij.

Hoe edeler een metaal,
des te reactiever het metaal is.

1. juist
2. onjuist

Niet alle reductoren zijn even sterk.
In welke volgorde neemt de reductorsterkte af?

1. Cu > Zn > Mg
2. Mg > Zn > Cu
3. Zn > Mg > Cu
4. Cu > Mg > Zn

Keramische materialen:

Wat zijn keramische materialen?

Geen metaal en geen polymeer.
Oorspronkelijk van "keramos":  drinkvat of aardewerkvat.

Dus van gebakken klei, meestal silicaten (zandachtige stoffen), maar ook zouten. Door het materiaal te bakken, komen de bouwstenen in een geordende vorm (rooster), hierdoor is keramisch materiaal sterk en vormvast.

Keramische materialen met een atoomrooster

• Het atoomrooster zorgt dat diamant (van koolstofatomen) zo hard is
• Siliciumcarbide (SiC) is net als diamant maar de helft van de atomen is Silicium
• Meest voorkomende is siliciumdioxide (kwarts, graniet en zand)

Keramische materialen met een ionrooster

• Onderling sterke aantrekkingskracht
• Breken als je teveel kracht op uitoefent

Keramische materialen hebben een....

1. Ionrooster
2. Atoomrooster
3. Atoomrooster of ionrooster
4. Geen atoomrooster en geen ionrooster

einde 😀

je weet nu weer alles over metalen, zouten, moleculaire en atomaire stoffen, hun bindingen, roosters en belangrijkste eigenschappen!