14.1 + 14.2

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

14.1 + 14.2

14.1 Metalen en legeringen

Verband tussen contexten en concepten in relatie met metalen

Eigenschappen verklaren met mbv micro- en mesoniveau

Invloed van roosterfouten op eigenschappen van metalen

Dit hoofdstuk

• Over nieuwe materialen: polymeren, metalen, keramische materialen, nanotechnologie
• Veel onderwerpen komen samen: polymeerchemie, redox, zuur/base
• Veel tekst per paragraaf: lees zelf de paragraaf door, niet alles zal besproken worden! 

Kernfusie

• In de zon gebeuren dit soort reacties bij druk van 10 miljard bar en temperatuur van 15 miljoen kelvin.
• Op aarde kan H-2 reageren met H-3, waarbij energie vrijkomt
• Hele hoge temperatuur nodig: 150 miljoen kelvinkernfusie: geen materiaal kan daar tegen

Kernfusie

• Botsingen zijn zo heftig dat H-2 en H-3 hun elektron verliezen en er een mengsel ontstaat van positief geladen kernen en losse elektronen.
• Bij voldoende geïoniseerde atomen is het geen gas meer maar een plasma: geleidt wel stroom en reageert op magneetvelden

Kernfusie

• Botsingen zijn zo heftig dat H-2 en H-3 hun elektron verliezen en er een mengsel ontstaat van positief geladen kernen en losse elektronen.
• Bij voldoende geïoniseerde atomen is het geen gas meer maar een plasma: geleidt wel stroom en reageert op magneetvelden

Kernfusie

• Kan plasma in bedwang houden met magneten
• Moet de reactorwand nog steeds tegen ong. 6000 K kunnen.
• Wolfraam heeft een smeltpunt van 3695 K.

Edelheid van metalen

• Standaardelektrodepotentiaal (SEP) geeft informatie over de edelheid van metalen.
• Hoe groter het SEP, hoe edeler het metaal is
• Hoe onedeler, hoe gevoeliger voor corrosie: sommige metalen moet je beschermen

Edelheid van metalen

• Chroom, aluminium en wolfraam hoef je niet te beschermen: die vormen een afsluitend oxidelaagje
• IJzer kan zo'n laagje niet goed vormen

Geleiding en buig-zaamheid van metalen

• Metaal bestaat uit positief geladen metaalionen, omringd door vrij bewegende, negatief geladen valentie-elektronen
• Aantrekkingskracht tussen geladen deeltjes, de metaalbinding, is heel sterk: hoog smeltpunt

Geleiding en buig-zaamheid van metalen

• Op mesoniveau vormen er metaalkristallen
• Als je kracht uitoefent (buigen) verschuift een laag positief geladen metaalionen in het rooster van een kristal
• Buigen gaat alleen zolang de beweging wordt doorgegeven

Geleiding en buig-zaamheid van metalen

• Bij metaal smeden ontstaan er steeds meer grensvlakken en kleinere kristallen. Op die grensvlakken schuift het steeds minder goed: metaal wordt harder

Legeringen

• Zuivere metalen zijn dus makkelijk te vervormen
• Legeringen zijn dat minder door roosterfouten
• Een deel van de metaalatomen is vervangen door een ander atoom dat groter of kleiner is
• Maakt verschuiven lastiger

14.2 Slimme polymeren

Hoe geleiden polymeren?

Eigenschappen van polymeren verklaren met micro- en mesoniveau

Structuur en eigenschappen van composieten

Zelfherstellend rubber

• Als je het rubber doorknipt en daarna tegen elkaar aan doet, herstelt het rubber weer
• Doorknippen: op microniveau worden bindingen verbroken
• Herstellen: nieuwe bindingen worden gevormd 

Zelfherstellend rubber

• Bijv. door een polymeer waarbij zijgroepen zijn met positieve ladingen en negatieve ladingen

Zelfherstellend rubber

• Kan dus door ionbindingen te vormen, maar kan ook door een netwerkpolymeer te vormen met vrije reactieve groepen (zuur- en aminogroepen), maar ook veel N-H en C=O voor H-brug vorming

Zelfherstellend rubber

• Stap 1: vorming van het rubber is reactie tussen bijv. dodecaan-1,12-diamine en propeenzuur
• 12 uur lang bij ong 50 C.

Zelfherstellend rubber

• Stap 2: Nu reageren de moleculen met elkaar waarbij amidebindingen ontstaan (reactie tussen het zuur en de aminogroep)
• Er zaten 4 N-H groepen, dus het kan door reageren voor netwerkpolymeer

Zelfherstellend rubber

• Zwarte bolletjes: N
• Rode rondjes: vrije reactieve groepen
• Wordt 32 uur verhit tot 160 C: meer vrije reactieve groepen reageren en de stof wordt vast.

Zelfherstellend rubber

• Zwarte bolletjes: N
• Rode rondjes: vrije reactieve groepen
• De groepen die nog vrij zijn zorgen voor het herstellende vermogen

Oled TV's

• Oleds:  organische licht emitterende diodes.
• Lcd-schermen hebben achtergrondverlichting nodig
• Oled-schermen zenden zelf licht uit en kunnen dus veel dunner zijn (dikte van een muntstuk)

Oled TV's: lichtgevend polymeer

• Gebruik van polymeren die kunnen geleiden en polymeren die licht kunnen afgeven
• Je hebt een metaalelektrode met daaraan een lichtgevend polymeer. Dit polymeer neemt elektronen aan de onderkant op en er ontstaat een negatieve lading

Oled TV's: lichtgevend polymeer

• Aan de bovenkant staan ze elektronen af en ontstaan er 'gaten' met een positieve lading.
• Als de elektronen het positief geladen gat opvullen komt de opgenomen elektrische energie vrij in de vorm van licht die door de bovenste laag schijnt

Oled TV's

• Gebeurt 10¹⁵ keer per seconde per cm²
• Door de zijketens van de lichtgevende polymeren te veranderen, maak je oleds met verschillende kleuren
• Blauw is lastig, want dat is het meeste energie en dan beschadigt het polymeer

Oled TV's: geleidend polymeer

• Moleculaire stoffen geleiden meestal nauwelijks en polymeren zijn meestal moleculaire stoffen
• Er zijn geen vrije elektronen om te bewegen, want de elektronen zitten vast in covalente bindingen
• Toch kan het soms geleiden, zoals bij polyethyn

Oled TV's: geleidend polymeer

• De drievoudige binding van ethyn wordt omgezet in een dubbele binding en vormt een keten waarin dubbele en enkele bindingen elkaar afwisselen.
• Dat noem je een geconjugeerd systeem
• Elektronen kunnen opschuiven: geringe geleiding

Oled TV's: geleidend polymeer

• Bij toevoegen van beetje oxidator, zoals I2, verdwijnt er een elektron, waardoor er een positieve lading overblijft
• Dit geleidt beter, want de dubbele binding kan gemakkelijk omklappen

Glare (GLAss REinforced aluminium)

• Materiaal waarin meerdere stoffen elkaar afwisselen noem je een composiet.
• Laagjes aluminium van 0,3-0,4 mm, vastgelijmd aan matjes van glasvezels in epoxyhars.
• Matjes liggen om en om tussen de aluminiumlagen in

Glare (GLAss REinforced aluminium)

• Goed bestand tegen beschadiging
• Door de verschillende lagen wordt een scheurtje niet groter

En nu?

Paragraaf goed doorlezen!

Opdrachten: 13, 14, 15, 16