4 MAVO Hoofdstuk 11 Koolstofchemie samenvatting

• Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Koolstofchemie

koolwaterstoffen

Bestaan uit voornamelijk C's en H's 

Aardolie bestaat uit meer dan 1000 soorten koolwaterstoffen

Gefractioneerde destillatie

Fractie: mengsel van verschillende koolwaterstoffen in aardolie met ongeveer gelijke formules en 

ongeveer gelijk kookpunt.

Binas 41

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.

Brandstoffen

Het aantal C -atomen is bepalend of een brandstof een gas - vloeistof of vaste stof is

1-4 C's zijn gas

5-25 C's zijn vloeibaar

> 25 C zijn vast 

Paragraaf 2: 

Alkanen en alkenen

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 (bindingen 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 (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 (2)

Etheen:

Propeen:

De algemene formule voor alkenen is: 

C​2​​H​4​​

C​3​​H​6​​

C​n​​H​2n​​

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 (katalytisch kraken)

Hoe noemen we die laatste methode ook alweer?

Thermisch en katalytisch kraken 

Kraken

kraken = in stukken breken

Van lange moleculen worden kleinere moleculen gemaakt. 

vb: 

                          -->  

alkaan                     alkaan                   alkeen 

Twee manieren: verhitten of katalysator toevoegen  

C​10​​H​22​​(s)

C​8​​H​18​​(l)+C​2​​H​4​​(g)

Thermisch en katalytisch kraken 

naamgeving 

Kookpunt

Hoe meer C's, hoe hoger het kookpunt! 

Kookpunt in graden Celcius en Kelvin

Kelvin = graden Celcius + 273

REkenen van Kelvin naar Celsius en omgekeerd 

 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​​

Reactievergelijking moet je kunnen opstellen van een monomeer naar een polymeer

Monomeren en Polymeren

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

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.

Paragraaf 4: Toepassing van kunststoffen

plastic

In ons dagelijks taalgebruik hebben we het vaak over "plastic". Hiermee bedoelen we kunststoffen die vervormbaar (plastisch) zijn. Dit zijn dus thermoplasten.

Er zijn ook kunststoffen die niet vervormbaar zijn (thermoharders). Niet alle kunststoffen zijn dus "plastic".

.

 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

Thermoplasten 

• Thermoplasten zijn polymeren die bij verwarmen zacht en buigzaam worden. Ze hebben lineaire en vertakte ketens.
• Worden gebruikt bij:
• schuim
• folie
• buizen
• kabel
• vezels
• kunstglas

Thermoharders 

Thermoharders blijven hard als ze verwarmd worden. 

Bij een thermoharder zijn de ketens verbonden door dwarsverbindingen (crosslinks);

Toepassingen:

• speelgoed
• huishoudelijke artikelen
• bakeliet

omdat ze een driedimensionaal fijnmazig netwerk van polymeerketens met dwarsverbindingen hebben.

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.