Les 3.2.1 Bouw van stoffen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

Les 3.2 Bouw van stoffen

Planning

• Nakijken 4, 7, 8 en 9 (vanaf blz 117)
• 3.2 Bouw van stoffen
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven 

Nakijken: 4, 7, 8 en 9 (vanaf blz 117)

4

4

7

• a) Atoomnummer = aantal protonen, dus linksonder 8 (en in de schillen, samen, 8 elektronen).
  
• Massagetal = aantal protonen + neutronen = 8 + 10 = 18.
  
• Het element is zuurstof, O, want het atoomnummer is 8. Het deeltje is neutraal geladen: ¹⁸₈O.

7

• b) Dit atoom bevat acht protonen, dus het atoomnummer is 8.
  
• Er zijn acht elektronen aanwezig, dus het atoom is ongeladen.
  
• Het aantal neutronen is 8.
  
• Dus het massagetal = aantal protonen + aantal neutronen = 8 + 8 = 16.
  
• De wetenschappelijke notatie is dan: ¹⁶₈O.

• c) Aangezien beide isotopen atoomnummer 8 hebben, staan ze in periode 2, groep 16.
  

8

8

9

• a) 4 Eu(s) + 3 O₂(g) → 2 Eu₂O₃(s)
  
• b) In een eurobiljet zit niet de stof europium, Eu(s), maar een europiumverbinding. Die verbinding heeft andere eigenschappen dan de stof europium.
• c) Europium is een metaal. Het zal dus vast zijn bij kamertemperatuur, grijsglanzend, elektriciteitsgeleidend en vervormbaar.

9

d) 

Les 3.2 Bouw van stoffen

Leerdoelen 3.2

• Je kunt stoffen indelen in metalen, zouten en moleculaire stoffen aan de hand van hun atomaire samenstelling.
  
• Je kunt metalen op micro- en macroniveau beschrijven.
  
• Je kunt zouten op micro- en macroniveau beschrijven.
  
• Je kunt uitleggen wat corrosie is, en daarbij maak je onderscheid tussen edele en onedele metalen.
  
• Je kunt op microniveau verklaren waarom legeringen andere eigenschappen hebben dan zuivere metalen.

Elektrisch geleidingsvermogen

• Stofeigenschap!

• Koper geleidt goed → toegepast in elektriciteitsdraden.

• Voor geleiding zijn nodig:

1. Geladen deeltjes.
2. Vrije bewegingsruimte voor de deeltjes.

stoffen

stoffen

Moleculaire stoffen

Metalen

Zouten

stoffen

Moleculaire stoffen

Metalen

Zouten

- Bestaan uit: metaalatomen 

- Voorbeeld: Fe, Au

- Geleiden elektrische stroom

stoffen

Moleculaire stoffen

Metalen

Zouten

- Bestaan uit: metaalatomen 

- Voorbeeld: Fe, Au

- Geleiden elektrische stroom

- Bestaan uit: niet-metaalatomen 

- Voorbeeld: H₂, H₂O, C₆H₁₂O₆

- Geleiden géén elektische stroom.

stoffen

Moleculaire stoffen

Metalen

Zouten

- Bestaan uit: metaalatomen 

- Voorbeeld: Fe, Au

- Geleiden elektrische stroom

- Bestaan uit: niet-metaalatomen 

- Voorbeeld: H₂, H₂O, C₆H₁₂O₆

- Geleiden géén elektische stroom.

- Bestaan uit: metaal- én niet-metaalatomen 

- Voorbeeld: NaCl, CaO.

- Geleiden elektriche stroom in de vloeibare fase

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!

Microstructuur van metalen

• Bestaan uit positieve atoomresten en vrije elektronen in een metaalrooster.
• Vaste stoffen hebben een kristalrooster; bij metalen heet dit een metaalrooster.
• Metaalbinding: Sterke aantrekkingskracht tussen positieve ionen en vrije elektronen.
• Buigzaamheid: Deeltjes bewegen gemakkelijk langs elkaar zonder het rooster te verstoren.

Microstructuur van metalen

• Bestaan uit positieve atoomresten en vrije elektronen in een metaalrooster.
• Vaste stoffen hebben een kristalrooster; bij metalen heet dit een metaalrooster.
• Metaalbinding: Sterke aantrekkingskracht tussen positieve ionen en vrije elektronen.
• Buigzaamheid: Deeltjes bewegen gemakkelijk langs elkaar zonder het rooster te verstoren. (volgende slide)

vervormbaarheid van metalen

elektrisch geleidingsvermogen van metalen

• De negatief geladen elektronen bewegen zich naar de pluspool van de stroombron

• 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. 
• Roest: corrosie bij ijzer

• Zeer onedele metalen: reageren heftig met zuurstof/water

Roest

• Wat kan je doen om ijzeren materialen te beschermen tegen roest? 

Legering

• Legering/ alliages: (een gestold) metaalmengsel. De legering heeft vaak andere eigenschappen dan de metalen waaruit die legering gemaakt is. 
• Hierdoor ontstaan er andere stofeigenschappen: 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. 

Legering & vervormbaarheid

Doordat er atomen met een kleinere (links) of grotere (rechts) atoomstraal in het metaalrooster zijn ingebouwd, zijn legeringen minder gemakkelijk vervormbaar dan zuivere metalen.

Legering & andere eigenschappen

• Lagere smelttemperatuur dan afzonderlijke metalen.
• Minder stroperig → beter geschikt voor gieten (bijv. bronzen beeld → fijnere detaillering).

Toevoeging van andere metalen vermindert reactiviteit.

• Roestvrij staal: IJzer + chroom → bestand tegen corrosie.
• Messing: Koper + zink → voorkomt groene aanslag.

Zouten

Een zout is een verbinding tussen een metaal en een niet-metaal. bijvoorbeeld: 

• natriumchloride, NaCl (s)

• lithiumfluoride, LiF(s)
• magnesiumoxide, MgO(s)
• calciumsulfide, CaS(s)

Stofeigenschappen van zouten

• Zouten hebben een hoog smeltpunt
• Bij kamertemperatuur (293 K) zijn alle zouten vaste stoffen. 

• In vaste fase geleiden zouten géén stroom
• Gesmolten zouten/ opgeloste zouten geleiden wél stroom

• Zouten zijn hard, slecht vervormbaar

Ionen

• Een zout is opgebouwd uit ionen. 
• Ion: een atoom/atoomgroep met een lading (+ of - lading, ofwel: positieve/negatieve ionen)
• Aantal elektronen ≠ aantal protonen.

atoomnummer = aantal protonen

massagetal – aantal protonen = aantal neutronen

aantal protonen – lading = aantal elektronen

Microstructuur van zouten

• Ionbinding: positieve en negatieve lading/ionen trekken elkaar aan, hierdoor ontstaat een ionbinding. 
• een ionbinding is zeer sterk, daarom is het smeltpunt van een zout heel hoog (en zijn ze dus vast bij kamertemperatuur)
• De ionbindingen vormen een ionrooster. 

Zouten & vervormbaarheid

• Zouten zijn stevig, maar wel bros: ze breken eerder dan ze van vorm veranderen.
• Wanneer door een uitwendige kracht een laag ionen in een ionrooster een stukje wordt verschoven, komen ionen met dezelfde lading tegenover elkaar te liggen: deze ladingen stoten elkaar af, met als gevolg breuk in het materiaal. 

zouten & elektrisch geleidingsvermogen

Zouten & elektrisch geleidingsvermogen

• Voor stroomgeleiding zijn er geladen deeltjes nodig die vrij kunnen bewegen. 
• In vaste zouten kunnen de geladen deeltjes niet vrij bewegen: dus geleid dit géén stroom. 
• In vloeibare/opgeloste  zouten kunnen de geladen deeltjes wel vrij bewegen: dus geleid wél elektrische stroom.  
• Als een zout oplost in water worden de ionbindingen verbroken, de ionen komen dan los van elkaar en kunnen ook vrij in het water bewegen.

Maken: 3 t/m 5 (blz 125)

Daarna 6 en 7

3

• a) Door het materiaal te testen op elektrische geleiding. Goud zal in vaste fase wel elektriciteit geleiden en het pyriet niet, want goud is een metaal en pyriet is een zout.
• b) Wanneer goud wordt gebogen, schuiven de goudkernen langs elkaar. Wanneer dit is gebeurd, ontstaat eenzelfde situatie als daarvoor. De metaalbindingen blijven intact.

3

• c) Wanneer pyriet wordt gebogen, schuiven de ionen langs elkaar. Doordat bij buiging in pyriet de ionen met gelijke lading tegenover elkaar komen te liggen, stoten deze ladingen elkaar af. Het materiaal is daardoor niet buigbaar en zal dus eerder breken

4

• a) Aluminium, want de dichtheid van aluminium is laag. Het gebruik van dit materiaal zorgt daardoor voor vliegtuigen met een lagere massa.
• b) Zilver, want munten vertegenwoordigen waarde dus die mogen niet zomaar kapot gaan. Daarom zijn ze gemaakt van edele metalen, zodat ze minder snel reageren en dus lang houdbaar zijn.

4

• c) Lood, want kanonskogels moeten een hoge dichtheid hebben. Dan zijn de kogels zwaar genoeg om dingen stuk te kunnen maken wanneer ze inslaan. Zilver is in principe ook goed, maar zilver is een stuk duurder per kilogram.
• d) legering of alliage
  
• e) Doordat atomen met een kleinere of grotere atoomstraal in het metaalrooster zijn ingebouwd, zijn legeringen minder gemakkelijk vervormbaar dan zuivere metalen

5

• a) Roest behoort tot de zouten, want de moleculaire stoffen zuurstof en water reageren met een metaal tot één stof. Daarin moeten dus zowel metaalatomen als niet-metaalatomen voorkomen.
• b) Het ijzer moet worden geschilderd, want roest is poreus. Daardoor kan het onderliggende ijzer nog verder reageren met zuurstof, omdat het zuurstof en water door het roestlaagje heen in contact kunnen komen met het ijzer. Bij aluminium kan dit niet omdat het oxidelaagje luchtdicht is.

6

• a) Water is een moleculaire stof. Water geleidt dus geen elektrische stroom want er zijn geen geladen deeltjes die vrij door de stof kunnen bewegen.
• b) In de stof NaOCl zijn zowel metaal- als niet-metaalelementen aanwezig. NaOCl(s) behoort dus tot de zouten. 
• c) Zwembadwater bevat opgelost NaOCl(s). NaOCl bestaat uit ionen. Bij het oplossen van zouten verdwijnt het ionrooster. De geladen ionen kunnen vrij bewegen. Een oplossing met ionen zal waarschijnlijk dus ook stroom kunnen geleiden. Daarom is zwemmen bij onweer gevaarlijk.

7

• a) Het atoomnummer van Ca is 20. Er zijn dus twintig protonen aanwezig. Aangezien de lading van het deeltje 2+ is, moeten er twee elektronen minder zijn dan het aantal protonen. Het aantal elektronen is dus 18.
• b)  Chloor heeft atoomnummer 17. Er zijn dus zeventien protonen aanwezig. Het massagetal van deze isotoop is 35 en is gelijk aan het aantal protonen + het aantal neutronen. Het aantal neutronen is dus 35 – 17 = 18 neutronen. De lading van het ion is 1– geladen. Het bevat dus één elektron meer dan het aantal protonen. Er zijn dus achttien elektronen aanwezig.

7

• c) Zuurstof heeft atoomnummer 8. Er zijn dus acht protonen aanwezig. Het aantal elektronen in het ion is 10. Dus zijn er twee elektronen meer dan het aantal protonen. Elektronen zijn negatief dus de lading is 2–.
• d) Het calciumion, Ca²⁺, heeft een lading van 2+. Het zuurstofion, O^2–, heeft een lading van 2–. De ladingen zijn gelijk maar tegengesteld. De verhouding waarin de calcium- en oxide-ionen in het zout calciumoxide voorkomen zal dus 1 : 1 zijn.