1 Verbranding
Chemische energie
► Chemische energie is energie die opgeslagen zit in een stof en kan vrijkomen
bij een chemische reactie (verbrandingsreactie). Een reactie waarbij chemische
energie wordt omgezet in een andere vorm van energie is een exotherme
reactie. Meestal warmte. Bij een verbrandingsreactie komst naast warmte vaak
ook stralingsenergie (licht) vrij.
► De energie die vrijkomt bij een verbranding is vastgelegd bij de synthese van
die brandstof. Planten zetten op grote schaal stralingsenergie om in chemische
energie = fotosynthese:
6 CO2(g) + 6 H2O(l) -> C6H12O6(s) + 6 O2(g). Fotosynthese vindt plaats in de
bladgroenkorrels.
► Fotosynthese is een endotherme reactie: de hoeveelheid chemische energie
neemt toe.
► De organismen die zuurstof gebruikten om via verbranding energie uit
brandstoffen vrij te maken, overleefden. Deze brandstoffen heetten
koolwaterstoffen: ze bestaan uit koolstof-, waterstof- en eventueel
zuurstofatomen. In aanwezigheid van voldoende zuurstof worden ze volledig
Exotherme reactie levert energie.
verbrand tot CO2 en H2O.
Endotherme reactie heeft energie
► Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij
nodig.
kan koolstofmono-oxide, CO(g), en roet, C(s), ontstaan.
Energie-inhoud
► Verbrandingswarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt per mol
verbrande stof (Binas 56: er staat een minteken voor alle getallen, waarmee
wordt aangegeven dat het een exotherme reactie betreft. De chemische energie
neemt met de vermelde waarde af).
► In een energiediagram van een exotherme reactie zie je dat de chemische
energie van de reactieproducten lager is dan de chemische energie van de
beginstoffen -> ΔE heeft een negatieve waarde. De vrijgekomen energie zorgt er
o.a. voor dat de moleculen in het reactiemengsel sneller gaan bewegen: de temp.
stijgt. Chemische energie is omgezet in warmte Q.
► Bij een endotherme reactie zoals fotosynthese is het energieniveau van de
reactieproducten hoger dan dat van de beginstoffen. De chemische energie
neemt toe, ΔE is positief. Vaak zal de reactie alleen verlopen wanneer energie
blijvend wordt toegevoerd in de vorm van warmte, straling of elektriciteit.
Wanneer een endotherme reactie wel spontaan verloopt, wordt het
reactiemengsel kouder: warmte wordt omgezet in chemische energie.
► In een energiediagram laat de overgangstoestand zien hoeveel energie
toegevoegd moet worden voordat de verbrandingsreactie kan verlopen. Hoe
hoger deze activeringsenergie (vlammetje bij gas om het aan te steken), hoe
moeilijker de reactie op gang te brengen is. Wanneer er helemaal geen
activeringsenergie nodig is, verloopt de reactie spontaan.
► Bij een verbrandingsreactie heet de temp. waarbij de verbranding spontaan
begint (dus zonder dat er een vlam aan te pas komt) de
ontbrandingstemperatuur.
, Energiecentrale
► Voor opwekken van elektriciteit in een energiecentrale is energie in de vorm
van warmte nodig. Warmte die ontstaat bij verbranden van aardgas/steenkool
wordt gebruikt voor verhitten van water tot stoom waarmee een turbine in
beweging wordt gezet. Hierin bevindt zich een dynamo die bewegingsenergie
omzet in elektrische energie. Niet erg efficiënt: ruim de helft van de energie
gaat verloren aan restwarmte.
► Brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale gestookt wordt zijn vaak
complexe mengsels -> energie-inhoud wordt niet uitgedrukt in joule per mol
maar in joule per kg of m3. Deze stookwaarden vind je terug in Binas 28B.
Stookwaarde van voedingsstoffen vaak op etiket.
2 Naamgeving koolwaterstoffen
► Koolwaterstoffen worden ook wel organische moleculen genoemd. Vaak zeer
giftig.
Alkanen
► Alkanen zijn de eenvoudigste koolwaterstoffen: de koolstofatomen zijn
onvertakt en met enkelvoudige verbindingen aan elkaar verbonden.
► Algemene formule van een alkaan is CnH2n+2.
► Ma(methaan) En(ethaan) Pa(propaan) Blowen(butaan) Perfecte(pentaan)
Hasj(hexaan).
► Vertakte alkanen zijn alkanen die met vertakkingen aan elkaar gekoppeld zijn.
Bij de naamgeving krijgt het alkaan de stamnaam van de langste
ononderbroken keten. De zijtakken worden aangeduid als alkylgroep.
Naamgeving is hetzelfde als bij alkanen (methaan -> methyl). De plaats van de
zijketen wordt aangegeven met een cijfer. Wanneer een zijtak meer keren
voorkomt, wordt dit aangegeven met een Grieks telwoord.
Onverzadigde koolwaterstoffen
► Je spreekt van onverzadigde verbindingen wanneer er (drie)dubbele
bindingen in een koolwaterstof voorkomen.
► Alkeen = koolwaterstof met een dubbele binding. CnH2n
► Alkyn = koolwaterstof met drievoudige binding. CnH2n-2
► Ook hiervan wordt de plaats aangegeven met een cijfer. Bij de naamgeving van
alkenen en alkynen moet de (drie)dubbele binding altijd in de hoofdketen staan.
Cycloalkanen
► Je spreekt van een cycloalkaan wanneer de C-atomen van een alkaan een
ring vormen. Het aantal C-atomen in de ring bepaalt de naam van het alkaan.
► Net als alkenen hebben cycloalkanen de algemene formule CnH2n. Het zijn dus
isomeren, want ze hebben dezelfde molecuulformule, maar een andere
structuurformule. Cycloalkanen behoren echter tot de verzadigde
koolwaterstoffen. Alkanen, alkenen, alkynen en cycloalkanen zijn alifatische
koolwaterstoffen.
Aromaten
► Aromaten zijn een bijzondere groep koolwaterstoffen. Het zijn
Chemische energie
► Chemische energie is energie die opgeslagen zit in een stof en kan vrijkomen
bij een chemische reactie (verbrandingsreactie). Een reactie waarbij chemische
energie wordt omgezet in een andere vorm van energie is een exotherme
reactie. Meestal warmte. Bij een verbrandingsreactie komst naast warmte vaak
ook stralingsenergie (licht) vrij.
► De energie die vrijkomt bij een verbranding is vastgelegd bij de synthese van
die brandstof. Planten zetten op grote schaal stralingsenergie om in chemische
energie = fotosynthese:
6 CO2(g) + 6 H2O(l) -> C6H12O6(s) + 6 O2(g). Fotosynthese vindt plaats in de
bladgroenkorrels.
► Fotosynthese is een endotherme reactie: de hoeveelheid chemische energie
neemt toe.
► De organismen die zuurstof gebruikten om via verbranding energie uit
brandstoffen vrij te maken, overleefden. Deze brandstoffen heetten
koolwaterstoffen: ze bestaan uit koolstof-, waterstof- en eventueel
zuurstofatomen. In aanwezigheid van voldoende zuurstof worden ze volledig
Exotherme reactie levert energie.
verbrand tot CO2 en H2O.
Endotherme reactie heeft energie
► Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij
nodig.
kan koolstofmono-oxide, CO(g), en roet, C(s), ontstaan.
Energie-inhoud
► Verbrandingswarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt per mol
verbrande stof (Binas 56: er staat een minteken voor alle getallen, waarmee
wordt aangegeven dat het een exotherme reactie betreft. De chemische energie
neemt met de vermelde waarde af).
► In een energiediagram van een exotherme reactie zie je dat de chemische
energie van de reactieproducten lager is dan de chemische energie van de
beginstoffen -> ΔE heeft een negatieve waarde. De vrijgekomen energie zorgt er
o.a. voor dat de moleculen in het reactiemengsel sneller gaan bewegen: de temp.
stijgt. Chemische energie is omgezet in warmte Q.
► Bij een endotherme reactie zoals fotosynthese is het energieniveau van de
reactieproducten hoger dan dat van de beginstoffen. De chemische energie
neemt toe, ΔE is positief. Vaak zal de reactie alleen verlopen wanneer energie
blijvend wordt toegevoerd in de vorm van warmte, straling of elektriciteit.
Wanneer een endotherme reactie wel spontaan verloopt, wordt het
reactiemengsel kouder: warmte wordt omgezet in chemische energie.
► In een energiediagram laat de overgangstoestand zien hoeveel energie
toegevoegd moet worden voordat de verbrandingsreactie kan verlopen. Hoe
hoger deze activeringsenergie (vlammetje bij gas om het aan te steken), hoe
moeilijker de reactie op gang te brengen is. Wanneer er helemaal geen
activeringsenergie nodig is, verloopt de reactie spontaan.
► Bij een verbrandingsreactie heet de temp. waarbij de verbranding spontaan
begint (dus zonder dat er een vlam aan te pas komt) de
ontbrandingstemperatuur.
, Energiecentrale
► Voor opwekken van elektriciteit in een energiecentrale is energie in de vorm
van warmte nodig. Warmte die ontstaat bij verbranden van aardgas/steenkool
wordt gebruikt voor verhitten van water tot stoom waarmee een turbine in
beweging wordt gezet. Hierin bevindt zich een dynamo die bewegingsenergie
omzet in elektrische energie. Niet erg efficiënt: ruim de helft van de energie
gaat verloren aan restwarmte.
► Brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale gestookt wordt zijn vaak
complexe mengsels -> energie-inhoud wordt niet uitgedrukt in joule per mol
maar in joule per kg of m3. Deze stookwaarden vind je terug in Binas 28B.
Stookwaarde van voedingsstoffen vaak op etiket.
2 Naamgeving koolwaterstoffen
► Koolwaterstoffen worden ook wel organische moleculen genoemd. Vaak zeer
giftig.
Alkanen
► Alkanen zijn de eenvoudigste koolwaterstoffen: de koolstofatomen zijn
onvertakt en met enkelvoudige verbindingen aan elkaar verbonden.
► Algemene formule van een alkaan is CnH2n+2.
► Ma(methaan) En(ethaan) Pa(propaan) Blowen(butaan) Perfecte(pentaan)
Hasj(hexaan).
► Vertakte alkanen zijn alkanen die met vertakkingen aan elkaar gekoppeld zijn.
Bij de naamgeving krijgt het alkaan de stamnaam van de langste
ononderbroken keten. De zijtakken worden aangeduid als alkylgroep.
Naamgeving is hetzelfde als bij alkanen (methaan -> methyl). De plaats van de
zijketen wordt aangegeven met een cijfer. Wanneer een zijtak meer keren
voorkomt, wordt dit aangegeven met een Grieks telwoord.
Onverzadigde koolwaterstoffen
► Je spreekt van onverzadigde verbindingen wanneer er (drie)dubbele
bindingen in een koolwaterstof voorkomen.
► Alkeen = koolwaterstof met een dubbele binding. CnH2n
► Alkyn = koolwaterstof met drievoudige binding. CnH2n-2
► Ook hiervan wordt de plaats aangegeven met een cijfer. Bij de naamgeving van
alkenen en alkynen moet de (drie)dubbele binding altijd in de hoofdketen staan.
Cycloalkanen
► Je spreekt van een cycloalkaan wanneer de C-atomen van een alkaan een
ring vormen. Het aantal C-atomen in de ring bepaalt de naam van het alkaan.
► Net als alkenen hebben cycloalkanen de algemene formule CnH2n. Het zijn dus
isomeren, want ze hebben dezelfde molecuulformule, maar een andere
structuurformule. Cycloalkanen behoren echter tot de verzadigde
koolwaterstoffen. Alkanen, alkenen, alkynen en cycloalkanen zijn alifatische
koolwaterstoffen.
Aromaten
► Aromaten zijn een bijzondere groep koolwaterstoffen. Het zijn
