HOOFDSTUK 1 – CHEMIE EN MATERIE
1. EEN BEETJE GESCHIEDENIS...
Chemie = de wetenschap die probeert om het gedrag van materie te verklaren door het gerag van
atomen en moleculen te bestuderen.
- Aristoteles: alle stoffen op aarde = combinatie van de 4 basiselementen
- Democritus: atomos = bouwstenen materie
- Alchemie: stofomzettingen
o Occulte praktijk
o Ontwikkeling chemische technieken (destillatie, extractie, filtratie,...)
o Minerale zuren
- Geneeskunde: bijpraktijk alchemisten
Vanaf hier begint het echt
- 18e eeuw: methodiek van observatie --> hypothese --> experiment --> theorie
(= basis van een wetenschappelijk onderzoek)
- A. Lavoisier + J. Priestley: werpen ‘flogiston’ theorie omver
Stoffen die verbranden geven ‘flogiston’ af, de as is het originele product waarvan flogiston is
afgescheiden.
=> houtskool = flogiston-rijk product, want het laat weinig tot geen gas na bij de verbranding. =>
Pure flogiston (??)
- Begin 19e eeuw: Fysische, (an)organsiche, analytische chemie, ...
- Joseph Priestley: Verwarmt rode neerslag (boven de 500 graden) in een vacuüm ruimte. -->
ontstaan van een gas (air vital) = gedeflogistonneerde lucht (misschine wel zuurstofgas)
- A. Lavoisier: ontkracht flogistontheorie – wet van behoud van massa
=> verklaard door de opname van het door Priestley ontdekte gas.
2. MATERIE
Materie= alles wat massa en volume heeft
Stof = specifiek deel materie
- Indelen op basis van agregatietoestand:
o Vast: vaste vorm, vast volume
▪ Kristalijne vorm: deeltjes gerangschikt volgens een bepaalde manier
▪ Amorfe stof: domeinen zijn niet geordend op zich van elkaar
o Vloeibaar: geen vaste vorm, vast volume
o Gasvormig: geen vaste vorm, geen vast volume
Ideaal gas: geen intermoleculaire krachten
- Indeling op basis van samenstelling:
Mengsels: Verschillende stoffen samen
o Heterogeen: 1 of meerdere fasegrenzen (soms microscopisch, denk aan bloed)
o Homogeen: geen fasegrenzen --> componenten gemengd onder kleinste individuele
vorm
=> zelfde eigenschappen in alle punten
o Oplossing: homogeen mengsel van 2 of meerdere stoffen
- Zuivere stoffen: altijd constante chemische samenstelling en eigenschappen
o Fysische scheidingstechnieken: zuivere stoffen worden verkregen uit
heterogene/homogene mengsels
o Ontbinden van zuivere stoffen (door bv. Warmte)
- Samengestelde stoffen/ verbindingen
- Elementaire/ enkelvoudige stoffen
1
,HOOFDSTUK 2: ATOMEN – BOUWSTENEN VAN DE MATERIE
1. ATOOMTHEORIE VAN DALTON
WET VAN BEHOUD VAN MASSA - in een chemische reactie wordt geen massa gevormd, noch vernietigd.
WET VAN DE CONSTANTE SAMENSTELLING – Een zuivere verbinding bevat steeds exact dezelfde
elementen in exact dezelfde massaverhouding, ongeacht zijn oorsprong.
Theorie Dalton – postulaten:
- Elementen: opgebouwd uit kleine atomen
- Atomen: ondeelbaar en niet vernietigbaar
- Atomen zijn identiek in massa en in andere eigenschappen
- Verschillend van de atomen van andere elementen
- Verbindingen: resultaat van een combinatie van twee of meerdere verschillende atoomsoorten
in een vaste en constante verhouding
- Atomen van één element kunnen niet omgezet worden in atomen van ene ander element
- Chemische reactie: reorganisatie van atomen
WET VAN DE VEELVULDIGE VERHOUDINGEN – wanneer twee elementen A en B combineren om meer
dan één verbinding te vormen zullen de massa’s van B die reageren met een vaste hoeveelheid A zich
altijd tot elkaar verhouden als verhoudingen van kleine gehele getallen.
2. CHEMISCHE ELEMENTEN
In totaal: 118 elementen --> Maar een klein aantal essentiële elementen menselijk lichaam.
- 99%: C, N, O, H
- Andere elementen: essentieel, maar in een veel kleinere hoeveelheid
3. ATOOMTHEORIEËN
- Dalton: massa is een fundamentele atoomeigenschap
--> 19e eeuw: atoommassa bepalen (relatief)
- Guy-Lussac: twee volumes waterstofgas en één volume zuurstofgas verenigen om twee
volumen waterdamp te vormen
- Avogadro: gelijke volumina van verschillende gassen bevatten evenveel moleculen
- Thomson: ontdekking elektronen
--> Krentenbrood model
- Millikan: bepaalt de elektrische lading en massa van het elektron
- Rutherford: atomen = ijle structuur (proefje met een alfa-deeltje)
- Nucleaire atoommodel:
o Grootste deel van de massa: geconcentreerd in een kern met hoge dichtheid.
o Negatieve elektronen: buiten de kern, in een ijle ruimte
o Evenveel elektronen als protonen in de kern
- Chadwick: Nucleonen = neutronen + protonen
- Bohr:
o Atomen: kern + elektronenmantel
▪ Kern: protonen + neutronen (= massa atoom)
▪ Elektronenmantel: grote, ijle ruimte met elektronen
o Energie-inhoud atoom: afh. Van positie elektron rond atoomkern
o Kwantumtheorie: welbepaalde energie-inhouden elektron zijn mogelijk
7 E-niveau's (aantal elektronen per E-niveau = 2n^2)
2
, 4. SAMENSTELLING VAN ATOMEN
- Subatomaire deeltjes
▪ Proton, neutron, elektron
- Isotope nucliden
▪ Istotopen: nucliden, zelfde element met zelfde aantal protonen en elektronen, maar
met een verschillend aantal neutronen.
▪ Isotopen van hetzelfde element hebben dezelfde chemische eig.
▪ Isotopen verschillen in massa
Komen voor in de natuur
- Nucliden: XAZ
o A = massagetal en Z = atoomgetal
- Atoommassa en atoommassa-eenheid ( u)
▪ Voor ≠ isotopen van eenzelfde element → Ar ≠
▪ Elementen in natuur als isotopenmengsels
▪ Ar = gewogen gemiddelde van Ar-waarden van de in de
natuur voorkomende isotopen!
▪
5. GOLGMECHANISCH MODEL
Wat zijn de randvoorwaarden?
Orbitalen = wiskundige oplossingen van de vergelijking
- Continu: golfkarakter
- Eenduidig: staande golf
- Eindig: totale probabiliteit = 1
3 kwantumgetallen
HOOFDKWANTUMGETAL:
- N = 1, 2, 3, …, 7
- 7 hoofdenergieniveau’s (= Bohrse banen)
- N zegt iets over de afstand van elektronen en de kern of beschrijft de
grootte van het orbitaal.
NEVENKWANTUMGETAL:
- L = nevenkwantumgetal
- L = 0, 1, 2, …, n-1
- Beschrijft de vorm van het orbitaal
- L = 0 -> s-orbitaal, l = 1 -> p-orbitaal, l = 2 -> d-orbitaal
MAGNETISCH KWANTUMGETAL:
- Mi = magnetisch kwantumgetal mi = -l, -l+1, …, 0, …, l-1, +l
- Mi beschrijft de oriëntatie van het orbitaal
- s-orbitaal → 1 oriëntatie p-orbitaal → 3 oriëntaties d-orbitaal → 5
oriëntaties
SPINKWANTUMGETAL:
- ms = spinkwantumgetal
- ms = +1/2 of -1/2
- Max. 2 elektronen per orbitaal
- 2 elektronen per orbitaal met tegengestelde spin.
3
,WAT ZIJN ORBITALEN??
= de aantrefkans elektronen in de buurt van de atoomkern
→ Voorstellen met bepaalde vorm
N bepaald de grootte van het grensvlak van een orbitaal
L bepaald de vorm van het grensvlak: l = 0: bolsymm; l = 1: dubbele lok; l = 2: vier lobben
M bepaalt de oriëntatie van het grensvlak
6. AUFBAU-PRINCIPE
= Bepaalt hoe elektronen ‘in orbitalen worden geplaatst’
PAULI-VERBOD:
In eenzelfde atoom kunnen 2 elektronen niet dezelfde 4 kwantumgetallen hebben.
REGEL VAN HUND/ regel van de maximum spinmultipliciteit:
In een subniveau met een stel orbitalen wordt de elektronen-bezetting met de laagste energie bekomen
als een maximaal aantal elektronen een parallelle spin heeft.
→ 2 elektronen in eenzelfde orbitaal stoten elkaar af en zullen elkaar dus pogen te ontwijken.
→ Komen twee elektronen toch in eenzelfde orbitaal terecht dan hebben ze volgens het Pauli-
verbod een antiparallelle spintoestand.
AUFBAU-ORDE VAN DE SUBNIVEAUS:
- Opvullingsvolgorde volgt hoofdkwantumgetal n
- Voor ‘n=’ : s > p > d > f
- !! doorkruisingen: 4s > 3d; 5s > 4d
ELEKTRONENCONFIGURATIE:
Regel van minimale energie:
- Er zijn geen elektronen aanwezig in een bepaald subniveau als niet alle voorgaande subniveaus
opgevuld zijn.
7. HET PERIODIEK SYSTEEM (PSE)
Het PSE = rangschikking volgens atoommassa + chemische eigenschappen
1869: Mendeljev → eigenschappen voorspellen van toenmalig ongekende elementen (‘gaten’)
Bv. Germanium of eka-silicium)
▪ Periode = een rij
▪ Groep = een kolom: A-hoofdelementen; B-transitie elementen
▪ Lanthaniden en actiniden: binnenste transitie-elementen
o Alkalimetalen, aardalkalimetalen, C-groep, chalcogenen, halogenen, edelgassen, …
HOOFDSTUK 3: VERBINDINGEN – MOLECULEN EN IONEN
1. VOORSTELLLING VAN VERBINDINGEN: CHEMISCHE FORMUL ES EN
MOLECUULMODELLEN
MINIMALE FORMULE:
= de empirische formule (experimenteel)
→ Verhouding van het aantal verschillende elementen, als kleine gehele getallen.
Vb. benzeen → minimale formule = CH
MOLECUULFORMULE:
→ Werkelijk aantal samenstellende atomen in de molecule
Vb. benzeen → molecuulformule = C6H6
STRUCTUURFORMULE:
→ Geometrische voorstelling van de moleculen, met plaats van de atomen en onderlinge
bindingen
Vb. H2O
4
,MOLECUULMODELLEN:
Vb. benzeen
2. IONVERBINDINGEN – IONBINDING
Positieve ionen = kationen ; negatieve ionen = anionen
→ Trekken elkaar aan
EDELGASSEN:
- Elementen uit groep 0 (18)
- Chemisch inert = reageren met niets anders in de natuur, dwingen kan wel
- Natuur: mono atomische gassen, reageren dus ook niet
- Stabiele octetconfiguratie (uitzonder: He)
POSITIEVE MONO-ATOMISCHE IONEN:
→ Streven naar de edelgasconfiguratie
→ Vb: Na: 1 valentie elektronen: staat 1 af = Na+ (edelgasconfiguratie)
→ Al: 3 valentie elektronen: staat 3 af = Al3+ (edelgasconfiguratie)
→ Ijzer = transitiemetaal
Geen edelgasconfiguratie; halfgevuld 3d niveau → Nog stabieler,
maar geen edelgasconfiguratie => REGEL VAN HUND
→ Worden POSITIEVE IONEN
NEGATIEVE MONO-ATOMOSCHE IONEN:
→ Streven naar de edelgasconfiguratie
→ Vb: Cl: 7 valentie elektronen: neemt 1 op = Cl- (edelgasconfiguratie)
→ Worden NEGATIEVE IONEN
IONBINDINGEN:
Sommige atomen moeten elektronen afstaan, dit zorgt voor de vorming van positieve ionen. Andere
moeten elektronen opnemen, dit zorgt voor negatieve ionen. Dit zijn energetische processen.
→ Door elektrostatische aantrekking: ontstaan sterke ionaire binding.
Bij keukenzout: door de wederzijdse elektrostatische aantrekking tussen beide soorten ionen zullen ze
zich ordenen in een driedimensionaal rooster waarin voor elk kation één anion aanwezig is.
→ Er ontstaat een star rooster dat in zijn geheel neutraal is.
→ De minimale formule voor een dergelijke ionverbinding wordt formule-eenheid genoemd. Een
formule-eenheid correspondeert met de kleinste elektrisch neutrale combinatie van anionen en
kationen in een ionverbinding.
Formule-eenheid = minimale formule
ionverbinding → kleinste elektrische
neutrale combinatie van anionen of
kationen.
5