Scheikunde hoofdstuk 11
§1 Reactiemechanismen
Reactiemechanisme beschrijft op microniveau in detail wat er gebeurt tijdens elke stap van
een chemische reactie.
Tussenproducten zijn vaak instabiel door:
► Niet alle atomen van het tussenproduct voldoen aan octetregel
► Ongepaarde elektronen (radicalen)
► Positief geladen C-atomen (carbokation) etc.
Hierdoor zijn ze erg reactief en reageren dus snel verder. Vorming instabiel deeltje kost meer
energie dan vorming stabiel deeltje en verloopt daardoor trager.
Langzaamste stap is altijd snelheidsbepalend.
Verplaatsingen van elektronen bepalen welke bindingen worden verbroken en welke worden
gevormd. Verplaatsingen van elektronen worden met een kromme pijl weergegeven.
Polair
Atoombindingen in organische verbindingen zijn polair, doordat atoombindingen in
elektronegativiteit verschillen. Omdat elektronen daardoor niet symmetrisch over de atomen
zijn verdeeld, ontstaat ladingsverdeling en dus een polaire atoombinding.
Het elektronenpaar van een polaire atoombinding zal bij verbreken v.d. binding geheel naar
één v.d. atomen gaan:
► één atoom met positieve lading kan binding aangaan met vrij elektronenpaar van
een ander atoom (polaire reactie)
► één atoom met negatieve lading kan vrij elektronenpaar gebruiken voor een
binding met een positief geladen atoom (polaire reactie).
Richting pijl geeft richting elektronenverplaatsing aan. De pijl gaat altijd van nucleofiel naar
elektrofiel.
Gevolg partiële/gehele ladingen gedeelten van moleculen/ionen kunnen elektronentekort
– of overschot hebben.
Nucleofiel deeltje met elektronenoverschot. Voelt zich aangetrokken tot positieve
ladingen.
Oorzaak elektronenoverschot:
► negatieve lading
► partiële negatieve lading
► niet-bindend elektronenpaar
► dubbele binding
Elektrofiel deeltje met elektronentekort. Voelt zich aangetrokken tot negatieve ladingen.
Oorzaak elektronentekort:
► positieve lading
► partiële positieve lading
polaire atoombindingen in een molecuul hebben vaak een nucleofiele én elektrofiele kant,
waardoor dit molecuul als nucleofiel en als elektrofiel kan reageren.
Carbokation deeltje met een positief geladen C-atoom.
Radicaalreacties
1
, Bij niet-polaire atoombindingen bevindt het bindend elektronenpaar zich tussen 2 atomen. Bij
verbreking v.d. binding kan het zo zijn dat beide atomen één elektron meenemen.
Er ontstaan radicalen ongeladen deeltjes met één ongepaard elektron.
Radicaalreacties zijn zeldzaam:
► elektronen zijn het liefst gepaard (omdat ze dan het stabielst zijn) radicalen zijn erg
reactief door aanwezigheid ongepaard elektron.
Vaak ontstaan kettingreacties die pas stoppen wanneer 2 radicalen met elkaar reageren
waarbij ze een atoombinding vormen. In een radicaalreactie worden enkele elektronen
overgedragen.
§2 Radicaalreacties
Radicaalreacties hebben 3 fasen:
1. initiatiefase radicalen worden (onder invloed van licht) gevormd uit niet-radicalen.
2. Propagatiefase radicaal reageert met niet-radicaal, waarbij een nieuw radicaal en
niet-radicaal ontstaan (kettingreactie).
3. Terminatiefase 2 radicalen reageren tot niet-radicaal. Radicaalreactie stopt.
Radicalen zijn erg reactief, waardoor de concentratie radicalen erg laag is. De kans
dat 2 radicalen met elkaar reageren is dus klein.
Substitutiereacties van halogenen aan alkanen zijn radicaalreacties die onder invloed van
licht plaatsvinden.
Stabiliteit radicalen
Deeltjes zijn het stabielst wanneer alle elektronen zijn gepaard. Radicalen zijn daardoor dus
reactief. Sommige radicalen worden makkelijker gevormd dan anderen:
► Hoe sterker de atoombinding, hoe meer energie nodig is om de binding in
ongepaarde elektronen op te breken bindingsenergie (Binas tabel 58).
► De positie van het ongepaarde elektron in het molecuul is van belang voor de
stabiliteit van het radicaal (geldt vooral voor C-radicalen).
Regel van Markovnikov: hoe meer zijketens een C-atoom heeft, hoe stabieler het
radicaal is dat op dit atoom wordt gevormd.
Het C-atoom met het grootste aantal gebonden C-atomen (zijketens) vormt het
stabielste carbokation. Dit C-atoom is dus het meest gesubstitueerd.
Primair C-atoom secundair C-atoom tertiair C-atoom
Stabieler
Additiepolymerisatie
Kunststoffen bestaan uit lange moleculen. Deze ontstaan door kleine monomeermoleculen in
een herhalingsreactie (polymerisatiereactie) lange polymeerketens te laten vormen.
Fasen:
1. Initiatiefase om polymerisatie te starten is een initiator nodig die makkelijk
radicalen (RO•) vormt (onder invloed van temperatuur/druk).
2. Propagatiefase radicaal kan met een niet-radicaal reageren. Eén atoombinding
v.d. dubbele binding wordt opgedeeld in 2 aparte elektronen waarvan er één een
bindend elektronenpaar vormt met RO• en één op het andere C-atoom een radicaal
vormt. Dubbele binding is vervangen door enkele binding en er is een nieuw radicaal
gevormd. Dit radicaal kan weer reageren met een niet-radicaal. Dit proces herhaalt
zich, waarbij steeds nieuwe monomeren aan het molecuul worden gehecht. Hierdoor
ontstaat een lange verzadigde koolstofketen (polymeer).
3. Terminatiefase vindt plaats als 2 polymeren met radicale uiteinden aan elkaar
hechten. Treedt tegen eind v.d. reactie op, omdat dan de hoeveelheid van het
monomeer vrijwel op is en radicalen vooral met elkaar gaan reageren. Daardoor daalt
concentratie radicalen en eindigen de reacties.
2
§1 Reactiemechanismen
Reactiemechanisme beschrijft op microniveau in detail wat er gebeurt tijdens elke stap van
een chemische reactie.
Tussenproducten zijn vaak instabiel door:
► Niet alle atomen van het tussenproduct voldoen aan octetregel
► Ongepaarde elektronen (radicalen)
► Positief geladen C-atomen (carbokation) etc.
Hierdoor zijn ze erg reactief en reageren dus snel verder. Vorming instabiel deeltje kost meer
energie dan vorming stabiel deeltje en verloopt daardoor trager.
Langzaamste stap is altijd snelheidsbepalend.
Verplaatsingen van elektronen bepalen welke bindingen worden verbroken en welke worden
gevormd. Verplaatsingen van elektronen worden met een kromme pijl weergegeven.
Polair
Atoombindingen in organische verbindingen zijn polair, doordat atoombindingen in
elektronegativiteit verschillen. Omdat elektronen daardoor niet symmetrisch over de atomen
zijn verdeeld, ontstaat ladingsverdeling en dus een polaire atoombinding.
Het elektronenpaar van een polaire atoombinding zal bij verbreken v.d. binding geheel naar
één v.d. atomen gaan:
► één atoom met positieve lading kan binding aangaan met vrij elektronenpaar van
een ander atoom (polaire reactie)
► één atoom met negatieve lading kan vrij elektronenpaar gebruiken voor een
binding met een positief geladen atoom (polaire reactie).
Richting pijl geeft richting elektronenverplaatsing aan. De pijl gaat altijd van nucleofiel naar
elektrofiel.
Gevolg partiële/gehele ladingen gedeelten van moleculen/ionen kunnen elektronentekort
– of overschot hebben.
Nucleofiel deeltje met elektronenoverschot. Voelt zich aangetrokken tot positieve
ladingen.
Oorzaak elektronenoverschot:
► negatieve lading
► partiële negatieve lading
► niet-bindend elektronenpaar
► dubbele binding
Elektrofiel deeltje met elektronentekort. Voelt zich aangetrokken tot negatieve ladingen.
Oorzaak elektronentekort:
► positieve lading
► partiële positieve lading
polaire atoombindingen in een molecuul hebben vaak een nucleofiele én elektrofiele kant,
waardoor dit molecuul als nucleofiel en als elektrofiel kan reageren.
Carbokation deeltje met een positief geladen C-atoom.
Radicaalreacties
1
, Bij niet-polaire atoombindingen bevindt het bindend elektronenpaar zich tussen 2 atomen. Bij
verbreking v.d. binding kan het zo zijn dat beide atomen één elektron meenemen.
Er ontstaan radicalen ongeladen deeltjes met één ongepaard elektron.
Radicaalreacties zijn zeldzaam:
► elektronen zijn het liefst gepaard (omdat ze dan het stabielst zijn) radicalen zijn erg
reactief door aanwezigheid ongepaard elektron.
Vaak ontstaan kettingreacties die pas stoppen wanneer 2 radicalen met elkaar reageren
waarbij ze een atoombinding vormen. In een radicaalreactie worden enkele elektronen
overgedragen.
§2 Radicaalreacties
Radicaalreacties hebben 3 fasen:
1. initiatiefase radicalen worden (onder invloed van licht) gevormd uit niet-radicalen.
2. Propagatiefase radicaal reageert met niet-radicaal, waarbij een nieuw radicaal en
niet-radicaal ontstaan (kettingreactie).
3. Terminatiefase 2 radicalen reageren tot niet-radicaal. Radicaalreactie stopt.
Radicalen zijn erg reactief, waardoor de concentratie radicalen erg laag is. De kans
dat 2 radicalen met elkaar reageren is dus klein.
Substitutiereacties van halogenen aan alkanen zijn radicaalreacties die onder invloed van
licht plaatsvinden.
Stabiliteit radicalen
Deeltjes zijn het stabielst wanneer alle elektronen zijn gepaard. Radicalen zijn daardoor dus
reactief. Sommige radicalen worden makkelijker gevormd dan anderen:
► Hoe sterker de atoombinding, hoe meer energie nodig is om de binding in
ongepaarde elektronen op te breken bindingsenergie (Binas tabel 58).
► De positie van het ongepaarde elektron in het molecuul is van belang voor de
stabiliteit van het radicaal (geldt vooral voor C-radicalen).
Regel van Markovnikov: hoe meer zijketens een C-atoom heeft, hoe stabieler het
radicaal is dat op dit atoom wordt gevormd.
Het C-atoom met het grootste aantal gebonden C-atomen (zijketens) vormt het
stabielste carbokation. Dit C-atoom is dus het meest gesubstitueerd.
Primair C-atoom secundair C-atoom tertiair C-atoom
Stabieler
Additiepolymerisatie
Kunststoffen bestaan uit lange moleculen. Deze ontstaan door kleine monomeermoleculen in
een herhalingsreactie (polymerisatiereactie) lange polymeerketens te laten vormen.
Fasen:
1. Initiatiefase om polymerisatie te starten is een initiator nodig die makkelijk
radicalen (RO•) vormt (onder invloed van temperatuur/druk).
2. Propagatiefase radicaal kan met een niet-radicaal reageren. Eén atoombinding
v.d. dubbele binding wordt opgedeeld in 2 aparte elektronen waarvan er één een
bindend elektronenpaar vormt met RO• en één op het andere C-atoom een radicaal
vormt. Dubbele binding is vervangen door enkele binding en er is een nieuw radicaal
gevormd. Dit radicaal kan weer reageren met een niet-radicaal. Dit proces herhaalt
zich, waarbij steeds nieuwe monomeren aan het molecuul worden gehecht. Hierdoor
ontstaat een lange verzadigde koolstofketen (polymeer).
3. Terminatiefase vindt plaats als 2 polymeren met radicale uiteinden aan elkaar
hechten. Treedt tegen eind v.d. reactie op, omdat dan de hoeveelheid van het
monomeer vrijwel op is en radicalen vooral met elkaar gaan reageren. Daardoor daalt
concentratie radicalen en eindigen de reacties.
2
