Scheikunde
Hoofdstuk 14 Nieuwe materialen
14.1 Metalen en Legeringen
Kernfusiereactie: het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een
zwaardere atoomkern met een hoger atoomnummer ontstaat.
→ heeft een hogere activeringsenergie: botsingen dan dermate heftig dat de atomen
elektronen verliezen
Er ontstaat een mengsel van positieve kernen en losse negatieve elektronen
Als er voldoende atomen zijn geïoniseerd veranderen de eigenschappen van een gas en
spreek je niet langer meer van een gas, maar van een plasma
→ Plasma geleidt (wel) elektrische stroom en reageert op magneetvelden; plasma wordt de
vierde toestand genoemd
De standaardelektrodepotentiaal geeft informatie over de edelheid van metalen → hoe
groter die potentiaal, des te edeler het metaal (minder edel metaal gevoelig voor corrosie)
Metalen die gevoelig zijn voor corrosie moeten daartegen vaak worden beschermd;
bijvoorbeeld afdekken met een verflaag, afdekken met een ander metaal of poedercoaten
→ Poedercoaten: het te beschermen voorwerp wordt elektrisch geaard; laag elektrostatisch
poederverf aangebracht: poederverf wordt aangetrokken door het geaarde voorwerp en
verspreidt zich egaal
Geleiding (macroscopische eigenschap): vrij bewegende valentie-elektronen zorgen
ervoor dat metalen goede geleiders van elektriciteit zijn
De aantrekkingskracht tussen de geladen deeltjes (de metaalbinding) is heel sterk
Andere macroscopische eigenschap van metalen is buigzaamheid: op mesoniveau worden
er kleine kristallen gevormd, groepjes van metaalionen. Deze vormen een metaalrooster
maar het ene kristal sluit niet precies aan op de andere; dit verklaart de buigzaamheid
(kracht uitoefenen: laag positief geladen metaalionen verschuift in het metaalrooster van
een kristal; negatief geladen valentie-elektronen bewegen hier tussendoor en houden de
metaalionen op hun nieuwe plaats bij elkaar)
→ Door veel bewerkingen in de kristallen wordt metaalrooster verstoord; er ontstaan
roosterfouten. Als metaal wordt verhit versmelten deze roosterfouten weer tot grote
kristallen met minder roosterfouten
Legering: mengsel van metalen; door verandering in het metaalrooster verander je metaal
op macroniveau. Deel van de metaalatomen vervangen door andere atomen die groter of
kleiner zijn → door de verschillen in grootte worden er roosterfouten veroorzaakt en wordt
het verschuiven van de lagen in de metaalkristallen moeilijker
Bros: metaal zal barsten als het met een hamer wordt bewerkt
, Geheugenmetaal: springt naar oorspronkelijk gebogen vorm als deze weer tot dezelfde
temperatuur wordt verwarmd als waarin het gebogen was
14.2 Slimme polymeren
Zelfherstellend rubber (slim polymeer): als de randen van rubber bij een gaatje tegen
elkaar aanblijven, worden er weer nieuwe bindingen gevormd (dit kunnen atoombindingen,
waterstofbruggen of ionbindingen zijn)
OLED (organische licht emitterende diodes): materiaal zendt zelf licht uit en zo kunnen
de beeldschermen ook bij grote formaten zeer dun worden uitgevoerd
→ Maken gebruik van slimme polymeren die onder invloed van elektrische stroom kunnen
geleiden en van polymeren die onder invloed van stroom licht kunnen geven
Opgebouwd uit drie lagen; onderste laag is een metaalelektrode, de negatieve pool en de
bovenste laag is een transparante elektrode met daaraan vast een geleidend polymeer; de
positieve pool. Hiertussen bevindt zich een laag met lichtgevende polymeren; als er een
spanningsbron wordt aangesloten nemen deze polymeren aan de onderkant elektronen uit
het metaal op en er ontstaat een negatieve lading. Aan de bovenkant staan ze elektronen af
en daar ontstaan ‘gaten’ met positieve lading
OLEDs meestal gemaakt van moleculaire polymeren dus geleiden slecht stroom; elektronen
zitten vast in covalente bindingen tussen atomen
Composiet: materiaal waarin meerdere stoffen elkaar regelmatig afwisselen. De meeste
composieten bestaan uit vezels in een kunststof
→ Glare: mengsel van een metaal en een polymeer → bestaat uit laagjes aluminium
vastgelijmd aan matjes van glasvezel in epoxyhars
Epoxyhars: verzamelnaam voor polymeren die een epoxide als monomeer hebben
14.3 Keramische materialen
Tandbeen: een composiet dat bestaat uit een netwerk van polymeren, waarop zich
kristallen van calciumhydroxypatiet afzetten
→ Tandglazuur is harder doordat het vrijwel geheel bestaat uit hydroxyapatietkristallen
Al 150 jaar worden tanden en kiezen gevuld met zilveramalgaam: een legering van een
metaalpoeder dat uit tin, zilver en koper bestaat en wordt gemengd met vloeibaar kwik.
→ Laatste 15 jaar van composiet gemaakt
Keramische materialen: vaste stoffen die meestal harder zijn dan polymeren en metalen
en ook beter bestand zijn tegen zeer hoge temperaturen → reageren nauwelijks met andere
stoffen
- Nadelen: moeilijk te verwerken door hoge smeltpunten en erg bros (te verklaren
vanuit de kristalstructuur)
Er zijn keramische materialen met een atoomrooster of ionrooster
Hoofdstuk 14 Nieuwe materialen
14.1 Metalen en Legeringen
Kernfusiereactie: het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een
zwaardere atoomkern met een hoger atoomnummer ontstaat.
→ heeft een hogere activeringsenergie: botsingen dan dermate heftig dat de atomen
elektronen verliezen
Er ontstaat een mengsel van positieve kernen en losse negatieve elektronen
Als er voldoende atomen zijn geïoniseerd veranderen de eigenschappen van een gas en
spreek je niet langer meer van een gas, maar van een plasma
→ Plasma geleidt (wel) elektrische stroom en reageert op magneetvelden; plasma wordt de
vierde toestand genoemd
De standaardelektrodepotentiaal geeft informatie over de edelheid van metalen → hoe
groter die potentiaal, des te edeler het metaal (minder edel metaal gevoelig voor corrosie)
Metalen die gevoelig zijn voor corrosie moeten daartegen vaak worden beschermd;
bijvoorbeeld afdekken met een verflaag, afdekken met een ander metaal of poedercoaten
→ Poedercoaten: het te beschermen voorwerp wordt elektrisch geaard; laag elektrostatisch
poederverf aangebracht: poederverf wordt aangetrokken door het geaarde voorwerp en
verspreidt zich egaal
Geleiding (macroscopische eigenschap): vrij bewegende valentie-elektronen zorgen
ervoor dat metalen goede geleiders van elektriciteit zijn
De aantrekkingskracht tussen de geladen deeltjes (de metaalbinding) is heel sterk
Andere macroscopische eigenschap van metalen is buigzaamheid: op mesoniveau worden
er kleine kristallen gevormd, groepjes van metaalionen. Deze vormen een metaalrooster
maar het ene kristal sluit niet precies aan op de andere; dit verklaart de buigzaamheid
(kracht uitoefenen: laag positief geladen metaalionen verschuift in het metaalrooster van
een kristal; negatief geladen valentie-elektronen bewegen hier tussendoor en houden de
metaalionen op hun nieuwe plaats bij elkaar)
→ Door veel bewerkingen in de kristallen wordt metaalrooster verstoord; er ontstaan
roosterfouten. Als metaal wordt verhit versmelten deze roosterfouten weer tot grote
kristallen met minder roosterfouten
Legering: mengsel van metalen; door verandering in het metaalrooster verander je metaal
op macroniveau. Deel van de metaalatomen vervangen door andere atomen die groter of
kleiner zijn → door de verschillen in grootte worden er roosterfouten veroorzaakt en wordt
het verschuiven van de lagen in de metaalkristallen moeilijker
Bros: metaal zal barsten als het met een hamer wordt bewerkt
, Geheugenmetaal: springt naar oorspronkelijk gebogen vorm als deze weer tot dezelfde
temperatuur wordt verwarmd als waarin het gebogen was
14.2 Slimme polymeren
Zelfherstellend rubber (slim polymeer): als de randen van rubber bij een gaatje tegen
elkaar aanblijven, worden er weer nieuwe bindingen gevormd (dit kunnen atoombindingen,
waterstofbruggen of ionbindingen zijn)
OLED (organische licht emitterende diodes): materiaal zendt zelf licht uit en zo kunnen
de beeldschermen ook bij grote formaten zeer dun worden uitgevoerd
→ Maken gebruik van slimme polymeren die onder invloed van elektrische stroom kunnen
geleiden en van polymeren die onder invloed van stroom licht kunnen geven
Opgebouwd uit drie lagen; onderste laag is een metaalelektrode, de negatieve pool en de
bovenste laag is een transparante elektrode met daaraan vast een geleidend polymeer; de
positieve pool. Hiertussen bevindt zich een laag met lichtgevende polymeren; als er een
spanningsbron wordt aangesloten nemen deze polymeren aan de onderkant elektronen uit
het metaal op en er ontstaat een negatieve lading. Aan de bovenkant staan ze elektronen af
en daar ontstaan ‘gaten’ met positieve lading
OLEDs meestal gemaakt van moleculaire polymeren dus geleiden slecht stroom; elektronen
zitten vast in covalente bindingen tussen atomen
Composiet: materiaal waarin meerdere stoffen elkaar regelmatig afwisselen. De meeste
composieten bestaan uit vezels in een kunststof
→ Glare: mengsel van een metaal en een polymeer → bestaat uit laagjes aluminium
vastgelijmd aan matjes van glasvezel in epoxyhars
Epoxyhars: verzamelnaam voor polymeren die een epoxide als monomeer hebben
14.3 Keramische materialen
Tandbeen: een composiet dat bestaat uit een netwerk van polymeren, waarop zich
kristallen van calciumhydroxypatiet afzetten
→ Tandglazuur is harder doordat het vrijwel geheel bestaat uit hydroxyapatietkristallen
Al 150 jaar worden tanden en kiezen gevuld met zilveramalgaam: een legering van een
metaalpoeder dat uit tin, zilver en koper bestaat en wordt gemengd met vloeibaar kwik.
→ Laatste 15 jaar van composiet gemaakt
Keramische materialen: vaste stoffen die meestal harder zijn dan polymeren en metalen
en ook beter bestand zijn tegen zeer hoge temperaturen → reageren nauwelijks met andere
stoffen
- Nadelen: moeilijk te verwerken door hoge smeltpunten en erg bros (te verklaren
vanuit de kristalstructuur)
Er zijn keramische materialen met een atoomrooster of ionrooster
