Algemene en biologische scheikunde
Hoofdstuk 1: De atoomstructuur van de materie
1.1 Atomen en moleculen
Zuivere stof: materiesoort, die homogeen is met welbepaalde chemische samenstelling en cte
chemische eigenschappen
één soort moleculen
Mengsel: Heterogeen met verschillende fysische en chemische eigenschappen in verschillende
punten. (Homogeen deel in heterogeen geheel binnen fasegrenzen → fasen)
Enkelvoudige stof: Eén soort atomen in moleculen
Samengestelde stof: meerdere soorten atomen in moleculen
Molecuul: kleinste onderdeel zuivere stof met dezelfde constante chemische samenstelling
Atoom: onderdeel van een molecule
kleinste chemisch materiedeeltje (behoudt identiteit in reactie)
Element: soort atoom met bepaalde eigenschappen
Atoom
Kenmerken:
- Geen lading (elektrisch neutraal)
- Rond met d = 1 - 5 * 10-10 m
- m = 1 - 400 * 10-27 kg
Samenstelling: Centrale kern (p+ en n0) met elektronenwolk → subatomaire deeltjes
Besluit:
- Atoom is neutraal → np = ne
- Massa: Σ (npmp + nnmn)
- Omvang atoom wordt bepaald door elektronenwolk
1.2 De chemische elementen
Atoomnummer Z
= np = ne
→ Z geeft het aantal protonen in de kern en aantal neutronen (want atoom is neutraal)
→ Z stelt de positieve lading van de kern voor in ‘e’
Massagetal A
= Σ (np + nn)
→ informatie samenstelling en structuur kern
(_𝑍^𝐴)𝑋
,Atoommassa m
= absolute massa van een atoom
→ massa atoom wordt uitsluitend bepaald door de massa kern
Relatieve atoommassa Ar
= procentuele samengestelde som van de relatieve atoommassa’s van de isotopen
→ referentie-standaard 1 u = (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑣𝑎𝑛 12/6 𝐶)/12 = 1,6606 ∙ 10-27 kg
→ geen gehele getallen (mr proton en neutron ≠ 1 u, massa elektron verwaarloosd, massadefect)
→ = ( 𝑚)/𝑢
Vorming kern komt energie vrij ten koste v.d. massa v.d. reagerende deeltjes. (kernreactie)
Afwijking stijgt naarmate atoom groter wordt.
Illustratie massadefect
Einstein: E = mc2 (c = lichtsnelheid = 3x108 m/s)
Gevolg: Elk proces gepaard met ΔE en dus ook met Δm (Δm = ΔE/c2)
1. Chemische reactie: ΔE relatief klein → Δm verwaarloosbaar
2. Kernreactie: ΔE groot → Δm niet verwaarloosbaar
(Ontstaat veel energie: Energie ↗ → massa ↘ maar niet bij kernreacties)
Besluit: Voor chemische reacties blijft massa constant
Voor kernreacties geldt deze wet niet.
Mol n
= hoeveelheid stof die evenveel elementaire eenheden bevat als koolstofatomen in 0,012 kg 12C
Eén mol is een hoeveelheid van die materiesoort die 6,02215x1023 ( = constante van Avogadro (NA))
entiteiten bevat.
Molaire massa MMx
= de massa van één mol atomen (g/mol)
= getalwaarde van de relatieve atoommassa
〖𝑀𝑀〗_𝑥 = 𝑁_𝐴 𝑚_𝑥 = 𝑁_𝐴 𝐴_𝑥 𝑢
Besluit: Eén mol atoom telt 6,02x1023 atomen en heeft een massa gelijk aan de molaire massa.
De molaire massa van een element is de relatieve atoommassa in g/mol en is een hoeveelheid
materie die 6,02x1023 atomen bevat.
Isotoop
= verschillen in aantal neutronen
→ Z = np = cte maar A = np + nn ≠ cte
- aantal isotopen verschilt van element tot element
- isotopische samenstelling = cte voor één element
Fysische eig:
- chemische eig. (bepaald door aantal e-) = cte ↔ fysische eig. (m) ≠ cte
Versnelling ≠ want
< aantal e- → kleinere m → trager
> aantal e- → grotere m → sneller
Isotopenabundantie = %-verdeling isotopen van een element
,Atoommassa element
meeste elementen: mengsel van isotopen, deze hebben verschillende massa’s.
Absolute massa van een element
= procentuele samengestelde som van de absolute massa’s van de isotopen (in kg)
𝑣𝑏. : 𝑚_𝑐𝑙 = (𝑥 ∙ 𝑚_(35 𝐶𝑙) + (100 − 𝑥) ∙ 𝑚_(37 𝐶𝑙))/100
Ionen
= geladen atoom of atoomgroep
Anion: Negatief geladen → neemt 1 of meer elektronen op
kation: Positief geladen → verliest 1 of meer elektronen
Mol: zelfde betekenis nl. hoeveelheid die6,02x1023 atomen bevat
Molaire massa: Relatieve ionmassa in g/mol = massa 1 mol ionen
1.3 Atoommodellen
Rutherford
→ beperkingen beweging van elektronen
→ Grootste deel van atoom is leeg
→ Positieve kern: He2+-deeltjes die dichtbij kern komen: afgebogen (b,c)
→ He2+-deeltjes die frontaal botsen: teruggekaatst
Bohr
1. Elektronen in bepaalde cirkelvormige banen van welbepaalde energie
rond de kern
2. Baanverandering = energieverandering o.v.v lichtfoton
→ emissie (↓) : ΔE is –
→ absorptie (↓) : ΔE is +
Golf mechanisch atoommodel
Golf-partikel-dualiteit voor licht: Licht = golfkarakter/golffenomeen: breking, interferentie,
polarisatie, … MAAR licht heeft ook een deeltjeskarakter: fotonen
Golf-partikel-dualiteit voor materie: elk bewegend materiedeeltje heeft golfkarakter
Onzekerheidsprincipe van Heisenberg: Onmogelijk om zowel plaats als energie tegelijkertijd te
kennen (want waarneming gepaard met interactie) = inherente onzekerheid omtrent plaats én tijd
van een e-
, ΔxΔE ≥ h/2π = cte (↔ Bohr-theorie)
Het kwadraat van een golfvergelijking (“Schrödingervergelijking”) bepaalt waarschijnlijkheid om
elektron op die plaats aan te treffen.
Precisie kennis plaats
Orbitaal deeltje omgekeerd
= plaats in de ruimte om elektron met grotere waarschijnlijkheid aan te treffen evenredig met
precisie kennis
→ verschillen in schillen
energie
→ binnen schillen (informatie energie en plaats e- verschillende orbitalen
Schillen: 1, 2, 3, …
Orbitaal: s, p, d, f
Regels:
- Schil n=1: alleen 1 s-orbitaal = 1s
Schil n=3: 2s, 2px, 2py, 2pz + 5 verschillende d-orbitalen
! Max aantal e- per schil!
- Max. 2e- (↓↑) per orbitaal
- Vorm s-orbitaal: bolvormig
Vorm p-orbitaal: haltervormig
- Grootte afh. schilnummer (n ↗ , grootte ↗)
- Energie afh. schilnummer (1<2<3<…) en aard orbitaal (s<p<d<f) met = aantal elektronen of =
elektronenconfiguratie EN =
1.4 Elektronenstructuur structuur, onafhankelijk van de
= verdeling e- over energieniveaus betrokken elementen (soort
Stabiliteit: stabiliteit ↑ als E-inhoud ↓ atomen)
Ionen: grootte: kation kleiner dan iso-elektronisch atoom, anion groter.
→ even veel elektronen, maar bij kation (anion) meer (minder) p+ in de kern, dus e- wolk wordt
harder (minder hard) aangetrokken.
Regels:
1. Vul tot max aantal e-, start orbitaal laagste energieniveau
2. Pas als alle orbitalen 1 e- hebben kan 2e worden toegevoegd.
Volle schil van s- en p- orbitaal = edelgasconfiguratie: extra stabiliteit.
PSE
→ gerangschikt naar toenemende waarde van Z
→ elementen met overeenstemmende eigenschappen onder elkaar
Horizontale rijen: periode
→ elke periode veranderen specifieke fysische eigenschappen, ook in chemisch opzicht
Verticaal: groepen
→ elementen vertonen grote overeenstemming in eigenschappen
- Hoofdgroepen: vb. I A of alkalimetalen
- Nevengroepen (B-groepen): genoemd eerst voorkomende element, overgangsmetalen
Links PSE: metalen, metaaleigenschappen nemen toe van boven naar beneden in elke groep en van
rechts naar links in elke periode
Rechts: niet-metalen
Hoofdstuk 1: De atoomstructuur van de materie
1.1 Atomen en moleculen
Zuivere stof: materiesoort, die homogeen is met welbepaalde chemische samenstelling en cte
chemische eigenschappen
één soort moleculen
Mengsel: Heterogeen met verschillende fysische en chemische eigenschappen in verschillende
punten. (Homogeen deel in heterogeen geheel binnen fasegrenzen → fasen)
Enkelvoudige stof: Eén soort atomen in moleculen
Samengestelde stof: meerdere soorten atomen in moleculen
Molecuul: kleinste onderdeel zuivere stof met dezelfde constante chemische samenstelling
Atoom: onderdeel van een molecule
kleinste chemisch materiedeeltje (behoudt identiteit in reactie)
Element: soort atoom met bepaalde eigenschappen
Atoom
Kenmerken:
- Geen lading (elektrisch neutraal)
- Rond met d = 1 - 5 * 10-10 m
- m = 1 - 400 * 10-27 kg
Samenstelling: Centrale kern (p+ en n0) met elektronenwolk → subatomaire deeltjes
Besluit:
- Atoom is neutraal → np = ne
- Massa: Σ (npmp + nnmn)
- Omvang atoom wordt bepaald door elektronenwolk
1.2 De chemische elementen
Atoomnummer Z
= np = ne
→ Z geeft het aantal protonen in de kern en aantal neutronen (want atoom is neutraal)
→ Z stelt de positieve lading van de kern voor in ‘e’
Massagetal A
= Σ (np + nn)
→ informatie samenstelling en structuur kern
(_𝑍^𝐴)𝑋
,Atoommassa m
= absolute massa van een atoom
→ massa atoom wordt uitsluitend bepaald door de massa kern
Relatieve atoommassa Ar
= procentuele samengestelde som van de relatieve atoommassa’s van de isotopen
→ referentie-standaard 1 u = (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑣𝑎𝑛 12/6 𝐶)/12 = 1,6606 ∙ 10-27 kg
→ geen gehele getallen (mr proton en neutron ≠ 1 u, massa elektron verwaarloosd, massadefect)
→ = ( 𝑚)/𝑢
Vorming kern komt energie vrij ten koste v.d. massa v.d. reagerende deeltjes. (kernreactie)
Afwijking stijgt naarmate atoom groter wordt.
Illustratie massadefect
Einstein: E = mc2 (c = lichtsnelheid = 3x108 m/s)
Gevolg: Elk proces gepaard met ΔE en dus ook met Δm (Δm = ΔE/c2)
1. Chemische reactie: ΔE relatief klein → Δm verwaarloosbaar
2. Kernreactie: ΔE groot → Δm niet verwaarloosbaar
(Ontstaat veel energie: Energie ↗ → massa ↘ maar niet bij kernreacties)
Besluit: Voor chemische reacties blijft massa constant
Voor kernreacties geldt deze wet niet.
Mol n
= hoeveelheid stof die evenveel elementaire eenheden bevat als koolstofatomen in 0,012 kg 12C
Eén mol is een hoeveelheid van die materiesoort die 6,02215x1023 ( = constante van Avogadro (NA))
entiteiten bevat.
Molaire massa MMx
= de massa van één mol atomen (g/mol)
= getalwaarde van de relatieve atoommassa
〖𝑀𝑀〗_𝑥 = 𝑁_𝐴 𝑚_𝑥 = 𝑁_𝐴 𝐴_𝑥 𝑢
Besluit: Eén mol atoom telt 6,02x1023 atomen en heeft een massa gelijk aan de molaire massa.
De molaire massa van een element is de relatieve atoommassa in g/mol en is een hoeveelheid
materie die 6,02x1023 atomen bevat.
Isotoop
= verschillen in aantal neutronen
→ Z = np = cte maar A = np + nn ≠ cte
- aantal isotopen verschilt van element tot element
- isotopische samenstelling = cte voor één element
Fysische eig:
- chemische eig. (bepaald door aantal e-) = cte ↔ fysische eig. (m) ≠ cte
Versnelling ≠ want
< aantal e- → kleinere m → trager
> aantal e- → grotere m → sneller
Isotopenabundantie = %-verdeling isotopen van een element
,Atoommassa element
meeste elementen: mengsel van isotopen, deze hebben verschillende massa’s.
Absolute massa van een element
= procentuele samengestelde som van de absolute massa’s van de isotopen (in kg)
𝑣𝑏. : 𝑚_𝑐𝑙 = (𝑥 ∙ 𝑚_(35 𝐶𝑙) + (100 − 𝑥) ∙ 𝑚_(37 𝐶𝑙))/100
Ionen
= geladen atoom of atoomgroep
Anion: Negatief geladen → neemt 1 of meer elektronen op
kation: Positief geladen → verliest 1 of meer elektronen
Mol: zelfde betekenis nl. hoeveelheid die6,02x1023 atomen bevat
Molaire massa: Relatieve ionmassa in g/mol = massa 1 mol ionen
1.3 Atoommodellen
Rutherford
→ beperkingen beweging van elektronen
→ Grootste deel van atoom is leeg
→ Positieve kern: He2+-deeltjes die dichtbij kern komen: afgebogen (b,c)
→ He2+-deeltjes die frontaal botsen: teruggekaatst
Bohr
1. Elektronen in bepaalde cirkelvormige banen van welbepaalde energie
rond de kern
2. Baanverandering = energieverandering o.v.v lichtfoton
→ emissie (↓) : ΔE is –
→ absorptie (↓) : ΔE is +
Golf mechanisch atoommodel
Golf-partikel-dualiteit voor licht: Licht = golfkarakter/golffenomeen: breking, interferentie,
polarisatie, … MAAR licht heeft ook een deeltjeskarakter: fotonen
Golf-partikel-dualiteit voor materie: elk bewegend materiedeeltje heeft golfkarakter
Onzekerheidsprincipe van Heisenberg: Onmogelijk om zowel plaats als energie tegelijkertijd te
kennen (want waarneming gepaard met interactie) = inherente onzekerheid omtrent plaats én tijd
van een e-
, ΔxΔE ≥ h/2π = cte (↔ Bohr-theorie)
Het kwadraat van een golfvergelijking (“Schrödingervergelijking”) bepaalt waarschijnlijkheid om
elektron op die plaats aan te treffen.
Precisie kennis plaats
Orbitaal deeltje omgekeerd
= plaats in de ruimte om elektron met grotere waarschijnlijkheid aan te treffen evenredig met
precisie kennis
→ verschillen in schillen
energie
→ binnen schillen (informatie energie en plaats e- verschillende orbitalen
Schillen: 1, 2, 3, …
Orbitaal: s, p, d, f
Regels:
- Schil n=1: alleen 1 s-orbitaal = 1s
Schil n=3: 2s, 2px, 2py, 2pz + 5 verschillende d-orbitalen
! Max aantal e- per schil!
- Max. 2e- (↓↑) per orbitaal
- Vorm s-orbitaal: bolvormig
Vorm p-orbitaal: haltervormig
- Grootte afh. schilnummer (n ↗ , grootte ↗)
- Energie afh. schilnummer (1<2<3<…) en aard orbitaal (s<p<d<f) met = aantal elektronen of =
elektronenconfiguratie EN =
1.4 Elektronenstructuur structuur, onafhankelijk van de
= verdeling e- over energieniveaus betrokken elementen (soort
Stabiliteit: stabiliteit ↑ als E-inhoud ↓ atomen)
Ionen: grootte: kation kleiner dan iso-elektronisch atoom, anion groter.
→ even veel elektronen, maar bij kation (anion) meer (minder) p+ in de kern, dus e- wolk wordt
harder (minder hard) aangetrokken.
Regels:
1. Vul tot max aantal e-, start orbitaal laagste energieniveau
2. Pas als alle orbitalen 1 e- hebben kan 2e worden toegevoegd.
Volle schil van s- en p- orbitaal = edelgasconfiguratie: extra stabiliteit.
PSE
→ gerangschikt naar toenemende waarde van Z
→ elementen met overeenstemmende eigenschappen onder elkaar
Horizontale rijen: periode
→ elke periode veranderen specifieke fysische eigenschappen, ook in chemisch opzicht
Verticaal: groepen
→ elementen vertonen grote overeenstemming in eigenschappen
- Hoofdgroepen: vb. I A of alkalimetalen
- Nevengroepen (B-groepen): genoemd eerst voorkomende element, overgangsmetalen
Links PSE: metalen, metaaleigenschappen nemen toe van boven naar beneden in elke groep en van
rechts naar links in elke periode
Rechts: niet-metalen
