Paragraaf 15.2, Principes van de groene chemie
Principes van de groene chemie
Groene chemie is het toepassen van duurzame ontwikkelingen in de chemische industrie om zo het
milieu te beschermen en grondstoffen te besparen. De productieprocessen zijn gebaseerd op de
principes van de groene chemie:
- Veiliger zijn
- Minder grondstoffen en energie gebruiken
- Zoveel mogelijk gebruikmaken van energie en grondstoffen die duurzaam zijn
- Minder vervuiling geven
Atoomeconomie en rendement
Het maken van een product in de chemische industrie gaat via een aantal reactiestappen, een
synthese. De ideale synthese heeft een maximale hoeveelheid product met zo min mogelijk
beginstoffen en zo min mogelijk bijproducten. Om aan te geven welk percentage van de beginstoffen
in het gewenste product zit is in de atoomeconomie geïntroduceerd M g ew e n s t p r o d u c t x 100%. M is
M b e g i n s t o f f en
molecuulmassa. Alleen deze berekening is niet voldoende omdat in praktijk de meeste reacties niet
volledig verlopen. Daarom wordt het begrip rendement ook gebruikt. p r a kt i sc h e o p br e n g st x
t heo r e t i sc h e o p br e ng st
100%. De theoretische opbrengst is de massa van het product die volgens de vergelijking zou
ontstaan bij een aflopende reactie. De praktische opbrengst is de massa van het product dat echt
ontstaat.
E-factor en Q-factor
In de E-factor van de synthese wordt de informatie van het rendement en de atoomeconomie
gecombineerd (E van environmental). Deze is een maat voor de hoeveelheid afval die ontstaat bij de
productie, hoe lager hoe beter. Er is ook een vervuilingsfactor de Q-factor daaronder verstaan we de
mate dat een stof vervuilend is. De E-factor is de hoeveelheid afval per kg product.
Grenswaarde
Voor veel stoffen is een grenswaarde vastgesteld. Dat is de maximaal toegestane hoeveelheid van
een stof, gas, vezel, damp of aerosol. De gezondheid van de werknemers en hun nageslacht mag
hierbij niet geschaad worden. Toch kan de grenswaarde ons in gevaar brengen door: gebrek aan
toxicologische informatie, verschil in gevoeligheid, langere werktijden, blootstelling aan mengsels,
onjuist meten van luchtconcentratie. In binas 97A staan de grenswaarden met een TGG (tijdgewogen
gemiddelde). Binnen deze periode mag de grenswaarde wel tijdelijk hoger zijn maar het gemiddelde
van 8 uur mag niet worden overschreden (soms 15 minuten). Stoffen met een kleine grenswaarde
worden weergegeven in pbb ipv mg per m3, dit staat voor parts per billion = aantal delen per 10 9
delen.
Paragraaf 15.3, energiebalans
Het energie-effect van een reactie
Bij alle processen blijft de totale hoeveelheid energie gelijk volgens de wet van behoud van energie.
Energie kan wel worden omgezet in een andere vorm zoals licht of warmte. Dit is de energiebalans.
Bij al die processen treedt een energie-effect op. Dit is gelijk aan het verschil in chemische energie ∆E
van de reactieproducten en de beginstoffen. Energie-effect = ∆E = E reactieproducten – Ebeginstoffen. Bij een
exotherm proces is de hoeveelheid chemische energie in de reactieproducten kleiner dan van de
,begin stoffen, het energie-effect is een negatief getal. Bij een endotherm proces is de hoeveelheid
energie in de reactieproducten groter dan in de beginstoffen, het energie-effect is een positief getal.
Energiediagrammen
Beginstoffen nemen energie op tot ze voldoende hebben om te reageren, de
reactietemperatuur is bereikt. De hoeveelheid energie is de activeringsenergie. De
beginstoffen komen in de geactiveerde toestand.
Vormingswarmte en reactiewarmte
Het energie-effect is te berekenen met behulp van de vormingswarmte van de deelnemende stoffen.
Dit is de energie die nodig is of vrijkomt bij de vorming van 1 mol stof uit de elementen in 57AB staan
deze vormingswarmten. De hoeveelheid energie die vrijkomt bij een reactie of ervoor nodig is, is de
reactie-energie. Deze bestaat meestal volledig uit warmte en wordt ook wel reactiewarmte
genoemd. De grootte daarvan is te berekenen met vormingswarmte door gebruik te maken van de
energiebalans waarbij je E vervangt door vormingswarmte. ∆E = vormingswarmtereactieproducten –
vormingswarmtebeginstoffen.
Paragraaf 15.4, reactiesnelheid
Reactiesnelheid
Reactie Reactiesnelheid
AB S = k [A]
2A… S = k [A]2
A+B… S = k [A][B]
De reactiesnelheid, s, wordt berekend uit het aantal mol stof of het aantal mol deeltjes dat per
seconde ontstaat of verdwijnt in het volume van 1 liter, de molariteit dus. Bij het rekenen deel je het
aantal mol van een stof dat bij een reactie ontstaat door de coëfficiënt waarmee die stof in de
vergelijking voorkomt. De concentratie beginstoffen heeft invloed op de snelheid. Daarom kun je dit
weergeven in een reactiesnelheidsvergelijking: s = k x [concentraties van de beginstoffen die invloed
hebben op reactiesnelheid]. Hierin stelt s de reactiesnelheid voor en k de reactiesnelheidsconstante.
Door het uitvoeren van een serie experimenten kun je vaststellen welke reagerende stoffen invloed
hebben op de reactiesnelheid. Dan kun je een formule afleiden voor s.
Snelheidsbepalende stap
A+B… s = k [A][B]
De reactiesnelheid is hier afhankelijk van stof A en B. Een reactie verloopt niet altijd in 1 stap
waardoor vaak sprake is van een reactiemechanisme waarbij meerdere stappen achter elkaar
verlopen. De langzaamste bepaalt de snelheid van de totale reactie.
Reactiesnelheid en evenwicht
Het is van belang dat de tijd tussen het begin van de reactie en het intreden van de
evenwichtstoestand zo kort mogelijk is. Je noemt dit de insteltijd, t1. Om een zo kort mogelijke
insteltijd te bereiken zoek je de meest gunstige combinatie van 3 mogelijke maatregelen:
- Samenpersen van een gasmengsel, concentraties nemen toe dus de snelheden ook
- Fijn verdeeld ijzerpoeder als katalysator, insteltijd korter (snelheid neemt niet toe)
- Uitvoering bij hogere temperatuur
Paragraaf 15.5, Procestypen
Chemische fabriek
Tot fijn chemie behoren bedrijven die kleine hoeveelheden van een stof maken met ingewikkelde
synthesen. Bulk chemie is het produceren van een product in enorme hoeveelheden. De volgende
, stappen vindt je altijd. Aanvoer: grondstoffen worden aangevoerd. Opslag: grondstofopslag in tanks
(gas en vloeistof), silo’s (vast) of in openlucht. Voorbewerking: zuiveren, fijnmaken, oplossen,
mengen, verwarmen of samenpersen. Reactie: chemische reactie in reactor. Scheiding en zuivering:
uit het reactie mengsel worden stoffen geëxtraheerd of gescheiden. Afval: afvalverwerking.
Soorten productieprocessen
Een batchproces is een proces met verschillende gekoppelde vaten die handmatig gevuld en geleegd
worden. De voordelen hiervan zijn:
- Geschikt voor productie van kleine hoeveelheden stof
- Gemakkelijk bij te sturen
- Wisselen van product mogelijk
- Eist geen volcontinudienst
- Lage investeringen
De nadelen zijn:
- Tijdverlies
- Arbeidsintensief
Een continuproces is een proces met voortdurende aanvoer van beginstoffen en afvoer van
reactieproducten. De voordelen hiervan zijn:
- Geschikt voor productie van grote hoeveelheden stof
- Volautomatische aansturing
- Niet arbeidsintensief
De nadelen zijn:
- Rendabel bij grote hoeveelheden
- Alleen geschikt voor fabricage van één product
- Eist volcontinu dienst
- Vergt hoge investeringskosten
Procesbeheersing = laag houden van kosten, verhogen winst en veiligheid en milieu.
Proces groen maken= houdt rekening met kostprijs beginstoffen, veiligheid, technische
voorzieningen, energieverbruik en gemak/efficiëntie van isoleren en zuiveren van reactieproduct
Paragraaf 17.2, Elektrochemische cel
Stroom uit stoffen
De eerste batterij was een stapel metaalplaatjes in zoutoplossing. Batterijen en accu’s in scheikunde
zijn elektrochemische cellen. Chemische energie wordt hier omgezet in elektrische energie. Bij
elektrochemische cellen vinden redoxreacties plaats. Er zijn twee reactievaten, in de een vindt de
reactie van de reductor plaats, in de ander de oxidator. Deze vaten heten halfcellen. Ze kunnen
worden verbonden met stroomdraden en een zoutbrug. De elektronen die vrijkomen bij de reactie
van de reductor stromen naar het vat van de oxidator. Nu loopt er stroom.
Daniellcel
De ene halfcel van de daniellcel bevat een zinkstaafje in een zinksulfaatoplossing. De andere halfcel
bevat een koperstaafje in een koper(II)sulfaatoplossing. De staafjes zijn elektrodes. Verbindt je deze,
dan reageert de sterkste reductor, zink, met de sterkste oxidator, de koper(II)ionen. Zn(s) Zn2++ 2 e-
en Cu2+ + 2 e- Cu(s). Als deze cel langere tijd stroom levert valt het volgende op. De blauwe kleur
van de Cu2+-oplossing wordt lichter De massa van de zinkelektrode neemt af en van de
koperelektrode neemt toe. De lichtere kleur is het gevolg van afname van de koper(II)ion
concentratie. De zinkelektrode wordt lichter, zinkatomen worden ionen. Bij de koperelektrode
worden de ionen, atomen. De halfcel met reductor is de negatieve elektrode. De halfcel met oxidator
is de positieve. Voor de stroomlevering moet je de halfcellen verbinden met een buisje gevuld met
een zoutoplossing. Het buisje noem je een zoutbrug. Zo ontstaat er een gesloten stroomkring van
elektronen in de stroomdraad en ionen door de zoutbrug. Je kunt echter ook gebruik maken van een
Principes van de groene chemie
Groene chemie is het toepassen van duurzame ontwikkelingen in de chemische industrie om zo het
milieu te beschermen en grondstoffen te besparen. De productieprocessen zijn gebaseerd op de
principes van de groene chemie:
- Veiliger zijn
- Minder grondstoffen en energie gebruiken
- Zoveel mogelijk gebruikmaken van energie en grondstoffen die duurzaam zijn
- Minder vervuiling geven
Atoomeconomie en rendement
Het maken van een product in de chemische industrie gaat via een aantal reactiestappen, een
synthese. De ideale synthese heeft een maximale hoeveelheid product met zo min mogelijk
beginstoffen en zo min mogelijk bijproducten. Om aan te geven welk percentage van de beginstoffen
in het gewenste product zit is in de atoomeconomie geïntroduceerd M g ew e n s t p r o d u c t x 100%. M is
M b e g i n s t o f f en
molecuulmassa. Alleen deze berekening is niet voldoende omdat in praktijk de meeste reacties niet
volledig verlopen. Daarom wordt het begrip rendement ook gebruikt. p r a kt i sc h e o p br e n g st x
t heo r e t i sc h e o p br e ng st
100%. De theoretische opbrengst is de massa van het product die volgens de vergelijking zou
ontstaan bij een aflopende reactie. De praktische opbrengst is de massa van het product dat echt
ontstaat.
E-factor en Q-factor
In de E-factor van de synthese wordt de informatie van het rendement en de atoomeconomie
gecombineerd (E van environmental). Deze is een maat voor de hoeveelheid afval die ontstaat bij de
productie, hoe lager hoe beter. Er is ook een vervuilingsfactor de Q-factor daaronder verstaan we de
mate dat een stof vervuilend is. De E-factor is de hoeveelheid afval per kg product.
Grenswaarde
Voor veel stoffen is een grenswaarde vastgesteld. Dat is de maximaal toegestane hoeveelheid van
een stof, gas, vezel, damp of aerosol. De gezondheid van de werknemers en hun nageslacht mag
hierbij niet geschaad worden. Toch kan de grenswaarde ons in gevaar brengen door: gebrek aan
toxicologische informatie, verschil in gevoeligheid, langere werktijden, blootstelling aan mengsels,
onjuist meten van luchtconcentratie. In binas 97A staan de grenswaarden met een TGG (tijdgewogen
gemiddelde). Binnen deze periode mag de grenswaarde wel tijdelijk hoger zijn maar het gemiddelde
van 8 uur mag niet worden overschreden (soms 15 minuten). Stoffen met een kleine grenswaarde
worden weergegeven in pbb ipv mg per m3, dit staat voor parts per billion = aantal delen per 10 9
delen.
Paragraaf 15.3, energiebalans
Het energie-effect van een reactie
Bij alle processen blijft de totale hoeveelheid energie gelijk volgens de wet van behoud van energie.
Energie kan wel worden omgezet in een andere vorm zoals licht of warmte. Dit is de energiebalans.
Bij al die processen treedt een energie-effect op. Dit is gelijk aan het verschil in chemische energie ∆E
van de reactieproducten en de beginstoffen. Energie-effect = ∆E = E reactieproducten – Ebeginstoffen. Bij een
exotherm proces is de hoeveelheid chemische energie in de reactieproducten kleiner dan van de
,begin stoffen, het energie-effect is een negatief getal. Bij een endotherm proces is de hoeveelheid
energie in de reactieproducten groter dan in de beginstoffen, het energie-effect is een positief getal.
Energiediagrammen
Beginstoffen nemen energie op tot ze voldoende hebben om te reageren, de
reactietemperatuur is bereikt. De hoeveelheid energie is de activeringsenergie. De
beginstoffen komen in de geactiveerde toestand.
Vormingswarmte en reactiewarmte
Het energie-effect is te berekenen met behulp van de vormingswarmte van de deelnemende stoffen.
Dit is de energie die nodig is of vrijkomt bij de vorming van 1 mol stof uit de elementen in 57AB staan
deze vormingswarmten. De hoeveelheid energie die vrijkomt bij een reactie of ervoor nodig is, is de
reactie-energie. Deze bestaat meestal volledig uit warmte en wordt ook wel reactiewarmte
genoemd. De grootte daarvan is te berekenen met vormingswarmte door gebruik te maken van de
energiebalans waarbij je E vervangt door vormingswarmte. ∆E = vormingswarmtereactieproducten –
vormingswarmtebeginstoffen.
Paragraaf 15.4, reactiesnelheid
Reactiesnelheid
Reactie Reactiesnelheid
AB S = k [A]
2A… S = k [A]2
A+B… S = k [A][B]
De reactiesnelheid, s, wordt berekend uit het aantal mol stof of het aantal mol deeltjes dat per
seconde ontstaat of verdwijnt in het volume van 1 liter, de molariteit dus. Bij het rekenen deel je het
aantal mol van een stof dat bij een reactie ontstaat door de coëfficiënt waarmee die stof in de
vergelijking voorkomt. De concentratie beginstoffen heeft invloed op de snelheid. Daarom kun je dit
weergeven in een reactiesnelheidsvergelijking: s = k x [concentraties van de beginstoffen die invloed
hebben op reactiesnelheid]. Hierin stelt s de reactiesnelheid voor en k de reactiesnelheidsconstante.
Door het uitvoeren van een serie experimenten kun je vaststellen welke reagerende stoffen invloed
hebben op de reactiesnelheid. Dan kun je een formule afleiden voor s.
Snelheidsbepalende stap
A+B… s = k [A][B]
De reactiesnelheid is hier afhankelijk van stof A en B. Een reactie verloopt niet altijd in 1 stap
waardoor vaak sprake is van een reactiemechanisme waarbij meerdere stappen achter elkaar
verlopen. De langzaamste bepaalt de snelheid van de totale reactie.
Reactiesnelheid en evenwicht
Het is van belang dat de tijd tussen het begin van de reactie en het intreden van de
evenwichtstoestand zo kort mogelijk is. Je noemt dit de insteltijd, t1. Om een zo kort mogelijke
insteltijd te bereiken zoek je de meest gunstige combinatie van 3 mogelijke maatregelen:
- Samenpersen van een gasmengsel, concentraties nemen toe dus de snelheden ook
- Fijn verdeeld ijzerpoeder als katalysator, insteltijd korter (snelheid neemt niet toe)
- Uitvoering bij hogere temperatuur
Paragraaf 15.5, Procestypen
Chemische fabriek
Tot fijn chemie behoren bedrijven die kleine hoeveelheden van een stof maken met ingewikkelde
synthesen. Bulk chemie is het produceren van een product in enorme hoeveelheden. De volgende
, stappen vindt je altijd. Aanvoer: grondstoffen worden aangevoerd. Opslag: grondstofopslag in tanks
(gas en vloeistof), silo’s (vast) of in openlucht. Voorbewerking: zuiveren, fijnmaken, oplossen,
mengen, verwarmen of samenpersen. Reactie: chemische reactie in reactor. Scheiding en zuivering:
uit het reactie mengsel worden stoffen geëxtraheerd of gescheiden. Afval: afvalverwerking.
Soorten productieprocessen
Een batchproces is een proces met verschillende gekoppelde vaten die handmatig gevuld en geleegd
worden. De voordelen hiervan zijn:
- Geschikt voor productie van kleine hoeveelheden stof
- Gemakkelijk bij te sturen
- Wisselen van product mogelijk
- Eist geen volcontinudienst
- Lage investeringen
De nadelen zijn:
- Tijdverlies
- Arbeidsintensief
Een continuproces is een proces met voortdurende aanvoer van beginstoffen en afvoer van
reactieproducten. De voordelen hiervan zijn:
- Geschikt voor productie van grote hoeveelheden stof
- Volautomatische aansturing
- Niet arbeidsintensief
De nadelen zijn:
- Rendabel bij grote hoeveelheden
- Alleen geschikt voor fabricage van één product
- Eist volcontinu dienst
- Vergt hoge investeringskosten
Procesbeheersing = laag houden van kosten, verhogen winst en veiligheid en milieu.
Proces groen maken= houdt rekening met kostprijs beginstoffen, veiligheid, technische
voorzieningen, energieverbruik en gemak/efficiëntie van isoleren en zuiveren van reactieproduct
Paragraaf 17.2, Elektrochemische cel
Stroom uit stoffen
De eerste batterij was een stapel metaalplaatjes in zoutoplossing. Batterijen en accu’s in scheikunde
zijn elektrochemische cellen. Chemische energie wordt hier omgezet in elektrische energie. Bij
elektrochemische cellen vinden redoxreacties plaats. Er zijn twee reactievaten, in de een vindt de
reactie van de reductor plaats, in de ander de oxidator. Deze vaten heten halfcellen. Ze kunnen
worden verbonden met stroomdraden en een zoutbrug. De elektronen die vrijkomen bij de reactie
van de reductor stromen naar het vat van de oxidator. Nu loopt er stroom.
Daniellcel
De ene halfcel van de daniellcel bevat een zinkstaafje in een zinksulfaatoplossing. De andere halfcel
bevat een koperstaafje in een koper(II)sulfaatoplossing. De staafjes zijn elektrodes. Verbindt je deze,
dan reageert de sterkste reductor, zink, met de sterkste oxidator, de koper(II)ionen. Zn(s) Zn2++ 2 e-
en Cu2+ + 2 e- Cu(s). Als deze cel langere tijd stroom levert valt het volgende op. De blauwe kleur
van de Cu2+-oplossing wordt lichter De massa van de zinkelektrode neemt af en van de
koperelektrode neemt toe. De lichtere kleur is het gevolg van afname van de koper(II)ion
concentratie. De zinkelektrode wordt lichter, zinkatomen worden ionen. Bij de koperelektrode
worden de ionen, atomen. De halfcel met reductor is de negatieve elektrode. De halfcel met oxidator
is de positieve. Voor de stroomlevering moet je de halfcellen verbinden met een buisje gevuld met
een zoutoplossing. Het buisje noem je een zoutbrug. Zo ontstaat er een gesloten stroomkring van
elektronen in de stroomdraad en ionen door de zoutbrug. Je kunt echter ook gebruik maken van een
