SAMENVATTING HOOFDSTUK 3: ORGANISCHE CHEMIE
§1 VERBRANDINGSREACTIES
Chemische energie
Alle stoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid chemische energie E.
Exotherme reactie = een reactie waarbij een gedeelte van deze chemische energie in een
andere vorm van energie vrijkomt. Bij verbrandingsreacties is de andere vorm van energie
meestal warmte, in bijvoorbeeld de vorm van arbeid (verbrandingsmotor). Chemische
energie kan ook vrijkomen als elektrische energie of als stralingsenergie.
Planten zetten zonlicht om in chemische energie (glucose) door koolstofdioxide en water te
verbinden tot glucose. Dit proces heet fotosynthese en vindt plaats in de bladgroenkorrels
van de plant.
6 CO2 + 6 H20 -> (zonlicht) C6H1206 + 6 O2
Endotherme reactie = een reactie waarbij continu energie moeten worden toegevoerd om
de reactie te laten lopen. Fotosynthese is een endotherme reactie omdat daarin energie van
buitenaf tijdens de reactie wordt omgezet in chemische energie.
Energie-effect (delta) E (van chemische reacties) = de energieomzetting in exotherme en
endotherme reacties.
(Delta) E = E reactieproducten – E beginstoffen.
In exotherme reacties is (delta) E < 0, omdat de chemische energie van de reagerende
stoffen afneemt. Deze wordt aan de omgeving afgestaan. In endotherme reacties is (delta) E
> 0, omdat de chemische energie van de reagerende stoffen toeneemt.
Energiediagram
Bij de verbrandingsreactie van glucose in het lichaam ontstaan koolstofdioxide en water:
C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O
Dit is een exotherme reactie waarbij chemische energie wordt omgezet in warmte. Een
exotherme reactie hoeft niet op gang te worden gehouden. Er komt bij een exotherme
reactie meer energie vrij bij de vormen van de nieuwe atoombindingen in de moleculen dan
dat er energie nodig is om de atoombindingen in moleculen van beginstoffen te verbreken.
Bij een endotherme reactie moet wel continu energie worden toegevoegd om de reactie aan
de gang te houden. Op microniveau betekent dit dat de vorming van nieuwe
atoombindingen in moleculen van de reactieproducten minder energie oplevert dan dat het
verbreken van de atoombindingen in de moleculen van de beginstoffen aan energie kost.
Activeringsenergie E = de energie die nodig is om een reactie op gang te brengen.
Geactiveerde toestand = Overgangstoestand. Altijd het hoogste punt in de grafiek.
Reactie warmte = de hoeveelheid energie die vrijkomt of de hoeveelheid energie die nodig is
bij een chemische reactie (J / mol). (Delta) E wordt in een energiediagram aangegeven met
ene pijl tussen het energieniveau van de beginstoffen en het energieniveau van de
reactieproducten.
, Verbrandingswarmte
Koolwaterstoffen = verbinden die voornamelijk zijn opgebouwd uit de elementen koolstof en
waterstof die zijn ontstaan uit heel oud afgestorven plantenmateriaal.
In aanwezigheid van voldoende zuurstof kunnen deze fossiele brandstoffen volledig
verbrand worden, waarbij dan CO2 en H2O vrijkomen.
Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij kunnen ook CO
(koolstofmono-oxide) en C (roet) ontstaan.
Verbrandingswarmte = de hoeveelheid energie die vrijkomt per mol verbrande stof.
De vrijgekomen energie bij een exotherme reactie zorgt er onder andere voor dat de
moleculen in het reactiemengsel sneller gaan bewegen: de temperatuur gaat omhoog. Dit
betekent dat de chemische energie is omgezet in warmte. Om de verbrandingsreactie te
laten verlopen, moet er eerst een hoeveelheid energie worden toegevoegd. Hoe hoger de
activeringsenergie, hoe moeilijker het is de reactie op gang te brengen. Wanneer er geen
extra activeringsenergie nodig is, verloopt de reactie spontaan. De ontbrandingstemperatuur
bij een verbrandingsreactie is de temperatuur waarbij de verbranding spontaan begint.
Molair volume
In de gasfase zijn op microniveau de vanderwaalsbindingen verbroken en daarmee bestaat
er ook geen elektrostatische aantrekkingskracht tussen de moleculen meer. De afstand
tussen de moleculen is relatief zo groot geworden dat de grootte van het molecuul
verwaarloosbaar is in vergelijking met de ruimte die het gas inneemt. Dit heeft tot gevolg dat
één mol van welk gas dan ook, bij dezelfde temperatuur en druk, hetzelfde volume inneemt.
Dit wordt het molair volume Vm genoemd, met als eenheid dm3 /mol.
V = n * Vm
V = het volume in kubieke decimeter (dm3)
n = het aantal mol
Vm = het molair volume in kubieke decimeter per mol (dm3 / mol)
(T = 273 K, p = p0): Vm = 22,4 dm3/mol
(T = 298 K, p = p0): Vm = 24,5 dm3/mol
Energiecentrale
Voor het opwekken van elektriciteit in een energiecentrale is energie in de vorm van warmte
nodig. Omdat brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale wordt gestookt vaak
complexe mengsel zijn, wordt de energie-inhoud niet uitgedrukt in joule per mol, maar in
joule per kilogram of joule per kubieke meter. Omdat deze stookwaarden zijn gedefinieerd
als geleverde verbrandingswarmten, hebben deze getallen positieve waarden. Door de
verbranding van aardgas of steenkool wordt de chemische energie omgezet in warmte. Deze
warmte wordt gebruikt om water te verhitten tot samengeperste stoom. De arbeid die deze
stoom kan verrichtten, wordt via een turbine omgezet in bewegingsenergie. In de turbine
bevindt zich tevens een dynamo die de bewegingsenergie weer omzet in elektrische energie.
Uiteindelijk gaat ruim de helft van vrijgekomen energie verloren aan restwarmte die ten
delen nog gebruikt kan worden in andere processen.
! Bij een zekere temperatuur komt 0,0420 mol overeen met 1,00 L gas, ongeacht het soort.
§1 VERBRANDINGSREACTIES
Chemische energie
Alle stoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid chemische energie E.
Exotherme reactie = een reactie waarbij een gedeelte van deze chemische energie in een
andere vorm van energie vrijkomt. Bij verbrandingsreacties is de andere vorm van energie
meestal warmte, in bijvoorbeeld de vorm van arbeid (verbrandingsmotor). Chemische
energie kan ook vrijkomen als elektrische energie of als stralingsenergie.
Planten zetten zonlicht om in chemische energie (glucose) door koolstofdioxide en water te
verbinden tot glucose. Dit proces heet fotosynthese en vindt plaats in de bladgroenkorrels
van de plant.
6 CO2 + 6 H20 -> (zonlicht) C6H1206 + 6 O2
Endotherme reactie = een reactie waarbij continu energie moeten worden toegevoerd om
de reactie te laten lopen. Fotosynthese is een endotherme reactie omdat daarin energie van
buitenaf tijdens de reactie wordt omgezet in chemische energie.
Energie-effect (delta) E (van chemische reacties) = de energieomzetting in exotherme en
endotherme reacties.
(Delta) E = E reactieproducten – E beginstoffen.
In exotherme reacties is (delta) E < 0, omdat de chemische energie van de reagerende
stoffen afneemt. Deze wordt aan de omgeving afgestaan. In endotherme reacties is (delta) E
> 0, omdat de chemische energie van de reagerende stoffen toeneemt.
Energiediagram
Bij de verbrandingsreactie van glucose in het lichaam ontstaan koolstofdioxide en water:
C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O
Dit is een exotherme reactie waarbij chemische energie wordt omgezet in warmte. Een
exotherme reactie hoeft niet op gang te worden gehouden. Er komt bij een exotherme
reactie meer energie vrij bij de vormen van de nieuwe atoombindingen in de moleculen dan
dat er energie nodig is om de atoombindingen in moleculen van beginstoffen te verbreken.
Bij een endotherme reactie moet wel continu energie worden toegevoegd om de reactie aan
de gang te houden. Op microniveau betekent dit dat de vorming van nieuwe
atoombindingen in moleculen van de reactieproducten minder energie oplevert dan dat het
verbreken van de atoombindingen in de moleculen van de beginstoffen aan energie kost.
Activeringsenergie E = de energie die nodig is om een reactie op gang te brengen.
Geactiveerde toestand = Overgangstoestand. Altijd het hoogste punt in de grafiek.
Reactie warmte = de hoeveelheid energie die vrijkomt of de hoeveelheid energie die nodig is
bij een chemische reactie (J / mol). (Delta) E wordt in een energiediagram aangegeven met
ene pijl tussen het energieniveau van de beginstoffen en het energieniveau van de
reactieproducten.
, Verbrandingswarmte
Koolwaterstoffen = verbinden die voornamelijk zijn opgebouwd uit de elementen koolstof en
waterstof die zijn ontstaan uit heel oud afgestorven plantenmateriaal.
In aanwezigheid van voldoende zuurstof kunnen deze fossiele brandstoffen volledig
verbrand worden, waarbij dan CO2 en H2O vrijkomen.
Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij kunnen ook CO
(koolstofmono-oxide) en C (roet) ontstaan.
Verbrandingswarmte = de hoeveelheid energie die vrijkomt per mol verbrande stof.
De vrijgekomen energie bij een exotherme reactie zorgt er onder andere voor dat de
moleculen in het reactiemengsel sneller gaan bewegen: de temperatuur gaat omhoog. Dit
betekent dat de chemische energie is omgezet in warmte. Om de verbrandingsreactie te
laten verlopen, moet er eerst een hoeveelheid energie worden toegevoegd. Hoe hoger de
activeringsenergie, hoe moeilijker het is de reactie op gang te brengen. Wanneer er geen
extra activeringsenergie nodig is, verloopt de reactie spontaan. De ontbrandingstemperatuur
bij een verbrandingsreactie is de temperatuur waarbij de verbranding spontaan begint.
Molair volume
In de gasfase zijn op microniveau de vanderwaalsbindingen verbroken en daarmee bestaat
er ook geen elektrostatische aantrekkingskracht tussen de moleculen meer. De afstand
tussen de moleculen is relatief zo groot geworden dat de grootte van het molecuul
verwaarloosbaar is in vergelijking met de ruimte die het gas inneemt. Dit heeft tot gevolg dat
één mol van welk gas dan ook, bij dezelfde temperatuur en druk, hetzelfde volume inneemt.
Dit wordt het molair volume Vm genoemd, met als eenheid dm3 /mol.
V = n * Vm
V = het volume in kubieke decimeter (dm3)
n = het aantal mol
Vm = het molair volume in kubieke decimeter per mol (dm3 / mol)
(T = 273 K, p = p0): Vm = 22,4 dm3/mol
(T = 298 K, p = p0): Vm = 24,5 dm3/mol
Energiecentrale
Voor het opwekken van elektriciteit in een energiecentrale is energie in de vorm van warmte
nodig. Omdat brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale wordt gestookt vaak
complexe mengsel zijn, wordt de energie-inhoud niet uitgedrukt in joule per mol, maar in
joule per kilogram of joule per kubieke meter. Omdat deze stookwaarden zijn gedefinieerd
als geleverde verbrandingswarmten, hebben deze getallen positieve waarden. Door de
verbranding van aardgas of steenkool wordt de chemische energie omgezet in warmte. Deze
warmte wordt gebruikt om water te verhitten tot samengeperste stoom. De arbeid die deze
stoom kan verrichtten, wordt via een turbine omgezet in bewegingsenergie. In de turbine
bevindt zich tevens een dynamo die de bewegingsenergie weer omzet in elektrische energie.
Uiteindelijk gaat ruim de helft van vrijgekomen energie verloren aan restwarmte die ten
delen nog gebruikt kan worden in andere processen.
! Bij een zekere temperatuur komt 0,0420 mol overeen met 1,00 L gas, ongeacht het soort.
