Inhoud
Deel water ............................................................................................................................................... 2
Uniek aan water en karakteristieken: ................................................................................................. 2
Deel energie en verbranding ................................................................................................................... 8
Deel kernenergie ................................................................................................................................... 10
Deel geologie ......................................................................................................................................... 14
Ontstaan aarde en nucleosynthese................................................................................................... 14
Wat is geologie .............................................................................................................................. 14
Systeem aarde <-> chemische cycli ............................................................................................. 14
Ontstaan van materie: nucleosynthese ........................................................................................ 16
Ontstaan zon en zonnestelsel + verdeling elementen .................................................................. 20
Ontstaan van de aarde .................................................................................................................. 20
Gesteenten en mineralen.................................................................................................................. 24
Samenstelling van de aarde .......................................................................................................... 24
Gesteente: ..................................................................................................................................... 25
Eenheidscel en symmetrie/ opbouw mineralen: .......................................................................... 27
Fysische eigenschappen mineralen .......................................................................................... 29
Systematische mineralogie................................................................................................................ 33
Structuur van silicaten ................................................................................................................... 33
Magmatisch gesteente .................................................................................................................. 35
Deel atmosfeerchemie .......................................................................................................................... 37
Stratosferisch ozon ............................................................................................................................ 37
Chemie en klimaatverandering ......................................................................................................... 41
Troposfeerchemie en luchtkwaliteit ..................................................................................................... 49
Atmosfeer .......................................................................................................................................... 49
Polluenten ......................................................................................................................................... 50
Deel green energy ................................................................................................................................. 55
Introductie: benefits of Chemistry ................................................................................................ 55
Pagina 1 van 59
,Deel water
Uniek aan water en karakteristieken:
- 70% aardoppervlakte bedekt met water
- Merendeel niet bruikbaar voor menselijk gebruik, industrie, landbouw, …
- Zoet water zeer beperkt; hernieuwbaar, sneller verbruikt dan gemaakt/ aangereikt
- Waterstofbruggen → een van enige veel voorkomende kleine molecule van die grootte die
vloeibaar voorkomt op kamertemperatuur
- Hoog kookpunt
- Verschil in EN > 1: niet polair covalente binding: bv CH
- Verschil in EN > 2: ionaire binding: bv OH
- Warmtecapaciteit water heel hoog → waterstofbruggen moeten breken → vraagt heel veel
energie → grote invloed klimaat (smelt niet snel,…) en lichaamstemperatuur in stand houden
Rol waterstofbrug
= intermoleculaire interactie
- H aangetrokken door elektronrijke O van andere watermolecule
- Elke watermolecule kan 4 H-bruggen aanmaken
- Algemeen toepasbaar als verschil in EN groot genoeg is
- Ook intramoleculair mogelijk
- Redelijk sterk in vergelijking met een covalente binding → verklaart dus ook hoog kookpunt
- Zorgt ervoor dat leven op aarde mogelijk is
- Zet uit als het vriest
- Groot verschil in EN, zuurstof wordt omringd → stabiel, nog niet zo sterk verschil dat het een
zout wordt, anders niet evident dat kookpunt hoog is
- Vrije elektronen paren, grote repulsie → bindingshoek tussen H en O kleiner dan 109.5° →
104.5°
- Gepolariseerde binding naar H, nog steeds binding geen ionvorming, partiële ladingen
- Kleiner verschil in EN tussen H en S → wel covalente binding
- Water bevriest → ijs drijft op water, moleculen zitten dicht op elkaar, kunnen minder
bewegen door koude
- H-brug verklaart waarom ijs drijft op water: grote hexagonale ruimtes in ijs
o In vloeibaar water grote open hexagonale ruimtes in ijs, structuur niet aanwezig →
moleculen meer mobiel
o Dichtheid water (1g/ml) > dichtheid ijs (0.92 g/ml)
- Ijs isoleert onderliggend water tijdens de winter
- Ijs smelt ‘zinkt’ → mengingsprocessen in ecosystemen
- H-brug → veel interacties in biomoleculen mogelijk
- H-brug → hoge warmte capaciteit (zie eerder)
Water voor consumptie:
- 3% zoet water, rest zeewater (duur om te zetten)
- Beperkte voorraad zoet water
- Te goedkoop in veel landen, te weinig recyclage
Pagina 2 van 59
, - Watervoetafdrukken moeilijk exact te bepalen → controversieel
- Vooral relatief over hoeveel nood aan water om bepaalde goederen te maken
Waterkringloop:
- Oceaan → ijs → rivieren
- Cyclus verstoord door grote ‘lokale’ gevolgen
Overconsumptie:
- Waterreserves niet genoeg aangereikt
- Voorraden uit ijstijd raken opgebruikt
- Aralmeer bijna verdwenen
Waterige oplossingen:
- Veel stappen tot gedestilleerd water (geen geleidbaarheid) bekomen wordt
- Heel hoge weerstand, geen geleidbaarheid
- Slecht oplosbaar voor sommige stoffen
- Ook niet-geladen moleculen kunnen oplossen in water
- Micellen toevoegen → zorgen dat stoffen wel oplossen die dat normaal niet zouden doen
- Zelden 100% zuiver: ppm (deeltje* 106), ppt, ppb, … → zuiver kunnen omzetten (lager dan
ppt; te verwaarlozen, bijna niet gebruikt): grootteordes; enkel exact als dichtheid = 1 g/ml;
eenheid loos
- Volledig zuiver water: ook ongezond, osmotisch druk verschilt dus kan zeer gevaarlijk zijn
- Hardheid van water:
o Zeker niet ongezond voor mens → wel voor machines, inactiveert werking van zeep
o Vooral Mg en Ca of calciumcarbonaat (CaCO3)
o Schalen beschikbaar, ppm-niveau, in mg/L
Watervervuiling:
- Bevat veel natuurlijke mineralen
- Watervervuiling = fysische, chemische en biologische substanties, nadelig voor de mens
- Drinkwater gemonitord voor > 90 gekende problematische moleculen
- Niet alle contaminanten gereguleerd
o Farmaceutische producten moeilijk verwijderen tijdens zuiveringsprocessen
- Vroeger lood in leidingwater door corrosie van pijpleidingen: zorgde voor neurologische
problemen bij kinderen (volwassenen nemen dit niet op)
- Nitrieten en nitraten problematisch in landbouwgebieden; gevaarlijk voor de mens
Waterzuivering:
- Voor menselijk gebruik: 6 stappen:
1) Ruwe filtratie
2) Toevoegen flocculanten:
o bij CaSO4 voorgetal 3
Pagina 3 van 59
, ▪ Belangrijk om formule te kennen (getallen
ook belangrijk, kan op examen gevraagd
worden)
▪ Gevormde Al(OH)3 = gel slaat neer en neemt
vuil mee
3) Filtratie over actieve kool en zand
- Actieve kool: Te vergelijken met zuiver houtskool, in
contact brengen, fysische bindingen gevormd met stoffen, extractiemedium
4) Micro-organismen vernietigen door toevoegen van Cl2, NaClO of Ca(ClO)2
o UV, ozon (duurder)
o Kan leiden tot vormen van HClO
5) HClO is toxisch voor micro-organismen, lage concentraties
6) 1 ppm NaF tegen tandbederf (niet in België, wel in VS)
- Cholera: snelle verspreiding met vervuild water
- Nadeel chloreren: geur, mogelijke reactie van bijproducten(!)
- Na menselijk gebruik:
o Vergelijkbare processen, zonder desinfectie
- Biologisch zuurstofverbruik: maat voor zuiverheid van water (BOD)
- Vuil water voedt micro-organismen (zeker, nitraten en fosfaten) nemen O2 op uit water
o Algengroei; verstoord ecosysteem, massavissterfte
o Volledig gesloten waterkringloop (enkel bep. toegepast in Singapore)
Ontzilting van water:
- Verwijderen van mineralen uit water: tekorten aan water, op droge plaatsen
- Zeer dure processen, vraagt heel veel energie
- Destillatie opkoken en dampen hergebruiken (kan zowel op grote als kleine schaal)
- Omgekeerde osmose toegepast, problematische contaminanten uithalen
- Point–of–use ultrafiltratietechniekten
- Zeer energie rovende processen
Verzuring oceanen, zure regen, verstoorde kringlopen
- Koraalriffen regenwouden van oceanen
- >25% verdwenen
- Oorzaak: veranderingen atmosfeer en temperatuur
- Fossiele brandstoffen verbranden: CO2, NOx, SO2
Pagina 4 van 59
Deel water ............................................................................................................................................... 2
Uniek aan water en karakteristieken: ................................................................................................. 2
Deel energie en verbranding ................................................................................................................... 8
Deel kernenergie ................................................................................................................................... 10
Deel geologie ......................................................................................................................................... 14
Ontstaan aarde en nucleosynthese................................................................................................... 14
Wat is geologie .............................................................................................................................. 14
Systeem aarde <-> chemische cycli ............................................................................................. 14
Ontstaan van materie: nucleosynthese ........................................................................................ 16
Ontstaan zon en zonnestelsel + verdeling elementen .................................................................. 20
Ontstaan van de aarde .................................................................................................................. 20
Gesteenten en mineralen.................................................................................................................. 24
Samenstelling van de aarde .......................................................................................................... 24
Gesteente: ..................................................................................................................................... 25
Eenheidscel en symmetrie/ opbouw mineralen: .......................................................................... 27
Fysische eigenschappen mineralen .......................................................................................... 29
Systematische mineralogie................................................................................................................ 33
Structuur van silicaten ................................................................................................................... 33
Magmatisch gesteente .................................................................................................................. 35
Deel atmosfeerchemie .......................................................................................................................... 37
Stratosferisch ozon ............................................................................................................................ 37
Chemie en klimaatverandering ......................................................................................................... 41
Troposfeerchemie en luchtkwaliteit ..................................................................................................... 49
Atmosfeer .......................................................................................................................................... 49
Polluenten ......................................................................................................................................... 50
Deel green energy ................................................................................................................................. 55
Introductie: benefits of Chemistry ................................................................................................ 55
Pagina 1 van 59
,Deel water
Uniek aan water en karakteristieken:
- 70% aardoppervlakte bedekt met water
- Merendeel niet bruikbaar voor menselijk gebruik, industrie, landbouw, …
- Zoet water zeer beperkt; hernieuwbaar, sneller verbruikt dan gemaakt/ aangereikt
- Waterstofbruggen → een van enige veel voorkomende kleine molecule van die grootte die
vloeibaar voorkomt op kamertemperatuur
- Hoog kookpunt
- Verschil in EN > 1: niet polair covalente binding: bv CH
- Verschil in EN > 2: ionaire binding: bv OH
- Warmtecapaciteit water heel hoog → waterstofbruggen moeten breken → vraagt heel veel
energie → grote invloed klimaat (smelt niet snel,…) en lichaamstemperatuur in stand houden
Rol waterstofbrug
= intermoleculaire interactie
- H aangetrokken door elektronrijke O van andere watermolecule
- Elke watermolecule kan 4 H-bruggen aanmaken
- Algemeen toepasbaar als verschil in EN groot genoeg is
- Ook intramoleculair mogelijk
- Redelijk sterk in vergelijking met een covalente binding → verklaart dus ook hoog kookpunt
- Zorgt ervoor dat leven op aarde mogelijk is
- Zet uit als het vriest
- Groot verschil in EN, zuurstof wordt omringd → stabiel, nog niet zo sterk verschil dat het een
zout wordt, anders niet evident dat kookpunt hoog is
- Vrije elektronen paren, grote repulsie → bindingshoek tussen H en O kleiner dan 109.5° →
104.5°
- Gepolariseerde binding naar H, nog steeds binding geen ionvorming, partiële ladingen
- Kleiner verschil in EN tussen H en S → wel covalente binding
- Water bevriest → ijs drijft op water, moleculen zitten dicht op elkaar, kunnen minder
bewegen door koude
- H-brug verklaart waarom ijs drijft op water: grote hexagonale ruimtes in ijs
o In vloeibaar water grote open hexagonale ruimtes in ijs, structuur niet aanwezig →
moleculen meer mobiel
o Dichtheid water (1g/ml) > dichtheid ijs (0.92 g/ml)
- Ijs isoleert onderliggend water tijdens de winter
- Ijs smelt ‘zinkt’ → mengingsprocessen in ecosystemen
- H-brug → veel interacties in biomoleculen mogelijk
- H-brug → hoge warmte capaciteit (zie eerder)
Water voor consumptie:
- 3% zoet water, rest zeewater (duur om te zetten)
- Beperkte voorraad zoet water
- Te goedkoop in veel landen, te weinig recyclage
Pagina 2 van 59
, - Watervoetafdrukken moeilijk exact te bepalen → controversieel
- Vooral relatief over hoeveel nood aan water om bepaalde goederen te maken
Waterkringloop:
- Oceaan → ijs → rivieren
- Cyclus verstoord door grote ‘lokale’ gevolgen
Overconsumptie:
- Waterreserves niet genoeg aangereikt
- Voorraden uit ijstijd raken opgebruikt
- Aralmeer bijna verdwenen
Waterige oplossingen:
- Veel stappen tot gedestilleerd water (geen geleidbaarheid) bekomen wordt
- Heel hoge weerstand, geen geleidbaarheid
- Slecht oplosbaar voor sommige stoffen
- Ook niet-geladen moleculen kunnen oplossen in water
- Micellen toevoegen → zorgen dat stoffen wel oplossen die dat normaal niet zouden doen
- Zelden 100% zuiver: ppm (deeltje* 106), ppt, ppb, … → zuiver kunnen omzetten (lager dan
ppt; te verwaarlozen, bijna niet gebruikt): grootteordes; enkel exact als dichtheid = 1 g/ml;
eenheid loos
- Volledig zuiver water: ook ongezond, osmotisch druk verschilt dus kan zeer gevaarlijk zijn
- Hardheid van water:
o Zeker niet ongezond voor mens → wel voor machines, inactiveert werking van zeep
o Vooral Mg en Ca of calciumcarbonaat (CaCO3)
o Schalen beschikbaar, ppm-niveau, in mg/L
Watervervuiling:
- Bevat veel natuurlijke mineralen
- Watervervuiling = fysische, chemische en biologische substanties, nadelig voor de mens
- Drinkwater gemonitord voor > 90 gekende problematische moleculen
- Niet alle contaminanten gereguleerd
o Farmaceutische producten moeilijk verwijderen tijdens zuiveringsprocessen
- Vroeger lood in leidingwater door corrosie van pijpleidingen: zorgde voor neurologische
problemen bij kinderen (volwassenen nemen dit niet op)
- Nitrieten en nitraten problematisch in landbouwgebieden; gevaarlijk voor de mens
Waterzuivering:
- Voor menselijk gebruik: 6 stappen:
1) Ruwe filtratie
2) Toevoegen flocculanten:
o bij CaSO4 voorgetal 3
Pagina 3 van 59
, ▪ Belangrijk om formule te kennen (getallen
ook belangrijk, kan op examen gevraagd
worden)
▪ Gevormde Al(OH)3 = gel slaat neer en neemt
vuil mee
3) Filtratie over actieve kool en zand
- Actieve kool: Te vergelijken met zuiver houtskool, in
contact brengen, fysische bindingen gevormd met stoffen, extractiemedium
4) Micro-organismen vernietigen door toevoegen van Cl2, NaClO of Ca(ClO)2
o UV, ozon (duurder)
o Kan leiden tot vormen van HClO
5) HClO is toxisch voor micro-organismen, lage concentraties
6) 1 ppm NaF tegen tandbederf (niet in België, wel in VS)
- Cholera: snelle verspreiding met vervuild water
- Nadeel chloreren: geur, mogelijke reactie van bijproducten(!)
- Na menselijk gebruik:
o Vergelijkbare processen, zonder desinfectie
- Biologisch zuurstofverbruik: maat voor zuiverheid van water (BOD)
- Vuil water voedt micro-organismen (zeker, nitraten en fosfaten) nemen O2 op uit water
o Algengroei; verstoord ecosysteem, massavissterfte
o Volledig gesloten waterkringloop (enkel bep. toegepast in Singapore)
Ontzilting van water:
- Verwijderen van mineralen uit water: tekorten aan water, op droge plaatsen
- Zeer dure processen, vraagt heel veel energie
- Destillatie opkoken en dampen hergebruiken (kan zowel op grote als kleine schaal)
- Omgekeerde osmose toegepast, problematische contaminanten uithalen
- Point–of–use ultrafiltratietechniekten
- Zeer energie rovende processen
Verzuring oceanen, zure regen, verstoorde kringlopen
- Koraalriffen regenwouden van oceanen
- >25% verdwenen
- Oorzaak: veranderingen atmosfeer en temperatuur
- Fossiele brandstoffen verbranden: CO2, NOx, SO2
Pagina 4 van 59
