H19 Moderne materialen
Bij dit hoofdstuk moet je de begrippen kennen, en de tekst begrijpen. Wij hoefden niet uit ons hoofd
te stampen wat bijvoorbeeld eigenschappen van keramiek zijn.
19.1 Bekende materialen
Tegenwoordig kan je stoffen mengen of de eigenschappen veranderen door chemische reacties om
zo de optimale eigenschappen te krijgen. Bijv.: legering van ijzer, chroom, nikkel en koolstof: minder
gevoelig voor oxidatie en kan tegen hogere temperaturen. Naast stoffen indelen in moleculaire,
zouten en metalen, kan je ze ook indelen op organisch en anorganisch. Organische stoffen bestaan
voornamelijk uit de atomen koolstof en water, aangevuld met zuurstof, stikstof, zwavel of halogenen.
Anorganische stoffen zijn bv. NaCl en CaO, kwarts, water en stikstof. Maar er zijn ook anorganische
stoffen die wel C atomen bevatten: KCN en CaCO3.
Keramiek: anorganisch en bestaat uit 2 of meer verschillende atoomsoorten waarvan in elk geval 1
een niet metaal is. Het ontstaat door kleine materiaalkorrels sterk te verhitten, die samenklonteren:
sinteren. Het is bros, hard, geleid weinig (binas 67D1). Bakstenen en zirkonium(4)oxide zijn ionair
keramiek dat ontstaat uit zouten en bestaat uit – en + ionen. Ook heb je covalent keramiek: Het is
opgebouwd uit niet-metalen en is ook erg hard. Er zijn door het sinteren sterke atoombindingen in
een atoomrooster. Ionair en covalent keramiek zijn door het 3D rooster erg hard en bros. Bij ionair
komt dat brosse doordat er bij kracht verschuivingen in het rooster optreden waardoor + en + ionen
en – en – ionen tegen elkaar komen te liggen. Door afstoting ontstaat een breuk. Door de covalente
bindingen in het atoomrooster van covalent keramiek kunnen bij grote kracht bindingen verbreken
waardoor het materiaal stuk gaat.
Polymeren: er zijn veel soorten van en veel geleiden slecht. Wanneer de koolstofketen om en om C-C
en C=C heeft, kan het wel geleiden. Een elektrisch geleidend polymeer is bijvoorbeeld PPV.
Mesomerie in de benzeenring speelt een grote rol. Via een reactie of door licht ontstaan ladingen
door mesomerie op de keten. Door spanning geleidt een polymeer dan stroom doordat de ladingen
zich over de keten verplaatsen.
Composieten: 2 of meer materialen die sterk verschillen in chemische en/of fysische eigenschappen.
Er wordt gebruik gemaakt van de sterke punten van die materialen. Bv. gewapend beton (CaCO3):
beton kan drukkrachten opvangen, staal vangt de trekkrachten op. Vaak bestaat het uit laagjes
materialen waarvan een laag opgebouwd uit vezels is. Die bestaan uit macromoleculen van bv.
koolstof of siliciumcarbide en zijn sterk in de lengterichting. Door de lagen met vezels steeds in een
andere richting te leggen, is het materiaal in alle richtingen sterk. Om de vezels zitten bindmiddelen
zoals polymeren, metalen of keramische materialen. Het is sterk, stijf, lage dichtheid, lage
onderhoudskosten, bestand tegen chemicaliën en weersinvloeden en heeft lange levensduur. Zie
Binas 67B. Naast eigenschappen is duurzaamheid, schaarste van grondstoffen en kosten belangrijk
voor een goede keuze van een geschikt materiaal.
19.2 Innovatief onderzoek
Toegepast onderzoek: onderzoek naar effectiviteit van bepaalde materialen in voorwerpen; bv.
efficiëntere accu’s of nieuwe geneesmiddelen. Fundamenteel onderzoek: heeft betrekking op
materialen die niet direct een toepassing hebben, dus ontwikkeling van kennis. Onderzoeken waar
men nu mee bezig is:
1. fundamenteel onderzoek naar koolstof heeft ons geleerd dat er meerde vormen van zijn:
fullerenen, grafeen en koolstof nanobuisjes (67E). Vroeger dachten ze dat er alleen grafiet en
diamant was. Grafiet: zacht (door kristalstructuur), platte lagen met C-zeshoeken. Net als benzeen
heeft het geen dubbele bindingen, maar gedelokaliseerde elektronen. Het geleid goed stroom en
Vanderwaalsbindingen houden de lagen atomen bij elkaar. Diamant: hard, oneindige 3D
Bij dit hoofdstuk moet je de begrippen kennen, en de tekst begrijpen. Wij hoefden niet uit ons hoofd
te stampen wat bijvoorbeeld eigenschappen van keramiek zijn.
19.1 Bekende materialen
Tegenwoordig kan je stoffen mengen of de eigenschappen veranderen door chemische reacties om
zo de optimale eigenschappen te krijgen. Bijv.: legering van ijzer, chroom, nikkel en koolstof: minder
gevoelig voor oxidatie en kan tegen hogere temperaturen. Naast stoffen indelen in moleculaire,
zouten en metalen, kan je ze ook indelen op organisch en anorganisch. Organische stoffen bestaan
voornamelijk uit de atomen koolstof en water, aangevuld met zuurstof, stikstof, zwavel of halogenen.
Anorganische stoffen zijn bv. NaCl en CaO, kwarts, water en stikstof. Maar er zijn ook anorganische
stoffen die wel C atomen bevatten: KCN en CaCO3.
Keramiek: anorganisch en bestaat uit 2 of meer verschillende atoomsoorten waarvan in elk geval 1
een niet metaal is. Het ontstaat door kleine materiaalkorrels sterk te verhitten, die samenklonteren:
sinteren. Het is bros, hard, geleid weinig (binas 67D1). Bakstenen en zirkonium(4)oxide zijn ionair
keramiek dat ontstaat uit zouten en bestaat uit – en + ionen. Ook heb je covalent keramiek: Het is
opgebouwd uit niet-metalen en is ook erg hard. Er zijn door het sinteren sterke atoombindingen in
een atoomrooster. Ionair en covalent keramiek zijn door het 3D rooster erg hard en bros. Bij ionair
komt dat brosse doordat er bij kracht verschuivingen in het rooster optreden waardoor + en + ionen
en – en – ionen tegen elkaar komen te liggen. Door afstoting ontstaat een breuk. Door de covalente
bindingen in het atoomrooster van covalent keramiek kunnen bij grote kracht bindingen verbreken
waardoor het materiaal stuk gaat.
Polymeren: er zijn veel soorten van en veel geleiden slecht. Wanneer de koolstofketen om en om C-C
en C=C heeft, kan het wel geleiden. Een elektrisch geleidend polymeer is bijvoorbeeld PPV.
Mesomerie in de benzeenring speelt een grote rol. Via een reactie of door licht ontstaan ladingen
door mesomerie op de keten. Door spanning geleidt een polymeer dan stroom doordat de ladingen
zich over de keten verplaatsen.
Composieten: 2 of meer materialen die sterk verschillen in chemische en/of fysische eigenschappen.
Er wordt gebruik gemaakt van de sterke punten van die materialen. Bv. gewapend beton (CaCO3):
beton kan drukkrachten opvangen, staal vangt de trekkrachten op. Vaak bestaat het uit laagjes
materialen waarvan een laag opgebouwd uit vezels is. Die bestaan uit macromoleculen van bv.
koolstof of siliciumcarbide en zijn sterk in de lengterichting. Door de lagen met vezels steeds in een
andere richting te leggen, is het materiaal in alle richtingen sterk. Om de vezels zitten bindmiddelen
zoals polymeren, metalen of keramische materialen. Het is sterk, stijf, lage dichtheid, lage
onderhoudskosten, bestand tegen chemicaliën en weersinvloeden en heeft lange levensduur. Zie
Binas 67B. Naast eigenschappen is duurzaamheid, schaarste van grondstoffen en kosten belangrijk
voor een goede keuze van een geschikt materiaal.
19.2 Innovatief onderzoek
Toegepast onderzoek: onderzoek naar effectiviteit van bepaalde materialen in voorwerpen; bv.
efficiëntere accu’s of nieuwe geneesmiddelen. Fundamenteel onderzoek: heeft betrekking op
materialen die niet direct een toepassing hebben, dus ontwikkeling van kennis. Onderzoeken waar
men nu mee bezig is:
1. fundamenteel onderzoek naar koolstof heeft ons geleerd dat er meerde vormen van zijn:
fullerenen, grafeen en koolstof nanobuisjes (67E). Vroeger dachten ze dat er alleen grafiet en
diamant was. Grafiet: zacht (door kristalstructuur), platte lagen met C-zeshoeken. Net als benzeen
heeft het geen dubbele bindingen, maar gedelokaliseerde elektronen. Het geleid goed stroom en
Vanderwaalsbindingen houden de lagen atomen bij elkaar. Diamant: hard, oneindige 3D
