Toegepaste technologie: Materialenleer en chemie
1 De opbouw van de materie
1.1 Ontstaan van de materie
Oerknal Quarks p en n e p en n klonteren samen tot waterstof-, helium-
en lithiumkern e verzamelen zich om atoomkern heen H, He en Li atomen
ontstonden.
1.2 Samenstelling van de materie
1.2.1 Bouw van een atoom
Materie atoom elektronen + kern*
* n en p 1 element hiervan = quark
Figuur 1: verschillen subatomaire deeltjes
De massa van de 2 subatomaire kerndeeltjes is vrijwel hetzelfde en wordt gelijk
genomen aan 1 atomaire massa-eenheid (ame): 1,67 ×10−24 gram.
We kunnen ook zeggen dat er 1/1,67 ×10−24 protonen en neutronen zitten in 1 gram
van eender welke materie. Dit is het getal van Avogadro, dit is een fysische
constante: aantal deeltjes per mol. N A =6,02× 1023 deeltjes
1.2.2 Het Atoomnummer Z
Geheel getal dat het aantal protonen in de kern v/h atoom weergeeft. Dit bepaald de
aard van het atoom, doordat de atoomsoorten zich onderscheiden door het aantal
protonen.
1.2.3 Massagetal A
Geheel getal dat de som v/d protonen en neutronen in de kern van het atoom
aangeeft. Aantal gram als je 1 mol hebt van dat element.
,1.2.4 Isotopen
Deze hebben een zelfde aantal protonen (zelfde element) maar een verschillend
aantal neutronen. Voorstelling atomen: AZ Symbool . Hierdoor zijn de chemische
eigenschappen hetzelfde, deze worden bepaald door het aantal elektronen.
Figuur 2: isotopen waterstof
1.2.5 Relatieve Atoommassa Ar
Deze geeft het gemiddelde gewicht van een atoom weer, in ame (of g/NA-deeltjes).
Dit is geen geheel getal, omdat het gaat om een gemiddeld cijfer van alle isotopen
samen. Alle atomen van een element hebben een gelijk aantal protonen in de kern
en een gelijk aantal elektronen in hun elektronenschillen.
Voorbeeld: Koper
Massagetal: 63,55, dus koper is overal ter wereld 63,55 maal zo zwaar als waterstof.
Figuur 3: Element Koper
1.2.6 Elektronenconfiguratie
Verdeling v/d elektronen over de verschillende schillen.
De banen waarin elektronen bewegen noemt men schillen, het aantal is beperkt tot
7. Deze worden aangeduid door een letter (K, L, M, N, O, P en Q) en een
schilnummer n (n = 1 t.e.m. 7). De K-schil (n = 1) bevindt zich het dichtst bij de kern
en heeft het laagste energieniveau. De energie van de elektronen stijgt naarmate
afstand tot de kern groter wordt.
Aantal elektronen binnen één schil is beperkt en wordt bepaald door n. maximaal
aantal elektronen per schil: 2n².
,Subschillen
Elke hoofdschil bestaat uit subschillen, weergegeven door s (2), p (6), d (10) en f
(14). Tussen de haakjes: max aantal elektronen die onderschil kan bevatten. n
bepaald hoeveel onderschillen er bestaan binnen een hoofdschil.
Figuur 4: Opbouw elektronen rond de kern
Valenetie-elektronen / bindings-elektronen
Aantal elektronen op de buitenste schil, deze bepalen de chemische eigenschappen
van een atoom. (max 8)
1.2.7 Het periodiek systeem der elementen (PSE)
Tabel van alle chemische elementen, gerangschikt volgens toenemende massa.
Verschil groepen en perioden
Groepen:
- Kolom van PSE.
- genummerd van I tot VIII.
- A: hoofdgroep, hier worden de s en p subschillen opgevuld.
- B: nevengroep, hier wordt de d-subschil opgevuld.
Perioden:
- Rij van het PSE.
- Elementen van bepaalde periode bevatten steeds hetzelfde aantal
elektronenschillen.
- Maximaal 7, doordat er maar 7 elektronenschillen kunnen zijn.
Edelgassen en de edelgasconfiguratie
De configuratie van 8 elektronen.
- Vormen een bijzondere groep, staan volledig rechts.
- Geen enkel edelgas reageert/bindt met een andere stof: zijn al perfect.
- Hebben geen valentie-elektronen.
Alle andere atomen streven naar deze stabiele toestand gaan bindingen aan met
andere atomen. Doordat ze elektronen opnemen of afgeven.
, De metalen
- Staan links in de tabel.
- Willen valentie-elektronen afgeven positieve lading.
- Geleiden elektrische stroom.
- Geleidbaarheid neemt af naarmate de temperatuur toeneemt.
De niet-metalen
- Staan rechts in de tabel.
- Willen valentie-elektronen opnemen negatieve lading.
- Geleiden elektrische stroom niet, zijn isolatoren.
Elektronegativiteit EN
Geeft aan hoe sterk dit element elektronen aantrekt.
Metalen hebben dus een lage EN.
1.2.8 Oefeningen: Samenstelling van de materie
Oefening 18: Zwavel, S, is een niet-metallisch element dat veel in vette steenkool zit.
Bij de verbranding van deze kolen wordt zwavel omgezet in zwaveldioxide en
eventueel verder tot zwavelzuur, welk verantwoordelijk is voor zure regen. Hoeveel
atomen zitten er in 16,3g S ?
1. Hoeveel weegt 1 mol zwavel?
32,06 g/mol
2. Hoeveel mol zit er in 16,3 g zwavel?
16,3 g
=0,508 mol
32,06 g /mol
Figuur 5: Element Zwavel
3. Hoeveel atomen zitten er in?
1 mol: 6,02 ×1023 atomen dus,
0,508 mol × 6,02×10 23=3,06 ×1023
1 De opbouw van de materie
1.1 Ontstaan van de materie
Oerknal Quarks p en n e p en n klonteren samen tot waterstof-, helium-
en lithiumkern e verzamelen zich om atoomkern heen H, He en Li atomen
ontstonden.
1.2 Samenstelling van de materie
1.2.1 Bouw van een atoom
Materie atoom elektronen + kern*
* n en p 1 element hiervan = quark
Figuur 1: verschillen subatomaire deeltjes
De massa van de 2 subatomaire kerndeeltjes is vrijwel hetzelfde en wordt gelijk
genomen aan 1 atomaire massa-eenheid (ame): 1,67 ×10−24 gram.
We kunnen ook zeggen dat er 1/1,67 ×10−24 protonen en neutronen zitten in 1 gram
van eender welke materie. Dit is het getal van Avogadro, dit is een fysische
constante: aantal deeltjes per mol. N A =6,02× 1023 deeltjes
1.2.2 Het Atoomnummer Z
Geheel getal dat het aantal protonen in de kern v/h atoom weergeeft. Dit bepaald de
aard van het atoom, doordat de atoomsoorten zich onderscheiden door het aantal
protonen.
1.2.3 Massagetal A
Geheel getal dat de som v/d protonen en neutronen in de kern van het atoom
aangeeft. Aantal gram als je 1 mol hebt van dat element.
,1.2.4 Isotopen
Deze hebben een zelfde aantal protonen (zelfde element) maar een verschillend
aantal neutronen. Voorstelling atomen: AZ Symbool . Hierdoor zijn de chemische
eigenschappen hetzelfde, deze worden bepaald door het aantal elektronen.
Figuur 2: isotopen waterstof
1.2.5 Relatieve Atoommassa Ar
Deze geeft het gemiddelde gewicht van een atoom weer, in ame (of g/NA-deeltjes).
Dit is geen geheel getal, omdat het gaat om een gemiddeld cijfer van alle isotopen
samen. Alle atomen van een element hebben een gelijk aantal protonen in de kern
en een gelijk aantal elektronen in hun elektronenschillen.
Voorbeeld: Koper
Massagetal: 63,55, dus koper is overal ter wereld 63,55 maal zo zwaar als waterstof.
Figuur 3: Element Koper
1.2.6 Elektronenconfiguratie
Verdeling v/d elektronen over de verschillende schillen.
De banen waarin elektronen bewegen noemt men schillen, het aantal is beperkt tot
7. Deze worden aangeduid door een letter (K, L, M, N, O, P en Q) en een
schilnummer n (n = 1 t.e.m. 7). De K-schil (n = 1) bevindt zich het dichtst bij de kern
en heeft het laagste energieniveau. De energie van de elektronen stijgt naarmate
afstand tot de kern groter wordt.
Aantal elektronen binnen één schil is beperkt en wordt bepaald door n. maximaal
aantal elektronen per schil: 2n².
,Subschillen
Elke hoofdschil bestaat uit subschillen, weergegeven door s (2), p (6), d (10) en f
(14). Tussen de haakjes: max aantal elektronen die onderschil kan bevatten. n
bepaald hoeveel onderschillen er bestaan binnen een hoofdschil.
Figuur 4: Opbouw elektronen rond de kern
Valenetie-elektronen / bindings-elektronen
Aantal elektronen op de buitenste schil, deze bepalen de chemische eigenschappen
van een atoom. (max 8)
1.2.7 Het periodiek systeem der elementen (PSE)
Tabel van alle chemische elementen, gerangschikt volgens toenemende massa.
Verschil groepen en perioden
Groepen:
- Kolom van PSE.
- genummerd van I tot VIII.
- A: hoofdgroep, hier worden de s en p subschillen opgevuld.
- B: nevengroep, hier wordt de d-subschil opgevuld.
Perioden:
- Rij van het PSE.
- Elementen van bepaalde periode bevatten steeds hetzelfde aantal
elektronenschillen.
- Maximaal 7, doordat er maar 7 elektronenschillen kunnen zijn.
Edelgassen en de edelgasconfiguratie
De configuratie van 8 elektronen.
- Vormen een bijzondere groep, staan volledig rechts.
- Geen enkel edelgas reageert/bindt met een andere stof: zijn al perfect.
- Hebben geen valentie-elektronen.
Alle andere atomen streven naar deze stabiele toestand gaan bindingen aan met
andere atomen. Doordat ze elektronen opnemen of afgeven.
, De metalen
- Staan links in de tabel.
- Willen valentie-elektronen afgeven positieve lading.
- Geleiden elektrische stroom.
- Geleidbaarheid neemt af naarmate de temperatuur toeneemt.
De niet-metalen
- Staan rechts in de tabel.
- Willen valentie-elektronen opnemen negatieve lading.
- Geleiden elektrische stroom niet, zijn isolatoren.
Elektronegativiteit EN
Geeft aan hoe sterk dit element elektronen aantrekt.
Metalen hebben dus een lage EN.
1.2.8 Oefeningen: Samenstelling van de materie
Oefening 18: Zwavel, S, is een niet-metallisch element dat veel in vette steenkool zit.
Bij de verbranding van deze kolen wordt zwavel omgezet in zwaveldioxide en
eventueel verder tot zwavelzuur, welk verantwoordelijk is voor zure regen. Hoeveel
atomen zitten er in 16,3g S ?
1. Hoeveel weegt 1 mol zwavel?
32,06 g/mol
2. Hoeveel mol zit er in 16,3 g zwavel?
16,3 g
=0,508 mol
32,06 g /mol
Figuur 5: Element Zwavel
3. Hoeveel atomen zitten er in?
1 mol: 6,02 ×1023 atomen dus,
0,508 mol × 6,02×10 23=3,06 ×1023
