Chemie: algemene concepten – theoretische omkadering I
H1 Les 28/09 (basiskennis)
Begrippen:
- Chemische eigenschappen: omzetting stof naar andere stof of interacties tussen
verschillende stoffen. Bv verbranding papier: O2 → CO2
- Fysische eigenschappen: molecule verandert niet, maar zit in andere fase. Bv water
dat verdampt
- Elementen: eenvoudigste soort materie, monoatomisch (1 atoom), diatomisch (2) of
met groot aantal atomen
- Metalen: oneindig netwerk van metaalkernen. Bv grafiet, diamant
- Verbindingen: materie die bestaat uit 2 of meerdere atoomsoorten. Bv H2O, NaCl
- Zuivere stoffen: constante samenstelling + zien er altijd hetzelfde uit
- Mengsel: 2 of meer zuivere stoffen fysisch met elkaar gemengd ≠ reactiemengsel:
stoffen reageren niet → met fysisch proces terug kunnen scheiden door bv
verdamping, filtratie, …
o Heterogeen mengsel: verschillende fasen van stof aanwezig: deeltjes van
vaste stof in vloeistof, … Duidelijk onderscheid maken tussen 2 verschillende
stoffen.
o Homogeen mengsel: samenstelling hetzelfde + verdelen zich homogeen over
mengsel. Bv zout (NaCl) opgelost in water
Massawetten:
1) Wet behoud massa: massa verandert niet tijdens chemische reactie → behoudt #
atomen voor en na reactie, behalve bij kernreacties: massa omgezet in E
2) Constante massaverhouding: verhouding massa’s verschillende atomen in verbinding
= constant. Bv NaCl: 1g of 1kg → blijft altijd dezelfde verhouding.
3) Veelvuldige verhouding: als 2 elementen A&B verschillende verbindingen vormen,
verhouden massa’s B die met eenzelfde massa A reageren zich als gehele getallen. Bv
CO en CO2
Atoomtheorie van Dalton:
1) Atoom = kleinste onderdeel van materie: fout → subatomaire deeltjes, e-, kern
2) Alle atomen van eenzelfde atoomsoort zijn hetzelfde: fout → isotopen
3) Verbinding = combinatie van verschillende atoomsoorten en welbepaalde
samenstelling.
4) In chemische reactie worden atomen herschikt zonder te veranderen: juist/fout →
bij kernreacties (splitsen/fusie atomen) geldt dit niet
Atomen:
- Bestaan uit subatomaire deeltjes: + kern & - e-
- Faraday: toonde aan met elektrolyse
- Thompson: afbuigen e- in kathodestraling (= negatief) → liet zien dat e- negatief
geladen zijn + kon zo massa van e- meten.
- Rutherford: experiment α-deeltjes door radioactief verval van U vrijgezet en met
bepaalde snelheid door goudfolie heen gingen → leidde bestaan van kern af
- Kern = protonen (+) & neutronen
-
1
,Experimenten Thompson en Rutherford:
→ e- met snelheid in buis gebracht: afbuiging naar
beneden. Uit die hoek kan massa afgeleid worden
Voor experimenten Rutherford: kern massief, e- als krenten in atoom
α-deeltje in buurt komt van kern: helemaal teruggekaatst of in bepaalde hoek
Karakteristieken van atomen: terugvinden in PSE (niet kennen)
- Atoomnummer (Z) = # protonen in kern en = geheel getal
- Massagetal (A) = som protonen + neutronen
- Isotopen = atomen met zelfde Z, maar andere A
- Relatieve atoommassa (Mr) = onbenoemd getal dat uitdrukt hoeveel x massa van
atoom groter is dan atomaire massa-eenheid (= 1/12 van absolute massa van 12C-
atoom = 1,66 * 10-24g) + zijn geen gehele getallen
Periodiek systeem der elementen (PSE) of tabel van Mendeljev:
- Horizontale rijen = periodes
- Verticale kolommen = groepen:
o In 1 groep: chemische eigenschappen vergelijkbaar
o Romeinse cijfer
Zuivere stoffen:
Gaat over verbindingen (alleen edelgassen bestaan uit ongebonden atomen)
- Covalente verbindingen: atomen delen e- → atomen door gemeenschappelijk e- aan
elkaar gebonden.
- Ionische verbindingen: e--overdracht: A geeft e- aan B → A+ en B-: binding is gevolg
van aantrekking tussen kation (+) en anion (-).
Karakteristieken van zuivere stoffen:
Voor iedere chemische stof een chemische formule: naargelang info in chemische formule
spreken van:
- Empirische formule: gaat over verhoudingen
- Moleculeformule: gaat over alle atomen binnen 1 molecule
- Structuurformule: soorten bindingen zien (enkelvoudige, dubbele, …)
Het begrip mol en molaire massa:
Kleine hoeveelheden materie bevatten enorme aantal deeltjes → niet makkelijk rekenen:
Avogadro heeft mol ingebracht.
- Geldt voor ionen, atomen, e-, …
- Hangt samen met atomaire massa-eenheid → C-12
- Getal van Avogadro: 1 mol = 12g C-12 => 6,022 * 1023
- Molaire massa van stof = massa van 1 mol van die substantie: g/mol of relatieve
atoom- of moleculemassa
Mengsels:
Onderscheid in heterogene en homogene mengsels
Heterogeen:
- Fysisch te onderscheiden delen met verschillende eigenschappen
- Verschillende soorten
o Colloïdaal mengsel (1-1000nm = zeer klein): verschillende deeltjes niet
onderscheiden met blote oog
o Emulsie = mengsel van verschillende stoffen + te onderscheiden met blote
oog: gaat over mengsel met enkel vloeibare stoffen. Bv mayonaise
2
, o Suspensie = mengsel van verschillende stoffen + te onderscheiden met blote
oog: mengsel van vloeibare en vaste stof, na tijdje zakken deeltjes naar
bodem, …
Homogene mengsels:
- Uniforme eigenschappen, alles verdeeld + geen apart te onderscheiden fases
- Bv Oplossing = solvent (bv water) met 1 of meerdere stoffen (vloeibaar, vast,
gasvormig) opgelost
- Altijd dezelfde samenstelling, hoe klein hoeveelheid ook is
Mengsels scheiden:
- Scheiden op basis van verschil fysische eigenschappen met verschillende
scheidingstechnieken:
o Filtratie: verschil deeltjesgrootte
o Distallisatie: verschil kookpunt
o Kristallistatie: verschil oplosbaarheid
o Extractie: naar andere fase brengen om te scheiden (bv vast → vloeibaar)
o Chromatografie: onder invloed van zwaartekracht verschillende interacties in
stof uitlokken om zo te scheiden
Verdunnen, mengen en verdelen van oplossingen:
Verdunnen:
- # mol verandert niet: zit in meer solvent, maar onveranderd
- Concentratie, dichtheid is wel veranderd
- Molariteit na verdunnen = molariteit ervoor, vermenigvuldigd met verhouding tussen
2 volumes (voor en na)
Mengen:
- Als geen reactie gebeurt, verandert molariteit niet
- Molariteit vermenigvuldigen met verhouding tussen 2 volumes
Verdelen:
- Bepalen # mol van deel door te kijken naar # mol in geheel vermenigvuldigd met
fractie van volumes
- Concentratie = onveranderd aangezien het homogeen verdeeld is
Samengevat:
H2 Les 28-30/09
Het kwantummechanisch atoommodel:
H-atoom = basis voor afleiden van polyelektronische atomen (atomen met meerdere e-)
Periodieke eigenschappen atomen verklaard obv elektronenconfiguraties => hangt van
plaats af in PSE.
- Kwantummechanische visie: E = gekwantificeerd (in pakketjes) waardoor E van
atoom bepaalde waarden heeft: toegelaten waarde komt overeen met bepaalde
verdeling van e-
- Onzekerheidsprincipe van Heisenberg: onmogelijk om tegelijkertijd exacte plaats en
snelheid e- te kennen => e- in atoom beschreven als golf
De Schrödingvergelijking:
- 3dimensionale differentiaalvergelijking: beschrijft golfbeweging van e-
3
, - Oplossing komt overeen met toegelaten E-waarde van atoom. Gedrag van e- in
energietoestand beschreven door golffunctie.
Golffuncties:
2 delen:
1) Radiaal gedeelte (R): hangt af van afstand tot kern (r)
2) Angulair gedeelte (Y): hangt af van hoeken φ en θ tov de assen
ψ(x,y,z) = R(r)Y(φ,θ)
- Golffunctie (ψ): geen fysische betekenis, maar ψ² = maat voor kans
om e- te treffen op bepaalde plaats.
- Radiale waarschijnlijkheidsverdeling R²x4πr² uitgezet in functie van
afstand tot kern → maximum vinden die meest waarschijnlijke
afstand tussen kern en e- geeft.
- Waarde ψ kan positief of negatief zijn: als functie van pos naar neg
gebied gaat (en andersom) → knoop met waarde 0
Verschil tussen 2 knopen:
- Radiale knoop plaats = alleen bepaald door r: boloppervlak rond kern
- Angulaire knoop: p-orbitaal = gericht in ruimte = een vlak
Atoomorbitalen en kwantumgetallen:
Golffunctie vertalen in atoomorbitaal die gekarakteriseerd wordt door 3 kwantumgetallen
(Schrödingvergelijking)
Kwantumgetal = hoofdkwantumgetal (n) = positief geheel getal (vanaf 1) dat in grote mate
bepaalt wat E van e- in orbitaal is.
- Voor waterstof H met slechts 1 e- geldt:
- Z = kernlading
- n = hoofdkwantumgetal
- Minteken in formule omdat kern pos + e- neg: gunstig → e- vrijgesteld en systeem zal
E verliezen: energieverlaging
- Hoe groter kwantumgetal, hoe groter atoomorbitaal = hoe grotere afstand e- van
kern liggen
- Vgl geeft steeds E tov toestand waarbij e- oneindig ver verwijderd is van kern
- Hogere kernlading zorgt voor meer E-verlaging
- Alle e- met zelfde waarde n behoren tot zelfde schil
Nevenkwantumgetal (l): maakt onderscheid tussen orbitalen met hetzelfde
hoofdkwantumgetal (n) maar met verschillende vorm.
- Geheel getal, met waarden tussen 0 en n-1. Bv n = 2, l = 2-1 = 1
- Orbitalen met zelfde hoofdkwantumgetal maar verschillende nevenkwantumgetallen
behoren tot verschillende subschillen
- Voor l = 0, 1, 2, 3, 4: letters: s, p, d, f
Magnetisch kwantumgetal (m/ml): onderscheidt orbitalen die behoren tot zelfde schil en
subschil maar met verschillende ruimtelijke oriëntatie (vorm hetzelfde, maar anders gericht
in ruimte)
- Geheel getal: waarden tussen l en -l en 0
- Slechts bepaalde combinaties mogelijk: l beperkt door n,
m beperkt door l
4
H1 Les 28/09 (basiskennis)
Begrippen:
- Chemische eigenschappen: omzetting stof naar andere stof of interacties tussen
verschillende stoffen. Bv verbranding papier: O2 → CO2
- Fysische eigenschappen: molecule verandert niet, maar zit in andere fase. Bv water
dat verdampt
- Elementen: eenvoudigste soort materie, monoatomisch (1 atoom), diatomisch (2) of
met groot aantal atomen
- Metalen: oneindig netwerk van metaalkernen. Bv grafiet, diamant
- Verbindingen: materie die bestaat uit 2 of meerdere atoomsoorten. Bv H2O, NaCl
- Zuivere stoffen: constante samenstelling + zien er altijd hetzelfde uit
- Mengsel: 2 of meer zuivere stoffen fysisch met elkaar gemengd ≠ reactiemengsel:
stoffen reageren niet → met fysisch proces terug kunnen scheiden door bv
verdamping, filtratie, …
o Heterogeen mengsel: verschillende fasen van stof aanwezig: deeltjes van
vaste stof in vloeistof, … Duidelijk onderscheid maken tussen 2 verschillende
stoffen.
o Homogeen mengsel: samenstelling hetzelfde + verdelen zich homogeen over
mengsel. Bv zout (NaCl) opgelost in water
Massawetten:
1) Wet behoud massa: massa verandert niet tijdens chemische reactie → behoudt #
atomen voor en na reactie, behalve bij kernreacties: massa omgezet in E
2) Constante massaverhouding: verhouding massa’s verschillende atomen in verbinding
= constant. Bv NaCl: 1g of 1kg → blijft altijd dezelfde verhouding.
3) Veelvuldige verhouding: als 2 elementen A&B verschillende verbindingen vormen,
verhouden massa’s B die met eenzelfde massa A reageren zich als gehele getallen. Bv
CO en CO2
Atoomtheorie van Dalton:
1) Atoom = kleinste onderdeel van materie: fout → subatomaire deeltjes, e-, kern
2) Alle atomen van eenzelfde atoomsoort zijn hetzelfde: fout → isotopen
3) Verbinding = combinatie van verschillende atoomsoorten en welbepaalde
samenstelling.
4) In chemische reactie worden atomen herschikt zonder te veranderen: juist/fout →
bij kernreacties (splitsen/fusie atomen) geldt dit niet
Atomen:
- Bestaan uit subatomaire deeltjes: + kern & - e-
- Faraday: toonde aan met elektrolyse
- Thompson: afbuigen e- in kathodestraling (= negatief) → liet zien dat e- negatief
geladen zijn + kon zo massa van e- meten.
- Rutherford: experiment α-deeltjes door radioactief verval van U vrijgezet en met
bepaalde snelheid door goudfolie heen gingen → leidde bestaan van kern af
- Kern = protonen (+) & neutronen
-
1
,Experimenten Thompson en Rutherford:
→ e- met snelheid in buis gebracht: afbuiging naar
beneden. Uit die hoek kan massa afgeleid worden
Voor experimenten Rutherford: kern massief, e- als krenten in atoom
α-deeltje in buurt komt van kern: helemaal teruggekaatst of in bepaalde hoek
Karakteristieken van atomen: terugvinden in PSE (niet kennen)
- Atoomnummer (Z) = # protonen in kern en = geheel getal
- Massagetal (A) = som protonen + neutronen
- Isotopen = atomen met zelfde Z, maar andere A
- Relatieve atoommassa (Mr) = onbenoemd getal dat uitdrukt hoeveel x massa van
atoom groter is dan atomaire massa-eenheid (= 1/12 van absolute massa van 12C-
atoom = 1,66 * 10-24g) + zijn geen gehele getallen
Periodiek systeem der elementen (PSE) of tabel van Mendeljev:
- Horizontale rijen = periodes
- Verticale kolommen = groepen:
o In 1 groep: chemische eigenschappen vergelijkbaar
o Romeinse cijfer
Zuivere stoffen:
Gaat over verbindingen (alleen edelgassen bestaan uit ongebonden atomen)
- Covalente verbindingen: atomen delen e- → atomen door gemeenschappelijk e- aan
elkaar gebonden.
- Ionische verbindingen: e--overdracht: A geeft e- aan B → A+ en B-: binding is gevolg
van aantrekking tussen kation (+) en anion (-).
Karakteristieken van zuivere stoffen:
Voor iedere chemische stof een chemische formule: naargelang info in chemische formule
spreken van:
- Empirische formule: gaat over verhoudingen
- Moleculeformule: gaat over alle atomen binnen 1 molecule
- Structuurformule: soorten bindingen zien (enkelvoudige, dubbele, …)
Het begrip mol en molaire massa:
Kleine hoeveelheden materie bevatten enorme aantal deeltjes → niet makkelijk rekenen:
Avogadro heeft mol ingebracht.
- Geldt voor ionen, atomen, e-, …
- Hangt samen met atomaire massa-eenheid → C-12
- Getal van Avogadro: 1 mol = 12g C-12 => 6,022 * 1023
- Molaire massa van stof = massa van 1 mol van die substantie: g/mol of relatieve
atoom- of moleculemassa
Mengsels:
Onderscheid in heterogene en homogene mengsels
Heterogeen:
- Fysisch te onderscheiden delen met verschillende eigenschappen
- Verschillende soorten
o Colloïdaal mengsel (1-1000nm = zeer klein): verschillende deeltjes niet
onderscheiden met blote oog
o Emulsie = mengsel van verschillende stoffen + te onderscheiden met blote
oog: gaat over mengsel met enkel vloeibare stoffen. Bv mayonaise
2
, o Suspensie = mengsel van verschillende stoffen + te onderscheiden met blote
oog: mengsel van vloeibare en vaste stof, na tijdje zakken deeltjes naar
bodem, …
Homogene mengsels:
- Uniforme eigenschappen, alles verdeeld + geen apart te onderscheiden fases
- Bv Oplossing = solvent (bv water) met 1 of meerdere stoffen (vloeibaar, vast,
gasvormig) opgelost
- Altijd dezelfde samenstelling, hoe klein hoeveelheid ook is
Mengsels scheiden:
- Scheiden op basis van verschil fysische eigenschappen met verschillende
scheidingstechnieken:
o Filtratie: verschil deeltjesgrootte
o Distallisatie: verschil kookpunt
o Kristallistatie: verschil oplosbaarheid
o Extractie: naar andere fase brengen om te scheiden (bv vast → vloeibaar)
o Chromatografie: onder invloed van zwaartekracht verschillende interacties in
stof uitlokken om zo te scheiden
Verdunnen, mengen en verdelen van oplossingen:
Verdunnen:
- # mol verandert niet: zit in meer solvent, maar onveranderd
- Concentratie, dichtheid is wel veranderd
- Molariteit na verdunnen = molariteit ervoor, vermenigvuldigd met verhouding tussen
2 volumes (voor en na)
Mengen:
- Als geen reactie gebeurt, verandert molariteit niet
- Molariteit vermenigvuldigen met verhouding tussen 2 volumes
Verdelen:
- Bepalen # mol van deel door te kijken naar # mol in geheel vermenigvuldigd met
fractie van volumes
- Concentratie = onveranderd aangezien het homogeen verdeeld is
Samengevat:
H2 Les 28-30/09
Het kwantummechanisch atoommodel:
H-atoom = basis voor afleiden van polyelektronische atomen (atomen met meerdere e-)
Periodieke eigenschappen atomen verklaard obv elektronenconfiguraties => hangt van
plaats af in PSE.
- Kwantummechanische visie: E = gekwantificeerd (in pakketjes) waardoor E van
atoom bepaalde waarden heeft: toegelaten waarde komt overeen met bepaalde
verdeling van e-
- Onzekerheidsprincipe van Heisenberg: onmogelijk om tegelijkertijd exacte plaats en
snelheid e- te kennen => e- in atoom beschreven als golf
De Schrödingvergelijking:
- 3dimensionale differentiaalvergelijking: beschrijft golfbeweging van e-
3
, - Oplossing komt overeen met toegelaten E-waarde van atoom. Gedrag van e- in
energietoestand beschreven door golffunctie.
Golffuncties:
2 delen:
1) Radiaal gedeelte (R): hangt af van afstand tot kern (r)
2) Angulair gedeelte (Y): hangt af van hoeken φ en θ tov de assen
ψ(x,y,z) = R(r)Y(φ,θ)
- Golffunctie (ψ): geen fysische betekenis, maar ψ² = maat voor kans
om e- te treffen op bepaalde plaats.
- Radiale waarschijnlijkheidsverdeling R²x4πr² uitgezet in functie van
afstand tot kern → maximum vinden die meest waarschijnlijke
afstand tussen kern en e- geeft.
- Waarde ψ kan positief of negatief zijn: als functie van pos naar neg
gebied gaat (en andersom) → knoop met waarde 0
Verschil tussen 2 knopen:
- Radiale knoop plaats = alleen bepaald door r: boloppervlak rond kern
- Angulaire knoop: p-orbitaal = gericht in ruimte = een vlak
Atoomorbitalen en kwantumgetallen:
Golffunctie vertalen in atoomorbitaal die gekarakteriseerd wordt door 3 kwantumgetallen
(Schrödingvergelijking)
Kwantumgetal = hoofdkwantumgetal (n) = positief geheel getal (vanaf 1) dat in grote mate
bepaalt wat E van e- in orbitaal is.
- Voor waterstof H met slechts 1 e- geldt:
- Z = kernlading
- n = hoofdkwantumgetal
- Minteken in formule omdat kern pos + e- neg: gunstig → e- vrijgesteld en systeem zal
E verliezen: energieverlaging
- Hoe groter kwantumgetal, hoe groter atoomorbitaal = hoe grotere afstand e- van
kern liggen
- Vgl geeft steeds E tov toestand waarbij e- oneindig ver verwijderd is van kern
- Hogere kernlading zorgt voor meer E-verlaging
- Alle e- met zelfde waarde n behoren tot zelfde schil
Nevenkwantumgetal (l): maakt onderscheid tussen orbitalen met hetzelfde
hoofdkwantumgetal (n) maar met verschillende vorm.
- Geheel getal, met waarden tussen 0 en n-1. Bv n = 2, l = 2-1 = 1
- Orbitalen met zelfde hoofdkwantumgetal maar verschillende nevenkwantumgetallen
behoren tot verschillende subschillen
- Voor l = 0, 1, 2, 3, 4: letters: s, p, d, f
Magnetisch kwantumgetal (m/ml): onderscheidt orbitalen die behoren tot zelfde schil en
subschil maar met verschillende ruimtelijke oriëntatie (vorm hetzelfde, maar anders gericht
in ruimte)
- Geheel getal: waarden tussen l en -l en 0
- Slechts bepaalde combinaties mogelijk: l beperkt door n,
m beperkt door l
4
