CHEMIE LES 1A: ONTSTAAN VAN MATERIE
SITUERING
Natuurwetenschappen is de wetenschap die de natuurwetten bestudeert. Binnen de natuurwetenschappen
zijn er verschillende disciplines:
Levende organismen Levenloze dingen
• Fysica
• Biologie
Fysicochemie
Biochemie
• Astronomie
• Geologie
• Chemie
o Anorganische chemie
o Organische chemie
o Biochemie
Chemie is de natuurwetenschap die zich richt op de studie van samenstelling en opbouw van stoffen, de
chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden.
OPBOUW VAN MATERIE
Materie is alles wat massa heeft, je hebt levende materie (mens, dier en plant) en je hebt levenloze materie
(water, aarde, stoelen …).
Als we materie in micro bekijken dan is het opgebouwd uit heel kleine deeltjes (atomen → elementen)
Als we materie in macro bekijken dan is het opgebouwd uit een bepaald materiaal (ijzer, glas, hout, …)
ONTSTAAN
DE OERKNAL
Voor de oerknal was er op een heel klein stukje materie een enorme hoge concentratie aan energie. Energie
kan omgezet worden in materie en omgekeerd. Met als gevolg dat er heel veel materiedeeltjes begonnen te
botsen, dit zorgde dan weer voor nieuwe energie. Dit proces bleef continu verder gaan tot er een teveel aan
materie was ➔ OERKNAL
1. Een fractie na de oerknal ontstonden de kleinste bekende deeltjes, namelijk de quarks
2. Een fractie later begonnen de quarks samen te klonteren tot protonen of neutronen.
Er zijn 2 soorten quarks:
• Up-quarks (lading +2/3)
• Down-quarks (lading -1/3)
Een proton werd gevormd uit 2 up-quarks en 1 down-quark, die samen voor een lading van +1 zorgen
Een neutron werd gevormd uit 2 down-quarks en 1 up-quark, die samen voor een lading van 0 zorgen
3. Een seconde na de oerknal werden er nog meer deeltjes gevormd, namelijk de elektronen
1
, 4. Na 3 minuten, was er een enorme afkoeling tot 1 miljard °C. Hierdoor gingen protonen en neutronen
samenklonteren, met als gevolg dat er 3 kleine atoomkernen werden gevormd, namelijk waterstof,
helium en lithium.
5. 300.000 jaar later, was er een 2e enorme temperatuurdaling, deze keer tot 6.000°C. Dit had als gevolg
dat elektronen zich gingen verzamelen rond de eerder gevormde atoomkeren, hierdoor ontstonden
de eerste volwaardige atomen, namelijk waterstof, helium en lithium.
6. Na 1 miljard jaar, was er weer een temperatuurdaling, dit keer tot 18°C. Dit zorgde voor de vorming
van sterren. Door de aantrekkingskracht tussen atomen, werden er zwaardere atoomkernen
gevormd. Namelijk die van ijzer, koolstof en zuurstof.
KARAKTERISATIE
Elementaire deeltjes Afkorting Lading Plaats in het atoom
Proton p+ Positief Kern
Neutron n Ongeladen Kern
Elektron e- Negatief Elektronenwolk
De massa van een proton is ongeveer gelijk aan de massa van een neutron, ze bestaan elks uit 3 quarks.
De massa van een elektron is ongeveer gelijk aan de massa van een proton, maar dan 2000 keer kleiner.
EEN ATOOM IN BEELD
Een atoom bestaat uit een atoomkern met daarin neutronen en protonen, en een elektronenwolk met
elektronen, dat dient als een soort schild.
Atomen zijn de kleinst mogelijke deeltjes, die ondeelbaar zijn en niet met het blote oog zichtbaar zijn, het
zijn de bouwstenen van alle stoffen en materie. Quarks zijn nog kleiner, dit zijn subatomaire deeltjes.
ATOOM Atoomkern Elektronenwolk
Lading Positief Negatief
Massa > 99,99% < 0,1 %
Grootte 10-15m 10-10m
2
,ONDERSCHEID TUSSEN ATOMEN
In totaal zijn er 118 atomen, deze staan gebundeld in het Periodiek Systeem der Elementen (PSE). Het PSE is
een systematische rangschikking van alle atomen, weergegeven met hun symbool, en gerangschikt volgens
atoomnummer.
We onderscheiden atomen van elkaar aan de hand van karakteristieke getallen : A = p+ + n
• Massagetal (A) = aantal deeltjes in de kern Z = p+
= aantal protonen + neutronen
Z = e- *
• Atoomnummer (Z) = aantal protonen
• Chemisch symbool A–Z=n
*Bij neutrale atomen is het aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen.
Protonen zijn van een enorm groot belang, want zonder protonen zouden de elektronen en neutronen geen
belang hebben.
MEERDERE VORMEN
Er bestaan meerdere vormen van atomen, we hebben de neutrale atomen, de isotopen en de ionen.
Bij een verandering in het aantal protonen in de kern, is het een ander atoom.
Bij een verandering in het aantal neutronen in de kern, is het een isotoop
Bij een verandering in het aantal elektronen in de schil, is het een ion
ISOTOPEN
Isotopen zijn atomen van een element waarbij hetzelfde aantal protonen aanwezig zijn in de kern, maar met
een verschillend aantal neutronen in de kern. De massa van de atomen is dus verschillend.
Isotopen p+/n/e- Aanduiding Isotopen p+/n/e- Aanduiding
6/6/6 C-12 1/0/1 H-1 = waterstof
3 6/7/6 C-13 1/1/1 H-2 = deuterium
6/8/6 C-14 1/2/1 H-3 = tritium
KENMERKEN
Isotopen verschillen in massa, en zijn soms radioactief door het grote neutronen overschot dat ze soms
hebben. Hierdoor is een isotoop zeer instabiel, en is er een grotere kans op verval in de kern, waardoor er
straling kan vrijkomen.
3
, BELANG VAN ISOTOPEN (BIJLAGE 1)
1. Ontwikkeling van nieuwe medicijnen
Om de werking van een nieuw medicijn te onderzoeken wordt een atoom door het radioactieve
isotoop vervangen (bijvoorbeeld C-12 door C-14). Op basis van dezelfde chemische eigenschappen
als het medicijn met het C-12 en door het uitzenden van radioactieve straling kan het medicijn met
C-14 na inname in het hele organisme worden geobserveerd. Door de afgegeven straling te meten,
kan bijvoorbeeld de weg van een isotopenmedicijn door het menselijk lichaam, de afbraak en de
uitscheiding ervan worden onderzocht. Na het onderzoek wordt in het medicijn de radioactieve
isotoop weer door het ‘normale’ element vervangen en kan het voor gebruik worden vrijgegeven.
2. Radio-farmaceutica: (o.a. behandeling van tumoren)
Radiofarmaceutica bestaan uit een bioactief molecuul en een radioactieve isotoop (bifunctioneel
ligand). Het bioactieve molecuul, doorgaans een antilichaam, neemt de herkenning over van het
doelweefsel (tumorcellen) en bindt
door middel van het sleutelslotprincipe
aan de receptor van de doelcellen. De
radioactieve isotoop geeft gedurende
een bepaalde tijd straling af en
verstoort daardoor de groei van
tumorcellen.
3. Bestraling van levensmiddelen
Door het radioactieve verval van kobalt-60 ontstaat een zeer energierijke gammastraling, die bij het
doordringen in levensmiddelen moleculen kan ioniseren (door de straling worden elektronen uit de
elektronenwolken van het atoom gestoten). Hoe groter de moleculen zijn, des te gevoeliger ze op
deze straling reageren. Aangezien het DNA (daarin dit de erfelijke informatie) door de grootte ervan
bijzonder gevoelig is, worden bacteriën en virussen meteen gedood. Andere moleculen, zoals
vitamines, zijn minder gevoelig omdat het kleinere moleculen zijn. Het verlies aan vitamines is niet
groter dan bij andere conserveringsmethoden zoals hittebehandeling of drogen.
IONEN
Ionen zijn deeltjes waarvan het aantal elektronen niet meer gelijk is aan het aantal protonen. Ze zijn dus
verschillend van atoomnummer. Een ion is een geladen atoom
Bij een overschot aan elektronen is de lading negatief (meer elektronen dan protonen)
Bij een tekort aan elektronen is de lading positief (meer protonen dan elektronen)
Voorbeeld:
O bezit 8 protonen, 8 neutronen en 10 elektronen
H bezit 1 proton, 0 neutronen en 0 elektronen
4
