Scheikunde de basis
Hoofdstuk 1: Onvoorstelbaar klein, onvoorstelbaar veel
De officiële eenheid van lengte is meter, met het symbool
m. Om grotere en kleinere lengtes aan te geven worden
bepaalde voorvoegsels (vermenigvuldigingsfactoren
(BINAS tabel 2)) gebruikt. Deze zijn ook internationaal
afgesproken en worden niet alleen gebruikt voor de
meter. De voorvoegsels worden namelijk ook gebruikt
voor de eenheden van andere grootheden, zoals energie,
massa of tijd. (BINAS tabel 3 en 4) Internationaal Stelsel
van Eenheden
Grote getallen worden vaak geschreven als machten van voorvoegsel symbool vergroting
10. Zo is 1000 te schrijven als 103, omdat 10x10x10=1000. Mega M 1000000x 106
3000 wordt dan geschreven als 3x103. Ook kleine getallen Kilo k 1000x 103
kunnen als macht van 10 worden geschreven. Deze krijgen 1
een negatieve macht. 0,001 is te schrijven als 10-3, want
milli m 0,001x 10-3
1÷10÷10÷10=0,001. 0,025 wordt dan geschreven als
10x2,5-2. micro µ 0,000001x 10-6
nano n 0,000000001x 10-9
Rekenregels voor machten van 10:
Als je twee machten van 10 met elkaar vermenigvuldigd, tel je de machten op.
10px10q=10(P+Q)
Als je twee machten van 10 op elkaar deelt, trek je de machten van elkaar af.
10p÷10q=10(P-Q)
De grootte van iets kun je aangeven met het volume (is de inhoud).
In laboratoria wordt de microliter, µl, gebruikt. 1 µl = 10-3 ml = 10-6 L.
De kruisregel: veel rekenwerk in natuur- en scheikunde komt neer op
‘verhoudingsrekenen’. Het is belangrijk om steeds dezelfde eenheid te gebruiken.
Het is handig om de eenheden in het kruisschema te noteren.
Bijv. in 12 g frites wordt 3,5 g vet aangetoond. Wat is het vetgehalte per 100 g frites? Dat kun je
berekenen met de kruisregel:
Bekend Onbekend 12 x y = 3,5 x 100
Massa frites 12 g 100 g Y = 3,5 x = 29
Massa vet 3,5 g y g (y (of x) is 100 g frites bevat 29 g vet.
het gevraagde)
Aan het begin van de Griekse en Romeinse beschaving hadden filosofen in de gaten dat alle materie
uit een groot aantal onzichtbaar kleine deeltjes bestond. Demokritos bedacht voor die deeltjes de
naam ‘atomen’. Dat betekent in het Grieks ‘ondeelbaar’. In die tijd had Aristoteles een andere theorie,
de elemententheorie. Volgens hem bestond al het materie uit een combinatie van vier ‘elementen’:
aarde, water, lucht en vuur. Theorieën waren in die tijd altijd zuiver denkwerk, er waren geen
experimenten. Handwerk was immers voor ambachtslieden. Bovendien zou het technisch lastig zijn
geweest om ‘atomen’ zichtbaar te maken. In 1676 vond Antoni van Leeuwenhoek een microscoop uit.
Hiermee kon hij dingen van ongeveer 2 µm zien. Tegenwoordig kunnen we met (licht)microscopen
nog meer vergroten. De microscoop kan echter geen atomen laten zien, daar zijn ze te klein voor. We
hebben het daarom sinds +/- 1800 over de atoomtheorie van Dalton: materie bestaat uit moleculen,
zeer kleine dingetjes. En moleculen bestaan uit atomen. Over die theorie werd eerst nog getwijfeld,
maar nu niet meer.
Een gewone microscoop gebruikt lichtgolven. Een elektronenmicroscoop gebruikt bundels elektronen
die als golven om een voorwerp gaan. Daarmee is een nog grotere vergroting te bereiken en er
kunnen zelfs enkele grotere macromoleculen in beeld gebracht worden. Moleculen zijn er in allerlei
maten. Grote moleculen noemt men macromoleculen (macro is Grieks voor groot). Atomen kunnen we
dus (nog) niet waarnemen, maar we kunnen wel op een indirecte manier iets te weten komen over
atomen. Bijvoorbeeld iets over de grootte van atomen: op een blik verf staat dat de inhoud 2,5 L
1
,voldoende is voor 25 m2. Het laagje verf wordt dan 100 µm dik. Een
verfmolecuul is dus maximaal 100 µm dik.
Als het in de scheikunde over 1 molecuul gaat, is dat niet realistisch en
gebeurt dat zuiver in gedachten. In werkelijkheid hanteert men immers
altijd miljarden moleculen.
Stoffen bestaan uit moleculen en elke stof heeft zijn eigen soort moleculen. Er zijn dus evenveel
soorten moleculen als er verschillende stoffen zijn. Alle molecuulsoorten hebben een naam. Ze heten
naar de stof die ze vormen. Bijvoorbeeld: Suiker bestaat uit suikermoleculen en water bestaat uit
watermoleculen (let op: water bevat dus geen watermoleculen).
Elke molecuulsoort bestaat uit een specifiek kluitje atomen. De belangrijkste factor waardoor er zoveel
verschillende kluitjes atomen kunnen zijn, is omdat er zo’n 100 soorten atomen bestaan. Elke
atoomsoort heeft zijn eigen naam en symbool. De symbolen zijn een soort afkortingen van de namen
en bestaan uit 1 of 2 letters. De eerste letter wordt groot geschreven, de twee klein, maar wel op
dezelfde hoogte. De letter worden apart uitgesproken. Bij het goudatoom schrijf je Au en zeg je A-u.
De symbolen zijn soms afkomstig van de Latijnse naam.
BINAS tabel 40: alfabetische weergave van de atoomsoorten. Let op: in deze tabel staan de symbolen
voor de elementen. Deze zijn hetzelfde als voor de atoomsoorten, met één uitzondering: de
atoomsoorten hebben nooit een cijfer achter het symbool.
Niet alle atoomsoorten komen evenveel voor. Voor het leven
en dus ook voeding, hebben we meestal maar met
19 atoomsoorten te maken:
De chemische symbolen zijn internationaal afgesproken. De
namen kunnen echter wel van taal tot taal verschillen.
Molecuulsoorten worden gekarakteriseerd door:
- De soorten atomen
Bijna alle molecuulsoorten bestaan uit verschillende atomen, maar meer dan vijf
atoomsoorten per molecuul komt bijna niet voor.
Het watermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit twee atoomsoorten: H atomen en O atomen.
- De aantallen van die atomen
Het watermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit 2 H atomen en 1 O atoom.
- De manier waarop de atomen tezamen het molecuul vormen.
Een tekening in het platte vlak levert de structuurformule van een molecuul. De
structuurformule van een molecuul geeft weer hoe de atomen van een molecuul met elkaar
zijn verbonden. Hoe groter het molecuul, hoe ingewikkelder de structuurformule.
Voorbeeld structuurformule:
O De symbolen stellen de atomen voor. Het streepje tussen O en H is
H H een bindingsstreepje (atoombinding), het geeft aan dat de atomen
gebonden zijn. Men noemt H-O-H de structuurformule van water.
De molecuulformule/formule/chemische formule van een stof geeft aan uit welke atomen en hoeveel
van de atomen een molecuul van de stof bestaat. (De eerste twee karaktereigenschappen van
molecuulsoorten zijn uit de molecuulformule af te leiden.)
Veel molecuulsoorten bestaan uit C, H en O atomen, en men schrijft de molecuulformules in die
volgorde.
Coëfficiënten geven de aantallen moleculen aan, bijv. 2 H2O betekent 2 watermoleculen. De
coëfficiënt 1 laat men weg. Coëfficiënten hebben vooral een theoretische betekenis, want het kleinste
beetje stof waarmee wij kunnen werken, bestaat uit miljardmiljarden moleculen.
2
, Als de molecuulformule van een stof bekend is, volgt daar niet automatisch de structuurformule uit.
Het is wel mogelijk om de molecuulformule op te stellen bij een structuurformule.
Van veel moleculen is tegenwoordig de driedimensionale structuur
bekend. Deze kan met de computer weergeven worden, maar ook
met een molecuulbouwdoos. De atoommodellen kunnen direct aan
elkaar vast zitten (realistischere weergave) of via stokjes aan elkaar structuurformule Balls and sticks
balls
worden verbonden (overzichtelijke weergave):
Molecuulformule Structuurformule
Water H2O
Waterstofperoxide H2O2 O H
H O
Methaan CH4
Hoofdstuk 2: Water en lucht
Veel stoffen kunnen in drie fasen/(aggregatie)toestanden bestaan: vast, vloeibaar en gasvormig. Het
is internationaal gebruikelijk om deze fasen met de volgende letters aan te geven:
Vaste fase s Solid
Vloeibare fase l Liquid
Gasfase g Gas
Wanneer de fase van een stof van belang is, kan deze met de (kleine) letters s, l, g tussen haakjes
achter de formule geschreven worden:
IJs H2O (s)
Vloeibaar water H2O (l)
waterdamp H2O (g)
In welke fase een stof het meest voorkomt, hangt af van de temperatuur en van de druk. In de
natuurwetenschappen heeft men een standaarddruk van 1 bar afgesproken en een standaard-
temperatuur van 25 °C. de standaarddruk wordt ook wel met po aangegeven.
De verschillen tussen de drie fasen van een stof verklaart men met de molecuultheorie.
- In de vaste fase zijn de moleculen van een stof dicht tegen elkaar aan en netjes geordend in
een bepaald patroon (=kristalrooster). De moleculen trillen op hun plaats. Aan de rand van
een stukje vaste stof trilt een molecuul zich wel eens los.
- In de vloeibare fasen hebben de moleculen van een stof geen vaste plaats. Trillend bewegen
ze ongeordend door elkaar, maar nog wel dicht tegen elkaar aan. Aan de oppervlakte van een
vloeistof schiet een molecuul door die bewegingen wel eens los.
- In de gasfase hebben de moleculen van een stof evenmin een vaste plaats. Trillen bewegen
ze ongeordend, maar nu op grote afstand van elkaar. Grote afstand wil zeggen: groot ten
opzichte van hun eigen diameter.
!: tussen de moleculen is niets. De intermoleculaire ruimte is leeg.
Bij de molecuultheorie voor de fasen, worden vaak enkele vergissingen gemaakt:
- Ten eerste wordt het uiterlijk van een stof vaak gecombineerd met het innerlijk ervan. Mensen
denken bijv. soms dat je de wriemelende moleculen in het water kunt zien. Dit kan echter niet,
want water bestaat uit moleculen.
- Een tweede vergissing is dat een molecuul van een stof als een uiterst klein beetje van die
stof gezien wordt. Een watermolecuul bijvoorbeeld stelt men zich voor als een zeer klein
druppeltje water, maar dat klopt niet. Een watermolecuul is een heel klein dingetje, is niet nat
3
