MATERIE EN GRONDSTOFFEN Flashcards
materie
alles wat in de kosmos een massa en volume heeft. het kan voorkomen in drie fysische toestanden: vast, vloebaar en gasvorm
atoom
de kleinste hoeveelheid waaruit stoffen zijn opgebouwd, in het geheel neutraal geladen
organische stoffen
zijn afgeleid uit levende organismen, bevatten koolstof (=koolstofchemie)
anorganische stoffen
zijn niet aan levende organisme ontleed (bevat geen koolstof)
elementaire stoffen
Op dit ogenblik zijn er ongeveer 109 elementen gekend, waarvan er 90 in de natuur te vinden zijn.
Elementen of elementaire stoffen zijn stoffen die noch via chemische, noch via elektrische weg kunnen ontbonden worden.
Elementen worden geordend in het periodiek systeem der elementen.
Elk element wordt gekenmerkt door een welbepaald aantal protonen (= aantal elektronen) en een welbepaald aantal neutronen.
heterogeen
fasegrenzen zichtbaar
homogeen
fasegrenzen niet zichtbaar
protonen
positief geladen deeltjes
neutronen
neutrale deeltjes
geen lading, wel een massa
elektronen
negatief geladen deeltjes
heeft een verwaarloze massa
Bewegen zich in de banen rondom de kern
Protonen & elektronen trekken elkaar aan → elektronen blijven bij de kern.
Elektronen bepalen het chemisch bindingsgedrag.
nucleonen
protonen en neutronen samen
massadefect
het massagetal van een atoom komt niet altijd overeen met zijn werkelijke massa.
Dit komt omdat er energie wordt vrijgegeven bij de banden die gevormd worden tussen elektronen, protonen en neutronen, namelijk de intra-atomaire banden (E= mc²)
atoomnr Z
het aantal protonen = het aantal elektronen
atoommassa (massagetal A)
het aantal protonen + neutronen
isotopen
atomen met een gelijke kernlading en verschillend aantal neutronen. deze hebben identieke chemische, maar verschillende fysische eigenschappen
de 2 modellen om het gedrag van atomen te verklaren
- het atoommodel van Bohr
2. kwantummechanica (schrödinger)
korte uitleg model van Bohr
Er zweven precies evenveel elektronen rond de kern als er proto nen in de kern zitten. De elektronen kunnen niet te dicht bij elkaar zitten, omdat ze elkaar afstoten; volgens dit model gaan ze in verschillende concentrische bolschillen rond de kern zitten. Deze schillen zijn niet scherp begrensd. Ze worden genummerd met het schilnummer n.
eigenschappen bij model van Bohr
- hoger schilnummer: verder van de kern
- de n-de schil kan max. 2n² elektronen bevatten
- de buitenste schil kan nooit meer dan 8 elektronen bevatten (8 elektronen= octetstructuur of edelgasconfiguratie: stabiele situatie edelgassen +He ,die er slechts 2 heeft)
- de buitenste schil bepaalte de chemische eigenshappen
- op de buitenste schil: valentie-elektr.
uitleg kwantummechanica (schrödinger)
elektronen vertonen niet alleen de eigenschap van de deeltjes maar ook van golven
golfvergelijking van schrödinger
bewegen van de elektronen in termen van energie (niet exact op te lossen, de beste oplossingen geven de waarschijnlijkheid aan waar een elektron met bep energie kan worden aangetroffen)
orbitaal (schrödinger)
de ruimte waar een elektron met een bepaalde energie het meest waarschijnlijk (90%) kan worden aangetroffen. een elektron kan zich in verschillende orbitalen bevinden afhankelijk van de energie
max aantal elektronen/ energieniveau: 2n²
De groepen van orbitalen volgens hun energieniveaus zijn vergelijkbaar met de
elektronenschillen van het model van Bohr.
hoofdkwantumgetal n (schrödinger)
bepaalt het specifiek energieverschil van het energieniveau van de orbitalen
1s-orbitaal
bolvormig orbitaal
2s-orbitaal
nodus, nodale zone: plaats waar geen elektronen zijn, straal van de bol is groter dan bij een 1s-orbitaal
2p-orbitaal
bestaat uit drie 2p-orbitalen (2 peervormige lobben): weinig hogere energie, bevinden zich symmetrisch rond de assen die loodrecht op elkaar staan
elektronenverdeling
- Aufbauprincipe
- regel van Hund
- Pauli-principe
aufbauprincipe
eerst moeten de orbitalen met de laagste energie gevuld worden
regel van Hund
wanneer een aantal orbitalen in energie gelijk zijn, dan worden de orbitalen zodanig gevuld dat elk orbitaal er eerst 1 krijgt voor het een 2de krijgt
Pauli-principe
elk orbitaal kan max. 2 elektronen bevatten + deze moeten in tegengestelde zin draaien, omwille van magnetisme
Het aantal valentie-e- bepaalt in grote mate:
de chemische eigenschappen, in het bijzonder de bindingsmogelijkheden die o.a. verantwoordelijk zijn voor de sterkte-eigenschappen.
edelgassen
- atoomsoorten met volledig gevulde buitenste elektronenschillen
- chemisch inalert/inactief
edelgasconfiguratie/octetstructuur
alle atoomsoorten streven hiernaar door een binding aan te gaan met 1 of meerdere atomen. zo onstaan er moleculen: door het opnemen of afstaan van valentie-elektronen
- Metaal: Elektronen afstaan
- Niet-metallische elementen: Elektronen opnemen
- Metalloïden / Semi-metalen: Eigenschappen van metalen & niet-metalen
de 3 soorten primaire bindingen tussen atomen (=intratomaire binding/intramoleculaire binding)
- ionbinding
- covalente binding
- metaal binding
ionbinding
- Komt tot stand door de onderlinge aantrekkingskracht van positief en negatief geladen ionen
- Iemand geeft een elektron af en de andere neemt de elektron op
- Typisch voor anorganische stoffen (=metaal+niet-metaal)
- Door de elektrostatische aantrekkingskracht onstaat er een binding tussen verschillend geladen ionen
metaalbinding
binding waarbij de gmeenschappelijke valentie-elektronen behoren tot het gehele kristal
- makkelijk vervormbaar, moeilijk breekbaar
- Elke binding heeft zijn eigen karakteristieke bindingslengte en –energie.
metaalkristal (metaalbinding)
stapeling van positief geladen ionen, waarin valentie-elektronen zich vrij kunnen bewegen => geleidend
elektronengas (metaalbinding)
verzorgt de binding, de overige elektronen blijven gelokaliseerd aan de positief geladen ionen
bindingslengte
optimale afstand tussen 2 ionen om een binding te vormen, niet te dicht (anders afstoten) en niet te ver (anders afname aantrekkingskracht)
interatomaire bindingsenergie
maximale energiewinst die optreedt bij vormen van een binding
=energie nodig om de betreffende binding te verbreken
internucleaire afstand
lengte tussen 2 kernen
elektronegativiteit
de relatieve aantrekkingskracht die de kern van een atoom uitoefent op de elektronen van een covalente binding -> hoe sterker, hoe elektronegatiever
permanente dipool
bij een binding tussen 2 atomen met verschillende elektronegativiteit
apolair
symmetrische moleculen
geïnduceerd dipool
gebieden waar de lading niet evenredig is verdeeld door beweging van de elektronen
intermoleculaire krachten
krachten acief tussen moleculen onderling of moleculen & ionen
Van Der Waals krachten/ secundaire bindingen
fysische aantrekkingskrachten tussen de permanente of geïnduceerde polen
-> zijn zwakker dan primaire chemische bindingen, maar bepalen wel veel fysische eigenschappen (smelt-kookpunt, meng-oplosbaarheid, stijfheid v vaste stoffen)
keesom-krachten
dipool-dipool
- belangrijke is die met H2O moleculen, de krachten tussen 2 H2O moleculen: waterstofbruggen die voor een heel sterke intermoleculaire aantrekkinskracht zorgen (=relatief hoog kookpunt)
debye-krachten
dipool- geïnduceerde dipool
London-krachten
geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipool
2 onderliggende factoren van de Van Der Waalskrachten
- poliseerbaarheid
2. grootte van het contact oppervlak tussen naburige moleculen
poliseerbaarheid
Mate waarin een verstoring van de elektronenverdeling in de molecule kan veroorzaakt worden door een andere molecule. Moleculen met een grote, diffuse elektronenwolk hebben een g rote polariseerbaarheid, omdat de elektronen niet zo sterk rond atoomkernen worden gebonden.
grootte van het contact oppervlak tussen naburige moleculen
Grote moleculen hebben daardoor een hoger kookpunt & moleculen met een lange
rechte keten beschikken over een groter contactoppervlak waardoor ze makkelijk contact hebben + sterische hinder (verhoogt het kookpunt)
aggregatietoestand
het macroscopisch fysisch voorkomen van een stof, naargelang hun druk en temperatuur vormen zij vaste, vloeibare of gasvormige stof
kinetische energie (aggregatietoestand)
alle moleculen bevatten een bepaalde ~ =inwendige energie
kenetische energie (optelsom van?)
- translatie (: rechtlijnige beweging in het 3D-stelsel – molecuul verschuift in zijn geheel)
- elektronisatie (gepaard met de beweging van de elektronen in de orbitalen rond de kern)
- rotatie (molecule kan draaien rond een vast punt)
- vibratie (atomen hangen samen in chemische bindingen en kunnen trillen)
eigenschappen van een gas
- Sterk samendrukbaar
- Zet zich thermisch veel sterker uit dan een vloeistof en een vaste stof
- lage viscositeit
- kleine dichtheid (meestal)
- onderling oneindig mengbaar
→ Omdat de moleculen onderling verder van elkaar verwijderd zijn & i n snelle beweging
Hoeveelheid gas: druk (p), volume (V), temperatuur (T), aantal mol (n)
ideale gassen: ideale gaswet
- p * V = n * R * T (R = ideale gasconstante = 8,314 𝐽. 𝑚𝑜𝑙−1. 𝐾−1)
- onder normale omstandigheden gedragen vele gassen zich ideaal
vloeistof (uitleg + eigenschappen)
De intermoleculaire krachten houden de stof in een vast volume, maar de Ekin is net nog groot genoeg om beperkte translatie en rotatie mogelijk te maken.
- samendrukbaarheid: de moleculen zitten veel dichter opeen dan in een gas, maar toch kunnen ze onder uitwendige druk nog verder open gedrongen worden
- diffusie: 2 mengbare vloeistoffen kunnen in mekaar diffunderen tot een homogene oplossing
- viscositeit: wanneer een vloeistof vloeit, glijden de moleculen rond en over elkaar de mate waarin de intermoleculaire
vaste stof
= wanneer bij een bepaalde temperatuur de Ekin zo laag is geworden dat de intermoleculaire aantrekkingskrachten domineren en rotatie en translate wegvallen.
- door de krachten die spelen vormen de moleculen en gebonden atomen vaak een ordelijk ruimtelijk patroon, gekenmerkt door symmetrie en regelmatigheid
- kristalijne structuur
- amorfe stof
kristalijne structuur (uitleg + word bepaald door?)
als de atomen gerangschikt zijn in een 3D basispatroon dat zichzelf voortduren herhaalt
o de basispatroon wordt een eenheidscel genoemd = de eenvoudigste verzameling van roosterpunten die bij herhaling in de 3D dimensies het volledige kristalrooster oplevert
o bepaald door:
1. kristalstructuur
2. grootte van de kristallen
3. uniformiteit (=spreiding) in afmetingen van de kristallen
4. sterkte van de bindingen tussen de atomen
5. fouten in het kristalrooster
o de structuur wordt bepaald door de samenstelling, temperatuur en de druk
amorfe stof (met als vb. diamant vs graniet)
(meestal organische stoffen): als de atomen of moleculen geen herhalen 3D patroon vertonen
We kijken even naar diamant en grafiet:
Grafiet aan de andere kant is zwart, zacht en een goede geleider. Deze stof is eveneens opgebouwd uit koolstoffen, maar bevindt zich in sp2 toestand waardoor er 3 σ-bindingen zijn en 1 π-binding. De laagjes liggen verder uit mekaar, en worden gebonden door een
zwakkere aantrekkingskracht. Zoals we al hebben gezien is een binding veel sterker dan een kracht, en dit verklaart dus waarom diamant sterker is.
Diamant is hard, transparant en een isolator. Het is een extreem sterke stof vanwege zijn tetraëder structuur, waardoor hij 4 σ-bindingen heeft
exotherm
gas -> vloeistof -> vast
energie onder de vorm van warmte uitgestoten
endotherm
vast -> vloeibaar -> gas
energie moet worden opgenomen
primaire grondstoffen
Alle elementaire stoffen, verbindingen of mengsels die uit de natuur kunnen gehaald worden om er iets mee te produceren.
waaruit komen de primaire grondstoffen (en wat juist?)
- Uit atmosfeer → Gassen (Zuurstof, helium, …)
- Uit hydrosfeer (Drinkwater, oppervlaktewater, …)
- Hernieuwbare, natuurlijke E flow (Zonne-energie, windenergie, …)
- Biomassa uit landbouw (Hybrom, biodiesel, …)
- Delfstoffen, uit aardkorst
° Gas of vloeibaar: Aardgas
° vast: Heterogene mengsels → Homogene delen (Mineralen)
→ Los (grondsoort): Zand, turf, zandsteen, …
→ Verhard
moedermateriaal
het los materiaal waaruit de bodem bestaat
de aardkorst bestaat vooral uit:
- zuurstof
- silicium
- aluminium
3 hoofdgroepen van gesteenten
- magmatische/ stollingsgesteenten
- sedimentaire of afzettingsgesteenten
- metamorfe gesteenten
magmatische gesteenten
Gevormd door stolling van zeer vloeibare magma dat aan het aardoppervlak komt en afkoelt bv: graniet, basalt
sedimentaire gesteenten
Ontstaan: sedimentatie = afzetting aan of vlak onder het aardoppervlak
Sedimentatie: processen waarbij deeltjes bezinken of mineralen neerslaan uit water of een andere oplossing (deeltjes = sedimenten) Tot rust komen en ophoping: gesteentevorming – afkomstig van elders: losgemaakt door verwering en erosie en daarna vervoerd door water, wind en ijs naar een andere plaats Gelaagdheid of stratificatie; losse sedimenten door compactie op vrij grote diepte
verharden = diagenese: mineralen worden uit het poriënwater afgezet, de korrels klitten aan elkaar Bv. Zandsteen, kleisteen
metamorfe gesteenten
Ontstaan uit andere gesteenten die hervormd zijn onder invloed van hoge druk of temperatuur =herkristaliseren Mineralen: Te onthouden: - kwarts: grondstof glasindustrie - veldspaat - rutieel: TiO2: wit pigment in verven - korund: Al2O3: schuurpapier - haliet: voedingsindustrie - grafiet: zwart pigment
mijnbouw
Het aan de aarde onttrekken van delfstoffen in vaste, vloeibare of gasvormige toestand met de daartoe gespecialiseerde apparatuur.
dagbouw (mijnbouw)
Delfstoffen winnen aan de oppervlakte. De schaalgrootte varieert naarmate de open ruimte.
schachtbouw (mijnbouw)
Verticale schachten en/of tunnels. De diepte hangt o.a. af van de temperatuur.
aanboren (mijnbouw)
Vervolgens vloeibaar of in gasvorm naar de oppervlakte brengen.
ertsmineralen (relevantie van delstoffen)
Ertsmineralen (verbindingen): Mineralen die een waardevol metaal bevatten, komen voor in ertsen. Bv. Galentiet (Pbs, looderts), sfalerier (ZnS, zinkerts), hematiet (Fe2O3, ijzererts), …
industriele mineralen (relevantie van delstoffen)
Mineralen die voor andere doeleinden worden gebruikt.
– Kwarts als grondstof voor glasindustrie
– Kaoliniet in de porseleinindustrie
– Talk als talkpoeders
– Mineralen met hoge hardheid als edelstenen
– Calciet voor de bereiding van kalk en cement
