Anorganische verbindingsklassen PDF

Stoichiometrische berekeningen (8p) =================================== Omdat moleculen heel klein zijn, kan je ze natuurlijk niet tellen. **Wat men wel kan meten zijn de massa en het volume van een stof. Er zijn daarom een aantal formules opgesteld die voor zuivere stoffen de relatie weergeven tus...

Stoichiometrische berekeningen (8p) =================================== Omdat moleculen heel klein zijn, kan je ze natuurlijk niet tellen. **Wat men wel kan meten zijn de massa en het volume van een stof. Er zijn daarom een aantal formules opgesteld die voor zuivere stoffen de relatie weergeven tussen het aantal moleculen, de massa en het volume.** Zuivere stoffen --------------- ### Hoeveelheid stof, n In chemie gebruikt men de naam [mol] om een aantal weer te geven: - ***[1 mol = 6,02.10^23^]*** - De cte **6,02.10^23^/mol** = ***[constante van Avogadro]*, *[N~A~]*** - Het getal is niet toevallig gekozen: - Het getal werd berekend om ervoor te zorgen dat 1u = [\$\\frac{1g}{\\text{NA\\ mol}}\$]{.math.inline} - 1u = 1,66⋅10−27 kg (= [\$\\frac{1}{12}\$]{.math.inline} v/d massa v/e ^12^C-atoom) Algemeen geldt voor om het even welke stof: - **1 mol atomen bevat 6,02.10^23^ atomen** - **met een tot massa *= A~r~ g*** - **1 mol moleculen bevat 6,02.10^23^ moleculen** - **met een tot massa *= M~r~ g*** - **De waarde voor *A~r~ vindt men terug in het PSE.*** ### Massadichtheid van een stof De ***[massadichtheid]*** kortweg de dichtheid of soortelijke massa v/e stof - = een grootheid die uitdrukt [hoeveel massa] van die stof aanwezig is [i/e bepaald volume] - Dit is een [fysische constante], kenmerkend voor de stof [bij een bepaalde temperatuur] De massadichtheid wordt voorgesteld met de Griekse letter ***[ρ]*** (rho). ρ~stof~ = met ρ = massadichtheid van de stof meestal uitgedrukt in kg/l\ m = massa van de stof uitgedrukt in kilogram\ V = volume van de stof uitgedrukt in liter\ d~stof~ = [\$\\frac{\\rho\\text{\\ stof}}{\\rho\\ water,\\ 4{\^\\circ}C}\$]{.math.inline} met d = de relatieve massadichtheid van de stof; zonder eenheid ρ~water,\ 4°C~ = 1,00 kg/l ### Algemene gaswet De ***[algemene of ideale gaswet]*** - Beschrijft het gedrag van ideale gassen oiv [druk, volume, temperatuur, aantal deeltjes] - Om de hoeveelheid stof te berekenen aanwezig i/e gas gebruikt men volgende formule: n = [\$\\frac{\\text{p\\.\\ V}}{\\text{R\\.\\ T}}\$]{.math.inline} met n = hoeveelheid gas uitgedrukt in mol\ p = druk uitgedrukt in Pa\ V = volume uitgedrukt in m³\ R = gasconstante = 8,314472 J·K^−1^ mol^−1^\ T = temperatuur uitgedrukt in K Om de temperatuur uitgedrukt in graden Celcius om te zetten Kelvin gebruikt men volgend verband: temperatuur in K = temperatuur in °C + 273,15.\ *Voorbeeld: Een temperatuur van 25 °C komt overeen met 298,15 K (= 25 + 173,15).* Stochiometrie ------------- Definitie: - ***[Stoichiometrie]***= de verhouding waarin chemische verbindingen met elkaar reageren + de verhouding tussen de reagentia en reactieproducten v/e chemische reactie [uitgedrukt in mol] - **[De *reactievergelijking:*] daarin geeft men aantal deeltjes die met elkaar reageren weer met een coëfficiënt** - **I/e reactievergelijking moeten de coëfficiënten echter steeds de kleinst mogelijke gehele getallen zijn om deze verhouding weer te geven** - **Daarom zal elk veelvoud v/d aantallen door dezelfde coëfficiënten i/d reactievergelijking beschreven w** - **Voorbeelden:** - ***vb 1: Wanneer 2 moleculen waterstofgas reageren met 1 molecule zuurstofgas worden 2 moleculen water gevormd.*** - *2 H~2~ + O~2~ → 2 H~2~O* - ***Ter herinnering: de coëfficiënt 1 is men niet verplicht te schrijven.*** - ***Vb 2: Wanneer 4 moleculen waterstofgas reageren met 2 moleculen zuurstofgas worden 4 moleculen water gevormd.*** - ***De reactievergelijking is** 2 H~2~ + O~2~ → 2 H~2~O.* - ***Vb 3: Wanneer 12,04.10^23^ moleculen waterstofgas reageren met 6,02.10^23^ moleculen zuurstofgas worden 12,04.10^23^ moleculen water gevormd. Of anders geformuleerd: wanneer 2 mol waterstofgas reageren met 1 mol zuurstofgas worden 2 mol water gevormd*** - ***De reactievergelijking is** 2 H~2~ + O~2~ → 2 H~2~O.* De ***[stochiometrische factor]*** - Mbvd **de coëfficiënten kan men de verhoudingen v/h aantal deeltjes die met elkaar reageren weergeven** - **De [stoichiometrische factor] beschrijft de verhouding v/d hoeveelheid stof van 2 verbindingen beschreven i/d reactievgl** - *Vb: 2 H~2~ + O~2~ → 2 H~2~O* - *Bij de verbranding van 2 mol waterstofgas wordt precies 1 mol zuurstofgas verbruikt.* - *De stoichiometrische factor is ½ voor zuurstofgas ten opzichte van waterstofgas:* [\$\\frac{1\\ mol\\ zuurstofgas}{2\\ mol\\ waterstofgas}\$]{.math.inline}*.* - *Bij de verbranding van 2 mol waterstofgas worden precies 2 mol water gevormd.* - *De stoichiometrische factor is 1 voor water ten opzichte van waterstofgas:* [\$\\frac{2\\ mol\\ water}{2\\ mol\\ waterstofgas}\$]{.math.inline}*.\ * - *Wanneer 1 mol zuurstofgas verbruikt wordt bij de verbranding van waterstofgas, worden precies 2 mol water gevormd.* - *De stoichiometrische factor is 2 voor water ten opzichte van zuurstofgas:* [\$\\frac{2\\ mol\\ water}{1\\ mol\\ zuurstofgas}\$]{.math.inline}*.* - ***Elk veelvoud van de aantallen worden door dezelfde reactievergelijking beschreven*** - ***Hierdoor zal de stoichiometrische factor niet veranderen.*** - ***Zo zal b**ij de verbranding van 8,8 mol waterstofgas precies 4,4 mol zuurstofgas verbruikt worden.* - *De stoichiometrische factor is ½ voor zuurstofgas ten opzichte van watestofgas:* [\$\\frac{4,4\\ mol\\ zuurstofgas}{8,8\\ mol\\ waterstofgas}\$]{.math.inline}*.* ***[Stoichiometrische hoeveelheden]*** - **Men spreekt hiervan Indien de werkelijke verhoudingen v/d aanwezige reagentia overeenkomt met de verhoudingen weergegeven i/d reactievergelijking,** - **Indien de reagentia i/e andere verhouding voorkomen, zal minstens 1 v/d reagentia overblijven** - **Deze stof is in overmaat aanwezig.** - **Het reagens dat volledig wegreageert = *[limiterende reagens]*.** - ***Vb 1: Wanneer 4 moleculen waterstofgas en 2 moleculen zuurstofgas met elkaar reageren, zullen er 4 moleculen water gevormd worden*** - ***Er blijven na de reactie geen reagentia over.*** - ***Waterstofgas en zuurstofgas waren in stoichiometrische verhouding aanwezig.*** - *Vb 2: Wanneer 2 moleculen waterstofgas en 2 moleculen zuurstofgas met elkaar reageren, zullen er 2 moleculen water gevormd worden* - *Er blijft na de reactie nog 1 molecule zuurstofgas over* - *Zuurstofgas was in overmaat aanwezig.* **Stappen voor het uitwerken van stochiometrische berekeningen:** - Stap 1: Een correcte reactievergelijking schrijven - Stap 2: Uit gegeven grootheden de oorspronkelijk hoeveelheid stof berekenen, n~o~ - Stap 3: Het limiterend reagens bepalen. - Dit kan men doen door de oorspronkelijke hoeveelheid stof te delen door de coëfficiënt uit de reactievergelijking - Het reagens met het kleinste quotiënt is het limiterend reagens - Stap 4: De hoeveelheid stof berekenen die weg reageert / gevormd wordt, ∆n. - Hierbij moet men rekening houden met het limiterend reagens en de stoichiometrische factor tov dit limiterend reagens - Stap 5: De hoeveelheid stof berekenen die na de reactie aanwezig is, n~e~. - Stap 6: Het resultaat herleiden naar de gevraagde grootheden Voorbeeld van de voorgaande stappen ter illustratie: *Voorbeeld: Bereken hoeveel milliliter water er gevormd wordt wanneer 16 gram waterstofgas en 192 gram zuurstofgas met elkaar reageren. De massadichtheid van water is bij de heersende temperatuur 1 kg/l.* *Stap 1: formules schrijven: waterstofgas = H~2~, zuurstofgas = O~2~ en water = H~2~O\ H~2~ en O~2~ zijn de reagentia en worden in een reactievergelijking voor de pijl geschreven, H~2~O is en reactieproduct en wordt erna weergegeven: H~2~ + O~2~ → H~2~O.\ Om te voldoen aan de wet van behoud van atomen zijn er coëfficiënten nodig.\ De correcte reactievergelijking is: 2 H~2~ + O~2~ → 2 H~2~O* *Stap 2: Met behulp van de vergelijking n = m/M kan men de oorspronkelijke hoeveelheid stof berekenen. Gebruik het PSE om M te bepalen van de stoffen.\ M(H~2~) = 2. 1,0 g/mol = 2,0 g/mol n(H~2~) = 16 g / 2,0 g/mol = 8 mol\ M(O~2~) = 2. 16,0 g/mol = 32,0 g/mol n(O~2~) = 192 g / 32,0 g/mol = 6 mol\ * *2 H~2~* *+ O~2~* *→ 2 H~2~O* -------- ---------- ---------- ------------- *n~o~* *8 mol* *6 mol* *Stap 3: Het quotiënt van het aantal mol ten opzichte van de coëfficiënt is voor\ H~2~ = 8 / 2 = 4 en voor O~2~ = 6 / 1 = 6. H~2~ is het limiterend reagens.* *Stap 4: De reagentia reageren weg en krijgen een negatief teken. Het reactieproduct wordt gevormd en krijgt een positief teken. Het limiterend reagens wordt bij een aflopende reactie volledig verbruikt. De stoichiometrische factor is ½ voor zuurstofgas ten opzichte van waterstofgas en ^2^/~2~ of 1 voor water ten opzichte van waterstofgas.* *2 H~2~* *+ O~2~* *→ 2 H~2~O* -------- ----------- ----------------- ----------------- *n~o~* *8 mol* *6 mol* *∆n* *- 8 mol* *- 8 mol. 1/2* *+ 8 mol. 2/2* ***Stap 5:*** *2 H~2~* *+ O~2~* *→ 2 H~2~O* -------- ----------- ----------------- ----------------- *n~o~* *8 mol* *6 mol* *∆n* *- 8 mol* *- 8 mol. 1/2* *+ 8 mol. 2/2* *n~e~* *0* *2 mol* *8 mol* ***Stap 6:** Met behulp van de vergelijking m = n. M en V = m / ρ kan men het gevormde volume water berekenen. Gebruik het PSE om M te bepalen van de water.\ M(H~2~O) = 2. 1,0 g/mol + 1. 16,0 g/mol = 18,0 g/mol\ m(H~2~O) = n. M = 8 mol. 18,0 g/mol = 144 g.\ V(H~2~O) = m / ρ = 144 g / 1 kg/l = 144 g / 1 g/ml =144 ml.\ **Er wordt 144 ml water gevormd.*** Mengsels -------- ### inleiding **Vele stoffen w niet als zuivere stof gebruikt, maar als mengsel** **[De concentratie of sterkte v/e mengsel]** - **Geeft de verhouding weer tss de [hoeveelheid] v/d beschouwde stof en het [totale mengsel]** - **Is deze groot, dan is er veel v/d beschouwde stof i/h mengsel aanwezig** - **men spreekt dan v/e *[geconcentreerd mengel]*** - **Is deze verhouding klein, dan spreekt men v/e *[verdund mengsel]*.** **Afh v/d samenstelling e/d hoeveelheden aanwezig i/h mengsel gebruikt men vssde eenheden deze weer te geven** ### % Definitie: - Percentages '%' gebruikt men om een deel v/e groter geheel aan te geven - Dit door het geheel op 100 te stellen (procent) - Het resultaat geeft men meestal weer als een dimensieloos getal Obvd aggregatietoestand v/d beschouwde stof + v/h mengsel, geeft men de voorkeur aan 1 v/ onderstaande formules - ***[Massaprocent]*** = [aantal gram] v/d beschouwde stof [per 100 gram] mengsel\ %(m/m) = **. 100 %** - ***[Volumeprocent]* of graden** = [aantal milliliter] v/d beschouwde stof [per 100 milliliter] mengsel.\ %(V/V) = ° = **. 100 %** - ***[Massa-volumeprocent]*** = [aantal gram] v/d beschouwde stof [per 100 milliliter] mengsel.\ %(m/V) **=** **. 100 %** - ***[Volume-massaprocent]*** = [aantal milliliter] de beschouwde stof [per 100 gram] mengsel.\ %(V/m) **=. 100 %** ### ^0^/~00~ ppm en ppb Definitie ^0^/~00~ : - Wanneer de beschouwde stof slechts i/e kleine hoeveelheid voorkomt i/h totale mengsel kan men de concentratie als *‰;* 'aantal *pro mille*/ duizendsten' weergeven - Duizendsten *‰* gebruikt men om een deel v/e groter geheel aan te geven, door het geheel op 1.000 te stellen - Het resultaat geeft men meestal weer als een dimensieloos getal Net als persentages geeft men obvd aggregatietoestand v/d beschouwde stof + v/h mengsel de voorkeur aan 1 v/ onderstaande formules - *‰(m/m) **=.*** **1000 *‰*** - *‰*(V/V) = **. 1000** *‰* - *‰*(m/V) = **. 1000 *‰*** - *‰*(V/m) **=. 1000** *‰* Definite ppm en ppb: - Voor sterk verdunde mengsels gebruikt men ppm en ppb - ***[Ppm ]*** - *=Parts per million* - Men gebruikt het om een deel v/e groter geheel aan te geven, door het geheel op 1.000.000 te stellen - ***[Ppb ]*** - =*parts per billion* - *Men* gebruikt het men om een deel v/e groter geheel aan te geven, door het geheel op 1.000.000.000 te stellen Oplossingen (5p) ---------------- ### inleiding **Vele reacties worden uitgevoerd met oplossingen** **Het mengen van reagentia in oplossing geeft als voordeel dat de aanwezige atomen, ionen of moleculen elkaar dicht naderen, wat de reactie bevordert.** **Definitie oplossing** - **Oplossingen zijn *[homogene mengsels]*** - De stof die i/d grootste hoeveelheid aanwezig is =het ***[oplosmiddel of solvent]*** - De andere componenten v/h mengsel = de ***[opgeloste stoffen]***. - De **meest voorkomende opl is deze waarbij een vaste stof opgelost is i/e vloeistof** - ***Vb: de figuur toont dat wanneer de vaste stof kopersulfaat pentahydraat oplost in water, er een blauw gekleurde oplossing ontstaat*** Aanduiding van een oplossing: - Om aan te duiden dat een stof opgelost is, kan men aan de opgeloste stof het subscript opl toevoegen - Het subscript *aq* (slaat enkel op oplossingen waarbij het oplosmiddel water is. - *Vb: De notatie CuSO~4(aq)~ geeft weer dat het kopersulfaat opgelost is in water* - Het subscrip opl of *aq* geeft geen enkele info over de relatieve hoeveelheden opgeloste stof en oplosmiddel die i/d oplossing aanwezig zijn - ***Vb: in afbeelding zijn er vssde** kopersulfaatoplossingen weergegven, en w allemaal aangeduid als CuSO~4(aq)~* Volume v/e oplossing - Deze is meestal niet de som v/h volume opgeloste stof en het volume oplosmiddel - Daarom gebruikt men een [maatkolf] om oplossingen nauwkeurig te bereiden - Een ***[maatkolf]*** - = een recipient waarbij men met grote nauwkeurigheid één volume kan meten. - *Figuur 47 b geeft weer hoe een oplossing nauwkeurig bereid wordt:* - *I/d maatkolf wordt eerst de op te lossen stof i/e kleine hoeveelheid oplosmiddel opgelost* - *Vervolgens wordt er extra oplosmiddel toegevoegd tot a/d maatstreep v/h geijkte volume* *\ * ### Molaire concentratie of molariteit Definitie: - = een grootheid die de verhouding weergeeft tussen de hoeveelheid stof en het volume van de oplossing - Is de meest gebruikte grootheid i/d chemie omdat men rechtstreeks de hoeveelheid stof kan berekenen dat aanwezig is i/e bep volume Formule: **c =** - met: - c = molaire concentratie - uitgedrukt in mol/ liter of [molair], M - n~stof~ = hoeveelheid stof - uitgedrukt in mol - V~opl~ = volume v/d oplossing - uitgedrukt in liter - **Een veelgebruikte notatie om de molariteit v/e stof weer te geven is de opgeloste stof tss vierkante haken te zetten** - ***Vb: Een Fe^2+^-concentratie van 0,010 M geeft men weer als \[Fe^2+^\] = 0,010 M.*** ### Massaconcentratie Definitie: - = een grootheid die de verhouding weergeeft tsss de massa v/d opgeloste stof en het volume v/d oplossing Formule: **c~m~ =** - Met: - c~m~ = massaconcentratie - uitgedrukt in gram/liter - m~stof~ = massa van stof - uitgedrukt in gram - V~opl~ = volume van de oplossing - uitgedrukt in liter ### Massadichtheid van een oplossing Definitie: - = een grootheid die de verhouding weergeeft tss de massa en het volume van deze oplossing - De massadichtheid v/e opl neemt i/d meeste gevallen toe met stijgende concentratie - Zo vindt men op het etiket van zuuroplossingen de massadichtheid + concentratie uitgedrukt in massaprocent - Mbv massadichtheid + conc uitgedrukt als %(m/m) kan men de molaire conc berekenen: - c = **= = =** Formule: ρ~opl~ = - ρ = massadichtheid van de oplossing - Meestal uitgedrukt in kg/l - m = massa van de oplossing - uitgedrukt in kilogram - V = volume van de oplossing - uitgedrukt in liter ### Verdunningsregel In laboratoria worden vaak [stockoplossingen] gebruikt - = geconcentreerde oplossingen die dienen als basis voor het maken van verdunde oplossingen - Door aan een stockoplossing extra oplosmiddel toe te voegen, kan eenvoudig een oplossing met een lagere conc worden bereid - Bij verdunnen blijft de [hoeveelheid opgeloste stof] [constant] - Dus enkel het volume van de oplossing verandert - Dit principe wordt weergegeven als: n~voor~ = n~stof~ De verdunningsregel: - Dus n~voor~ = n~stof~ - n~stof~ = c. V~opl~ - Daaruit kun je dus volgende regel van afleiden: - c~voor~. V~voor~ = c~na~. V~na~ - met - c~voor~ : de molaire concentratie van de oplossing voor verdunnen - V~voor~ : het volume van de oplossing voor verdunnen - c~na~ : de molaire concentratie van de oplossing na verdunnen - V~na~ : het volume van de oplossing na verdunnen - De verdunningsregel is niet enkel geldig voor molaire concentraties - Zolang de concentraties voor en na verdunnen in dezelfde eenheden weergegeven worden, blijft deze regel bruikbaar - *Vb: Zuurstofwater wordt als 3 %(V/V) oplossing gebruikt om vuile wonden te ontsmetten* - *In het laboratorium is een 30 %(V/V) oplossing aanwezig* - *Bereken hoeveel ml ontsmettende vloeistof kan bereid worden uit 50 ml stockoplossing:* - *Oplossing=* - *Verdunningsregel met concentraties uitgedrukt als %(V/V):\ %(V/V)~voor~. V~voor~ = %(V/V)~na~. V~na~,\ omvormen tot V~na~ =* [\$\\frac{{\\%\\left( \\frac{V}{V} \\right)\\ }\_{\\text{voor}}\\text{\\.\\ }\\text{\\ V}\_{\\text{voor}}}{{\\%\\left( \\frac{V}{V} \\right)}\_{\\text{na}}}\$]{.math.inline} *=* [\$\\frac{\\ 30\\ \\%\\.\\ \\ 50\\ ml}{3\\ \\%}\$]{.math.inline} *= 500 ml* - *Er kan dus 500 ml ontsmettende vloeistof bereid worden uit 50 ml 30 %(V/V) stockoplossing.* - Op sommige verpakkingen van stockoplossingen staat de vermelding hoeveel maal men deze oplossing moet verdunnen om een onmiddellijk bruikbare oplossing te verkrijgen - *Vb: Op de verpakking v/e fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) staat 10x* - *De stockoplossing is 10 maal te sterk geconcentreed* - *Om bruikbaar te zijn moet men ze eerst 10 keer verdunne* *Aan 1 ml moet men dus 9 ml solvent toevoegen*