Samenvattingen · ScheikundeNL · HAVO

Bouw van stoffen en deeltjesmodellen

Dit onderwerp legt de basis van de scheikunde: hoe je stoffen indeelt in zuivere stoffen (elementen en verbindingen) en mengsels (homogeen en heterogeen), hoe de drie fasen en de faseovergangen op deeltjesniveau werken, en hoe stoffen zijn opgebouwd uit moleculen, atomen en ionen. Je leert stoffen herkennen aan kenmerkende eigenschappen zoals smeltpunt, kookpunt en dichtheid, en de zuiverheid ervan beoordelen. Dit is centraal-examenstof scheikunde HAVO en tegelijk de kapstok waaraan de rest van de scheikunde hangt.

4 Onderdelen~23 min leestijd4 VaardighedenNiveau Basis 2 · Standaard 2

T·0111 / 15

Examenprofiel

Stoffen classificeren als zuivere stof (element of verbinding) of mengsel (homogeen of heterogeen) en de keuze onderbouwen op deeltjesniveau.De drie fasen en de zes faseovergangen op deeltjesniveau beschrijven en smeltpunt en kookpunt als kenmerkende stofeigenschap gebruiken.Het deeltjesmodel toepassen: moleculen uit atomen, ionen als geladen deeltjes, en molecuulstoffen, zouten en metalen onderscheiden.Kenmerkende eigenschappen zoals de dichtheid \rho = \dfrac{m}{V} gebruiken om stoffen te herkennen en de zuiverheid te beoordelen.

Operatoren:leg uitverklaarberedeneerinterpreteernoemtoon aanbereken

basisniveau

Beheers de indeling van stoffen en de fasen op deeltjesniveau, en gebruik smelt- en kookpunt om de fase en de identiteit van een stof te bepalen.

verhoogd niveau

Redeneer op deeltjesniveau waarom stofsoorten verschillende eigenschappen hebben en koppel scheidbaarheid, zuiverheid en dichtheid aan het type bouwsteen.

Diepte

Tekst

Inhoud · 4 onderdelen

Bouw van stoffen en deeltjesmodellen

Zuivere stoffen en mengsels#

Basisexamenblad-nl

Indeling van stoffen

Afb. 1De indeling van stoffen: een stof is óf een zuivere stof (één soort bouwsteen) óf een mengsel. Een zuivere stof is een element (één atoomsoort) of een verbinding (meer atoomsoorten, chemisch gebonden); een mengsel is homogeen (overal gelijk) of heterogeen (zichtbaar verschillende delen).

In de scheikunde draait alles om stoffen, en de eerste stap is het ordenen ervan. Een stof is materie met vaste, kenmerkende eigenschappen, zoals een bepaald smeltpunt en een bepaalde dichtheid. We verdelen alle stoffen in twee grote groepen: zuivere stoffen en mengsels. Een zuivere stof bestaat uit één enkel soort bouwsteen — overal in de stof zit precies hetzelfde deeltje — en heeft daardoor overal dezelfde eigenschappen. Een mengsel bestaat uit twee of meer zuivere stoffen die door elkaar zitten zonder dat er een nieuwe stof ontstaat; elke component behoudt zijn eigen eigenschappen. Op deeltjesniveau is het verschil goed te zien: in een zuivere stof zwerft maar één type deeltje rond, in een mengsel liggen verschillende soorten deeltjes tussen elkaar. In de figuur zie je hoe deze indeling zich verder vertakt.

Zuivere stoffen splitsen we verder in elementen en verbindingen. Een element (ook wel niet-ontleedbare stof) bestaat uit maar één atoomsoort en is met chemische middelen niet meer in eenvoudiger stoffen te ontleden; voorbeelden zijn ijzer

\ce{Fe}

, koper

\ce{Cu}

en zuurstof

\ce{O2}

. Een verbinding (ontleedbare stof) bestaat uit twee of meer atoomsoorten die in een vaste verhouding chemisch aan elkaar gebonden zijn; water

\ce{H2O}

en koolstofdioxide

\ce{CO2}

zijn verbindingen. Het cruciale verschil met een mengsel is die vaste verhouding en de chemische binding: in water zit op elk zuurstofatoom altijd precies twee waterstofatomen, en je kunt water alleen scheiden in waterstof en zuurstof door een chemische reactie (ontleding), niet door filtreren of indampen. Een verbinding heeft bovendien heel andere eigenschappen dan de elementen waaruit ze is opgebouwd.

Mengsels verdelen we naar hoe gelijkmatig ze zijn. Een homogeen mengsel ziet er overal hetzelfde uit; je kunt de afzonderlijke stoffen zelfs met een microscoop niet onderscheiden omdat de deeltjes volledig door elkaar gemengd zijn. Voorbeelden zijn een oplossing (zout in water, suiker in thee), een legering (een homogeen mengsel van metalen zoals messing of brons) en een gasmengsel (lucht is een homogeen mengsel van vooral stikstof en zuurstof). Een heterogeen mengsel is niet overal hetzelfde: je ziet of voelt de verschillende delen. Een suspensie is een troebele vloeistof met kleine vaste deeltjes erin (modderwater, een geschud medicijn), en een emulsie bestaat uit twee vloeistoffen die niet mengen en als fijne druppeltjes in elkaar hangen (melk, mayonaise, olie in azijn). Bij een heterogeen mengsel zie je meestal grensvlakken tussen de delen.

Het verschil tussen mengsels en verbindingen komt het scherpst naar voren bij het scheiden. De componenten van een mengsel zijn niet chemisch gebonden, alleen door elkaar gemengd, en daarom zijn ze met fysische scheidingsmethoden weer uit elkaar te halen: filtreren, indampen, destilleren, extraheren, adsorberen of centrifugeren maken elk gebruik van een verschil in een eigenschap (deeltjesgrootte, kookpunt, oplosbaarheid, dichtheid). Bij zo'n scheiding ontstaat géén nieuwe stof; je haalt de bestaande stoffen alleen uit elkaar. Een verbinding daarentegen kun je nooit door zulke fysische methoden scheiden, omdat de atomen chemisch aan elkaar vastzitten — daarvoor is een chemische reactie (ontleden) nodig. Dat mengsels wél en verbindingen níét fysisch scheidbaar zijn, is precies de toets waarmee je in de praktijk beslist met welk type stof je te maken hebt.

De hele indeling — een stof splitst in zuivere stof en mengsel, een zuivere stof in element en verbinding, een mengsel in homogeen en heterogeen — vormt de kapstok van de scheikunde en keert steeds terug. Zo weet je bij een reactievergelijking dat er links en rechts alleen zuivere stoffen (elementen en verbindingen) staan, terwijl je in het lab meestal met mengsels werkt die je eerst moet scheiden en zuiveren. De indeling verklaart ook waarom je lucht (mengsel) anders behandelt dan zuurstof

\ce{O2}

(element) of koolstofdioxide

\ce{CO2}

(verbinding). In de volgende paragraaf zoomen we in op de fasen waarin een stof kan voorkomen — vast, vloeibaar en gas — en op wat er op deeltjesniveau gebeurt als een stof smelt of kookt.

Uitgewerkt voorbeeld

Stoffen classificeren

Classificeer lucht, water, keukenzout en ijzer als element, verbinding of mengsel, en licht per stof je keuze toe.

Stap 1 — Stel de kernvraag
Bestaat de stof uit één soort deeltje of uit meer? Een zuivere stof heeft overal hetzelfde deeltje; een mengsel bevat meerdere zuivere stoffen door elkaar.
Stap 2 — Lucht
Lucht bevat vooral $\ce{N2}$ en $\ce{O2}$ (plus wat $\ce{Ar}$ en $\ce{CO2}$ ) door elkaar, in een niet-vaste verhouding, dus een mengsel — en wel homogeen (overal dezelfde samenstelling, geen grensvlakken).
Stap 3 — Water
Water $\ce{H2O}$ is één zuivere stof met een vaste verhouding H : O = 2 : 1, chemisch gebonden, opgebouwd uit twee atoomsoorten, dus een verbinding.
Stap 4 — Keukenzout en ijzer
Keukenzout $\ce{NaCl}$ bevat twee atoomsoorten ( $\ce{Na}$ en $\ce{Cl}$ ) in een vaste verhouding, dus een verbinding. IJzer $\ce{Fe}$ bestaat uit één atoomsoort en is niet te ontleden, dus een element.

Resultaat: Lucht is een homogeen mengsel, water een verbinding, keukenzout een verbinding en ijzer een element. Vuistregel: één atoomsoort → element; meer soorten chemisch gebonden in een vaste verhouding → verbinding; meerdere stoffen los door elkaar → mengsel.

Veelgemaakte fouten

Een verbinding zoals water een „mengsel” van waterstof en zuurstof noemen; in een verbinding zijn de atomen chemisch gebonden in een vaste verhouding, in een mengsel niet.
Homogeen en heterogeen verwarren, of denken dat een heldere, doorzichtige vloeistof automatisch een zuivere stof is — een oplossing is helder maar toch een mengsel.
Denken dat een element altijd uit losse atomen bestaat; veel elementen bestaan uit moleculen van één atoomsoort, zoals $\ce{O2}$ , $\ce{N2}$ en $\ce{H2}$ .

Actieve herhaling

Deel de volgende stoffen in als element, verbinding of mengsel (en bij een mengsel: homogeen of heterogeen): lucht, gedestilleerd water, keukenzout $\ce{NaCl}$ , ijzer $\ce{Fe}$ en troebel slootwater. Licht bij elke stof je keuze toe.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Fasen en faseovergangen#

Basisexamenblad-nl

De drie fasen op deeltjesniveau

Afb. 2De drie fasen verschillen in de ordening en de beweging van de deeltjes: vast = geordend rooster en trillend (eigen vorm en volume), vloeibaar = dicht maar ongeordend en schuivend (vast volume, geen vorm), gas = ver uiteen en snel (geen vorm of volume).

Elke stof kan in drie verschijningsvormen of fasen voorkomen: vast, vloeibaar en gas. Welke fase je ziet, hangt af van de temperatuur en de druk, maar het onderliggende verschil zit in hoe de deeltjes ten opzichte van elkaar liggen en bewegen. In de vaste fase zitten de deeltjes dicht op elkaar en netjes geordend in een vast patroon (een rooster); ze kunnen alleen trillen om hun vaste plaats. Daardoor heeft een vaste stof een eigen vorm en een vast volume. In de vloeibare fase liggen de deeltjes nog steeds dicht op elkaar, maar niet meer geordend: ze kunnen langs elkaar heen schuiven. Een vloeistof heeft daarom een vast volume maar geen eigen vorm — ze neemt de vorm van de bak aan. In de gasfase zitten de deeltjes ver uit elkaar, wanordelijk, en bewegen ze snel alle kanten op; een gas heeft geen vaste vorm en geen vast volume en vult de hele ruimte. In de figuur staan deze verschillen naast elkaar.

Warmt of koelt een stof, dan kan ze van fase veranderen; zo'n faseovergang heeft in beide richtingen een eigen naam. Van vast naar vloeibaar heet smelten, de omgekeerde weg (vloeibaar naar vast) heet stollen. Van vloeibaar naar gas heet verdampen (of, als het door de hele vloeistof heen bruist, koken), en de omgekeerde overgang van gas naar vloeibaar heet condenseren. Een stof kan ook rechtstreeks van vast naar gas gaan zonder de vloeibare fase — dat heet sublimeren (denk aan droogijs

\ce{CO2}

of het langzaam kleiner worden van sneeuw bij vorst) — en de terugweg van gas naar vast heet rijpen (ijsbloemen op een koud raam). Belangrijk: bij al deze overgangen verandert alléén de ordening en beweging van de deeltjes; de deeltjes zelf blijven precies dezelfde. Smeltend ijs blijft

\ce{H2O}

, alleen liggen de watermoleculen daarna losser.

De temperatuur waarbij een zuivere stof smelt, het smeltpunt, en de temperatuur waarbij ze kookt, het kookpunt, zijn kenmerkende eigenschappen: elke zuivere stof heeft haar eigen, vaste waarden die je in BINAS kunt opzoeken. Water smelt bij

0\ ^{\circ}\text{C}

en kookt bij

100\ ^{\circ}\text{C}

(bij normale druk), ethanol kookt al bij

78\ ^{\circ}\text{C}

en keukenzout smelt pas bij

801\ ^{\circ}\text{C}

. Omdat deze punten per stof verschillen, kun je met een smelt- of kookpunt een onbekende stof herkennen. Ze vertellen je ook meteen in welke fase een stof bij een gegeven temperatuur is: ligt de temperatuur onder het smeltpunt, dan is de stof vast; ligt ze tussen smelt- en kookpunt, dan is de stof vloeibaar; ligt ze boven het kookpunt, dan is de stof een gas. Zo is zuurstof bij kamertemperatuur een gas (kookpunt

-183\ ^{\circ}\text{C}

) en ijzer een vaste stof (smeltpunt

1538\ ^{\circ}\text{C}

Een faseovergang kost of levert energie, en dat verklaart een op het eerste gezicht vreemd verschijnsel: terwijl een zuivere stof smelt of kookt, blijft de temperatuur constant. Warm je ijs van

0\ ^{\circ}\text{C}

op, dan gaat alle toegevoerde warmte eerst zitten in het losmaken van de deeltjes uit hun rooster — de aantrekkingskrachten worden overwonnen — in plaats van in een hogere temperatuur. Pas als al het ijs gesmolten is, gaat de temperatuur van het water weer omhoog. Bij smelten en verdampen moet je dus energie toevóéren om de deeltjes verder uit elkaar te krijgen; bij stollen en condenseren komt diezelfde energie weer vrij. Hoe sterker de deeltjes elkaar aantrekken, hoe meer energie een faseovergang kost en hoe hoger het smelt- of kookpunt ligt. Let op: bij een faseovergang worden bindingen tússen de deeltjes verbroken, niet de bindingen bínnen de moleculen — daarom is het een natuurkundig proces en geen chemische reactie.

Het constante smelt- of kooktraject geldt alleen voor een zuivere stof; een mengsel gedraagt zich anders en smelt of kookt over een temperatuurbereik in plaats van bij één scherpe temperatuur. Dat is meteen een handige test op zuiverheid, waar we in de laatste paragraaf op terugkomen: hoe scherper het smeltpunt, hoe zuiverder de stof. Ook de druk speelt een rol — op een hoge berg kookt water beneden

100\ ^{\circ}\text{C}

omdat de luchtdruk lager is — maar op het HAVO-examen ga je meestal uit van normale druk. Het faseschema (vast, vloeibaar, gas) en de gedachte dat je met warmte de ordening van deeltjes verandert, gebruik je later opnieuw, bijvoorbeeld bij het scheiden door destilleren en bij het rekenen aan warmte. In de volgende paragraaf kijken we naar de deeltjes zelf: moleculen, atomen en ionen.

Uitgewerkt voorbeeld

Fase bepalen uit smelt- en kookpunt

Bepaal met behulp van de smelt- en kookpunten de fase van zuurstof, water en keukenzout bij kamertemperatuur ( $25\ ^{\circ}\text{C}$ ). Gegeven: zuurstof smelt bij $-219\ ^{\circ}\text{C}$ en kookt bij $-183\ ^{\circ}\text{C}$ ; water smelt bij $0\ ^{\circ}\text{C}$ en kookt bij $100\ ^{\circ}\text{C}$ ; keukenzout smelt bij $801\ ^{\circ}\text{C}$ .

Stap 1 — Zet de regel klaar
Onder het smeltpunt is een stof vast; tussen het smelt- en het kookpunt is ze vloeibaar; boven het kookpunt is ze een gas.
Stap 2 — Zuurstof
$25\ ^{\circ}\text{C}$ ligt boven het kookpunt $-183\ ^{\circ}\text{C}$ , dus zuurstof is bij kamertemperatuur een gas.
Stap 3 — Water
$25\ ^{\circ}\text{C}$ ligt tussen $0\ ^{\circ}\text{C}$ en $100\ ^{\circ}\text{C}$ , dus water is vloeibaar.
Stap 4 — Keukenzout
$25\ ^{\circ}\text{C}$ ligt ver onder het smeltpunt $801\ ^{\circ}\text{C}$ , dus keukenzout is vast.

Resultaat: Bij $25\ ^{\circ}\text{C}$ is zuurstof een gas, water een vloeistof en keukenzout een vaste stof. De ligging van de kamertemperatuur ten opzichte van het smelt- en kookpunt bepaalt de fase.

Veelgemaakte fouten

Denken dat de deeltjes zelf veranderen bij een faseovergang; alleen hun ordening en beweging veranderen — smeltend ijs blijft uit watermoleculen $\ce{H2O}$ bestaan.
Verdampen en koken als iets heel verschillends zien; koken is verdampen door de hele vloeistof heen, bij het kookpunt.
Verwachten dat de temperatuur stijgt terwijl een zuivere stof smelt of kookt; die blijft constant omdat de energie in het verbreken van de aantrekkingskrachten gaat.

Actieve herhaling

Broom heeft een smeltpunt van $-7\ ^{\circ}\text{C}$ en een kookpunt van $59\ ^{\circ}\text{C}$ . In welke fase verkeert broom bij $20\ ^{\circ}\text{C}$ ? Leg daarna uit waarom de temperatuur van een bekerglas met smeltend ijs $0\ ^{\circ}\text{C}$ blijft zolang er nog ijs in zit.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Moleculen, atomen en ionen#

Standaardexamenblad-nl

Structuurformules van water en koolstofdioxide

Afb. 3Links water (H2O): het zuurstofatoom draagt twee vrije elektronenparen en is met twee enkele bindingen verbonden aan de waterstofatomen. Rechts koolstofdioxide (CO2): het koolstofatoom heeft twee dubbele bindingen, O=C=O.

Alle stoffen zijn opgebouwd uit uiterst kleine deeltjes; dat is de kern van het deeltjesmodel. De allerkleinste bouwstenen zijn atomen. Een atoomsoort noemen we een element, en er bestaan iets meer dan honderd verschillende atoomsoorten, elk met een eigen symbool zoals

\ce{H}

(waterstof),

\ce{O}

(zuurstof) en

\ce{C}

(koolstof). Atomen komen zelden los voor; ze zitten meestal aan elkaar gebonden. Zitten enkele atomen samen tot één afzonderlijk deeltje, dan heet dat een molecuul. De molecuulformule vertelt uit welke en hoeveel atomen een molecuul is opgebouwd:

\ce{H2O}

betekent twee waterstofatomen en één zuurstofatoom,

\ce{CO2}

één koolstofatoom en twee zuurstofatomen. Het kleine getal (de index) hoort bij het symbool ervóór. Zo lees je uit een formule direct de bouw van het deeltje af — een vaardigheid die je in de hele scheikunde nodig hebt.

Naast neutrale atomen en moleculen bestaan er geladen deeltjes: ionen. Een ion ontstaat als een atoom (of een groep atomen) elektronen afstaat of opneemt en daardoor niet meer elektrisch neutraal is. Staat een atoom een of meer negatieve elektronen af, dan houdt het een positieve lading over en heet het een positief ion, bijvoorbeeld het natriumion

\ce{Na+}

. Neemt een atoom juist elektronen op, dan wordt het een negatief ion, zoals het chloride-ion

\ce{Cl-}

. De lading schrijf je rechtsboven bij het symbool. Ionen kunnen ook uit meerdere atomen bestaan, zoals het sulfaation

\ce{SO4^2-}

. Ionen zijn belangrijk omdat ze de bouwstenen van zouten zijn en omdat opgeloste ionen een oplossing geleidend maken. Waaróm een bepaald atoom juist een

1+

- of een

1-

-ion vormt, begrijp je pas echt als je naar de elektronen in het atoom kijkt — precies het onderwerp van het volgende hoofdstuk over atoombouw.

Op deeltjesniveau onderscheiden we drie grote soorten stoffen, elk met een eigen bouwsteen. Molecuulstoffen bestaan uit moleculen; tussen die moleculen werken slechts zwakke aantrekkingskrachten, waardoor molecuulstoffen meestal lage smelt- en kookpunten hebben en vaak vloeistof of gas zijn bij kamertemperatuur — water

\ce{H2O}

, koolstofdioxide

\ce{CO2}

en suiker zijn voorbeelden. Zouten bestaan uit positieve en negatieve ionen die in een regelmatig ionrooster aan elkaar vastzitten; die ionbindingen zijn sterk, zodat een zout als keukenzout

\ce{NaCl}

een hoog smeltpunt heeft en bij kamertemperatuur een vast, bros kristal is. Metalen bestaan uit atoomrompen in een rooster met vrij bewegende elektronen ertussen; die vrije elektronen verklaren waarom metalen zoals ijzer

\ce{Fe}

en koper

\ce{Cu}

stroom en warmte goed geleiden en goed vervormbaar zijn. Zo volgen de eigenschappen rechtstreeks uit het type bouwsteen.

Een molecuulformule zoals

\ce{H2O}

vertelt wélke atomen erin zitten, maar niet hóe ze aan elkaar vastzitten; daarvoor gebruik je een structuurformule. Daarin teken je elke binding tussen twee atomen als een streepje, dat staat voor een gedeeld elektronenpaar (een atoombinding). In de figuur zie je links het watermolecuul: het zuurstofatoom in het midden is met twee aparte bindingen verbonden aan twee waterstofatomen, en op de zuurstof staan bovendien twee vrije elektronenparen die niet aan een binding meedoen. Rechts staat koolstofdioxide, waarin het koolstofatoom via twee dubbele bindingen (twee streepjes, dus twee gedeelde paren) aan elk zuurstofatoom vastzit:

\ce{O=C=O}

. Zo'n tekening laat in één oogopslag zien hoeveel bindingen elk atoom heeft — informatie die je nodig hebt om reacties en eigenschappen te begrijpen.

Het onderscheid tussen atomen, moleculen en ionen is de basis waarop de rest van de scheikunde rust. Bij een chemische reactie worden bindingen tussen atomen verbroken en opnieuw gevormd, terwijl de atomen zelf behouden blijven — daarom klopt in een reactievergelijking het aantal atomen van elke soort links en rechts (massabehoud). Of een stof uit moleculen, ionen of metaalatomen bestaat, bepaalt hoe je haar formule opschrijft en hoe ze zich gedraagt: een molecuulstof schrijf je met een molecuulformule, een zout met een verhoudingsformule van ionen. In het volgende hoofdstuk kijken we in het atoom zelf — naar de protonen, neutronen en elektronen — en zie je waarom een natriumatoom juist een

\ce{Na+}

-ion vormt en een chlooratoom een

\ce{Cl-}

-ion. Zo wordt het deeltjesmodel steeds fijnmaziger.

Uitgewerkt voorbeeld

Molecuulformules lezen en stoffen indelen

Bepaal het aantal atomen van elke soort in $\ce{H2SO4}$ en het totaal. Deel vervolgens $\ce{H2O}$ , $\ce{NaCl}$ en $\ce{Cu}$ in als molecuulstof, zout of metaal.

Stap 1 — Lees de indexen af
In $\ce{H2SO4}$ hoort elke index bij het symbool ervóór: $\ce{H2}$ = 2 waterstof, $\ce{S}$ = 1 zwavel, $\ce{O4}$ = 4 zuurstof.
$\ce{H2SO4}:\ 2\ \text{H},\ 1\ \text{S},\ 4\ \text{O}$
Stap 2 — Tel het totaal
Tel de aantallen op: twee plus één plus vier.
$2 + 1 + 4 = 7$
Stap 3 — Deel de stoffen in
$\ce{H2O}$ bestaat uit moleculen, dus een molecuulstof. $\ce{NaCl}$ bestaat uit $\ce{Na+}$ - en $\ce{Cl-}$ -ionen in een rooster, dus een zout. $\ce{Cu}$ bestaat uit metaalatomen met vrije elektronen, dus een metaal.

Resultaat: Zwavelzuur $\ce{H2SO4}$ telt 2 waterstof-, 1 zwavel- en 4 zuurstofatomen, samen 7 atomen. $\ce{H2O}$ is een molecuulstof, $\ce{NaCl}$ een zout en $\ce{Cu}$ een metaal.

Veelgemaakte fouten

De index in een formule bij het verkeerde atoom betrekken; in $\ce{H2O}$ hoort de 2 bij de waterstof, niet bij de zuurstof.
Een atoom en een ion verwarren; een ion heeft elektronen afgestaan of opgenomen en draagt daardoor een lading, terwijl een atoom neutraal is.
Denken dat een zout uit moleculen bestaat; een zout is een ionrooster van positieve en negatieve ionen, geen losse $\ce{NaCl}$ -moleculen.

Actieve herhaling

Geef voor $\ce{H2SO4}$ (zwavelzuur) hoeveel atomen van elke soort in het molecuul zitten en hoeveel atomen in totaal. Deel daarna $\ce{H2O}$ , $\ce{NaCl}$ en $\ce{Cu}$ in als molecuulstof, zout of metaal.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Stofeigenschappen en zuiverheid#

Standaardexamenblad-nl

Kookpunten van enkele zuivere stoffen

Afb. 4De kookpunten van drie zuivere stoffen: ethanol (78 °C) en water (100 °C) zijn molecuulstoffen met lage kookpunten, terwijl het zout keukenzout pas bij 1465 °C kookt doordat de ionen elkaar sterk aantrekken. Elk kookpunt is een kenmerkende eigenschap.

Elke zuivere stof is te herkennen aan een set kenmerkende eigenschappen: eigenschappen die niet afhangen van hoevéél je van de stof hebt, maar alleen van wélke stof het is. De belangrijkste zijn het smeltpunt en het kookpunt, de dichtheid, de kleur, de oplosbaarheid (in bijvoorbeeld water) en het vermogen om elektrische stroom te geleiden. Omdat elke zuivere stof haar eigen combinatie van waarden heeft, werken deze eigenschappen als een soort vingerafdruk: meet je van een onbekende stof het smeltpunt en de dichtheid en zoek je die op in BINAS, dan kun je vaak vaststellen om welke stof het gaat. Kenmerkende eigenschappen staan tegenover niet-kenmerkende eigenschappen zoals de massa, het volume en de vorm, die per monster verschillen en dus niets over de identiteit van de stof zeggen.

Een handige, meetbare kenmerkende eigenschap is de dichtheid: de massa per volume-eenheid. Je berekent haar met

\rho = \dfrac{m}{V}

, waarin

m

de massa en

V

het volume is; een gebruikelijke eenheid is

\text{g/cm}^3

\text{kg/m}^3

. De dichtheid zegt hoe zwaar een stof is „voor haar omvang”: lood heeft een grote dichtheid (

11{,}3\ \text{g/cm}^3

), aluminium een veel kleinere (

2{,}70\ \text{g/cm}^3

) en kurk drijft omdat zijn dichtheid kleiner is dan die van water (

1{,}00\ \text{g/cm}^3

). Omdat de dichtheid een kenmerkende eigenschap is, kun je er stoffen mee herkennen én onderscheiden: twee even grote blokjes met een verschillende massa moeten wel uit verschillende stoffen bestaan. Let bij het rekenen op de eenheden — massa in gram en volume in

\text{cm}^3

geven een dichtheid in

\text{g/cm}^3

Smelt- en kookpunten zijn misschien wel de meest gebruikte kenmerkende eigenschappen, juist omdat ze zo sterk per stof verschillen. In de figuur staan de kookpunten van drie zuivere stoffen naast elkaar: ethanol kookt al bij

78\ ^{\circ}\text{C}

, water bij

100\ ^{\circ}\text{C}

en keukenzout pas bij

1465\ ^{\circ}\text{C}

. Zo'n overzicht laat meteen een patroon zien dat je in de vorige paragrafen al tegenkwam: de molecuulstoffen ethanol en water koken bij lage temperaturen omdat de aantrekkingskrachten tússen de moleculen zwak zijn, terwijl het zout keukenzout een extreem hoog kookpunt heeft doordat de ionen in het rooster elkaar zo sterk aantrekken. Door een gemeten kook- of smeltpunt te vergelijken met de tabelwaarden in BINAS kun je een onbekende stof identificeren, en juist het verschil in kookpunt is de basis van een scheidingsmethode als destilleren.

Het smeltpunt vertelt niet alleen wélke stof je hebt, maar ook hoe zuiver ze is. Een zuivere stof smelt bij één scherpe temperatuur: het hele monster gaat binnen een fractie van een graad van vast naar vloeibaar. Zit er echter een verontreiniging in — een tweede stof, hoe weinig ook — dan smelt het monster niet meer scherp maar over een temperatuurbereik, het smelttraject, en begint het smelten bovendien bij een iets lágere temperatuur. Hoe breder het smelttraject en hoe lager het beginpunt, hoe onzuiverder de stof. Scheikundigen gebruiken dit als een snelle zuiverheidstest: een scherp smeltpunt dat klopt met de tabelwaarde is een sterk teken dat de stof zuiver is. Dezelfde gedachte geldt bij koken; een zuivere vloeistof kookt bij één vaste temperatuur, een mengsel over een bereik. Zo koppelt het smeltgedrag zowel de identiteit als de zuiverheid van een stof aan één meting.

Omdat je in het lab en in de natuur bijna altijd met mengsels werkt, moet je een stof vaak eerst zuiveren voordat je haar kunt gebruiken of onderzoeken. Dat doe je met scheidingsmethoden die elk op een verschil in een kenmerkende eigenschap berusten: filtreren scheidt op deeltjesgrootte (een vaste stof uit een vloeistof), indampen en destilleren op kookpunt (destilleren levert zuiver water uit zout water), extraheren en adsorberen op oplosbaarheid, en centrifugeren op dichtheid. Na het scheiden controleer je de zuiverheid opnieuw, bijvoorbeeld met het smeltpunt. Kenmerkende eigenschappen vormen zo een rode draad: ze dienen om stoffen te herkennen, om hun zuiverheid te beoordelen én om ze te scheiden. In de volgende hoofdstukken bouw je hierop voort, van het rekenen met dichtheid en warmte tot het opstellen van reactievergelijkingen met zuivere stoffen.

\rho = \dfrac{m}{V}

dichtheid

De dichtheid $\rho$ is de massa $m$ per volume $V$ ; ze is een kenmerkende eigenschap. Een gebruikelijke eenheid is $\text{g/cm}^3$ (massa in gram, volume in $\text{cm}^3$ ).

Uitgewerkt voorbeeld

Een stof herkennen aan zijn dichtheid

Een blokje metaal heeft $m = 27{,}0\ \text{g}$ en $V = 10{,}0\ \text{cm}^3$ . Bereken de dichtheid en bepaal welk metaal het waarschijnlijk is. Gegeven: aluminium heeft $\rho = 2{,}70\ \text{g/cm}^3$ .

Stap 1 — Kies de formule
De dichtheid is de massa per volume.
$\rho = \dfrac{m}{V}$
Stap 2 — Vul de getallen in
Vul $m = 27{,}0\ \text{g}$ en $V = 10{,}0\ \text{cm}^3$ in en deel.
$\rho = \dfrac{27{,}0}{10{,}0} = 2{,}70\ \text{g/cm}^3$
Stap 3 — Vergelijk met de tabel
Een dichtheid van $2{,}70\ \text{g/cm}^3$ hoort bij aluminium; het blokje is dus waarschijnlijk aluminium.

Resultaat: De dichtheid is $2{,}70\ \text{g/cm}^3$ , wat overeenkomt met aluminium. Een scherp smeltpunt bij de tabelwaarde ( $660\ ^{\circ}\text{C}$ ) zou bevestigen dat het om zuiver aluminium gaat.

Veelgemaakte fouten

De massa of het volume als kenmerkende eigenschap gebruiken; die verschillen per monster en zeggen niets over welke stof het is — de dichtheid $\rho = \dfrac{m}{V}$ wél.
De eenheden van dichtheid door elkaar halen: $\text{g/cm}^3$ en $\text{kg/m}^3$ verschillen een factor $1000$ .
Denken dat een breed smelttraject betekent dat de stof een hoog smeltpunt heeft; een breed traject wijst op een onzuivere stof, niet op een hoge temperatuur.

Actieve herhaling

Een metalen blokje heeft een massa van $27{,}0\ \text{g}$ en een volume van $10{,}0\ \text{cm}^3$ . Bereken de dichtheid en bepaal met een tabel welk metaal het waarschijnlijk is. Leg daarna uit hoe je met het smeltpunt kunt controleren of het blokje uit een zuivere stof bestaat.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Referenties en bronnen

Bronnen

CvTE / Examenblad

Examenprogramma scheikunde (HAVO)

Bouw van stoffen en deeltjesmodellen

4 Onderdelen~23 min leestijd4 VaardighedenNiveau Basis 2 · Standaard 2

Bouw van stoffen en deeltjesmodellen

Kernpunten

Stoffen classificeren

Kernpunten

Fase bepalen uit smelt- en kookpunt

Kernpunten

Molecuulformules lezen en stoffen indelen

Kernpunten

Een stof herkennen aan zijn dichtheid

Bronnen

Bouw van stoffen en deeltjesmodellen

Kernpunten

Stoffen classificeren

Kernpunten

Fase bepalen uit smelt- en kookpunt

Kernpunten

Molecuulformules lezen en stoffen indelen

Kernpunten

Een stof herkennen aan zijn dichtheid

Bronnen