Thema 1
chemische reacties
intro
Sporten is een belangrijke activiteit waaraan eigenlijk
iedereen zou moeten deelnemen.
Topsporters en hun begeleiders zijn niet alleen op zoek
naar materialen die de prestaties kunnen verbeteren, zoals
kunststoffen (zie module 1), maar houden zich ook bezig
met de juiste sportvoeding. Daarbij is een goed begrip van
de mens als een geheel van cellen, waarin dagelijks duizenden chemische reacties plaatsvinden, van groot belang.
Hoe beter het inzicht in chemische reacties en hoe groter
de kennis van factoren die bepaalde reacties, zoals de celademhaling (zie module 1), positief kunnen beïnvloeden,
hoe beter het dagelijks presteren van de (sportieve) mens.
6
Het menselijk lichaam is een samenhangend geheel van stelsels. Een mens kan bijvoorbeeld
pas deelnemen aan een loopwedstrijd als er via het ademhalingsstelsel voldoende zuurstofgas
aangeleverd wordt en deze belangrijke stof via het bloedvatenstelsel vervoerd wordt naar alle
weefsels, waaronder de spieren. Het zuurstofgas wordt in de cellen gebruikt bij de oxidatie van
glucose om de nodige energie te leveren. De glucose wordt op zijn beurt aangeleverd vanuit
de voeding en het spijsverteringsstelsel.
De kennis van de aard van alle chemische reacties die uiteindelijk uitmonden in bruikbare energie zijn niet alleen van toepassing op het menselijk lichaam. In de niet-levende natuur gebeuren
voortdurend chemische omzettingen die energie opleveren. Zo kan je met twee verschillende
metaalsoorten in een elektrolytoplossing een elektrische stroom opwekken.
In dit thema bekijken we de aard van chemische reacties in detail, met bijzondere aandacht
voor hun energieleverende capaciteit.
In het derde jaar heb je gezien dat een chemische reactie een proces is waarbij bepaalde stoffen
worden omgezet in andere stoffen. Je hebt ook kennisgemaakt met reactievergelijkingen en hoe
je die moet opstellen en interpreteren. Voor de gemakkelijkheid hebben we daarbij steeds gebruikgemaakt van een enkelvoudige reactiepijl. De algemene voorstelling van een reactievergelijking die
je gewoon bent, ziet er zo uit:
A+B→C+D
Daarbij zijn A en B de uitgangsstoffen of reagentia en C en D de reactieproducten.
In dit thema verfijnen we de basiskennis van een chemische reactie en gaan we eerst meer in
detail in op de reactiesnelheid en de factoren die de snelheid van een chemische reactie kunnen
beïnvloeden. Dan introduceren we een nieuwe schrijfwijze voor de reactiepijl, namelijk twee halve
pijlen. Die notatie duidt op een dynamisch evenwicht in heel wat chemische reacties. De klassieke,
enkelvoudige reactiepijl zullen we enkel nog toepassen op aflopende reacties. Vervolgens voeren
we stoichiometrische berekeningen met aflopende reacties uit. Ten slotte bekijken we een aparte
groep van chemische reacties die de nodige elektrische energie opleveren, namelijk de redoxreacties in
batterijen.
1 reactiesnelheid en snelheidsbepalende factoren
van een chemische reactie
1.1 Definitie van reactiesnelheid
Chemische reacties kunnen snel of traag verlopen. Er zijn reacties waarvan de reactiesnelheid erg hoog is (zoals sommige neerslagreacties), en er zijn reacties waarvan de reactiesnelheid erg laag is (zoals het roesten van ijzer). Voor beide reacties is het heel moeilijk de
reactiesnelheid te meten.
Neerslagreactie
Roestend tandwiel
Tussen deze twee uitersten bevinden zich vele andere reacties met makkelijker meetbare
reactiesnelheden.
Het overgrote deel van de noodzakelijke energie (ongeveer 80 %) in onze spieren wordt
geleverd door de oxidatie van glucose tijdens de celademhaling. Geen enkele sportprestatie zou mogelijk zijn als deze reactie te langzaam zou verlopen.
Uit de lessen fysica weten jullie dat de snelheid v van een bewegend voorwerp uitgedrukt
wordt door de afgelegde weg (∆x) te delen door het tijdsverloop (∆t), of v = ∆x/∆t.
In het geval van de snelheid van een chemische reactie zijn we niet geïnteresseerd in de
afstand die de reagerende producten afleggen per tijdseenheid, maar wel in de mate dat
hun hoeveelheid verandert per tijdseenheid.
Laten we kijken naar de hierboven al vermelde reactie waarbij glucose in de spieren geoxideerd wordt, tot er uiteindelijk koolstofdioxide, water en energie vrijkomen.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + E(NERGIE)
Glucose en zuurstofgas zijn de reagerende producten, reagentia of uitgangsstoffen,
koolstofdioxide en water de reactieproducten.
Het aantal moleculen van de reagerende producten neemt af, terwijl het aantal moleculen
van de reactieproducten toeneemt. Hoe vlugger dat gebeurt, hoe sneller de reactie gebeurt en hoe sneller energie vrijgesteld wordt.
Voor de bovenstaande reactie kan je zeggen dat één molecule glucose reageert met zes
moleculen zuurstofgas tot vorming van zes moleculen koolstofdioxide en zes moleculen
water, met vrijstelling van energie.
Je kan ook zeggen dat één mol (moleculen) glucose reageert met zes mol (moleculen)
zuurstofgas tot vorming van zes mol (moleculen) koolstofdioxide en zes mol (moleculen)
water plus energie.
Eén mol deeltjes (moleculen, atomen, ionen …) is gelijk aan 6,02 × 1023 (= constante van
Avogadro) deeltjes (zie lessen chemie in het vierde jaar en zie ook verder bij stoichiometrie).
Deze astronomisch grote eenheid wordt vaak gebruikt om stofhoeveelheden aan te duiden die wij makkelijker kunnen meten. Zo weegt bijvoorbeeld één mol moleculen glucose
7
180 g
180 g; één molecule glucose weegt slechts
. Een gewone weegschaal kan dit
6,02 × 1023
onmogelijk meten.
(1 molecule C6H12O6 + 6 moleculen O2 → 6 moleculen CO2 + 6 moleculen H2O + E)
1 mol C6H12O6
+ 6 mol O2 ↓ × 6,02 × 1023
→ 6 mol CO2
+ 6 mol H2O
+E
Als één mol deeltjes zich bevindt in één liter oplossing (bijvoorbeeld één mol glucose in
één liter water) dan is de concentratie van glucose gelijk aan één mol per liter (1 mol/l).
Je kan dus zeggen dat tijdens de reactie waarbij glucose geoxideerd wordt in de spieren,
de concentratie van glucose en zuurstofgas daalt, terwijl de concentratie van koolstofdioxide en water toeneemt. Hoe sneller dat gebeurt, hoe hoger de reactiesnelheid.
De reactiesnelheid v is gelijk aan de verandering van de concentratie c van reagerende producten en reactieproducten per tijdseenheid, of
v = __
​ ∆c  ​ met als eenheid: mol/l · s
∆t
8
Voor de algemene reactie A + B → C + D, geldt dat de reactiesnelheid:
–∆[A] ___
–∆[B] __
∆[C] __
∆[D]
​ 
v = ___
   
​ = ​ 
   
​ = ​     
​ = ​     
​ 
∆t
∆t
∆t
∆t
De afname van de reagerende producten A en B (met een minteken, omdat de
reactie­snelheid altijd positief uitgedrukt wordt) is gelijk aan de toename van de
reactie­producten C en D.
Vele reacties in het lichaam (ook de oxidatie van glucose) gebeuren met vele tussenstappen, met behulp van enzymen die de reacties vergemakkelijken.
De afname van de concentratie van reagerende producten en de toename van de concentratie van reactieproducten is afhankelijk van de snelheid waarmee de bindingen tussen
de atomen van de reagerende producten verbroken worden om nieuwe bindingen tussen
de reactieproducten te doen ontstaan.
Deze bindingen worden verbroken doordat de moleculen van de reagerende producten
hard genoeg met elkaar botsen en direct daarna nieuwe bindingen doen ontstaan met
vorming van de moleculen van de reactieproducten. Als dat het geval is, spreken we van
een effectieve botsing.
Er is pas sprake van een effectieve botsing als tegelijk aan twee voorwaarden is voldaan:
• de deeltjes (meestal moleculen) van de reagerende producten moeten over voldoende (bewegings)energie of kinetische energie beschikken.
• de botsing moet gebeuren volgens een welbepaalde oriëntatie van deze botsende
deeltjes. Daarmee bedoelen we dat de hoek waarmee ze elkaar benaderen gunstig
moet zijn om aanleiding te geven tot de vorming van nieuwe moleculen.
We kijken even naar de volgende figuren, waarop de reactie te zien is tussen diwaterstof
(H2) en dijood (I2).
Wanneer de deeltjes over voldoende energie beschikken en de oriëntatie goed is, ontstaat
na een effectieve botsing het reactieproduct: de molecule waterstofjodide (HI).
Tijdens elke chemische reactie vinden er voortdurend botsingen plaats tussen de reagerende deeltjes. Ze beschikken echter niet altijd over de nodige energie, en de oriëntatie
van de botsing is ook niet altijd goed. De reagerende deeltjes gaan in dat laatste geval
onveranderd uit elkaar. We spreken van een elastische botsing.
Voor de reactie tussen diwaterstof en dijood krijgen we dan:
9
Een botsing tussen reagerende deeltjes is elastisch als na de botsing de deeltjes onveranderd uit elkaar gaan.
We weten nu wat bedoeld wordt met de snelheid van een chemische reactie, en wat de
algemene voorwaarden zijn om het aantal effectieve botsingen te doen toenemen.
Met deze kennis zal het niet zo moeilijk zijn om de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden, te begrijpen.
1.2 Snelheidsbepalende factoren van een chemische reactie
1.2.1 De mens wil ingrijpen …
Als je de factoren kent die het aantal effectieve botsingen en dus de reactiesnelheid verhogen of verlagen, kan je ook ingrijpen in deze reacties. Zo zijn er reacties die ‘te’ traag
verlopen en versneld mogen worden. Denk maar aan het composteren van groenten en
fruit, of het rijpen van wijn in grote eiken vaten. Andere, ongewenste reacties, zoals het
roesten van ijzer en het bederven van voedsel, vragen een tegenovergestelde maatregel.
In de sport willen we de prestaties verbeteren van atleten, dieren (bv. paarden) en gemotoriseerde voertuigen. Al deze ‘sportbeoefenaars’ hebben één ding gemeen: ze krijgen
hun energie via organische oxidatiereacties. Dat zijn reacties die organische stoffen met
behulp van zuurstofgas uiteindelijk omzetten in koolstofdioxide en water. Zo krijgen levende wezens hun energie voornamelijk via de oxidatie van glucose in de celademhaling
en motoren via de verbranding van aardolieproducten.
De mens wil dus ingrijpen, maar niet zonder de nodige kennis. Daarom onderzoeken we
nu één voor één de factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden:
10
• de concentratie van de reagerende stoffen
• de temperatuur
• de verdelingsgraad
• een katalysator.
1.2.2 Invloed van de concentratie van de reagerende stoffen
demo 1
Doe in een erlenmeyer 20 ml waterstofperoxide (H2O2).
Voeg er een mespuntje MnO2-poeder aan
toe, tot er gasontwikkeling is.
Breng een gloeiende houtspaander in het
reactievat.
Waarneming
Verklaring
Voor een verbranding is er altijd zuurstofgas nodig. De concentratie van het
zuurstofgas in de erlenmeyer was duidelijk hoger dan de concentratie buiten de
erlenmeyer. Dat komt doordat onder invloed van MnO2 het H2O2 ontleedt in H2O
en O2.
...............................................................................................
...............................................................................................
De reactiesnelheid van bovenstaande verbrandingsreactie werd duidelijk verhoogd door
de hogere concentratie aan zuurstofgas.
Hoe hoger de concentratie van een reagerende stof, hoe hoger de reactiesnelheid.
Ook in de spieren gaat tijdens de celademhaling een oxidatiereactie door. Glucose wordt
dan geoxideerd met behulp van zuurstofgas, met vorming van koolstofdioxide, water en
de nodige energie. Hoe hoger de concentratie zuurstofgas in de spieren, hoe beter de
prestaties van de atleet zijn.
Dat kan je zelf aan den lijve ondervinden als je een sportprestatie op zeeniveau (waar de
concentratie aan zuurstofgas het hoogst is) zou herhalen in het hooggebergte (waar de
concentratie aan zuurstofgas het laagst is). In het hooggebergte zal er sneller sprake zijn
van vermoeide en verzuurde spieren. Want hoe lager de concentratie aan zuurstofgas in
de spieren, hoe minder energie vrijkomt, en hoe meer kans op de vorming van melkzuur.
context
In het ziekenhuis wordt vaak aan verzwakte personen extra zuurstofgas toegediend met behulp van een zuurstofmasker, om de
oxidatie van glucose in de cellen te stimuleren. Op die manier wordt
een grotere hoeveelheid energie vrijgemaakt om de minimale
levensprocessen beter te laten functioneren. De patiënt geneest zo
vlugger.
1.2.3 Invloed van de temperatuur
demo 2
Doe in een reageerbuis enkele korrels
zink, en voeg daarbij een weinig HCl-oplossing met een concentratie van ongeveer 1 mol/liter.
Doe in een tweede proefbuis evenveel
zink, maar voeg deze keer een verwarmde
HCl-oplossing toe.
11
Verklaring
Je weet al uit het derde jaar dat moleculen, onder invloed van een hogere
temperatuur, sneller bewegen. Door die
snellere beweging stijgt de kans op het
aantal effectieve botsingen, en dus ook
de reactie­snelheid.
Waarneming
...............................................................................................
...............................................................................................
We kunnen gerust stellen dat een verbrandingsreactie (bv. in de spieren) zelf de temperatuur opdrijft, waardoor de reactiesnelheid van de celademhaling verhoogt. Dat levert op
zijn beurt een snellere sportprestatie op.
Dat effect mag echter niet overdreven worden, want de lichaamstemperatuur moet rond
de 37 °C blijven om alle enzymen nog optimaal te laten functioneren; dat betekent dus
ook de enzymen van de celademhaling zelf. Het lichaam zal daarom heel snel warmte afstaan door de verdamping van zweet.
Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de reactiesnelheid.
context
Het lichaam kan in bepaalde gevallen zorgen voor een lichte verhoging van de lichaamstemperatuur. In het geval van ziekte zorgt
koorts ervoor dat het metabolisme iets sneller verloopt. Op die
manier worden bacteriën en virussen sneller door het immuunsysteem opgeruimd.
1.2.4 Invloed van de verdelingsgraad
demo 3
Breng achtereenvolgens een ijzeren spijker, staalwol en ijzerpoeder in de vlam
van een bunsenbrander.
12
Tip: bevestig de bunsenbrander aan een
statief op een halve meter hoogte, zodat
de schouw evenwijdig gemonteerd staat
met de tafel. Op die manier is het veiliger om fijn verdeelde stoffen zoals ijzer­
poeder in de vlam te brengen.
Waarneming
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
Verklaring
Het ijzerpoeder is het fijnst verdeeld en
verbrandt het vlugst.
Dat heeft te maken met het contactoppervlak van de reagerende stof: hoe groter dat oppervlak, hoe meer deeltjes tegelijk in reactie gaan.
Denk bijvoorbeeld aan het oplossen van suiker in koffie. Wat zal sneller oplossen: een
klontje of eenzelfde hoeveelheid losse kristalsuiker?
.............................................................................................................................................................................................................
Hoe fijner een reagerende stof verdeeld is (dus hoe hoger de verdelingsgraad), hoe
hoger de reactiesnelheid.
We zien deze snelheidsbepalende factor terugkomen in veel verbrandingsreacties. Zo
wordt in motoren fijn verstoven benzine geïnjecteerd in de cilinder.
Om de spierarbeid te optimaliseren, wordt aangeraden om energierijke voeding zoals glucose op te nemen. Hoe fijner de glucose
verdeeld is in het voedingsmiddel, hoe beter.
In energierijke dranken is glucose opgelost, en dus veel fijner verdeeld
dan in energie­repen. De concentratie aan glucose is echter ook belangrijk, en die is voor eenzelfde massa hoger in vaste vorm.
Op een energiereep moet je wel goed kauwen, zodat de verdelingsgraad toeneemt. Dat geldt trouwens voor al het voedsel dat we
innemen. Hoe groter de ingeslikte voedselbrokken, hoe minder
energie ze leveren, en hoe sneller je opnieuw honger krijgt.
1.2.5 Invloed van een katalysator
demo 4
Doe wat glucosepoeder in een porseleinen schaaltje en steek dat in brand met
een bunsenbrander.
Doe hetzelfde, maar meng nu het glucosepoeder met evenveel sigarettenas.
Waarneming
...............................................................................................
Verklaring
Sigarettenas is een voorbeeld van een
katalysator: het versnelt de reactie, maar
wordt onveranderd teruggevonden na
de reactie. Voor sigarettenas is dit duidelijk, want het kan zelf niet meer omgezet worden; as is het eindproduct van
een verbranding. Toch kan het een andere
stof sneller doen ontvlammen.
Een katalysator is een stof die de reactiesnelheid verhoogt, maar aan het eind van de
reactie onveranderd teruggevonden wordt.
Elke reactie heeft aan het begin een bepaalde hoeveelheid energie nodig om op te starten. Het aantal effectieve botsingen tussen de deeltjes van de reagerende stoffen wordt
immers bepaald door de bewegingsenergie van de botsende deeltjes.
De deeltjes beschikken sowieso over een bepaalde hoeveelheid bewegingsenergie of
kinetische energie (= gemiddelde kinetische energie). Dat kan voldoende zijn om de
reactie te doen opstarten. Als dat niet voldoende is, moet er een dosis energie toegevoegd worden tot het juiste peil bereikt is (= minimumenergie).
Het verschil tussen de al aanwezige kinetische energie en de minimumenergie die bereikt
moet worden om de reactie te laten doorgaan, noemen we de activeringsenergie (Ea) van
de reactie.
Activeringsenergie kan je dus bekijken als het spreekwoordelijke
‘duwtje in de rug’, dat chemische reacties nodig hebben om op te
starten. Zo vragen de meeste verbrandingsreacties van aardolieproducten (steenkool, aardolie en aardgas) een startschot.
Aardgas is wel een heel brandbare stof, toch zal de ontbranding niet spontaan
gebeuren en is er een vonk nodig om de reactie op te starten.
Hoe meer energie van buitenuit moet toegevoegd worden, hoe langer het zal duren
vooraleer een bepaalde reactie zal doorgaan.
Katalysatoren volgen een andere reactieweg,
met een lagere activeringsenergie.
energie
Ea,z
Ea,k
reagentia
Ook het MnO2 uit de reactie met H2O2 (zie demoproef 1) is een katalysator. Het verhoogt
de snelheid waarmee H2O2 ontleedt en wordt
na de reactie onveranderd teruggevonden.
producten
tijd
Ea,z: activeringsenergie zonder katalysator
Ea,k: activeringsenergie met katalysator
13
In het lichaam spelen enzymen de rol van katalysatoren. We noemen ze daarom biokatalysatoren. (Zie ook Natuurwetenschappen GO! - deel 1.)
In demoproef 4 werd glucose geoxideerd onder invloed van een temperatuur van
enkele honderden graden. In het lichaam gebeurt de oxidatie van glucose tijdens de
celademhaling dankzij enzymen aan de lichaamstemperatuur (37 °C).
Enzymen zijn grote eiwitmoleculen met een complexe bouw. Elk enzym beïnvloedt de
reactiesnelheid van één welbepaalde biochemische reactie, omdat elk enzym een actief
centrum bezit waarin één welbepaalde molecule past (= het substraat). Die molecule past
als het ware als een sleutel in een slot. In het voorbeeld hieronder wordt het substraat
maltose door het enzym maltase omgezet in twee moleculen glucose. De reactiesnelheid wordt verhoogd (omdat de activeringsenergie verlaagd wordt) wanneer substraat
en enzym met elkaar binden en na de reactie blijft het enzym onveranderd, klaar voor de
volgende omzetting.
reactieproducten
substraat
enzym
sleutel = substraat
actief centrum
slot = enzym
correcte pasvorm
actief centrum in
de correcte positie
14
reactie
zal volgen
Een substraat past op het
actief centrum van een
enzym als een sleutel in
een slot.
Definitie van reactiesnelheid
• De reactiesnelheid v is gelijk aan de verandering van de concentratie c van reagerende
producten en reactieproducten per tijdseenheid, of
∆c  met als eenheid: mol/l · s
v = __
∆t
Voor de algemene reactie A + B → C + D, geldt dat de reactiesnelheid:
v=
-∆[A] -∆[B] -∆[C] -∆[D]
=
=
=
∆t
∆t
∆t
∆t
De afname van de reagerende producten A en B (met een minteken, omdat de reactiesnelheid altijd positief uitgedrukt wordt) is gelijk aan de toename van de reactieproducten C en D.
• Een botsing is effectief als tegelijk aan twee voorwaarden is voldaan:
1 de deeltjes (meestal moleculen) van de reagerende producten moeten over voldoende (bewegings)energie of kinetische energie beschikken.
2 de botsing moet gebeuren volgens een welbepaalde oriëntatie van deze botsende
deeltjes. Daarmee bedoelen we dat de hoek waarmee ze elkaar benaderen gunstig
moet zijn om aanleiding te geven tot de vorming van nieuwe moleculen.
• Een botsing tussen reagerende deeltjes is elastisch als na de botsing de deeltjes onveranderd uit elkaar gaan.
Snelheidsbepalende factoren van een chemische reactie
• Hoe hoger de concentratie van een reagerende stof, hoe hoger de reactiesnelheid.
• Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de reactiesnelheid.
• Hoe fijner een reagerende stof verdeeld is (dus hoe hoger de verdelingsgraad), hoe
hoger de reactiesnelheid.
• Een katalysator is een stof die de reactiesnelheid verhoogt, maar aan het eind van de
reactie onveranderd teruggevonden wordt.
2 evenwichtsreacties en factoren die de ligging van
het evenwicht beïnvloeden
2.1 Omkeerbare reacties
Zuurstofgas wordt als volgt doorheen het lichaam getransporteerd: het bindt ter hoogte
van de longen op de hemoglobine van de rode bloedcellen, en het komt los van de hemoglobine ter hoogte van de weefsels. Daar wordt het gebruikt voor de verbranding van
energierijke stoffen zoals suikers. In dit onderdeel gaan we dieper in op deze heen-enweerreactie.
Elke hemoglobinemolecule bestaat uit twee alfaketens en twee bèta-ketens. Dit zijn in totaal vier
eiwitketens met een tertiaire structuur (zie module 1).
Elke keten bevat een heemgroep met in het midden
daarvan een ijzeratoom (eigenlijk een Fe2+-ion gebonden aan 4 N-atomen).
Op de afbeelding hiernaast zie je duidelijk de opgevouwen eiwitketens met de vier heemgroepen. Het
ijzerion is voorgesteld door een bolletje.
Hemoglobine
Elke zuurstofgasmolecule bindt ter hoogte van de longen aan één ijzeratoom van de hemoglobine. Elke hemoglobinemolecule (Hb) kan dus aan ................ zuurstofgasmoleculen
binden als volgt:
…. O2 + Hb → Hb(O2)4
De reagerende stoffen of uitgangsstoffen voor deze reactie zijn zuurstofgas en hemoglobine, het reactieproduct is hemoglobine met daaraan vier zuurstofgasmoleculen gebonden; men spreekt ook wel van oxyhemoglobine. Oxyhemoglobine heeft een lichtrode
kleur en bevindt zich in bloedvaten met zuurstofrijk bloed.
De hemoglobine is dus een transportmolecule voor het zuurstofgas. Ter hoogte van
de weefsels komt het zuurstofgas opnieuw vrij van de hemoglobine via de omgekeerde
reactie van hierboven.
.......................... → .................. + .................
De hemoglobine is nu niet meer gebonden aan het zuurstofgas. Men noemt deze ‘vrije’
hemoglobine ook wel deoxyhemoglobine (‘deoxy’ betekent letterlijk ‘zonder zuurstof’).
Deoxyhemoglobine geeft het zuurstofarm bloed een dieprode kleur. Het wordt door de
rode bloedcellen terug naar de longen vervoerd om opnieuw zuurstofgas op te halen.
De reactie gaat dus heen en weer. Men noemt zo’n reactie omkeerbaar en we schrijven
ze als volgt op:
4 O2 + Hb ⇄ Hb(O2)4
Omkeerbare reacties zijn reacties waarbij de reactieproducten opnieuw omgezet
kunnen worden in de uitgangsstoffen.
15
2.2 Evenwichtsreacties
In de praktijk kan bijna elke reactie omgekeerd worden. De terugreactie (reactieproducten → uitgangsstoffen) gebeurt dan vaak bij een andere temperatuur dan de heen­reactie
(uitgangsstoffen → reactieproducten).
Bijvoorbeeld:
2 Hg + O2 → 2 HgO : temperatuur beneden de 400 °C.
2 HgO → 2 Hg + O2 ↑ : temperatuur boven de 400 °C.
In het volgende voorbeeld verlopen de heen- en de terugreactie onder eenzelfde temperatuur:
H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g) : temperatuur = 400 °C.
2 HI (g) → H2 (g) + I2 (g): temperatuur = 400 °C.
Blijkbaar kunnen de gasmoleculen bij 400 °C zowel in de heenreactie als in de terugreactie
effectief met elkaar botsen.
In het reactievat komen dus zowel de uitgangsstoffen als de reactieproducten naast elkaar voor. Dat is experimenteel bevestigd: men heeft beide reacties laten doorgaan in
aparte reactievaten en telkens paarse dampen dijood waargenomen naast zure dampen
waterstofjodide. Er ontstaat een evenwichtsmengsel.
De reactie noemt men een evenwichtsreactie en noteert men als volgt, met twee halve
pijlen boven elkaar:
16
H2 (g) + I2 (g) ⇋ 2 HI (g)
Tijdens de heenreactie reageren de gassen diwaterstof en dijood met een bepaalde
reactiesnelheid (zie hoofdstuk 1 van dit thema) tot vorming van het gas waterstofjodide.
Tezelfdertijd reageert waterstofjodide tijdens de terugreactie tot diwaterstof en dijood
en dit met dezelfde reactiesnelheid.
Er worden in hetzelfde tijdsinterval dus evenveel moleculen van dijood en diwaterstof
omgezet in moleculen van waterstofjodide als er moleculen waterstofjodide ontbinden
in dijood en diwaterstof. De concentraties van de reagerende stoffen en van de reactieproducten worden dus door continue reacties constant gehouden. Het evenwicht is met
andere woorden dynamisch.
Een evenwichtsreactie A + B ⇋ C + D leidt tot een toestand waarbij de reactieproducten (C en D) in evenwicht verkeren met de uitgangsstoffen (A en B).
Als er in hetzelfde tijdsinterval evenveel deeltjes (moleculen, ionen …) van de
uitgangsstoffen omgezet worden in reactieproducten, als er opnieuw gevormd
worden door de omgekeerde reactie, spreekt men van een reactie-evenwicht. Dit
is een dynamisch evenwicht, omdat de reactie in beide richtingen blijft doorgaan.
De omkeerbare reactie waarbij zuurstofgas ter hoogte van de longen bindt op hemoglobine en weer vrijkomt van de hemoglobine ter hoogte van de weefsels, verkeert ook in
evenwicht. Zolang er geen factoren zijn die het evenwicht verstoren (zie verder), blijven
de concentraties van zuurstofgas, hemoglobine en oxyhemoglobine constant.
4 O2 + Hb ⇋ Hb(O2)4
Let op: evenwicht betekent in geen geval dat er evenveel uitgangsstoffen als reactieproducten aanwezig zijn. Dit kan men vergelijken met de bevolking van twee landen, bv.
Frankrijk en België. Als er per dag 10 000 mensen de grens oversteken naar Frankrijk en
evenveel naar België, dan is er een dynamisch evenwicht. Dit betekent geenszins dat er in
beide landen evenveel mensen wonen.
Een evenwichtsmengsel in dynamisch evenwicht bevat dus niet noodzakelijk evenveel
uitgangsstoffen als reactieproducten. De concentraties van uitgangsstoffen en reactieproducten verschillen dus meestal van elkaar, maar ze blijven constant zolang het evenwicht niet verandert.
Als na het instellen van het reactie-evenwicht, de concentratie van reactieproducten
(rechts van de reactiepijlen) hoger is dan die van de uitgangsstoffen (links van de reactiepijlen) dan zegt men dat het evenwicht rechts ligt. Indien de concentratie van de uitgangsstoffen hoger is dan die van de reactieproducten, ligt het evenwicht links.
• Het evenwicht ligt rechts: A + B ⇋ C + D
• Het evenwicht ligt links: A + B ⇋ C + D
2.3 Verschuiving van het evenwicht in een evenwichtsreactie
Vaak wil men om economische redenen een grotere opbrengst hebben van een bepaalde
stof. Als na het instellen van een dynamisch evenwicht de concentratie van een bepaald
reactieproduct te laag uitvalt, kan men dat evenwicht doen verschuiven, waardoor meer
van dat reactieproduct gevormd wordt.
In dat geval worden dus meer uitgangsstoffen omgezet in reactieproducten dan omgekeerd. Het dynamisch evenwicht is dan verstoord en er gebeurt een verschuiving van het
evenwicht naar rechts. Dit wordt op de volgende manier algemeen voorgesteld:
A + B C+D
Als er meer reactieproducten in uitgangsstoffen omgezet worden dan omgekeerd,
gebeurt een evenwichtsverschuiving naar links:
A + B C + D
De factoren die zorgen voor een verschuiving van het evenwicht worden later in dit
onderdeel besproken.
De hemoglobine-evenwichtsreactie is een evenwichtsreactie die voortdurend verschuivingen van het evenwicht ondergaat:
• Ter hoogte van de longen ligt het evenwicht naar rechts:
4 O2 + Hb Hb(O2)4
• Ter hoogte van de weefsels ligt het evenwicht naar links:
4 O2 + Hb Hb(O2)4
Bovendien bindt naast zuurstofgas, in beperkte mate, ook koolstofdioxide op de hemoglobine. Bij de oxidatie van suikers met zuurstofgas in de weefsels komen immers naast
de noodzakelijke energie ook water en koolstofdioxide vrij.
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + E(NERGIE)
Als we de hemoglobine-evenwichtsreactie correcter willen noteren, dan moeten we dus
rekening houden met het volledige O2/CO2-systeem van het lichaam dat bestaat uit twee
gekoppelde evenwichtsreacties (één voor O2 en één voor CO2) en dat bovendien op twee
verschillende locaties (in de longen en in de weefsels) gebeurt.
Om de zaken niet nodeloos ingewikkeld te maken, schrijven we de hemoglobineevenwichtsreactie als volgt:
4 O2 + Hb ⇋ Hb(O2)4
We houden dus enkel rekening met zuurstofgas, hemoglobine en oxyhemoglobine, die
in een dynamisch evenwicht verkeren zolang er geen factoren zijn die dat evenwicht
verstoren.
17
2.4 Aflopende reacties
Stel nu – dit is pure fictie – dat alle zuurstofgasmoleculen gebonden zouden blijven aan
de hemoglobinemoleculen en dat de oxyhemoglobinemoleculen bijvoorbeeld neerslaan,
dan zou deze reactie blijven doorgaan tot al het aanwezige zuurstofgas en alle hemoglobine opgebruikt is.
We geven nu enkele reële voorbeelden van dergelijke reacties:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ↑
Ba2+ + SO42– → BaSO4 ↓
Bij de eerste reactie staat er naast het waterstofgas een pijltje naar boven. Dat betekent
dat het gas ontwijkt en dus niet meer aangewend kan worden voor de omgekeerde reactie. Hetzelfde geldt voor de tweede reactie, waarbij het pijltje naar beneden duidt op
een neerslagreactie. Beide reacties blijven net zolang doorgaan tot de voorraad van ten
minste één van de uitgangsstoffen opgebruikt is; het zijn aflopende reacties.
Een reactie waarbij een reactieproduct continu aan het reagerend mengsel onttrokken wordt en waarbij er een neerslag (aangeduid met ↓) of een gas (aangeduid met ↑)
gevormd wordt, noemt men een aflopende reactie.
18
Aan het einde van dit onderdeel gaan we met die aflopende reacties aan de slag om een
aantal stoichiometrische berekeningen te doen. Nu kijken we eerst naar factoren die het
dynamisch evenwicht van een evenwichtsreactie kunnen verstoren en het evenwicht
naar links of naar rechts kunnen doen verschuiven.
2.5 Factoren die het dynamisch evenwicht in een evenwichts­reactie
beïnvloeden
2.5.1 Invloed van concentratieverandering op het chemisch evenwicht
Toevoegen van reagentia
Je hebt wel al eens gehoord van hoogtestages. Voor veel
sporters is dit nog altijd een veel gebruikte manier om het
hemoglobinegehalte in hun bloed te verhogen. De atleten
vertrekken dan voor een bepaalde periode naar een gebied
op grote hoogte (bv. op 3000 m) om er te trainen voor een
belangrijk toernooi. Op die hoogte is de concentratie aan
zuurstofgas lager dan op zeeniveau waardoor inspanningen
zwaarder worden.
Als reactie hierop gebeurt in het lichaam iets merkwaardigs: door de nieren wordt meer
van het hormoon erytropoëtine (ook wel epo genoemd) vrijgesteld, dat de aanmaak van
rode bloedcellen stimuleert en dus ook het hemoglobinegehalte doet stijgen*. Bij een
lagere zuurstofgasconcentratie is de normale aanmaak van oxyhemoglobine dus verzekerd. Het evenwicht verschuift ter hoogte van de longen naar rechts zodat de concentratie van oxyhemoglobine verhoogt:
4 O2 + Hb Hb(O2)4
* De reagentia of reactieproducten, die door hun hogere concentratie de oorzaak zijn van een
evenwichtsverschuiving, zijn vetgedrukt.
Op die manier kan er, wanneer wenselijk, door de omgekeerde reactie bij de lagere concentratie zuurstofgas toch voldoende zuurstofgas vrijgesteld worden in de spieren.
Het evenwicht verschuift daar naar links, want de concentratie van oxyhemoglobine
is hoger.
4 O2 + Hb Hb(O2)4
Als de atleet na het verblijf in de bergen weer afdaalt naar zeeniveau, waar de zuurstofgasconcentratie opnieuw hoger is, heeft hij of zij nog steeds een overschot aan rode
bloedcellen en dus ook een overschot aan hemoglobinemoleculen. Hierdoor verhoogt de
capaciteit om oxyhemoglobine aan te maken nog meer en is de sporter in staat om een
hogere en vooral langere inspanning te leveren. Het evenwicht verschuift opnieuw naar
rechts ter hoogte van de longen met een nog hogere concentratie van oxyhemo­globine
tot gevolg:
4 O2 + Hb Hb(O2)4
En opnieuw naar links ter hoogte van de spieren:
4 O2 + Hb Hb(O2)4
Deze keer wordt meer zuurstofgas dan normaal vrijgegeven ter hoogte van de spieren:
het effect van een hoogtestage heeft zijn doel bereikt.
Dat effect is natuurlijk niet blijvend: het verdwijnt na een aantal weken. Het hemoglobinegehalte komt dan weer op het normale niveau terecht, waardoor het oorspronkelijke
dynamisch evenwicht hersteld wordt.
Zoals gezegd is de hemoglobine-evenwichtsreactie een evenwichtsreactie die voortdurend verschuivingen van het evenwicht ondergaat:
• Ter hoogte van de longen ligt het evenwicht naar rechts:
4O2 + Hb Hb(O2)4
In de longen is er immers steeds een hogere concentratie zuurstofgas.
• Ter hoogte van de weefsels ligt het evenwicht naar links:
4O2 + Hb Hb(O2)4
In de weefsels is er een voortdurend zuurstoftekort vanwege de energieleverende
oxidatiereacties.
Samengevat geeft dat voor de hemoglobinereactie:
• Als [O2] hoger is (bv. in de longen) en/of [Hb] stijgt (door bijvoorbeeld aanmaak van meer
rode bloedcellen), dan verschuift het evenwicht naar rechts.
• Als [O2] lager is (bv. in de weefsels) en/of [Hb] daalt, dan verschuift het evenwicht naar
links: er komt meer zuurstofgas voor de weefsels vrij.
Als men aan een evenwichtsmengsel één van de uitgangsstoffen toevoegt, dan verschuift het evenwicht naar rechts. Als men één van de uitgangsstoffen onttrekt, dan
verschuift het evenwicht naar links. Het omgekeerde geldt voor de reactie­producten.
19
Verdunning van een oplossing
Hierboven hebben we het gehad over de verschuiving van het evenwicht als er één van de
reagentia of reactieproducten wordt vermeerderd of verminderd. Nu bestuderen we het
effect bij een volledige verdunning van het evenwichtsmengsel.
demo 5
Doe geconcentreerd azijnzuur in een
brede beker van 250 ml tot een hoogte
van ongeveer 0,5 cm. Maak zelf een geleidingsmeter* en dompel die in de vloeistof terwijl er al roerend water aan toegevoegd wordt.
Waarneming
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
Verklaring
Het geleidingsvermogen van de vloeistof
is verhoogd door de hogere productie van
ionen, als volgt:
CH3COOH 1 deeltje
H+ + CH3COO–
2 deeltjes
Als de vloeistof verdund wordt, dan verschuift het evenwicht naar de kant met
het grootste aantal deeltjes.
20
*
Een geleidingsmeter bestaat uit een verbinding van een batterij (4,5 V of 9 V) met een ampèremeter en eventueel
met een lampje. De verbinding van koperdraad is onderbroken. De twee losse uiteinden van de koperdraad noemt
men respectievelijk de negatieve en de positieve elektrode. De elektroden worden, ongeveer een centimeter van
elkaar verwijderd, in de te onderzoeken vloeistof gebracht om het geleidingsvermogen daarvan te testen. Indien
de vloeistof de elektrische stroom geleidt, brandt het lampje en is er een uitwijking te zien op de ampèremeter.
Hoe hoger de uitwijking, hoe beter het geleidingsvermogen van de vloeistof.
Algemeen geldt dat als er bij een evenwichtsmengsel in oplossing oplosmiddel (bv.
water) toegevoegd wordt (verdunning of verlaging van de concentratie), het evenwicht verschuift naar de kant met het grootste aantal deeltjes. Omgekeerd geldt
dat als er oplosmiddel onttrokken wordt aan het evenwichtsmengsel (bv. door verdamping), het evenwicht verschuift naar de kant van het kleinste aantal deeltjes.
Bij gasmengsels in evenwicht geldt hetzelfde principe: als men de druk op een gasmengsel doet afnemen (= volumevergroting), dan verschuift het evenwicht naar de kant van
het grootste aantal deeltjes, en omgekeerd.
2.5.2 Invloed van de temperatuur op het chemisch evenwicht
demo 6
Vul een reageerbuis met kalkhoudend
kraantjeswater en verwarm de inhoud enkele minuten tot het kookpunt. Doe hetzelfde met gedemineraliseerd water.
endotherm
(neemt warmte op)
exotherm
(geeft warmte af)
Waarneming
Endotherm betekent letterlijk ‘warmte
opnemen’; exotherm betekent ‘warmte
afgeven’. De bovenstaande reactie naar
rechts neemt dus warmte op en de reactie naar links geeft warmte af.
Als de oplossing met de reactie in evenwicht opwarmt, ontstaat er een lichte
troebeling door de aanwezigheid van
CaCO3 dat neerslaat. Dat betekent dat het
evenwicht na verwarming verschoven is
naar rechts of naar de kant die warmte
opneemt.
Gedemineraliseerd water bevat geen
calciumionen dus verwarming doet geen
enkele troebeling ontstaan.
...............................................................................................
...............................................................................................
...............................................................................................
Verklaring
Kraantjeswater bevat onder andere
calcium­ionen (Ca2+) en waterstofcarbonaat­
ionen (HC​O​–3​ ​) in oplossing die in de volgende evenwichtsreactie verkeren:
Ca2+ + 2 HC​O–3​ ​ ​ ⇋ CO2 + H2O + CaCO3
Afkoeling van het kraantjeswater doet de troebeling verdwijnen. In het algemeen wordt
de exotherme reactie bevorderd door afkoeling want de ontstane warmte kan zo beter afgevoerd worden. Het omgekeerde geldt voor de endotherme reactie, waar extra warmte­
toevoer essentieel is.
Als een evenwichtsmengsel opwarmt, dan verschuift het evenwicht naar de endotherme kant (de kant die warmte opneemt). Als een evenwichtsmengsel afkoelt dan
verschuift het evenwicht naar de exotherme kant (de kant die warmte afstaat).
context
Iedereen kent de kalkneerslag op huishoudtoestellen. De bovenstaande
reactie verklaart waarom die voorkomt. In kalkhoudend kraantjeswater zijn onder andere calciumionen en waterstofcarbonaationen
opgelost. Als de temperatuur van het water door het toestel in kwestie
verhoogd wordt, slaat calciumcarbonaat neer omdat de reactie naar
rechts (endotherme kant) verloopt.
Gedemineraliseerd water gebruiken, bijvoorbeeld tijdens het strijken,
kan een oplossing bieden.
Wanneer de temperatuur in het lichaam plaatselijk stijgt, bijvoorbeeld tijdens een hevige
inspanning ter hoogte van de (spier)weefsels, verschuift de hemoglobine-evenwichts­
reactie naar links of naar de endotherme kant:
exotherm
4 O2 + Hb Hb(O2)4
endotherm
Hierdoor wordt meer zuurstofgas vrijgesteld aan de weefsels die door de grote inspanning zuurstofgas verloren zijn.
21
2.5.3 Wet van Le Chatelier en van ’t Hoff
Alle waargenomen verschuivingen van het evenwicht in evenwichtsreacties, beïnvloed
door de verschillende factoren (concentratieverandering en temperatuurverandering), lijken te wijzen in één richting:
Als men op een systeem in evenwicht een ‘dwang’ uitoefent (stof toevoegen of
onttrekken, verwarmen of afkoelen), dan verschuift het evenwicht zodanig dat die
dwang zo weinig mogelijk tot uiting komt.
Dit noemt men ook wel het principe van Le Chatelier en van ’t Hoff of dat van de kleinste
dwang.
Het chemisch evenwicht wil dus zoveel mogelijk de oorspronkelijke situatie in stand houden.
2.5.4 Invloed van een katalysator op het evenwicht
Zoals gezegd, bevordert een katalysator de reactiesnelheid. Bij een evenwichtsmengsel
gebeurt dat voor beide richtingen, zodat er geen evenwichtsverschuivingen optreden.
Het evenwicht wordt wel sneller bereikt, maar het evenwichtsmengsel heeft dezelfde
samenstelling als zonder katalysator.
22
Een katalysator heeft geen invloed op de ligging van een chemisch evenwicht.
• Omkeerbare reacties zijn reacties waarbij de reactieproducten opnieuw omgezet kun-
nen worden in de uitgangsstoffen.
• Een evenwichtsreactie A + B ⇋ C + D leidt tot een toestand waarbij de reactieproducten (C en D) in evenwicht verkeren met de uitgangsstoffen (A en B).
Als er in hetzelfde tijdsinterval evenveel deeltjes (moleculen, ionen …) van de uitgangsstoffen omgezet worden in reactieproducten, als er opnieuw gevormd worden door
de omgekeerde reactie, spreekt men van een reactie-evenwicht. Dit is een dynamisch
evenwicht, omdat de reactie in beide richtingen blijft doorgaan.
• Een reactie waarbij een reactieproduct continu aan het reagerend mengsel onttrokken
wordt en waarbij er een neerslag (aangeduid met ↓) of een gas (aangeduid met ↑) gevormd wordt, noemt men een aflopende reactie.
Factoren die het dynamisch evenwicht in een evenwichtsreactie beïnvloeden
• Als men aan een evenwichtsmengsel één van de uitgangsstoffen toevoegt, dan verschuift het evenwicht naar rechts. Als men één van de uitgangsstoffen onttrekt, dan
verschuift het evenwicht naar links. Het omgekeerde geldt voor de reactieproducten.
• Als er bij een evenwichtsmengsel in oplossing oplosmiddel (bv. water) toegevoegd
wordt (verdunning of verlaging van de concentratie), dan verschuift het evenwicht
naar de kant met het grootste aantal deeltjes. Omgekeerd geldt dat als er oplosmiddel
onttrokken wordt aan het evenwichtsmengsel (bv. door verdamping), het evenwicht
verschuift naar de kant van het kleinste aantal deeltjes.
• Als een evenwichtsmengsel opwarmt, dan verschuift het evenwicht naar de endotherme
kant (de kant die warmte opneemt). Als een evenwichtsmengsel afkoelt, dan verschuift
het evenwicht naar de exotherme kant (de kant die warmte afstaat).
Wet
van Le Chatelier en van ’t Hoff: Als men op een systeem in evenwicht een ‘dwang’
•
uitoefent (stof toevoegen of onttrekken, verwarmen of afkoelen), dan verschuift het
evenwicht zodanig dat die dwang zo weinig mogelijk tot uiting komt.
• Een katalysator heeft geen invloed op de ligging van een chemisch evenwicht.
3 stoichiometrische berekeningen met aflopende
reacties
Nog even herhalen: een reactie is aflopend als de reactieproducten gassen zijn die ontwijken of vaste stoffen zijn die een neerslag vormen. In beide gevallen wordt ten minste één
van de reagerende producten opgebruikt en is een omgekeerde reactie dus uitgesloten.
Hierboven heb je kennisgemaakt met de volgende voorbeeldreactie:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ↑
In dit onderdeel zullen we via berekeningen te weten komen hoeveel reagerende producten nodig zijn om een bepaalde hoeveelheid reactieproducten te verkrijgen en in welke
verhouding ze het best reageren.
Voor we die berekeningen kunnen uitvoeren, herhalen we een aantal centrale begrippen
en een aantal chemische wetten.
3.1 Herhaling: wetten bij een chemische reactie
Wet van Lavoisier
We weten dat chemisch reageren in feite niets anders is dan het
herschikken van atomen. Bij een reactie ontstaat geen enkel nieuw
atoom, maar er verdwijnt ook geen. De totale massa van de betrokken stoffen voor en na de reactie is dan ook gelijk.
Na tal van experimenten formuleerde Lavoisier zijn ‘wet van behoud van massa’, beter
bekend als de ‘wet van Lavoisier’:
Bij een reactie in een afgesloten ruimte blijft de totale massa van de betrokken stoffen ongewijzigd.
Stel dat je dit zou toepassen op de reactievergelijking van hierboven:
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ↑
Hoeveel gram reactieproducten (zinkchloride en diwaterstof) worden gevormd als je weet dat de reagerende producten (zink en waterstofchloride) een massa hadden van 2 g?
..............................................................................................................................................................
DAVID
Portret van Antoine Laurent en Marie-Anne Lavoisier (1788)
Wie was Lavoisier? Je komt het te weten op: http://natuurwetenschappengo.deboeck.com.
23
Wet van Proust
Pas de wet van Lavoisier toe op volgende reactie:
1,75 g ijzervijlsel reageert met 1,00 g zwavelpoeder. Er wordt .................................... ijzer(2+)
sulfide gevormd.
Reactievergelijking: Fe + S → FeS
Als we nu 4,00 g zwavel willen laten reageren, moeten we natuurlijk ook vier keer zoveel
ijzer gebruiken, dus 7,00 g. Anders gezegd: voor de synthese van ijzer(2+)sulfide moeten
we met een vaste massaverhouding werken. In dit geval is dat de verhouding 7/4: 7 delen
ijzer op 4 delen zwavel.
Louis Proust formuleerde dit als volgt:
Wanneer twee of meer stoffen met elkaar reageren, gebeurt dat telkens in een constante massaverhouding.
Stel dat je beide stoffen wil laten reageren met een andere massaverhouding, wat gebeurt er dan?
• Als 2,50 g ijzer reageert met 1,00 g zwavel, hoeveel ijzer blijft er dan over?
.............................................................................................................................................................................
24
• Als 1,75 g ijzer reageert met 5,00 g zwavel, hoeveel zwavel blijft er dan over?
.............................................................................................................................................................................
Wie was Proust? http://natuurwetenschappengo.deboeck.com biedt je het antwoord.
3.2 Een hoeveelheid stof uitdrukken in ‘mol’
Je wil 200 g chocolade kopen. Uiteraard kan je in de winkel om 200 g
chocolade vragen, maar je kan ook vijf repen chocolade kopen die
samen 200 g wegen. Bij een volgend bezoek aan de winkel bestel je
misschien meteen vijf repen chocolade.
Met dat eenvoudige voorbeeldje willen we aantonen dat we een hoeveelheid materie kunnen aanduiden als een bepaalde massa (bv. 200 g), maar
ook met een aantal deeltjes (bv. 5 repen).
Ook bij het gebruik van chemische stoffen gaan we op die manier te werk. Daar kunnen
we het aantal mol van een stof (hoeveelheid materie) zowel berekenen uit een bepaalde
massa als uit een bepaald aantal deeltjes.
3.2.1 Aantal mol van een stof berekenen uit een bepaalde massa
Om het aantal identieke geldstukken te bepalen hoef je ze niet altijd te tellen. Inderdaad,
als je zowel de massa van één geldstukje als de totale massa van de munten kent, is het
heel eenvoudig om het aantal geldstukken te berekenen. Hiervoor deel je de totale massa
door de massa van één geldstuk.
totale massa van de geldstukken
aantal geldstukken = _________________________
​ 
   
   
 ​
massa van één geldstuk
Op precies dezelfde manier kan je het aantal mol kennen van een stof die in een bepaalde
massa voorkomt. We berekenen daarvoor eerst de massa van één mol van die stof (= molaire massa). Daarna delen we de totale massa van de stof door die molaire massa.
massa van de zuivere stof (g)
   
 ​
aantal mol van een zuivere stof = _______________________
​     
molaire massa (g/mol)
In een formule schrijven we dat als volgt:
n=_
​ m ​ 
M
n = aantal mol van een stof
m = massa van een stof (in g)
M = molaire massa van een stof (in g/mol)
De molaire massa van een stof geeft je dus de massa in gram van één mol deeltjes (moleculen, atomen, ionen …) waaruit die stof bestaat. De molaire massa van een stof die bestaat uit één atoomsoort staat onder elk atoom in het periodiek systeem onderaan links
en wordt tot op één cijfer na de komma afgerond. Een molecule bestaat uit verschillende
atomen. De molaire massa van een stof die bestaat uit moleculen is gelijk aan de som van
de molaire massa’s van de samenstellende atomen, rekening houdend met hun aantal per
molecule. Bijvoorbeeld: de stof water bestaat uit watermoleculen. De molaire massa van
water is dus gelijk aan de massa van één mol moleculen water:
• 1 molecule H2O bestaat uit 2 atomen H en 1 atoom O.
• 1 mol moleculen H2O bestaat uit 2 mol atomen H en 1 mol atomen O.
• Massa van 1 mol moleculen H2O =
massa van 2 mol atomen H + massa van 1 mol atomen O
• Molaire massa van water (​MH​ O​) = 2 × 1,0 g/mol + 1 x 16,0 g/mol = 18,0 g/mol
2
Voorbeeld 1
Hoeveel mol is 2,75 g Cu?
MCu = 63,6 g/mol
2,75 g
n = __
​ m ​  = ​  _________
  
   ​= 0,0432 mol Cu
M
63,6 g/mol
Omgekeerd kunnen we ook de massa van de stof berekenen als we het aantal mol en de
molaire massa van die stof kennen.
m ​   ⇒ m = n × M
n = ​ __
M
Voorbeeld 2
Hoeveel g CuSO4 zitten er in 0,405 mol CuSO4?
MCuSO4 = 159,7 g/mol
m = n × M = 0,405 mol × 159,7 g/mol = 64,7 g CuSO4
25
3.2.2 Aantal mol van een stof berekenen uit een bepaald aantal deeltjes
Net zoals we het aantal mol kunnen berekenen uit een gegeven massa, kunnen we het
aantal mol berekenen uit een gegeven aantal deeltjes.
aantal deeltjes van de zuivere stof
aantal mol van een zuivere stof = __________________________
​ 
   
   
 ​
aantal deeltjes per mol
In een formule wordt dat:
N 
 ​ 
n = __
​ N  ​ = ​ _______
 
NA 6,02 · 1023/mol
n = aantal mol van een stof
N = aantal deeltjes van de stof
NA = constante van Avogadro
Voorbeeld 1
Hoeveel mol is 7,25 · 1023 formule-eenheden Na2SO4?
7,25 . 1023 moleculen
___________________
n = __
​ N  ​ = ​    
    ​= 1,20 mol Na2SO4
NA 6,02 · 1023 moleculen/mol
Omgekeerd kan je uit een bepaald aantal mol het overeenkomstig aantal eenheden berekenen.
26
Voorbeeld 2
Hoeveel atomen Na bevinden zich in 3,20 mol Na?
N = n × NA = 3,20 mol × 6,02 · 1023 atomen/mol = 1,93 · 1024 atomen Na
Een aantal mol kan je berekenen uit een bepaalde massa en uit een aantal deeltjes.
Omgekeerd kan je uit een bepaald aantal mol de overeenkomstige massa en het aantal deeltjes berekenen.
massa (m)
in gram
n = m/M
m=n×M
aantal mol
(n)
n = N/NA
N = n × NA
aantal
deeltjes (N)
3.3 Stoichiometrische berekeningen
Bij elk chemisch proces is het belangrijk om te weten in welke verhouding de stoffen met
elkaar reageren. Een grondstof die overblijft na de reactie is immers in overmaat aanwezig. Dat restproduct is daarna meestal niet meer bruikbaar en moet geloosd worden,
iets wat we uit economische en milieuoverwegingen moeten vermijden.
De wet van Proust leert ons in welke verhouding stoffen met elkaar reageren. Met die wet
in het achterhoofd kijken we naar de reactie tussen ijzer en zwavel.
ijzer + zwavel → ijzer(2+)sulfide
Fe + S → FeS
Die reactievergelijking leert ons dat 1 atoom ijzer reageert met 1 atoom zwavel tot vorming van 1 (kristal)deeltje ijzer(2+)sulfide.
Fe
+
1 atoom
NA atomen
1 mol atomen
S →
1 atoom
NA atomen
1 mol atomen
FeS
1 formule-eenheid
NA formule-eenheden
1 mol formule-eenheden
Als we dat vertalen naar de massa’s die met dat aantal deeltjes overeenkomen, wordt dat:
Fe
+
1 mol Fe
55,9 g Fe
S →
1 mol S
32,1 g S
FeS
1 mol FeS
88,0 g FeS
IJzer en zwavel reageren dus met elkaar in de verhouding van 56/32 (afgeronde waarden)
of, na vereenvoudiging, 7/4.
Algemeen geldt: uit de reactievergelijking kunnen we afleiden hoeveel mol er met elkaar
reageert en dus ook welke massa’s en in welke verhouding. We noemen die bewerkingen
de stoichiometrische berekeningen. Dat woord is afgeleid van het Griekse stoicheion (element) en metron (maat).
In de praktijk komt het er op neer dat we op de volgende vragen een berekend antwoord
kunnen formuleren:
• Hoeveel grondstoffen (reagentia) zijn er nodig om een bepaalde hoeveelheid eind­
product (reactieproduct) te bereiden?
• In welke massaverhouding zullen de reagentia met elkaar reageren?
• Hoeveel eindproduct wordt er gevormd?
Bij die stoichiometrische berekeningen kunnen we steeds dezelfde methode volgen:
• Opstellen van de reactievergelijking. Een fout opgestelde reactievergelijking leidt automatisch naar een foutieve oplossing.
• Interpreteren van de reactievergelijking, d.w.z. afleiden hoeveel mol reagentia er met
elkaar reageert en hoeveel mol reactieproducten er gevormd wordt.
• Verwerken van de gegevens: herleiden naar mol (indien nodig).
• Berekenen van het gevraagde.
Uit de reactievergelijking kunnen we afleiden hoeveel mol er met elkaar reageert
en dus ook welke massa’s en in welke verhouding. We noemen die bewerkingen de
stoichiometrische berekeningen.
27
3.3.1 Hoeveel mol eindproduct wordt er gevormd?
Opgave
Hoeveel mol dizuurstof is er nodig voor de verbranding van 0,40 mol magnesium? Hoeveel mol magnesiumoxide wordt hierbij gevormd?
Oplossing
Reactievergelijking
magnesium + dizuurstof → magnesiumoxide
2 Mg + O2 → 2 MgO
Interpretatie
2 Mg
+
2 mol Mg
→
O2 1 mol O2
Berekenen van het gevraagde
→
2 Mg
+
O2 2 mol
1 mol ↓
↓
0,40 mol
0,20 mol
2 MgO
2 mol MgO
2 MgO
2 mol ↓
0,40 mol
Antwoord
Bij de verbranding van 0,40 mol Mg is er 0,20 mol O2 nodig.
Er wordt 0,40 mol MgO gevormd.
3.3.2 Hoeveel reagentia zijn nodig om een bepaalde hoeveelheid reactieproduct te
bereiden?
28
Opgave
Bij de reactie tussen koper en dizuurstof wordt 0,50 mol koper(II)oxide gevormd. Hoeveel
gram koper en dizuurstof zijn daarvoor nodig?
Oplossing
Reactievergelijking
koper + dizuurstof → koper(II)oxide
2 Cu + O2 → 2 CuO
Interpretatie
2 Cu
+
2 mol
→
O2
1 mol
Berekenen van het gevraagde
→
2 Cu
+
O2
2 mol
1 mol
↓
↓
0,50 mol
0,25 mol
2 CuO
2 mol
2 CuO
2 mol
↓
0,50 mol
Omgerekend in massa (uitgedrukt in gram): m = n × M
→ 2 CuO
2 Cu
+
O2
0,50 mol
0,25 mol
0,50 mol
↓ (0,50 mol × 63,6 g/mol)
↓ (0,25 mol × 32,0 g/mol)
↓ (0,50 mol × 79,6 g/mol)
32 g
8,0 g
40 g
Antwoord
Om 0,50 mol CuO (= 39,8 g) te vormen zijn 31,8 g Cu en 8,0 g O2 nodig.
3.3.3 Hoeveel gram reactieproduct ontstaat er?
Opgave
Bij de ontleding van 9,0 g KClO3 ontstaat er kaliumchloride en dizuurstof.
Hoeveel g dizuurstof wordt er gevormd?
Oplossing
Reactievergelijking
kaliumchloraat → kaliumchloride + dizuurstof
2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
Interpretatie
2 KClO3 → 2 KCl
+ 2 mol
2 mol
3 O2
3 mol
Verwerken van de gegevens
9,0 g
nKClO3 = _____
​  m   ​ 
= ​ _________
  
   ​= 0,073 mol
MKClO3 122,6 g/mol
Berekenen van het gevraagde
2 KClO3 → 2 KCl +
2 mol
2 mol
↓
↓
0,073 mol
0,073 mol
3 O2
3 mol
↓
0,11 mol
Omgerekend in massa (uitgedrukt in gram): m = n × M
→ 2 KCl + 3 O2
2 KClO3
0,073 mol
0,073 mol
0,11 mol
↓ (0,073 mol × 122,6 g/mol) ↓ (0,073 mol × 74,6 g/mol)
↓ (0,11 mol × 32,0 g/mol)
8,9 g
5,4 g
3,5 g
Antwoord
Bij de ontleding van 9,0 g KClO3 wordt er 3,5 g O2 gevormd.
Stoichiometrische berekeningen met aflopende reacties
• Wet van Lavoisier: Bij een reactie in een afgesloten ruimte blijft de totale massa van de
betrokken stoffen ongewijzigd.
• Wet van Proust: Wanneer twee of meer stoffen met elkaar reageren, gebeurt dat telkens in een constante massaverhouding.
• Een aantal mol kan je berekenen uit een bepaalde massa en uit een aantal deeltjes.
m  ​ 
• n = ​ _
M
n = aantal mol van een stof
m = massa van een stof (in g)
M = molaire massa van een stof (in mol/g)
N  ​ = ​ _______
N 
 ​ 
 
• n = ​ __
N
6,02 · 1023/mol
A
n = aantal mol van een stof
N = aantal deeltjes van de stof
NA = constante van Avogadro
• Omgekeerd kan je uit een bepaald aantal mol de overeenkomstige massa en het aantal
deeltjes berekenen.
massa (m)
in gram
n = m/M
m=n×M
aantal mol
(n)
n = N/NA
N = n × NA
aantal
deeltjes (N)
• Uit de reactievergelijking kunnen we afleiden hoeveel mol er met elkaar reageert en
dus ook welke massa’s en in welke verhouding. We noemen die bewerkingen de stoichiometrische berekeningen.
29
4 hoe ontstaat spanning in een batterij?
demo 7
Maak een batterij met een aardappel
(of een citroen). Neem twee staafjes of
plaatjes van een verschillende metaalsoort, bijvoorbeeld koper en een ijzeren
nagel (maar bij voorkeur koper en zink)
en schuur ze zuiver met staalwol. Steek
beide metalen in de aardappel en meet
de spanning tussen de metalen met een
voltmeter.
4.1 Het galvanisch element
30
Een opstelling van twee verschillende metalen die in eenzelfde geleidende stof zijn geplaatst (zie voorbeeld hierboven) heet een galvanisch element. Daarbij wordt chemische
energie omgezet in elektrische energie. Een batterij bestaat uit een of meerdere dergelijke galvanische elementen of cellen.
Er bestaan diverse types van batterijen maar het gaat steeds om een omzetting van chemische energie in elektrische energie. De spanning is vrij klein. Zo levert een cel met koolstof en zink een spanning van 1,5 V.
De naam galvanisch element is afgeleid van de naam Galvani, een Italiaanse wetenschapper,
en de naam Volt van de eenheid van spanning is genoemd naar Volta.
Luigi Galvani (1737-1798)
Alessandro Volta (1745-1827)
Meer lezen over het leven en werk van Galvani en Volta?
Surf naar http://natuurwetenschappengo.deboeck.com.
Om te begrijpen hoe in het galvanisch element spanning ontstaat en hoe elektronen in
beweging gebracht worden in de kring, moeten we eerst onze kennis van redoxreacties
opfrissen.
4.2 Redoxreacties
4.2.1 Reacties met elektronenoverdracht
demo 8
We dompelen een zinkplaatje in een
oplossing van kopersulfaat (CuSO4,
0,10 mol/l).
geeft daarbij 2 elektronen af. Het oxidatiegetal van zink stijgt daarbij van 0 naar
+ II; dat is een oxidatie.
Waarneming
We zien dat koper afgezet wordt op het
zinkplaatje.
De redoxreactie is dus samengesteld uit:
een oxidatie Zn
Zn2+ + 2 e– en
2+
een reductie Cu + 2 e–
Cu
De totale reactie kunnen we schrijven als:
Zn2+ + Cu
Zn + Cu2+
Verklaring
Eerst lost het kopersulfaat op in water,
waardoor de verbinding splitst in ionen:
CuSO4
Cu2+ + SO42–
De koperionen nemen twee elektronen
op, zodat er metallisch koper ontstaat:
Cu2+ + 2 e–
Cu
Het oxidatiegetal van koper daalt daarbij
van +II naar 0; het gaat hier dus om een
reductie.
Waar komen die elektronen vandaan?
Tegelijkertijd met het afzetten van het
koper, gaat Zn als Zn2+ in oplossing en
Bij een redoxreactie is er telkens een oxidator en een reductor.
Cu2+ kan het zinkmetaal (Zn) oxideren;
Cu2+ is dus de oxidator.
Het zinkmetaal (Zn) kan de Cu2+-ionen reduceren tot metallisch koper (Cu); Zn is in
die reactie de reductor.
Besluit
Bij een redoxreactie worden elektronen
uitgewisseld. Daarbij is het aantal afgegeven elektronen gelijk aan het aantal opgenomen elektronen. Bij een redoxreactie
gebeurt de elektronenoverdracht rechtstreeks van de reductor naar de oxidator.
4.2.2 Sterkte van reductoren en oxidatoren
demo 9
We vullen vijf bekerglazen (50 ml) met
de volgende oplossingen: koperdinitraat [Cu(NO3)2], looddinitraat [Pb(NO3)2],
magnesiumsulfaat (MgSO4), zinksulfaat
(ZnSO4) en zilvernitraat (AgNO3). Alle oplossingen hebben een concentratie van
0,1 mol/l; alleen voor zilvernitraat nemen
we een concentratie van 0,01 mol/l.
We schuren vijf reepjes koper met staalwol
en wrijven ze met een doekje. Daarna dompelen we een reepje koper in elk van de oplossingen en wachten enkele minuten.
Waarneming
In het bekertje met de zilvernitraatoplossing zie je een grijsachtige neerslag op
het kopermetaal. Bij de andere oplossingen
merk je niets bijzonders op.
Verklaring
De grijsachtige neerslag op het kopermetaal kan niets anders zijn dan zilvermetaal:
Cu + 2 AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2 Ag
De reactie verloopt in feite tussen ionen:
Cu + 2 Ag+ → Cu2+ + 2 Ag
Bij die redoxreactie treedt het kopermetaal op als reductor. Koper heeft dus een
voldoende groot reducerend vermogen
om de zilverionen uit de oplossing te verdringen.
31
demo 10
Verklaring
Je ziet in de tabel dat het reducerende
vermogen van de metalen verschillend is.
In ons voorbeeld is magnesium de sterkste reductor, terwijl zilver het kleinste reducerende vermogen heeft.
We volgen volledig de werkwijze van de
vorige demo, maar werken achtereenvolgens met reepjes lood, magnesium en
zink. De waarnemingen noteren we in de
tabel. Het symbool ‘+’ betekent dat een
ion uit zijn zout wordt verdreven en neerslaat op het strookje metaal.
Als we de vijf onderzochte metalen rangschikken naar dalend reducerend vermogen, verkrijgen we de volgende ordening:
Mg > Zn > Pb > Cu > Ag
Waarneming
32
Cu(NO3)2
Pb(NO3)2
MgSO4
ZnSO4
AgNO3
Cu
–
–
–
–
+
Pb
+
–
–
–
+
Mg
+
+
–
+
+
Zn
+
+
–
–
+
We zouden alle metalen op dezelfde manier kunnen onderzoeken. Dat levert uiteindelijk
een reeks van metalen op, gerangschikt volgens dalend reducerend vermogen:
K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au
volgens dalend reducerend vermogen
In die reeks is elk metaal in staat om het metaal dat rechts ervan staat, uit zijn zouten te
verdrijven, vandaar de naam verdringingsreeks van de metalen. Met die reeks kunnen we
voorspellen of een reactie zal plaatsvinden tussen een metaal en een metaalion in oplossing.
Metalen kun je op basis van reducerend vermogen ook indelen in groepjes:
• Uiterst rechts staan de edele metalen. Die hebben een laag reducerend vermogen; anders
gezegd: ze zijn weinig reactief. Met ‘edel’ bedoelen we dus dat ze niet gemakkelijk oxideren.
• Koper en kwik worden halfedele metalen genoemd.
• De resterende metalen zijn onedel; natrium en kalium zijn uitschieters door hun heel
hoog reducerend vermogen.
Het reducerend vermogen van de metalen is verschillend.
In de verdringingsreeks van de metalen zijn de metalen gerangschikt volgens dalend reducerend vermogen. Elk metaal is in staat om het metaal dat rechts ervan staat, uit zijn
zouten te verdrijven.
We kunnen de sterkte van een reductor of een oxidator ook kwantitatief uitdrukken aan
de hand van de normaalpotentiaal (U0) van het redoxsysteem. Redoxsystemen met een
positieve normaalpotentiaal zijn zwakke reductoren. Hoe kleiner de normaalpotentiaal,
hoe sterker de reductor. In onderstaande tabel zie je de rangschikking van de reductoren
van sterk (bovenaan) tot zwak (onderaan in de tabel). Zo zie je dat Cu een laag reducerend
vermogen heeft (zwakke reductor) maar dat Ag de zwakste reductor is. De sterkste reductor is K.
De sterkte van een reductor of oxidator kan worden weergegeven via de normaalpotentiaal U0.
halfreactie
U0 (V)
K + e  K
- 2,925
Ca
- 2,866
+
–
2+
+ 2 e  Ca
–
Na + e  Na
- 2,714
Mg
- 2,363
+
2+
–
+ 2 e  Mg
–
Al3+ + 3 e–  Al
- 1,662
Zn
+ 2 e  Zn
- 0,763
Fe2+ + 2 e–  Fe
- 0,440
Cd2+ + 2 e–  Cd
- 0,403
PbSO4 + 2 e–  Pb + SO42–
- 0,359
Ni
2+
+ 2 e  Ni
- 0,270
2+
+ 2 e  Pb
- 0,126
3+
+ 3 e  Fe
- 0,040
2+
Pb
Fe
–
–
–
–
2 H+ + 2 e–  H2
0,000
Cu2+ + 2 e–  Cu
+ 0,337
Fe3+ + e–  Fe2+
+ 0,771
Ag + e  Ag
+ 0,799
+
–
Kiezen we twee elementen uit die tabel en plaatsen we een plaatje van elk element in een
geleidende oplossing dan verkrijgen we een galvanisch element: daarbij zal de sterkste
reductor fungeren als minpool en de zwakste reductor als pluspool van het gevormde
galvanisch element. De spanning tussen beide komt overeen met het verschil in normaalpotentiaal.
33
4.3 Werking van een galvanische cel
We bestuderen twee afzonderlijke systemen:
• beker 1: zinkplaatje in zinksulfaatoplossing
• beker 2: koperplaatje in kopersulfaatoplossing
e–
Cu
Zn2+
Cu2+
SO42–
Zn2+
Cu2+
SO42–
CuSO4-oplossing
ZnSO4-oplossing
Uit de verdringingsreeks van de metalen weet je dat zink beter oxideert dan koper, d.w.z.
zink staat veel gemakkelijker elektronen af dan koper. Daarbij worden twee elektronen
afgestaan:
Zn → Zn2+ + 2 e–
Die elektronen kunnen we nu via een metaalgeleider van het zinkplaatje naar de koperplaat leiden. De koperionen in de tweede beker kunnen de elektronen aan de koperplaat
opnemen, waardoor ze omgezet worden in metallisch koper:
34
Cu2+ + 2 e– → Cu
De elektronenoverdracht gebeurt hier via een extern circuit (buiten de oplossing).
Natuurlijk zal die elektronenstroom ophouden: in de eerste beker zou immers een overschot van zinkionen ontstaan en in de tweede beker een teveel aan sulfaationen.
Door een ‘elektrolytbrug’ tussen beide bekers aan te brengen, maken we een gesloten
stroomkring. Die ‘brug’ bevat een verzadigde ammoniumchloride-oplossing, die via een
permeabel membraan verbonden is met beide bekers.
e–
Cl–
2+
Zn
2+
Zn -overmaat
V
membraan
NH4+
Cu2+
SO2–
4 -overmaat
In de eerste beker migreren Cl–-ionen door het membraan in de oplossing om zo het
evenwicht aan ionen opnieuw te herstellen. In de tweede beker gebeurt hetzelfde met
NH4+-ionen.
De geleiding in het ‘interne circuit’ gebeurt via ionenmobiliteit.
Het totale systeem noemen we een galvanische cel.
De chemische energie wordt omgezet in elektrische energie: in het externe circuit ontstaat een elektronenstroom. Daarom spreken we van een elektrochemische spanningsbron.
Het grote voordeel van batterijen is dat het geruisloze, zelfstandig functionerende energiesystemen zijn die overal gebruikt kunnen worden.
Aanvankelijk dacht men nochtans dat het concept van ‘twee metalen platen in een potje’
geen lang leven beschoren zou zijn. Niets bleek minder waar, want het gebruik van batterijen neemt stelselmatig toe. Dat heeft natuurlijk alles te maken met de ontwikkeling
van kleine, lichte en draagbare elektronische apparaten. Denk maar aan zaklampen, rekenmachines, videocamera’s, mp3-spelers, gsm’s ...
Ook in de geneeskunde roept men om energierijke, betrouwbare minibatterijen die kunnen worden ingeplant om pacemakers, neuro-stimulatoren, pompjes of sensoren aan te
drijven.
4.4 soorten batterijen
Bij batterijen maken we een onderscheid tussen:
•primaire cellen, die niet herlaadbaar zijn
•secundaire cellen of accumulatoren, die herlaadbaar
zijn.
Zowel primaire als secundaire cellen kunnen zuur, alkalisch, nat of droog zijn. Dat verklaren we even.
4.4.1 Primaire cellen: Leclanché-elementen
De eerste commerciële primaire cel werd in 1866 vervaardigd door M. Leclanché. Hij gebruikte zink als reductor, mangaandioxide (bruinsteen) als oxidator en ammoniumchloride als elektrolyt.
De volgende reacties vinden daarbij plaats:
• aan de minpool speelt zich de oxidatie af:
Zn → Zn2+ + 2 e–
• aan de pluspool gebeurt de reductie:
2 MnO2 + 2 NH4+ + 2 e– → Mn2O3 + 2 NH3 + H2O
De pastavormige elektrolytbrug van NH4Cl reageert zuur.
Het Leclanché-element is dus een zure, droge batterij, die als volgt opgebouwd is:
35
De bekervormige zinkplaat of minpool levert elektronen aan het externe circuit en staat
in contact met de elektrolytpasta (ammoniumchloride).
Via het externe circuit komen de elektronen op de koolstofcollector of pluspool, die de
elektronen doorgeeft aan het mangaandioxide (bruinsteen).
Dat MnO2/C-mengsel is door een ionendoorlaatbare separator gescheiden van het ammoniumchloride.
Varianten op dit type batterij kwamen pas na 1950 op de markt.
• In de droge alkalische Zn/Mn-cel is de basische elektrolyt KOH als pasta aanwezig. Aan
de pluspool doet zich de volgende reactie voor:
2 MnO2 + H2O + 2 e– → Mn2O3 + 2 OH–
• Bij de droge alkalische Zn/HgO-cel, ook kwikknoopcel genoemd, fungeert KOH als elektrolyt en is HgO de oxidator. Aan de pluspool vindt de volgende reactie plaats:
HgO + H2O + 2e– → Hg + 2 OH–
Primaire cellen of Leclanché-elementen zijn niet herlaadbaar.
4.4.2 Secundaire cellen
Het bekendste voorbeeld daarvan is zeker de loodaccu (accumulator), die vooral gebruikt
wordt als startaccu in motorvoertuigen en bij installaties voor noodstroomvoorziening.
36
Die natte, zure batterij werd op punt gesteld door Gaston Planté in 1859. Ze is herlaadbaar omdat de reacties omkeerbaar zijn: enerzijds verbruikt de accu energie om de motor
te doen starten, de lampen te laten branden enz., anderzijds wordt hij tijdens het rijden
voortdurend heropgeladen door de dynamo. Garagisten spreken meestal van de ‘alternator’, maar dat is eigenlijk niet de correcte term.
We bekijken dat even van nabij bij de nikkel-cadmiumbatterij. Dat is een droge, alkalische
batterij met KOH als elektrolyt.
Terwijl de batterij spanning levert, gebeuren de volgende reacties.
• De oxidatie verloopt aan de minpool:
Cd + 2 OH– → Cd(OH)2 + 2 e– (de minpool)
• Aan de pluspool gebeurt de reductie:
NiO(OH) + H2O + e– → Ni(OH)2 + OH– (de pluspool)
Bij het herladen verlopen de reacties omgekeerd. Het herladen is een elektrolyse. De Cdplaat wordt verbonden met de minpool van een bron, de nikkelplaat met de pluspool.
• Een reductie aan de kathode:
Cd(OH)2 + 2 e– → Cd + 2 OH–
• Een oxidatie aan de anode:
Ni(OH)2 + OH– → NiO(OH) + H2O + e–
Dat herladen gebeurt door het aanleggen van een uitwendige bron, waarbij de pluspool
van de accu verbonden wordt met de pluspool van de bron en de minpool van de accu met
de minpool van de bron.
Secundaire cellen zijn wel herlaadbaar.
4.4.3 Nadelen van batterijen
Batterijen zijn handige en nuttige energiebronnen. Toch mogen we enkele belangrijke milieuaspecten niet uit het oog
verliezen. Batterijen bevatten immers kwik en cadmium. Die
zware metalen zijn zeer schadelijk voor het milieu.
Batterijen selectief inzamelen is dus zeker zinvol.
Bij het ontmantelen van afgedankte auto’s moet men erop
letten dat de zure elektrolyt (vrij sterk geconcentreerd H2SO4)
niet zomaar in het milieu geloosd wordt.
4.4.4 Brandstofcellen
De laatste decennia heeft men zich, onder meer onder invloed van de ruimtevaart, toegelegd op de ontwikkeling van brandstofcellen.
Brandstofcellen zijn elektrochemische toestellen die chemische energie (die vrijkomt bij
een reactie) direct omzetten in elektrische energie. Het verschil met een batterij of accu
is dat er voortdurend nieuwe reagentia van buiten kunnen worden aangevoerd. Al in 1839
ontdekte de Britse chemicus William Grove het principe van de brandstofcel.
Een brandstofcel bestaat uit twee poreuze koolstofstaven (in combinatie met fijn verdeelde edele metalen) met daartussen een elektrolytlaag. Een schematische voorstelling:
M
ewaterstof
–
0,7 V
+
37
lucht
H+
elektrolyt
H2
2 H+ + 2 e-
stikstof
+ water
O2 + 4 H+ + 4 e-
2 H2O
Aan de koolstofstaaf waar een constante, gasvormige waterstofstroom aangevoerd
wordt, vindt volgende reactie plaats:
H2 → 2 H+ + 2 ewaardoor elektronen vrijkomen die via de motor M naar de pluspool bewegen.
De waterstofionen diffunderen door het elektrolyt en aan de tweede koolstofstaaf, waar
de oxidator zuurstof (in de luchtstroom) wordt aangevoerd, vindt volgende reactie plaats:
O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O
Maken we in beide reacties het aantal elektronen gelijk, dan wordt de totale reactie:
2 H2 + O2 → 2 H2O
Het eindproduct is dus water! Dat is milieuvriendelijk. Momenteel wordt de nodige waterstof echter nog altijd bereid door stoomoxidatie van aardgas, zodat het probleem van de
CO2-productie gewoon verplaatst is.
Een enkele brandstofcel heeft een uitgangsspanning van ongeveer 0,7 volt. Om een hogere spanning te krijgen, worden meerdere brandstofcellen in serie geplaatst. Dat wordt
dan een ‘stack’ genoemd. Tegenwoordig zijn ze weer ‘in’ als mogelijk alternatief voor verbrandingsmotoren op benzine.
• Een opstelling van twee verschillende metalen geplaatst in eenzelfde geleidende stof
heet een galvanisch element. Daarbij wordt chemische energie omgezet in elektrische
energie.
• Het reducerend vermogen van de metalen is verschillend.
• In de verdringingsreeks van de metalen zijn de metalen gerangschikt volgens dalend
reducerend vermogen. Elk metaal is in staat om het metaal dat rechts ervan staat, uit
zijn zouten te verdrijven.
• De sterkte van een reductor of oxidator kan weergegeven worden via de normaalpotentiaal U0.
• Primaire cellen of Leclanché-elementen zijn niet herlaadbaar.
• Secundaire cellen zijn wel herlaadbaar.
38
de kern van de zaak
Reactiesnelheid en snelheidsbepalende factoren van een chemische
reactie
Definitie van reactiesnelheid
• De reactiesnelheid v is gelijk aan de verandering van de concentratie c van reagerende
producten en reactieproducten per tijdseenheid, of
v=
Δc
met als eenheid: mol/l · s
Δt
Voor de algemene reactie A + B → C + D, geldt dat de reactiesnelheid:
v=
-Δ[A] -Δ[B] -Δ[C] -Δ[D]
=
=
=
Δt
Δt
Δt
Δt
De afname van de reagerende producten A en B (met een minteken, omdat de reactiesnelheid altijd positief uitgedrukt wordt) is gelijk aan de toename van de reactieproducten
C en D.
• Een botsing is effectief als tegelijk aan twee voorwaarden is voldaan:
1 de deeltjes (meestal moleculen) van de reagerende producten moeten over voldoende
(bewegings)energie of kinetische energie beschikken.
2 de botsing moet gebeuren volgens een welbepaalde oriëntatie van deze botsende deeltjes. Daarmee bedoelen we dat de hoek waarmee ze elkaar benaderen gunstig moet zijn
om aanleiding te geven tot de vorming van nieuwe moleculen.
• Een botsing tussen reagerende deeltjes is elastisch als na de botsing de deeltjes onveranderd uit elkaar gaan.
Snelheidsbepalende factoren van een chemische reactie
• Hoe hoger de concentratie van een reagerende stof, hoe hoger de reactiesnelheid.
• Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de reactiesnelheid.
• Hoe fijner een reagerende stof verdeeld is (dus hoe hoger de verdelingsgraad), hoe hoger de
reactiesnelheid.
• Een katalysator is een stof die de reactiesnelheid verhoogt, maar aan het eind van de reactie
onveranderd teruggevonden wordt.
Evenwichtsreacties en factoren die de ligging van het evenwicht beïnvloeden
• Omkeerbare reacties zijn reacties waarbij de reactieproducten opnieuw omgezet kunnen
worden in de uitgangsstoffen.
• Een evenwichtsreactie A + B ⇋ C + D leidt tot een toestand waarbij de reactie-producten
(C en D) in evenwicht verkeren met de uitgangsstoffen (A en B).
Als er in hetzelfde tijdsinterval evenveel deeltjes (moleculen, ionen …) van de uitgangsstoffen
omgezet worden in reactieproducten, als er opnieuw gevormd worden door de omgekeerde reactie, spreekt men van een reactie-evenwicht. Dit is een dynamisch evenwicht, omdat
de reactie in beide richtingen blijft doorgaan.
• Een reactie waarbij een reactieproduct continu aan het reagerend mengsel onttrokken
wordt en waarbij er een neerslag (aangeduid met ↓) of een gas (aangeduid met ↑) gevormd
wordt, noemt men een aflopende reactie.
39
Factoren die het dynamisch evenwicht in een evenwichtsreactie beïnvloeden
• Als men aan een evenwichtsmengsel één van de uitgangsstoffen toevoegt, dan verschuift
het evenwicht naar rechts. Als men één van de uitgangsstoffen onttrekt, dan verschuift het
evenwicht naar links. Het omgekeerde geldt voor de reactieproducten.
• Als er bij een evenwichtsmengsel in oplossing oplosmiddel (bv. water) toegevoegd wordt
(verdunning of verlaging van de concentratie), dan verschuift het evenwicht naar de kant
met het grootste aantal deeltjes. Omgekeerd geldt dat als er oplosmiddel onttrokken wordt
aan het evenwichtsmengsel (bv. door verdamping), het evenwicht verschuift naar de kant
van het kleinste aantal deeltjes.
• Als een evenwichtsmengsel opwarmt, dan verschuift het evenwicht naar de endotherme
kant (de kant die warmte opneemt). Als een evenwichtsmengsel afkoelt, dan verschuift het
evenwicht naar de exotherme kant (de kant die warmte afstaat).
• Wet van Le Chatelier en van ’t Hoff: Als men op een systeem in evenwicht een ‘dwang’
uitoefent (stof toevoegen of onttrekken, verwarmen of afkoelen), dan verschuift het evenwicht zodanig dat die dwang zo weinig mogelijk tot uiting komt.
• Een katalysator heeft geen invloed op de ligging van een chemisch evenwicht.
Stoichiometrische berekeningen met aflopende reacties
• Wet van Lavoisier: Bij een reactie in een afgesloten ruimte blijft de totale massa van de
betrokken stoffen ongewijzigd.
• Wet van Proust: Wanneer twee of meer stoffen met elkaar reageren, gebeurt dat telkens in
40
een constante massaverhouding.
• Een aantal mol kan je berekenen uit een bepaalde massa en uit een aantal deeltjes.
m
• n = M
n = aantal mol van een stof
m = massa van een stof (in g)
M = molaire massa van een stof (in g/mol)
N
N
=
NA 6,02 · 1023/mol
n = aantal mol van een stof
N = aantal deeltjes van de stof
NA = constante van Avogadro
• n =
• Omgekeerd kan je uit een bepaald aantal mol de overeenkomstige massa en het aantal deeltjes berekenen.
massa (m)
in gram
n = m/M
m=n×M
aantal mol
(n)
n = N/NA
N = n × NA
aantal
deeltjes (N)
• Uit de reactievergelijking kunnen we afleiden hoeveel mol er met elkaar reageert en dus
ook welke massa’s en in welke verhouding. We noemen die bewerkingen de stoichiometrische berekeningen.
Hoe ontstaat spanning in een batterij?
• Een opstelling van twee verschillende metalen geplaatst in eenzelfde geleidende stof heet
een galvanisch element. Daarbij wordt chemische energie omgezet in elektrische energie.
• Het reducerend vermogen van de metalen is verschillend.
• In de verdringingsreeks van de metalen zijn de metalen gerangschikt volgens dalend reducerend vermogen. Elk metaal is in staat om het metaal dat rechts ervan staat, uit zijn
zouten te verdrijven.
• De sterkte van een reductor of oxidator kan weergegeven worden via de normaalpotentiaal
U0.
• Primaire cellen of Leclanché-elementen zijn niet herlaadbaar.
• Secundaire cellen zijn wel herlaadbaar.
41
leerstof verwerken
reactiesnelheid en snelheidsbepalende factoren van een
chemische reactie
1 Vul in.
een dozijn eieren = ................................ eieren
een mol eieren = ................................ eieren
2 Schrijf de reactievergelijking op van de oxidatie van glucose in het lichaam.
....................................................................................................................................................................................
3 De reactiesnelheid is gelijk aan de snelheid waarmee de deeltjes (moleculen, ionen …) door
het reactievat bewegen. Goed of fout? Verklaar.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
4 Welke soort botsing wordt voorgesteld door volgende schema’s?
42
• A + B → A + B .........................................................................................................................................................................
• A + B → AB ..............................................................................................................................................................................
5 Geef twee voorbeelden van reacties uit je omgeving die de mens wil versnellen.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
6 Noem vier factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
7 Hoe komt het dat een verhoging van de temperatuur de reactiesnelheid verhoogt?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
8 Hoe kan je de verdelingsgraad van voedingsstoffen in voedingsmiddelen vergroten?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
9 Wat is de functie van sigarettenas bij de verbranding van glucose?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
10 Is het altijd goed dat koorts bestreden wordt met koortsremmers?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
11 Om een patiënt er sneller bovenop te krijgen, worden in het ziekenhuis zuurstofmaskers
gebruikt. Wat moet de patiënt nog toegediend krijgen om aan de noodzakelijke energie te
geraken?
....................................................................................................................................................................................
12 Als je weet dat één mol water 18 g weegt, hoeveel weegt dan een molecule water?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
evenwichtsreacties en factoren die de ligging van het
evenwicht beïnvloeden
1 Wat is het verschil tussen een omkeerbare reactie en een evenwichtsreactie?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
2 H2 (g) + I2 (g) ⇋ 2 HI (g) verkeert in een dynamisch evenwicht.
Wat wil dat precies zeggen?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
3 In welke gevallen (2) is er sprake van een aflopende reactie?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
43
4 Vul in: Als men op een systeem in evenwicht een ‘dwang’ uitoefent (.............................................
...........................................................................................................................................................................................................),
dan verschuift het evenwicht zodanig dat die dwang zo weinig mogelijk tot uiting komt.
5 Wat is een exotherme reactie?
....................................................................................................................................................................................
6 Geef twee manieren (één natuurlijke en één artificiële) waarop het hemoglobinegehalte
kan stijgen.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
7 Duid aan hoe het evenwicht verschuift in het geval van een stijging van het hemoglobinegehalte.
44
4 O2 + Hb
Hb(O2)4
8 Welk instrument gebruik je om aan te tonen dat een azijnzuuroplossing na verdunning
meer ionen bevat?
....................................................................................................................................................................................
9 Duid aan hoe het evenwicht verschuift bij een stijging van de temperatuur van kalkhoudend
kraantjeswater.
Ca2+ + 2 HC​O–3​ ​ ​
CO2 + H2O + CaCO3
10 Duid aan hoe het evenwicht verschuift bij de volgende reactievergelijkingen.
H2 + I2
(onttrekken van reactieproduct)
CH3COO– + H+
(toevoegen van water)
CaCO3 + CO2 + H2O
(ontwijken van water en koolstofdioxide)
4 O2 + Hb
(toename van erytropoëtine in het bloed)
endotherm
CoCl42–
Co2+ + 4 Cl–
exotherm
rood
blauw
(afkoeling van het mengsel)
2HI
CH3COOH
Ca2+ + 2 HCO3–
Hb(O2)4
11 Hoe komt het dat de hemoglobine-evenwichtsreactie steeds verschuivingen van het evenwicht ondergaat?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
stoichiometrische berekeningen met aflopende reacties
1 Bereken de molaire massa van volgende stoffen:
• calciumsulfaat
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
• waterstofchloride
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
• glucose
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
• ijzer(III)oxide
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
• stikstofdioxide
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
2 Wet van Lavoisier
We ontleden 10 g suiker tot koolstof en water.
Wat is de totale massa van de reactieproducten?
....................................................................................................................................................................................
4,0 g zwavel en 7,0 g ijzerpoeder reageren volledig met elkaar. Het reactieproduct is de
vaste stof ijzer(2+)sulfide.
Geef de reactievergelijking.
....................................................................................................................................................................................
45
Hoeveel gram ijzer(2+)sulfide ontstaat er?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
5,0 g calcium reageert met zwavel. Er ontstaat precies 9,0 g calciumsulfide.
Geef de reactievergelijking.
....................................................................................................................................................................................
Hoeveel gram zwavel heeft er gereageerd?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
3 Wet van Proust
Koolstof reageert met dizuurstof tot vorming van koolstofdioxide.
Noteer de reactievergelijking.
....................................................................................................................................................................................
Via experimenten heeft men gevonden dat 12 g koolstof reageert met 32 g dizuurstof.
Bereken in welke massaverhouding koolstof reageert met dizuurstof.
....................................................................................................................................................................................
46
....................................................................................................................................................................................
4 Hoeveel mol is:
•
40,0 g H2O?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
65 g CO2?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
0,500 g Au?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
0,12 kg CaCO3?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
5 Hoeveel gram AgNO3 zit er in 0,20 mol AgNO3?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
6 Hoeveel gram H2O zit er in 6,00 mol H2O?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
7 Hoeveel mol is 1,53 · 1035 moleculen Br2?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
8 Hoeveel mol is 5,25 · 1027 formule-eenheden CaSO4?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
9 Hoeveel atomen Cl bevinden zich in 2,20 mol Cl2?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
10 Hoeveel atomen Fe bevinden zich in 6,35 mol FeS?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
11 Wat is het verschil tussen 1 mol en 1 g/mol?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
12 Stoichiometrie in het groot
Een vlucht van Londen naar New York duurt gemiddeld 7 uur. Een jumbojet verbruikt daarbij 10 ton brandstof (C12H26) per uur.
Hoeveel CO2 (uitgedrukt in g) wordt er geproduceerd bij zo’n transatlantische vlucht?
Noteer de coëfficiënten bij de volgende reactievergelijking (bij de verbranding van de
brandstof worden koolstofdioxide en water gevormd).
… C12H26 + …. . O2 → …. . CO2 + …. . H2O
47
Interpreteer de reactievergelijking.
....................................................................................................................................................................................
Verwerk de gegevens.
10 ton/uur → totale hoeveelheid = ……… ton = ……. .. . . . . . … g
​n​​C​ ​​H​ ​​ = ___
​  m   ​=
 ……. . . . . . . . … = ……………… mol
​M​​C​ ​​H​ ​​ ……. . . . . . . . …
Bereken het gevraagde.
12
26
12
26
…………… C12H26 +
…………… O2
…………… mol
↓
…………… mol
↓
…………… mol
…………… mol
→
…………… CO2 +
…………… H2O
…………… mol
↓
…………… mol
↓
…………… mol
…………… mol
Omgerekend in massa (uitgedrukt in gram): m = n × M
Antwoord
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
48
13 Bereken hoeveel gram zuurstofgas nodig is om 20 g glucose te verbranden. Ga op dezelfde
manier te werk.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
14 Er is maar één methode om stoichiometrie onder de knie te krijgen, en dat is intensieve
oefening! Werk volgens een vast stramien zoals in de theorie aangegeven.
•
Hoeveel gram dizuurstof is er nodig om 100 g ijzer om te zetten in Fe2O3?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
Hoeveel gram HCl is er nodig om 15 g chloorgas te produceren door middel van volgende reactie:
… MnO2 + … HCl → … MnCl2 + … Cl2 + … H2O
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
Hoeveel kg vloeibare zuurstof is er nodig om 1 kg butaan (C4H10) volledig te verbranden
tot CO2 en H2O?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
•
Hoeveel g Na2SO4 ontstaat er uit H2SO4 en NaCl indien er 91 g HCl gevormd is?
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
49
•
5,0 kg ongebluste kalk (CaO) reageert met water en vormt daarbij gebluste kalk, Ca(OH)2.
Hoeveel g water heb je nodig?
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................................
hoe ontstaat spanning in een batterij?
1 Het roesten van ijzer is een redoxreactie: ijzer vormt een verbinding met zuurstof. De verkregen stof is Fe2O3. Werk de redoxreactie uit.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
50
2 Juist of fout?
a Bij een reductie daalt het oxidatiegetal, bij een oxidatie stijgt het oxidatiegetal.
...............................................................................................................................................................................
b Zn kan Pb uit zijn zouten verdrijven: zink is een zwakkere reductor dan lood.
...............................................................................................................................................................................
c Hoe kleiner de normaalpotentiaal, hoe sterker de reductor.
...............................................................................................................................................................................
3 Maak gebruik van de tabel van de normaalpotentialen om volgend probleem op te lossen:
je wil een galvanisch element maken met een aluminium en een koperplaatje.
a Welk metaal wordt de pluspool van het gevormde element? ........................................................
b Welk metaal wordt de minpool? ...............................................................................................................
c Hoe groot is de spanning? ...........................................................................................................................
4 Wat is het verschil tussen primaire en secundaire cellen? Verklaar dat verschil.
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
5 Welke nadelen hebben batterijen?
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................
Omgaan met informatie
1 Zoek op het internet of in de bibliotheek hoe de reactiesnelheid van volgende reacties
verhoogd kan worden. Ga daarbij uit van de vier factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden.
• de reacties tijdens het composteren van groenten en fruit
• de reacties in een verbrandingsmotor.
2 Zoek via het internet of in de bibliotheek hoe druipstenen (stalagmieten en stalactieten) ontstaan. Maak een samenvatting van maximum één bladzijde. Noteer de juiste
reactievergelijking(en) en geef duidelijk aan hoe een verschuiving van het evenwicht
gebeurt.
51

Organische chemie Hoofdstuk 11 Aromatische

Leon Van Mol - Wase Begrafenissen

Kees Kil Peter Meesters Edwin Swarttouw Leon

oplossing opgave 2

H3oefentoets antwoorden

03 Belgian Diabetes Registry

Bekijk de wedstrijdfiche - Maria-ter

De activiteit van uraniumerts

Introductie Gouden Harp John de Mol John de Mol