BASIS
TEMPERATUUR
EXPERIMENTEREN
LICHT
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
BEWEGING
MENGEN EN SCHEIDEN
ELEKTRICITEIT
GELUID
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden
KRACHT
...
...
...
antwoorden
antwoorden
antwoorden
antwoorden

Hoofdstuk 3
Experimenteren

§1 Veiligheid
§2 Experimenteren
§3 Chemische reacties en faseovergangen
§4 Verbranding
§5 Zuren en basen
§6 Schoonmaken

 

§1     Veiligheid

In de scheikunde werken we vaak met chemicaliën. Voordat we gaan experimenteren met deze stoffen is het van belang dat je hier veilig mee om kan gaan. In deze paragraaf lees je hier meer over.

Ter bescherming van je kleding en je armen dragen we tijdens scheikunde-experimenten een labjas en ter bescherming van je ogen draag je een veiligheidsbril (zie de onderstaande afbeelding). Beide dien je ten alle tijden op te hebben als er in het lokaal scheikunde-experimenten worden uitgevoerd. Denk er tevens aan om lange haren met een elastiek in een knotje te binden. Je wilt immers niet dat je haren in een gevaarlijke stof of in een vlam belanden. Let er ook op dat je niet eet en drinkt in het scheikundelokaal, omdat stoffen via je handen in je eten kunnen gaan zitten. Om gevaarlijke stoffen niet onopgemerkt via je handen mee naar buiten te nemen, is het van belang je handen te wassen na afloop van een experiment.

Let er tevens op dat je veel stoffen die je gebruikt in de scheikundeles niet in de prullenbak of de gootsteen kan gooien. Dit geldt bijvoorbeeld voor stoffen die giftig zijn of schadelijk zijn voor het milieu. Vaak wordt dit verzameld in er een speciaal afvalvat in het lokaal.

Mocht er toch iets misgaan tijdens een experiment, dan zijn er in het lokaal een aantal hulpmiddelen aanwezig. Als je een stof in je ogen krijgt, spoel je ogen dan zo snel mogelijk schoon met de oogdouche. Als je kleding in brand vliegt, ga dan onder de douche staan. Als er in het lokaal een brand ontstaat, dan kan je gebruik maken van de branddeken of de brandblusser. Gelukkig zijn deze noodmaatregelen zelden tot nooit nodig, maar mocht het een keer misgaan, dan is het belangrijk dat je weet wat je in zo’n situatie moet doen.


(Afbeelding: TEDxNewcastle met Andrew Szydlo)

Bij het gebruik van stoffen is het van belang eerst op het etiket te kijken, zodat je weet waar je op moet letten bij het gebruik van de stof. Op het etiket staan namelijk zogenaamde gevarenpictogrammen. Hieronder zie je een aantal pictogrammen die je uit je hoofd wilt kennen. De pictogrammen staan ook in BINAS.

Even ter verduidelijking. Een fles die "onder druk" staat kan gevaar opleveren als deze verwarmd wordt. Dan neemt de druk in de fles immers toe en kan de fles exploderen of kan de dop eraf schieten. "Schadelijk" betekent met name dat de stoffen irriterend of schadelijk zijn voor de huid en ogen of bij het inademen of inslikken. "corrosief" betekent dat de stof bijtend reageert op de huid en ook bepaalde materialen kan aantasten.Misschien dat je je ook afvraagt wat het verschil is tussen "ontvlambaar" en "oxiderend". "Ontvlambaar" betekent dat het materiaal in brand kan vliegen. "Oxiderend" betekent dat de stof andere stoffen gemakkelijk kan laten ontbranden of de verbranding heftiger kan maken. Bij "langetermijnschade" moet je bijvoorbeeld denken aan kankerverwekkende stoffen. Je merkt dit effect niet meteen, maar op lange termijn is het zeer gevaarlijk.

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je de veiligheidseisen bij experimenteren in de scheikunde kent
  • Zorg dat je de betekenis van de gevarenpictogrammen kent en dat je ze kan opzoeken in BINAS

         Opdrachten
  1. (2p) Noem drie veiligheidsmaatregelen die je bij elk experiment in het scheikundelokaal moet uitvoeren.
  2. (1p) Noem een maatregel die je kan nemen als je kleding in brand staat.
  3. (1p) Noem een maatregel die je kan nemen als er in het lokaal een brand ontstaat.
  4. (4p) In de onderstaande afbeelding is een fles terpentine afgebeeld. Terpentine wordt o.a. gebruikt bij het schoonmaken van verfkwasten. Leg uit waar je op moet letten bij het gebruik van terpentine.

  5. In de onderstaande afbeelding is een fles waterstofchloride afgebeeld. Deze stof wordt in het Nederlands ook wel zoutzuur genoemd.

    1. (2p) Leg uit waar je op moet letten bij het gebruik van zoutzuur.
    2. (1p) Leg uit waarom waterstofchloride in de scheikunde les vaak sterk verdund wordt met water.
  6. (2p) Hieronder is het label te zien op een tank propaan. Leg uit waar je op moet letten bij gebruik van deze stof.

  7. (2p) Een leerling vult een geurverspreider met een paar druppels geurstof uit een flesje. Onverdunde geurstof kan gevaarlijk zijn. Op de veiligheidskaart op het flesje staat "gevaarlijk voor in het water levende organismen" en "irriterend voor de huid en ogen". Welke pictogrammen horen hierbij. Noem de namen onder de pictogrammen in de paragraaf of in BINAS.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)
  8. (1p) Vuurwerk bevat buskruit. Buskruit is explosief. Welk veiligheidspictogram geeft het explosiegevaar aan?
    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
  9. (1p) Afgedankte loodaccu's worden in een fabriek verwerkt. In een loodaccu zit o.a. accuzuur. Het accuzuur wordt in de fabriek uit de accu's gehaald en in jerrycans opgeslagen. Accuzuur bevat bijtend zwavelzuur. Welk veiligheidspictogram hoort daarom op een jerrycan met accuzuur te staan?
    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)
  10. Stoffen die vrijkomen bij het werken met asfalt kunnen hoofdpijn, irritaties van ogen en luchtwegen en huidaandoeningen (roodheid, prikkeling) tot gevolg hebben. Welk veiligheidspictogram hoort hierbij?
    (Bron: Examen VMBO-T, 2019-2)
  11. In verf zit vaak terpentine. Op de veiligheidskaart van terpentine staat o.a.:
    - Het product kan dampen vrijgeven die gemakkelijk ontvlambare mengsels vormen.
    - Kan longschade veroorzaken na verslikken. Dampen kunnen slaperigheid en duizeligheid veroorzaken. Overmatige blootstelling kan leiden tot irritatie van ogen, huid en ademhalingswegen.
    - Kan op lange termijn schadelijke effecten veroorzaken.
    - Vergiftig voor in het water levende organismen.
    Noteer de vier veiligheidspictogrammen die op deze veiligheidskaart van toepassing zijn.
    (Bron: Examen VMBO-T, 2018-2)
  12. Ga na of het verantwoord is om chloor in te ademen.
  13. Ga met behulp van BINAS na waarom waterstof gevaarlijk kan zijn.
  14. Ga na of waterstof irriterend is voor de huid of ogen.
  15. Leg uit of het veilig is om koolstofmonoxide in te ademen.

 

§2     Experimenteren

In deze paragraaf komen we dan eindelijk toe aan het uitvoeren van experimenten. In de theorie bespreken we een aantal materialen die we gebruiken bij experimenteren.

Als we stoffen willen mengen of verwarmen, dan doen we deze stoffen vaak eerst in glaswerk. Een bekend voorbeeld is de reageerbuis. Dit is een lang, dun, glazen buisje dat wordt gebruikt als we werken met kleine hoeveelheden stof (zie de onderstaande afbeelding). Door de onderkant van een reageerbuis rustig heen en weer te schudden (te kwispelen) kan je de stoffen die erin zitten voorzichtig mengen. Als harder schudden nodig is, kan je de reageerbuis dichtmaken met een rubberen stop. Met een reageerbuisknijper kan de reageerbuis opgepakt worden en in een vlam verhit worden.


(Afbeelding: Alvy16; CC BY 4.0 )

Een type glaswerk waar we meer stof in kwijt kunnen is het bekerglas (zie de eerste onderstaande afbeelding). Daarnaast hebben we ook de erlenmeyer (zie de tweede afbeelding). Een erlenmeyer heeft een brede bodem en een smalle hals en als gevolg kan je dit type glaswerk gemakkelijk schudden zonder te morsen. Zowel het bekerglas als de erlenmeyer kunnen ook verwarmd worden met een brander. Ze worden hiervoor eerst op een driepoot gezet (zie de derde afbeelding). Een ander type glaswerk is de maatcilinder (zie de vierde afbeelding). Een maatcilinder is een lange cilinder met op de zijkant een maatverdeling waarmee we het volume van vloeistoffen kunnen bepalen. Meestal wordt de maatverdeling gegeven in milliliters. Maatcilinders zijn niet bedoeld om te verwarmen.

Hieronder zien we de links een buret. Door aan het kraantje onder aan de buret te draaien kan je gecontroleerd een bepaald volume vloeistof in bijvoorbeeld een erlenmeyer gieten. Merk op dat de schaalverdeling in dit geval van boven naar beneden loopt. Als je de buret tot "0 mL" vult en daarna telkens een beetje vloeistof toevoegt, dan kan je aan de vloeistofstand aflezen hoeveel er in totaal is toegevoegd. Rechts zien we een pipet. Dit is een klein glazen buisje met aan de bovenkant een rubberen ballonnetje. Als je hierin knijpt en dan loslaat als je de punt van de pipet in een vloeistof houdt, dan vult de pipet zich met de vloeistof.

Om stoffen te verwarmen gebruiken we een gasbrander (zie de onderstaande afbeelding). De branders in het scheikundelokaal werken op aardgas. Dit gas bestaat voornamelijk uit het brandbare methaan (CH4). Dit gas is kleurloos en geurloos en daarom niet door mensen te detecteren. Omdat het gevaarlijk kan zijn als dit gas in een afgesloten ruimte ontsnapt, is een geur toegevoegd, zodat we het aardgas direct kunnen herkennen. Als we het aardgas met een lucifer aansteken, dan reageert het gas met de zuurstof in de lucht. Bij deze reactie komt warmte en licht vrij—er ontstaat vuur.

Als je met de gasbrander wilt werken, zorg je eerst dat zowel de gaskraan als de twee draaiknoppen van de brander dicht zijn. Daarna draai je eerst de gaskraan een klein stukje open. Steek dan een lucifer aan en draai de onderste draaiknop van de brander een stukje open. Met deze knop wordt gas toegelaten in de brander. Steek dan met de lucifer de vlam aan. Als het goed is krijg je nu een gele vlam te zien.

De bovenste knop regelt de luchttoevoer. Op dit moment is deze knop nog dicht en als gevolg kan er maar weinig zuurstof bij de vlam komen. We spreken in dit geval van onvolledige verbranding. Bij dit type verbranding komt naast water en koolstofdioxide ook koolstof (C) en koolstofmonoxide (CO) vrij. Koolstofmonoxide is een onzichtbaar gas dat bij hoge concentratie gevaarlijk is voor de mens. Koolstof is een zwarte vaste stof die we in het dagelijks leven "roet" noemen. Het ontstaan van roet merken we bijvoorbeeld als we een stukje glas in deze vlam houden (zie de rechter onderstaande afbeelding). Omdat we geen roet op ons glaswerk willen hebben, wordt een gele vlam niet gebruikt voor het verwarmen van materialen. Als we brander even niet gebruiken, gebruiken we wel de gele vlam, omdat deze vlam het best zichtbaar is. De gele vlam wordt daarom ook wel de waarschuwingsvlam genoemd.


(Afbeelding: ... / Arthur Jan Fijalkowski; CC BY 3.0)

Als we stoffen willen verwarmen, dan zetten we de luchttoevoer verder open. Als we dit geleidelijk doen, zullen we eerst zien dat de vlam blauw wordt. Bij grote hoeveelheden zuurstof gaat de vlam daarnaast ook hoorbaar ruisen en wordt er een lichtblauwe kern in de vlam zichtbaar. We noemen deze vlammen de blauwe vlam en de ruisende vlam. De drie vlammen kan je in de onderstaande linker afbeelding zien. Hoe meer we de luchttoevoer openzetten, hoe heter de vlam wordt. Het topje van de lichtblauwe kern is het heetste deel van de vlam en daar worden dan ook materialen gehouden die we sterk willen verhitten.

Bij de blauwe vlam en de ruisende vlam vindt volledige verbranding plaats. Bij dit type verbranding ontstaat alleen koolstofdioxide (CO2) en waterdamp (H2O).

Waterdamp en koolstofdioxide zijn beide kleurloze en geurloze gassen. Ze zijn daardoor niet zichtbaar. We kunnen de aanwezigheid van deze stoffen wel aantonen met behulp van andere stoffen. De aanwezigheid van water of waterdamp kunnen we aantonen door het water te laten reageren met wit kopersulfaat. Deze stof krijgt na aanraking met water een blauwe kleur (zie de linker onderstaande afbeelding). Koolstofdioxide kan worden aangetoond door dit gas door helder kalkwater te laten stromen. Na aanraking met CO2 wordt deze vloeistof troebel wit (zie de onderstaande rechter afbeelding).


(Afbeelding: Benjah-bmm27; PD / CaesiumFluoride; CC BY-SA 3.0)

In de onderstaande afbeelding zijn de stoffen die ontstaan bij de verschillende vlammen nog eens overzichtelijk weergegeven:

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je de verschillende typen glaswerk bij naam kent en kan herkennen
  • Zorg dat je begrijpt hoe je de drie vlammen bij een brander kan maken en zorg dat je weet of volledige of onvolledige verbranding plaatsvindt
  • Zorg dat je weet welke stoffen ontstaan bij volledige of onvolledige verbranding van aardgas
  • Zorg dat je weet dat je CO2 kan aantonen met kalkwater (doordat het wit en troebel wordt) en water met wit kopersulfaat (doordat het blauw wordt)

         Opdrachten
  1. (1p) In de onderstaande afbeelding is een veelgebruikt voorwerp uit de scheikunde weergegeven. Hoe heet dit voorwerp.


    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)
  2. (3p) Leg uit wanneer je gebruik maakt van de gele vlam, wanneer van de blauwe vlam en wanneer van de ruisende vlam.
  3. (3p) Geef bij elk van de volgende vlammen aan of de gas- en de luchttoevoerknop dicht moet, een beetje open moet of flink open moet:
    1. Een grote gele vlam
    2. Een grote ruisende vlam
    3. Een kleine blauwe stille vlam
  4. Welk deel van de sterk ruisende vlam is het heetst? Kies uit nummer 1 tot en met 4 in de volgende afbeelding.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
  5. Welke van de onderstaande afbeeldingen geeft de juiste afstelling van de brander weer bij een sterk ruisende vlam?

    (Bron: Examen VMBO-T, 2023-2)
  6. (2p) Schrijf op welke stoffen ontstaan bij de volledige en de onvolledige verbranding van methaan.
  7. (1p) Hoe kan je het ontstaan van koolstof bij onvolledige verbranding van aardgas aantonen?
  8. (2p) Hoe kan je het ontstaan van koolstofdioxide bij de verbranding van aardgas aantonen?
  9. (2p) Hoe kan je het ontstaan van water aantonen bij de verbranding van aardgas?
  10. (2p) In een cv-ketel (centraleverwarmingsketel) wordt aardgas verbrand om hiermee water te verwarmen. Dit warme water wordt dan naar de verwarmingen in het huis rondgepompt. Als er in de cv-ketel onvolledige verbranding optreedt kan dit gevaarlijk zijn. Leg uit waarom.
  11. De hoeveelheid water in lucht kan worden bepaald door de lucht te leiden door twee achter elkaar geplaatste U-vormige buisjes. Beide buisjes zijn gevuld met difosforpentaoxide. Deze vaste stof reageert met water uit de lucht tot de vaste stof fosforzuur (H3PO4). Wanneer deze reactie optreedt verandert de massa in het buisje. Beide buisjes worden vooraf en na afloop van de proef gewogen. Het laatste buisje (buisje 2) dient als controle. Als de massa van buisje 2 niet is veranderd, heeft al het water uit de lucht gereageerd in het eerste buisje (buisje 1).

    1. (1p) Hoe wordt met buisje 1 de massa van de waterdamp bepaald?
    2. (1p) Leg uit waarom het belangrijk is voor een goede meting dat de massa in buisje 2 niet verandert.
    3. (1p) Een leerling beweert dat je in buisje 2 ook wit kopersulfaat kan gebruiken in plaats van difosforpentaoxide. Leg dit uit.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)
  12. Een leerling wil aantonen dat bij verbranding van methaan in een brander CO2 ontstaat. Hij gebruikt daarvoor de onderstaande opstelling. De gassen die bij de verbranding ontstaan worden door een vloeistof geleid.

    1. (1p) Welke vloeistof is hier gebruikt?
    2. (1p) Hoe kan de leerling zien of er daadwerkelijk CO2 is ontstaan bij de verbranding van methaan?

    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-2)

 

§3     Chemische reacties en faseovergangen

In deze paragraaf gaan we het verschil tussen chemische reacties en natuurkundige processen bestuderen.

Scheikunde gaat over de eigenschappen van stoffen en wat er gebeurt als we deze stoffen mengen. In sommige omstandigheden kunnen stoffen veranderen in compleet andere stoffen. Als dit gebeurt, spreken we van een chemische reactie. Bijvoorbeeld een kleurverandering of een verbranding is een aanwijzing dat er een chemische reactie heeft plaatsgevonden.

Een bekend voorbeeld van een chemische reactie is de verbrandingsreactie. In de eerste onderstaande afbeelding zien we de verbranding van staalwol. Staalwol bestaat voornamelijk uit ijzer en bij hoge temperaturen reageert het met de zuurstof in de lucht. Dit gebeurt bijvoorbeeld als je een batterij tegen staalwol aanhoudt. Bij de verbranding van ijzer ontstaat ijzeroxide. In het dagelijks leven noemen we dit ook wel "roest". Bij deze reactie is zuurstof en ijzer dus veranderd in een nieuwe stof: ijzeroxide. Er heeft dus een chemische reactie plaatsgevonden. In de natuur roest ijzer ook, maar dat gaat veel langzamer (zie de tweede afbeelding).


(Afbeelding: alennzg / Islander61; CC BY-SA 4.0)

Chemische reacties kunnen we beschrijven met een reactieschema. In een reactieschema schrijven we schematisch op welke stoffen voor de reactie aanwezig waren (de reactanten) en welke stoffen na de reactie zijn ontstaan (de producten):

$$ \mathrm{reactant} 1 + \mathrm{reactant} 2 + \mathrm{...} \rightarrow \mathrm{product} 1 + \mathrm{product} 2 + \mathrm{...} $$

Laten we als voorbeeld de verbranding van staalwol nemen. Zoals we eerder gelezen hebben, reageert het ijzer waaruit staalwol bestaat met de zuurstof in de lucht en ontstaat er ijzeroxide. De reactanten zijn dus ijzer en zuurstof en het product is ijzeroxide. We schrijven dit op als:

$$ \mathrm{ijzer} + \mathrm{zuurstof} \rightarrow \mathrm{ijzeroxide} $$

Een ander voorbeeld van een chemische reactie treedt op als we carbid (ook wel calciumcarbide genoemd) combineren met water. Er ontstaat hierbij de stof ethyn en calciumhydroxide. Er geldt dus:

$$ \mathrm{carbid} + \mathrm{water} \rightarrow \mathrm{ethyn} + \mathrm{calciumhydroxide} $$

Als we de stof ethyn combineren met lucht en dan aansteken, dan ontstaat een explosie waarbij de gassen koolstofdioxide en waterdamp vrijkomen.

$$ \mathrm{carbid} + \mathrm{zuurstof} \rightarrow \mathrm{koolstofdioxide} + \mathrm{waterdamp} $$

In sommige delen van Nederland wordt rond de jaarwisseling carbid en water in een melkbus gedaan. Bij het ontsteken schiet de dop van de melkbus soms meters ver weg en is een grote knal te horen en een vlam te zien.


(Afbeelding: Jjdez; CC BY-SA 3.0)

Het is belangrijk chemische reacties te kunnen onderscheiden van natuurkundige processen. Bij een natuurkundig proces verandert een stof, maar er ontstaat geen nieuwe stof en er is dan dus ook geen sprake van een chemisch reactie. Een voorbeeld hiervan is het uitzetten of krimpen van een gas door het te verwarmen of af te koelen. Als we bijvoorbeeld een ballon in een koude vloeistof duwen, dan wordt het gas kouder en daardoor krimpt de ballon. Dit is een voorbeeld van een natuurkundig proces, want er ontstaan bij deze verandering geen nieuwe stoffen.

Andere voorbeelden van natuurkundige processen zijn faseovergangen. Bij een faseovergang ontstaat geen nieuwe stof. We krijgen gewoon dezelfde stof te zien, alleen dan in een andere fase. Of je water nu in gas-, vloeibare- of vaste vorm tegenkomt, het blijft water. Een faseovergang is daarom geen chemische reactie, maar een natuurkundig proces.

Er zijn ook stoffen die niet in alle fasen voorkomen. Neem bijvoorbeeld hout. Er bestaat geen "vloeibaar hout" of "houtgas". Suiker komt ook niet in alle fasen voor. Als we suiker verwarmen vindt er een chemische reactie plaats. Hierbij ontstaat o.a. een bruine stof genaamd karamel.

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je het verschil kent tussen chemische reacties en natuurkundige processen
  • Zorg dat je reactieschema's (in woorden) kan uitschrijven

         Opdrachten
  1. (4p) Leg uit welk van de volgende fenomenen chemische reacties zijn en welke faseovergangen:
    1. Staal wordt bij hoge temperatuur vloeibaar.
    2. Als we suiker verwarmen ontstaat er karamel.
    3. Wolken ontstaan als waterdamp in de lucht condenseert tot waterdruppels.
    4. Een stuk hout verbrandt tot as.
    5. Binnen de aarde is het warm genoeg dat steen smelt.
    6. Met inktwisser kan je blauwe inkt transparant maken.
    7. Een persoon bakt een ei.
    8. Een ijsje bevriest in de vriezer.
    9. Water wordt met behulp van elektriciteit ontleed tot waterstof en zuurstof.
    10. Als je sla te lang bewaart, gaat het rotten.
  2. (1p) Stel je krijgt een glas cola met een aantal ijsklontjes. Geef aan in welke fase de frisdrank, de koolstofdioxide (de "prik") en het ijs zich bevinden.
  3. (2p) Geef bij elk van de volgende stoffen aan of ze in vloeibare vorm bestaan:
    1. Hout
    2. IJzer
    3. Suiker
    4. Goud
    5. Zout
  4. (1p) Bij een botsing van een auto komt gas vrij uit een gasfles waarmee snel een airbag wordt opgeblazen. Het gas zat eerder onder hoge druk in de gasfles. Leg uit of het opblazen van de airbag een chemische reactie of een natuurkundig proces is.
  5. (1p) Vuurwerk bevat buskruit. Buskruit is explosief. Leg uit of het verbranden van buskruit een chemische reactie of een natuurkundig proces is.
  6. (1p) Leg uit of het smelten van kaarsvet een chemische reactie of een natuurkundig proces is.
  7. (1p) Leg uit of het verbranden van kaarsvet een chemische reactie of een natuurkundig proces is.
  8. (1p) Een stuk ijzer gaat rood gloeien bij hoge temperatuur. Leg uit of dit een chemische reactie of een natuurkundig proces is.
  9. Verf is een vloeistof met daarin fijn verdeelde vaste stof. Na het aanbrengen van een verflaag verdampt de vloeistof.
    1. (1p) Vul de zin aan: bij het verdampen gaat een stof over van de _________ fase in de _________ fase.
    2. (1p) Leg ook uit of we hier te maken hebben met een chemische reactie of een natuurkundig proces.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-2)
  10. (2p) Bij de verbranding van staalwol ontstaat roest. Staalwol bestaat voornamelijk uit ijzer. Schrijf het reactieschema op dat bij deze reactie hoort.
  11. (1p) Als we het metaal calcium in water gooien reageert het heftig. Bij de reactie ontstaat kalk en waterstofgas. Schrijf het reactieschema op dat bij deze reactie hoort.
  12. (1p) De stof dynamiet kan ontploffen door het bloot te stellen aan een schokgolf. Bij het ontploffen van dynamiet ontstaan de gassen koolstofdioxide, waterdamp, stikstof en zuurstof. Schrijf het reactieschema op dat bij deze reactie hoort.

 

§4     Verbranding

In deze paragraaf gaan we bestuderen welke factoren nodig zijn voor verbranding.

Brand kunnen we herkennen aan een aantal verbrandingsverschijnselen, namelijk vlammen, roet, rook, vonken en warmte. Vlammen bestaan uit gloeiend gas, roet is de zwarte stof genaamd koolstof die bij veel verbranding ontstaat, rook bestaat uit zwevende vaste roetdeeltjes, vonken zijn kleine gloeiende deeltjes die wegschieten van de brandstof en bij verbranding komt ook altijd warmte vrij.

Een stof vliegt in brand als aan drie voorwaarden wordt voldaan. De eerste factor is de aanwezigheid van een brandstof, de tweede factor is de aanwezigheid van genoeg zuurstof en de derde factor is een temperatuur boven de ontbrandingstemperatuur.

Misschien had je naast de drie factoren ook verwacht dat het noodzakelijk zou zijn dat de brandstof "aangestoken" wordt. Dit is echter niet noodzakelijk. Als aan de bovenstaande eisen wordt voldaan, dan vliegt de stof automatisch in brand (dit zie je bijvoorbeeld gebeuren in het onderstaande filmpje). De vlam van een lucifer kan natuurlijk wel helpen om de ontbrandingstemperatuur te bereiken.

The Chemistry of Fire, 1948

Als we een brand willen blussen, dan kan dat door één of meerdere van de drie factoren weg te nemen. Als bijvoorbeeld olijfolie in een koekenpan in brand vliegt, dan is het voldoende om een deksel op de pan te plaatsen. Als gevolg raakt de zuurstof in de pan op en stopt de verbrandingsreactie. De brandweer gebruikt vaak water om vuur te doven. Water werkt omdat het afkoelt. Het zorgt ervoor dat de temperatuur van de brandstof onder de ontbrandingstemperatuur komt. Een andere mogelijkheid om een brand te blussen is met een CO2-brandblusser. De koolstofdioxide in de blusser duwt de zuurstof in de lucht weg bij het vuur en daardoor gaat het vuur uit. We zien dit effect in het onderstaande filmpje.



         Leerdoelen:
  • Zorg dat je de verbrandingsverschijnselen kent (namelijk: vlammen, roet, rook, vonken en warmte)
  • Zorg dat je kan redeneren met de drie voorwaarden die nodig zijn voor verbranding en hoe dit gebruikt kan worden om branden te doven

         Opdrachten
  1. (1p) Als je een bekerglas over een kaars zet, dan gaat de kaars na verloop van tijd uit. Leg uit welk van de drie factoren ontnomen wordt.
  2. (1p) Als een brandweer een flinke brand in een huis blust, dan houden ze vaak de aangrenzende huizen ook nat. Leg uit hoe dit voorkomt dat de brand overslaat.
  3. (1p) Welke verbrandingsvoorwaarde kan worden weggenomen met een blusdeken?
  4. (1p) Een blusapparaat werkt met koolzuur. Je spuit daarmee een laag koude koolzuur over de brand. Op welke twee manieren blust dit blusapparaat?
  5. (1p) In grote bossen wordt soms een strook bos gekapt. Zo'n strook noemen we een brandgang. De gang is breed genoeg dat het vuur niet kan oversteken bij een eventuele bosbrand. Welk van de drie factoren voor ontbranding wordt hier weggenomen?
  6. (1p) Bij het aansteken van een barbecue wordt vaak geblazen tegen de kolen. Waarom is dit?
  7. De olijfolie in je pan vliegt in brand.
    1. (1p) Waarom is het niet verstandig deze brand met water te doven?
    2. (1p) Noem een andere methode waarmee je de brand kan blussen.
  8. Door een batterij tegen staalwol te drukken gaat het gloeien.
    1. (1p) Hierdoor wordt aan een verbrandingsvoorwaarde voldaan. Welke?
    2. (1p) Als je gloeiend staalwol in de nacht rondslingert aan een koord, worden mooie cirkels van licht zichtbaar. Er schieten dan ook gloeiende vaste deeltjes uit de staalwol. Hoe worden deze deeltjes genoemd.
    3. (1p) Door het staalwol harder rond te slingeren gaat het feller gloeien. Leg uit hoe dit komt.

    (Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)
  9. Met een fles met daarin CO2 uit de schenken over een kaarsje, kan het kaarsje gedoofd worden (zie het filmpje in de paragraaf).
    1. (1p) De vlam dooft doordat een verbrandingsvoorwaarde is weggenomen. Leg uit welke verbrandingsvoorwaarde dit is.
    2. (1p) Het schenken van koolstofdioxide is mogelijk door een verschil in stofeigenschap. Welk verschil is dit? Kies uit:
      - De massa van koolstofdioxide is groter dan die van lucht.
      - Het smeltpunt van koolstofdioxide is lager dan dat van lucht.
      - De dichtheid van koolstofdioxide is groter dan die van lucht.
      - Het volume van koolstofdioxide is lager dan dat van lucht.
  10. We kunnen koper(II)oxide (CuO) met methaan laten reageren in een bolbuis (zie de onderstaande afbeelding). De koper(II)oxide wordt in de bolbuis geplaatst en het methaan stroomt door de buis. Het koper(II)oxide reageert met een deel van het methaan tot koper, koolstofdioxide en water. Hierbij ontstaat een gasmengsel. Dit gasmengsel stroomt de bolbuis uit en wordt verbrand.

    1. (1p) Noteer het reactieschema dat bij de reactie met koper(II)oxide past.
    2. (1p) Noteer het reactieschema dat bij het verbranden van methaan past.
    3. (1p) In het voorschrift staat dat het methaan eerst enige tijd door de bolbuis moet stromen voordat het uitstromende gasmengsel wordt aangestoken. Dit voorkomt dat in de bolbuis een gasmengsel kan ontstaan dat bij ontbranding een explosie veroorzaakt. Bij het doorstromen wordt een verbrandingsvoorwaarde weggenomen. Welke verbrandingsvoorwaarde is dit?

    (Bron: Examen VMBO-T, 2022-2)

 

§5     Zuren en basen

In deze paragraaf introduceren we zuren, basen en pH-neutrale stoffen.

In het dagelijks leven komen we veel zuren tegen. Citroensap en azijn worden bijvoorbeeld geregeld gebruikt in maaltijden. Zoutzuur is het zuur waarmee eten verteerd wordt in je maag. Basische stoffen ken je ook. Zeep is een voorbeeld van een basische stof. Je hebt zeep vast wel eens per ongeluk geproefd. De zeepsmaak is kenmerkend voor veel basische stoffen.

Hoe zuur of hoe basisch een stof is geven we aan met een getal genaamd de zuurgraad, ook wel de pH-waarde genoemd. Een zuur heeft een pH onder de 7. Hoe lager de pH, hoe zuurder de stof. Basen hebben een pH-waarde van boven de 7. Hier geldt dat hoe hoger de pH, hoe meer basisch de stof is. Stoffen met een pH van 7 noemen we pH-neutraal. Deze stoffen zijn niet zuur en niet basisch. Het bekendste voorbeeld hiervan is water. 

We kunnen de zuurgraad van een stof bepalen met behulp van een indicator. Een bekend voorbeeld hiervan is rodekoolsap. Hieronder is rodekoolsap toegevoegd aan een aantal stoffen met toenemende pH-waarde van links naar rechts. Met behulp van een chemische reactie verkleurt de sap afhankelijk van de pH-waarde. Rodekoolsap wordt rood in erg zure stoffen en geel in erg basische stofen.


(Afbeelding; Epaenurk; CC BY-SA 3.0)

Andere voorbeelden van indicatoren zijn lakmoes en fenolftaleïne. Lakmoes wordt vaak aangebracht op een dun strookje papier. Een druppel van een zuur op dit papier maakt het rood en een druppel van een base maakt het blauw. Fenolftaleïne blijft kleurloos in een zuur en wordt paars in een basische stof. Het is niet nodig dit uit je hoofd te weten, want voor een heel aantal indicatoren zijn de kleurovergangen te vinden in BINAS.

Een erg nauwkeurige manier om de pH-waarde te bepalen is met universeel indicatorpapier. Als je een stof in aanraking brengt met dit papier, dan verkleurt het. Bij een rolletje indicatorpapier is een legenda afgebeeld waarop je kan zien welke pH-waarde hoort bij welke kleur (zie de onderstaande afbeelding).


(Afbeelding: AGeremia CC BY-SA 4.0)

Hieronder zien we een aantal stoffen met de bijbehorende pH-waarde en de kleur van het universeel indicatorpapier:


(Afbeelding: Edward Stevens; CC BY 3.0-mod)

         Leerdoelen:
  • Zorg dat je weet dat zuren een pH-waarde hebben van onder de 7, neutrale stoffen van 7 en basen van boven de 7
  • Zorg dat je met behulp van BINAS kan opzoeken wat de kleuren zijn van indicatoren bij verschillende pH-waarden

         Opdrachten
  1. Een persoon heeft een oplossing met een pH-waarde van 4,5.
    1. (1p) Leg uit of we hier te maken hebben met een zuur of een base?
    2. (1p) De persoon verdunt de oplossing met water. Gaat de pH-waarde hierdoor omhoog of omlaag?
    3. (1p) De persoon blijft de oplossing verdunnen. Leg uit welke pH-waarde de oplossing op den duur zal krijgen.
    4. (1p) Beantwoord nogmaals deze vraag, maar nu in het geval van het verdunnen van ammonia.
  2. (1p) Leg aan de hand van een afbeelding uit de paragraaf uit of ketchup een zuur is of een base.
  3. (1p) Een persoon heeft drie bakjes met daarin water, azijn en ammonia. Het eerste bakje heeft een pH-waarde van 4, de tweede van 10 en de derde van 7. Leg uit welke stof in welk bakje zit.
  4. De huid van de mens heeft een pH-waarde van 5,5. Deze waarde zorgt ervoor dat de groei van bacteriën geremd wordt.
    1. (1p) Is de huid zuur, basisch of neutraal.
    2. (1p) Leg uit wat het nadeel is van het wassen van de huid met zeep.
    3. (1p) In reclames spreek men soms van pH-neutrale zeep die de pH-waarde van de huid niet aanpast. Leg uit of dit scheikundig correct taalgebruik is.
  5. (1p) Een leerling voegt fenolftaleïne toe aan een onbekende oplossing. De oplossing wordt hierdoor lichtpaars. Concludeer hieruit of de stof een zuur of een base is.

 

§6     Schoonmaken

In het dagelijks leven komen we scheikunde vaak tegen bij het schoonmaken. Vaak zijn schoonmaakmiddelen zuren of basen. In deze paragraaf gaan we hierover leren.

Zoals je weet zijn sommige vlekken gewoon met water uit je kleding te wassen en andere niet. De vlekken die we wel met water wegkrijgen hebben de eigenschap dat ze oplossen in water. We noemen dit ook wel hydrofiele stoffen. Een goed voorbeeld hiervan zijn de suikers in zoete drankjes, zoals limonade.

Bij hydrofobe stoffen is schoonmaken met alleen water niet voldoende. Neem bijvoorbeeld vetvlekken. Vet lost niet op in water. We kunnen deze vlekken wel verwijderen met zeep, oftewel natriumstearaat (C17H35COONa). Als we zeep oplossen, dan ontkoppelt een natriumion los en houden we het ion C17H35COO- over. Op moleculair niveau heeft dit ion de vorm van een klein speldje (dit ion is rechts van de onderstaande afbeelding te zien). De koppen van deze speldjes zijn geladen en trekken daarom watermoleculen aan. Als gevolg zijn ze hydrofiel. De stelen van deze speldjes zijn hydrofoob. Dit betekent dat ze afgestoten worden door water. Als de zeepmoleculen in de buurt van vet komen, dan zijn de stelen hierdoor geneigd om in het vet te steken om bij het water weg te blijven (zie de onderstaande afbeelding). Op een gegeven moment is het vet helemaal ingekapseld door de zeepmoleculen en omdat de koppen van de zeepmoleculen hydrofiel zijn, kan het vetbolletje nu oplossen in water en daarmee losweken uit de kleding. Daarna kan het water worden weggespoeld. We zeggen hier dat water dient als spoelmiddel.


(Afbeelding: AGeremia CC BY-SA 4.0)

Zoals je weet gebruiken we zeep ook om de huid schoon te maken. Dit werkt erg goed, maar het heeft ook nadelen. Er zit namelijk een vettig talglaagje op de huid dat zorgt dat de huid niet uitdroogt. Dit laagje wordt door zeep verwijderd. Vaak wassen kan daarom uitdroging van de huid veroorzaken.

Naast zeep wordt ook soda gebruikt om vetten te verwijderen. Net als zeep, is ook soda een basische stof. Voor vetten die zelfs met zeep en soda niet oplossen, kan een sterkere basische stof gebruikt worden, bijvoorbeeld gootsteenontstopper of ammonia.

Een ander voorbeeld van een stof die niet oplost in water is nagellak. Om nagellak op te lossen wordt vaak aceton gebruikt. Om verf op te lossen gebruiken we vaak terpentine of wasbenzine.

Een ander type vuil waar we in huis graag vanaf willen is kalkaanslag, ook wel ketelsteen genoemd. Zoals je weet is "water" uit de kraan geen zuiver water. Er zijn namelijk allerlei mineralen in drinkwater opgelost, met name calcium- en magnesiumionen. We noemen water met deze mineralen ook wel hard water. Als hard water verdampt, dan blijft kalkaanslag achter. Dit kan je bijvoorbeeld zien als je een pan water laat droogkoken. Er blijft dan een duidelijk zichtbaar laagje kalkaanslag achter. We zien dit ook vaak in de badkamer op plekken waar veel water verdampt, zoals bij een kraan (zie de onderstaande linker afbeelding). Een andere plek waar we kalk tegenkomen is bijvoorbeeld op het warmte-element in een waterkoker of wasmachine (zie de rechter onderstaande afbeelding). Omdat kalk warmte slecht geleid maakt dit de wasmachine op den duur minder efficiënt.


(Zbigniew Czernik; CC BY 3.0 / Hustvedt; CC BY-SA 3.0)

Om kalkaanslag te voorkomen heeft het drinkwaterbedrijf al een groot deel van de calcium- en magnesiumionen verwijderd, maar niet alles. Om te voorkomen dat een afwasmachine een laag kalk op je glazen achterlaat, wordt aan veel afwasmiddelen waterontharders toegevoegd. Een voorbeeld van een ontharder is soda (Na2CO3). Als de kalkaanslag al is gevormd, kunnen we het verwijderen met zuren. Een goed voorbeeld is schoonmaakazijn.

In moderne wasmiddelen zitten een heel aantal stoffen. De belangrijkste is detergent. Dit is een stof die in werking lijkt op zeep, maar het is wel pH-neutraal, wat beter is voor de huid. Een ander voordeel van detergent is dat hiermee geen kalkzeep wordt gevormd, wat wel gebeurt als traditionele zeep reageert met calciumionen. Detergent heeft wel het nadeel dat het slechter is voor het milieu.

Naast detergent bevat wasmiddel vaak nog een aantal andere stoffen waarmee verschillende typen vlekken verwijderd kunnen worden. Enzymen worden bijvoorbeeld gebruikt voor eiwitvlekken (zoals zweet en bloed). Een ontharder voorkomt kalkaanslag. Aan wasmiddel voor witte was is ook bleek toegevoegd om kleurstofvlekken te verwijderen. Let er wel op dat je geen gekleurde was met dit wasmiddel in aanraking laat komen, want dan ben je de kleur kwijt.

Als laatste bespreken we schuurmiddel. Hierin zitten fijne korreltjes vaste stof die een schurende werking hebben. Een voorbeeld is garagezeep, dat gebruikt wordt in garages en werkplaatsen om hardnekkige olie- en vetvlekken te verwijderen. Een ander voorbeeld is tandpasta, waarin krijt zit dat fungeert als een licht schuurmiddel om je tanden schoon te krijgen.



         Leerdoelen:
  • Zorg dat je weet dat hydrofiele stoffen oplossen in water en hydrofobe stoffen niet
  • Zorg dat je weet dat vetten in zeep oplossen. Zorg dat je de werking van zeep kan uitleggen met behulp van het hydrofobe en hydrofiele deel van het zeepmolecuul
  • Zorg dat je weet dat je soda, gootsteenontstopper en ammonia kan gebruiken bij het verwijderen van vetten. Aceton kan je gebruiken bij het verwijderen van nagellak en terpentine en wasbenzine bij het verwijderen van verf
  • Zorg dat je weet dat kalkaanslag ontstaat als de calcium- en magnesiumionen in drinkwater neerslaan (als calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat)
  • Zorg dat je weet dat water hard wordt genoemd als er calcium- en magnesiumionen in opgelost zijn
  • Zorg dat je weet dat je kalkaanslag kan verwijderen met zuren
  • Zorg dat je weet dat in moderne wasmiddelen pH-neutraal detergent zit dat beter is voor de huid en geen kalkzeep vormt
  • Zorg dat je weet wat schuurmiddelen zijn

         Opdrachten
  1. (2p) Met zeep kunnen vetten worden verwijderd. Beschrijf hoe dit op moleculair niveau gebeurt.
  2. (2p) In een wasmachine gebruiken we vaak detergent in plaats van zeep. Noem een voordeel en een nadeel hiervan.
  3. (1p) Noem vier ingrediënten in wasmiddel voor witte was.
  4. Een garage moet nodig gereinigd worden. Er zijn grote verf- en olievlekken.
    1. (2p) Noem in beide gevallen een voorbeeld van een stof waarmee dit vuil verwijderd kan worden.
    2. (1p) Om een aantal olievlekken te verwijderen moet een schuurmiddel gebruikt worden. Leg uit wat een schuurmiddel is en hoe het werkt.
  5. (1p) De buurman heeft een "wondermiddel" ontdekt waarmee hij kalkaanslag in de waterkoker goed kan verwijderen. Hieronder is het resultaat te zien. Welke van de volgende stoffen zou wel eens in zijn wondermiddel kunnen zitten: wasbenzine, citroensap, sodaoplossing of detergent.

  6. Een leerling is een taart aan het bakken. Tijdens het bakken maakt hij een aantal vlekken op zijn witte schort. De vlekken bestaan uit boter, olijfolie en jam. Ook heeft de leerling zich per ongeluk gesneden aan een mes en zo is er een bloedvlek op zijn schort gekomen.
    1. (1p) Leg uit welke vlek alleen met water al schoon te krijgen is.
    2. (1p) Daarna maakt de leerling een sopje met zeep. Welke vlekken kan hij hiermee gemakkelijk verwijderen?
    3. (1p) Om de laatste vlekken te verwijderen besluit de leerling het schort in de wasmachine te doen. Welke stoffen in het wasmiddel zorgen ervoor dat deze laatste vlekken ook verdwijnen?