Hoofdstuk 5
Zouten

§1 De bouw van atomen
§2 Ionen
§3 Zouten
§4 Oplossen van zouten en elektrolyse
§5 Neerslagreacties

§1 De bouw van atomen

In het vorige hoofdstuk hebben we gezien dat we atomen kunnen combineren in metaalroosters en moleculen. Er is nog een derde optie. We kunnen atomen ook combineren tot zouten. Dit gaan we leren in dit hoofdstuk. Om zouten te begrijpen, moeten we eerst de structuur van het atoom bestuderen. Dat gaan we in deze paragraaf doen.

In het vorige hoofdstuk hebben we geleerd dat materie is opgebouwd uit atomen. Atomen blijken ook weer opgebouwd uit kleinere deeltjes. Elk atoom heeft in zijn centrum een atoomkern, bestaande uit positief geladen deeltjes die we protonen noemen en neutrale deeltjes die we neutronen noemen. Om de kern heen bevindt zich een wolk van negatieve geladen deeltjes die we elektronen noemen. Elk atoom bevat evenveel protonen als elektronen en als gevolg zijn atomen neutraal.

Zoals je in de bovenstaande afbeelding kunt zien, bewegen de elektronen niet willekeurig om de atoomkern. De elektronen bevinden zich in zogenaamde schillen op vaste afstanden van de kern. In de binnenste schil passen slechts twee elektronen, in de tweede schil passen 8 elektronen en in de derde schil passen wel 18 elektronen. Het zwaarste atoom dat we kennen heeft wel zeven schillen met daarin 118 elektronen.

Hieronder zien we de eerste 8 atomen uit het periodiek systeem. Waterstof bestaat uit één proton en dus ook één elektron. Helium bestaat uit twee protonen en dus ook twee elektronen. Lithium bevat drie protonen en dus ook drie elektronen, maar omdat de eerste schil vol is, komt het derde elektron in de tweede schil terecht. Op deze manier zijn alle atomen uit het periodiek systeem opgebouwd.

Het aantal protonen in een atoom noemen we het atoomnummer. In het onderstaande periodiek systeem vind je het atoomnummer linksonder de symbolen. Het is belangrijk te onthouden dat voor elke atoomsoort het atoomnummer vast staat. IJzer heeft volgens de onderstaande afbeelding bijvoorbeeld altijd atoomnummer 26.

Het aantal protonen en neutronen samen noemen we het massagetal. Het massagetal wordt vaak achter de naam van het element genoemd. Fluor-19 heeft dus een massagetal van 19. Omdat fluor volgens het bovenstaande periodiek systeem 9 protonen heeft, moet het dus ook nog 10 neutronen bevatten, zodat het aantal protonen en neutronen samen 9 + 10 = 19 wordt. Waterstof-1 heeft een atoomnummer van 1 en bevat dus slechts 1 proton. Het massagetal van waterstof is ook 1, dus waterstof bevat 0 neutronen (omdat 1 + 0 = 1).

Het massagetal van atomen staat niet vast. De meest voorkomende massagetallen van neon zijn bijvoorbeeld 20 en 22. In het periodiek systeem zien we dat neon een atoomnummer heeft van 10. Een neonatoom heeft dus 10 protonen in de kern. Bij neon-20, moeten er ook 20 - 10 = 10 neutronen in de kern zitten. Bij neon-22 zitten er 22 - 10 = 12 neutronen in de kern.

Leerdoelen:

Zorg dat je het aantal protonen, neutronen en elektronen in een atoom kan identificeren met behulp van het atoomnummer en het massagetal

Opdrachten

(1p) Alledaagse voorwerpen als stoelen en tafels bestaan o.a. uit de geladen deeltjes genaamd protonen en elektronen. Hoe komt het dat we in de praktijk meestal niets van deze ladingen merken.

(1p) Een atoom bevat 16 protonen. Om welk soort atoom gaat het hier?

Een atoom bevat 79 protonen.

(1p) Hoeveel elektronen bevat dit atoom? Leg je antwoord uit.

(1p) Welke atoomsoort is dit?

(1p) Welk atoomnummer heeft magnesium?

(2p) Teken een magnesium atoom met massagetal 24. Geef hierin duidelijk de protonen, de neutronen en de elektronen weer. Het is niet nodig de elektronen in de juiste schillen te tekenen.

(4p) Reken bij de volgende atomen uit hoeveel protonen en hoeveel neutronen er in de atoomkern zitten.

Helium-4

Koolstof-12

Waterstof-1

Waterstof-2

IJzer-56

(2p) Hoeveel protonen en hoeveel neutronen bevat één watermolecuul? Ga uit van een massagetal van waterstof van 1 en een massagetal van zuurstof van 16.

§2 Ionen

Tijdens chemische reacties kunnen atomen elektronen opnemen of afstaan. Hierbij ontstaan zogenaamde ionen. In deze paragraaf gaan we dit proces bestuderen. In de volgende paragraaf zullen we zien dat ionen de bouwstenen zijn van zouten.

Tijdens chemische reacties is het mogelijk dat de buitenste schil van een atoom een elektron opneemt of afstaat. Als dit gebeurt, is het atoom natuurlijk niet neutraal meer. Een geladen atoom noemen we een ion.

Elektronen zijn negatief geladen, dus als een atoom een extra elektron opneemt, dan verandert het neutrale atoom in een negatief geladen ion. Als een atoom een elektron afstaat, dan wordt het aantal positieve protonen groter dan het aantal negatieve elektronen en als gevolg ontstaat er een positief geladen ion.

Het aantal elektronen dat een atoom bij een reactie opneemt of afstaat is niet willekeurig. De atomen in de eerste kolom van het periodiek systeem staan gemakkelijk één elektron af en krijgen daarom een lading van 1+. De atomen in de tweede en derde kolom krijgen gemakkelijk een lading van 2+ en 3+ (zie de onderstaande afbeelding). Ook aan de rechterkant is een dergelijk patroon zichtbaar. De niet-metalen in de tweede kolom van rechts krijgen lading 1-, de derde kolom 2- en de vierde kolom 3-. Let er op dat de edelgassen geen ionen vormen. Deze atomen zijn immers niet reactief.

Voor de vakjes in het periodiek systeem die wit zijn gelaten, is een minder duidelijk patroon te vinden. In deze gevallen vermelden we de lading met behulp van Romeinse cijfers. Er geldt:

Cijfer	Romeins cijfer
1	I
2	II
3	III
4	IV
5	V
6	VI
7	VII
8	VIII

Een ijzer(III)ion staat bijvoorbeeld voor Fe³⁺ en een ijzer(II)ion voor Fe²⁺. De Romeinse cijfers staan altijd voor het aantal positieve ladingen.

De lading van het ion noteren we rechtsboven het symbool. Een chlooratoom kan bijvoorbeeld één elektron opnemen. Als dit gebeurt, dan noteren we dit als Cl^-. We noemen dit een chloride-ion. Een natriumatoom kan één elektron afstaan. We schrijven dan Na⁺. We noemen dit een natriumion. Merk op dat de naam van negatieve ionen eindigt op "-ide-ion" en voor positieve ionen alleen op "-ion".

Een fosforatoom kan drie elektronen opnemen. In dat geval ontstaat P^3-. We noemen dit een fosfide-ion. Zuurstof en zwavel nemen elke twee elektronen op (O^2- en S^2-) en noemen we oxide-ionen en sulfide-ionen.

We kunnen de verschillende ionen zoals gebruikelijk herkennen aan hun stofeigenschappen. Soms verklapt de kleur met welke ionen we te maken hebben. Een oplossing met Cu²⁺, oftewel koper(II)-ionen, heeft bijvoorbeeld een blauwe kleur. Het is belangrijk dat je dit uit je hoofd weet. Metaalionen geven vaak ook specifieke kleuren als je ze in een vlam houdt (zie de onderstaande afbeelding). In BINAS kan je ook voor een aantal metalen de vlamkleuring vinden. We zien hier dat bijvoorbeeld koper zorgt voor groen licht, calcium voor rood licht, natrium voor geel licht en zink voor blauw licht.

(Afbeelding: Hegelrast; CC BY-SA 4.0)

Deze verschillende kleuren zien we ook terug in vuurwerk.

(Afbeelding: Kurume-Shimin (mod); CC BY-SA 4.0)

Een ion dat uit één atoom te maken is noemen we een enkelvoudig ion. Tot nu toe hebben we alleen nog maar deze enkelvoudige ionen besproken. Maar er zijn ook samengestelde ionen. Neem bijvoorbeeld CO₃^2-, het zogenaamde carbonaat-ion, of NO₃^-, het zogenaamde nitraat-ion. In de onderstaande tabel staan de samengestelde ionen die je uit je hoofd moet kennen:

Triviale naam	Formule
carbonaat-ion	CO₃^2-
nitraat-ion	NO₃^-
sulfaat-ion	SO₄^2-
fosfaat-ion	PO₄^3-
hydroxide-ion	OH^-
Ammonium-ion	NH₄⁺

Leerdoelen:

Zorg dat je het verschil tussen atomen en ionen begrijpt en dat je het ontstaan van een negatief en positief ion kan begrijpen aan de hand van het opnemen en afstaan van elektronen

Zorg dat je weet dat de benaming van negatieve ionen altijd eindigt op "-ide-ion" en van positieve ionen op "ion". Een zuurstofion noemen we een oxide-ion, een zwavelion een sulfide-ion en een fosforion een fosfide-ion

Zorg dat je weet dat een oplossing van Cu²⁺-ionen een blauwe kleur heeft

Zorg dat je met behulp van BINAS de vlamkleuren van verschillende metaalionen kan opzoeken

Zorg dat je de samengestelde ionen uit de tabel in de paragraaf uit je hoofd kent

Opdrachten

(10p) Geef bij elk van de volgende tekeningen aan of het gaat om een atoom of een ion. Geef ook aan om welk atoom of ion het gaat. De neutronen zijn niet weergegeven.

(2p) Een ion bevat 9 protonen en 10 elektronen. Schrijf de formule van dit ion op.

(2p) Een ion bevat 13 protonen en 10 elektronen. Schrijf de formule van dit ion op.

Een zuurstofatoom neemt 2 elektronen op.

(1p) Geef de formule van het ion dat ontstaat.

(2p) Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat het ion?

Een ijzeratoom staat 2 elektronen af.

(1p) Geef de formule van het ion dat ontstaat.

(2p) Hoeveel protonen en hoeveel elektronen bevat het ion?

(3p) Hoeveel protonen, neutronen en elektronen bevat een chloride-ion?

(8p) Geef de formule van:

Een fluoride-ion

Een magnesiumion

Een fosfide-ion

Een bromide-ion

Een koper(II)ion

Een ijzer(II)ion

Een tin(IV)ion

Een chroom(III)ion

(2p) Al(OH)₃ bestaat uit aluminium(III)- en hydroxide-ionen. Geef de formule voor beide ionen.

(2p) CaCO₃ bestaat uit calcium- en carbonaat-ionen. Geef de formule voor beide ionen.

(1p) Koperchloride wordt in een vlam geplaatst. Welke kleur krijgt de vlam?

§3 Zouten

Nu we weten wat ionen zijn, zijn we eindelijk in staat te begrijpen wat zouten zijn. Dit gaan we bestuderen in deze paragraaf.

Als een metaalatoom met een niet-metaalatoom reageert, dan ontstaat altijd een zout. Het bekendste voorbeeld van een zout is keukenzout (NaCl). Als we keukenzout ontleden, dan vinden we inderdaad dat het opgebouwd is uit een metaal en een niet-metaal. In dit geval gaat het om het metaal natrium dat explosief reageert met water en het gele en giftige gas chloor (zie de onderstaande afbeelding). Als we deze stoffen weer met elkaar laten reageren, dan ontstaat weer keukenzout.

Bij de vorming van een zout veranderen atomen in ionen. Als bijvoorbeeld een natriumatoom met een chlooratoom reageert, dan pakt het chlooratoom een elektron af van het natriumatoom. Als gevolg ontstaat een natriumion (Na⁺) en een chloride-ion (Cl^-). In de onderstaande afbeelding zien we dit gebeuren. Met behulp van deze afbeelding kunnen we ook begrijpen waarom natrium gemakkelijk een elektron afstaat en chloor een elektron opneemt. Een natriumatoom heeft namelijk één loszwevend elektron in zijn buitenste schil en een chlooratoom mist juist één elektron in zijn buitenste schil.

Omdat positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken, zal een natriumion zich omringen door chloorionen en andersom. Het resultaat is een hecht rooster waarin de chloorionen en de natriumionen elkaar afwisselen. We noemen dit een ionrooster (zie de onderstaande afbeelding).

(Afbeelding: Benjah-bmm27; PD)

Samen met de kennis uit het vorige hoofdstuk weten we nu dat metalen uit metaalatomen bestaan en zich ordenen in een metaalrooster, dat niet-metalen bestaan uit niet-metaalatomen en zich ordenen als moleculen en dat zouten bestaan uit een combinatie van metaalatomen en niet-metaalatomen en zich ordenen in ionroosters. Dit is hieronder samengevat:

Zowel moleculen, metaalroosters als ionroosters vinden we terug bij de ontleding van keukenzout. Keukenzout zelf vormt een ionrooster. Het natrium dat ontstaat vormt een metaalrooster en het chloorgas vormt moleculen (Cl₂) (zie de onderstaande afbeelding).

Omdat zouten geen moleculen vormen, spreken we bij de benaming van zouten ook niet van "molecuulformules". In plaats daarvan gebruiken we zogenaamde verhoudingsformules. Deze formules geven aan in welke verhouding de verschillende ionen aanwezig zijn in het ionrooster. Neem bijvoorbeeld keukenzout. Natriumionen hebben een lading van 1+. Chloride-ionen hebben een lading van 1-. Omdat keukenzout een neutrale stof is, moeten er dus evenveel natriumionen als chloride-ionen in keukenzout zitten. De verhoudingsformule van keukenzout wordt dus simpelweg Na⁺Cl^-. In de praktijk laten we de ladingen in de verhoudingsformule weg en korten we dit af tot NaCl.

Nog een voorbeeld. Natriumoxide bestaat uit natriumionen (Na⁺) en oxide-ionen (O^2-):

$$ \mathrm{O}^{2-} \,\,\,\,\, \mathrm{Na}^+ $$

Natriumoxide is een neutrale stof. Als beide ionen evenveel aanwezig zouden zijn, dan zou het resultaat niet neutraal zijn door de dubbele lading van de oxide-ionen. Het totaal is wel neutraal als het zout twee keer zoveel natriumionen zou bevatten:

$$ \mathrm{O}^{2-} \,\,\,\,\, \mathrm{Na}^+ \,\,\,\,\, \mathrm{Na}^+$$

Merk op dat we nu 2 negatieve ladingen en 2 positieve ladingen hebben. Het totaal is dus inderdaad neutraal. De verhoudingsformule van natriumoxide is daarom Na₂O. Bij de vorming van dit zout hebben beide natriumatomen elk een elektron afgestaan (zodat ze lading 1+ krijgen) en heeft het zuurstofatoom deze twee elektronen opgenomen (zodat het een lading van 2- krijgt). Hieronder staat deze reactie schematisch weergegeven:

Laten we nog een laatste voorbeeld bespreken. Wat is de verhoudingsformule van aluminium(III)oxide? Een aluminium(III)-ion heeft een lading van 3+ en een oxide-ion heeft een lading van 2-:

$$ \mathrm{Al}^{3+} \,\,\,\,\, \mathrm{O}^{2-} $$

Om een neutraal stuk aluminium(III)oxide over te houden, hebben we twee aluminiumionen nodig en drie oxide-ionen:

$$ \mathrm{Al}^{3+} \,\,\,\,\, \mathrm{Al}^{3+} \,\,\,\,\, \mathrm{O}^{2-} \,\,\,\,\, \mathrm{O}^{2-} \,\,\,\,\, \mathrm{O}^{2-} $$

Merk op dat we in dit geval 6 positieve en 6 negatieve ladingen hebben. Het totaal is dus inderdaad neutraal. De verhoudingsformule wordt dus Al₂O₃.

We kunnen de verhoudingsformules ook in woorden uitdrukken. We gebruiken hier niet de Griekse voorvoegsels. Na₂O noemen we gewoon natriumoxide en niet "natriumdioxide". We noteren wel de romeinse cijfers als de ionlading niet rechtstreeks uit het periodiek systeem af te lezen is. De naam van Al₂O₃ is bijvoorbeeld aluminium(III)oxide.

We kunnen ook verhoudingsformules opstellen van samengestelde ionen. Neem bijvoorbeeld natriumcarbonaat, ook wel soda genoemd. Een natriumion schrijven we als Na⁺ en een carbonaation schrijven we als CO₃^2-. Om een neutraal zout te krijgen, hebben we twee keer het natriumion nodig en één keer het carbonaation:

$$ \mathrm{Na}^{+} \,\,\,\,\, \mathrm{Na}^+ \,\,\,\,\, \mathrm{CO_3}^{2-}$$

De verhoudingsformule wordt dus Na₂CO₃.

Nog een voorbeeld. Neem calciumnitraat. Dit bestaat uit een calciumion (Ca²⁺) en twee nitraationen (NO₃^-).

$$ \mathrm{Ca}^{2+} \,\,\,\,\, \mathrm{NO}_3^- \,\,\,\,\, \mathrm{NO}_3^- $$

De verhoudingsformule wordt dus Ca(NO₃)₂. We gebruiken hier haakjes om aan te geven dat we twee keer het hele ion NO₃^- nodig hebben. Met de haakjes voorkom je ook dat er twee indices naast elkaar staan.

Hieronder staan een aantal bekende zouten met samengestelde ionen die je uit je hoofd moet kennen. De toestandsaanduiding "aq" wil zeggen dat de stof is opgelost in water.

Triviale naam	Rationele naam	Verhoudingsformule
Keukenzout	Natriumchloride	NaCl
Kalkwater	Calciumhydroxide	Ca(OH)₂ (aq)
Kalksteen	Calciumcarbonaat	CaCO₃
Soda	Natriumcarbonaat	Na₂CO₃
Natronloog	Natriumhydroxide	NaOH (aq)

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat zouten ontstaan door een metaal en een niet-metaal met elkaar te laten reageren en dat zouten uit ionen bestaan

Zorg dat je weet dat zouten in vaste vorm een ionrooster vormen, waarbij de positieve en negatieve ionen om en om in het rooster zitten

Zorg dat je de verhoudingsformule van zouten kan achterhalen

Zorg dat je de triviale namen van zouten uit de tabel in de paragraaf uit je hoofd kent

Opdrachten

In dit progamma leer je de formules voor zouten te vinden aan de hand van de naam van de stof:

(8p) Geef de verhoudingsformule van de volgende stoffen:

Natriumoxide.

Koperoxide.

Aluminium(III)chloride.

IJzer(II)sulfide.

IJzer(III)sulfide.

Chroom(III)oxide.

Lood(II)jodide.

Lood(IV)fosfide.

Bij een reactie tussen calcium en chloor ontstaat calciumchloride.

(2p) Welk atoom staat elektronen af en welk atoom neemt elektronen op?

(1p) Geef de verhoudingsformule van calciumchloride.

IJzer halen we uit ijzererts (IJzer(III)oxide). Als we ijzererts bij hoge temperaturen laten reageren met koolstofmonoxide, dan ontstaat er koolstofdioxide en ijzer.

(4p) Geef bij elk van de stoffen in deze reactie aan of het gaat om een moleculaire stof, een metaal of een zout.

(1p) Welk ion in ijzererts heeft elektronen opgenomen en welk ion heeft elektronen afgestaan?

(1p) Geef de verhoudingsformule van ijzererts.

(2p) Leg uit wat de naam is van Cu₂O? Kies uit de volgende opties:

koper(I)oxide

koper(II)oxide

koper(IV)oxide

(2p) Soda is de triviale naam voor natriumcarbonaat. In de paragraaf staat dat de verhoudingsformule hiervan Na₂CO₃ is. Ga na dat dit zo is.

(2p) Kalkwater is de triviale naam voor calciumhydroxide. In de paragraaf staat dat de verhoudingsformule hiervan Ca(OH)₂ is. Ga na dat dit zo is.

(1p) Geef aan waarom in de verhoudingsformule Al(OH)₃ haakjes staan.

(2p) Geef de verhoudingsformule van magnesiumhydroxide.

(4p) Geef de verhoudingsformule van bariumcarbonaat en kaliumcarbonaat.

(4p) Geef de verhoudingsformule van ijzer(III)fosfaat en bariumfosfaat.

(2p) Geef de verhoudingsformule van ammoniumcarbonaat.

(2p) Wat is de formule van de ijzerionen in Fe₂O₃? Leg je antwoord uit.

Verf die door kunstschilders gebruikt wordt, kan worden gemaakt door het mengen van olie, een pigment en een vulstof. Pigmenten zijn vaste stoffen die kleur aan de verf geven. Hieronder staan vier pigmenten die het element chroom bevatten, met de bijbehorende kleur.

stof kleur

CrO₃ rood

Cr₂O₃ groen

K₂Cr₂O₇ oranje

PbCrO₄ geel

(2p) In de rationele naam van het rode pigment CrO₃ kan een Romeins cijfer worden gebruikt. Geef dit Romeinse cijfer.

(1p) Uit welk soort deeltjes bestaat het groene pigment? Kies uit: atomen, ionen of moleculen.

(2p) Het oranje pigment bestaat uit kaliumionen en één soort negatieve ionen. Wat is de lading van dit soort negatieve ionen?

(1p) Het gele pigment mag tegenwoordig niet meer worden gebruikt, omdat onder meer de looddeeltjes schadelijk zijn voor de gezondheid. Wat is het belangrijkste gevaaraspect van deze looddeeltjes? Maak gebruik van Binas. Kies uit: bijtend, kankerverwekkend, uiterst brandbaar en zeer giftig.

(Bron: Examen VMBO-T, 2022-1)

(2p) In magnetiet komen twee soorten ijzerionen voor: Fe²⁺ en Fe₃₊. In welke verhouding is Fe²⁺ en Fe³⁺ aanwezig in Fe₃O₄?
(Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)

(2p) Kaliumnatriumtartraat (KNaC₄H₄O₆) bestaat uit kaliumionen, natriumionen en tartraationen in de verhouding 1 : 1 : 1. Geef de formule van het tartraation.
(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

§4 Oplossen van zouten en elektrolyse

Als we een zout oplossen in bijvoorbeeld water, dan bewegen de ionen vrij door de vloeistof. In deze paragraaf gaan we zien dat zoutoplossingen stroom geleiden en dat je hiermee zout kan ontleden.

Hieronder zien we een watermolecuul. Zoals je kunt zien bevindt zich aan de bovenkant een overschot aan elektronen en aan de onderkant een overschot aan protonen. Dit zorgt ervoor dat de bovenkant van een watermolecuul een kleine negatieve lading heeft en de onderkant een kleine positieve lading.

Als we een zout in water oplossen, dan trekken de watermoleculen met de twee geladen kanten aan de ionen in het zout. Als deze aantrekkingskracht groot genoeg is, dan trekken de watermoleculen de ionen uit het rooster. De ionen bewegen dan vrij rond in het water (zie de onderstaande afbeelding).

Het oplossen van een zout beschrijven we met een oplosvergelijking. Dit ziet er als volgt uit:

$$ \text{NaCl (s) } \;\; \rightarrow \;\; \text{ Na}^+\text{ (aq) } + \text{Cl}^-\text{ (aq)} $$

Merk op dat in deze vergelijkingen water niet expliciet genoemd wordt. Met de toestandsaanduiding "aq" geef je aan dat de ionen in water ("aqua") zijn opgelost. Er staat hier dus dat het ionrooster is opgedeeld in individuele ionen, die vrij rondbewegen in water.

Hieronder beschrijven we het oplossen van het zout bariumchloride (BaCl₂):

$$ \text{BaCl}_2 \text{(s)} \;\; \rightarrow \;\; \text{ Ba}^+\text{ (aq) } + \text{2 Cl}^-\text{ (aq)} $$

Merk op dat de twee chloride-ionen nu ook los van elkaar bewegen in de oplossing (vandaar dat de "2" voor het opgeloste chloride-ion geschreven wordt).

Bij het indampen van een keukenzoutoplossing gebeurt het omgekeerde:

$$ \text{ Na}^+\text{ (aq) } + \text{Cl}^-\text{ (aq)} \;\; \rightarrow \;\; \text{NaCl (s) } $$

Het oplossen en indampen van moleculen werkt heel anders. Neem bijvoorbeeld het oplossen van glucose (C₆H₁₂O₆):

$$ \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (s)} \;\; \rightarrow \;\; \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \text{ (aq)} $$

Zoals je ziet ontstaan er bij het oplossen van moleculen geen ionen. De glucosemoleculen bewegen zich als geheel door water.

Doordat zowel vloeibare als opgeloste zouten uit geladen ionen bestaan, kunnen ze elektriciteit geleiden. Dit kunnen we aantonen met het onderstaande experiment. Links plaatsen we gedestilleerd water (zuiver water) in serie met een lampje. Omdat gedestilleerd water geen stroom geleid, gaat het lampje niet aan. Als je een zout toevoegt aan het water (zie de rechter opstelling) dan gaat het lampje wel aan. De enige reden dat kraanwater geleid is dus doordat er ionen in zijn opgelost.

Als we een stroom laten lopen door een zoutoplossing, dan ontleden we daarmee ook het zout. In een eerder hoofdstuk hebben we deze manier van ontleden elektrolyse genoemd. De opstelling is hieronder weergegeven. Twee stukjes metaal genaamd elektroden zijn in de oplossing geplaatst en zijn verbonden met plus- en de minpool van een spanningsbron.

In dit geval is gekozen voor een oplossing van aluminiumchloride. Hierin bevinden zich dan Al³⁺- en Cl^--ionen. De Cl^--ionen zijn negatief en worden dus aangetrokken tot de positieve elektrode. De positieve elektrode trekt dan een elektron uit het ion, waardoor het chloride-ion verandert in een neutraal chlooratoom. In een eerder hoofdstuk hebben we geleerd dat chlooratomen zich groeperen in paren. Er ontstaan bij de positieve elektrode dus Cl₂ moleculen. Dit is bij kamertemperatuur een geelkleurig gas. In de afbeeldingen zien we dat dit gas wordt opgevangen in een buisje.

De Al³⁺-ionen zijn positief en worden dus aangetrokken tot de negatieve elektrode. De ionen trekken elk drie elektronen uit de negatieve elektrode en worden hierdoor ook neutraal. Als gevolg ontstaan aluminiumatomen die een metaalrooster vormen op de negatieve elektrode.

Leerdoelen:

Zorg dat je oplosvergelijkingen en indampvergelijkingen van zouten en moleculen kan uitschrijven net de toestandsaanduiding (aq)

Zorg dat je begrijpt dat gesmolten en opgeloste zouten stroom geleiden omdat ze bestaan uit vrij bewegende ionen

Zorg dat je begrijpt dat met elektrolyse een zout te ontleden is. Zorg dat je begrijpt welke ionen tot welke elektrode worden aangetrokken en dat hierbij de ionen veranderen in atomen

Opdrachten

Het rooster van magnesiumoxide lijkt erg op het rooster van keukenzout.

(1p) Welk ion in magnesiumoxide is positief geladen en welke negatief?

(2p) Teken een stukje van het rooster van magnesiumoxide.

(2p) Verklaar waarom magnesiumoxide niet oplost in water, terwijl natriumchloride dit wel doet.

(1p) In tandpasta zit natriumfluoride. Geef de vergelijking voor het oplossen van natriumfluoride in water.

Als je een zoutoplossing indampt ontstaan zoutkristallen.

(1p) Geef de vergelijking voor het indampen van een keukenzoutoplossing.

(2p) Maak een schematische tekening op atomair niveau van voor én na de reactie.

(2p) Leg uit wat het verschil is tussen NaCl (l) en NaCl (aq).

(1p) Geef de oplosvergelijking van het zout kaliumnitraat (KNO₃).

(2p) Geef de oplosvergelijking van zout calciumchloride (CaCl₂).

(1p) Welk soort deeltjes in de zoutoplossing maakt de elektrische stroomgeleiding mogelijk? Kies uit: atomen, ionen of moleculen.

(7p) Leg uit of de volgende stoffen elektriciteit geleiden of niet. In het geval dat de stoffen geleiden, leg dan uit waarom dat zo is.

H₂O

Cu

NaCl(s)

NaCl (aq)

NaCl (l)

CH₄

Al₂O₃ (s)

NO₂ (l)

BaF₂ (l)

Een leerling ontleedt calciumchloride door middel van elektrolyse.

(2p) Welke ionen in deze stoffen worden aangetrokken tot de positieve elektrode en welke tot de negatieve elektrode? Leg je antwoord uit.

(2p) Welke stoffen ontstaan bij de ontleding van calciumchloride? Geef de rationele namen en de formules van deze stoffen.

(2p) Geef voor beide stoffen aan of ze ionen, moleculen of metaalroosters vormen.

(2p) Geef voor beide stoffen aan of ze in vaste, vloeibare of gasvorm voorkomen. Ga uit van kamertemperatuur.

Natrium komt als zuivere stof in de natuur niet voor, maar alleen in verbindingen. Dit komt doordat natrium gemakkelijk reageert met bijvoorbeeld zuurstof en water. Natrium kan worden geproduceerd uit natriumverbindingen met behulp van bijvoorbeeld elektrolyse. Het geproduceerde natrium wordt vervolgens in olie bewaard.

(1p) Tot welk soort stoffen behoort natrium? Kies uit: metalen, moleculaire stoffen of zouten.

(1p) Is de omzetting van natriumverbindingen tot natrium een scheiding of een ontleding. Leg je antwoord uit.

(1p) Welke reacties worden voorkomen door natrium in olie te bewaren?

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

Leven op de maan is nu onmogelijk, onder andere omdat op de maan geen zuurstof aanwezig is. De maanbodem (regoliet) biedt misschien uitkomst. Het regoliet is een mengsel van fijn gruis en gesteente en bestaat voor een belangrijk deel uit metaaloxiden. Door middel van elektrolyse kan zuurstof worden gevormd uit deze metaaloxiden. In een laboratorium is dit al gelukt uit nagemaakt regoliet. Doordat op deze manier zuurstof beschikbaar wordt, is het in de toekomst misschien toch mogelijk om langdurig op de maan te verblijven.

(1p) Welk soort proces is de vorming van zuurstof uit regoliet. Kies uit: mengen, ontleden, scheiden of verbranden. Leg je antwoord uit.

(1p) Regoliet bevat ook oxiden van andere elementen. Welk van onderstaande oxiden is volgens Binas geen metaaloxide? Kies uit: MgO, MnO, SiO₂ en TiO₂

(1p) Het nagemaakte regoliet werd fijngemalen en vermengd met gesmolten calciumchloride. In gesmolten calciumchloride kunnen de aanwezige deeltjes bewegen, waardoor deze stof de elektrische stroom geleidt. Welk soort deeltjes zijn dat? Kies uit: atomen, ionen of moleculen.

(1p) Bij het experiment wordt een elektrode van tin(IV)oxide gebruikt. Welke informatie geeft IV in de naam tin(IV)oxide?

(1p) Bij de elektrolyse worden oxide-ionen omgezet tot zuurstofmoleculen. Bij welke elektrode vindt deze omzetting plaats? Leg je antwoord uit.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

§5 Neerslagreacties

In deze paragraaf gaan we onderzoeken wat er gebeurt als we twee zoutoplossingen mengen. Er kunnen dan zogenaamde neerslagreacties ontstaan.

Als we twee zoutoplossingen mengen, dan kan het zijn dat een bepaalde combinatie van de toevoegde ionen een slecht oplosbaar zout vormt. In dat geval vormt deze combinatie van ionen een vast zout dan na verloop van tijd naar de bodem zal zakken. We noemen dit ook wel een neerslagreactie.

Hieronder zien we een voorbeeld. Twee transparante en kleurloze zoutoplossingen (kaliumjodide en lood(II)nitraat) worden samengevoegd en vormen een geel slecht oplosbare zout (loodjodide). Deze gele vaste stof zakt daarna naar de bodem.

Of een neerslagreactie plaatsvindt, kunnen we nagaan met behulp van de oplosbaarheidstabel in BINAS. In deze tabel kan je voor verschillende combinaties van ionen aflezen of ze goed oplossen ("g"), matig oplossen ("m") of slecht oplossen ("s"). Op sommige plekken zie je ook een streepje ("-") staan. Dit betekent dat dit zout niet kan vormen. De tabel is ook hieronder gegeven:

	OH^-	O^2-	Cl^-	Br^-	I^-	F^-	S^2-	NO₃^-	CO₃^2-	SO₄^2-	PO₄^3-
Ag⁺	-	s	s	s	s	g	s	g	s	m	s
Al³⁺	s	s	g	g	g	g	-	g	-	g	s
Ba²⁺	g	-	g	g	g	m	m	g	s	s	s
Ca²⁺	m	-	g	g	g	s	m	g	s	m	s
Cu²⁺	s	s	g	g	-	g	s	g	s	g	s
Fe²⁺	s	s	g	g	g	m	s	g	s	g	s
Fe³⁺	s	s	g	g	-	m	s	g	-	g	s
Hg²⁺	-	s	g	m	s	-	s	g	s	-	s
K⁺	g	-	g	g	g	g	g	g	g	g	g
Mg²⁺	s	s	g	g	g	s	s	g	s	g	s
Na⁺	g	-	g	g	g	g	g	g	g	g	g
NH₄⁺	-	-	g	g	g	g	-	g	-	g	-
Pb²⁺	s	s	m	m	s	m	s	g	s	s	s
Sn²⁺	s	s	g	g	g	g	s	g	s	g	s
Zn²⁺	s	s	g	g	g	g	s	g	s	g	s

Als je de tabel bestudeert, dan kan je zien dat alle kaliumzouten, natriumzouten en ammoniumzouten goed oplossen. Dit geldt ook voor alle zouten met nitraten.

Laten we als voorbeeld het mengen van een natriumfosfaatoplossing en een koper(II)nitraatoplossing nemen. We hebben in dat geval te maken met de volgende ionen:

$$ \text{Na}^+ \;\;\;\;\; \text{PO}_4^{3-} \;\;\;\;\; \text{Cu}^{2+} \;\;\;\;\; \text{NO}_3^- $$

Een handige manier om de combinaties tussen deze ionen te analyseren is door de onderstaande tabel te maken. De positieve ionen noteren we bijvoorbeeld horizontaal en de negatieve ionen verticaal. Met de oplosbaarheidstabel in BINAS kunnen we dan invullen welke combinaties goed, slecht of matig oplossen:

	Na⁺	Cu²⁺
PO₄^3-	g	s
NO₃^-	g	g

Zoals je ziet lossen alle combinaties goed op behalve de combinatie PO₄^3- en Cu²⁺. Deze stoffen vormen samen dus een vast zout (zie de onderstaande afbeelding). Door naar de ladingen te kijken zien we dat de verhoudingsformule van dit zout Cu₃(PO₄)₂ moet zijn (ga dit zelf na!).

Met deze methode kan je ook een zout naar keus maken. Stel we willen bariumsulfaat maken. Dit bestaat uit de ionen Ba²⁺ en SO₄^2-. Volgens de oplosbaarheidstabel lossen deze ionen slecht op en als gevolg zullen ze dus neerslaan. Om ervoor te zorgen dat andere combinaties niet neerslaan, kiezen we andere ionen die samen goed oplossen. Nitraat-ionen en natrium-ionen zijn bijvoorbeeld goed oplosbaar. Om bariumsulfaat te maken, kunnen we dus een bariumnitraatoplossing en een natriumsulfaatoplossing gebruiken. In een tabel kunnen we checken of we dit goed gedaan hebben:

	Ba²⁺	Na⁺
SO₄^2-	s	g
NO₃^-	g	g

Zoals je ziet lossen alle ionen goed op behalve de combinatie bariumsulfaat. Deze stof zal dus neerslaan.

Deze truck kan je ook gebruiken als je juist ionen uit een oplossing wilt verwijderen. In het bovenstaande voorbeeld slaat bariumsulfaat neer. Dit verdwijnt dus uit de oplossing. Door het zout te laten bezinken en de oplossing daarna voorzichtig af te gieten, kan je de barium- en sulfaationen verwijderen. Deze techniek wordt bijvoorbeeld gebruikt als we ionen uit water willen halen bij het zuiveren van drinkwater.

Leerdoelen:

Zorg dat je in BINAS kan opzoeken of zouten goed, matig of slecht oplossen

Zorg dat je met de oplosbaarheidstabel in BINAS kan achterhalen of twee zoutoplossingen bij mengen een neerslagreactie produceren

Zorg dat je met de oplosbaarheidstabel in BINAS kan achterhalen hoe je een bepaald ion uit een oplossing kan verwijderen door het neer te laten slaan of hoe je een specifiek zout kan maken door twee zoutoplossingen te mengen

Opdrachten

(2p) Ga na of aluminium(III)fosfaat en aluminium(III)hydroxide slecht oplosbaar zijn in water of niet.

(1p) Ga na of ijzer(III)chloride goed oplosbaar is in water of niet.

(2p) In een drinkwaterinstallatie wordt ijzer(II) uit water gehaald door het te beluchten met zuurstof. Leg met behulp van BINAS uit dat op deze manier het ijzer neerslaat in de vorm van een zout.

In de afbeelding in de paragraaf zien we een reactie tussen kaliumjodide en lood(II)nitraat. Hierbij slaat lood(II)jodide neer.

(6p) Geef de verhoudingsformules van deze drie zouten.

(2p) Laat met behulp van BINAS zien dat inderdaad alleen loodjodide neerslaat.

Een leerling mengt ijzer(III)nitraat met natronloog.

(3p) Ga na welke ionen een neerslag vormen.

(1p) Geef de verhoudingsformule van het zout dat neerslaat.

Een leerling mengt aluminium(III)chloride met zilver(I)nitraat.

(3p) Ga na welke ionen een neerslag vormen.

(1p) Geef de verhoudingsformule van het zout dat neerslaat.

Een leerling mengt ijzer(III)sulfaat met lood(II)nitraat.

(3p) Ga na welke ionen een neerslag vormen.

(1p) Geef de verhoudingsformule van het zout dat neerslaat.

(1p) Fehlingsreagens kan worden gebruikt om de aanwezigheid van bepaalde suikers, in bijvoorbeeld levensmiddelen, aan te tonen. Door het reagens aan een levensmiddel toe te voegen en het mengsel te verwarmen, kan worden onderzocht of deze suikers aanwezig zijn: er ontstaat dan een roodbruine suspensie. Deze suspensie ontstaat door de vorming van koper(I)oxide. In Binas is de oplosbaarheid van het koper(I)ion niet opgenomen. Welke notatie zou op de kruising van het koper(I)ion en het oxide-ion staan? Kies uit, "-", "g" of "s".
(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

Een koperdraad in een bekerglas wordt overgoten met een kleurloze oplossing. Deze oplossing bevat o.a. zilver(I)ionen. Op het koper ontstaat een grijswit laagje zilver. De oplossing in het bekerglas verandert hierbij van kleur. De chemische reactie die dit veroorzaakt kan als volgt worden weergegeven: $$ \text{zilver(I)ionen} + \text{koper} \rightarrow \text{zilver} + \text{koper(II)ionen} $$

(2p) De gebruikte kleurloze oplossing bevat één zout. Geef de naam van een mogelijk zout dat in deze oplossing aanwezig kan zijn. Maak gebruik van BINAS.

(1p) Bij de reactie verandert de kleur van de oplossing in het bekerglas. Geef aan welke kleur de oplossing krijgt.

(Bron: Examen VMBO-T, 2023-1)

(2p) Een leerling maakt het zout magnesiumcarbonaat. Hij mengt hiervoor twee zoutoplossingen. De ene oplossing bevat magnesium(II)nitraat. Welk zout zou de andere oplossing kunnen bevatten?

Stoffen die je uit je hoofd moet kennen:

Atomen
Metalen		Niet-metalen
Natrium	Na	Waterstof	H
Kalium	K	Koolstof	C
Magnesium	Mg	Stikstof	N
Calcium	Ca	Fosfor	P
Barium	Ba	Zuurstof	O
Chroom	Cr	Zwavel	S
IJzer	Fe	Fluor	F
Nikkel	Ni	Chloor	Cl
Platinum	Pt	Broom	Br
Koper	Cu	Jood	I
Zilver	Ag	Helium	He
Goud	Au	Neon	Ne
Zink	Zn	Argon	Ar
Cadmium	Cd
Kwik	Hg
Aluminium	Al
Tin	Sn	Metalloïde
Lood	Pb	Silicium	Si

Moleculen
Water	H₂O
Waterstofperoxide	H₂O₂
Koolstofdioxide	CO₂
Koolstofmonoxide	CO
Methaan	CH₄
Ammoniak	NH₃
Ethanol (alcohol)	C₆H₁₂O
Glucose	C₆H₁₂O₆
Edelgassen	X
Halogenen	X₂
Stikstof	N₂
Waterstof	H₂
Zuurstof	O₂
Ozon	O₃

Samengestelde ionen
carbonaat-ion	CO₃^2-
nitraat-ion	NO₃^-
sulfaat-ion	SO₄^2-
fosfaat-ion	PO₄^3-
hydroxide-ion	OH^-
Ammonium-ion	NH₄⁺

Zouten
Keukenzout	Natriumchloride	NaCl
Kalkwater	Calciumhydroxide	Ca(OH)₂ (aq)
Kalksteen	Calciumcarbonaat	CaCO₃
Soda	Natriumcarbonaat	Na₂CO₃
Natronloog	Natriumhydroxide	NaOH (aq)