by: adminPosted on:

Scheikunde

LEERDOELSTELLINGEN

Aan het eind van dit hoofdstuk zul je in staat zijn:

  • Eigenschappen van en veranderingen in materie te onderscheiden als fysisch of chemisch
  • Eigenschappen van materie te onderscheiden als uitgebreid of intensief

De eigenschappen die ons in staat stellen een stof van een andere stof te onderscheiden, worden eigenschappen genoemd. Een fysische eigenschap is een eigenschap van materie die niet samenhangt met een verandering in de chemische samenstelling. Bekende voorbeelden van fysische eigenschappen zijn dichtheid, kleur, hardheid, smelt- en kookpunt, en elektrisch geleidingsvermogen. Wij kunnen sommige fysische eigenschappen, zoals dichtheid en kleur, waarnemen zonder de fysische toestand van de waargenomen materie te veranderen. Andere fysische eigenschappen, zoals de smelttemperatuur van ijzer of de vriestemperatuur van water, kunnen alleen worden waargenomen als de materie een fysische verandering ondergaat. Een fysische verandering is een verandering in de toestand of de eigenschappen van materie zonder een begeleidende verandering in de chemische samenstelling (de identiteit van de stoffen in de materie). We nemen een fysische verandering waar wanneer was smelt, wanneer suiker oplost in koffie, en wanneer stoom condenseert tot vloeibaar water (figuur 1). Andere voorbeelden van fysische veranderingen zijn het magnetiseren en demagnetiseren van metalen (zoals gebeurt bij veel voorkomende anti-diefstalplaatjes) en het vermalen van vaste stoffen tot poeders (wat soms merkbare kleurveranderingen oplevert). In elk van deze voorbeelden is er een verandering in de fysische toestand, vorm, of eigenschappen van de stof, maar geen verandering in de chemische samenstelling.

Figuur A is een foto van 5 fel brandende kaarsen. De was van de kaarsen is gesmolten. Figuur B is een foto van iets dat wordt verwarmd op een fornuis in een pan. Er vormen zich waterdruppels aan de onderkant van een glazen deksel dat over de pan is geplaatst.

Figuur 1. (a) Was ondergaat een fysische verandering wanneer vaste was wordt verwarmd en vloeibare was vormt. (b) De condensatie van stoom in een kookpot is een fysische verandering, omdat waterdamp wordt omgezet in vloeibaar water. (credit a: bewerking van “95jb14″/Wikimedia Commons; credit b: bewerking van “mjneuby”/Flickr)

De verandering van het ene type materie in een ander type (of het onvermogen om te veranderen) is een chemische eigenschap. Voorbeelden van chemische eigenschappen zijn ontvlambaarheid, giftigheid, zuurgraad, reactiviteit (vele soorten), en verbrandingswarmte. IJzer, bijvoorbeeld, verbindt zich met zuurstof in de aanwezigheid van water om roest te vormen; chroom oxideert niet (figuur 2). Nitroglycerine is zeer gevaarlijk omdat het gemakkelijk ontploft; neon levert bijna geen gevaar op omdat het zeer onreactief is.

Figuur A is een foto van metalen machines die nu grotendeels bedekt zijn met rood-oranje roest. Figuur B toont de zilverkleurige chromen onderdelen van een motorfiets. Een van de onderdelen is zo glanzend dat je een weerspiegeling van de omliggende straat en gebouwen kunt zien.

Figuur 2. (a) Een van de chemische eigenschappen van ijzer is dat het roest; (b) een van de chemische eigenschappen van chroom is dat het dat niet doet. (credit a: bewerking van Tony Hisgett; credit b: bewerking van “Atoma”/Wikimedia Commons)

Om een chemische eigenschap te identificeren, gaan we op zoek naar een chemische verandering. Een chemische verandering produceert altijd een of meer soorten materie die verschillen van de materie die voor de verandering aanwezig was. De vorming van roest is een chemische verandering, omdat roest een ander soort materie is dan het ijzer, de zuurstof en het water dat voor de roestvorming aanwezig was. De explosie van nitroglycerine is een chemische verandering omdat de geproduceerde gassen zeer verschillende soorten materie zijn dan de oorspronkelijke stof. Andere voorbeelden van chemische veranderingen zijn reacties die in een laboratorium worden uitgevoerd (zoals de reactie van koper met salpeterzuur), alle vormen van verbranding (aanbranden), en het koken, verteren of verrotten van voedsel (figuur 3).

Figuur A is een foto van de kolf die een blauwe vloeistof bevat. Verschillende strengen bruinachtig koper zijn ondergedompeld in de blauwe vloeistof. Er stijgt een bruinachtig gas op uit de vloeistof en vult het bovenste deel van de kolf. Figuur B toont een brandende lucifer. Figuur C toont rood vlees dat in een pan wordt gekookt. Figuur D toont een kleine tros gele bananen die veel zwarte vlekken hebben.

Figuur 3. (a) Koper en salpeterzuur ondergaan een chemische verandering waarbij kopernitraat en bruin, gasvormig stikstofdioxide ontstaan. (b) Tijdens de verbranding van een lucifer ondergaan de cellulose in de lucifer en de zuurstof uit de lucht een chemische verandering waarbij kooldioxide en waterdamp worden gevormd. (c) Het koken van rood vlees veroorzaakt een aantal chemische veranderingen, waaronder de oxidatie van ijzer in myoglobine die resulteert in de bekende rood-bruine kleurverandering. (d) Een banaan die bruin wordt, is een chemische verandering doordat zich nieuwe, donkerdere (en minder smakelijke) stoffen vormen. (credit b: bewerking van Jeff Turner; credit c: bewerking van Gloria Cabada-Leman; credit d: bewerking van Roberto Verzo)

Eigenschappen van materie vallen in een van de twee categorieën. Als de eigenschap afhangt van de hoeveelheid aanwezige materie, is het een uitgebreide eigenschap. De massa en het volume van een stof zijn voorbeelden van uitgebreide eigenschappen; zo heeft een liter melk een grotere massa en een groter volume dan een kopje melk. De waarde van een uitgebreide eigenschap is recht evenredig met de hoeveelheid materie in kwestie. Als de eigenschap van een monster van materie niet afhangt van de hoeveelheid aanwezige materie, dan is het een intensieve eigenschap. Temperatuur is een voorbeeld van een intensieve eigenschap. Als de gallon en het kopje melk elk een temperatuur van 20 °C (kamertemperatuur) hebben, blijft de temperatuur bij samenvoeging 20 °C. Een ander voorbeeld zijn de verschillende maar verwante eigenschappen van warmte en temperatuur. Een druppel hete bakolie die op uw arm spat, veroorzaakt een kortstondig, gering ongemak, terwijl een pot hete olie ernstige brandwonden veroorzaakt. Zowel de druppel als de pan met olie hebben dezelfde temperatuur (een intensieve eigenschap), maar de pan bevat duidelijk veel meer warmte (een extensieve eigenschap).

Hazard Diamond

U hebt wellicht het symbool van figuur 4 gezien op houders van chemicaliën in een laboratorium of op de werkplek. Deze chemische gevarendiamant, soms ook wel “branddiamant” of “gevarendiamant” genoemd, geeft waardevolle informatie die een kort overzicht geeft van de verschillende gevaren waarvan men zich bewust moet zijn wanneer men met een bepaalde stof werkt.

De diamant is onderverdeeld in vier kleinere diamanten. De bovenste diamant is rood gekleurd en wordt geassocieerd met brandgevaar. De cijfers in de brandgevaar-diamant lopen van 0 tot 4. Naarmate de cijfers hoger worden, neemt het vlampunt van de chemische stof af. 0 duidt op een stof die niet brandt, 1 duidt op een stof met een vlampunt boven 200 graden Fahrenheit, 2 duidt op een stof met een vlampunt boven 100 graden Fahrenheit en niet boven 200 graden Fahrenheit, 3 duidt op een stof met een vlampunt onder 100 graden Fahrenheit, en 4 duidt op een stof met een vlampunt onder 73 graden Fahrenheit. De rechterdiamant is geel en wordt geassocieerd met de reactiviteit. De reactiviteitscijfers lopen van 0 tot 4. 0 duidt op een stabiele chemische stof, 1 duidt op een chemische stof die bij verhitting instabiel is, 2 duidt op de mogelijkheid van een gewelddadige chemische verandering, 3 duidt erop dat de chemische stof door schokken en hitte kan ontploffen en 4 duidt erop dat de chemische stof kan ontploffen. De onderste ruit is wit en wordt geassocieerd met specifieke gevaren. Deze bevatten afkortingen die specifieke gevaarlijke eigenschappen van de chemische stof beschrijven. O X duidt op een oxidator, A C I D op een zuur, A L K op een alkali, C O R op bijtend, een W met een streep erdoor duidt op geen water gebruiken, en een symbool van een stip omgeven door drie driehoeken duidt op radioactief. De meest linkse diamant is blauw en wordt geassocieerd met gezondheidsrisico's. De cijfers in de gezondheidsgevarendiamant lopen van 0 tot 4. 0 staat voor normaal materiaal, 1 voor enigszins gevaarlijk, 2 voor gevaarlijk, 3 voor extreem gevaarlijk en 4 voor dodelijk.

Figuur 4. De gevarendiamant van de National Fire Protection Agency (NFPA) vat de belangrijkste gevaren van een chemische stof samen.

Het National Fire Protection Agency (NFPA) 704 Hazard Identification System werd door de NFPA ontwikkeld om veiligheidsinformatie over bepaalde stoffen te verstrekken. Het systeem geeft details over ontvlambaarheid, reactiviteit, gezondheid en andere gevaren. Binnen het algemene ruitensymbool geeft de bovenste (rode) ruit het brandgevaar aan (temperatuurbereik voor vlampunt). De blauwe (linker) diamant geeft het niveau van het gezondheidsgevaar aan. De gele (rechter) diamant beschrijft de reactiviteitsgevaren, zoals de mate waarin de stof tot ontploffing kan komen of een gewelddadige chemische verandering kan ondergaan. De witte (onderste) diamant wijst op speciale gevaren, zoals oxidatie (waardoor de stof kan branden in afwezigheid van lucht/zuurstof), een ongewone of gevaarlijke reactie met water, bijtend, zuur of alkalisch, biologisch gevaar, radioactief, enzovoort. Elk gevaar wordt beoordeeld op een schaal van 0 tot 4, waarbij 0 geen gevaar is en 4 uiterst gevaarlijk.

Weliswaar verschillen veel elementen sterk in hun chemische en fysische eigenschappen, maar sommige elementen hebben vergelijkbare eigenschappen. We kunnen groepen elementen identificeren die gemeenschappelijke gedragingen vertonen. Veel elementen geleiden bijvoorbeeld warmte en elektriciteit goed, terwijl andere elementen slechte geleiders zijn. Deze eigenschappen kunnen worden gebruikt om de elementen in drie klassen in te delen: metalen (elementen die goed geleiden), niet-metalen (elementen die slecht geleiden), en metalloïden (elementen die eigenschappen van zowel metalen als niet-metalen hebben).

Het periodiek systeem is een tabel van elementen die elementen met vergelijkbare eigenschappen dicht bij elkaar plaatst (figuur 5). Je zult meer over het periodiek systeem leren tijdens je studie scheikunde.

Op deze afbeelding van het periodiek systeem zijn de metalen met een gele kleur aangegeven en domineren ze het linker tweederde deel van het periodiek systeem. De niet-metalen zijn perzikkleurig en zijn grotendeels beperkt tot het gebied rechtsboven van het periodiek systeem, met uitzondering van waterstof, H, dat zich uiterst linksboven van het systeem bevindt. De metalloïden zijn paars gekleurd en vormen een diagonale grens tussen de metaal- en niet-metaalgebieden van de tabel. Groep 13 bevat zowel metalen als metalloïden. Groep 17 bevat zowel niet-metalen als metalloïden. De groepen 14 tot en met 16 bevatten ten minste één vertegenwoordiger van een metaal, een metalloïde en een niet-metaal. Uit een sleutel blijkt dat metalen bij kamertemperatuur vaste stoffen zijn, metalloïden vloeistoffen en niet-metalen gassen.

Figuur 5. Het periodiek systeem laat zien hoe elementen kunnen worden gegroepeerd op basis van bepaalde vergelijkbare eigenschappen. Merk op dat de achtergrondkleur aangeeft of een element een metaal, een metalloïde of een niet-metaal is, terwijl de kleur van het elementensymbool aangeeft of het een vaste stof, een vloeistof of een gas is.

Kernbegrippen en samenvatting

Alle stoffen hebben verschillende fysische en chemische eigenschappen, en kunnen fysische of chemische veranderingen ondergaan. Fysische eigenschappen, zoals hardheid en kookpunt, en fysische veranderingen, zoals smelten of bevriezen, impliceren geen verandering in de samenstelling van de materie. Chemische eigenschappen, zoals ontvlambaarheid en zuurtegraad, en chemische veranderingen, zoals roesten, houden in dat er materie wordt geproduceerd die verschilt van de materie die vooraf aanwezig was.

De meetbare eigenschappen vallen in een van de twee categorieën. Extensieve eigenschappen hangen af van de hoeveelheid aanwezige materie, bijvoorbeeld de massa van goud. Intensieve eigenschappen hangen niet af van de hoeveelheid aanwezige materie, bijvoorbeeld de dichtheid van goud. Warmte is een voorbeeld van een uitgebreide eigenschap, en temperatuur is een voorbeeld van een intensieve eigenschap.

Oefeningen voor het einde van het hoofdstuk

  1. Deel de zes onderstreepte eigenschappen in de volgende alinea in als chemisch of fysisch: Fluor is een lichtgeel gas dat met de meeste stoffen reageert. Het vrije element smelt bij -220 °C en kookt bij -188 °C. Fijn verdeelde metalen branden in fluor met een heldere vlam. Negentien gram fluor zal reageren met 1,0 gram waterstof.
  2. Classify each of the following changes as physical or chemical:
    1. condensation of steam
    2. burning of gasoline
    3. souring of milk
    4. dissolving of sugar in water
    5. melting of gold
  3. Classify each of the following changes as physical or chemical:
    1. coal burning
    2. ice melting
    3. mixing chocolate syrup with milk
    4. explosion of a firecracker
    5. magnetizing of a screwdriver
  4. The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
  5. A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
  6. Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
  7. Identify the following properties as either extensive or intensive.
    1. volume
    2. temperature
    3. humidity
    4. heat
    5. boiling point
  8. The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).

    \text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}

    Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.

Selected Answers

2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical

4. physical

6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.

8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. Door de ene uitgebreide eigenschap te delen door een andere wordt deze afhankelijkheid van de hoeveelheid in feite “opgeheven”, zodat een verhouding wordt verkregen die onafhankelijk is van de hoeveelheid (een intensieve eigenschap).

Glossary

chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter

chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter

extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance

intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance

physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *