Chemistry · Boek 1 · Grades 1–12

Scheikunde van basisschool tot bovenbouw

Scheikunde van basisschool tot bovenbouw · Grades 1–12

12Chemische reacties: beginstoffen en reactieproducten

Houtskool gloeit in een barbecue. Een uur later is er van de zwarte brokken bijna niets meer over — een beetje grijze as, en de warmte waarmee het eten gaar werd. Waar is de zwarte koolstof gebleven? Hij is niet verdwenen: hij heeft de zuurstof van de lucht ontmoet en is een nieuw, onzichtbaar gas geworden. Nu we atomen en moleculen kennen, kunnen we precies zeggen wat er bij zo’n verandering gebeurt.

Wat je al weet

Bij een chemische verandering ontstaan nieuwe stoffen en is er geen eenvoudige weg terug (Hoofdstuk 6). Kalkwater wordt troebel met koolstofdioxide, watervrij kopersulfaat wordt blauw met water (Hoofdstuk 10). Alle materie bestaat uit atomen, die zich tot moleculen groeperen; een formule zoals COX2\ce{CO2} somt de atomen van een molecuul op (Hoofdstuk 11).

Gloeiende houtskool: koolstof die reageert met de zuurstof van de lucht.
Gloeiende houtskool: koolstof die reageert met de zuurstof van de lucht.

12.1 Fysische en chemische veranderingen

Definitie 12.1 (Fysische verandering)

Een fysische verandering verandert de toestand of de ordening van materie zonder de chemische stoffen te veranderen: smelten, bevriezen, koken, oplossen, mengen. Voor en na zijn dezelfde stoffen aanwezig; alleen hun vorm of hun ordening is veranderd.

Voorbeeld 12.2 (Water, op drie manieren)

IJs dat smelt tot water, water dat kookt tot waterdamp, en zout dat in water oplost, zijn fysische veranderingen: voor en na zijn er watermoleculen (en zout). Als je inzoomt, zijn de moleculen dezelfde; alleen hoe ze geordend zijn en hoe ze bewegen, is veranderd.

Propositie 12.3 (Chemische omzetting)

Bij een chemische verandering, ook wel chemische omzetting genoemd, verdwijnen sommige chemische stoffen en ontstaan er nieuwe. Je onderscheidt haar van een fysische verandering aan haar producten: nieuwe stoffen, die je met aantoningsreacties kunt aantonen.

Twee soorten veranderingen.
Twee soorten veranderingen.

12.2 Beginstoffen en reactieproducten

Definitie 12.4 (Chemische reactie)

Een chemische reactie is het model dat scheikundigen gebruiken voor een chemische omzetting: het noemt de stoffen die verbruikt worden en de stoffen die gevormd worden.

Definitie 12.5 (Beginstoffen en reactieproducten)

De stoffen die bij een chemische reactie verbruikt worden, zijn de beginstoffen; de stoffen die gevormd worden, zijn de reactieproducten.

Voorbeeld 12.6 (Koolstof die in zuurstof verbrandt)

Als houtskool verbrandt, zijn de beginstoffen koolstof (de houtskool) en zuurstof (uit de lucht). Het reactieproduct is koolstofdioxide: als je het gas dat in de pot achterblijft met kalkwater schudt, wordt dat troebel.

In het laboratorium — Houtskool in een pot zuurstof

De docent verhit een klein stukje houtskool op een verbrandingslepel tot het gloeit, en laat het dan in een pot met zuurstof zakken. De houtskool gloeit veel feller dan in lucht en krimpt tot ze helemaal weg is. De pot wordt afgedekt, er wordt een beetje kalkwater in gegoten en geschud: het wordt troebel. Koolstof en zuurstof zijn verbruikt; er is koolstofdioxide gevormd.

Gloeiende houtskool die op een lepel in een pot zuurstof zakt, brandt fel: koolstof en zuurstof reageren tot koolstofdioxide.
Gloeiende houtskool die op een lepel in een pot zuurstof zakt, brandt fel: koolstof en zuurstof reageren tot koolstofdioxide.

Voorbeeld 12.7 (Staalwol)

Een plukje fijne staalwol, dat vooral uit ijzer bestaat, kan in lucht verbranden onder een regen van vonken. De beginstoffen zijn ijzer en zuurstof; het reactieproduct is een donkere, kruimelige vaste stof, een ijzeroxide.

Brandende staalwol in het laboratorium: ijzer en zuurstof reageren.
Brandende staalwol in het laboratorium: ijzer en zuurstof reageren.

12.3 Het reactieschema

Definitie 12.8 (Reactieschema)

Een reactieschema schrijft een chemische reactie in woorden: links de namen van de beginstoffen, verbonden door ++, dan een pijl, en rechts de namen van de reactieproducten. De pijl lees je als “reageren tot”.

Voorbeeld 12.9 (Drie reactieschema’s)

koolstof ++ zuurstof ⟶\longrightarrow koolstofdioxide
methaan ++ zuurstof ⟶\longrightarrow koolstofdioxide ++ water
ijzer ++ zuurstof ⟶\longrightarrow ijzeroxide

Methode 12.10 (Een reactieschema opschrijven)

  1. Zoek de beginstoffen: de stoffen die verdwijnen.
  2. Zoek de reactieproducten: de nieuwe stoffen, aangetoond met tests.
  3. Schrijf de beginstoffen links en de reactieproducten rechts, met een pijl ertussen; nooit een isgelijkteken.

Een stof die aanwezig is maar niet meedoet — de stikstof van de lucht rond een vlam — schrijf je niet op.

12.4 Een reactie is een herschikking van atomen

Propositie 12.11 (Atomen worden herschikt)

Bij een chemische reactie vallen de moleculen van de beginstoffen uit elkaar en verbinden hun atomen zich op een andere manier tot de moleculen van de reactieproducten. De atomen zelf worden niet gemaakt en niet vernietigd: dezelfde atomen, in dezelfde aantallen, zijn er voor en na.

Voorbeeld 12.12 (Methaan dat verbrandt, molecuul voor molecuul)

Als het methaan van een gasfornuis verbrandt, ontmoet één methaanmolecuul CHX4\ce{CH4} twee zuurstofmoleculen OX2\ce{O2}. Hun atomen herschikken zich tot één koolstofdioxidemolecuul COX2\ce{CO2} en twee watermoleculen HX2O\ce{H2O}. Voor: 1 koolstof-, 4 waterstof- en 4 zuurstofatomen. Na: 1 koolstof-, 4 waterstof- en 2+2=42 + 2 = 4 zuurstofatomen. Er gaat niets verloren, er komt niets uit het niets.

Methaan dat verbrandt, getekend met molecuulmodellen: de atomen van de beginstoffen herschikken zich tot de reactieproducten. Voor en na tel je dezelfde atomen.
Methaan dat verbrandt, getekend met molecuulmodellen: de atomen van de beginstoffen herschikken zich tot de reactieproducten. Voor en na tel je dezelfde atomen.

Opmerking 12.13 (De moleculen tellen)

Het reactieschema zegt niet hoeveel moleculen er reageren: daarvoor schrijf je de vergelijking op met formules en getallen ervoor. Zulke vergelijkingen opschrijven, en de juiste getallen vinden, is het onderwerp van een later hoofdstuk.

12.5 Oefeningen

Oefening 12.1 ★

Fysische of chemische verandering? IJs dat smelt, een lucifer die brandt, suiker die oplost, brood dat geroosterd wordt, een spijker die roest.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.1.

Fysisch: ijs dat smelt, suiker die oplost. Chemisch: een lucifer die brandt, brood dat geroosterd wordt, een spijker die roest.

Oefening 12.3 ★

Schrijf het reactieschema op van de verbranding van koolstof in zuurstof.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.3.

koolstof ++ zuurstof ⟶\longrightarrow koolstofdioxide.

Oefening 12.5 ★★

Als methaan verbrandt, beslaat een koud glas boven de vlam, en het opgevangen gas maakt kalkwater troebel. Welke reactieproducten tonen deze twee tests aan?

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.5.

Het beslag toont water aan; het troebele kalkwater toont koolstofdioxide aan.

Oefening 12.6 ★★

Zink reageert met zoutzuur: het zink verdwijnt, er ontsnappen belletjes waterstof, en er blijft zinkchloride in de oplossing achter. Schrijf het reactieschema op.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.6.

zink ++ zoutzuur ⟶\longrightarrow zinkchloride ++ waterstof.

Oefening 12.7 ★★

Kijk naar de figuur met de modellen van methaan dat verbrandt. Tel de waterstofatomen voor en na de reactie.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.7.

Voor: 4 (in het methaanmolecuul). Na: 2+2=42 + 2 = 4 (twee in elk watermolecuul).

Oefening 12.8 ★★

Waarom is zout oplossen in water geen chemische reactie, hoewel het zout uit het zicht verdwijnt?

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.8.

Er ontstaat geen nieuwe stof: het zout is er nog, verspreid door het water, en je krijgt het terug door het water in te dampen. Het is een fysische verandering.

Oefening 12.9 ★★

Een houtblok brandt op tot een hoopje as. Leg met het woord “reactieproducten” uit waarom de as zoveel lichter is dan het blok.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.9.

Het meeste hout heeft met zuurstof gereageerd tot reactieproducten die gassen zijn, koolstofdioxide en waterdamp, en die verdwijnen in de lucht. Alleen de as blijft achter.

Oefening 12.10 ★★

Waterstof verbrandt in zuurstof en geeft alleen water. Schrijf het reactieschema op, en zeg met welke test je het reactieproduct kunt aantonen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.10.

waterstof ++ zuurstof ⟶\longrightarrow water. Het reactieproduct kleurt watervrij kopersulfaat blauw.

Oefening 12.11 ★★★

Twee waterstofmoleculen HX2\ce{H2} reageren met één zuurstofmolecuul OX2\ce{O2} tot twee watermoleculen HX2O\ce{H2O}. Tel de atomen van elke soort voor en na, en laat zien dat er geen enkel atoom gemaakt of vernietigd is.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.11.

Voor: 2×2=42 \times 2 = 4 waterstofatomen en 2 zuurstofatomen. Na: twee watermoleculen bevatten 2×2=42 \times 2 = 4 waterstofatomen en 2×1=22 \times 1 = 2 zuurstofatomen. Dezelfde atomen, in dezelfde aantallen.

Oefening 12.12 ★★★

Een leerling tekent de verbranding van koolstof zo: één koolstofatoom ++ één zuurstofmolecuul ⟶\longrightarrow één koolstofdioxidemolecuul en één zuurstofatoom dat overblijft. Wat is er mis met deze tekening? Beschrijf de juiste tekening in woorden.

Oplossing

Oplossing van Oefening 12.12.

Een zuurstofatoom kan niet uit het niets komen: de tekening heeft voor 2 zuurstofatomen en na 3. Juist is: één koolstofatoom ++ één zuurstofmolecuul ⟶\longrightarrow één koolstofdioxidemolecuul, en er blijft niets over.

12.6 Probleem: In de vlam van een gasfornuis

Probleem 12.1

Weekendprobleem — wat er in de vlam van een gasfornuis verbrandt, wat het oplevert, en hoeveel moleculen meedoen

Het gas van een keukenfornuis is grotendeels methaan, CHX4\ce{CH4}. In zijn blauwe vlam reageert methaan met de zuurstof van de lucht. In een laboratorium houdt de docent een koud, droog bekerglas een paar seconden ondersteboven boven zo’n vlam, keert het dan om, giet er een beetje kalkwater in en schudt.

Deel I — Beginstoffen en reactieproducten.

  1. Noem de twee beginstoffen van deze reactie.
  2. Binnen in het koude bekerglas verschijnen druppeltjes; een druppel daarvan kleurt watervrij kopersulfaat blauw. Welk reactieproduct toont dat aan?
  3. Het kalkwater wordt troebel. Welk ander reactieproduct toont dat aan?
  4. De lucht bevat ook stikstof, dat onveranderd door de vlam gaat. Is stikstof een beginstof? Hoort het in het reactieschema?

Deel II — Het reactieschema.

  1. Schrijf het reactieschema van de reactie op.
  2. Is de verbranding van methaan een fysische of een chemische verandering? Geef twee redenen.
  3. Schrijf de formules op van de vier stoffen van de reactie.

Deel III — Moleculen tellen. Elk methaanmolecuul dat verbrandt, reageert met twee zuurstofmoleculen en levert één koolstofdioxidemolecuul en twee watermoleculen.

  1. Tel de koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen in één methaanmolecuul en twee zuurstofmoleculen samen.
  2. Tel ze in één koolstofdioxidemolecuul en twee watermoleculen samen. Wat valt je op?
  3. De vlam verbrandt 10 methaanmoleculen. Hoeveel zuurstofmoleculen gebruikt ze?
  4. Hoeveel koolstofdioxidemoleculen maakt ze?
  5. Hoeveel watermoleculen maakt ze?
Oplossing

Oplossing van Probleem 12.1.

1. Methaan en zuurstof.

2. Water.

3. Koolstofdioxide.

4. Nee: het wordt niet verbruikt, en het staat niet in het reactieschema.

5. methaan ++ zuurstof ⟶\longrightarrow koolstofdioxide ++ water.

6. Chemisch: twee stoffen verdwijnen (methaan, zuurstof), en er ontstaan twee nieuwe stoffen, die met tests aangetoond worden; en er komen warmte en licht vrij.

7. CHX4\ce{CH4}, OX2\ce{O2}, COX2\ce{CO2}, HX2O\ce{H2O}.

8. 1 koolstof, 4 waterstof, 2×2=42 \times 2 = 4 zuurstof.

9. 1 koolstof; 2×2=42 \times 2 = 4 waterstof; 2+2×1=42 + 2 \times 1 = 4 zuurstof. Dezelfde atomen in dezelfde aantallen: ze zijn alleen herschikt.

10. 10×2=2010 \times 2 = 20 zuurstofmoleculen.

11. 10 koolstofdioxidemoleculen.

12. 10×2=2010 \times 2 = 20 watermoleculen.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 852 begrippen in de begrippenlijst