---
title: "De energie van reacties: verbranding en bindingsenergieën"
book: "Scheikunde van basisschool tot bovenbouw"
subject: chemistry
language: nl
chapter: 37
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/37-de-energie-van-reacties-verbranding-en-bindingsenergieen
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
---

# Hoofdstuk 37 — De energie van reacties: verbranding en bindingsenergieën

Breek het zegeltje van een handwarmer en een minuut later is hij te heet om lang vast te houden; knijp in een koelkompres en het koelt een verstuikte enkel; een stadsbus rijdt de hele dag op waterstof en laat alleen waterdamp achter. Chemische omzettingen maken niet alleen van de ene stof een andere: ze geven energie af, of nemen die op. Waar komt die energie vandaan, en hoeveel kan een [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) er leveren?

**Wat je al weet.**

Bij een [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) verbrandt een [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) die uit koolstof en waterstof bestaat in zuurstof tot koolstofdioxide en water ([Hoofdstuk 14](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#ch-g8-combustion-and-fuels)). Een [covalente binding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) is een gedeeld elektronenpaar; [lewisstructuren](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) laten elke binding van een [molecuul](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) zien ([Hoofdstuk 24](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#ch-g10-lewis-and-shape)). Een [hoeveelheid stof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) tel je in [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) ([Hoofdstuk 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#ch-g10-the-mole)).

![Een handwarmer: een reactie in het zakje geeft warmte af.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-ede8647d25d6.jpg)

*Een handwarmer: een reactie in het zakje geeft warmte af.*

## 37.1 Exotherme en endotherme omzettingen

**Definitie 37.1 (Exotherm, endotherm).**

Een omzetting is *exotherm* als ze energie afgeeft aan haar omgeving, meestal als warmte: de omgeving warmt op. Ze is *endotherm* als ze energie opneemt uit haar omgeving: die koelt af, of de omzetting moet verwarmd worden om door te gaan.

**Voorbeeld 37.2 (Warm en koud).**

[Verbrandingen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) zijn [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic), en dat geldt ook voor de langzame reactie van ijzerpoeder met de zuurstof uit de [lucht](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/4-lucht-een-mengsel-van-gassen#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) in een handwarmer. Het [oplossen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/2-mengen-en-oplossen#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) van ammoniumnitraat in water, dat in koelkompressen gebruikt wordt, is [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic); dat geldt ook voor de ontleding van kalksteen in ongebluste kalk en koolstofdioxide, die alleen in een zeer hete kalkoven plaatsvindt.

![Energiediagrammen. Bij een exotherme reactie bevatten de reactieproducten minder energie dan de beginstoffen, en het verschil komt vrij; bij een endotherme reactie bevatten ze meer, en dat verschil moet worden toegevoerd.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-b77d88483466.svg)

*Energiediagrammen. Bij een [exotherme](#def-g11-reaction-energy-exothermic) reactie bevatten de [reactieproducten](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) minder energie dan de [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant), en het verschil komt vrij; bij een [endotherme](#def-g11-reaction-energy-exothermic) reactie bevatten ze meer, en dat verschil moet worden toegevoerd.*

## 37.2 De energie die een verbranding afgeeft

**Definitie 37.3 (Molaire verbrandingsenergie).**

De *molaire verbrandingsenergie* $E_c$ van een [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) is de energie die vrijkomt bij de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) ervan, in $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, waarbij het gevormde water vloeibaar is.

**Propositie 37.4 (Energie die nnn mol afgeeft).**

De [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van een hoeveelheid $n$ [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) geeft de energie $Q = n \times E_c$ af. Voor methaan is $E_c = 890.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van $1.00\,\mathrm{mol}$ ($16.0\,\mathrm{g}$) ervan geeft ongeveer $891\,\mathrm{kJ}$ af.

**Bewijs.** Elke [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) die verbrandt, geeft $E_c$ af; $n$ [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) geven $n$ keer zoveel. ∎

**In het laboratorium — Water verwarmen met een spiritusbrander.**

Een spiritusbrander met ethanol wordt gewogen en daarna aangestoken onder een [metalen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/20-het-periodiek-systeem-een-eerste-blik#def-g9-periodic-table-first-look-metal) blikje met $200\,\mathrm{g}$ water, met een thermometer erin. Als het water $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ warmer is geworden, wordt de vlam gedoofd en de brander opnieuw gewogen: hij is $1.50\,\mathrm{g}$ ethanol kwijtgeraakt. De energie die het water heeft opgenomen, bereken je met de natuurkundige formule $Q = m\, c\, \Delta\theta$, waarin $c = 4.18\,\mathrm{J}/(\mathrm{g}\,{}^{\circ}\mathrm{C})$ de soortelijke warmte van water is. Ze ligt ver onder de energie die de ethanol zou kunnen afgeven: veel van de warmte verwarmt de [lucht](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/4-lucht-een-mengsel-van-gassen#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), het blikje en de brander, en een deel van de ethanol verbrandt onvolledig.

![De energie meten die een brandstof levert: een spiritusbrander verwarmt een blikje water, waarvan de temperatuurstijging gemeten wordt.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-e3d5cd1ecc3f.svg)

*De energie meten die een [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) levert: een spiritusbrander verwarmt een blikje water, waarvan de temperatuurstijging gemeten wordt.*

**Voorbeeld 37.5 (De spiritusbrander in getallen).**

Het water nam $Q = 200 \times 4.18 \times 25 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$ op, dat is $20.9\,\mathrm{kJ}$. De verbrande ethanol, $1.50\,\mathrm{g}$, is $1.50 / 46.0 = 0.0326\,\mathrm{mol}$; met $E_c = 1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ had die $0.0326 \times 1367.6 = 44.6\,\mathrm{kJ}$ kunnen afgeven. Slechts $20.9 / 44.6 \approx 47\,\%$ daarvan kwam bij het water terecht.

## 37.3 Bindingsenergieën

**Definitie 37.6 (Bindingsenergie).**

De *bindingsenergie* van een [covalente binding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) is de energie die nodig is om één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) van zulke bindingen te verbreken, waarbij de [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) en [atomen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) gasvormig zijn. Tabellen geven gemiddelde waarden, gemeten over veel [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule), in $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

| binding | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | binding | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | binding | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $\ce{H-H}$ | 436 | $\ce{C-C}$ | 345 | $\ce{O=O}$ | 498 |
| $\ce{C-H}$ | 415 | $\ce{C=C}$ | 611 | $\ce{N#N}$ | 946 |
| $\ce{N-H}$ | 390 | $\ce{C-O}$ | 350 | $\ce{Cl-Cl}$ | 243 |
| $\ce{O-H}$ | 464 | $\ce{C=O}$ | 741 | $\ce{H-Cl}$ | 432 |

*Gemiddelde bindingsenergieën. Het verbreken van een binding kost altijd energie; bij het vormen ervan komt dezelfde energie weer vrij.*

![De verbranding van methaan als twee denkbeeldige stappen, met gemiddelde bindingsenergieën: eerst elke binding verbreken, dan de nieuwe vormen. De schatting, -682\, kJ per mol methaan, is exotherm.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-bee963672018.svg)

*De [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van methaan als twee denkbeeldige stappen, met gemiddelde bindingsenergieën: eerst elke binding verbreken, dan de nieuwe vormen. De schatting, $-682\,\mathrm{kJ}$ per [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) methaan, is [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic).*

**Propositie 37.7 (Een reactie-energie schatten).**

Voor een reactie tussen gassen is de opgenomen energie $E_r$ (negatief als er energie vrijkomt) bij benadering

$$
E_r \approx \sum E(\text{verbroken bindingen}) - \sum E(\text{gevormde bindingen}) .
$$

Als $E_r < 0$, komt er bij het vormen van de nieuwe bindingen meer energie vrij dan er nodig is om de oude te verbreken: de reactie is [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Bewijs.** Stel je de reactie in twee stappen voor: elke binding van de [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) wordt verbroken, wat de eerste som kost en losse [atomen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) oplevert; daarna vormen zich de bindingen van de [reactieproducten](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant), wat de tweede som teruggeeft. Het resultaat is maar een schatting, omdat tabellen gemiddelden over veel [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) geven. ∎

**Methode 37.8 (Een reactie-energie schatten uit bindingsenergieën).**

1. Schrijf de [kloppende reactievergelijking](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/13-behoud-van-massa-en-kloppende-reactievergelijkingen#def-g8-balanced-equations-equation) op en de [lewisstructuur](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) van elk [molecuul](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) .
2. Tel, met de [coëfficiënten](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/13-behoud-van-massa-en-kloppende-reactievergelijkingen#def-g8-balanced-equations-coefficient) , de bindingen van elke soort die in de [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) verbroken en in de [reactieproducten](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) gevormd worden.
3. Tel de energieën van de verbroken bindingen op, en trek die van de gevormde bindingen ervan af.
4. Concludeer: een negatief resultaat betekent een [exotherme](#def-g11-reaction-energy-exothermic) reactie.

**Voorbeeld 37.9 (Waterstof en chloor).**

Voor $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$: één $\ce{H-H}$ en één $\ce{Cl-Cl}$ verbroken, $436 + 243 = 679\,\mathrm{kJ}$; twee $\ce{H-Cl}$ gevormd, $2 \times 432 =
864\,\mathrm{kJ}$. Dus $E_r \approx 679 - 864 = -185\,\mathrm{kJ}$ per [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) reactie: [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Opmerking 37.10 (Schatting en meting).**

De gemeten energie die vrijkomt bij de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) methaan is $890.7\,\mathrm{kJ}$, meer dan de schatting. Er zijn drie redenen: de $\ce{C=O}$-bindingen van koolstofdioxide zijn sterker dan de gemiddelde $\ce{C=O}$ uit de tabel; de gemeten waarde geldt voor vloeibaar water, en bij het condenseren van de waterdamp komt nog meer energie vrij; en gemiddelde bindingsenergieën zijn nu eenmaal gemiddelden. De methode van de bindingsenergieën geeft het teken en de orde van grootte, niet de precieze waarde.

## 37.4 Brandstoffen vergelijken

![De energie die vrijkomt bij de volledige verbranding van één kilogram van vijf brandstoffen (gevormd water vloeibaar). Waterstof levert per kilogram verreweg het meest; ethanol, dat al gedeeltelijk “verbrand” is (het bevat zuurstof), het minst.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-cb63d241ee87.svg)

*De energie die vrijkomt bij de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van één kilogram van vijf [brandstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) (gevormd water vloeibaar). Waterstof levert per kilogram verreweg het meest; ethanol, dat al gedeeltelijk “verbrand” is (het bevat zuurstof), het minst.*

**Voorbeeld 37.11 (Koolstofdioxide per megajoule).**

De [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) methaan geeft $890.7\,\mathrm{kJ}$ en één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) koolstofdioxide, $44.0\,\mathrm{g}$. Voor één megajoule, $1000\,\mathrm{kJ}$, komt er dus $44.0 \times 1000 / 890.7 = 49.4\,\mathrm{g}$ koolstofdioxide vrij. Ethanol, met twee [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) koolstofdioxide per $1367.6\,\mathrm{kJ}$, geeft $88.0 \times 1000 / 1367.6 = 64.3\,\mathrm{g}$ per megajoule. Waterstof geeft niets: zijn enige [reactieproduct](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) is water.

![Een bus bij een waterstoftankstation: zijn brandstof levert alleen water op.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-0d305d894882.jpg)

*Een bus bij een waterstoftankstation: zijn [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) levert alleen water op.*

**Veiligheid.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-1664a80a99b8.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-0df833fa40ae.svg)

Ethanol is zeer licht ontvlambaar en irriterend voor de ogen. Een spiritusbrander wordt gevuld ver van elke vlam, nooit bijgevuld zolang hij heet is, en door de docent gebruikt op een hittebestendige onderlaag.

## 37.5 Oefeningen

**Oefening 37.1 ★.**

[Exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic) of [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic): hout dat brandt; ijs dat smelt; een koelkompres waarin geknepen wordt; een handwarmer die warm wordt; een groen blad dat in het zonlicht suiker maakt?

**Oplossing van Oefening 37.1.**

Hout dat brandt: [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic). IJs dat smelt: [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (het neemt warmte op uit zijn omgeving, al is het geen [chemische reactie](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reaction)). Koelkompres: [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic). Handwarmer: [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic). Suiker maken in het zonlicht: [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (de energie komt van het licht).

**Oefening 37.2 ★.**

Hoeveel energie komt er vrij bij de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van $3.0\,\mathrm{mol}$ methaan?

**Oplossing van Oefening 37.2.**

$Q = 3.0 \times 890.7 = 2.7 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, ongeveer $2.7\,\mathrm{MJ}$.

**Oefening 37.3 ★.**

Wat bevat in het energiediagram van een [exotherme](#def-g11-reaction-energy-exothermic) reactie meer energie, de [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant) of de [reactieproducten](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant)? Waar blijft het verschil?

**Oplossing van Oefening 37.3.**

De [beginstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/12-chemische-reacties-beginstoffen-en-reactieproducten#def-g7-chemical-reactions-reactant). Het verschil wordt afgegeven aan de omgeving, vooral als warmte.

**Oefening 37.4 ★.**

Hoeveel energie komt er vrij bij de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van $100\,\mathrm{g}$ ethanol?

**Oplossing van Oefening 37.4.**

$n = 100 / 46.0 = 2.17\,\mathrm{mol}$; $Q = 2.17 \times 1367.6 =
2.97 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, ongeveer $3.0\,\mathrm{MJ}$.

**Oefening 37.5 ★.**

Wat is een [bindingsenergie](#def-g11-reaction-energy-bond-energy)? Waarom kost het verbreken van een binding altijd energie?

**Oplossing van Oefening 37.5.**

De energie die nodig is om één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) van zulke bindingen te verbreken, waarbij [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) en [atomen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) gasvormig zijn. Het gedeelde elektronenpaar houdt de twee [atomen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) bij elkaar: ze uit elkaar trekken gaat tegen die aantrekking in, en dat kost energie.

**Oefening 37.6 ★★.**

Schat met bindingsenergieën de energie van de reactie $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$, alles gasvormig. Is ze [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Oplossing van Oefening 37.6.**

Verbroken: $2 \times 436 + 498 = 1370\,\mathrm{kJ}$; gevormd: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx 1370 - 1856 =
-486\,\mathrm{kJ}$: [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Oefening 37.7 ★★.**

Schat de energie van de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van ethanol, $\ce{C2H5OH + 3O2 ->
2CO2 + 3H2O}$, met bindingsenergieën (teken eerst de [lewisstructuur](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) van ethanol), en vergelijk met de gemeten $1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

**Oplossing van Oefening 37.7.**

Ethanol $\ce{CH3-CH2-O-H}$ heeft 5 $\ce{C-H}$, 1 $\ce{C-C}$, 1 $\ce{C-O}$ en 1 $\ce{O-H}$. Verbroken: $5 \times 415 + 345 + 350 + 464 + 3 \times 498 =
4728\,\mathrm{kJ}$. Gevormd: $4 \times 741 + 6 \times 464 = 5748\,\mathrm{kJ}$. $E_r \approx -1020\,\mathrm{kJ}$, in grootte ongeveer een kwart kleiner dan de gemeten $1367.6\,\mathrm{kJ}$.

**Oefening 37.8 ★★.**

Bereken de energie die vrijkomt per kilogram propaan ($2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$) en per kilogram methaan. Vergelijk met het staafdiagram.

**Oplossing van Oefening 37.8.**

Propaan: $2219.2 / 0.0440 = 5.04 \times 10^{4}\,\mathrm{kJ}/\mathrm{kg} = 50.4\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Methaan: $890.7 / 0.0160 = 55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Allebei zoals in het diagram.

**Oefening 37.9 ★★.**

Een gasfornuis verwarmt $1.50\,\mathrm{L}$ water ($1500\,\mathrm{g}$) van $15\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ tot $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Hoeveel energie neemt het water op? Welke massa methaan wordt er verbrand als alle energie bij het water terechtkomt? En als maar de helft dat doet?

**Oplossing van Oefening 37.9.**

$Q = 1500 \times 4.18 \times 85 = 5.33 \times 10^{5}\,\mathrm{J} = 533\,\mathrm{kJ}$; $n = 533 / 890.7 = 0.598\,\mathrm{mol}$, dat is $0.598 \times 16.0 =
9.6\,\mathrm{g}$ methaan; als de helft van de energie verloren gaat, $19\,\mathrm{g}$.

**Oefening 37.10 ★★.**

Zet met het staafdiagram de [brandstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) op volgorde van energie per kilogram. Welke massa waterstof levert evenveel energie als $1.0\,\mathrm{kg}$ octaan?

**Oplossing van Oefening 37.10.**

Waterstof > methaan > propaan > octaan > ethanol. $48.0 / 142.9 = 0.34\,\mathrm{kg}$ waterstof.

**Oefening 37.11 ★★.**

Schat de energie van $\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$, alles gasvormig. [Exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic) of [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Oplossing van Oefening 37.11.**

Verbroken: $946 + 3 \times 436 = 2254\,\mathrm{kJ}$; gevormd: $6 \times 390 = 2340\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx -86\,\mathrm{kJ}$: licht [exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Oefening 37.12 ★★★.**

Bij een proef met een spiritusbrander wordt $250\,\mathrm{g}$ water $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ warmer terwijl er $1.20\,\mathrm{g}$ ethanol verbrandt. Bereken de energie die het water opneemt, de energie die de ethanol zou kunnen afgeven, en het rendement van de verwarming. Noem drie oorzaken van de verliezen.

**Oplossing van Oefening 37.12.**

Water: $250 \times 4.18 \times 20 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J} = 20.9\,\mathrm{kJ}$. Ethanol: $1.20 / 46.0 = 0.0261\,\mathrm{mol}$, die $0.0261 \times 1367.6 = 35.7\,\mathrm{kJ}$ zou kunnen afgeven. Rendement $20.9 / 35.7 \approx 59\,\%$. Verliezen: warmte die door de [lucht](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/4-lucht-een-mengsel-van-gassen#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) wordt afgevoerd, warmte die het blikje en de driepoot opwarmt, [onvolledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) (roet), ethanol die onverbrand verdampt.

**Oefening 37.13 ★★★.**

Octaan geeft $5470\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ af en propaan $2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Schrijf hun verbrandingsvergelijkingen op en bereken de massa koolstofdioxide die elk per megajoule uitstoot. Vergelijk met methaan, $49.4\,\mathrm{g}$.

**Oplossing van Oefening 37.13.**

$\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$: 8 [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) koolstofdioxide, $352\,\mathrm{g}$, per $5470\,\mathrm{kJ}$, dus $352 / 5.470 = 64.4\,\mathrm{g}$ per megajoule. $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$: $132\,\mathrm{g}$ per $2219.2\,\mathrm{kJ}$, dus $59.5\,\mathrm{g}$ per megajoule. Methaan stoot met $49.4\,\mathrm{g}$ het minst uit.

**Oefening 37.14 ★★★.**

Voor zowel methaan als ethanol is de schatting met bindingsenergieën kleiner dan de gemeten energie die vrijkomt. Geef de redenen, en leg uit waarom de schatting toch nuttig is.

**Oplossing van Oefening 37.14.**

De tabel geeft gemiddelde bindingsenergieën, terwijl de $\ce{C=O}$-bindingen van koolstofdioxide sterker zijn dan gemiddeld; de gemeten waarden gelden voor vloeibaar water, waarvan de condensatie meer energie afgeeft dan de reactie tussen gassen; en de methode behandelt elke binding alsof ze los staat van haar buren. De schatting is toch nuttig: ze geeft het juiste teken ([exotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic)) en de juiste orde van grootte, zonder enige meting.

**Oefening 37.15 ★★★.**

Schat de energie van $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, alles gasvormig. Waarom moet er energie worden toegevoerd (bijvoorbeeld als elektriciteit) om waterstof uit water te maken? Leg uit waarom waterstof een manier heet om energie *op te slaan*, en niet een energiebron.

**Oplossing van Oefening 37.15.**

Verbroken: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; gevormd: $2 \times 436 + 498 =
1370\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx +486\,\mathrm{kJ}$: [endotherm](#def-g11-reaction-energy-exothermic), dus er moet energie worden toegevoerd. Als de waterstof later verbrandt, komt die energie weer vrij: waterstof slaat energie op die elders is opgewekt, het maakt er zelf geen.

## 37.6 Probleem: Welke brandstof voor de stadsbus?

**Probleem 37.1.**

Weekendprobleem — methaan, ethanol, octaan of waterstof: welke levert de meeste energie per kilogram, en hoeveel koolstofdioxide per megajoule?

Een stad vergelijkt vier [brandstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) voor haar bussen: methaan (aardgas), ethanol, octaan (voor benzine) en waterstof. De energieën die vrijkomen bij de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van één [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-amount) zijn: methaan $890.7\,\mathrm{kJ}$, ethanol $1367.6\,\mathrm{kJ}$, octaan $5470\,\mathrm{kJ}$, waterstof $285.8\,\mathrm{kJ}$, waarbij het gevormde water vloeibaar is.

**Deel I — Verbrandingsvergelijkingen.**

1. Schrijf de vergelijking op van de [volledige verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/14-verbranding-brandstoffen-reactieproducten-en-broeikasgassen#def-g8-combustion-and-fuels-complete) van methaan.
2. Van ethanol, $\ce{C2H6O}$ .
3. Van octaan, $\ce{C8H18}$ .
4. Van waterstof.
5. Welke [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) stoot geen koolstofdioxide uit?

**Deel II — Energie per kilogram.**

6. Bereken de [molaire massa’s](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/25-de-mol-en-de-molaire-massa#def-g10-the-mole-molar-mass) van de vier [brandstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) .
7. Bereken voor elk de energie die per kilogram vrijkomt, in $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$ .
8. Zet de [brandstoffen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) op volgorde.
9. Waterstof wint met afstand. Waarom is het toch lastig om het in een bus mee te nemen? (Denk aan zijn fase bij kamertemperatuur.)

**Deel III — Schatten met bindingsenergieën.**

10. Teken de [lewisstructuren](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/24-lewisstructuren-en-de-vorm-van-moleculen#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) van de [moleculen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) bij de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van methaan, en tel de verbroken en de gevormde bindingen.
11. Bereken de energie die nodig is om de bindingen te verbreken.
12. Bereken de energie die vrijkomt bij het vormen van de nieuwe bindingen.
13. Leid de schatting van $E_r$ af, en vergelijk met de gemeten waarde: wat is het relatieve verschil?
14. Geef twee redenen voor het verschil.

**Deel IV — Koolstofdioxide per megajoule.**

15. Welke hoeveelheid methaan moet er [verbranden](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) om $1\,\mathrm{MJ}$ af te geven?
16. Welke massa koolstofdioxide komt daarbij vrij?
17. Dezelfde vraag voor ethanol en octaan.
18. Welke koolstofhoudende [brandstof](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) stoot voor dezelfde energie de minste koolstofdioxide uit? Waarom (vergelijk de aantallen C- en [H-atomen](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/11-atomen-en-moleculen#def-g7-atoms-and-molecules-atom) )?
19. Waterstof stoot bij [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) niets uit. Waar hangt zijn werkelijke voordeel voor het klimaat van af?
20. Geef het eindantwoord: welke massa koolstofdioxide stoot methaan per megajoule uit?

**Oplossing van Probleem 37.1.**

**1.** $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$.

**2.** $\ce{C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}$.

**3.** $\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$.

**4.** $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$.

**5.** Waterstof.

**6.** $16.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $46.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $114.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $2.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$.

**7.** In $\mathrm{kJ}$ per $\mathrm{kg}$, daarna $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$: methaan $890.7 / 0.0160$, $55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; ethanol $1367.6 / 0.0460$, $29.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; octaan $5470 / 0.1140$, $48.0\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; waterstof $285.8 / 0.0020$, $142.9\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$.

**8.** Waterstof > methaan > octaan > ethanol.

**9.** Waterstof is een heel licht gas: een kilogram ervan neemt bij normale druk een enorm volume in, dus het moet in zware hogedruktanks worden samengeperst.

**10.** Methaan: 4 $\ce{C-H}$; zuurstof: 2 $\ce{O=O}$ verbroken. Koolstofdioxide: 2 $\ce{C=O}$; water: $2 \times 2 = 4$ $\ce{O-H}$ gevormd.

**11.** $4 \times 415 + 2 \times 498 = 2656\,\mathrm{kJ}$.

**12.** $2 \times 741 + 4 \times 464 = 3338\,\mathrm{kJ}$.

**13.** $E_r \approx 2656 - 3338 = -682\,\mathrm{kJ}$, tegen $-890.7\,\mathrm{kJ}$ gemeten: in grootte ongeveer $23\,\%$ te klein.

**14.** Gemiddelde bindingsenergieën (de $\ce{C=O}$ van koolstofdioxide is sterker dan gemiddeld); vloeibaar water bij de meting, gassen bij de schatting.

**15.** $1000 / 890.7 = 1.123\,\mathrm{mol}$.

**16.** $1.123 \times 44.0 = 49.4\,\mathrm{g}$.

**17.** Ethanol: $1000 / 1367.6 = 0.731\,\mathrm{mol}$, wat $1.462\,\mathrm{mol}$ koolstofdioxide geeft, $64.3\,\mathrm{g}$. Octaan: $1000 / 5470 = 0.183\,\mathrm{mol}$, wat $1.463\,\mathrm{mol}$ geeft, $64.4\,\mathrm{g}$.

**18.** Methaan: het heeft de meeste waterstofatomen per koolstofatoom (4 tegen 2.25 bij octaan), en de [verbranding](https://one-course.com/books/chemistry/1/nl/chapter/5-branden-wat-een-vuur-nodig-heeft#def-g4-what-a-fire-needs-burning) van waterstof levert energie zonder koolstofdioxide.

**19.** Van de manier waarop de waterstof gemaakt wordt: uit water met elektriciteit uit hernieuwbare bronnen stoot hij bijna geen koolstofdioxide uit; gemaakt uit methaan stoot hij koolstofdioxide uit in de fabriek in plaats van uit de uitlaat.

**20.** Methaan stoot ongeveer $49\,\mathrm{g}$ koolstofdioxide per megajoule uit.