een module over zouten

Nieuwe Scheikunde

Een module over zouten

module 01 leerlingentekst

wat hebben planten nodig?

module 01 leerlingentekst wat hebben planten nodig? 003

inhoudvoorwoord 005

activiteit 1 006wat hebben planten nodig?

practicum 1 010tekorten voor planten en de gevolgen hiervan

activiteit 2 013welke chemische elementen zitten in planten?

practicum 2 013planten-as

activiteit 3 015vergelijk organisch en anorganisch

practicum 3 016stoffen indelen/eigenschappen onderzoeken

activiteit 4 018stroomgeleiding in vloeistoffen

practicum 4 019Zoutoplossingen

practicum 5 020gesmolten zouten

practicum 6 021deeltjes die kunnen ‘lopen’

practicum 7 021elektrolyten en stroom

activiteit 5 024samenstellen van formules voor zouten


activiteit 6 027samen of niet?

practicum 8 028neerslagtabel maken

activiteit 7 031wat aten de planten en wat deden ze ermee?

extra stof 1 037osmotische druk en vriespuntsdaling

practicum k1 039vriespuntsdaling

extra stof 2 045atoomabsorptiespectrometrie


voorwoordIn Nederland wordt geen honger geleden. Dat is niet altijd zo geweest. En voor veel mensen op de wereld is de voedselsituatie nog steeds zorgelijk. Kan de aarde al die mensen wel voe-den? Aan de basis van alle voedsel staan planten. Ook als je vlees, vis of zuivelproducten eet. Voor dat voedsel waren planten nodig.

En nu willen we ook nog planten kweken om biobrandstof te maken. Kan de aarde wel zoveel planten laten groeien?

De eerste vraag van deze module luidt: “Wat hebben planten nodig om goed te groeien?” We moeten om dat te begrijpen weer wat scheikunde onderzoeken. Daarover gaat Deel 1 van deze module. Maar als je weet wat planten nodig hebben, is er meteen een tweede vraag: “Hoe zorg je er-voor dat ze dat krijgen?” En “Hoe doe je dat op een duurzame manier?” Daarvoor moet je ook wat weten over de rol van de bodem, en de verschillende grondsoorten. Over al deze zaken bestaan verschillende opvattingen. Daarover gaat Deel 2.

colofon Deze versie van de module Wat hebben planten nodig? Module 1, is gemaakt door Frans Arnold en Laurens Houben in opdracht van de Projectgroep Nieu-we Scheikunde

Eindredactie: Jan de Gruijter en Frans Carelsen

Basisontwerp en vormgeving: Twin Media bv, Culemborg

SLO, Enschede, maart 2010

Disclaimer

© 2009 Stichting leerplanontwikkeling (SLO), EnschedeHet auteursrecht op dit onderwijsmateriaal voor Nieuwe Scheikunde berust bij SLO. SLO is derhalve de rechthebbende zoals bedoeld in de hieronder vermel-de creative commons licentie. Het materiaal voor Nieuwe Scheikunde is tot stand gekomen in het kader van het project ëNieuwe Scheikundeí onder auspi-cieën van SLO en is mede ontwikkeld en gefinancierd door het ministerie van Onderwijs Cultuur en Wetenschappen (OCW), Platform Be`taTechniek (PBT), Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie (VNCI), Stichting C3, Stichting Theorie uit experimenten (TUE), Centraal Instituut voor Toets-ontwikkeling (Cito) in samenwerking met vele middelbare scholen, hogescho-

len, universiteiten, kennisinstellingen en (chemische) bedrijven.SLO en door SLO ingehuurde auteurs hebben bij de ontwikkeling van het on-derwijsmateriaal gebruik gemaakt van materiaal van derden. Bij het verkrijgen van toestemming, het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illus-traties, enz. is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er des-ondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van dit onderwijsmateriaal, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met SLO.Aangezien het experimenteel voorbeeldmateriaal is, dat weliswaar (groten)- deels uitgetest is, maar nog niet volledig is uitontwikkeld, kan het nodig zijn en is het toegestaan het materiaal aan te passen en op maat te maken voor de eigen onderwijssituatie. SLO ontvangt graag feedback via e-mail: [email protected] het materiaal met zorg is samengesteld en getest is het mogelijk dat deze onjuistheden en/of onvolledigheden bevatten. SLO aanvaardt derhalve geen enkele aansprakelijkheid voor enige schade, voortkomend uit (het ge-bruik van) dit materiaal.Voor dit onderwijsmateriaal geldt een Creative Commons Naamsvermelding- Niet-Commercieel-Gelijk delen 2.5 Nederland licentie (http://creativecom-mons. org/licenses/by-nc-sa/3.0/nl/)Aangepaste versies hiervan mogen alleen verspreid worden indien het in het colofon vermeld wordt dat het een aangepaste versie betreft, onder vermelding van de naam van de auteur van de wijzingen.


activiteit 1: wat hebben planten nodig?

a. duik in de geschiedenis van de landbouwLees onderstaande verhalen door en beantwoord de vragen 1 t/m 6.

5000 jaar landbouwJe koopt of krijgt een mooi plantje voor op je kamer, of je hebt zaadjes en je wilt weten wat er-uit zal groeien. Dan is de vraag wat heeft die plant nodig? Planten doen het niet in het donker, zonder water verdrogen ze. Ook hebben planten die wortels niet voor niets. Planten hebben grond nodig. Maar wat voor grond? Als een kamerplant het niet goed doet dan krijg je meestal te horen dat je teveel of te weinig water geeft, dat de plant te veel of te weinig licht krijgt, te koud of te warm staat en “Geef je de plant wel Pokon?”. In Nederland is licht en water genoeg toch is in de geschiedenis van Nederland en de Nederlanders het grote probleem geweest: waarom willen onze planten niet goed groeien?

De Hunebedders waren in Nederland 5000 jaar geleden de eersten die tegen dat probleem aanliepen, en zij hadden geen Pokon. Nederland was in die tijd een en al bos (Holland bete-kent niet voor niets ‘houtland’) . De Hunebedders kapten en verbrandden een stuk bos om een open plek te krijgen voor hun landbouw. Na een paar jaar liep de opbrengst op hun akkers terug en werd verderop een nieuw stuk bos aangepakt. De niet meer gebruikte stukken grond raakten weer begroeid, tenminste als die Hunebedders die grond genoeg tijd gaven om te her-stellen. Maar door toename van de bevolking werd die 'tussentijd' steeds korter, het bos kon zich niet herstellen en verdween. En dat betekende lage opbrengsten en honger lijden.

slash en burnDe aanpak van de Hunebedders wordt in sommige streken nog steeds toegepast. Bv. in Zuid-oost Azië en in Brazilië worden nog steeds stukken oerwoud in brand gestoken – eerst wordt het kostbare hout gekapt- en gebruikt voor landbouw. Na een paar jaar met goede opbrengs-ten is die grond ‘uitgeput’ en pakt men een nieuw stuk oerwoud. Zolang er maar weinig men-sen wonen is er niets aan de hand, maar tegenwoordig wonen er heel veel mensen.

wat hebben planten nodig?


afplaggenIn de middeleeuwen werd bij ons het probleem van de onvruchtbare (zand)grond anders aan-gepakt: men hield schapen, en ‘s winters werden de schapen ondergebracht in potstallen. Daar werd de mest van schapen gemengd met heideplanten. Dat materiaal werd in het voorjaar op de landbouwgrond gestrooid. Daardoor verbeterde de opbrengst van de grond. Er kwamen meer bewoners, dus waren er meer schapen en meer plaggen nodig. Dat kon de heide niet bijhouden. De heidegronden veranderden in kaal zand. Zandverstuivingen die landbouw on-mogelijk maakten waren het gevolg en weer honger.

Lees voor een gedetailleerder verhaal: http://www.fryskegea.nl/default.aspx?artID=32 :

De meeste heide in ons land is een resultaat van menselijk handelen: heide is een halfnatuur-lijk landschap. Het bos dat grote delen van ons land bedekte werd gekapt en afgebrand, en het herstel werd verhinderd door beweiding met vee. In de open ruimtes die zo ontstonden, kreeg de heide kans zich te ontwikkelen. Geleidelijk ontstond een landbouwsysteem waarin de ak-kers vruchtbaar gehouden werden met schapenmest, die gemengd werd met heideplaggen. Al-leen al voor de plaggen was een heideoppervlak nodig dat gelijk was aan het akkeroppervlak. Daarnaast was een tot tienmaal zo groot oppervlak nodig om de schapen te kunnen voeden die er geweid werden. De doorlopende verschraling van de bodem door het afplaggen, maakte - met de begrazing - de grond steeds geschikter voor heidevorming. Daardoor heeft de heidevegetatie op de zand-gronden in noordoost Nederland halverwege de 19e eeuw een enorme omvang aangenomen. Een al te sterke begrazing van heide had overigens tot gevolg dat de kale grond bloot kwam te staan aan neerslag, zon en wind. Voedingsstoffen spoelden uit, de grond droogde uit en het zand werd opgestoven, waardoor zandverstuivingen ontstonden.

de middeleeuwenKarel de Grote (rond 800) voerde het drieslagstelsel in. Daarbij teelde men twee jaar wisse-lende gewassen, het derde jaar lag het land braak. Het gevolg was heel gunstig: De verhouding zaaizaad - opbrengst bedroeg vóór de 9e eeuw nog 1 op 2,5 en verbeterde daarna tot 1 op 14 (nu 1 op 40).

Foto 1: Een voorbeeld van een zandverstuiving


Later, vanaf 1600 (met name in Vlaanderen) kwam er het vierslagstelsel: drie jaar wisselende teelt, vierde jaar: klaver, wortelen, gras. Wat niet gegeten kon worden, werd aan het eind van het seizoen ondergeploegd.

1 Wat hebben zandverstuivingen met landbouw te maken?2 Mest van vee kan de vruchtbaarheid van de bodem verbeteren, maar vee maakt het

probleem van voedsel ook groter. Leg dit uit.3 Hoe zou het komen dat door een jaar braak liggen de vruchtbaarheid weer toeneemt? 4 Wat zou een middeleeuwse boer geantwoord hebben op de vraag “Wat hebben planten

nodig?” ?

b. wetenschappers gaan Zich ermee bemoeienVan Helmont, was in 1644, één van de eersten die er door systematisch onderzoek achter probeerde te komen wat planten nodig hebben. Met een verrassend resultaat: volgens van Helmont had een plant alleen water nodig. Maar elke boer wist beter.

Ruim 100 jaar na Van Helmont ontdekt Priesley dat planten niet alleen water maar ook kool-stofdioxidegas uit de lucht nodig hebben. Dat gas had Van Helmont helemaal gemist.Priestley ontdekte ook nog zuurstofgas, maar hij had niet door hoe belangrijk die ontdekking zou blijken.

Maar nog steeds blijft de vraag: Waarvoor dient dan die bodem? Wat hebben planten uit de bodem nodig?

de humustheorieBoeren wisten al lang, dat planten goed groeien als er in de bodem mest of verterend plan-tenmateriaal zit. Dit leidde tot de zogenaamde humustheorie. Begin 19e eeuw was er voor deze theorie veel aanhang. Deze theorie paste in het grotere idee van het vitalisme, dat stelt dat stoffen in levende organismen, organische stoffen genoemd, een levenskracht bezitten en daardoor wezenlijk afwijken van de andere stoffen zoals water, gesteente, zout, de anorgani-sche stoffen. Organismen als planten hadden dus organische stoffen nodig, en de scheikunde van organismen was een andere dan die van anorganische stoffen.

Figuur 1: Een overzicht van de graanopbrengst in ton per hectare over de jaren 1000 tot 2000 na Chr.

Figuur 2: Weergave van de groei van de wereldbe-volking in de periode van 1000 tot 2000 na Chr.


het kan ook andersRond 1840 pakte de Duitse chemicus Justus Liebig het systematisch aan. Hij was overtuigd tegenstander van het vitalisme en dus van de humustheorie. Volgens hem bestaat er maar één scheikunde. Liebig als chemicus wist dat bij reacties stoffen kunnen verdwijnen en ontstaan, maar dat geldt niet voor elementen. Elementen blijven behouden, die ontstaan niet en verdwijnen niet. Een element dat in een volwassen plant voorkomt moet of uit de lucht of uit de bodem zijn opge-nomen.Hij redeneerde dat je door te kijken wat planten tijdens hun groei hebben opgenomen kunt vaststellen wat ze nodig hebben uit de bodem. model humus theorie en theorie van liebig

5 Beschrijf hoe Van Helmont zijn proef zal hebben uitgevoerd.6 Naar aanleiding van Priestley: Hoe zou jij bewijzen dat planten CO2 nodig hebben? Geef

een korte proefbeschrijving

Figuur 3: Model humus theorie(Bron: http://www.yara.com/en/products/fertilizer/about_fertilizer/mineral_fert_lie-big_inter.html)

Figuur 4: Model theorie van Liebig(Bron: http://www.yara.com/en/products/fertilizer/about_fertilizer/mineral_fert_lie-big_inter.html)


c. liebig en de landbouw, een film Bekijk de DVD over Liebig en beantwoord tijdens of erna de volgende vragen:7 Leg uit waarom Liebig’s onderzoek aan planten beter/gedegener/betrouwbaarder

was dan dat Van Helmont. 8 Hoe denk je dat Liebig redeneerde bij zijn (foute) veronderstelling dat planten het

element stikstof uit de lucht halen?9 Hoe denk je dat Liebig redeneerde bij zijn (foute) veronderstelling dat kunstmest niet

in water oplosbaar mag zijn? In de video zien jullie verschillende soorten onderzoek, laboratoriumonderzoek en

veldonderzoek, chemisch onderzoek, biologisch onderzoek. 10 Laat met een schema (met blokken en pijlen) zien dat die soorten onderzoek elkaar

aanvullen.

d. tekorten voor planten en de gevolgen hiervanJullie gaan deze proef nu al inzetten, hoewel de verschijnselen die jullie langzamerhand kunnen waarnemen, pas later verklaard kunnen worden.

Er zijn verschillende manieren om er achter te komen wat planten nodig hebben om goed te kunnen groeien. Eén van die manieren is ze in water te zetten waarin je alle stoffen op-lost waarvan je denkt dat ze nodig zijn, maar er dan telkens net één weg te laten. Bedenk maar wat er zal gebeuren als je zelf lang helemaal geen eiwit zou eten of geen vitamine C binnen zou krijgen.

Jullie gaan dit practicum nu inzetten omdat de planten tijd nodig hebben om te laten zien hoe ze reageren op jullie behandeling of mishandeling. Jullie gaan bestuderen hoe kleine plantjes uit zonnebloempitten groeien of lijden als ze in de verschillende voedingsoplossingen worden gezet.

nodig• 2 potjes met deksels waarin drie gaten zijn geboord en lichtdicht met ondoorzichtig

plastic of aluminiumfolie• Watten• Scherp zand• Zaden van zonnebloemen• TL-buizen (kleur 33); voedingsoplossingen, te weten 0,2 M oplossingen van calciumni-

traat, kaliumnitraat, magnesiumsulfaat, kaliumdiwaterstoffosfaat, ijzerEDTA, natrium-nitraat, magnesiumchloride, natriumsulfaat, natriumdiwaterstoffosfaat, calciumchlo-ride en kaliumchloride.

uitvoering• Maak een begeleidvel klaar voor jullie proef, met daarop jullie naam, klas, de stamop-

lossing en de datum waarop jullie de proef inzetten. Op dat vel zetten jullie de kweek; proef en gegevens blijven zo mooi bij elkaar.

• Maak op het vel ook drie kolommen: één voor een datum waarop gecontroleerd wordt/is, één voor de daarbij horende waarneming(en) en één voor een eventuele actie zoals water aanvullen.

• Vraag waar jullie straks jullie proef zullen neerzetten.• Overleg wie de dagelijkse controle gaat/gaan doen.• Bestudeer tabel 1. Schrijf op wat je moet doen om een proef in te zetten met volledig

medium. Bespreek deze beschrijving met een begeleider. Vraag welke voedingsoplos-

practicum 1


singen jullie gaan maken en gebruiken. In tabel 1 staan de benodigde gegevens. Die staan vermeld voor 1 liter voedingsoplossing. Dat is erg veel; vraag hoeveel jullie moe-ten maken en pas het recept schriftelijk aan.

• Maak zoveel van de voedingsoplossing als je nodig hebt voor een potje met volledig medium en een potje met een van de andere media.

• Vraag twee potjes met deksels waarin 3 gaten zijn geboord, en een paar watten. Daar-mee ga je straks de plantjes vastzetten. De potten zijn lichtdicht gemaakt met ondoor-zichtig plakplastic of aluminiumfolie, om te vermijden dat er algengroei optreedt. Maar je kunt straks wel voorzichtig kijken naar het niveau van de oplossing.

• Misschien moet je de kiemplanten zelf maken. Het is in elk geval goed om te weten hoe dat moet. Er mag namelijk geen voedsel bij worden gebruikt. Zorg voor heel goed uitgewassen schep zand (metselzand). Breng daarvan een laagje in een lage bak. Maak het nat met gedestilleerd water en zorg ervoor, dat er geen water uitloopt als je de bak schuin houdt. Leg dan de zaden uit en bedek ze met een laagje droog zand. Doe er stuk plasticfolie overheen om uitdrogen te voorkomen. Zet de bak in het donker bij een temperatuur van 22 0C. Na ongeveer 10 dagen zijn de plantjes klaar om te gebruiken.

• Spreek af hoever de plantjes boven het deksel van de pot moeten uitsteken. Als ieder-een dat anders doet, heeft vergelijken geen zin.

• Maak voor elk potje 3 goed ontwikkelde plantjes voorzichtig los uit het zand. Spoel de wortels goed schoon onder een zachte waterstraal.

• Steek de plantjes met de wortels naar beneden door de gaten in het deksel. Eerst iets te ver naar beneden, zodat je een stukje watten om de steeltjes kunt doen. Daarmee zet je het plantje dan weer iets hoger vast in het deksel. Controleer of laat controleren of ie-dereen het op dezelfde manier gedaan heeft.

• Zet de potjes op een lichte plaats, maar nooit in direct zonlicht. In de winter moeten TL-buizen (kleur 33) boven de planten worden gehangen. Zo laag mogelijk, maar niet zo laag dat de temperatuur bij de plantjes boven de 25 0C stijgt. Alle plantjes moeten natuurlijk vrijwel evenveel licht krijgen.

• Spreek met de hele groep wanneer de controles worden gedaan en maak een schema wie wat doet.

• Bepaal bij elke controle hoeveel de plantjes gegroeid zijn. Let vooral ook op afwijkingen zoals in de kleur, bladontwikkeling, spichtigheid en ste-vigheid.

voedingsoplossingenEr staan stamoplossingen klaar van verschillende zouten in water. Een combinatie van ver-schillende oplossingen maakt het mogelijk oplossingen te maken waarin alle elementen zitten waarvan in het verleden is vastgesteld dat planten ze nodig hebben. (Hoe dat is vast-gesteld, onderzoeken jullie later in deze module.)In de eerste kolom van tabel 1 staan de zouten die zijn opgelost. Daarna zijn er kolommen met Romeinse cijfers. In elke kolom staan dan de hoeveelheden die van elk van de stamop-lossingen moeten worden gebruikt.


Tabel 1: Samenstelling oplossingen voor Practicum 1

no. voedings oplossing

i || iii iv v vi vii viii ix

Kenmerk volledig medium

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

…ont-breekt

Stam-oplossing

mL mL mL mL mL mL mL mL mL

Toe te voegen aan 910 mL gedestilleerd water

0,2M Ca(N03)

230 — 30 30 30 — 30 30 30

0,2M KN03

30 30 30 30 — — 30 30 30

0,2M MgS04

12 12 — — 12 12 12 12 12

0,2M KH2P0

46 6 6 6 — 6 — 6 6

FeEDTA 6 6 6 6 6 6 6 — 6

Sporen-elementen

6 6 6 6 6 6 6 6 —

0,2M NaN03

— 30 — — 30 — — — —

0,2M MgCI2

— — 12 — — — — — —

0,2M Na2S0

4— — — 12 — — — — —

0,2M NaH2P0

4— — — — 6 — — — —

0,2M CaCI2

— — — — — 30 — — —

0,2M KCI — — — — — 30 6 — —

Bereid de uitvoering van jullie deel van het experiment voor. Denk aan maatregelen als stickers met jullie namen, klas en datum van begin proef.

vragen11 Bovenaan in elke kolom moet je noteren welk element in de betreffende voedingsop-

lossing ontbreekt.

0,2 M in de eerste kolom van tabel 1 betekent 0,2 Molair dat betekent weer 0,2 mol per liter.De grootheid molariteit, symbool Mv heeft als eenheid mol L—1. Daarbij is mol de eenheid die hoort bij de grootheid chemische hoeveelheid*, symbool, n. Liter is de eenheid bij grootheid volume (van de oplossing) symbool Vopl. In formule wordt dat Mv= n/Vopl

12 Bereken hoeveel mol KNO3 is opgelost in 0,8 L van een 0,2 M KNO3 -oplossing. 13 Beredeneer waarom de controles door alle duo's ongeveer tegelijkertijd moeten plaats-

vinden.

* Voor wie het nog niet wist: Er zijn 3 manieren om een hoeveelheid stof aan te geven: met de massa, m (eenheid g, kg, enz.), het volume V (eenheid L(iter), dm3, m3), en de chemische hoeveelheid n, die gebaseerd is op het aantal deeltjes. De eenheid is mol, kmol, mmol, enz.


activiteit 2: welke chemische elementen Zitten in planten? In Practicum 1 onderzoeken jullie wat er gebeurt als je planten bepaalde elementen in hun voeding niet geeft. Maar hoe wisten we wat we wel of niet konden weglaten? Het zou toch ook best kunnen dat planten ook heel andere elementen nodig hebben om goed te kunnen groeien?

Je hebt gezien dat veel primitieve gemeenschappen de slash-and-burn methode toepasten. Ze konden dan een paar jaar op zo'n plek groenten verbouwen, maar daarna was het gedaan met de vruchtbaarheid en namen ze een ander stuk van het bos. Of Liebig daardoor op de idee kwam planten-as te onderzoeken (denk aan de video) weten we niet, maar het zou kunnen. Misschien dacht hij ook wel: "Wat planten uit de grond opgenomen hebben zal er nog wel in-zitten." In ieder geval onderzocht hij de as van planten en probeerde vast te stellen welke (van de meeste toen bekende) elementen aanwezig waren. Een dergelijk onderzoek doen jullie nu ook. Alleen testen we niet op alle 100 elementen, die we nu kennen.

a planten-as

nodig• Porseleinen kroes• Droogoven• Brander• Versgras• Metaaldraadvoorvlamtest• Verdundsalpeterzuur• Geelbloedloogzout• Kaliumthiocyanaatoplossing• Ammoniummolybdaat-oplossing• Geconcentreerdzoutzuur• Bariumchloride-oplossing• 0,5%difenylamine-oplossingingeconcentreerdzwavelzuur• Zilvernitraatoplossing.

voorbereiding onderzoek van as• Weeg een porseleinen kroes.• Hak een handvol vers gras in zeer kleine stukjes. Doe ze in de kroes en weeg het geheel. • Plaats de gevulde kroes in een droogoven en bepaal het gewicht op gezette tijden tot

het gewicht constant geworden is. • Bereken het watergehalte van het gras. • Verhit de kroes daarna eerst voorzichtig en daarna sterk. Ten slotte gebruik je een open

vlam en roert de massa voorzichtig dooreen om de as aan de lucht bloot te stellen.

• Laat de as afkoelen en bepaal het gewicht. • Leg uit dat het verschil tussen de uitkomsten bij 1. en 6. het gewicht van de organische

stoffen in het gras is.• Berekennuhetgehalteaanorganischestoffeninasinmassa%.

onderzoek van de asJullie kennen vuurwerk. Vuurwerkmakers weten dat die kleuren horen bij bepaalde meta-len, en mengen die metalen door het kruit.

practicum 2


Chemici gebruiken die kleuren juist om de aanwezigheid van metalen in een onbekende stof aan te tonen door middel van de vlamtest.Voordat we planten-as gaan onderzoeken is het verstandig om eerst te oefenen met beken-de stoffen zodat je de kleuren kunt herkennen en koppelen aan het juiste metaal. In tabel 65A zijn van een aantal elementen de kleuren vermeld. Daar staat ook een belang-rijke tip om heldere kleuren te krijgen. Een manier die goed werkt is om de metaaldraad eerst uit te gloeien, totdat de vlam kleur-loos is, dan de punt eerst te dippen in zoutzuur en daarna in de te onderzoeken vaste stof en dan meteen die punt in het heetste deel van de ruisende vlam te houden. Voer de proef uit op een zo donker mogelijke plek, dan zie je de kleuren het best. Nog een punt: Natrium is een element dat overal aanwezig is (met name doordat zweet van onze handen natriumchloride bevat). Natrium geeft een goed zichtbare gele vlamkleur en je moet steeds je best doen om andere kleuren nog te herkennen als er ook natrium de vlam kleurt. Een hulpmiddel is eventueel het blauwe kobaltglaasje dat de gele kleur van natrium tegenhoudt. Dan zie je bij kalium (zwak violette vlamkleuring) die kleuring ook als er natrium aanwezig is.

uitvoering• Vraag je begeleider hoe jullie gaan oefenen met de vlamtest en oefen met de beschik-

bare bekende stoffen.• Onderzoek de planten-as met behulp van de vlamtest.• Noteer je waarnemingen en je conclusies.• Maak van de as minstens 6 porties (Het is handig om nog wat over te hebben voor als

er iets niet goed lukt.)• Los een beetje as op in verdund salpeterzuur. Voeg een beetje geel bloedloogzout toe.

Een blauwe kleur of een blauw neerslag duidt op de aanwezigheid van ijzer in het plan-tenmateriaal. Noteer of dat het geval was.

• Herhaal de proef met kaliumthiocyanaat-oplossing. Nu wordt de vloeistof bloedrood gekleurd.

• Los een portie as op in verdund salpeterzuur. Voeg daarna ammoniummolybdaat- oplossing toe. Een kanariegele kleur of een kanariegeel neerslag wijst op de aanwezig-heid van fosfor in het plantenmateriaal. Zag je dat?

• Los een portie op in geconcentreerd zoutzuur. Afgieten, ver dunnen en filtreren als dit noodzakelijk is. Voeg bariumchloride-oplossing toe. Een wit neerslag (goed te zien tegen een donkere achtergrond) wijst op de aanwezigheid van zwavel in de plant. Gezien?

• Schudeenportieasmetwater.Voegdaarnaeenbeetje0,5% difenylamineoplossing in geconcentreerd zwavelzuur toe. Een blau we kleur wijst op de aanwezigheid van stikstof in de plant.

• Los een beetje as op in verdund salpeterzuur. Voeg een beetje zilvernitraatoplossing toe. Een witte kleur of een wit neerslag wijst op de aanwezigheid van chloor in de plant.

• Maak een lijstje van de elementen die jij in planten-as (en dus in het plantenmateriaal) hebt aangetoond.


Tabel 2: Aantonen elementen mbv de vlamtest in practicum 2

test op element test met positief dan

natrium vlam geel

kalium vlam + kobaltglaasje zwak violet

ijzer geel bloedloogzout blauwe opl./blauw neerslag

ijzer(III) kaliumthiocyanaatopl. bloedrode opl.

zwavel bariumchlorideopl. wit neerslag

stikstof difenylamineopl. blauwe opl.

chloor zilvernitraatopl. wit neerslag

vragen14 Welke elementen hebben jullie aangetoond in planten-as?15 Welke elementen moeten de planten zeker uit de bodem halen? 16 Voor welk element is dat zonder nader onderzoek niet zeker?

Liebig stelde zich dezelfde vragen (15 en 16) als hierboven. 17 Wat dacht Liebig hierover aanvankelijk en wat veranderde daaraan later?

Op kunstmestverpakkingen staat vaak NPK en dan drie getallen, bijvoorbeeld 15 15 15.18 Zoek op wat daarmee wordt bedoeld.

activiteit 3: vergelijk organisch en anorganischIn Taak 1 lazen jullie dat in de 19e eeuw stoffen die afkomstig waren van planten of dieren, als heel bijzonder werden beschouwd. Men veronderstelde dat deze organische stoffen levens-kracht in zich hadden en daardoor wezenlijk verschillend waren van de niet-organische, de anorganische stoffen. Zulke organische stoffen zouden alleen door levende organismen ge-maakt kunnen worden en zeker niet door middel van een chemische reactie uit anorganische, levenloze stoffen. Er zouden andere regels gelden voor organische stoffen een aparte andere, organische scheikunde. Deze opvatting noemt men het vitalisme.Maar planten produceren behalve koolhydraten (zoals suiker, zetmeel) en eiwitten ook zuurstof. Mensen en dieren produceren koolstofdioxide en water. Zijn dat dan ook organische stoffen?

Het lukte Whöler in 1828 om uit anorganische stoffen ureum te maken, een stof die voorkomt in de urine van mens en dier. Wölher schreef aan Berzelius “I must tell you that I can make urea without the use of kidneys, either man or dog.”

Ureum was de eerste organische stof uit de reageerbuis. Een zware slag voor het vitalisme. Er volgden al gauw veel meer van zulke stoffen. Einde vitalisme zou je denken.

Maar het idee dat in sommige stoffen krachten aanwezig zijn die niet met scheikunde ver-klaard kunnen worden is ook nu nog wijd verbreid. Er zijn veel mensen die (willen) geloven dat er meer is dan atomen en moleculen. Denk maar eens aan de homeopathie.

19 Zoek het woord vitalisme op en geef kort je mening hierover.


In de scheikunde is de indeling organische en anorganische scheikunde blijven bestaan, maar de scheiding is niet meer zo duidelijk.

a stoffen indelen/eigenschappen onderZoeken

In tabel 3 staan een aantal vaste stoffen. Je gaat van die stoffen verschillende eigenschappen onderzoeken. Zet telkens het resultaat van je onderzoek in onderstaande tabel. (Als je niet digitaal werkt, kun je het beste met potlood werken; dan kun je nog eens iets veranderen,)

• Hardheid onderzoek je bijvoorbeeld door met een pincet in het voorwerp te prikken. Probeer een paar stoffen uit en beoordeel of je een soort grove schaal wilt invoeren met woorden als bijvoorbeeld ‘erg hard’, ‘boterzacht’.

• Onderbrosheidverstaatmeninhoeverreeenstofofmateriaalgemakkelijkversplinterd.Brosheid onderzoek je door het materiaal met een tang kapot te knijpen (als het kan). Ook hier misschien een schaal?

• Verkoling in de vlam stel je vast door een klein stukje van het materiaal met een meta-len tang in de vlam te houden, bij een poedervormige stof gebruik je een spatel. Houd in ieder geval de stof zo lang in de vlam totdat je er zeker van bent dat de verkoling of een andere reactie is afgelopen. De vlam zorgt ervoor dat de stank die verkoling kan veroor-zaken achterwege blijft.

• Het wel of niet stroom geleiden onderzoek je het gemakkelijkst met een multimeter op de stand Ohm (Ω). In de meter zit een accu. Je houdt de twee stekkers van de multimeter te-gen het brokje stof en leest de meter af. Ohm is de eenheid voor de weerstand die de stroom ondervindt. Een hoge waarde voor de weerstand betekent dus een slechte geleiding.

nodig• Pincet• Combinatietang• Brander• Kroezentang• Spatel• Multimeter• Stroomdraden,stekkers• Aluminium• Citroenzuur• Glas• Grind• Hout• IJzer;kandij-suiker• Koper• Kopersulfide• Kunstmest• Magnesia(basischmagnesiumcarbonaat,Mg(OH)2.4MgCO3.4H2O)• Plastic• Soda• Spaghetti• VitamineC• Zout• Zuiveringszout

practicum 3


Tabel 3: Invultabel bij practicum 3

materiaal hardheid brosheid verkoling in de vlam

geleiding indeling

Aluminium

Citroenzuur

Glas

Grind

Hout

IJzer

Kandij-suiker

Koper

Kopersulfide

Kunstmest

Magnesia *

Plastic

Soda

Spaghetti

Vitamine C

Zout

Zuiveringszout

* Het witte ‘magnesium’poeder dat bij turnen gebruikt wordt.

vragen20 Tot welk reactietype hoort verkolen? Waarom vind je dat? 21 Probeer de stoffen in drie groepen in te delen en geef ze met 1, 2 of 3 aan in de rech-

terkolom van tabel 222 Noem de gemeenschappelijke kenmerken en geef ze alle 3 een naam.

Het lijkt er op dat we grofweg drie verschillende soorten stoffen kunnen onderscheiden. Maar pas op: bij elke indeling zijn er weer gevallen die niet goed passen.

Als soortnamen zouden we op grond van onze proeven de namen metalen, steenachtige stoffen en verkolende stoffen gebruiken.

Het is handig als iedereen in een grotere groep dezelfde woorden gebruikt. De groep die wij 'steenachtige stoffen' hebben genoemd, wordt door chemici de groep van de zouten genoemd. Deze naam verwijst naar het gewone keukenzout, verreweg de be-kendste van alle zouten. Maar ook steenachtige stoffen die niet oplossen houden we in deze groep.

belangrijk!Behalve plastic zijn alle verkolende stoffen uit de tabel hierboven van planten afkomstig We zagen al eerder: In de 19e eeuw werden stoffen die afkomstig waren van planten of dieren, van organismen dus, organische stoffen genoemd. Chemici ontdekten in de vorige eeuw dat die organische stoffen iets gemeen hadden met


stoffen als water en zuurstof, namelijk dat deze stoffen allemaal uit moleculen, uit groepjes bij elkaar behorende atomen waren opgebouwd. Bij metalen en zouten is dat niet het geval.Daarom kwamen de organische (verkolende) stoffen terecht in de zeer grote groep van de moleculaire stoffen. Moleculaire stoffen zijn in principe alle stoffen die letterlijk uit mole-culen bestaan. Een belangrijk kenmerk (waardoor je snel weet dat je met een moleculaire stof te maken hebt) is dat in een moleculaire stof nooit een metaal als element voorkomt. Er zijn mole-culaire stoffen die uit één soort niet-metaal-element bestaan, bijvoorbeeld: Cl2, O2, P4 en S8. En er zijn moleculaire stoffen die uit verschillende niet-metaal-elementen bestaan zo-als water (formule H2O), salpeterzuur (formule HNO3) en butaan (formule C4H10).

Bij elke indeling van stoffen in groepen zijn er stoffen die duidelijk bij één van de groepen horen. Maar ook stoffen die niet zo gemakkelijk in te delen zijn. We geven een paar voor-beelden:

• Kalkzeep (de aanslag in het bad) lijkt op kalksteen (kalkaanslag die ontstaat rond kra-nen, in fluitketel…), bevat het element calcium maar verkoolt wel bij verhitting.

• Grafiet glanst en geleidt stroom maar is toch geen metaal.• Mede door wat mensen allemaal bedenken en maken ontstaan er nog veel meer ‘uit-

zonderingen’. Zo is er tegenwoordig veel aandacht voor ‘stroomgeleidende plastics’ die bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden in buigzame beeldschermen.

23 Vul in de volgende tabel voor de drie groepen stoffen de kenmerken in en geef 5 voor-beelden.

Tabel 4: Invultabel kenmerken van verschillende groepen stoffen

metalen moleculaire stoffen Zouten

Geleiding voor elektriciteit

Smelttemperatuur

Hardheid en brosheid

5 voorbeelden met de namen en/of chemische formule

activiteit 4: stroomgeleiding in vloeistoffenMetalen zijn blijkbaar niet de enige geleiders voor elektriciteit. Zelfs als we vaste stoffen als ge-leidende plastics bij de ‘gewone’ geleiders rekenen, hebben we nog niet alles gehad. Er bestaat een tweede soort geleiders. We noemen die elektrolyten.Er zijn duidelijke verschillen tussen stroomgeleiding bij geleiders van de eerste soort, de meta-


len dus en geleiders van de tweede soort, de elektrolyten.We gaan kijken naar de verschillen.

Als stroom door een metaaldraad gaat, wordt die draad hooguit warm. Die stroom heeft geen chemische effecten.

24 Welke soort deeltjes stromen er door een metaaldraad?

a Zoutoplossingen

In Practicum 3 hebben jullie gekeken naar de geleiding van elektriciteit door de zuivere vaste stof. Dat leverde op dat alleen metalen stroom geleiden. In dit practicum gaan jullie kijken hoe het zit met de geleiding van elektrische stroom door zuiver water en door water waarin stoffen zijn opgelost.

nodig• Multimeter• Stroomdraden• Stekkers; alcohol• Suiker, keukenzout• Citroenzuur• Soda• Kunstmest• Krijt (kalksteen)• Zinkchloride

Jullie werken weer met de multimeter (in de Ohmstand). Nu moet je de uiteinden van de beide meetdraden (stekkers) naast elkaar in de vaste- of vloeistof steken. • Bepaal van elk van onderstaande vloeistoffen/oplossingen of deze de elektrische

stroom geleidt.• Sommige resultaten kan je uit tabel 3 halen en hoef je dus niet opnieuw uit te voeren

Tabel 5: Waarnemingentabel bij practicum 4

stof of stof in oplossing geleidt in zuivere vorm geleidt in oplossing

Water

Alcohol

Suiker

Keukenzout

Citroenzuur

Soda

Kunstmest

Krijt (kalksteen)

Zinkchloride

Eigen stof

practicum 4


b gesmolten Zouten

nodig • Theelepeltje(of porceleinen kroes)• Brander• Statief en klem• Universeelmeter• Stroomdraden• Krokodillenklemmen• Paperclips(of ander elektrodemateriaal)• Kaliumchloride• Natriumchloride• Glas

uitvoering• Doorkaliumchlorideennatriumchlorideineenmortiersamenfijntemakenkrijgje

een mengsel dat al smelt in een ruisende vlam. Dat is vreemd als je kijkt naar de smelt-punten van de afzonderlijke zouten maar toch is het een algemeen verschijnsel: meng-sels beginnen bij een lagere temperatuur te smelten dan zuivere stoffen.

Je kunt het mengsel smelten bijvoorbeeld op een theelepeltje dat je vastzet met behulp van een statief (klem).

Stroomgeleiding kun je dan weer testen door er uiteinden van twee uitgevouwen paperclips in te steken die verbonden zijn met de stekkers van een universeel-meter (Ohmstand, Ω)

Met deze uitvoering kun je wel de stroomgeleiding constateren, maar er is een nare complicatie: het lepeltje wordt sterk aangetast. Dat verschijnsel noemen we corrosie. (Roesten is ook een vorm van corrosie, maar niet alle corrosie is roesten.)

• Hetlijktmisschienvreemd,maarglasisookeenzout.Hetwordtgemaaktdoorzilverzand(SiO2), samen te smelten met soda(Na2CO3) of kalk(CaCO3) en soms ook nog met metaaloxiden zoals loodoxide(PbO) (In het laatste geval krijg je kristal.) Dus als je het klaarspeelt om glas te smelten kun je kijken of het de stroom geleidt. De opstelling is eenvoudig: klem een dun glasbuisje of een glazen staaf aan een statief met een kleine klem. Steek er aan weerszijden een koperdraad in. Verbind die koperdra-den met behulp van krokodilklemmen via een lamp aan een spanningsbron. Verhit nu het glasbuisje voorzichtig eerst met een blauwe, daarna met een ruisende vlam.

vragen25 Lossen alle zouten in water op? Geef ook voorbeelden die je al kende uit je eigen omge-

ving voor je aan dit practicum begon.

Jullie hebben waarschijnlijk kennis gemaakt met het toestel van Hofmann. Dan weet je ook wat er gebeurt als je met behulp van twee platina draden elektrische stroom door water stuurt waarin ook zwavelzuur is opgelost.

26 Wat gebeurt er dan?27 Hoe noemt men dit proces?28 Kun je nu aangeven waarom zonder zwavelzuur niets gebeurt bij deze proef?29 Welk belangrijk verschil is er bij de stroomdoorgang door een oplossing en bij stroom-

doorgang door een stukje metaal?30 In welk opzicht lijkt gesmolten zinkchloride op een oplossing ervan? In welk opzicht is

er wel verschil?

practicum 5


c deeltjes die kunnen ‘lopen’

nodig• 4Reageerbuizenenreageerbuisrekje• Oplossingenvankopersulfaat,kaliumjodideenbariumnitraat.

Kopersulfaatoplossing is blauw van kleur. Door een stripje zink in een reageerbuis met kopersulfaatoplossing te doen, kun je het metaal koper vrijmaken uit de verbinding. Op het zink zet zich rood koper af. Kopersulfaat bevat dus wel het element koper maar dan in een andere ‘verschijningsvorm’. In ieder geval niet als het roodbruine metaal koper.

Een andere elektrolyt die we gaan gebruiken is kaliumjodide, uit de naam kun je afleiden dat deze stof de elementen kalium en jood bevat. Kaliumjodide is een witte, vaste stof

De derde elektrolyt die we gebruiken is bariumnitraat. Bariumnitraat bevat de elementen barium, stikstof en zuurstof.

uitvoering• Vraageenrekjemet4reageerbuizen,waarinzichdevolgendeoplossingenbevinden:

• Kopersulfaat,2x • Kaliumjodide • Bariumnitraat

• Gietdekaliumjodide-oplossingbijeenvandebuizenmetkopersulfaat.• Gietdebariumnitraatoplossingbijdeanderebuismetkopersulfaat.

vragen31 Hoe ziet het reactieproduct van kopersulfaatoplossing en kaliumjodideoplosing er uit? 32 Hoe ziet het reactieproduct van kopersulfaatoplossing en bariumnitraat-oplossing er

uit?

d elektrolyten en stroom (practicum 7)We gaan onderzoeken wat stroom doet met een kopersulfaatoplossing.Lees onderstaande beschrijving goed door, en leid er uit af wat je moet doen om de proef zelf uit te voeren.

nodig• petrischaalmetgelmetputjesengootjes(zieafbeelding)• Gelijkspanningsbron• Stroomdraden• 2koperplaatjes• Krokodillenklemmen• Oplossingenvankopersulfaat,kaliumjodideenbariumnitraat.

Om dit te onderzoeken gebruiken we een petrischaal met daarin een gel met putjes en gootjes. Zie de afbeelding hieronder, figuur 5. In een gel kunnen opgeloste stoffen zich maar heel langzaam door het water verspreiden. We kunnen dus beter in de gaten houden of er door de elektrische stroom iets gebeurt. Gel ken je als het spul voor je haren, maar pudding, gebonden sauzen en jam zijn ook voorbeelden van een gel. We gebruiken een stevige gel met als bindmiddel agar, een stof die wordt gewonnen uit zeewier. Biologen gebruiken zulke gels om te kijken hoe bacteriën en schimmels groeien. De agar-gel zorgt ervoor dat die schimmels op hun plek blijven. Een schematische tekening vind je in figuur 5. Op foto 2 zie je een foto van dezelfde opstelling.

practicum 6

practicum 7


Figuur 5: Schematische opstelling van stroomgeleiden door oplossing.

Foto 2: opstelling practicum stroomgeleiden door oplossing.

In het centrale gootje komt blauwe kopersulfaatoplossing, In de bovenste twee putjes komt links en rechts kaliumjodideoplossing In de onderste twee putjes komt links en rechts ba-riumnitraatoplossing.

vragen33 Wat verwacht je dat er gebeurt als je deze opstelling verder met rust laat?

We gaan nu de linker koperplaat aansluiten op de pluspool van een gelijkspanningsbron en de rechter koperplaat op de minpool. Stel de spanning in op ongeveer 10 volt.


Voer deze proef nu zelf uit. Er zijn al petrischalen met gel beschikbaar.

34 Neem figuur 5 over in je schrift en teken erin (gebruik kleuren!!) welke oplossingen in de putjes zitten.

35 Welke conclusie trek je uit het feit dat reactieproducten niet in de putjes van kaliumjo-dide en bariumnitraat ontstaan maar ergens ertussenin?

Door de elektrische stroom is iets uit kopersulfaat naar rechts gegaan en heeft daar met (iets uit) kaliumjodide gereageerd. Door de elektrische stroom is iets uit kopersulfaat naar links gegaan en heeft daar met (iets uit) bariumnitraat gereageerd.

36 Welke conclusie trek je uit het feit dat je het reactieproduct van de reactie tussen ko-persulfaat en kaliumjodide wel rechts maar niet links ziet ontstaan?

Deze proeven maken het aannemelijk dat in kopersulfaatoplossing twee componenten zijn die elk een eigen kant op gaan als er een plus- en een min-pool in de oplossing gestoken worden. Die twee componenten van kopersulfaat kunnen blijkbaar hun eigen gang gaan. Ze zijn onafhankelijk, autonoom. Het ligt voor de hand aan te nemen dat die twee delen respec-tievelijk positief en negatief geladen zijn omdat ze allebei hun eigen kant op gaan bewegen zodra de spanning wordt aangesloten.

37 Is het deel van kopersulfaat dat met kaliumjodide reageert positief of negatief geladen?38 Is het deel van kopersulfaat dat met bariumnitraat reageert positief of negatief geladen?

Faraday (1791 - 1867) was voorzichtig. Hij was wel overtuigd dat bij stroomgeleiding door een elektrolyt-oplossing een deel van de elektrolyt richting plus pool beweegt en een ander deel richting min pool, maar hield open of die delen geladen waren. Hij noemde die delen ionen (dat is afgeleid uit het Grieks en betekent gaande, iets dat gaat.) Om discussies over de lading te vermijden kwam hij met de namen an-ion, het ion dat richting anode (hier de plus pool) gaat en kat-ion, het ion dat richting kathode (hier de negatieve pool) gaat.

39 Wat bepaalt volgens jou in welke richting een ion gaat?40 Kun je nu verklaren waarom bij de elektrolyse van koperchloride-oplossing het chloor-

gas en het metaal koper tegelijkertijd maar niet op dezelfde plaats kunnen vrijkomen?

samenvatting In een elektrolytoplossing zijn twee delen aanwezig, afkomstig van die elektrolyt. Het bij-zondere van die twee ‘delen’ is dat ze allebei hun eigen weg kunnen gaan, los van elkaar Omdat de twee delen in tegengestelde richting bewegen zodra een plus en een min pool in de oplossing worden gebracht, moeten deze delen elk elektrisch geladen zijn. De twee de-len bewegen zich bij elektrolyse in de richting van de pool met tegengesteld teken. Die twee delen worden ionen genoemd. Ionen zijn dus de twee elektrisch geladen compo-nenten in een elektrolyt die na oplossen onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen (en op die manier lading kunnen transporteren) en afzonderlijk reacties kunnen aangaan. Vaak wordt die onafhankelijkheid benadrukt door te spreken over vrije ionen in een elektrolyt-oplossing.


Zouten en Zuren metalen leveren altijd positieve ionen. Een aanwijzing hiervoor is het feit, dat bij elektrolyse metalen worden gevormd aan de negatieve pool. Het gaande koper, koper-ion, dat blauw is, verandert in het vaste metaal koper, dat rood is. Voorbeelden zijn het koper-ion, het zink-ion, het kalium-ion en het aluminium-ion. De hoe-veelheid lading van een metaal-ion is vaak 1+ en 2+ maar 3+ en 4+ komen ook voor. Een koper-ion wordt aangegeven met Cu2+, een kalium-ion met K+ en een aluminium-ion met Al3+. Je kunt de ladingen van de metaalionen vinden in de laatste kolom van tabel 40A van Binas.

vragen41 Geef de symbolen van de volgende ionen: magnesium, nikkel en boor.

Er zijn metaalionen die verschillende ladingen kunnen hebben.42 Geef de mogelijke formules van ijzer-, koper- en lood-ionen.

niet-metalen leveren meestal negatieve ionenHoewel er negatieve ionen zijn die maar één element bevatten, zijn er veel meer negatieve ionen waarin twee of meer elementen voorkomen. Bevat een negatief ion slechts één element dan verandert de naam van dat ion. Er wordt dan het achtervoegsel -ide gebruikt. Zo is het symbool voor het chloride-ion is Cl— van het sulfide-ion S2—, het nitride-ion N3—, enz.

vragen43 Geef formules voor de volgende ionen: fluoride, fosfide en oxide.

In het chloride komt alleen het element chloor voor, in het chloraat-ion de elementen chloor en zuurstof. De formule is ClO3

—. Het chloraat-ion bevat dus 1 Cl deeltje en 3 O deeltjes, die samen een lading van 1— hebben. Je kunt de formules van meeste samengestelde ionen vinden in tabel 66B van Binas.

44 Geef de ionformules van sulfaat, nitraat, carbonaat en ammonium.

Elektrolyten waarin het positieve ion van een metaal afkomstig is noemt met zouten. Het gewone zout heeft de chemische naam natriumchloride - maar is bekender onder de namen zeezout, tafelzout en steenzout - bestaat uit een natrium-ion en een chloride-ion.

Ook zuren zijn elektrolyten. Bij zuren is het positieve ion altijd hetzelfde: het waterstof-ion, H+. In een oplossing van een zuur is dus altijd het waterstofion als positief ion aanwezig. De negatieve ionen bij zuren zijn dezelfde als bij zouten. het chloride-ion bij zoutzuur, het sulfaat-ion bij zwavelzuur, het nitraat-ion bij salpeterzuur en het fosfaation bij fosforzuur.

45 Welke ionen bevat een fosforzuuroplossing?

activiteit 5 samenstellen van formules voor Zouten Proeven met oplossingen van zouten en zuren (algemene naam elektrolyten) hebben opgele-verd dat in deze oplossingen stroom geleiden. De stroomgeleiding hebben we verklaard door aan te nemen dat in zulke oplossingen positieve en negatieve ionen voorkomen.


vragen46 Zeewater bevat per liter wel 30 gram zout (natriumchloride). Hoe kan het zijn dat je niets

merkt van al die geladen ionen?

In een vorige module hebben we geleerd hoe chemici aan hun formules kwamen. Voor een aantal koolstofverbindingen hebben we molecuulformules afgeleid.Ook voor zouten kunnen we uit massaverhoudingen van de elementen formules afleiden.

2 voorbeeldenOm de formule van een zout samen te stellen, moet je van het plus en min ion de lading kennen. • Stelwewillendeformulewetenvanaluminiumbromide.Hetmetaal-ionisAl3+ en het

bromide-ion is Br— . Omdat het zout als geheel neutraal moet zijn, moeten we dus op één Al3+-ion drie Br—-ionen hebben. We schrijven deze 3 als een index rechtsonder het Br—-ion. De formule wordt dus Al3+Br—

3. Eigenlijk moet je nu de ladingen weglaten. Het wordt dus AlBr3. We noemen dit de verhoudingsformule van aluminiumbromide.

• Stelwewillendeformulevancalciumfosfaatweten.Deionenzijnresp.:Ca2+ en PO43— (let

op: de hele groep PO4 heeft een lading van 3—)Om het nu neutraal te maken moeten we het Ca-ion met 3 en het fosfaat-ion met 2 verme-nigvuldigen. Omdat het hier om de hele groep PO4 gaat, zetten we haakjes om deze groep heen. Het wordt dus Ca2+

3(PO43—)2 Ca3(PO4)2

Tabel 5: Namen en formules van een aantal zouten en zuren

natriumchloridenacl

kaliumchloridekcl

koperchloridecucl

2

magnesium-chloridemgcl

2

waterstof-chloridehcl

NatriumbromideNaBr

Natriumoxide

Na2O

Natriumnitraat

KNO3

……………

Cu(NO3)

2

Mg(NO3)

2

=

Salpeterzuur

Natriumsulfaat

KaliumsulfaatK

2SO

4

Kopersulfaat

Magnesium sulfaat

Waterstofsulfaat= Zwavelzuur

Natriumcarbonaat Kaliumcarbonaat Kopercarbonaat

CuCO3

MgCO3

=Koolzuur

Na3PO

4

=Fosforzuur

47 Vul alle ontbrekende gegevens in de tabel zelf in. In het laatste vak van de derde rij staat geen formule.


48 Verzin voor dat vak zelf naam en formule.

Hoe splitsen de zouten in oplossing?

Leerlingen die dat willen kunnen nu met behulp van Extra Stof 1 achter in deze module deze vraag gaan beantwoorden.

Andere leerlingen gaan hier verder.In de vaste vorm geleiden zouten de stroom niet.Zouten geleiden de elektrische stroom zowel in opgeloste als in gesmolten toestand.De verklaring hiervoor is dat in de opgeloste en gesmolten toestand de ionen zich redelijk vrij kunnen bewegen en dat ze in de vaste toestand op hun plaats blijven.

Het smelten van keukenzout zou je als volgt weer kunnen geven:NaCl(s) Na+(l) + Cl—(l)

Overeenkomstig zou oplossen zo weergegeven kunnen worden:NaCl(s) Na+(aq) + Cl—(aq)

Wordt er een samengesteld zout in water opgelost dan valt deze uiteen in alle losse ionen, bijvoorbeeld:

Mg(NO3)2 (s) Mg2+(aq) + 2 NO3—(aq)

Dus komen bij het oplossen van 1 ‘deeltje’ magnesiumnitraat totaal 3 ionen vrij!!

Handig te onthouden: de indices in de formule (zie vraag 47) die ervoor zorgen dat de for-mule neutraal wordt, komen in de oplosvergelijking vóór de losse ionen.

voorbeeldAluminiumsulfaat bestaat uit de ionen Al3+ en SO4

2-. Om het neutraal te maken moeten we 2 Al3+ en 3 SO4

2- deeltjes gebruiken. De formule wordt dus Al2(SO4)3.In de oplosvergelijking zetten we nu deze 2 en 3 vóór de losse ionen:

Al2(SO4)3(s) 2 Al3+(aq) + 3 SO42—(aq)

49 Geef de vergelijkingen van het oplossen van de volgende zouten:a kaliumnitraatb calciumchloridec ammoniumsulfaatd bariumjodidee natriumcarbonaatf zinkfosfaatg aluminiumacetaath kaliumsulfide

een handige verZamelingOmdat het veel te veel tijd kost steeds de namen van ionen op te zoeken in Binas, is het heel handig er een aantal te kennen.


vragen50 Neem onderstaande tabel over en vul de ontbrekende gegevens in.

(als er van sommige metalen meerdere soorten ionen zijn, wordt dat aangegeven met Romeinse cijfers tussen haakjes erachter!)

Dus, om uit je hoofd te leren:

Tabel 6: Namen en formules van een aantal belangrijke ionen.

positieve ionen naam pos ionen

negatieve ionen naamneg ionen

Na+ Cl—

K+ Br—

Ag+ I—

NH4

+ F—

Cu+ koper(I) OH—

H+ NO3

—

Mg2+ CH3COO—

Zn2+ HCO3

— waterstofcarbonaat

Ca2+ O2—

Ba2+ S2—

Cu2+ C2O

42—

Pb2+ SO3

2—

Fe2+ SO4

2—

Fe3+ ijzer(III) CO3

2—

Al3+ PO4

3—

In tabel 65B van Binas staan van een groot aantal stoffen en ionen de kleuren aangegeven. Als ze niet genoemd zijn, zijn de vaste stoffen wit en de ionen kleurloos.

51 Zoek van een 3-tal metaalionen die hierboven in de tabel zijn vermeld wat hun kleur in oplossing is.

activiteit 6 samen of niet?Keukenzout lost goed op in water, glas gelukkig niet. Er zijn ook zouten waarvan wel iets, maar niet veel oplost. Die noemen we matig dan wel slecht oplosbaar. Je kunt de oplosbaar-heid van zouten onderzoeken door na te gaan hoeveel gram ervan je in bijvoorbeeld 100 mL water kunt oplossen, maar dan ben je wel even bezig: telkens een schepje van 1 g erin en roeren?

Zeker om een eerste indruk te krijgen is het makkelijker en sneller om oplossingen te maken van zouten waarvan je al weet dat ze oplosbaar zijn, en dan verschillende combinaties bij el-kaar te gieten. Vervolgens kijken of de aanwezige 4 ionen een neerslag vormen of niet.We leerden, dat zouten in positieve en negatieve ionen splitsen als ze oplossen.


Soda (zoek naam van zout in tabel 66A) en calciumchloride zijn beide goed oplosbaar.52 Schrijf voor beide zouten een vergelijking uit voor het oplossen.

Als we deze twee oplossingen bij elkaar doen zien we een wit neerslag. De naam van dit neer-slag is calciumcarbonaat.

53 Schrijf de vergelijking op waarmee je die waarneming verklaart.

De niet-deelnemende ionen worden tribune-ionen genoemd.

54 Welke 2 ionen zijn dat hier?

neerslagtabel maken

nodig• Druppelplaatje• Druppelflesjesmetoplossingenvankaliumnitraat,natriumcarbonaat,natriumhydroxi-

de, kaliumjodide, natriumchloride, kopersulfaat, bariumnitraat, loodacetaat, zinkchlo-ride en zilvernitraat.

Tabel 6: Neerslagtabel

1

2

3

4

5

6

A

B

C

D

Neem deze tabel over in je schrift en druppel op een plastic plaatje in de rijen A, B, C en D zes keer oplossingen van:A. kaliumnitraatB. natriumcarbonaatC. natriumhydroxideD. kaliumjodide

Druppel in de zes kolommen vervolgens vier keer oplossingen van:1. natriumchloride2. kopersulfaat3. bariumnitraat4. loodacetaat5. zinkchloride6. zilvernitraat

practicum 8


55 Noteer overal waar een neerslag ontstaat met een + en geen neerslag met een - en geef minstens 6 neerslagreacties, die je hebt gezien.

In Practicum 8 hebben jullie onderzoek gedaan naar de oplosbaarheid van een paar zouten. Je hoeft gelukkig niet alles zelf te onderzoeken: Chemici hebben een reeks van dergelijke proe-ven gedaan. De resultaten daarvan zijn verzameld in Binas tabel 45A.

Als je preciezer moet weten hoeveel van een bepaalde stof oplost, moet je toch een meer be-werkelijke methode gebruiken. Je kunt bijvoorbeeld telkens kleine hoeveelheden van het zout in een bepaalde hoeveelheid water doen en kijken of het nog oplost. Maar dat duurt lang, en als er op het laatst nog iets op de bodem blijft liggen weet je het nog niet precies.Een snelle manier is (te) veel zout te nemen, goed roeren en de zaak te verwarmen (waardoor het oplossen sneller gaat) en dan af laten koelen. Er moet dan nog vast zout op de bodem van het bekerglas liggen. Je weet dan zeker dat in de verkregen oplossing de maximale hoeveelheid opgelost zout aanwezig is.

56 Hoe noem je een oplossing die de maximale hoeveelheid van een opgeloste stof bevat?57 Hoe zou je van de verkregen oplossing gemakkelijk kunnen bepalen hoeveel gram zout

per kilogram water is opgelost?

Gegevens over dergelijke proeven staan in tabel 45B.

58 Bereken aan de hand van deze tabel hoeveel mg ijzer(II)chloride oplost in 50 mL (= 50,0 g) water.

59 In tabel 45B staat dat er meer g KBr oplost in een kg water dan g NaCl. Leg uit dat een verzadigde oplossing van NaCl toch meer ionen bevat dan een verzadigde oplossing van KBr.

rekenen met molariteitDe sterkte van oplossingen wordt vaak aangegeven (zie pagina 8) met de hoofdletter Mv dat betekent molariteit. Molariteit is een grootheid. De eenheid van molariteit is mol per liter of molL—1 Daarbij slaat het aantal mol op de (chemische) hoeveelheid stof symbool n en Liter op het volume van de oplossing, symbool Vopl.

In formule wordt dit Mv = n/Vopl of n= Vopl Mv

Om de hoeveelheid mol van een opgeloste stof in een bepaalde oplossing uit te rekenen moet je dus het volume en de molariteit met elkaar vermenigvuldigen.

vragen60 Bereken het aantal mol ethanol dat aanwezig is in 1,8 L van een 0,35 M ethanol-oplossing.

61 De TOA moet 250 mL van een 0,15 M CaCl2—oplossing maken. Bereken hoeveel g vast CaCl2 zij moet oplossen tot een volume van 250 mL.

Als je CaCl2 oplost dan gebeurt het volgende;

CaCl2(s) Ca2+(aq) + 2 Cl—(aq)


Gebruik je 1,00 L van deze 0,15 M CaCl2—oplossing dan is de hoeveelheid Ca2+ ionen 0,15 mol (1 : 1), maar volgens deze reactie wordt de hoeveelheid Cl——ionen tweemaal zoveel dus 0,30 mol.We zeggen ook wel de concentratie (aangegeven met vierkante haken) [Ca2+] = 0,15 mol L—1 en [Cl—] = 0,30 mol L—1

Opmerking: Van een zoutoplossing wordt vaak de molariteit Mv aangegeven met …M (=mol L-1) Bij de losse ionen spreekt men van de concentratie (aangegeven met vierkante haken om het ion) eenheid ook mol L-1.

62 Jan heeft een 0,352 M aluminiumsulfaatoplossing a Geef de oplosvergelijking van aluminiumsulfaat. b Bereken de concentratie van de aluminiumionen en van de sulfaationen, dus [Al3+] en

[SO42—]

Hij heeft er 50,0 mL van deze oplossing nodig. c Bereken hoeveel mmol Al3+ en hoeveel mmol SO4

2— in deze 50,0 mL aanwezig zijn. Jan wil deze oplossing gebruiken om uit 100 mL grondwater het aanwezige fosfaat neer te

laten slaan. d Geef de reactie voor het neerslaan van het fosfaat. e Bereken hoeveel mmol PO4

3— hij maximaal uit het grondwater kan neerslaan met zijn 50 mL 0,352 M aluminiumsulfaatoplossing.

Op de manier beschreven in vraag 62 kunnen we dus ionsoorten verwijderen uit een oplos-sing. Wel moeten we natuurlijk een zoutoplossing toevoegen die oplosbaar is.

Handig is te hiervoor weten dat alle natrium-, kalium-, ammonium- en nitraatzouten altijd oplosbaar zijn (zie tabel 45A).

63 Welke oplossing zou jij gebruiken om een neerslag te laten vormen met opgeloste carbo-naationen? Geef de oplosreactie van het te gebruiken zout en geef de neerslagreactie.

onderscheid zoutenZouten kunnen we van elkaar onderscheiden:• Zezijnoplosbaarofniet;• Zehebbeninoplossingofalsvastestofeenkleur.Iniedergevalandersdanresp.kleurloos

of wit (zie tabel 65B);• Zekenneneenverschillendemaarkenmerkendeneerslagreactie.

64 Je krijgt een reageerbuis met een vaste stof. Deze vaste stof kan zijn bariumsulfaat, zin-knitraat, kopernitraat of kopersulfaat. Beschrijf nauwkeurig met behulp van een beslis-singsschema aan de hand van de bovenstaande punten 1 t/m 3 hoe je te werk moet gaan om te onderzoeken welk zout je hebt gekregen. Geef alle mogelijke oplos- en neerslagreacties, die van toepassing zijn.

65 Evenals zoals bij vraag 64 maar nu is de stof één van de volgende zouten: kaliumnitraat, kaliumsulfaat, kaliumcarbonaat of kaliumchloride.

66 Edwin wil een hoeveelheid vast ijzer(III)sulfide maken door 2 zoutoplossingen bij elkaar te brengen.


a Welke twee zoutoplossingen zou hij daarvoor kunnen gebruiken? Geef de oplosverge-lijkingen voor beide zouten.

Noem de oplossingen resp. oplossing A en oplossing B b Geef de reactievergelijking van de bereiding van het ijzer(III)sulfide Vervolgens filtreert hij het reactieproduct. Edwin had van te voren kunnen uitrekenen hoeveel hij van oplossing A en hoeveel van

oplossing B bij elkaar had moeten doen om van geen van beide oplossingen een overmaat te hebben. Hij heeft dat echter niet gedaan.

c Beredeneer welke ionen in het residu zitten als hij een overmaat van oplossing A heeft gebruikt.

d Doe dat ook als hij een overmaat van oplossing B had gebruikt. e Welke vaste stoffen kunnen er ontstaan als hij bij vraag d het residu gaat indampen.

Geef één van de mogelijke indampreacties.

activiteit 7 wat aten de planten en wat deden Ze ermee?In Practicum 2 heb je onderzocht welke elementen voorkomen in planten-as. Die elementen hebben planten blijkbaar uit de bodem of voedingsoplossing opgenomen. We kunnen uit het onderzoek aan de as niet meteen uitsluiten dat sommige elementen als het ware zijn binnengedrongen zonder dat ze nodig waren.

vragen 67 Zou er in jouw huid zout zitten als je lang in zee gezwommen hebt?

68 Welke proef laat zien dat alle elementen die in as voorkomen ook nodig waren?

69 Waar komen de elementen H, C en O in plantenmateriaal vandaan? De andere elementen komen niet zomaar aanwaaien.

70 Waar komen die vandaan?

71 Hoe kom je te weten of je iets moet geven en hoeveel dan wel?

Planten hebben nogal wat elementen nodig. Behalve de aangegeven elementen, is er nog een hele lijst met sporenelementen. Dit zijn elementen waar maar heel weinig van nodig is, maar waarbij het ontbreken tot ziekten en sterfte kunnen leiden.

72 Lees het volgende artikel:

nutrient concentration and function in plantsPlants require 13 mineral nutrient elements for growth. The elements that are required or necessary for plants to complete their life cycle are called essential plant nutrients. Each of these nutrients has a critical function in plants and are required in varying amounts in plant tissue (Table 1). Macronutrients (nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium and sulfur) are plant nutrients required in the largest amount in plants. Micronutrients (iron, cop-per, manganese, zinc, boron, molybdenum and chlorine) are required in relatively smaller amounts. Additional mineral nutrient elements which are beneficial to plants but not necessa-rily essential include sodium, cobalt, vanadium, nickel, selenium, aluminum and silicon. The nutrient elements differ in the form they are absorbed by the plant, by their functions in the


plant, by their mobility in the plant and by the plant deficiency or toxicity symptoms characte-ristic of the nutrient.

nutrient deficiency or toxicityNutrient deficiency or toxicity symptoms often differ among species and varieties of plants. A nutrient deficiency occurs when the nutrient is not in sufficient quantity to meet the needs of the growing plant. Nutrient toxicity occurs when a plant nutrient is in excess and de-creases plant growth or quality. One way to understand the differences in nutrient deficiency symptoms among the plants is knowing the function and the relative mobility of the nutrient within the plant. Table 2 describes the general symptoms of nutrient deficiency and excess often observed for those nutrients. Some nutrients, such as nitrogen, phosphorus, potassium, magnesium, chlorine and zinc, can be easily remobilized within the plant from old plant parts to actively growing plant parts such as young leaves. Other nutrients, such as sulfur, iron, cop-per, manganese, boron and calcium, are not easily remobilized within the plant. Therefore, the deficiency of the mobile elements usually initially occurs with older leaves while that of the immobile nutrients occurs with the young leaves or stem tips. Five types of deficiency or toxi-city symptoms are observed: • Chlorosis-yellowingofplanttissueduetolimitationsonchlorophyllsynthesis.Thisyel-

lowing can be generalized over the entire plant, localized over entire leaves or isolated between some leaf veins (i.e. interveinal chlorosis).

• Necrosis-deathofplanttissuesometimesinspots.• Accumulationofanthocynaninresultinginapurpleorreddishcolor.• Lackofnewgrowth.• Stuntingorreducedgrowth-newgrowthcontinuesbutitisstuntedorreducedcompared

to normal plants. Nutrient deficiencies may not be apparent as striking symptoms such as chlorosis on the plant, especially when mild deficiency is occurring. However, significant reductions in crop yields can occur with such deficiencies. This situation is termed "hidden hunger" and can only be de-tected with plant tissue analysis or yield decline. However, experience with growing a specific plant species or variety can greatly help in distinguishing poor crop performance and possible nutrient deficiency symptoms from normal plant growth.

Tabel 7: essential plant nutrients: their relative amounts in plants, functions and classification *relative amounts of mineral elements compared to nitrogen in dry shoot tissue. may vary depending on plant species.

namechemical symbol

relative % in plant*

function in plant nutrient category

Nitrogen N 100 Proteins, amino acids

Primary macronutrients

Phosphorus P 6 Nucleic acids, ATP

Potassium K 25 Catalyst, ion trans-port

Calcium Ca 12.5 Cell wall component Secondary macronutrientsMagnesium Mg 8 Part of chlorophyll

Sulfur S 3 Amino acids

vervolg tabel op pagina 33


namechemical symbol

relative % in plant*

function in plant nutrient category

Iron Fe 0.2 Chlorophyll synthesis

Micronutrients

Copper Cu 0.01 Component of enzymes

Manganese Mn 0.1 Activates enzymes

Zinc Zn 0.03 Activates enzymes

Boron B 0.2 Cell wall component

Molybdenum Mo 0.0001 Involved in N fixation

Chlorine Cl 0.3 Photosynthesis reactions

Tabel 8: Generalized Symptoms of Plant Nutrient Deficiency or Excess

plant nutrient

type visual symptoms

Nitrogen

Deficiency Light green to yellow appearance of leaves, especially older leaves; stunted growth; poor fruit development.

ExcessDark green foliage which may be susceptible to lodging, drought, disease and insect invasion. Fruit and seed crops may fail to yield.

PhosphorusDeficiency Leaves may develop purple coloration; stunted plant growth and

delay in plant development.

Excess Excess phosphorus may cause micronutrient deficiencies, especially iron or zinc.

PotassiumDeficiency Older leaves turn yellow initially around margins and die; irregular

fruit development.

Excess Excess potassium may cause deficiencies in magnesium and possibly calcium.

CalciumDeficiency Reduced growth or death of growing tips; blossom-end rot of

tomato; poor fruit development and appearance.

Excess Excess calcium may cause deficiency in either magnesium or potassium

MagnesiumDeficiency Initial yellowing of older leaves between leaf veins spreading to

younger leaves; poor fruit development and production.

Excess High concentration tolerated in plant; however, imbalance with calcium and potassium may reduce growth.

SulfurDeficiency Initial yellowing of young leaves spreading to whole plant; similar

symptoms to nitrogen deficiency but occurs on new growth.

Excess Excess of sulfur may cause premature dropping of leaves.

vervolg tabel op pagina 34

vervolg van pagina 33


plant nutrient

type visual symptoms

IronDeficiency Initial distinct yellow or white areas between veins of young leaves

leading to spots of dead leaf tissue.

Excess Possible bronzing of leaves with tiny brown spots.

ManganeseDeficiency Interveinal yellowing or mottling of young leaves.

Excess Older leaves have brown spots surrounded by a chlorotic circle or zone.

ZincDeficiency Interveinal yellowing on young leaves; reduced leaf size.

Excess Excess zinc may cause iron deficiency in some plants.

BoronDeficiency Death of growing points and deformation of leaves with areas of

discoloration.

Excess Leaf tips become yellow followed by necrosis. Leaves get a scorched appearance and later fall off.

Adapted from: W.F. Bennett (editor), 1993. Nutrient Defi ciencies & Toxicities in Crop Plants, APS Press, St. Paul, Minnesota.

Afk omstig: http://www.cartage.org.lb/en/themes/Sciences/BotanicalSciences/PlantHormones/

EssentialPlant/EssentialPlant.htm

Je kunt je wel voorstellen dat deze tabellen heel veel en zorgvuldig experimenteren hebben gekost.

73 Kijk eens terug naar de plantjes die jullie lieten groeien in Practicum 1. Probeer de defi -ciënties die je ziet te koppelen aan de bovenstaande tabellen. Kies drie elementen uit en maak een kort verhaaltje met als kernwoorden:Element … is nodig om ervoor te zorgen…….; het komt in de plant voor in ….. Geef ook antwoord op de vraag: En wat deden ze ermee?” Gebruik als het allemaal niet meer zo duidelijk is eventueel de onderstaande groeicurves.

figuur: 6: groeicurves van planten met verschillende ionen

vervolg van pagina 33


figuur 7: groeicurve van planten met verschillende ionen, waarbij 1a, b en c planten zijn, die in de complete voeding zijn opgetrokken


notities

extra stof 1Wat hebben planten nodig?


osmotische druk en vriespuntsdalingVoor gassen komen we op de correcte formules door massaverhoudingen te bepalen, de wet van Avogadro te gebruiken en te redeneren. Die wet van Avogadro stelt dat in een liter gas steeds evenveel moleculen aanwezig zijn, onge-acht het soort gas. Anders gezegd: in een liter gas zit altijd evenveel mol gas, evenveel deeltjes. Zo is het molair volume gedefinieerd: Vm(bij 298 K)= 24,5 L mol—1

Voor oplossingen geldt er zo iets degelijks: er zijn zelfs twee eigenschappen waarmee je infor-matie krijgt over hoeveel opgeloste deeltjes een oplossing bevat ongeacht de soort opgeloste deeltjes: Osmotische druk en vriespuntsdaling bij oplossingen. Osmotische druk kennen jullie van de biologie; osmotische druk zorgt ervoor dat binnen in plantencellen een overdruk heerst waardoor planten stevig zijn. Die overdruk ontstaat doordat in de cel meer stof is opgelost dan buiten de cel. De Nederlander Van 't Hoff ontdekte dat voor de osmotische druk van een oplossing hetzelfde geldt als voor de druk van een gas: de druk hangt alleen af van het aantal opgeloste deeltjes (aantal mol opgeloste stof) ongeacht de soort opgeloste stof, en natuurlijk van de temperatuur. Dat kun je uitmaken door oplossingen te onderzoeken die je zorgvuldig zelf hebt samenge-steld.

Met vriespuntdaling hebben jullie allemaal te maken gehad, al zijn jullie je daar misschien niet bewust van geweest. Maar als na ijzel of sneeuw zout gestrooid wordt op de weg, gebeurt dat omdat het strooizout het vriespunt van water verlaagt. Daardoor smelt de sneeuw of ijzel ook al is de weg kouder dan het vriespunt van zuiver water (0 oC).Ook de vriespuntsdaling van een oplossing hangt alleen af van het aantal opgeloste deeltjes, ongeacht welke stof is opgelost.

wat heb je daar nou aan?

voorbeeld Glucose bevat de elementen C, H en O. Door glucose te verbranden en precies te bepalen hoe-veel koolstofdioxide ontstaat en hoeveel water kun je de massaverhoudingen tussen de drie elementen vaststellen.: de massaverhouding C: H : O is 6 : 1 : 8. De eenvoudigste formule die bij deze massaverhoudingen past is CH2O.

vragen 74 Laat door berekening zien dat bij CH2O de massaverhouding C: H : O inderdaad

6 : 1 : 8 is.

Maar er is al een stof namelijk formaldehyde, een vloeistof met een heel sterke, nare geur met deze molecuulformule CH2O. Formaldehyde is vrij vluchtig. Van de damp kan gemakkelijk de dichtheid bepaald worden. De dichtheid van formaldehyde is 15 maal zo groot als die van waterstof.

75 Leg uit met behulp van het molair volume dat uit dit laatste gegeven volgt dat de molaire massa van formaldehyde 30 g.mol-1 is.

De uitkomst klopt met de formule CH2O, maar dat is niet de formule van glucose!

Glucose is niet vluchtig, je kunt geen glucosedamp maken.


Glucose lost heel goed op in water. Als je precies 1 gram glucose oplost in 10 ml water vind je dat deze oplossing een osmotische druk veroorzaakt van 13,3 bar. De vriespuntsdaling van deze oplossing is 1,03o. Als je 1 gram methanol – een stof waarvan we de molecuulformule al kennen en die ook heel goed in water oplost - vinden we een osmotische druk van 75 bar en een vriespuntdaling van 5,8o.Laat zien dat het effect van 1 gram methanol ongeveer 5,6 maal zo sterk is.

Om hetzelfde effect te hebben op osmotische druk en vriespuntdaling als 1 gram methanol moet je niet 1 gram glucose maar 5,6 gram glucose gebruiken. 5,6 Gram glucose bevat dus evenveel moleculen als 1 gram methanol. Een molecuul glucose heeft dus een 5,6 x zo grote massa als een molecuul methanol. De molaire massa van methanol was 32 u, die van glucose moet dus ongeveer 180 u zijn. CH2O voldoet dus niet, die formule levert een molaire massa van 30. 76 Welke formule voor glucose voldoet zowel aan de massaverhouding als aan de molaire

massa van 180?

77 Leg uit wat de overeenkomst is bij het volume van en gas, de osmotische druk van een oplossing en de vriespuntdaling van een oplossing.

Als je oplossingen maakt van methanol en van suiker waarin evenveel gram per liter is opge-lost blijkt de osmotische druk van die methanoloplossing circa 11 maal zo groot te zijn als die van de suikeroplossing.Wat zegt dit over het aantal deeltjes in de suikeroplossing vergeleken met het aantal deeltjes in de methanol oplossing

78 Wat kun je nu zeggen over de massa van die suikerdeeltjes in de oplossing? Geef een schatting.

vriespuntsdaling

Uit experimenten blijkt dat vriespuntsdaling niet afhangt van de soort of van de massa van de opgeloste deeltjes, maar alleen van het aantal opgeloste deeltjes. Van dat kenmerk gaan we bij dit experiment gebruik maken. Voor de vriespuntsdaling ΔT kun je de volgende formule opstellen:ΔT = C . [aantal mol deeltjes in 1 kg oplosmiddel]Waarbij C de evenredigheids-constante is: Het aantal graden Celcius of Kelvin dat de vries/smelttemperatuur daalt als er precies een mol deeltjes zijn opgelost. Voor water is C= 1,86 kg K mol—1.

opdracht:Meet de vriespuntsdaling van 0,5 M oplossingen van glucose, natriumchloride en calcium-cloride en de Onbekende Zoutoplossing, vergeleken met het vriespunt van demiwater.

nodig• 2bakjes• Boterhamzakjes• Houtenhamer• Bekerglasvan100mL• IP-Coach

practicum es1


• Glucose• Keukenzout• Calciumchloride• Onbekendezout.

uitvoering• Maakeen0,5 M glucose-oplossing, 100 mL is genoeg.

• Maakeen0,5 M NaCl-oplossing, 100 mL.

• Maakeen0,5 M CaCl2-oplossing, 100 mL.

• Neem100 mL 0,5 M oplossing van het Onbekende Zout.

• Neem100 mL demi-water

• Gietelkeoplossingintweebakjes,ongeveer50mLperbakje.(Nietvergetendezetemarkeren!).

• Plaatsvanelkeoplossingéénvandebakjesindevriezer(—18oC ), de andere helft gaat de koelkast (4o C) in.

Een volgende les gaan we verder met deze (bevroren) oplossingen.

de volgende les:• Neemdeoplossingenuitdevriezerenkoelkast.• Houdtdebevrorenoplossingeneveninwarmwater,zodathetijsblokjemakkelijkloslaat• Doedaarnahetijsblokjeineenboterhamzakjeenvergruishetmeteenhoutenhamer.• Vervolgensovergietjehetgruisineenbekerglasvan100mLmetwatoplossinguitde

koelkast van dezelfde samenstelling, zodat je een smeltende ijsmassa krijgt.• MeetmetIP-Coachhetsmeltpuntvandeoplossingen:• Schrijfjewaarnemingenop.• Berekendevriespuntdalingdoorhetverschilmethetvriespuntvandemi-waterte

nemen (dat hoeft dus niet 0 °C te zijn…)

Tabel 9: Waarnemingen

oplossingconcentratie (mol/l)

vriespunt (°c) ∆t (°c)

Demi-water

Glucose-oplossing

Natriumchloride-oplossing

Calciumchloride-oplossing

Onbekende Zout-oplossing

conclusies


theorie

Waterstofchloride HCl heeft een molaire massa van 36 g mol-1. We maken van suiker, methanol en waterstofchloride drie oplossingen door precies 1 gram van elke stof op te lossen in telkens 10 mL water.Beantwoord zonder te rekenen

vragen79 Bij welke oplossing zullen volgens jou de effecten voor de vriespuntdaling en de osmoti-

sche druk het grootst zijn?

80 Hoe verhouden zich de effecten bij de oplossingen van methanol en waterstofchloride (ongeveer)?

Als je de vriespuntdaling en osmotische druk bepaalt van oplossingen van suiker, methanol en waterstofchloridegas, met telkens precies een gram stof opgelost in 10 mL water, krijgt je de volgende resultaten:

Tabel 10: Aantal eigenschappen van suiker, methanol en waterstofchloridegas.

stof c12h22o11 ch4o hcl

gram per liter 100 100 100

molaire massa 342 32 36,5

concentratie in mol/L 0,29 3,1 2,7

vriespuntsdaling (°C) 0,54 5,8 10,2

osmotische druk (bar) 7,9 75 132

Zowel de vriespuntdaling als de osmotische druk zouden bij de waterstofchloride-oplossing bijna gelijk, iets lager, moeten uitkomen dan bij de methanoloplossing en ongeveer 10 keer sterker dan bij suiker. Leg uit waarom je zou verwachten dat de vriespuntdaling en osmotische druk voor waterstof-chloride vrijwel overeenkomen met de uitkomsten voor methanol.

Maar de effecten voor waterstofchloride zijn bijna tweemaal zo groot. Bij alle oplossingen van elektrolyten vind je overeenkomstige bijzondere effecten.

De verklaring ligt voor de hand, als vriespuntdaling en osmotische druk tweemaal zo groot zijn is het aantal deeltjes tweemaal zo groot geworden. Dit wijst erop dat waterstofchloride-moleculen bij oplossen splitsen in twee delen, positieve en negatieve ionen. We kunnen dit weergeven als HCl H + Cl en omdat het waterstofion positief geladen is en het chloorion negatief HCl H+ + Cl—

Hoe wist je dat ook al weer, dat chloorionen negatief geladen zijn?

Natriumchloride gaat op dezelfde manier: NaCl ® Na+ + Cl—

Koperchloride heeft formule CuCl2 . Hier is de afwijking van gewone oplossingen nog sterker. Osmotische druk en vriespuntdaling zijn bij koperchloride-oplossingen driemaal zo groot als verwacht.


81 Welke weergave zou jij op grond van bovenstaande gegevens de beste vinden?CuCl2 Cu + Cl ofCuCl2 Cu+ + Cl2

— ofCuCl2 Cu+ + 2 Cl— ofCuCl2 Cu2+ + 2 Cl—

Hoe splitst nu natriumnitraat, NaNO3, in ionen?

Osmotische druk en vriespuntdaling zijn bij natriumnitraat tweemaal zo groot als verwacht.82 Welke ionen denk jij dat in deze oplossing voorkomen? Hoe zou jij het oplossen weerge-

ven in een vergelijking?

Het nitraation is een voorbeeld van een samengesteld ion.

Voor de duidelijkheid wordt bij zouten waarin samengestelde ionen voorkomen met haakjes gewerkt bijvoorbeeld magnesiumnitraat: Mg(NO3)2 het oplossen van magnesiumnitraat wordt zo weergegeven:

Mg(NO3)2 (s) --> Mg2+(aq) + 2 NO3—(aq)

Ga nu terug naar vraag 49 van deze module


notities

extra stof 2Wat hebben planten nodig?


atoomabsorptiespectrometrieBij de analyse van elementen die planten nodig hebben, wordt onder andere gebruik gemaakt van een methode die Atoomabsorptiespectrometrie (AAS) wordt genoemd.Voor de plant belangrijke elementen als chroom, kobalt, koper, lood, magnesium, mangaan, nikkel en zink kunnen met AAS bepaald worden.

de analysemethodeDe vloeistof die moet worden gemeten wordt in een vlam gebracht. Op de vlam is een licht-bron (lamp) gericht. Als er geen verandering in de vlam optreedt komt het licht op de detec-tor en we stellen het apparaat zo in dat we niets meten. Als er een metaalion in het monster zit komen die ionen in de vlam. De betreff ende metaalionen zullen licht van een specifi eke golfl engte absorberen en dat meten we op de detector. Niet alleen het feit dat de betreff ende metaalionen aanwezig zijn, wordt gemeten maar ook de concentratie, want hoe meer metaali-onen aanwezig zijn des te meer licht geabsorbeerd zal worden.

Figuur 6: Sterk vereenvoudigde schematische weergave van een atoomabsorptiespectrometer

AAS is een erg nauwkeurige methode, waarbij metaalionen tot in delen per miljoen (ppm) of soms zelfs delen per miljard (ppb) kunnen worden bepaald.

Foto 3: De atoomabsorptiespectrometer met in het midden de erlenmeyer met de te onderzoeken vloeistof. De vlam is niet zichtbaar, maar zit in het midden achter het donkere scherm. (bron: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Atomic_absorption_spectroscopy.jpg

opdracht bepaling van het magnesiumgehalte5 zonnebloemplantjes worden bij 103 oC gedroogd. Het droogmassa bedraagt 14,39 g Vervolgens wordt 5,02 gram van de gedroogde plantjes in een porseleinen kroesje gebracht en voorzichtig verast. De as wordt opgenomen in 20 mL geconcentreerd zoutzuur en na fi ltratie en naspoelen opgenomen in een maatkolf van 100 mL en aangevuld met demi-water tot de streep.Van dit monster wordt een AAS-analyse gemaakt.Daartoe worden eerst vijf ijkmonsters gemaakt vanuit een 0,412 M Mg2+-oplossing met beken-de concentratie aan magnesiumzout, namelijk resp. 1, 3, 5, 8 en 10 mg magnesium per liter.


De absorptie met de AAS zijn resp. 0,05; 0,14; 0,23; 0,41 en 0,47.Het monster geeft een absorptie van 0,31.a Beschrijf hoe je uitgaande van de gegeven 0,412 M Mg2+oplossing 100,0 mL oplossingen

kan maken die resp. 1,0 mg ; 5,0 mg en 10,0 mg Mg2+ per liter bevatten.b Zet in een grafiek de waarden van de absorpties van de ijkmonsters op de y-as uit tegen de

concentraties magnesium in mg per liter.c Teken in de grafiek de waarde van het monster en lees af welke hoeveelheid magnesium

het monster heeft.d Bereken het percentage magnesium in het zonnebloemplantje.


notities

een module over zouten

Documents