Hoofdstuk 3 Organische chemie
Chemische energie
- Alle stoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid chemische energie (E). Een reactie waarbij een
gedeelte van deze chemische energie in een andere vorm van energie vrijkomt, wordt een
exotherme reactie genoemd. Bij verbrandingsreacties is de andere vorm van energie meestal
warmte, maar vaak ook in de vorm van arbeid. Ook kan chemische energie vrijkomen als
elektrische energie of als stralingsenergie. Energie die vrijkomt bij een verbranding is ooit
vastgelegd bij de synthese van die brandstof.
- Bijna alle levende wezens op aarde zijn voor hun brandstof afhankelijk van glucose. Planten zijn
de enige organismen die op grote schaal zonlicht omzetten in chemische energie, door
koolstofdioxide en water te verbinden tot glucose -> fotosynthese.
- Het fotosyntheseproces wordt een endotherme reactie genoemd, omdat daarin energie van
buitenaf tijdens de reactie wordt omgezet in chemische energie. De energieomzetting in
exotherme en endotherme reacties wordt het energie-effect E van chemische reacties
genoemd, waarbij je de volgende formule kunt gebruiken:
E = Ereactieproducten – Ebeginstoffen
- In exotherme reacties
is E < 0, omdat de
chemische energie
van de reagerende
stoffen afneemt. Deze
wordt aan de
omgeving afgestaan. In endotherme reacties is E > 0, omdat de chemische energie van de
reagerende stoffen toeneemt.
Energiediagram
- Bij de verbranding van glucose in het lichaam ontstaan koolstofdioxide en water. Dit is een
exotherme reactie waarbij chemische energie wordt omgezet in warmte. Als een exotherme
reactie eenmaal op
gang is, komt er
voldoende energie vrij
om de reactie aan de
gang te houden. Op
microniveau betekent dit dat er bij een exotherme reactie meer energie vrijkomt bij de vorming
van de nieuwe atoombindingen in de moleculen van
de reactieproducten dan dat er energie nodig is om de
atoombindingen in moleculen van de beginstoffen te
verbreken.
- Bij een endotherme reactie moet er voortdurend
energie worden toegevoerd om de reactie op gang te
houden. Op microniveau betekent dit dat de vorming
van de nieuwe atoombindingen in moleculen van de
reactieproducten minder energie oplevert dan dat het
verbreken van de atoombindingen in de moleculen van
de beginstoffen aan energie kost.
- In een energiediagram wordt de chemische energie E
van de beginstoffen en van de reactieproducten met
, twee niveaus zichtbaar gemaakt. De energie die nodig is om een reactie op gang te brengen
wordt de activeringsenergie Eact genoemd. In het energiediagram zie je ook een geactiveerde
toestand weergegeven. Vaak wordt het energieverloop van chemische reactie als een vloeiende
lijn weergegeven die in feite de energieniveaus met elkaar verbindt.
- De toe- of afname aan chemische energie wordt aangeduid met het symbool E. De
reactiewarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt of de hoeveelheid energie die nodig is bij
een chemische reactie. De reactiewarmte wordt uitgedrukt in joule per mol (J/mol). E wordt in
een energiediagram aangegeven met een pijl tussen het energieniveau van de beginstoffen en
het energieniveau van de reactieproducten.
Verbrandingswarmte
- Uit afgestorven plantenmateriaal kan verbindingen uit koolstof en waterstof ontstaan. Dergelijke
verbindingen worden koolwaterstoffen genoemd. In aanwezigheid van voldoende zuurstof
kunnen deze fossiele brandstoffen volledig verbrand worden, waarbij CO2 (g) en H2O (l)
vrijkomen. Dus voor een volledige verbrandingsreactie heb je altijd zuurstof nodig.
- Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij kunnen ook CO (g)
en C (s), roet, ontstaan. De hoeveelheid energie die vrijkomt per mol verbanding stof wordt de
verbrandingswarmte genoemd. De vrijgekomen energie zorgt ervoor dat de moleculen in het
reactiemengsel sneller gaan bewegen -> de temperatuur gaat dan omhoog. Dit betekent dat de
chemische energie is omgezet in warmte. Om de verbrandingsreactie te laten verlopen, moet er
eerst een hoeveelheid energie worden toegevoegd. Hoe hoger de activeringsenergie, hoe
moeilijker het is de reactie op gang te brengen. Wanneer er geen extra activeringsenergie nodig
is, verloopt de reactie spontaan. De ontbrandingstemperatuur bij een verbrandingsreactie is de
temperatuur waarbij de verbranding spontaan begint, dus zonder dat er een vlam aan te pas.
Molair volume
- Bij het verbranden van aardgas bevinden alle stoffen zich in de gasfase en nemen, bij
gelijkblijvende druk, enorm in volume toe. In de gasfase zijn op microniveau de
vanderwaalsbindingen verbroken en daarmee bestaat er ook geen elektrostatische
aantrekkingskracht tussen de moleculen meer. De afstand tussen de moleculen is relatief zo
groot geworden dat de grootte van het molecuul verwaarloosbaar is in vergelijking met de
ruimte die het gas inneemt. Dit heeft tot gevolg dat één mol van welk gas dan ook, bij dezelfde
temperatuur en druk, hetzelfde volume inneemt -> molair volume, Vm, dm3/mol.
- Met behulp van het molair volume is eenvoudig het volume van een aantal mol gas uit te
rekenen met de formule:
V = n x Vm
V -> het volume in kubieke decimeter (dm 3)
n -> het aantal mol
Vm -> het molair volume in kubieke decimeter per mol (dm 3/mol)
- Vm is alleen afhankelijk van de temperatuur en de druk. In Binas tabel 7 is het molair volume bij
273 K en 298 K gegeven.
Vm = 22,4 dm3/mol (T = 273 K, p = p0)
Vm = 24,5 dm3/mol (T = 298 K, p = p0)
Energiecentrale
- Voor het opwekken van elektriciteit in een energiecentrale
is energie in de vorm van warmte nodig. Omdat
brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale wordt
gestookt vaak complexe mengsels zijn, wordt de energie-
inhoud niet uitgedrukt in joule per mol, maar in joule per
kilogram, J/kg of joule per kubieke meter, J/m 3. Omdat deze
Chemische energie
- Alle stoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid chemische energie (E). Een reactie waarbij een
gedeelte van deze chemische energie in een andere vorm van energie vrijkomt, wordt een
exotherme reactie genoemd. Bij verbrandingsreacties is de andere vorm van energie meestal
warmte, maar vaak ook in de vorm van arbeid. Ook kan chemische energie vrijkomen als
elektrische energie of als stralingsenergie. Energie die vrijkomt bij een verbranding is ooit
vastgelegd bij de synthese van die brandstof.
- Bijna alle levende wezens op aarde zijn voor hun brandstof afhankelijk van glucose. Planten zijn
de enige organismen die op grote schaal zonlicht omzetten in chemische energie, door
koolstofdioxide en water te verbinden tot glucose -> fotosynthese.
- Het fotosyntheseproces wordt een endotherme reactie genoemd, omdat daarin energie van
buitenaf tijdens de reactie wordt omgezet in chemische energie. De energieomzetting in
exotherme en endotherme reacties wordt het energie-effect E van chemische reacties
genoemd, waarbij je de volgende formule kunt gebruiken:
E = Ereactieproducten – Ebeginstoffen
- In exotherme reacties
is E < 0, omdat de
chemische energie
van de reagerende
stoffen afneemt. Deze
wordt aan de
omgeving afgestaan. In endotherme reacties is E > 0, omdat de chemische energie van de
reagerende stoffen toeneemt.
Energiediagram
- Bij de verbranding van glucose in het lichaam ontstaan koolstofdioxide en water. Dit is een
exotherme reactie waarbij chemische energie wordt omgezet in warmte. Als een exotherme
reactie eenmaal op
gang is, komt er
voldoende energie vrij
om de reactie aan de
gang te houden. Op
microniveau betekent dit dat er bij een exotherme reactie meer energie vrijkomt bij de vorming
van de nieuwe atoombindingen in de moleculen van
de reactieproducten dan dat er energie nodig is om de
atoombindingen in moleculen van de beginstoffen te
verbreken.
- Bij een endotherme reactie moet er voortdurend
energie worden toegevoerd om de reactie op gang te
houden. Op microniveau betekent dit dat de vorming
van de nieuwe atoombindingen in moleculen van de
reactieproducten minder energie oplevert dan dat het
verbreken van de atoombindingen in de moleculen van
de beginstoffen aan energie kost.
- In een energiediagram wordt de chemische energie E
van de beginstoffen en van de reactieproducten met
, twee niveaus zichtbaar gemaakt. De energie die nodig is om een reactie op gang te brengen
wordt de activeringsenergie Eact genoemd. In het energiediagram zie je ook een geactiveerde
toestand weergegeven. Vaak wordt het energieverloop van chemische reactie als een vloeiende
lijn weergegeven die in feite de energieniveaus met elkaar verbindt.
- De toe- of afname aan chemische energie wordt aangeduid met het symbool E. De
reactiewarmte is de hoeveelheid energie die vrijkomt of de hoeveelheid energie die nodig is bij
een chemische reactie. De reactiewarmte wordt uitgedrukt in joule per mol (J/mol). E wordt in
een energiediagram aangegeven met een pijl tussen het energieniveau van de beginstoffen en
het energieniveau van de reactieproducten.
Verbrandingswarmte
- Uit afgestorven plantenmateriaal kan verbindingen uit koolstof en waterstof ontstaan. Dergelijke
verbindingen worden koolwaterstoffen genoemd. In aanwezigheid van voldoende zuurstof
kunnen deze fossiele brandstoffen volledig verbrand worden, waarbij CO2 (g) en H2O (l)
vrijkomen. Dus voor een volledige verbrandingsreactie heb je altijd zuurstof nodig.
- Bij onvoldoende zuurstoftoevoer treedt onvolledige verbranding op. Hierbij kunnen ook CO (g)
en C (s), roet, ontstaan. De hoeveelheid energie die vrijkomt per mol verbanding stof wordt de
verbrandingswarmte genoemd. De vrijgekomen energie zorgt ervoor dat de moleculen in het
reactiemengsel sneller gaan bewegen -> de temperatuur gaat dan omhoog. Dit betekent dat de
chemische energie is omgezet in warmte. Om de verbrandingsreactie te laten verlopen, moet er
eerst een hoeveelheid energie worden toegevoegd. Hoe hoger de activeringsenergie, hoe
moeilijker het is de reactie op gang te brengen. Wanneer er geen extra activeringsenergie nodig
is, verloopt de reactie spontaan. De ontbrandingstemperatuur bij een verbrandingsreactie is de
temperatuur waarbij de verbranding spontaan begint, dus zonder dat er een vlam aan te pas.
Molair volume
- Bij het verbranden van aardgas bevinden alle stoffen zich in de gasfase en nemen, bij
gelijkblijvende druk, enorm in volume toe. In de gasfase zijn op microniveau de
vanderwaalsbindingen verbroken en daarmee bestaat er ook geen elektrostatische
aantrekkingskracht tussen de moleculen meer. De afstand tussen de moleculen is relatief zo
groot geworden dat de grootte van het molecuul verwaarloosbaar is in vergelijking met de
ruimte die het gas inneemt. Dit heeft tot gevolg dat één mol van welk gas dan ook, bij dezelfde
temperatuur en druk, hetzelfde volume inneemt -> molair volume, Vm, dm3/mol.
- Met behulp van het molair volume is eenvoudig het volume van een aantal mol gas uit te
rekenen met de formule:
V = n x Vm
V -> het volume in kubieke decimeter (dm 3)
n -> het aantal mol
Vm -> het molair volume in kubieke decimeter per mol (dm 3/mol)
- Vm is alleen afhankelijk van de temperatuur en de druk. In Binas tabel 7 is het molair volume bij
273 K en 298 K gegeven.
Vm = 22,4 dm3/mol (T = 273 K, p = p0)
Vm = 24,5 dm3/mol (T = 298 K, p = p0)
Energiecentrale
- Voor het opwekken van elektriciteit in een energiecentrale
is energie in de vorm van warmte nodig. Omdat
brandstoffen waarmee een elektriciteitscentrale wordt
gestookt vaak complexe mengsels zijn, wordt de energie-
inhoud niet uitgedrukt in joule per mol, maar in joule per
kilogram, J/kg of joule per kubieke meter, J/m 3. Omdat deze
