OVERZICHT THEORIE CHEMIE
Inhoudsopgave
Hoofdstuk 1: de atoomstructuur .................................................................................... 4
Atomen en moleculen ................................................................................................................................ 4
Chemische elementen ............................................................................................................................... 4
Periodiek systeem ...................................................................................................................................... 5
Atoommodellen ......................................................................................................................................... 5
Elektronenconfiguratie ............................................................................................................................... 6
Hoofdstuk 2: samenstelling van chemische verbindingen ................................................ 6
Hoofdstuk 3: metalen en ionische verbindingen .............................................................. 7
Metaalbinding ............................................................................................................................................ 7
Ionische binding ........................................................................................................................................ 7
Hoofdstuk 4: covalente binding ...................................................................................... 8
Voorstelling................................................................................................................................................ 8
Kenmerken van atomen .............................................................................................................................. 9
Kenmerken van covalente bindingen ........................................................................................................... 9
Eigenschappen van covalente binding ...................................................................................................... 12
Valentiebindingstheorie VBT ..................................................................................................................... 12
Intermoleculaire krachten ........................................................................................................................ 14
Mesomerie .............................................................................................................................................. 16
Samenvatting........................................................................................................................................... 19
Hoofdstuk 5: chemische functies ..................................................................................19
Hoofdstuk 6: verbindingen in gasfase en oplossing .........................................................20
Gaswetten ............................................................................................................................................... 20
Mengsels van gassen ............................................................................................................................... 20
Formele/reële molariteit en activiteit ........................................................................................................ 20
Hoofdstuk 7: chemische reactievergelijking...................................................................21
Reactievergelijking ................................................................................................................................... 21
Reactiesnelheid ....................................................................................................................................... 21
Chemisch evenwicht ................................................................................................................................ 22
Hoofdstuk 8: reactiewarmte .........................................................................................23
Hoofdstuk 9: chemisch evenwicht ................................................................................24
Chemisch evenwicht ................................................................................................................................ 24
Homogene evenwichtsreacties................................................................................................................. 25
Heterogene evenwichtsreacties................................................................................................................ 26
Samenvatting........................................................................................................................................... 27
Hoofdstuk 10: zuren en basen .......................................................................................28
Zuren en basen ........................................................................................................................................ 28
, Kwantitatieve aspecten ............................................................................................................................ 28
Samenvatting........................................................................................................................................... 30
Hoofdstuk 11: redox reacties ........................................................................................31
Redoxreactievergelijking........................................................................................................................... 31
Redoxtitratie ............................................................................................................................................ 33
Reductiepotentiaal .................................................................................................................................. 34
Elektrochemie ......................................................................................................................................... 39
Hoofdstuk 12: inleiding tot organische chemie ...............................................................43
Formules ................................................................................................................................................. 43
Belangrijke begrippen ............................................................................................................................... 44
Indeling ................................................................................................................................................... 46
Algemene regels voor de naamvorming ..................................................................................................... 46
Algemene principes ................................................................................................................................. 48
Hoofdstuk 13: Isomerie en stereochemie.......................................................................50
Isomerie .................................................................................................................................................. 50
Stereochemie .......................................................................................................................................... 51
Tautomerie .............................................................................................................................................. 56
Onverzadigingsindex Δ ............................................................................................................................. 57
Geometrische isomerie ............................................................................................................................ 57
Conformationele isomerie ........................................................................................................................ 59
Optische isomerie.................................................................................................................................... 62
Samenvatting........................................................................................................................................... 64
Hoofdstuk 14: elektronisch substituenteffect ................................................................65
Inductief substituenteffect ....................................................................................................................... 65
Mesomeer substituenteffect .................................................................................................................... 67
Elektronisch effect van samengesteld substituenten ................................................................................. 69
Aromatische verbindingen ........................................................................................................................ 70
Zuurheid en basiciteit ............................................................................................................................... 71
Hoofdstuk 15: verzadigde koolwaterstoffen ...................................................................73
Algemeen ................................................................................................................................................ 73
Radicalaire substitutie ............................................................................................................................. 73
Hoofdstuk 16: onverzadigde koolwaterstoffen................................................................74
Typische reacties en mechanismen van alkenen en alkynen ...................................................................... 74
Typische reacties en mechanismen van aromaten..................................................................................... 77
Hoofdstuk 17: Functionele koolwaterstoffen..................................................................81
Algemene reactiviteit van functionele KWS-derivaten ................................................................................ 81
De nucleofiele substitutiereactie SN .......................................................................................................... 81
Nucleofiele eliminatie reactie E ................................................................................................................ 87
Oxidatie van alcoholen ............................................................................................................................. 89
,Hoofdstuk 18: aldehyden en ketonen.............................................................................90
Structuur en reactiviteit van aldehyden en ketonen ................................................................................... 90
De zuurgekatalyseerde AN-reactie ............................................................................................................. 91
Reacties van de α-CH-binding .................................................................................................................. 92
Oxidatie en reductie van aldehyden en ketonen ......................................................................................... 93
Hoofdstuk 19: Carbonzuren en carbonzuurderivaten ......................................................94
Structuur en reactiviteit ............................................................................................................................ 94
Nucleofiele additie-eliminatie (A-E)N ......................................................................................................... 94
Hoofdstuk 20: Structuur en reactiviteit van biomoleculen ...............................................97
Suikers of koolhydraten ............................................................................................................................ 97
Lipiden .................................................................................................................................................. 101
Aminozuren en proteïnen ....................................................................................................................... 104
,Hoofdstuk 1: de atoomstructuur
Atomen en moleculen
Zuivere stof: Homogeen = al de fysische eigenschappen en chemische eigenschappen in elk punt van het
volume dat de zuivere stof inneemt zijn hetzelfde
Mengsel: heterogeen; men onderscheidt fasen = een homogeen deel van een heterogeen geheel, dat duidelijk
afgegrensd is door fasegrenzen
Molecule: de kleinste hoeveelheid van de zuivere stof met dezelfde, constante chemische samenstelling
(worden samengehouden door intramoleculaire krachten)
Atoom: kleinste materiedeeltjes waaruit moleculen zijn opgebouwd (verschillende atoomsoorten = elementen)
Enkelvoudige stof: opgebouwd uit atomen van éénzelfde element (H2, O2)
Samengestelde stof/verbinding: opgebouwd uit atomen van verschillende elementen
Samenvatting atoom:
• Elektrisch neutraal => evenveel elektronen in elektronenwolk als protonen in de kern
• De massa van het atoom wordt bepaald door de massa van de kern (want massa elektronen is
verwaarloosbaar)
• De omvang van een atoom wordt bepaald door de banen die de elektronen volgen (schillen)
Chemische elementen
Atoomnummer Z: het aantal protonen in de kern (in neutrale atomen is dit ook het aantal elektronen)
Massagetal A: de som van het aantal protonen en neutronen in de kern (in PSE) → 𝑥𝑧𝐴
Atoommassa m: massa van de kern (is heel klein; oplossing = relatieven atoommassa)
Relatieve atoommassa mr:
• Het atoom 𝐶612 wordt als referentie gebruikt
𝑚(𝐶612 )
• 1𝑢 = 12
• Relatieve atoommassa ≈ massagetal
• GEEN gehele getallen zoals massagetal
Isotopen: verschillen door aantal neutronen in de kern, protonen is hetzelfde
• Hetzelfde atoomnummer Z, verschillende massagetallen A
• Isotopenabundantie = samenstelling van isotopenmengsel; %-verdeling
• Chemische eigenschappen bepaald door elektronen
o Alle isotopen van éénzelfde element hebben dezelfde chemische eigenschappen
• Fysische eigenschappen worden meebepaald door de massa van de atomen
o Isotopen hebben verschillende fysische eigenschappen
Meeste elementen = mengsel van isotopen
• Absolute massa van een element: de procentueel samengestelde som van de absolute massa’s van
de isotopen
75,5 35 24,4 37 )
o Vb: 𝑚Cl = ⋅ 𝑚(𝐶𝑙17 ) + 100 ⋅ 𝑚(𝐶𝑙17
100
• Relatieve atoommassa van een element Ar: de procentuele samengestelde som van de relatieven
atoommassa’s van de isotopen
75,5 35 24,4 37 )
o Vb: 𝐴𝑟 (𝐶𝑙) = 100
⋅ 𝐴𝑟 (𝐶𝑙17 ) + 100 ⋅ 𝐴𝑟 (𝐶𝑙17 = (0.76 ∗ 35) + (0.24 ∗ 37) = 35.48
,Getal van Avogadro NA: het aantal atomen in 1 mol (NA = 6.0221 * 1023)
Molaire massa MMx: de massa van 1 mol atomen = relatieve atoommassa (MMx = NA*mx = NA*Ar(x)*u)
Periodiek systeem
Ionen: geladen atomen of atoomgroepen
Kation (+) <-> anion (-)
➔ Kation < atoom < anion
Reden: kation heeft meer protonen in kern dus elektronenwolk wordt harder aangetrokken
Atoommodellen
Proef van Rutherford:
straal van
radioactieve deeltjes gaat door een gat in een loden plaat en valt in op goudfolie
• het grootste deel gaat zonder hinder goudfolie → het grootste deel van de atoom is leeg
• klein deel wordt sterk of licht afgebogen → er is een positieve kern
• zeer weinig deeltjes worden teruggekaatst → deeltjes die frontaal op kern botsen gaan terug
Atoommodel Bohr:
• elektronen bewegen in cirkelvormige banen met bepaalde energie rond de kern
• baanverandering = energieverandering
o emissie = foton uitzenden (licht)
▪ atoom verliest energie
▪ elektron komt in een baan dichter bij de kern
o absorptie = foton opnemen
▪ atoom wint energie
▪ elektron komt in een baan verder van de kern
Golfmechanisch atoommodel:
• Einstein: er komt niet alleen licht bij te pas, ook breking, polarisatie
• Broglie: theorie Einstein is niet alleen voor foton zo, maar voor elk deeltje
• Heisenberg: het is onmogelijk om zowel deplaats als energie van een elektron tegelijkertijd perfect te
kennen → er is een onzekerheid
Schrödinger-vergelijking: bepaalt de waarschijnlijkheid om een elektron op die plaats aan te treffen
Orbitaal: plaats in de ruimte om een elektron met zekere waarschijnlijkheid aan te treffen
• S-orbitaal: bolvormig, meest stabiel
• P-orbitaal: haltervormig, elektronen verder van kern dus minder stabiel, 3 oriëntaties
• Grootte: hangt af van schilnummer (hoe hoger n, hoe groter)
• Energie: hangt af van schilnummer en aard orbitaal
, Elektronenconfiguratie
Hoe lager energie, hoe stabieler
Volle schil = extra stabiliteit
Maximaal elektronen per schil =2n2 → overschrijding octetregel bij d-orbitaal mogelijk
Randvoorwaarden Schrödinger-vergelijking:
• Schillen opvullen vertrekkende van de eerste
• 2 elektronen in orbitaal hebben tegenovergestelde spin
• S-orbitaal heeft lagere energie dan p-orbitaal want elektronen dichter bij kern
• …
Chemische eigenschappen van een atoom worden bepaald door de elektronenstructuur op de buitenste schil
(= valentie elektronen)
Hoofdstuk 2: samenstelling van chemische verbindingen
relatieve molecuulmassa Mr: 𝛴(relatieve atoommassa’s * aantal van die atomen)
massa%-samenstelling: brutoformule C8Cl2N2O2
• 1 molecule = 8 C-atomen / 2 Cl-atomen / 2 N-atomen / 2 O-atomen
➔ 1 mol = 8 mol C-atomen / 2 mol Cl-atomen / 2 mol N-atomen / 2 mol O-atomen
• Mr ≈ 227 = Σ [Ar(C) ∗ 8] + [Ar(Cl) ∗ 2] + [Ar(N) ∗ 2] + [Ar(O) ∗2]
• Besluit: de massa%-samenstelling is 42,3% C; 31,3% Cl; 12,3% N; 14,1% O
• Controle resultaat: Σ(massa% atomen) moet 100 zijn!
Verhoudingsformule: verbinding met samenstelling 74,92% C; 5,00% H en 20,08% O
• X = CxHyOz → x, y, z = ? Delen door kleinste aantal mol om stoeich. coëff. 1 te bekomen
• Besluit: verhoudingsformule C5H4O
Inhoudsopgave
Hoofdstuk 1: de atoomstructuur .................................................................................... 4
Atomen en moleculen ................................................................................................................................ 4
Chemische elementen ............................................................................................................................... 4
Periodiek systeem ...................................................................................................................................... 5
Atoommodellen ......................................................................................................................................... 5
Elektronenconfiguratie ............................................................................................................................... 6
Hoofdstuk 2: samenstelling van chemische verbindingen ................................................ 6
Hoofdstuk 3: metalen en ionische verbindingen .............................................................. 7
Metaalbinding ............................................................................................................................................ 7
Ionische binding ........................................................................................................................................ 7
Hoofdstuk 4: covalente binding ...................................................................................... 8
Voorstelling................................................................................................................................................ 8
Kenmerken van atomen .............................................................................................................................. 9
Kenmerken van covalente bindingen ........................................................................................................... 9
Eigenschappen van covalente binding ...................................................................................................... 12
Valentiebindingstheorie VBT ..................................................................................................................... 12
Intermoleculaire krachten ........................................................................................................................ 14
Mesomerie .............................................................................................................................................. 16
Samenvatting........................................................................................................................................... 19
Hoofdstuk 5: chemische functies ..................................................................................19
Hoofdstuk 6: verbindingen in gasfase en oplossing .........................................................20
Gaswetten ............................................................................................................................................... 20
Mengsels van gassen ............................................................................................................................... 20
Formele/reële molariteit en activiteit ........................................................................................................ 20
Hoofdstuk 7: chemische reactievergelijking...................................................................21
Reactievergelijking ................................................................................................................................... 21
Reactiesnelheid ....................................................................................................................................... 21
Chemisch evenwicht ................................................................................................................................ 22
Hoofdstuk 8: reactiewarmte .........................................................................................23
Hoofdstuk 9: chemisch evenwicht ................................................................................24
Chemisch evenwicht ................................................................................................................................ 24
Homogene evenwichtsreacties................................................................................................................. 25
Heterogene evenwichtsreacties................................................................................................................ 26
Samenvatting........................................................................................................................................... 27
Hoofdstuk 10: zuren en basen .......................................................................................28
Zuren en basen ........................................................................................................................................ 28
, Kwantitatieve aspecten ............................................................................................................................ 28
Samenvatting........................................................................................................................................... 30
Hoofdstuk 11: redox reacties ........................................................................................31
Redoxreactievergelijking........................................................................................................................... 31
Redoxtitratie ............................................................................................................................................ 33
Reductiepotentiaal .................................................................................................................................. 34
Elektrochemie ......................................................................................................................................... 39
Hoofdstuk 12: inleiding tot organische chemie ...............................................................43
Formules ................................................................................................................................................. 43
Belangrijke begrippen ............................................................................................................................... 44
Indeling ................................................................................................................................................... 46
Algemene regels voor de naamvorming ..................................................................................................... 46
Algemene principes ................................................................................................................................. 48
Hoofdstuk 13: Isomerie en stereochemie.......................................................................50
Isomerie .................................................................................................................................................. 50
Stereochemie .......................................................................................................................................... 51
Tautomerie .............................................................................................................................................. 56
Onverzadigingsindex Δ ............................................................................................................................. 57
Geometrische isomerie ............................................................................................................................ 57
Conformationele isomerie ........................................................................................................................ 59
Optische isomerie.................................................................................................................................... 62
Samenvatting........................................................................................................................................... 64
Hoofdstuk 14: elektronisch substituenteffect ................................................................65
Inductief substituenteffect ....................................................................................................................... 65
Mesomeer substituenteffect .................................................................................................................... 67
Elektronisch effect van samengesteld substituenten ................................................................................. 69
Aromatische verbindingen ........................................................................................................................ 70
Zuurheid en basiciteit ............................................................................................................................... 71
Hoofdstuk 15: verzadigde koolwaterstoffen ...................................................................73
Algemeen ................................................................................................................................................ 73
Radicalaire substitutie ............................................................................................................................. 73
Hoofdstuk 16: onverzadigde koolwaterstoffen................................................................74
Typische reacties en mechanismen van alkenen en alkynen ...................................................................... 74
Typische reacties en mechanismen van aromaten..................................................................................... 77
Hoofdstuk 17: Functionele koolwaterstoffen..................................................................81
Algemene reactiviteit van functionele KWS-derivaten ................................................................................ 81
De nucleofiele substitutiereactie SN .......................................................................................................... 81
Nucleofiele eliminatie reactie E ................................................................................................................ 87
Oxidatie van alcoholen ............................................................................................................................. 89
,Hoofdstuk 18: aldehyden en ketonen.............................................................................90
Structuur en reactiviteit van aldehyden en ketonen ................................................................................... 90
De zuurgekatalyseerde AN-reactie ............................................................................................................. 91
Reacties van de α-CH-binding .................................................................................................................. 92
Oxidatie en reductie van aldehyden en ketonen ......................................................................................... 93
Hoofdstuk 19: Carbonzuren en carbonzuurderivaten ......................................................94
Structuur en reactiviteit ............................................................................................................................ 94
Nucleofiele additie-eliminatie (A-E)N ......................................................................................................... 94
Hoofdstuk 20: Structuur en reactiviteit van biomoleculen ...............................................97
Suikers of koolhydraten ............................................................................................................................ 97
Lipiden .................................................................................................................................................. 101
Aminozuren en proteïnen ....................................................................................................................... 104
,Hoofdstuk 1: de atoomstructuur
Atomen en moleculen
Zuivere stof: Homogeen = al de fysische eigenschappen en chemische eigenschappen in elk punt van het
volume dat de zuivere stof inneemt zijn hetzelfde
Mengsel: heterogeen; men onderscheidt fasen = een homogeen deel van een heterogeen geheel, dat duidelijk
afgegrensd is door fasegrenzen
Molecule: de kleinste hoeveelheid van de zuivere stof met dezelfde, constante chemische samenstelling
(worden samengehouden door intramoleculaire krachten)
Atoom: kleinste materiedeeltjes waaruit moleculen zijn opgebouwd (verschillende atoomsoorten = elementen)
Enkelvoudige stof: opgebouwd uit atomen van éénzelfde element (H2, O2)
Samengestelde stof/verbinding: opgebouwd uit atomen van verschillende elementen
Samenvatting atoom:
• Elektrisch neutraal => evenveel elektronen in elektronenwolk als protonen in de kern
• De massa van het atoom wordt bepaald door de massa van de kern (want massa elektronen is
verwaarloosbaar)
• De omvang van een atoom wordt bepaald door de banen die de elektronen volgen (schillen)
Chemische elementen
Atoomnummer Z: het aantal protonen in de kern (in neutrale atomen is dit ook het aantal elektronen)
Massagetal A: de som van het aantal protonen en neutronen in de kern (in PSE) → 𝑥𝑧𝐴
Atoommassa m: massa van de kern (is heel klein; oplossing = relatieven atoommassa)
Relatieve atoommassa mr:
• Het atoom 𝐶612 wordt als referentie gebruikt
𝑚(𝐶612 )
• 1𝑢 = 12
• Relatieve atoommassa ≈ massagetal
• GEEN gehele getallen zoals massagetal
Isotopen: verschillen door aantal neutronen in de kern, protonen is hetzelfde
• Hetzelfde atoomnummer Z, verschillende massagetallen A
• Isotopenabundantie = samenstelling van isotopenmengsel; %-verdeling
• Chemische eigenschappen bepaald door elektronen
o Alle isotopen van éénzelfde element hebben dezelfde chemische eigenschappen
• Fysische eigenschappen worden meebepaald door de massa van de atomen
o Isotopen hebben verschillende fysische eigenschappen
Meeste elementen = mengsel van isotopen
• Absolute massa van een element: de procentueel samengestelde som van de absolute massa’s van
de isotopen
75,5 35 24,4 37 )
o Vb: 𝑚Cl = ⋅ 𝑚(𝐶𝑙17 ) + 100 ⋅ 𝑚(𝐶𝑙17
100
• Relatieve atoommassa van een element Ar: de procentuele samengestelde som van de relatieven
atoommassa’s van de isotopen
75,5 35 24,4 37 )
o Vb: 𝐴𝑟 (𝐶𝑙) = 100
⋅ 𝐴𝑟 (𝐶𝑙17 ) + 100 ⋅ 𝐴𝑟 (𝐶𝑙17 = (0.76 ∗ 35) + (0.24 ∗ 37) = 35.48
,Getal van Avogadro NA: het aantal atomen in 1 mol (NA = 6.0221 * 1023)
Molaire massa MMx: de massa van 1 mol atomen = relatieve atoommassa (MMx = NA*mx = NA*Ar(x)*u)
Periodiek systeem
Ionen: geladen atomen of atoomgroepen
Kation (+) <-> anion (-)
➔ Kation < atoom < anion
Reden: kation heeft meer protonen in kern dus elektronenwolk wordt harder aangetrokken
Atoommodellen
Proef van Rutherford:
straal van
radioactieve deeltjes gaat door een gat in een loden plaat en valt in op goudfolie
• het grootste deel gaat zonder hinder goudfolie → het grootste deel van de atoom is leeg
• klein deel wordt sterk of licht afgebogen → er is een positieve kern
• zeer weinig deeltjes worden teruggekaatst → deeltjes die frontaal op kern botsen gaan terug
Atoommodel Bohr:
• elektronen bewegen in cirkelvormige banen met bepaalde energie rond de kern
• baanverandering = energieverandering
o emissie = foton uitzenden (licht)
▪ atoom verliest energie
▪ elektron komt in een baan dichter bij de kern
o absorptie = foton opnemen
▪ atoom wint energie
▪ elektron komt in een baan verder van de kern
Golfmechanisch atoommodel:
• Einstein: er komt niet alleen licht bij te pas, ook breking, polarisatie
• Broglie: theorie Einstein is niet alleen voor foton zo, maar voor elk deeltje
• Heisenberg: het is onmogelijk om zowel deplaats als energie van een elektron tegelijkertijd perfect te
kennen → er is een onzekerheid
Schrödinger-vergelijking: bepaalt de waarschijnlijkheid om een elektron op die plaats aan te treffen
Orbitaal: plaats in de ruimte om een elektron met zekere waarschijnlijkheid aan te treffen
• S-orbitaal: bolvormig, meest stabiel
• P-orbitaal: haltervormig, elektronen verder van kern dus minder stabiel, 3 oriëntaties
• Grootte: hangt af van schilnummer (hoe hoger n, hoe groter)
• Energie: hangt af van schilnummer en aard orbitaal
, Elektronenconfiguratie
Hoe lager energie, hoe stabieler
Volle schil = extra stabiliteit
Maximaal elektronen per schil =2n2 → overschrijding octetregel bij d-orbitaal mogelijk
Randvoorwaarden Schrödinger-vergelijking:
• Schillen opvullen vertrekkende van de eerste
• 2 elektronen in orbitaal hebben tegenovergestelde spin
• S-orbitaal heeft lagere energie dan p-orbitaal want elektronen dichter bij kern
• …
Chemische eigenschappen van een atoom worden bepaald door de elektronenstructuur op de buitenste schil
(= valentie elektronen)
Hoofdstuk 2: samenstelling van chemische verbindingen
relatieve molecuulmassa Mr: 𝛴(relatieve atoommassa’s * aantal van die atomen)
massa%-samenstelling: brutoformule C8Cl2N2O2
• 1 molecule = 8 C-atomen / 2 Cl-atomen / 2 N-atomen / 2 O-atomen
➔ 1 mol = 8 mol C-atomen / 2 mol Cl-atomen / 2 mol N-atomen / 2 mol O-atomen
• Mr ≈ 227 = Σ [Ar(C) ∗ 8] + [Ar(Cl) ∗ 2] + [Ar(N) ∗ 2] + [Ar(O) ∗2]
• Besluit: de massa%-samenstelling is 42,3% C; 31,3% Cl; 12,3% N; 14,1% O
• Controle resultaat: Σ(massa% atomen) moet 100 zijn!
Verhoudingsformule: verbinding met samenstelling 74,92% C; 5,00% H en 20,08% O
• X = CxHyOz → x, y, z = ? Delen door kleinste aantal mol om stoeich. coëff. 1 te bekomen
• Besluit: verhoudingsformule C5H4O
