2. Verschillende reacties (reactievergelijkingen)

Samenvatting voor scheikunde - Verschillende reacties (reactievergelijkingen)

Toestand en faseovergangen

Een stof kan in verschillende toestanden voorkomen, en we moeten weten hoe we dit aangeven in een reactievergelijking. Neem water, H2O. Als we een (s) zien staan, dan is dit in vaste toestand, s staat namelijk voor solid, wat Engels is voor solide of vast. Water in vaste vorm kennen we als ijs trouwens. Als we dit smelten, dan wordt het water in vloeibare vorm, dan krijgt H2O een (l): de l van liquid, Engels voor liquide of vloeibaar. 

Als we het vloeibare water verdampen, dan gaat het over tot gasvorm, en dan krijgt het een (g). Als we het gas weer terugbrengen naar vloeibare toestand dan spreken we van condenseren, en dan wordt het weer H2O (l). Ten slotte kunnen we het ook weer van vloeibare vorm terug naar vaste vorm krijgen door het te stollen, waarna het weer H2O (s) is geworden. 

Als een stof zelf in liquide vorm is, dan krijgt het dus een (l). Als we een stof oplossen in water, dan krijgt het (aq). aq is hier de afkorting voor aqueous, wat waterig betekent in het Engels. Dus, als je (aq) ziet staan, dan weet je dat de stof is opgelost in water. Neem bijvoorbeeld: 

Natriumchloride is eerst in vaste vorm. Als we het in water gooien, dan krijgen we losse natrium- en chloorionen, die dus opgelost zijn in water, aangegeven met (aq).

Verbranding in een reactievergelijking

We kunnen ook een verbranding weergeven in een reactievergelijking. Voor de verbranding is zuurstof nodig, daar kunnen we het aan herkennen. De verbranding van waterstof ziet er dan als volgt uit:

We zien dus dat waterstof in aanraking komt met zuurstof en dat er na de verbranding water overblijft. Hierbij komt dan logischerwijs ook warmte vrij. We hebben hier overigens de 2tjes voor waterstof en water gezet om de reactie kloppend te maken, daar komen we later nog op terug. 

Ook kan er verbranding plaatsvinden van organische stoffen, dus stoffen die onder andere bestaan uit waterstof en koolstof. Neem de eenvoudigste koolwaterstof methaan. De volledige verbranding gaat dan als volgt:

Bij de volledige verbranding van methaan (met zuurstof) komt dus koolstofdioxide, water en warmte vrij.

Echter kan er ook een onvolledige verbranding plaatsvinden. Dit is het geval als er te weinig zuurstof aanwezig is bij de verbranding. Laten we voor het gemak even alles in de reactievergelijking van de volledige verbranding van methaan keer 2 doen. Dan krijgen we dus:

Stel we hebben nu in plaats van 4 zuurstofmoleculen, 3 zuurstofmoleculen. Er is dan te weinig zuurstof, waardoor er onvolledige verbranding zal plaatsvinden. 

We zien nu geen koolstofdioxide als reactieproduct, maar koolstofmonoxide, en wat meer water. Koolstofmonoxide is erg slecht voor de gezondheid. Bij onvolledige verbranding kan ook roet gevormd worden, je weet wel, dat zwarte spul. 

Reacties kloppend maken

Bij reacties heb je beginstoffen en reactieproducten, maar er verdwijnen of ontstaan geen nieuwe elementen. Er worden misschien nieuwe moleculen gevormd, maar de aanwezige atomen zijn links en rechts hetzelfde. Dit betekent dus ook dat we soms de reactie kloppend moeten maken door links en rechts getallen toe te voegen. Hierbij is het belangrijk dat we de kleine, lage getalletjes in de moleculen nooit mogen veranderen. 

Reacties kloppend maken: voorbeeld

We kunnen dus enkel de getallen voor de moleculen veranderen (in hele getallen, dus geen breuken). Laten we eens naar een voorbeeld kijken. Stel: er wordt aan jou gevraagd om de verbranding van ethaan te geven. Hoe pakken we dat dan aan? Ethaan moeten we kennen, maar kunnen we ook opzoeken in de Binas. Dit is de op één na kleinste koolwaterstof, dus C2H6. Ook weten we dat er een verbranding plaatsvindt, dus dat het reageert met zuurstof. En wat waren de reactieproducten van de verbranding van een koolwaterstof ook alweer? Juist, CO2 en water. Dus, we kunnen al opschrijven: 

Alleen, we zien nu dat het niet klopt. Links zien we bijvoorbeeld 2 C-tjes en rechts 1. Dit moeten we kloppend maken. Er zijn veel verschillende manieren om dit te doen, maar uiteindelijk blijft het gewoon een beetje puzzelen en moet je een manier vinden die voor jezelf het beste werkt. Laten we links en rechts even onder elkaar zetten welke elementen we allemaal hebben. Dat zijn dus C, H en O. 

Hiernaast kunnen we opschrijven hoeveel we hebben, en als het niet goed gaat dan strepen we het gewoon weer door. We zien links twee C-tjes. Laten we eens proberen om rechts ook een 2 te zetten voor CO2. Nu hebben we aan beide kanten twee C-tjes. De O-tjes die we nu rechts extra hebben, kunnen we zo oplossen aan de linkerkant meer zuurstof te nemen. 

Maar, de H-tjes moeten we rechts nog fixen. We zien links 6 H-tjes. Rechts kunnen we ook 6 H-tjes maken door H2O keer 3 te doen. Maar, nu hebben we 3 O-tjes. Als we goed kijken, zien we dat we dat nooit kunnen fixen, aangezien we links O2 hebben, dus dit moet altijd een even getal zijn. We weten dus dat we H2O een even getal moeten geven, maar aangezien links H6 staat, kan het aantal H-tjes enkel een veelvoud van 6 zijn, dus 12, 18, etcetera. 

Laten we dan 6 proberen bij H2O. Dan krijgen we dus 6x2=12 H-tjes rechts. Links moeten we etheen dan keer 2 doen. We hebben dan aan beide kanten 12 H-tjes. Links hebben we nu 4 C-tjes. Om rechts ook 4 C-tjes te krijgen moeten we CO2 keer 4 doen. Nu hebben we rechts 4 C-tjes en 4 x 2 + 6 x 1 = 14 O-tjes. Nu hoeven we dus alleen nog links het aantal O-tjes gelijk te maken. Als we dan 7 keer O2 doen, dan hebben we links ook 14 O-tjes, en dan klopt het helemaal! 

Condensatie- en hydrolysereacties

Er zijn drie soorten condensatiereacties die we moeten kennen, namelijk de vorming van esters, amiden, en peptiden. 

Esters

Esters ontstaan door een binding die wordt gevormd tussen de alcoholgroep van een molecuul en een zuurgroep van een andere molecuul, waarbij water vrijkomt. We zien hier dus een alcohol en een carbonzuur. Voor deze reacties is het overigens handiger om het in structuurformules weer te geven, dus dat zullen we vanaf nu doen. 

Het H-tje aan het alcohol en de OH aan het zuur zullen met elkaar reageren, hier in het rood weergegeven. Deze zullen samen H2O vormen. Wat er dan gevormd wordt, is een ester. We kunnen deze herkennen aan het middelste deel, waar we een C met twee H-tjes zien, dan een O en dan een C met een dubbele binding naar een O. Hier is dus een H-tje van het alcohol en de OH van het zuur verdwenen, wat nu een los watermolecuul is geworden. 

Amide

Amiden ontstaan op bijna dezelfde manier, maar dit keer wordt het gevormd door een amine en een zuur. In de video hebben we het zuur nu expres even andersom gezet, zodat je het ook zo herkent. De amine heeft een N met twee H-tjes. Deze keer zal een H-tje hiervan reageren met de OH groep van het zuur, weer in het rood weergegeven. Er wordt dan een amide en water gevormd. De amide herkennen we aan het C-tje met dubbele binding O en daaraan een N met een H-tje. 

Peptide

Peptiden zijn bijna hetzelfde als amiden, de vorming gaat op precies dezelfde manier. Echter gebruiken we het woord peptide als het gaat om aminozuren die aan elkaar binden. Dit kunnen er dus heel veel aan elkaar zijn. We zien hier (in de video) dus twee aminozuren, die beide een zuurgroep en een amidegroep (dus NH2 groep) hebben. De OH van de zuurgroep en de H van amidegroep reageren, waarna een peptide en water gevormd wordt. Je kunt je voorstellen dat er zo een hele hoop aminozuren aan elkaar gekoppeld kunnen worden tot een lange peptide. 

Hydrolysereacties

Een hydrolysereactie is simpelweg het omgekeerde van een condensatiereactie. Waar bij een condensatiereactie een groter molecuul gevormd wordt vanuit twee moleculen met als reactieproduct water, wordt er bij een hydrolysereactie een groter molecuul gesplitst onder invloed van water. We kunnen dus simpelweg de pijlen van de bovenstaande reacties omdraaien, en dan hebben we een hydrolysereactie. 

Additiereacties

Een additiereactie is vrij simpel. Additie staat hier voor optellen (to add is optellen in het Engels). Dit gaat als volgt. We hebben een molecuul met een dubbele binding, zoals etheen, en een andere beginstof, zoals Cl2. Deze reageren vervolgens met elkaar, doordat de dubbele binding verbroken wordt, en de twee Cl atomen zich binden aan de vrije elektronen. De Cl atomen worden dus letterlijk opgeteld bij het molecuul door de opengesprongen dubbele binding. 

Substitutiereactie

Bij een substitutiereactie wordt er één of meerdere atomen vervangen door één of meerdere andere atomen. Substitutie is een synoniem voor vervangen, vandaar. Stel we hebben bijvoorbeeld propaan en Cl2. Bij een substitutiereactie kan er dan een chlooratoom een waterstofatoom vervangen in het molecuul. Maar, we hadden Cl2, dus het andere Cl atoom vormt dan HCl met het vrijgekomen waterstofatoom. Zo vervangt een chlooratoom simpelweg een waterstofatoom, een substitutie dus.