2. Molecuul- en structuurformules

Samenvatting voor scheikunde - Molecuul- en structuurformules 

Symbolen (periodiek systeem)

Er wordt van je verwacht dat je van een flink aantal stoffen weet wat het symbool is, en andersom; dat je aan een symbool herkent welke stof het is. Op zich maakt het niet heel veel uit als je het niet weet, want je kan het altijd opzoeken in het periodiek systeem achterin je Binas, maar het scheelt wel tijd. Let op: je begrijpt deze uitleg waarschijnlijk beter door ook de video te bekijken!

Laten we het periodiek systeem er eens bijpakken (zie video). Het is ingedeeld in metalen, dat zijn alle gele vlakjes, niet-metalen, dat zijn alle oranje vlakjes en de metalloïden, dat zijn de blauwe vlakjes. Metalloïden zitten qua eigenschappen een beetje tussen de metalen en niet-metalen in. Je ziet daar dus bekende, zoals koolstof, zuurstof en waterstof tussen staan, maar ook minder bekende stoffen, zoals argon en silicium. Van de metalen moet je stoffen zoals aluminium, goud, en zilver, maar ook cadmium, mangaan en uraan kennen. 

In de vlakjes zie je naast het symbool trouwens ook het atoomnummer staan, dus hoeveel protonen er in de kern zitten van het atoom. Fluor heeft er bijvoorbeeld 9. En linksonder zie je de elektronenconfiguratie, dus hoeveel elektronen er in de schillen van het atoom zitten in neutrale toestand, zuurstof heeft er bijvoorbeeld 2 in de binnenste schil en 6 in de buitenste schil. Ik raad jullie aan om zelf het periodiek systeem even goed te bestuderen. 

Molecuulformules

Daarnaast is er een aantal moleculen waarvan verwacht wordt dat je de molecuul- en structuurformule kan opstellen als je de naam hoort, en andersom. Ook hierbij kan je voor de molecuulformules altijd even spieken in je Binas, tabel 66 bijvoorbeeld, maar het is handig als je ze gewoon kent. 

Zie in de video een overzicht van de namen, molecuulformules en structuurformules. De meeste van de structuurformules zijn redelijk voor de hand liggend. Je kan bijvoorbeeld aan de naam zwaveldioxide al horen dat er een zwavelatoom en twee zuurstofatomen in zitten. Wel zie je dat water, zwaveldioxide en stikstofdioxide een andere hoek maken dan bijvoorbeeld CO2. Dit heeft te maken met de vrije elektronenparen die op het middelste atoom zitten die de elektronenparen van de bindingen een beetje wegduwen. 

Goed, van ammoniak moeten we gewoon weten dat het NH3 is, waarna het opstellen van de structuurformule vrij simpel is. Hetzelfde geldt voor azijnzuur: daar geeft de molecuulformule eigenlijk al weg hoe de structuur eruit ziet. Glucose is ook een vrij groot molecuul waarvan je maar net moet weten hoe de structuur eruit ziet, al kan je dat ook opzoeken in je Binas. 

Zouten

Atomen en moleculen kunnen ook voorkomen in de vorm van een ion. Een ion is een elektrisch geladen atoom of molecuul. Een positief en een negatief geladen ion kunnen door middel van een ionbinding een zout vormen. Je moet de systematische namen en verhoudingsformules kunnen geven en gebruiken van zouden die samengesteld zijn uit de ionen. Ook daarvoor kunnen we kijken in de Binas, tabel 45. 

Systematische namen van zouten

Links in de video zien we de positieve ionen en bovenaan zien we de negatieve ionen. Deze kunnen dus allemaal een zout met elkaar vormen. De naam kan je dan redelijk makkelijk zelf afleiden van de ionen. Als het gaat om twee ionen bestaande uit één atoom, dan zeg je eerst de naam van het positieve ion en plak je daar de naam van het negatieve ion achter in de -ide vorm. Zo krijg je voor een zout bestaande uit aluminium en chloor bijvoorbeeld aluminiumchloride, voor natrium en broom natriumbromide, en voor magnesium en zuurstof magnesiumoxide. 

Als het tweede ion een negatief geladen molecuul is bestaande uit meerdere atomen, dan is het nog makkelijker, dan plak je gewoon de normale naam erachter. Zo wordt kalium en acetaat (KCH3COO) gewoon kaliumacetaat en natrium en sulfaat (Na2SO4) natriumsulfaat. 

Echter is het belangrijk om te weten dat zouten altijd ongeladen zijn. Dit betekent dat de positieve lading de negatieve lading altijd moet opheffen. Dat betekent dus ook dat een zout zoals natriumbromide gewoon bestaat uit één natrium en één broom ion, aangezien die beide een lading van 1 hebben. Echter betekent dit bij natriumfosfaat dat de molecuulformule wordt Na2SO4, aangezien natrium een lading van +1 heeft, en sulfaat van -2. Dus, altijd goed opletten dat de ladingen elkaar opheffen door eventueel meer van een bepaald ion te nemen! 

Karakteristieke groepen

In moleculen van organische verbindingen kunnen zogenoemde karakteristieke groepen voorkomen, ook wel functionele groepen genoemd. Deze moeten jullie kunnen herkennen. Een hoop kan je vinden in Binas tabel 66D, maar laten we even door de belangrijkste heen lopen. 

Belangrijke functionele groepen

• Allereerst de dubbele binding: C=C
• En de driedubbele binding: C≡C
• De hydroxylgroep: -OH
• En de zuurgroep of carboxylgroep: COOH

Hierbij zien we een C met daaraan een dubbelgebonden O en een OH-groep. 

• Verder hebben we de aminogroep: NH2

Dit is een groep die bestaat uit een stikstofatoom met twee waterstofatomen eraan. 

• En de ester: COOC

Deze ontstaat door een reactie tussen een zuurgroep en een alcoholgroep. Het H-tje van de alcoholgroep reageert met de OH van de zuurgroep, waarbij water gevormd wordt. - De groep die overblijft in de ester is dan een C aan een O aan een C met daaraan een dubbelgebonden O. 

• Ook is er de peptide of amide binding: CONHC

Deze ontstaan door een reactie tussen een zuurgroep en een aminogroep. Een H-tje van de aminogroep reageert met de OH van de zuurgroep, waarbij water gevormd wordt. De groep die overblijft in de peptide of amide is dan een C met een dubbelgebonden O en een N met een H en een C. 

• Verder zijn er de directe bindingen tussen koolstof en een halogeengroep, zoals fluor, chloor, broom en jood, die bijvoorbeeld kunnen ontstaan door een additie- of substitutiereactie, dan krijgen we dus C-F, C-Cl, C-Br of C-I. 

• En dan hebben we nog de carbonylgroep: C=O

Deze kan voorkomen aan het eind van de keten, dan zal er nog een H-tje aan zitten, en noemen we het een aldehyde. Het kan ook voorkomen middenin de koolstofketen, dan noemen we het een keton. 

• En ten slotte de ethergroep: COC

Dit is simpelweg een organische verbinding waar een zuurstofatoom tussen twee koolstofatomen zit. 

Koolstofketens

Er is specifieke naamgeving voor verschillende koolstofketens, welke jullie moeten herkennen. 

• Zo zijn er de alkanen. Dit is een koolstofketen met allemaal enkele bindingen en waterstofatomen eromheen. De naamgeving moet je kennen. Dat begint met 1 koolstofatoom en 4 H-tjes, genaamd methaan, dan 2 koolstofatomen, ethaan, propaan, butaan, pentaan, hexaan, heptaan, octaan, nonaan, decaan. 

• Daarnaast hebben we alkanolen. Hierbij zit er een hydroxylgroep aan de alkaan. Propanol is bijvoorbeeld 3 C-tjes met een OH-groep eraan. 

• De alkaanzuren zijn logischerwijs alkanen met een zuurgroep eraan, zoals butaanzuur, 4 C-tjes met een zuurgroep. 

• Alkaanaminen zijn dan alkanen met een aminogroep eraan. Met een cijfer kunnen we voor de naam aangeven waar de groep komt. Zo is er bijvoorbeeld 2-propaanamine, waarbij we de aminogroep op het tweede koolstofatoom zien zitten.

• Halogeenalkanen zijn dan alkanen met een halogeengroep. Zo zou 3-chloorhexaan er zo uit zien, met een chlooratoom aan het derde C-tje. 

• Alkenen zijn simpelweg alkanen met een dubbele binding erin. We kunnen met een cijfer vooraf weer aangeven waar de dubbele binding zit. Zo is 2-hepteen een koolstofketen van 7 C-tjes, waarbij de de dubbele binding dus de tweede is. 

• Alkynen zijn alkanen met een driedubbele binding. Zo krijgen we bijvoorbeeld 2-butyn met een driedubbele binding op de middelste binding. 

• Alkanalen zijn alkanen met een dubbelgebonden zuurstofatoom eraan. Een voorbeeld is propanal, hier in beeld, met 3 C-tjes met één dubbelgebonden O eraan.

• Alkanonen hebben ook een dubbelgebonden zuurstofatoom, maar nooit aan het einde van de stamketen. Waar het O-tje zit geven we midden in de naam aan. Een voorbeeld is pentaan-2-on, waarbij we een koolstofketen van 4 zien, met aan het tweede C-tje een dubbelgebonden O. 

• Alkoxyalkanen bestaan uit twee koolstofketens die verbonden worden door middel van een ether, dus een zuurstofatoom tussen twee koolstofatomen in. De kortste keten komt voorop in de naamgeving, en -oxy erachter, en vervolgens komt de langste keten. We kunnen een getal gebruiken om aan te geven aan welk koolstofatoom van de langste keten de ether zit. Zo kunnen we bijvoorbeeld 2-ethoxybutaan krijgen. Dit is dus een korte ethaanketen, dus 2 C-tjes, die door een ether vast zit aan een butaanketen, dus 4 C-tjes.  

• Alkylalkanoaten bestaan ook uit twee koolstofketens die verbonden worden door middel van een zuurstofatoom, alleen nu zit er aan het C-tje ernaast nog een dubbelgebonden O. Zo kunnen we methylethanoaat krijgen, waarbij we een koolstofketen van C-tje zien, methyl, en een koolstofketen van 2 C-tjes, ethaan, wat verbonden is via een O-tje. Het eerste C-tje van het etheen heeft ook nog een dubbelgebonden O. Dat noemen we dan dus methyl-ethan-oaat. Goed opletten dat het C-tje met de dubbelgebonden O dus wel al meetelt voor de keten. 

• Aminozuren zijn koolstofketens die zowel een zuurgroep als een aminogroep hebben, aldus aminozuur. Zo zie je hier drie C-tjes met een aminogroep, dus NH2, en een zuurgroep, COOH. En dit noemen we dus een aminozuur.

• En ten slotte hebben we nog benzeen. Dit is een ring van 6 koolstofatomen, met aan elk koolstofatoom een waterstofatoom en 3 dubbele bindingen. Deze benzeenringen kunnen ook deel uitmaken van een groter molecuul, dan spreken we van benzeenderivaten. Een voorbeeld van een benzeenderivaat is nitrobenzeen. Hier zit in plaats van een waterstofatoom een NO2 groep vast een benzeenring.