Nova Nask2 MAX deel B - Hoofdstuk 11 - Koolstofchemie oefentoetsen & antwoorden

Destillatie is een scheidingsmethode die gebruik maakt van de verschillen in kookpunt van stoffen. Bij destillatie wordt een vloeibaar mengsel van stoffen, zoals aardolie, verhit, waardoor bestanddelen bij verschillende temperaturen verdampen. Door geleidelijke opwarming van de vloeistof of geleidelijke afkoeling van het gas kunnen verschillende fracties uit het mengsel worden opgevangen.Een verzadigde verbinding is een molecuul die uitsluitend enkele C-C bindingen bevat.Als een molecuul één of meerdere dubbele bindingen tussen koolstofatomen heeft, is dit een onverzadigde verbinding.Een polymeer is een zeer groot molecuul die is opgebouwd uit identieke repeterende eenheden (monomeren).Polymeren hebben een grote molecuulmassa en zijn bij kamertemperatuur bijna altijd vaste stoffen. Het materiaal is altijd relatief sterk en moeilijk te breken.Er zijn veel verschillende soorten polymeren, ieder met zijn unieke eigenschappen zoals buigzaamheid, hardheid, geleidbaarheid, smeltbaarheid enz.Geef twee van de volgende antwoorden: Je kunt makkelijk kunststoffen in een bepaalde vorm krijgen door spuitgieten, persen of trekken. Ze isoleren warmte en elektriciteit.Ze worden weinig aangetast door zuurstof/lucht en water.Ze zijn sterk/taai en je kunt er daardoor relatief lichte, sterke voorwerpen van maken.  Microplastics zijn zeer kleine stukjes plastic (kunststof).Deze komen vrij in het milieu bij dagelijks gebruik van kunststoffen en kunnen niet verder worden afgebroken. Hierdoor blijven ze in het milieu en hebben ze schadelijke gevolgen voor de gezondheid van dieren en mensen als ze in de voedselketen terechtkomen. Bij de verbranding van (fossiele) brandstoffen komt veel energie vrij in de omgeving die gebruikt kan worden voor toepassingen die energie nodig hebben.Propaan en octaan zijn allebei verzadigde verbindingen. Octaan is een groter molecuul dan propaan. In het algemeen leveren dezelfde soort moleculen bij verbranding meer energie op als ze groter zijn.Verbranding van octaan zal per molecuul dus meer energie opleveren.Hexeen eindigt op -een en is dus een onverzadigde koolstofverbinding (alkeen), een stof met een dubbele binding.Alkenen hebben de algemene molecuulformule CnH2n.Hex- staat voor 6 koolstofatomen.Invullen in de formule levert: C6H12Bij polymerisatie wordt herhaaldelijk hetzelfde molecuul, de monomeereenheid, aan elkaar gekoppeld tot een zeer groot molecuul.Bij de polymerisatie van glycolzuur is glycolzuur dus het monomeer.De naam van het polymeer is de naam van het monomeer met het voorvoegsel poly-.PolyglycolzuurThermoplasten en thermoharders zijn verschillende soorten polymeren (kunststoffen).Thermoplasten kenmerken zich doordat ze bij hogere temperatuur kunnen smelten. Op moleculair niveau komt dit doordat de polymeerketens bij hogere temperaturen langs elkaar kunnen schuiven. Thermoharders kenmerken zich doordat ze na uitharding niet meer smelten. Op moleculair niveau komt dit doordat de polymeerketens onderling met elkaar verbonden zijn via (zeer sterke) atoombindingen en daardoor niet kunnen verschuiven.Kunststoffen die qua chemische structuur veel op eiwitten lijken, zijn biologisch afbreekbaar.Hierdoor hoef je ze niet te verbranden en kan je ze makkelijker recyclen. Dit is beter voor het milieu doordat er minder grondstoffen nodig zijn en er minder schadelijke stoffen in de lucht worden uitgestoten.  Etheen is een alkeen, deze bevatten een dubbele binding en hebben daardoor de algemene molecuulformule CnH2n. Etheen heeft 2 koolstofatomen en heeft dus de molecuulformule C2H4 Tetrafluoretheen is etheen met 4 (tetra = vier) fluoratomen in plaats van waterstofatomen: C2F4De monomeereenheden worden om en om aan elkaar gekoppeld en verliezen daarbij hun dubbele binding. Deze ‘extra’ binding is gebruikt om de monomeren aan elkaar te koppelen.Twee eenheden van elk monomeer geeft (4 x 2 =) 8 C-atomen aan elkaar gekoppeld. Het is een gedeelte uit het midden van een heel groot molecuul dus aan de uiteinden moet een golfstreepje om aan te geven dat het molecuul nog verder doorloopt.Een voorbeeld van een goed antwoord:Een monomeereenheid van Tefzel bestaat uit een molecuul etheen gekoppeld aan een molecuul tetrafluoretheen. De formule van een monomeereenheid is dus C4H4F4.Het polymeer bestaat uit zeer veel maar een onbekend aantal (= n) monomeereenheden aan elkaar gekoppeld.Om één polymeermolecuul te maken die bestaat uit n monomeereenheden heb je dus n eenheden etheen en n eenheden tetrafluoretheen nodig.n C2H4 (g) + n C2F4 (g) → (C4H4F4)n (s) of als je een etheen gekoppeld aan tetrafluoretheen als het enige monomeer beschouwt:n C4H4F4 → (C4H4F4)nIn de tekst van de opgave staat dat Tefzel een smeltpunt heeft. Thermoplasten kunnen smelten, thermoharders niet.Tefzel is dus een thermoplast.De temperatuur in graden Kelvin is de temperatuur in graden Celsius + 273.Het stoomkraken vindt dus plaats bij een temperatuur van:850 + 273 = 1123 KBenzine en dieselolie worden gewonnen uit aardolie. Dieselolie bestaat uit grotere moleculen dan benzine (dieselolie 14-18 C-atomen, benzine 5-10 C-atomen). Benzine heeft hierdoor een lager kooktraject en zal dus pas hoger in de destillatiekolom condenseren . Door middel van recyclen/downcyclen van plastic producten. Hierbij wordt het materiaal hergebruikt voor nieuwe producten, waardoor er minder afval wordt geproduceerd.Een andere manier is het verbranden van plastic afval. Hierbij wordt het plastic afgebroken, waardoor het niet in het milieu terechtkomt, alleen komen hierbij wel andere schadelijke stoffen in de atmosfeer.Bij de reactievergelijking van een polymerisatie zet je de formule van het monomeer voor de pijl en die van het polymeer na de pijl.Je hebt veel monomeren nodig om een polymeer te maken. Noteer de formule van het monomeer met een n ervoor.Voor de formule van het polymeer zet je de formule van het monomeer tussen haakjes en noteer je de n als index bij de haakjes.n C8H10O4 → (C8H10O4)n Om het aantal monomeereenheden in een polymeer te berekenen deel je het molecuulgewicht van het polymeer door dat van een monomeereenheid.Bereken het molecuulgewicht van een monomeereenheid van PET:C8H10O4 Gebruik Binas 34: atoommassa’s van C 12,0 u; H 1,0 u; O 16,0 u. M C8H10O4: (8 x 12,0) + (10 x 1,0) + (4 x 16,0) = 170,0 uDeel de molecuulmassa van een molecuul PET (20400 u) door die van een monomeereenheid (170,0) u:20400 / 170,0 = 120 monomeereenheden. De bacteriën breken (micro-plastics) af.Daarbij produceren ze vanilline, wat er voor zorgt dat er minder fossiele brandstoffen hoeven te worden gebruikt voor de productie van vanilline.-De fractie uit de olieraffinaderij die wordt gebruikt om chemicaliën voor medicijnen en de chemische industrie te maken, heet nafta.Door het kraken van bestanddelen uit nafta worden de grondstoffen geproduceerd waaruit vanilline gemaakt kan worden. Octeen is een alkeen met één dubbele binding. Deze hebben de algemene molecuulformule CnH2n. Oct- staat voor acht koolstofatomen. De molecuulformule van octeen is dus C8H16.Beide moleculen ontstaan uit C12H26. Octeen heeft de molecuulformule C8H16. In een reactievergelijking heb je links en rechts van de pijl altijd hetzelfde totale aantal atomen. Om de molecuulformule van het andere molecuul te bepalen trek je dus het aantal atomen in C8H18 van C12H26 af. Dan hou je C4H10 over.C12H26  → C8H16 + C4H10C4H10 voldoet aan de formule CnH2n+2 en is dus een alkaan.Het alkaan met vier koolstofatomen is butaan.Als een binding tussen twee C-atomen breekt kom je twee H-atomen tekort om uitsluitend verzadigde verbindingen te krijgen. Omdat koolstof altijd 4 bindingen maakt, moet er bij het kraken van een alkaan in ieder geval één molecuul met een dubbele binding (een alkeen) ontstaan. Er zijn 7 categorieën waarin recyclebare plastics op basis van hun eigenschappen worden ingedeeld.LDPE is categorie 4.Downcycling is het hergebruiken (recyclen) van plastic (of andere stoffen) voor het maken van andere producten, waarin het materiaal kwalitatief een stuk minder goed is dan het oorspronkelijke product. Het materiaal van het nieuwe product kan vaak niet opnieuw gerecycled worden.De polymeerketens in afbeeldingen b en c hebben lange vertakkingen (zijketens).Deze behoren dus tot LDPE.  Een verbranding is een reactie met zuurstof (O2).Bij de volledige verbranding van een koolwaterstof ontstaat altijd uitsluitend koolstofdioxide (CO2) en water (H2O).Etheen is een alkeen met de molecuulformule C2H4.Zet de juiste stoffen voor en na de pijl... C2H4 + .. O2 → .. CO2 + .. H2O Maak het aantal van elke atoomsoort voor en na de pijl gelijk.C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2OGeef een van de volgende antwoorden:Biologisch afbreekbare materialen hoeven niet verbrand te worden wat minder milieuschade oplevert.Doordat ze afbreekbaar zijn tot kleinere moleculen zijn ze makkelijker te hergebruiken (recyclen), waardoor minder productie van nieuwe chemicaliën nodig is en wat ook minder afval oplevert. Een materiaal wat is opgebouwd uit twee verschillende materialen en de eigenschappen daarvan combineert heet een composiet.Om het massapercentage stikstof in chitosan te berekenen heb je de molecuulmassa van de monomeereenheid van chitosan en de atoommassa van stikstof nodig. Molecuulmassa monomeereenheid chitosan (C6H11O4N):Zoek de atoommassa’s op in Binas 33. C: 12,0 u; H: 1,0 u; O: 16,0 u; N: 14,0 u.Vermenigvuldig ze met het aantal atomen in het molecuul. De molecuulmassa is de som van deze massa’s: M (C6H11O4N) = (6 x 12,0) + (11 x 1,0) + (4 x 16,0) + (1 x 14,0) = 161,0 uVoor het berekenen van het massapercentage deel je de massa van het stikstofatoom door de molecuulmassa. In formulevorm: (massa van het element/M) x 100%Massapercentage stikstof (14,0 / 161,0) x 100% = 8,7%.of met een verhoudingstabel: molecuulmassa (u)161,0114,0percentage (%)1000,68,7Aangezien het polymeer is opgebouwd uit repeterende monomeereenheden is het massapercentage stikstof in chitosan hetzelfde als in een monomeereenheid dus 8,7%.Door de polymeermoleculen onderling te verbinden via atoombindingen kunnen de polymeerketens bij verhitting niet meer langs elkaar schuiven. Het materiaal kan hierdoor niet smelten. Er ontstaat dus een thermoharder.Afbeelding c geeft schematisch een thermoharder weer, waar de polymeerketens (lange slierten) onderling via dwarsverbindingen aan elkaar gekoppeld zijn.