Ander boeke in dié reeks Waarskuwing!! Alle regte voorbehou volgens die Suid-Afrikaanse kopiewet. Geen gedeelte van hiedie boek mag gereproduseer word deur fotokopiëring of enige ander metode sonder skriftelike verlof van die uitgewer en skrywer nie. Enige persoon wat enige ongemagtige optrede uitoefen in verhouding met hierdie publikasie mag onderhewig wees aan kriminele vervolging en siviele eise teen beskadiging. Saamgestel deur: A. Olivier Uitgegee deur: Tel: 074 278 8623/084 808 9606 Faks: 086 596 1071 Epos: admin@amaniyah.co.za Graad 12 Fisiese Wetenskappe Teorie en Werkboek Boek 2 (Chemie) bestaan uit twee dele. Deel 1 behandel Organiese Chemie waar deel 2 Energie by Chemiese Reaksies, Tempo van Chemiese Reaksies, Chemiese Ewewig, Elektrochemie asook Sure en Basisse behandel.
DIE PERIODIEKE TABEL VAN ELEMENTE
INHOUDSOPGAWE EENHEID1 MODULE 1 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] HERSIENING VAN MATERIALE EN KLASSIFIKASIE EENHEID2 TOESTANDE VAN MATERIE EN DIE KINETIESE MOLEKUÊRE TEORIE EENHEID3 Die Materiale Waaruit Stowwe Saamgestel Is Mengsels: Homogeen En Heterogeen Suiwer Stowwe: Elemente En Verbindings Name En Formules Van Stowwe Eienskappe Van Materiale Drie Fases Van Materie Kinetiese Molekulêre Teorie DIE ATOOM BASIESE BOUSTENE VAN MATERIE Atoommodelle Atoommassa En Deursnee Struktuur Van Die Atoom Elektronkonfigurasie 1-5 6-8 9-17 18-22 23-30 31-52 53-57 58-65 66-68 69-76 77-89 EENHEID4 DIE PERIODIEKE TABEL Die Struktuur Van Die Periodieke Tabel Ooreenkomste In Chemiese Eienskappe Onder Elemente Van Groepe 1, 2, 17 en 18 90-120 121-130 EENHEID5 CHEMIESE BINDING Chemiese Binding En Die Lewis Strukture 131-150 MODULE 2 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 2] EENHEID1 DEELTJIES WAARUIT STOWWE OPGEBOU IS Deeltjies Waaruit Stowwe Opgebou Is 151-172
CHEMIESE VERANDERING [DEEL 1] EENHEID2 FISIESE EN CHEMIESE VERANDERING Skeiding Van Deeltjies Tydens Fisiese En Chemiese Verandering 173-186 Behoud Van Atome En Massa 187-199 Voorstelling Van Chemiese Verandering 200-212 EENHEID1 REAKSIES IN WATEROPLOSSINGS MODULE 3 CHEMIESE VERANDERING [DEEL 2] Ione In Wateroplossings 213-216 Elektroliete En Geleidingsvermoë 217-226 Soorte Chemiese Reaksies 227-244 EENHEID2 KWANTITIEWE ASPEKTE VAN CHEMIESE VERANDERING Atoommassa En Die Mol Konsep Verskillende Molverwantskappe Empiriese Formule En Persentasie Samestelling Stigiometriese Berekeninge 245-251 251-260 261-270 271-290 EENHEID1 DIE HIDROSFEER MODULE 4 CHEMIESE STELSELS Interaksies Tussen Die Hidrosfeer En Ander Aarstelsels 290-300
EENHEID1 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] MODULE 1 HERSIENING van materie en klassifikasie DIE MATERIALE WAARUIT STOWWE SAAMGESTEL IS N OORSIG OOR MATERIE Alle voorwerpe wat ons in die wêreld om ons sien bestaan uit materie. Materie is enigiets wat ruimte beslaan en massa het. Materie is opgebou uit verskillende deeltjies. Hierdie deeltjies bepaal die eienskappe van materie en hoe hulle met ander stowwe reageer. Die volgende diagram toon een manier waarop materie geklassifiseer (groepeer) kan word volgens sy verskillende eienskappe. Materie suiwer stowwe (suiker, sout, koper, swawel, silikon) mengsels (soutwater, sand en water) elemente (koper, swawel, silikon) verbindings (suiker, sout) heterogene mengsels (sand en water) homogene mengsels (soutwater) metale (koper) metalloïede (semi-metale) (silikon) nie-metale (swawel) Die klassifisering van materie. EIENSKAPPE VAN MATERIALE Materiale is stowwe wat uit materie saamgestel is. Alles wat ons om ons sien is gemaak van n soort materiaal. Verskillende voorwerpe kan van verskillende soorte materiale gemaak word. Byvoorbeeld, n houtkas ( n voorwerp) is van hout, spykers en skaniere (die materiale) gemaak. In n sandduin is die materiaal waaruit die sandduin bestaan, sand. Die eienskappe van die materiale sal die eienskappe van die voorwerp beïnvloed. In die voorbeeld van die houtkas, sal die sterkte van die hout en metale die kas sterk en duursaam maak. Op dieselfde manier sal die reënjas wat jy in reënweer dra van materiaal gemaak wees wat waterbestand is. Die elektriese drade in jou huis is van metaal gemaak omdat metale n soort materiaal is wat in staat is om elektrisiteit te gelei. Dit is belangrik om die eienskappe van materiale te verstaan, sodat ons dit in ons huise, in die industrie en in ander toepassings kan gebruik. Die eienskappe wat ons kan waarneem wanneer n materiaal op sy eie bestudeer word, word die fisiese eienskappe van die materiaal genoem. Die fisiese eienskappe van n materiaal is makroskopiese eienskappe, d.w.s. eienskappe wat ons met ons vyf sintuie kan ervaar. Sommige fisiese eienskappe van materiale word in die volgende tabel gegee: Fisiese eienskap Betekenis Sterkte Termiese geleiding Of dit n swaar vrag kan ondersteun sonder om te breek, skeur of van vorm verander. Sement en staal is voorbeelde van sterk materiale terwyl papier en lap voorbeelde is van swak materiale. Of dit hitte gelei of nie. Metale gelei hitte en is termiese (hitte) geleiers. Nie-metale soos porselein ( n vorm van keramiek) en plastiek gelei nie hitte goed nie. Hulle staan bekend as termiese (hitte) isolators. Kookpotte en braaipanne word gewoonlik van metale gemaak omdat metale goeie geleiers van hitte is. MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 1
Elektriese geleiding Brosheid Pletbaar Rekbaar Magneties of nie-magneties Digtheid Smelt punt en kook punt Of dit elektrisiteit gelei of nie. n Materiaal wat elektrisiteit kan gelei word n elektriese geleier genoem. Metale is goeie elektriese geleiers. Materiale wat nie n elektriese stroom kan gelei nie word n elektriese isolator genoem. Isolators word gebruik om ons te beskerm teen die gevaarlike uitwerking van elektrisiteit wat deur geleiers vloei. Hoe maklik dit breek (versplinter). Bros materiale breek maklik wanneer hard aan dit gestamp word. Erdewerk en gietyster is voorbeelde van bros materiale. Hoe maklik dit in verskillende vorms gehammer of gerol kan word. Aluminium kan gehammer word tot aluminiumfoelie. Hoe maklik dit tot dun drade uitgerek kan word. Koper word gebruik om koperdraad te maak. Of dit n magneetveld het of nie en sekere metale aantrek of nie. Magnetiese materiale het n magneetveld en kan metale soos yster aantrek. Materiale wat nie deur n magneetveld aangetrek word nie is nie-magnetiese materiale, byvoorbeeld koper, aluminium en plastiek. Is die massa per eenheidsvolume van n voorwerp. n Voorbeeld van n digte materiaal is beton. Metale (bv. koper, lood, silwer) het n hoër digtheid as nie-metale. Die smeltpunt van n materiaal is die temperatuur waarby dit van n vaste stof na n vloeistof verander. Verskillende materiale het verskillende smeltpunte. Byvoorbeeld, die smeltpunt van water is 0 C. Goud smelt by 1 063 C terwyl suurstof by -218 C smelt. Die kookpunt van n materiaal is die temperatuur waarby dit van n vloeistof na n gas verander. Byvoorbeeld, die kookpunt van water is 100 C, yster kook 2 750 C en suurstof by -183 Chemiese eienskappe het weer te doen met hoe die materiaal reageer op ander stowwe. Sal dit brand? Sal dit roes? Sal dit met water, of met n suur reageer? Hierdie vrae is belangrik, veral as die materiaal lank moet hou. Aktiwiteit 1 DIE MATERIALE WAARUIT STOWWE SAAMGESTEL IS 1. Hier is n lys van sommige van die bestanddele van drie verskillende produkte. Hoofpynpoeiers asparien parasetamol kafeïen Koeldrank water, suiker, karamel, kafeïen, fosforsuur Sjokolade suiker, melkpoeier, groentevet, kakao, sout, geurmiddels 1.1 Watter van die bestanddele kom natuurlik voor en watter is preserveermiddels? 1.2 Hoekom gee vervaardigers n lys van bestanddele op houers? 2 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
1.3 Waarom bevat medisyne altyd n inligtingspamfl et? Hoekom dink jy is dit belangrik? 1.4 Doen navorsing in die biblioteek of op die internet oor die veiligheids aspek van die nie-natuurlike bestand dele. Vind uit wat is die doel is van die onatuurlike bestanddeel en hoe veilig is dit om in te neem. Byvoorbeeld, sommige mense is allergies vir sekere geurmiddels en moet dit daarom vermy, terwyl mense met hoë bloeddruk en hartprobleme weer die inname van sout moet verminder. 1.5 Hoe is stowwe voorheen gepreserveer toe daar nog nie kunsmatige preserveermiddels beskikbaar was nie? 2. 2.1 Bestudeer die etikette van vier produkte, bv. op voedselhouers en medisyne bottels en voltooi dan die volgende tabel. Produk Bestanddele 2.2 Wat kan ons afl ei vanaf n lys van bestanddele aangaande die produk in die houer of verpakking? 2.3 Wat is n preserveermiddel? 2.4 Wat is n bymiddel? 2.5 In die voedselproduk(te) wat jy gelys het, watter preserveermiddels en bymiddels is gebruik? MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 3
2.6 Is hierdie preserveermiddels en bymiddels goed vir jou? Is daar natuurlike alternatiewe (natuurlike alternatiewe word gewoonlik gebruik deur die mense van inheemse groepe)? 3. Hier is sommige woorde wat party fi siese eienskappe beskryf: elektriese geleier, termiese geleier, hoë smeltpunt, deurskynend, bros, dig, hard, pletbaar, hoë kookpunt, buigbaar, fl ambaar. 3.1 Gebruik n woordeboek, handboek of die internet om die betekenis van elke word te vind. elektriese geleier: termiese geleier: hoë smeltpunt: deurskynend: bros: dig: hard: pletbaar: _ hoë kookpunt: buigbaar: fl ambaar: 4 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
3.2 Voltooi die volgende tabel vir die eienskappe van verskillende materiale. Metale Nie-metale Fisiese eienskappe Metale bv.: koper goud Keramiek bv.: porselein baksteen Plastiek bv.: politeen bakeliet Vesel bv.: sy katoen Voorkoms Pletbaar Smeebaar Digtheid Smelt- en kookpunte Elektriese- en hitte geleiding Hardheid, sterkte en buigsaamheid 4. Twee stowwe, X en Y, het die fi siese eienskappe soos in die tabel hieronder getoon. Stof Digtheid (kg.m -3 ) Kookpunt ( C) Smeltpunt ( C) Elektriese geleiding Termiese geleiding X 1,4-183 -214 Laag Laag Y 4200 2270 232 Hoog Hoog 4.1 Watter stof, X of Y, is n metaal? Verduidelik jou antwoord. _ 4.2 Skryf drie ander fi siese eienskappe neer wat die metaal het behalwe dié wat in die tabel gelys word. 5. Noem die materiale wat gebruik word om elk van die gemerkte gedeeltes van die motorkar soos hier getoon, te vervaardig. Verduidelik hoekom hierdie materiale gebruik word. windskerm motorbak bande MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 5
MENGSELS MENGSELS: HOMOGEEN EN HETEROGEEN Mengsels kom oral voor - daar is n mengsel van vleis en groente in n bredie; n koppe koffie is gewoonlik n mengsel van melk, suiker, water en koffiepoeier; die lug wat ons inasem, is n mengsel van verskillende gasse. n Mengsel is n kombinasie van twee of meer suiwer stowwe, waar hierdie stowwe nie aanmekaar gebind (of verbind) is nie. Elke stof in die mengsel behou nog sy eie besondere eienskappe. n Koffie-en n voedselmengsel. Die deeltjies van elke stof is fisies gemeng, maar nie chemies aanmekaar verbind nie. Die lug wat ons inasem is byvoorbeeld n mengsel van suurstof, stikstof en ander gasse. Vloeistowwe wat ons drink, bevat vaste stowwe en gasse. Baie van die materiale wat ons daagliks gebruik, is mengsels. n Mengsel het die volgende eienskappe: Die stowwe in n mengsel kan in enige verhouding gemeng word. Veronderstel jy het n 250 cm 3 beker met water. Dit maak nie saak of jy 20 g, 40 g of 100 g of enige ander massa sand by die water gooi nie; dit sal steeds n mengsel van sand en water genoem word. Die stowwe in n mengsel behou hulle afsonderlike eienskappe. In die voorbeeld wat ons gebruik het van sand en water, het nie een van die twee stowwe op enige manier verander toe hulle gemeng is nie. Alhoewel die sand in die water is, behou dit steeds dieselfde eienskappe as wat dit uit die water was. Stowwe in n mengsel kan deur meganiese skeidingsmetodes geskei word (soos filtrasie, verdamping, distillasie en handsortering). Om iets deur meganiese metodes te skei beteken dat daar geen chemiese proses betrokke is nie. In ons sand en water voorbeeld is dit moontlik om die mengsel te skei deur die water deur n filter te gooi. Iets fisies is met die mengsel gedoen eerder as wat iets chemies plaasgevind het. Ons kan mengsels in twee hoofsoorte indeel, naamlik: homogene en heterogene mengsels. HOMOGENE EN HETEROGENE MENGSELS Homogene mengsel n Homogene mengsel is een waarvan die samestelling uniform is (dwarsdeur dieselfde is) en die verskillende komponente van die mengsel nie gesien kan word nie. In n homogene mengsel kom die stowwe saam in een fase voor en kan nie maklik onderskei word nie. Lug is n homogene mengsel van verskillende gasse aangesien ons nie die gasse in die mengsel kan onderskei nie. Soutwater is ook n homogene mengsel aangesien ons nie die sout in die water kan sien nie. Staal, n mengsel van yster en koolstof, is n homogene mengsel van twee stowwe. Heterogene mengsels n Heterogene mengsel is een waarvan die samestelling nie uniform is nie (nie dwarsdeur dieselfde is nie) en die verskillende komponente van die mengsel kan gesien word. In n heterogene mengsel kom die stowwe in meer as een fase voor en kan hulle maklik onderskei word. n Mengsel van sand en water is heterogeen, omdat ons die water sowel as die sand in die mengsel kan sien. Ander voorbeelde van heterogene mengsels is grondbone en rosyne, hoendernoedelsop, slaaisous en stof in die lug. Soutwater (sout en water) Staal (yster en koolstof) Modder (sand en water) Slaaisous (olie,asyn,water en slaaisous) 6 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
Aktiwiteit 2 MENGSELS: HOMOGEEN EN HETEROGEEN 1. Wat is n mengsel? 2. Noem drie eienskappe van n mengsel. Gebruik telkens jou eie voorbeeld om elke eienskap toe te lig. 3. Watter van die volgende stowwe is mengsels? kraanwater, brons (allooi van koper en tin), sement, aluminium, Coca cola, distilled water 4. Onderskei tussen n homogene en n heterogene mengsel. Homogene mengsel: Heterogene mengsel: 5. Maak mengsels van die volgende stowwe en voltooi die tabel: sand in water kaliumdichromaatkristalle (K 2 Cr 2 O 7 ) in water jodium in etanol jodium in water olie in water sout in water Mengsel Sand en water Kaliumdichromaat in water Jodium in etanol Jodium in water Olie in water Sout in water Homogeen of Heterogeen Is die deeltjies sigbaar? MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 7
6. Klassifi seer elk van die items in die volgende tabel as n homogene mengsel of heterogene mengsel. Verstrek elke keer n rede vir jou keuse. Item 6.1 Melk 6.2 Kraanwater 6.3 Vlekvrye staal 6.4 Lug 6.5 Bloed 6.6 Baksteen 6.7 Groentesop 6.8 Tee & Melk 6.9 Hout 6.10 8 Karaat oorring 6.11 Koffi e en suiker 6.12 Platinum erts Homogene- of Heterogene mengsel Rede 7. Klassifi seer elk van die volgende items as n homogene mengsel of heterogene mengsel 7.1 Skottelgoedreiniger 7.2 Coca-cola koeldrank 7.3 Yswater 7.4 Graanvlokkies 7.5 Heuning 7.6 Soutoplossing 7.7 Piouterbeker (tin) 7.8 Mengelslaai 7.9 Sterling- (suiwer) silver 7.10 Tamatiesous 7.12 Skoon lug 7.13 Bleikmiddel 8 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
SUIWER STOWWE: ELEMENTE EN VERBINDINGS SUIWER STOWWE Materie kan in twee kategorieë verdeel word: mengsels en suiwer stowwe. Enige materiaal wat nie n mengsel is nie, word n suiwer stof genoem. Suiwer stowwe sluit in elemente en verbindings. Dit is moeilik om n suiwer stof in kleiner eenhede op te breek en ingewikkelde chemiese metodes is nodig om dit te kan doen. Materie Suiwer stowwe (suiker, sout, koper, koolstof, silikon) Mengsels elemente (koper, koolstof, silikon) verbindings (suiker, sout) n Suiwer stof is n enkele stof wat nie met enige iets anders gemeng is nie. Wit suiker is n suiwer stof. Die etiket op n pak wit suiker sê suiwer geraffinieerde rietsuiker. Dit beteken daar is geen ander stowwe teenwoordig nie. Diamant is nog n voorbeeld van n suiwer stof, dit bestaan net uit koolstof. Daar word baie min suiwer stowwe in die natuur gevind, die meeste is onsuiwer kom voor in die vorm van mengsels. Die lug wat ons inasem is nie suiwer nie. Lug is mengsel van gasse soos koolstofdioksied, suurstof, stikstof en waterdamp. Dit is belangrik om die suiwerheid van n stof te bepaal. Voedsel en medisyne moet getoets word vir suiwerheid voordat dit verkoop word. Onsuiwerhede daarin kan skadelik en giftig wees. In die elektroniese industrie moet mikroskyfies van suiwer silikon gemaak word. Enige onsuiwerhede in die skyfies kan grootliks hul effektiwiteit beïnvloed. 1. Herkenning van suiwer stowwe n Manier om te bepaal of n stof suiwer is, is om na sy smelt- en kookpunte te kyk of deur chromatografie te gebruik. 1.1 Smelt- en kookpunte as bewys van suiwerheid n Suiwer stof het vaste smelt- en kookpunte. Die smeltpunt van n stof is die temperatuur waarteen n vaste stof in n vloeistof verander. Die kookpunt van n stof is die temperatuur waarteen n vloeistof in n gas verander. Die smelt- en kookpunte van suiwer stowwe is uniek, geen ander stof het hierdie waardes nie. Enige teenwoordigheid van onsuiwerhede verlaag die smeltpunt van n vaste stof en veroorsaak dat dit oor n reeks van temperature kan smelt. n Voorbeeld is om sout op ys te gooi. Suiwer ys smelt by presies 0 C (by atmosfeerdruk). Wanneer sout bygevoeg word, verlaag dit die smeltpunt van die ys na waardes tussen -5 C tot -25 C afhangende van die kwaliteit van die sout. Hierdie gedrag van die sout-ys mengsel is die rede waarom sout op die paaie in lande waar dit baie sneeu gegooi word, om die ys te smelt. Vaste stowwe moet baie suiwer wees om by hul ware smeltpunt te smelt. Ons kan dus uitvind of n stof suiwer is deur sy smeltpunt te meet. Enige teenwoordigheid van onsuiwerhede verhoog die kookpunte van n vloeistof wat veroorsaak dat die stof oor n temperatuurreeks kan kook. Suiwer water kook by 100 C (by atmosfeerdruk). Tog, wanneer sout bygevoeg word, verhoog dit water se kookpunt. Mengsels het nie vaste eienskappe nie omdat hulle samestellings kan verskil. Dus het hulle ook nie vaste smelt- en kookpunte nie. Byvoorbeeld, petrol is n mengsel en het kookpunte binne die temperatuurreeks 35 C tot 75 C. Kerswas (parrafienwas) is ook n mengsel en het n smeltpunt binne die reeks 50 C en 60 C. Ons kan dus ook uitvind of n stof suiwer is deur sy kookpunt te meet. 1.2 Chromatografie as bewys van suiwerheid Chromatografie is die proses waar stowwe in hul verskeie komponente geskei word. Daar is verskillende soorte chromatografie tegnieke, soos papierchromatografie, gaschromatografie, vloeistofchromatografie en kolomchromatografie. Chromatografie kan gebruik word om te bepaal of n stof suiwer is of nie, deur byvoorbeeld n mengsel van kleursels of gekleurde stowwe te skei wat in voedsel en medisyne aangetref word. Die meeste lekkers wat ons eet bevat voedselkleursel wat nie suiwer is nie maar n mengsel is van kleurstowwe met verskillende kleure. Swart ink in oplosbare inkpenne is ook nie suiwer nie, maar is n mengsel van verskillende kleure kleurstowwe. Papierchromatografie kan nou gebruik word om die verskillende kleurkomponente in voedselkleursel en swart ink hul verskeie kleure te skei en te identifiseer. MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 9
n Oplossing van die voedselkleursel (of swart oplosbare ink) word op n potloodlyn naby die onderkant van n strook chromatografiepapier (filtreerpapier) geplaas. Die chromatografiepapier word in n houer wat n oplosmiddel (bv. etanol of water) bevat geplaas, met die oplossingsvlak onder die kol. Die oplosmiddel word deur die papier opgesuig en beweeg op in die papier. Die kleurstowwe van die kleursel op die potloodlyn los in die oplosmiddel op en beweeg in die papier op teen verskillende spoed. Die kleurselstof wat nie baie oplosbaar in die oplosmiddel is nie sal nie so ver op in die papier Gebruik van chromatografie om die kleure in voedselkleursel of ink te skei. beweeg nie. n Kleurselstof wat baie goed oplosbaar is in die oplosmiddel sal verder in die papier op beweeg. Gekleurde kolle (verskillende kleurkolle) word op verskillende plekke op die papier waargeneem. Dit toon aan dat die kleursel nie suiwer is nie maar dat dit mengsel van verskillende kleure kleurstowwe is. Die chromatografiepapier met die aparte kleurkomponente word n chromatogram genoem. Indien daar slegs een kol op die chromatogram is, beteken dit dat die kleursel suiwer is en slegs een kleur bevat. ELEMENTE 1. Wat is n element? Elemente is die mees basiese stowwe waaruit alle stowwe opgebou word en is die boublokke van die heelal. n Element is n suiwer stof wat nie deur chemiese metodes in eenvoudiger stowwe opgebreek kan word nie. Die kleinste deeltjie van n element is die atoom. Atome van n spesifieke element is identies aanmekaar maar verskil van alle ander elemente. n Goud atoom is anders as n lood atoom, wat op sy beurt anders is as n waterstofatoom. 1.2 Chemiese simbole van elemente Tans is daar is 118 elemente bekend waarvan 112 amptelik name het en 94 natuurlik voorkom. Die ander is kunsmatig deur die mens gemaak. Deur die jare het chemici n tabel van elemente saamgestel wat n handige hulpmiddel is om formules op te bou en die eienskappe van elemente te verstaan. Hierdie tabel word die Periodieke Tabel van Elemente genoem, waar elke element voorgestel word met n chemiese simbool. n Volledige stel van al die chemiese elemente word in die Periodieke Tabel voor in die boek gegee. Die simbool vir n element is dikwels net een letter van die Engelse naam. Indien daar meer as een element is wat met daardie letter begin, word dan twee letters van die naam gebruik. Die eerste letter is altyd n hoofletter en die tweede n kleinletter. Kyk na die voorbeelde in die linkerkantste tabel hieronder. Element Simbool Element Latynse naam Simbool Koolstof C Koper cuprum Cu Kalsuim Ca Yster ferrum Fe Swawel S Lood plumbum Pb Silikon Si Goud aurum Au Sommige elemente het egter onverwagte simbole. Dit is omdat hierdie elemente, wat oor baie jare bekend is, Latynse name het wat lank gelede aan hulle gegee is en waarvan die simbole van hierdie name afgelei is. Die regterkantste tabel hierbo toon n paar voorbeelde. n Verbinding is n stof wat uit twee of meer verskillende atome bestaan en wat chemies saamam - gebind is in n enkele stof. VERBINDINGS Die atome in n verbinding word altyd in dieselfde verhouding teenwoordig. Byvoorbeeld, die verhouding van waterstof en suurstof in water is 2:1. n Kombinasie van chemiese simbole verteenwoordig n verbinding, soos water (H 2 O), tafelsout (NaCl), suiker (C 12 H 22 O 11 ) en koolstofdioksied (CO 2 ). n Verbinding kan soms opgebreek word tot die elemente waaruit dit bestaan deur die verbinding te verhit of om n elektriese stroom daardeur te stuur. Byvoorbeeld, elektrolise ontbind water (breek water op) tot waterstof en suurstof. 10 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
MIKROSKOPIESE VOORSTELLING VAN ELEMENTE, VERBINDINGS EN MENGSELS Dit is nie altyd moontlik om na n stof te kyk en dan te besluit of dit n suiwer stof of n homogene mengsel en of dit n element of verbinding is nie. Om n besluit te kan maak is dit belangrik om te weet uit watter soort atome die verbinding bestaan en hoe hulle saamgebind is. Atome en molekule bepaal n stof se mikroskopiese struktuur. Mikroskopiese struktuur impliseer nie dat ons die atome deur n mikroskoop kan sien nie, maar dat ons n prentjie in ons brein maak (voorstelling of gedagtebeeld) van hoe die atoom of molekulêre struktuur lyk. Die enigste elemente wat as enkele atome kan bestaan is die elemente van Groep 18 (Groep VIII): helium, argon, kripton, xenon en radon. Hierdie elemente word die edelgasse genoem. n Diagram van n mikroskopiese voorstelling van n edelgas word in Figuur (1) getoon. Die diagram toon dat die atome ver vanaf mekaar is. Dit is altyd waar vir gasse (tensy hulle onder druk verkeer). Figuur (1) n Mikroskopiese voorstelling van n edelgas. Figuur (2) Diatomiese molekule van n gasagtige element. Figuur (3) Diatomiese molekule van n gasagtige verbinding. Waterstof, suurstof, stikstof en die Groep 17 (Groep VII) elemente bestaan uit diatomiese molekule waarin twee van dieselfde atome saamgebind is: H 2, O 2, N 2, F 2, Cl 2, I 2, Br 2, en I 2. Al hierdie elemente is gasse by kamertemperatuur, behalwe broom, wat n bruin vloeistof is en jodium, wat n pers vaste stof is. n Mikroskopiese voorstelling van die diatomiese molekule van n gasagtige element word in Figuur (2) hierbo getoon. Figuur (3) toon n mikroskopiese voorstelling van molekule van n gasagtige verbinding waarin twee verskillende elemente saamgebind is om n diatomiese molekuul te vorm, soos HCl of HBr. Mikroskopiese voorstellings van gasagtige mengsels van (a) elemente, (b) verbindings, en (c) n element en n verbinding word in Figuur (4) hieronder getoon. (a) Elemente (b) Verbindings (c) Element en Verbinding Figuur 4 : Gasagtige mengsels van (a) elemente, (b) verbindings en (c) n element en verbinding. Aktiwiteit 3 SUIWER STOWWE: ELEMENTE EN VERBINDINGS 1. Wat is n suiwer stof? 2. Klassifi seer die volgende stowwe as n mengsel of suiwer stof. Mengsel of suiwer stof Stof 2.8 sout opgelos in water 2.9 skottelgoedwater 2.10 hout 2.11 sodawater 2.12 lug 2.13 diamant 2.14 groentesop Mengsel of suiwer stof Stof 2.1 suiker 2.2 melk 2.3 tee met melk 2.4 glas 2.5 multivitamine tablet 2.6 aluminiumfoelie 2.7 vlekvrye staal MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 11
Stof 2.15 sement 2.16 bloed 2.17 kraanwater 2.18 polistireen 2.19 wyn Mengsel of suiwer stof Stof 2.20 gouderts 2.21 kleurstowwe 2.22 koperdraad 2.23 bruismeel 2.24 brons Mengsel of suiwer stof 3. Noem twee kriteria wat gebruik kan word om te bepaal of n stof suiwer is of nie. 4. Onderskei tussen die smeltpunt en kookpunt van n stof. 5. Die smelt- en kookpunte van suiwer stowwe is uniek. Lewer kommentaar op die geldigheid van hierdie stelling. 6. Watter uitwerking het onsuiwerhede op die smelt- en kookpunte van n suiwer stof? Lig jou antwoord toe met behulp van n voorbeeld. 7. Tydens n bespreking oor die gebruik van sout het twee leerders die volgende te kenne gegee: Ys smelt vinniger as sout bygevoeg word. vergruisde vergruisde ys ys vergruisde ys ys met sout met sout Om hul voorspelling te toets het hulle die volgende eksperiment gedoen: Stap 1. Twee tregters is opgestel met versgruisde ys. 2. Tafelsout is op die ys in een tregter gegooi. 3. Water van die gesmelte ys word vergader. 4. Die volume water was elke minuut genoteer. 7.1 Noem een voorsorgmaatreël wat getref moet word in Stap 1 om dit n billike toets te maak. 7.2 Die volume water wat vergader is vanaf die ys sonder bygevoegde sout word in die volgende tabel gegee. Tyd Volume water Gebruik die inligting en teken n grafiek van volume in cm 3 (die afhanklike veranderlike dus op die y-as) teenoor tyd in minute (die (minute) vergader (cm 3 ) onafhanklike veranderlike, op die x-as) om aan te toon hoeveelheid 1 2 water vergader is. Benoem dit lyn A. 2 4 3 7 4 9 5 11 6 14 12 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
7.3 Die volume water wat in die tweede houer vergader is bewys dat die leerders se voorspelling korrek is. Teken n ander grafi eklyn (op dieselfde assestelsel) om hierdie resultaat aan te toon. Benoem dit lyn B. 7.4 Hoekom smelt die ys baie vinniger as sout daarop gegooi word? 7.5 Noem EEN nadeel vir die gebruik van sout op ysige paaie. 8. Doen jou eie papier-chromotografi e. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (1) Kry die volgende bymekaar: beker, potlood, houer met water, filtreerpapier, kleurpenne wat wateroplosbaar is (bv. transparantpenne), Smarties of M&M s. (2) Trek n lyn met die potlood op een van die filtreerpapiere (ongeveer 1cm vanaf die onderkant). (3) Maak n kol met n kleurpen op die potloodstreep. Of maak n Smartie (M&M) nat en maak daarmee n kol op die podlood streep. (4) Gooi n klein hoeveelheid water in die beker. Maak seker dat die water se vlak laag genoeg is sodat die kol op die papier bokant die watervlak is. (5) Plaas die fi ltreerpapier versigtig in die water en maak seker dat dit vertikaal is. Heg die boonste punt van die fi ltreerpapier aan n potlood of glasstafi e vas wat bo op die beker rus (6) Laat staan die fi ltreerpapier vir n paar uur en neem waar wat gebeur het. (7) Herhaal met ander kleur penne (Smarties of M&M). 8.1 Vir n spesifi eke kleur pen (bv. swart) of Smartie/M&M (bv. bruin), hoeveel kleure is geskei? Noem die kleure. 8.2 Wat dien as oplosmiddel vir die ink (kleursel)? 8.3 Hoekom het party inkpenne se ink (kleursel van Smarties/M&M s) geskei? MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 13
8.4 Hoekom het sekere kleure n groter afstand beweeg? 8.5 Maak n gevolgtrekking. 9. n Jong kind ontwikkel n uitslag elke keer wanneer hy n pakkie lekkers eet van n spesifi eke handelsnaam waarvan die lekkers intens gekleur is. Die plaaslike voedselinspekteur besluit om papier-chromatografie te gebruik om die lekkers te toets vir die teenwoordigheid van verbode voedselkleurstowwe. Sy gebruik etanol as n oplosmiddel. Die chromatogram wat sy verkry het word langsaan getoon. potloodlyn rooi geel blou groen rooi geel groen oranje rooi geel blou lekker lekker lekker lekker toelaatbare voedselkleurstowwe kleurstowwe uit die lekkers onttrek verbode voedselkleurstowwe 9.1 Verduidelik hoekom n potlood eerder as n ander skryfinstrument gebruik is om die beginlyn te trek 9.2 Watter lekker(s) bevat slegs n enkele kleur kleurstof in sy kleursel (is n suiwer stof)? 9.3 9.3.1 Hoe is die kleur vir die groen lekkers verkry? 9.3.2 Bevat die groen lekkers toelaatbare of verbode kleurstowwe? 9.4 Watter besluit moet die voedselinspekteur maak oor die verkoop van hierdie lekkers? Verduidelik jou antwoord. 10. Die voedseletiket van n gekonsentreerde vrugtekoeldrank word hier getoon. 10.1 Is die koeldrank n suiwer stof of n mengsel? Verduidelik jou antwoord. 14 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
10.2 As voedseltegnoloog wil jy die suiwerheid van die kleursel in die kloeldrank toets. Stel n geskikte metode voor. 10.3 Beskryf hoe jy sal weet of die kleursel suiwer is of nie. 10.4 Noem een voordeel deur van gebruik te maak die metode in 10.2 genoem om onbekende komponente in n mengsel te identifi seer. 11 11.1 Verduidelik die term element. 11.2 Skryf die simbole en name van die eerste 20 elemente op die Periodieke Tabel neer. 12. Vitamien B12 is n wateroplosbare vitamien met n belangrike rol in die normale funksionering van die brein en senuweestelsel, en vir die vorming van bloed. 12.1 Skryf die simbole en name neer van die elemente wat in Vitamien B12 voorkom. 12.2 Is Vitamien B12 n element of n verbinding? Verduidelik. C 62 H 87 N 14 O 14 PCo MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 15
13. Wat is n verbinding? 14. Klassifi seer elk van die volgende homogene mengsels, heterogene mengsels, elemente of verbindings. Stof 14.1 Koolstofdioksied (droë ys) 14.2 Grond 14.3 Bad olie 14.4 Melk 14.5 Soutwater 14.6 Grondboontjies en rosyne 14.7 Kraanwater 14.8 Petrol 14.9 Staal 14.10 Koperdraad 14.11 Appelpastei 14.12 Koeksoda 14.13 Groentesop 14.14 Suiker 14.15 Gedistillerde water 14.16 Ink 14.17 Springmielies 14.18 Pizza 14.19 Blik met verskillende koekies 14.20 Magnesium lint Mengsel: homogeen/hetrogeen Suwer stof: element/verbinding 15. Kies uit die volgende lys die byskrif wat by elk van die prentjies hieronder sal pas en skryf dit onder die prentjie neer. Element Mengsel van verbindings Verbinding Mengsel van elemente en verbindings Mengsel van elemente Elke sirkel stel n atoom voor. Elke verskillende kleur verteenwoordig n verskillende soort atoom. Wanneer twee atome raak, is hulle saamgebind. 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 16 MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]
15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 15.12 15.13 15.14 15.15 16. Wanneer suiker sterk verhit word, breek dit op in water en koolstof. Die chemiese formule vir suiker is C 12 H 22 O 11. 16.1 Wat is n atoom? 16.2 Hoeveel atome is daar altesaam in een suikermolekuul? 16.3 Noem die elemente van die atome wat in suiker teenwoordig is neer. 16.4 Is suiker n verbinding of mengsel? 16.5 Gee twee redes vir jou antwoord in Vraag 16.4. 16.6 Noem DRIE fi siese eienskappe van suiker. MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1] 17
NAME EN FORMULES VAN STOWWE Ons weet reeds dat suiwer stowwe volgens hulle samestelling as elemente of verbindings geklassifiseer kan word. Omdat verbindings n samestelling van die simbole van twee of meer elemente is, word verbindings voorgestel deur die samestelling van die simbole van elemente wat daarin voorkom. Dit word n chemiese formule genoem. Die formule van n verbinding dui aan: - die elemente waaruit die verbinding saamgestel is. - die verhouding waarin die atome van die verskillende elemente verbind het om die verbinding te vorm. H 2 O is die formule vir water. Dit bestaan uit waterstof- en suurstofatome wat in die verhouding 2:1 gebind is. formule is H 2 O water 2 waterstofatome 1 suurstofatoom CO 2 is die formule vir koolstofdioksied. Dit bestaan uit koolstof- en suurstofatome wat in die verhouding 1:2 gebind is. formule is CO 2 1 koolstofatoom 2 suurstofatome koolstofdioksied NH 3 is die formule vir ammoniak. Dit bestaan uit waterstof- en stikstofatome wat in die verhouding 3:1 gebind is. formule is NH 3 1 stikstofatoom 3 waterstofatome ammoniak CaO is die formule vir kalsiumoksied met 1 kalsiumatoom en 1 suurstofatoom. CaSO 4 is die formule van kalsiumsulfaat met 1 kalsiumatoom, 1 swawelatoom en 4 suurstofatome. Ca(OH) 2 is die formule vir kalsiumhidroksied met 1 kalsiumatoom, 2 suurstofatome en 2 waterstofatome. (Die 2 vermenigvuldig alles tussen hakies. Daar is dus 2 suurstofatome en 2 waterstofatome) NH 4 NO 3 is die formule vir ammoniumnitraat met 2 stikstofatome, 4 waterstofatome en 3 suurstofatome. Daar is n paar algmene reëls wat ons gebruik om verbindings te benoem. (1) Baie stowwe wat reeds bekend is oor baie jare, soos water (H 2 O) en ammoniak (NH 3 ) het traddsonele name (gewone name). (2) Wanneer daar slegs twee elemente in die formule is, sal die naam op -ied eindig. (3) Die element wat links in die Periodieke Tabel is (gewoonlik die metaal) word eerste genoem wanneer die verbinding benoem word. Voorbeeld: In natriumchloried (NaCl), is natrium (Na) links in die tabel, terwyl chloor (Cl) regs is. Daar is slegs twee simbole in die formule van NaCl, die naam, natriumchloried, eindig op -ied. (4) Voorvoegsels (woorde wat voor die element se naam kom) word gebruik om die verhouding aan te dui waarin die elemente in die verbinding voorkom. Voorbeeld: In stikstofdioksied (NO 2 ) is die verhouding van stikstof tot suurstof 2:1. Vir stikstofmonoksied (NO) is daar een stikstofatoom vir elke suurstofatoom. (5) n Verbinding kan poli-atomiese ione of meeratomige ione bevat. Vir poli-atomiese ione, wanneer n metaal met suurstof verbind om n negatiewe ioon te vorm, sal die naam op -aat of -iet eindig. Die ioon met meer suurstofatome eindig met -aat. 18 Voorbeeld: Magnesiumsulfaat (MgSO 4 ) en magnesiumsulfiet (MgSO 3 ). (6) Metale van die oorgangslemente kan ione met verskillende positiewe ladings vorm. Die positiewe lading word dan aangedui deur n Romeinse syfer tussen hakkies direk na die naam van die metaal. Voorbeeld: Koper(II)chloried (CuCl 2 ) en koper(iii)chloried (CuCl 3 ). (7) Sure het gewoonlik waterstof (H) as eerste deel van hulle chemiese formules. Voorbeeld: Soutsuur (HCl), salpetrsuur (HNO 3 ) en swawelsuur (H 2 SO 4 ). (8) Die hidroksiede het n hidroksied (-OH) aan die einde. Voorbeeld: Natriumhidroksied (NaOH) en kaliumhidroksied (KOH) Voorvoegsel Betekenis Mono- Een Di- Twee Tri- Drie Tetra- Vier Penta- Vyf Voorvoegsels MATERIE EN MATERIALE [DEEL 1]