Basiskennis chemie/Classificatie van stoffen/Stoffen
Classificatie
bewerkenIn de chemie staan stoffen centraal. Stoffen kunnen op veel verschillende manieren in groepen verdeeld worden. Onderstaande verdelingen zijn de meest gebruikelijke in de chemie.
Zuivere stoffen en mengsels
bewerken- Mengsels: Een mengsel is een stof die bestaat uit twee of meer zuivere stoffen welke fysisch zijn gemengd. Zie verder mengsels.We onderscheiden naar samenstelling:
- Zuivere stoffen: Een zuivere stof bestaat uit één stofsoort en kan verder worden onderverdeeld in:
- Elementen: Een enkelvoudige stof bestaat uit één atoomsoort. Sommige elementen kunnen verschillende zuivere stoffen vormen, allotropen genaamd. Dit is het gevolg van verschillende kristalstructuren of gassen die de atomen kunnen vormen. Bijvoorbeeld grafiet en diamant zijn beide allotropen van het element koolstof, zuurstofgas en ozon zijn beide allotropen van het element zuurstof. De edelgassen komen in de natuur voor als losse ongebonden atomen.
- Verbindingen: In een verbinding treffen meer dan één element aan. De elementen komen wel in een vaste verhouding voor. De verschillende atomen zijn met elkaar verbonden. De manier van verbinding tussen de atomen kan verschillen.
Elementen en verbindingen
bewerken- Elementen bestaan uit slechts één soort atomen.
- Verbindingen bestaan uit meerdere soorten atomen.
De elementen die in een verbinding aangaan kunnen onveranderd in eigenschappen en hoeveelheden worden teruggewonnen. Dit heet de wet van elementenbehoud en berust op de onveranderlijkheid en onvergankelijkheid van de atomen waaruit een element bestaat. Een verbinding ontstaat door een reactie tussen stoffen, maar het resultaat is een stof die niet meer bestaat uit de reagerende stoffen maar uit de elementen van de reagerende stoffen. Bijvoorbeeld kooldioxide is een stof die bestaat uit de elementen koolstof en zuurstof en die ontstaat uit de reactie van stoffen met het element koolstof en zuurstof. De eigenschappen van kooldioxide zijn daarom niet af te leiden uit de eigenschappen van koolstof en zuurstof. Dit is ook de achtergrond van het verschil tussen een verbinding bestaande uit natrium en chloor, keukenzout, die volstrekt onschadelijk is, terwijl chloorgas dodelijk is en natrium een zeer reactief en brandbaar metaal. Keukenzout bevat namelijk niet de stof chloorgas, maar het element chloor. Het bevat niet het metaal natrium, maar het element natrium.
Soort binding tussen de atomen
bewerkenEen binding tussen atomen is alleen mogelijk via de elektronen van de buitenste schil.[1] Daar zijn twee mogelijkheden voor:
- het elektron wordt helemaal van het ene atoom op het andere overgedragen of
- twee (heel soms meer) atomen gaan elektronen delen.
Het delen, afstaan of opnemen van elektronen stopt als de elektronenverdeling om het atoom die van een van de edelgassen bereikt, de edelgasconfiguratie. Het opnemen of afstaan van elektronen kan ook eerder stoppen. Meer dan 4 elektronen worden zelden opgenomen, afgestaan of gedeeld.
Losse atomen
bewerkenLosse atomen komen we alleen tegen bij de edelgassen. De atomen van deze gassen hebben een valentieschil die vol is, zoals helium en neon, of voorlopig vol: argon, krypton, xenon, radon en oganesson. Deze atomen vormen daardoor moeilijk verbindingen. Door het afstaan of opnemen van elektronen raken ze juist hun edelgasconfiguratie kwijt.
zouten
bewerkenZouten ontstaan door overdracht van elektronen van het ene atoom op het andere. Hierdoor ontstaan geladen deeltjes. Het atoom dat een of meer elektronen afstaat wordt positief geladen, een atoom dat elektronen opneemt wordt negatief geladen. Het gaat hier altijd om stoffen die uit meerdere soorten atomen bestaan, dus verbindingen. Deze verbindingen worden in het hoofdstuk zouten verder besproken. Een van de meest opvallende eigenschappen van zouten is het feit dat in gesmolten toestand en in oplossingen de geladen deeltjes onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen.
Moleculaire stoffen
bewerkenMoleculaire stoffen ontstaan als atomen elektronen niet compleet van elkaar overnemen, maar met elkaar delen. Het geheel van atomen die elektronen met elkaar delen wordt molecuul genoemd. De elektronen worden niet met alle atomen in het molecuul gedeeld. Meestal beperkt het delen zich tot twee of drie atomen. Een atoom kan wel zijn elektronen delen met verschillende andere atomen, waardoor moleculen van soms wel meer dan een miljoen atomen ontstaan (bijvoorbeeld: DNA).
Een direct gevolg daarvan is dat in in tegenstelling tot de zouten de verschillende atomen nu niet meer onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. In oplossingen, als vloeistof of als gas vinden we steeds dezelfde groepjes atomen die als één geheel bewegen. Vooral in de organische chemie (zie hieronder of het hoofdstuk speciaal over organische chemie) treffen we dit type verbinding aan. In de paragraaf Moleculaire Stoffen wordt verder ingegaan op een aantal aspecten van moleculaire stoffen.
Zoals hierboven al is gemeld vormen de edelgassen geen moleculen, als element treffen we ze alleen aan als losse atomen. De andere gasvormige elementen en een aantal niet-metalen vormen in zowel de vaste, de vloeibare als de gasfase moleculen:
| Naam | Formule | Omschrijving | Dijoodmoleculen in een joodkristalvorm |
|---|---|---|---|
| Diwaterstof | H2 | Twee waterstofatomen aan elkaar | 
|
| Distikstof | N2 | Twee stikstofatomen aan elkaar | |
| Dizuurstof | O2 | Twee zuurstofatomen aan elkaar | |
| Difluor | F2 | Twee fluoratomen aan elkaar | |
| Dichloor | Cl2 | Twee chlooratomen aan elkaar | |
| Dibroom | Br2 | Twee Broomatomen aan elkaar | |
| Dijood | I2 | Twee joodatomen aan elkaar | |
| Ozon | O3 | Drie zuurstofatomen aan elkaar | |
| Tetrafosfor | P4 | Vier fosforatomen aan elkaar | |
| Octazwavel | S8 | Acht zwavelatomen aan elkaar |
Metalen
bewerken
Bij metalen worden de elektronen in de valentieschil ook gedeeld. Maar in tegenstelling tot de moleculaire stoffen worden de elektronen gedeeld met alle metaalatomen in het stuk(je) metaal. In de paragraaf over metalen wordt dieper ingegaan op de gevolgen van dit verschijnsel. In de figuur hiernaast wordt aangegeven hoe de elektronen zich door het hele stukje metaal (dta uiteraard veel groter is dan de hier aangegeven 25 atomen) bewegen.
Organische en anorganische stoffen
bewerkenEen andere indeling volgt als we naar toepassingsgebied kijken. Traditioneel wordt de chemie in twee toepassingsgebieden ingedeeld: anorganische chemie en organische chemie. Organische chemie wordt ook wel, en eigenlijk beter, koolstofchemie genoemd. Deze indeling vindt haar oorsprong in het verleden waarbij de organische chemie de organische stoffen bestudeert. Men dacht dat de vorming van deze complexe stoffen het gevolg was van de in levende wezens aanwezige levenskracht was, de vis vitalis. Deze theorie werd achterhaald toen de Duitse chemicus Friedrich Wöhler de stof ureum synthetisch uit anorganische stoffen kon maken. Er bleek toen geen fundamenteel verschil te bestaan tussen de organische en anorganische chemie. Toch is het onderscheid tussen de organische en anorganische chemie als toepassingsgebied blijven bestaan. We hanteren de volgende definities.
Anorganische stoffen zijn stoffen waarin het element koolstof niet voorkomt. De belangrijkste uitzonderingen, die dus niet tot de organische chemie gerekend worden, zijn:
- koolstofmonoxide
- Koolstofdioxide,
- Koolstofdisulfide,
- Koolzuur,
- Carbonaten en bicarbonaten, zouten van koolzuur
- Waterstofcyanide,
- Cyanides, zouten van waterstofcyanide
Organische stoffen zijn alle verbindingen met het element koolstof met uitzondering van de koolstofverbindingen die tot de anorganische stoffen worden gerekend.- ↑ Eventueel doen ook elektronen uit nog niet helemaal gevulde andere schillen mee.