Chemie Centraal/Wat is scheikunde

Wat is scheikunde ?

Scheikunde (ook chemie genoemd) is een wetenschap; het is de leer van de elementen en de verbindingen waaruit stoffen bestaan. De scheikunde houdt zich bezig met de bestudering van de chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden, en stelt de wetmatigheden die daaraan ten grondslag liggen, vast. Scheikunde onderzoekt de chemische eigenschappen van stoffen, de scheiding ervan in deelproducten, en de reacties die stoffen aangaan. Bij deze materiaalstudie worden ook energie-interacties onderzocht.

Scheikundigen werken in laboratoria, in (petro)chemische fabrieken, bij ingenieursbureaus, in farmaceutische fabrieken, bij de waterzuivering, in de energieverzorging, bij de brandweer, in ziekenhuizen, op scholen en universiteiten.

Positie van de scheikunde en deelgebieden van de scheikunde tussen andere wetenschappen

Scheikunde is overal: medicijnen en de vitaminen die je inneemt, in de landbouw met kunstmest en bestrijdingsmiddelen, de frisdranken of melkproducten, de energie de je gebruikt om te verwarmen of voor de auto, de kunststoffen, ga zo maar door. Er is continu behoefte aan nieuwe producten en chemicaliën, schonere en nieuwe productieprocessen, alternatieve energiebronnen, afbreekbare plastics. De ontwikkeling van de scheikunde staat niet stil.

Scheikunde is bij uitstek een combinatie van theorie en praktijk. De theorie beschrijft de opbouw van de stoffen en hoe stoffen met elkaar reageren; de praktijk is nodig om daadwerkelijk te produceren, maar ook om de theoretische vindingen te controleren op werkzaamheid en juistheid.

Scheikunde is niet alleen de bron van veel goeds, er zijn ook veel problemen ontstaan door scheikunde. Je hebt vast wel eens gehoord van het ozongat boven de Zuidpool of van het broeikaseffect. Denk ook aan grond- en watervervuiling en verdere milieuproblemen. Toch is ook voor het oplossen van die problemen weer scheikunde nodig.

Een (petro)chemische fabriek

Na de middelbare school kan men zich specialiseren in scheikunde of de verschillende scheikundige vakgebieden. Er zijn onder meer de volgende opleidingen:

Chemie op de universiteit
Chemische technologie op de technische universiteit (NL) of faculteit ingenieurswetenschappen (BE)
Chemie en chemische technologie aan de hogeschool
Hogere laboratoriumopleiding
Milieukunde
Biotechnologie
Biochemie
Voedingsmiddelentechnologie
Medisch laboratoriumonderzoek

Het laboratorium en het laboratoriumreglement

Een laboratorium

Het laboratorium is een plaats waar scheikundige proeven worden uitgevoerd. Hierbij kan gebruik gemaakt worden van gevaarlijke en/of gezondheidsbeschadigende chemicaliën, ijskoude vloeibare stikstof of van een hete vlam. Het is dus belangrijk dat bepaalde regels in acht worden genomen.

Leerlingen mogen alleen een schoollaboratorium betreden wanneer de leraar of ander vaktechnisch personeel aanwezig is.
Jassen, andere kledingsstukken en tassen mogen niet op de tafel liggen, vanwege brandgevaar. Ze dienen opgeborgen te worden in de daarvoor bestemde plaatsen (kapstok, kasje, etc.)
In het laboratoriumlokaal worden laboratoriumjas en veiligheidsbril gedragen. Alleen indien de docent toestemming daarvoor heeft gegeven, mag men dit laten. Lange haren moeten worden samengebonden.
De plaats van brandblussers, branddekens, oogdouches, nooddouches, noodstopschakelaars en vluchtwegen alsmede van de EHBO-voorzieningen moeten bekend zijn, voordat met een experiment wordt begonnen.
Er mag niks gegeten of gedronken worden in het practicumlokaal; ook geen water uit de kraan drinken.
Leerlingen mogen alleen de proeven uitvoeren die hen zijn opgedragen door leraar of de laboratoriumassistent. De leraar moet de proef vooraf duidelijk uitleggen, indien nog vragen bestaan over de proef dienen de leerlingen deze vragen te stellen, voordat met de proef wordt begonnen.
Beschadigingen aan glaswerk, laboratoriumopstelling, elektriciteitsaansluiting, etc moeten direct aan de leraar of de laboratoriumassistent worden gemeld. Ook indien een gasgeur wordt waargenomen dient men dat direct te melden.
Voor het begin van het experiment wordt de opstelling gecontroleerd op lekkages, beschadigingen en dergelijke. De gaskraan moet gesloten zijn. Een experiment mag niet worden begonnen wanneer de leerling de werking van de onderdelen als ook de gevaren van de experimenteeropstelling niet kent.
De veiligheidsbril mag tijdens een experiment niet worden afgezet.
Probeer chemicaliën zo uit flessen te gieten dat geen druppels over de fles lopen (draaiende beweging aan het einde).
Tijdens de experimenten kan men niet rondlopen door het lokaal, het stoort de mede-scholieren en de leraar en bovendien blokkeert men zo vluchtwegen. Het verloop van het experiment dien ten allen tijde bewaakt te worden.
Het is verboden van de chemicaliën te proeven (zogenaamde smaakproeven), ook het ruiken aan chemicaliën mag alleen gedaan worden als men de gevaren van de chemicaliën kent en men weet hoe men aan chemicaliën kan ruiken.
Richt de openingen van glaswerk met chemicaliën nooit op medescholieren of andere mensen.
Het zomaar mengen van chemicaliën is verboden, zonder dat de leraar daarvoor toestemming heeft gegeven. Dit kan uitermate gevaarlijk zijn.
Gemorste chemicaliën moeten direct met daarvoor bestemde middelen worden opgenomen.
Na het beëindigen van de experimenten dienen de opstellingen te worden afgebroken en/of gereinigd. Ze dienen in zuivere en geschikte toestand te worden achtergelaten. Gebruik eventueel speciale borstels daarvoor.
Resten van chemicaliën dienen op verantwoorde wijze te worden verzorgd; het spoelen door de gootsteen of het achterlaten in de afvalbak is bijna zonder uitzondering verboden.
De schrijvers van dit boek zijn niet aansprakelijk voor ongelukken of ongevallen die zijn ontstaan door het volgen of het niet-volgen van deze regels of reglement.

Het eerste onderzoek

Zoals hierboven werd medegedeeld, onderzoekt de scheikunde de chemische eigenschappen van stoffen.

Laten we nu eens de volgende stoffen beschrijven:

Goud
Nikkel
Suiker
Zwavel
Koolstof in de vorm van grafiet
Ethanol (alcohol)

goud
nikkel
suiker
zwavel
grafiet
ethanol

Enige dingen die we van de stof kunnen vertellen zijn bijvoorbeeld de kleur, de toestand, de reuk, of het magnetisch is, of het stroom geleidt, of het oplosbaar is in water, of het brandbaar is en hoeveel een bepaalde hoeveelheid weegt (dichtheid).

Eigenschap	Goud	Nikkel	Suiker	Zwavel	Koolstof	Ethanol
Kleur	goudkleurig	zilverkleurig	wit	geel	zwart	kleurloos
Toestand	vast	vast	vast, poeder	vast	vast	vloeibaar
Geur	geen geur	geen geur	geen geur	geen geur	geen geur	geur
Magnetisch	niet magnetisch	magnetisch	niet magnetisch	niet magnetisch	niet magnetisch	niet magnetisch
Geleidend	geleidt goed	geleidt goed	geleidt niet	geleidt niet	geleidt	geleidt niet
Wateroplosbaarheid	niet oplosbaar	niet oplosbaar	goed oplosbaar	niet oplosbaar	niet oplosbaar	mengt met water
Brandbaar	niet brandbaar	niet brandbaar	brandbaar	brandbaar	onder bepaalde omstandigheden	explosief
Dichtheid (kg/m³)	19.320	8902	1600	2070	2200	789

Door het vaststellen van de eigenschappen van een stof kan de stof onderscheiden worden van andere stoffen. Als je maar genoeg eigenschappen vaststelt zal je zien dat je alle stoffen van elkaar kunt onderscheiden.

Soms kunnen de eigenschappen van stoffen veranderen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan water: als het koud is (onder nul graad Celsius) wordt water hard: ijs. Als je water kookt dan verdampt het en wordt water een gas: waterdamp. Het hangt dus af van de omstandigheden waarin je een stof beoordeelt.

Elementaire vaardigheden

Binnen de scheikunde dien je over enige vaardigheden te beschikken, zodat men kennis op het gebied van de scheikunde kan opdoen.

De vaardigheden bestaan uit:

Observeren
Meten
Beschrijven
Vergelijken
Verklaren
Voorspellen
Interpreteren

We gaan uit van een scheikundige gebeurtenis. Ten eerste wordt de gebeurtenis geobserveerd. Op grond daarvan probeert men het geziene te beschrijven en te verklaren. Door het gebeurde te vergelijken met bestaande kennis wordt een hypothese opgesteld. Om de hypothese te testen wordt een experiment uitgedacht, opgesteld en uitgevoerd. Tijdens het experiment worden metingen gedaan en het wordt aandachtig gevolgd. De opgedane ervaringen en de metingen tijdens het experiment worden beschreven. Het beschrevene wordt vergeleken met bekende kennis (wetten, modellen, theorieën, zoals bekend uit vakboeken en andere informatiebronnen). Daarmee wordt getracht een conclusie op te stellen. Uit de conclusie kan men 2 resultaten afleiden: of de hypothese is juist en daarmee is (nieuwe) kennis opgedaan. Of de hypothese is onjuist en er wordt een nieuwe hypothese opgesteld en opnieuw getest.

Observeren

Tijdens het doorvoeren van een experiment dient men te volgen wat er gebeurt en doet dit met de zintuigen.

Voorbeeld: Tijdens het verwarmen van water in een reageerbuis zullen er op een gegeven moment belletjes gaan vormen in de vloeistof.

Meten

Meten is een speciaal geval van observeren. Hierbij wordt het geobserveerde gekoppeld aan een eenduidige grootheid.

Voorbeeld: zie ook het voorbeeld bij observeren. Als we tijdens het kookproces de temperatuur meten, dan zullen we zien dat de temperatuur de 100 °C benadert, wanneer de eerste bellen vormen en zolang het water kookt zal de temperatuur 100 °C blijven.

Beschrijven

Bij beschrijven wordt met spraak samenhangend en geordend weergegeven hoe een proces verloopt.

Voorbeeld: "een reageerbuis met water werd verwarmd met een gasbrander aan de onderkant van de reageerbuis. Boven in de reageerbuis werd de punt van een thermometer gebracht. Tijdens de duur van het experiment kon men zien dat het water in beweging kwam (convectie) en de thermometer een steeds hogere waarde liet zien en er uiteindelijk kleine bellen begonnen te ontstaan op de positie waar de vlam het glas verwarmde. Op dat moment wees de thermometer 95 °C aan. Bij verder verwarmen werden de beller groter en stegen op naar de oppervlakte. De bellenvorming werd steeds heftiger totdat de gehele inhoud van de reageerbuis in wilde beweging was. De schijnbare bovenzijde van de waterkolom ging omhoog door de bellenvorming. De thermometer wees hierna constant een temperatuur aan van 100 °C totdat het experiment werd beëindigd."

Vergelijken

Bij het vergelijken worden gemeenschappelijke en verschillende eigenschappen tussen twee of meerdere vergelijkingsobjecten bepaalt en weergegeven.

In het voorbeeld kunnen we bijvoorbeeld vergelijken het kookproces van zuiver water met zoutwater. Het verloop van beide experimenten zal ongeveer gelijk zijn, het verschil is echter de temperatuur waarbij het water kookt.

Verklaren

Hier wordt aangegeven waarom een bepaalde verschijning op een bepaalde wijze gebeurt. Dit op grond van bekende natuurwetten en veelal ook met modellen ter verklaring.

Voorspellen

Door de opgedane kennis (wetten, kennis, experiment) kan men een voorspelling doen over het gevolg van het toevoegen van meer zout aan het water.

We kunnen voorspellen dat een oplossing met nog meer zout bij een nog hogere temperatuur zal koken. Een experiment zal dit inderdaad bevestigen.

• Chemie Centraal • Volgende →