Nog meer bindingsenergie
Mierenzuur (methaanzuur) komt in veel levende wezens voor, zowel in dieren als in planten. Mieren maken mierenzuur en gebruiken dit als middel voor aanval en verdediging, vandaar de naam mierenzuur. Wespen, bijen, hommels en brandnetels verdedigen zich ook met mierenzuur.
1. Geef de structuurformule van mierenzuur
In de klas ontstaat discussie over de bindingsenergie waarde van de C-H binding in mierenzuur. Hoewel de C-H binding van mierenzuur niet bij een aldehyde hoort, vindt een deel van de klas dat deze C-H binding meer op “aldehyde” lijkt dan “overige”.
Men besluit met een berekening de discussie te slechten.
2. Geeft de reactievergelijking van de volledige verbranding van mierenzuur.
3. Geef de reactiewarmte van deze verbrandingsreactie. Gebruik Binas-tabel 56.
4. Bereken de bindingsenerige van de C-H binding in mierenzuur. Gebruikt je antwoord van vraag 3 en Binas-tabel 58.
5. Geef aan hoe de discussie beslecht is.
Zeolieten zijn zeer poreuse gesteenten bestaande uit natuurlijke mineralen.
Onderzoekers van het Hawkins College (Cambridge) hebben onderzoek gedaan naar een nieuwe zuurstofverbinding. Door zuurstofgas door clinoptiloliet te leiden vindt de volgende reactie plaats:
3 O2 O6 (cyclisch)
6. Beredeneer aan de hand van gegevens uit Binas-tabel 58 of dit een exotherme of endotherme reactie is.
De ontstane zuurstofverbinding is niet stabiel buiten het clinoptiloliet. Om deze nieuwe zuurstofverbinding te kunnen gebruiken bij een verbranding, wordt aardgas (methaan) door het zuurstofhoudende clinoptiloliet geleid. Hierbij treedt clinoptiloliet op als katalystor van de verbrandingsreactie.
7. Geef de volledige verbranding van aardgas met O6.
8. Beredeneer of bij deze reactie meer of minder energie vrij komt dan bij de verbranding van aardgas met O2.
De onderzoeken claimen dat deze verbranding nog steeds niet groen is, maar wel 10% zuiniger dan normale verbranding.
9. Geef je mening in hoeverre dit proces geschikt is als tussenstap richting volledig duurzame energie.
Antwoorden
1.
2. 2 CH2O2 + O2 2 CO2 + 2 H2O
3. -2,70·105 J per 1 mol mierenzuur / -5,40·105 J per 2 mol mierenzuur 4. Waarde bindingsenergie C-H is onbekend, dus x:
Verbroken Binding Coefficient Aantal
aanwezig per molecuul
Bindings-
energie Berekenin
g Uitkomst
H-O 2 1 -4,5 2·1·-4,5 -9,0
C-O 2 1 -3,5 2·1·-3,5 -7,0
C-H 2 1 x 2·1· x 2x
C=O 2 1 -8,0 2·1·-8,0 -16,0
O=O 1 1 -4,98 1·1·-4,98 -4,98
Totaal -36,98 + 2x
Gevormd Binding Coefficient Aantal
aanwezig per molecuul
Bindings- energie
Berekenin g
Uitkomst
C=O 2 2 -8,04 2·2·-8,04 -9,270
H-O 2 2 -4,635 2·2·-4,635 -7,0
Totaal -50,70
-50,70 - (-36,98 + 2x) = -5,40 -50,70 + 36,98 - 2x = -5,40 -13,72 – 2x = -5,40
-2x = -5,40 - -13,72 = -5,40 + 13,72 = 8,32 x = - 8,32 / 2 = 4,16 (·105 Jmol-1)
5. De waarde lijkt het meest op de waarde van C-H (overig), dus niet een aldehyde.
6. In plaats van 3 O=O bindingen dus 6 O-O bindingen. De bindingsenergie van een O-O binding is minder dan de helft dan de bindingsenergie van een O=O binding. Het maken van 6 O-O bindingen levert dus minder energie op dan het verbreken van 3 O=O bindingen kost. Dus de reactie kost energie, dus is de reactie endotherm.
7. 3 CH4 + 2 O6 3 CO2 + 6 H2O
8. De reactie van O2 naar O6 is endotherm, dus O6 staat hoger dan O2 in een energie diagram. De reactieproducten zijn hetzelfde (CO2 en H2O), dus bij de verbranding met O6 komt meer energie vrij dan met de verbranding met O2. 9. Slaat natuurlijk nergens op, wat een prut onderzoekers. De netto reactie blijft
nog steeds CH4+ O2 tenslotte. Want waar komt de energie vandaag om O2 om te zetten naar O6?
Nader onderzoek leert dat er ook helemaal geen Hawkins College in Cambridge is. Het staat op de lijst van de fictieve Cambridge hogescholen (https://nl.qaz.wiki/wiki/List_of_fictional_Cambridge_colleges).
