SCIENCE CLINIC
Ondersteun deur UNISA: College of Science, Engineering & Technology
www.scienceclinic .co.za
Kennisgewing van kopiereg:
Die teorie-opsommings in hierdie Smart Prep Boekie is die oorspronklike werk van Science Clinic (Py) Ltd. Die materiaal mag
versprei word, mits die volgende vereistes nagekom word:
• As die boekie elektronies of in gedrukte vorm gekopieer of versprei word, moet hierdie kopieregkennisgewing behoue bly.
• As die opsommings en/of vrae in die boek gebruik word, moet die bron erken word.
• Hierdie Smart Prep Boekie is geskep ter voordeel van die gemeenskap en mag nie deur enige ander persoon of entiteit
gebruik of versprei word vir kommersiële doeleindes nie.
• Die teorie-opsommings in hierdie boekie mag nie aangepas word en onder ‘n nuwe lisensie versprei word nie.
Volledige terme vir die gebruik van die materiaal is beskikbaar op www.scienceclinic.co.za/terms-book- usage/
Erkenning van inhoud:
Baie dankie aan diegene wat betrokke was by die produksie, moderasie en vertaling van hierdie boek:
R Bartholomew, N Basson, Y Choonara, N Cullinan, S Dippenaar, T Fairless, I Govender, R Lodge, Q Meades, C Orchison,
N Rabellini, R Ramsugit, Marlie Stander.
www
.scienceclinic.co.za
facebook.com/scienceclinicsa
c Science Clinic (Pty) Ltd 2016
www
INHOUDSOPGAWE
Voorwoord
Fisika
1
3
5
6
9
11
15
16
19
22
24
26
Datablad
Definisies
Kern Teorie Opsommings
Vertikale Projektielbeweging
Vektore in 2D
Newton se Beweginswette
Newton se Wet van Universele Gravitasie
Momentum
Werk, Energie en Drywing
Elektrisiteit
Elektrostatika
Elektromagnetisme en Elektrodinamika
29
31
48
51
52
53
55
58
62
39
42
43
46
33
37
Optiesel Verskynsels en Eienskappe van
Materiale
Doppler Effek
Chemie
Datablad
Definisies
Kern Teorie Opsommings
Organiese Molekules
Organiese Intermolekulêre Kragte
Organiese Reaksies
Polimere
Kwantitatiewe Aspekte van Chemiese
Verandering
Energie en Chemiese Verandering
Tempo van Reaksies
Chemiese Ewewig
Sure en Basisse
Elektrochemie
Kunsmis
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
WHY YOU SHOULD STUDY SCIENCE
Science is amazing! It is also one of the toughest subjects at school. Science-y careers are diverse and exciting, but require years of vigorous academic commitment.
If it’s so hard to get somewhere with Science, why should you study it? Here’s our top reasons for getting your nerd on:
1. Be a modern-day hero: The single greatest reason why we should study Science, is to ensure
Humanity’s sustainable survival on Earth! Ecosystems are in crisis mode, the planetary weather
system is changing rapidly, and humanity is failing to coexist in harmony with other species.
4. Diversity and flexibility: From dentistry to plasma physics, Science-y careers offer vast opportunities for professional career development and diversification. Engineers are welcomed into the
financial sector, due to their problem-solving ability and analytical way of thinking. Many academic
physicists teach, perform ground-breaking research and consult private clients in the same work
week. Medical professionals diversify into the legal field to become patent attorneys or medical
lawyers. However on the flip side, it’s rare for a professional with a ‘non-Science-y’ background to
bridge into the Science-based career fields.
World food production has to double in the next thirty years, in order to sustain the growing global
population. We are running out of fossil fuels which are critical to the efficiency of our industry,
farming and supply chains. Fresh water is becoming increasingly scarce, with many of the World’s
greatest rivers no longer running into the sea. Diseases are becoming increasingly resistant to antibiotics. The air in many Indian and Chinese cities are verging on unbreathable. The Great Pacific
Garbage Patch has become an unfathomable mass of floating junk that is destroying our oceans.
The use of fossil fuels is polluting our air and adding to the Greenhouse Effect.
5. Inventions: Science-y careers create an intellectual and business environment that is conducive
to problem solving and invention. Look at all the exciting inventions of the last twenty years, that
have completely transformed our lifestyles. The Internet, the everyday use of GPS, mobile phone
technology, PC’ and touch-screen displays are but a few. This technological progress was made
possible due to Science.
Before you despair, there is a silver lining: every one of these problems can be improved, and even
solved, through Science! If you are passionately concerned about this Planet and about a healthy
future for Humanity, get stuck into your Science studies and aim for a Science-y career that will
equip you to make a difference!
Visit online crowdfunding platforms such as Kickstarter and Indiegogo, and appraise the exciting
Science-y inventions that are being funded. The tech scene is mushrooming with skunkworks and
hackathons that are creating radical innovations. It is an exciting time to be part of Science and
technology, and if you want to be at the cusp of making cool things that make a big difference,
study Science!
2. Be smart: The study of Science encourages problem-solving tenacity that helps you to understand the world around you. I have always explained to my students that Science illuminates one’s
path, and that going through life without Science is similar to driving your car along dark roads your headlights might light your way forward, but they don’t illuminate the world around you. You
travel onwards without ever understanding the context of your journey. Studying Science makes
you comfortable with the unknown, and gives you the confidence to say: “I don’t know the answers, but I will find out!”. Science is gracious to naivety but does not condone the apathy of indifference: it allows you to say “I don’t know, but I want to find out”, but does not tolerate the attitude of “I don’t know and I don’t care”.
6. Be a modern-day hero (#2): South Africa has a growing deficit of expert Science teachers. If
you are passionate about Science, and passionate about making a difference, teaching is a massively rewarding career path that is becoming increasingly lucrative. Remember, supply and demand dictate going rates - if there are fewer expert Science teachers around, the demand for expertise leads to increased fees. Become a Science teacher, a thought leader and a role model!
7. Wealth: More than a fifth of the planet’s wealthiest people on the Forbes 2015 list studied an engineering degree, according to a recent survey by the Approved Index platform. A quarter of the
Forbes top-hundred have Science as a foundation for their work.
Science is highly structured, but welcomes change - it constantly adjusts its views based on what
is observed. This approach teaches you to evolve your thinking by constantly testing and investigating information, which makes you a well-rounded human being and empowers you with an ethical
approach to others: it enables you to discern the difference between your opinions and facts, and
to acknowledge the opinions and beliefs of others without immediately accepting or rejecting
them.
8. Discovery: Science research is a field that allows you to discover the unknown. The deep oceans
are unexplored, nanotechnology and photonic crystals have so many secrets, and we’re still not
sure whether there is any form of life outside near-Earth space. Imagine being the person that
publishes a peer-reviewed article to tell the world about a brand new discovery, or a new revelation in our understanding, or a life-altering breakthrough in technology.
3. Be adventurous: Science gets you places! I can only speak from my experience - my engineering
background, which is firmly rooted in Science, has opened a door to great adventure and exploration. I have worked on four continents and have been exposed to a diversity of incredible experiences that a ‘normal’ office job would never allow. Would you like to work in jungles? Study Natural Sciences. A life of studying volcanoes or auroras, perhaps? Study geosciences. Would you like
to ply you mind to solving massive problems and driving innovation? Study engineering! Would you
like to work with killer whales? Study zoology!
This is a call to action for young history-makers, and for a new wave of heroes to save this
world and make a difference. I encourage you to become part of it!
James Hayes
Founder – Science Clinic
Science-y careers and research allow you visit places that would not be accessible through other
fields of study. Whether you want to go to Antarctica or to outer space, Science is the way to get
there.
1
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
www
DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 12
PAPER 1 (PHYSICS)
GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 12
VRAESTEL 1 (FISIKA)
RE
M
me
-e
k
h
c
G
g
SYMBOL/SIMBOOL
6,38 x 106 m
5,98 x 1024 kg
9,11 x 10-31 kg
-1,6 x 10-19 C
9,0 x 109 N·m2·C-2
6,63 x 10-34 J·s
3,0 x 108 m·s-1
6,67 x 10-11 N·m2·kg-2
9,8 m·s-2
VALUE/WAARDE
TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS/TABEL 1: FISIESE KONSTANTES
NAME/NAAM
Acceleration due to gravity
Swaartekragversnelling
Universal gravitational constant
Universele gravitasiekonstant
Speed of light in a vacuum
Spoed van lig in 'n vakuum
Planck's constant
Planck se konstante
Coulomb's constant
Coulomb se konstante
Charge on electron
Lading op elektron
Electron mass
Elektronmassa
Mass of Earth
Massa van Aarde
Radius of Earth
Radius van Aarde
vi
vi
2
a t
2a x or/of v f
2
vi
2
2a y
Δx
Δx
v i Δt
vf
1
2
2
vi
TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES
2
MOTION/BEWEGING
vf
vf
FORCE/KRAG
p mv
ma
g =G
M
d2
w mg
Fnet
m1m 2
r2
fk = μk N
or/of
F =G
fs max = μsN
Fnet Δt = Δp
m1m 2
d2
Δp = mv f - mvi
F =G
or/of
E
k
Ep
1
mv2
2
U mgh
Kf
W
t
Wnet
K
P
K
Ki
f
fL
v vL
fb
v vb
T
1
f
E hf
a t 2 or/of Δy
or/of
or/of
Wnet
EP
c
Ek
E h
v i Δt
vf
1
2
2
vi
M
r2
Ekf
Δt
a t2
Eki
Ek
mgh
g =G
Δt or/of Δy
or/of
or /of
or/of
WORK, ENERGY AND POWER/ARBEID, ENERGIE EN DRYWING
W F x cos
1
K
mv2
2
U or/of Wnc
Ek
Wnc
/ Pgemid = Fvgemid
K
Pav = Fvav
v
v vL
fs
v vs
WAVES, SOUND AND LIGHT/GOLWE, KLANK EN LIG
fL
1
1
2
2
hf0 and/en E k (max) = mvmax
or/of
K
mvmax
max =
2
2
E = Wo + Ek(max) or/of E = Wo + K max where/waar
E hf and/en W0
kQ1Q 2
r2
E
E
F
q
kQ
r2
ELECTROSTATICS/ELEKTROSTATIKA
F
W
q
Q
qe
V
n=
Q
e
or/of
n=
...
...
/
/
I wgk
Vwgk
Imaks
2
Vmaks
W
Δt
q I
P
P = VI
V2
R
t
P = I 2R
P
/
Pgemiddeld Vwgk I wgk
R
2
Vwgk
I 2wgkR
Pave Vrms Irms
Pgemiddeld
Pgemiddeld
2
Vrms
R
/
Pave
/
emk ( ε )= I(R + r)
emf ( ε )= I(R + r)
ELECTRIC CIRCUITS/ELEKTRIESE STROOMBANE
R R2
1
1
1
R1 R 2
V
R
I
Rs
1
Rp
W = Vq
W = VI t
W = I2R t
V 2 Δt
W=
R
I max
2
Vmax
2
2
Pave Irms
R
ALTERNATING CURRENT/WISSELSTROOM
I rms
Vrms
2
Normaalkrag (FN): loodregte krag uitgeoefen deur 'n oppervlak op 'n voorwerp wat daarmee in kontak is.
Wrywingskrag (Ff): die krag wat die beweging van 'n voorwerp teenstaan en parallel aan die oppervlak (Bekend as die
wrywingskrag, is eweredig aan die normaalkrag, is onafhanklik van die kontak area, is onafhanklik van die snelheid van beweging)
inwerk waarmee die voorwerp in kontak is.
Statiese Wrywingskrag (fs): die krag wat die neiging van die beweging van 'n stilstaande voorwerp relatief teen 'n oppervlak,
teenstaan
Kinetiese Wrywingskrag (fk): wanneer 'n netto krag, , net F toegepas word op 'n voorwerp met massa, m, versnel dit in die rigting
van die netto krag. Die versnelling, a, is direk eweredig aan die netto krag en omgekeerd eweredig aan die massa.
Newton se Eerste Bewegingswet: ‘n voorwerp sal aanhou in sy toestand van rus of uniforme (beweging met konstante) snelheid
tensy 'n netto of resultante krag daarop inwerk.
Newton se Tweede Bewegingswet: wanneer 'n netto krag, , net F toegepas word op 'n voorwerp met massa, m, versnel dit in die
rigting van die netto krag. Die versnelling, a, is direk eweredig aan die netto krag en omgekeerd eweredig aan die massa.
Newton se Derde Bewegingswet: wanneer 'n voorwerp A 'n krag uitoefen op voorwerp B, sal voorwerp B terselfdertyd 'n
teenoorgestelde gerigte krag uitoefen van dieselfde grootte op voorwerp A.
Newton se Wet van Universele Gravitasie: elke deeltjie in die heelal trek elke ander deeltjie aan met 'n krag wat direk eweredig is
aan die produk van hulle massas en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen hulle middelpunte
GRADE 12 VOLLEDIGE LYS DEFINISIES VIR FISIKA
Newton se Wette
Hersiening
Momentum: die produk van die massa en snelheid van die voorwerp.
Linear momentum: of an object is a vector quantity with the same direction as the velocity of the object.
!"
!"
)
Elastiese botsings: 'n botsing waarin beide momentum en kinetiese energie behoue bly.
Onelastiese botsings: 'n botsing waarin slegs momentum behoue bly (kinetiese energie bly nie behoue nie).
Wet van behoud van lineêre momentum: totale lineêre momentum van 'n geïsoleerde sisteem bly konstant (bly behoue).
Impuls: die produk van die netto krag en die kontaktyd, 'n vektorhoeveelheid.
Geslote/’n geïsoleerde sisteem (in Fisika): 'n stelsel waarop die resulterende/netto eksterne kragte nul is. ‘n Geslote/geïsoleerde
sisteem sluit eksterne kragte wat buite die botsende liggame ontstaan, bv. wrywing, uit. Slegs interne kragte, bv. Kontak kragte
tussen die botsende voorwerpe, word oorweeg.
(Fnet =
Newton se Tweede Wet in terme van Momentum: die netto krag wat op 'n voorwerp inwerk is gelyk aan die tempo van die
verandering van momentum.
Momentum en
Impuls
Vertikale
Projektielbeweging
Doppler Effek: die verandering in frekwensie (of toonhoogte) van die klank waargeneem deur 'n luisteraar, omdat die
klankbron en die luisteraar verskillende snelhede relatief tot die medium van klank voortplanting, besit.
Werk, Energie en
Drywing
Projektiel: 'n voorwerp waar die enigste krag wat op dit inwerk swaartekrag is. Projektiele val vryelik teen
gravitasieversnelling 'g' en word afwaarts versnel teen konstante versnelling ongeag of die projektiel opwaarts of afwaarts
beweeg of op maksimum hoogte is.
Werk verrig op ‘n voorwerp deur ‘n konstante krag F: FΔxcosθ , waar F die grootte van die krag, Δx die grootte van die
verplasing en θ die hoek tussen die krag en die verplasing is. (Werk word gedoen deur 'n krag op 'n voorwerp - die gebruik
van 'werk verrig teen 'n krag', bv. werk verrig teen wrywing, moet vermy word.) Werk is 'n skalaarhoeveelheid en word
gemeet in joule (J).
Werk-energie stelling: die werk gedoen deur 'n netto krag op 'n voorwerp is gelyk aan die verandering in die kinetiese energie van
die voorwerp. (Wnet = ΔEk)
Conservative force: is a force for which the work done in moving an object between two points is independent of the path
taken. Eg. gravitational force, the elastic force in a spring, electrostatic forces (coulomb forces).
Non-conservative force: is a force for which the work done in moving an object between two points depends on the path
taken. Eg. frictional force, air resistance, tension in a chord.
Doppler Effek
Wet van Behoud van Meganiese Energie: in die afwesigheid van lugweerstand of enige eksterne kragte, is die meganiese energie
van 'n voorwerp konstant.
Drywing: die tempo waarteen werk gedoen word of die tempo waarteen energie oorgedra word
Electrostatika
Coulomb se wet: die grootte van die elektrostatiese krag wat een puntlading (Q1) op 'n ander puntlading (Q2) uitoefen is direk
eweredig aan die produk van die groottes van die ladings en omgekeerd eweredig aan die kwadraat van die afstand (r) tussen hulle.
Elektriese veld: 'n gebied in die ruimte waar 'n elektriese lading 'n krag ervaar. Die rigting van die elektriese veld by 'n punt is die
rigting wat 'n positiewe toetslading sal beweeg as dit by daardie punt geplaas word.
Grootte van ‘n elektriese veld by ‘n punt: die elektriese veld by 'n punt is die elektrostatiese krag wat ondervind word per
!
Elektrodinamika
Elektriese
Stroombane
Photoelektriese effek: ie proses wat plaasvind wanneer lig op 'n metaal skyn en elektrone vrygestel word.
Drumpel frekwensie (fo): die minimum frekwensie van invallende straling waarby elektrone vrygestel sal word uit 'n spesifieke
metaal.
Werksfunksie (Wo): die minimum hoeveelheid energie benodig om elektrone vry te stel van die oppervlak van 'n metaal.
Beginsel van induksie: 'n veranderende magneetveld induseer 'n emk in ‘n geleier.
Motor effek: wanneer 'n stroomdraende geleier geplaas word in 'n magneetveld sal dit 'n krag ondervind.
WGK waarde: die GS potensiaalverskil/stroom wat dieselfde hoeveelheid energie as WS verdryf.
Ohm se wet: stroom deur 'n geleier is direk eweredig aan die potensiaalverskil oor die geleier by konstante temperatuur.
Ohmiese geleier: ‘n geleier wat Ohm se wet gehoorsaam.
Nie-Ohmiese geleier: ‘n geleier wat nie Ohm se wet gehoorsaam nie.
Interne weerstand: die weerstand wat die sel teen die vloei van elektriese stroom bied.
Emk: die totale energie verskaf per coulomb lading voorsien deur die sel.
Potensiaalverskil: die werk gedoen per eenheid positiewe lading.
Stroom: die tempo van vloei van lading.
!
positiewe eenheidslading by daardie punt. (E= ).
Optiese
Verskynsels en
Eienskappe van
Materiale
Vertikale Projektielbeweging
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
DELE VAN ‘N PROJEKTIEL PAD
Kragte op ‘n projektiel
In die afwesigheid van wrywing, is gravitasiekrag van die
aarde die enigste krag wat op 'n vry-vallende liggaam
inwerk. Hierdie krag tree altyd afwaarts op.
Omdat die gravitasiekrag altyd afwaarts is, sal 'n projektiel
wat opwaarts beweeg, al hoe stadiger moet beweeg. Wanneer 'n projektiel afwaarts beweeg, beweeg dit in die rigting
van die gravitasiekrag en dus word dit versnel.
Tyd:
Alle vryvallende liggame het dieselfde swaartekragversnelling. Die versnelling is 9,8 m·s−2 afwaarts.
Deur lugweerstand/wrywing te ignoreer; Wanneer 'n albaster
en 'n rots vanaf dieselfde hoogte op dieselfde tyd vrygelaat
word, sal hulle die grond gelyktydig tref, en hul finale snelheid sal dieselfde wees.
Hul momentum (mv) en kinetiese energie (½mv2) is
nie dieselfde nie, as gevolg van 'n verskil in massa.
Wanneer twee voorwerpe vanaf verskillende hoogtes vrygelaat word, het hulle dieselfde versnelling, maar hulle tref die
grond op verskillende tye en met verskillende snelhede.
vf = finale snelheid (m·s−1)
x=
−b ±
b 2 − 4a c
2a
2a
−(−19,6) ±
t = 0,48 s
∴ t = 0,48 s
(−19,6) 2 − 4(4,9)(8)
2(4,9)
OR
− 3,52
GRAFIEKE VAN PROJEKTIELBEWEGING
Verandering in positiewe
rigting: Keer grafiek in die x-as
om.
Area
v teenoor Δt
Helling
Δy teenoor Δt
a teenoor Δt
Negatiewe
a
Positiewe
Δy
Negatiewe
Δy
Δt (s)
Δt (s)
Negatiewe Δv
Δt (s)
a = versnelling (m·s−2)
Δt (s)
(9,8 m·s−2 afwaarts)
v (m·s−1)
ONTHOU:
1. Teken ‘n skets diagram
2. Skryf gegewe veranderlikes neer.
3. Kies positiewe rigting
4. Los op
Positiewe
a
Δy (m)
2
)Δt
vi = oorspronklike snelheid (m·s )
t =
b 2 − 4ac
−b ±
Grafiek manipulasie:
AF POSITIEF
1
Δy = viΔt + aΔt 2
2
vi + vf
DIESELFDE
SAME
HEIGHT
HOOGTE
viA = vfD
vfA = viD
viB = vfC
VfB = ViC = 0 m·s−1
v (m·s−1)
−1
Δy = (
∴ vi = 19,6 m ⋅ s −1 up
Δy (m)
Δt = tyd (s)
t =
Snelheid:
OP POSITIEF
Δy = verplasing (m)
0 = 4,9t 2 − 19,6t + 8
0 = vi + (9,8)(2)
vi = − 19,6
ΔyA = ΔyD
ΔyB = ΔyC
Verandering in verwysing posisie: Skuif x-as (slegs Δy-Δt)
vf = vi + aΔt
−8 = − 19,6t + 12 (9,8)t 2
vf = vi + aΔt
Verplasing:
Versnelling as gevolg van swaartekrag
Δy = viΔt + 12 at 2
totale tyd = 4 s
∴ t op = 2 s
tA = tD
tB = tC
DIESELFDE
SAME
HEIGHT
HOOGTE
VOORBEELD:
Soos 'n voorwerp vertikaal opwaarts geprojekteer word. 4 Sekondes later, word
dit gevang op dieselfde hoogte (punt van vrylating) op pad afwaarts. Bepaal hoe
lank dit die bal geneem het om tot 'n hoogte van 8 m in die opwaartse rigting te
beweeg. Kies afwaarts as die positiewe rigting.
a (m·s−2)
'n Projektiel is 'n voorwerp wat vrylik onder die invloed van
slegs swaartekrag beweeg. Dit word nie deur enige meganisme (katrol of motor) beheer nie. Die voorwerp is in vryval,
maar kan opwaarts (opwaarts gegooi) of afwaarts beweeg.
Die pad van projektielbeweging kan ontleed word met behulp van die 4 afdelings soos hieronder getoon. Die kombinasie van hierdie 4 dele sal van die werklike pad afhang
wat die projektiel geneem het. Voorbeeld: ‘n Laat valde
projektiel is slegs afdelings C en D. Voorwerp opwaarts
gegooi en val op die dak is afdelings A tot C.
a (m·s−2)
PROJEKTIELBEWEGING
vf2 = vi2 + 2aΔy
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Positiewe
Δy
Negatiewe
Δy
Δt (s)
6
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Positiewe Δv
Δt (s)
VOORWERP LAAT VAL VANAF HOOGTE (C+D)
vi = 0 m·s−1
Pad van 'n projektiel
VOORWERP AFWAARTS GEGOOI
VANAF HOOGTE (D)
vi ≠ 0 m·s−1
Δy (m)
Δy (m)
vi(af) = 0 m·s−1
vi(op) ≠ 0m·s−1
Δt (s)
a (m·s−2)
a (m·s−2)
Ook van toepassing op
voorwerpe wat laat val word
vanaf 'n afwaartse
bewegende verwysing.
Δt (s)
VOORWERP OPWAARTS GEGOOI,
LAND OP HOOGTE (A+B+C)
Δt (s)
Δt (s)
VOORWERP OPWAARTS GEGOOI VANAF
HOOGTE, BONS (A+B+C)
Δt (s)
Δt (s)
7
a (m·s−2)
Accera&on
to force
Versnelling asdue
gevolg
van krag
deur
oppervlakte
tydens
bons
by surface
during
bounce
v (m·s−1)
Δt (s)
vi(op) ≠ 0m·s−1
Δt (s)
Δt (s)
a (m·s−2)
v (m·s−1)
Δt (s)
v (m·s−1)
Δt (s)
Δt (s)
a (m·s−2)
Δy (m)
vf(af)
Δy (m)
vf(op) = 0 m·s−1 = vi(af)
Δy (m)
vf(op) = 0 m·s−1 = vi(af)
Ook van toepassing op
voorwerpe wat laat val word
vanaf 'n opwaartse
bewegende verwysing.
a (m·s−2)
vf(af)
vf
Δt (s)
v (m·s−1)
Δt (s)
v (m·s−1)
v (m·s−1)
VOORWERP OPWAARTS GEGOOI
VANAF HOOGTE (B+C+D)
vf(op) = 0 m·s−1
Δt (s)
VOORWERP OPWAARTS GEGOOI
EN GEVANG (A+B+C+D)
Vi(op) = Vf(af)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Δt (s)
Δt (s)
vf
ALLE VOORBEELDE:
OP POSITIEF
Δy (m)
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Δt (s)
As die botsing volkome elasties is, is die afwaartse snelheid voor die bons
en die opwaartse snelheid na die bons gelyk in grootte.
Behandel die 2 projektiel paaie (voor en na bons) as afsonderlike paaie.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Spesiale projektiel paaie
LUGBALLON
Hysbak beweeg af
Δybal
Δybal
VOORBEELD:
Afstand beweeg deur ballon :
Δy = vi Δt + 12 aΔt 2
1
= (−5)(2) + 2 (0)(22 )
= − 10
∴ Δy = 10 m opwaarts
Afstand beweeg deur bal :
1
2
Δy = vi Δt + aΔt 2
1
= (−5)(2) + 2 (9,8)(22 )
= − 10 + 19,6
∴ Δy = 9,6 m afwaarts
∴ totale afstand = 10 + 9,6
= 19,6 m uitmekaar
(b) Neem afwaarts as positief:
vf2 = vi2 + 2aΔy
vf2 = (−52 ) + 2(9,8)(50)
vf =
25 + 980
vf = 31,70 m ⋅ s−1 afwaarts
Omkeerpunt
Δt (s)
Δt (s)
VOORBEELD:
Die onderstaande snelheid-tyd grafiek verteenwoordig die bons beweging van 'n 0,1
kg bal. Gebruik die grafiek om die volgende vrae te beantwoord:
10
VOORBEELD:
'n Hysbak versnel opwaarts teen 'n tempo van 1,4 m·s−2.
Soos die hysbak begin beweeg, val 'n gloeilamp vanaf die
plafon van die hysbak. Bepaal hoe lank dit die gloeilamp
neem om die hysbak se vloer te bereik. Die hoogte van die
plafon van die hysbak tot sy vloer is 3m.
Neem afwaarts as positief:
a) Watter rigting van beweging is positief?
Afwaarts
Δyhysbak = vi Δt + 12 aΔt 2
1
yhysbak = (0)t + 2 (−1,4)t 2
b) Hoeveel keer het die bal gebons?
3 keer
2
c) Wat verteenwoordig die helling van die grafiek?
Versnelling van die bal
beweging van gloeilamp :
d) Is die botsings tussen die bal en die grond elastief os onelasties?
Na elke bons is daar 'n verandering is die snelheid van die bal, en dus 'n
verandering in kinetiese energie. Die botsings is onelasties omdat
kinetiese energie nie behoue bly nie.
1
Δygloeilamp = vi Δt + 2 aΔt 2
1
3 + yhysbak = (0)t + 2 (9,8)t 2
e) As die bal in kontak is met die grond vir 'n tydperk van 0,08 s, bepaal die impuls
op die bal.
3 + yhysbak = 4,9t 2
∴ yhysbak = 4,9t 2 − 3
0,7t 2 = − 4,9t 2 + 3
5,6t 2 = 3
t 2 = 0,54
∴ t = 0,73 s
Δt (s)
−8
beweging van hysbak :
∴ yhysbak = − 0,7t
5
v (m·s−1)
(a) Neem afwaarts as positief:
Δybal = dak hoogte + Δy
v (m·s−1)
hysbak hoogte
hysbak hoogte
Δyhysbak
Kontak tyd
Bons
Δyhysbak
'n Warmlugballon styg met 'n konstante snelheid van
5 m·s−1. 'n Bal word laat val vanaf die warmlugballon op 'n hoogte van 50 m en val vertikaal na die
grond. Bepaal (a) die afstand tussen die warmlugballon en bal na 2 sekondes en (b) die snelheid van
die bal wanneer dit die grond bereik.
BONSENDE BAL
HYSBAK
Hysbak beweeg op
Wanneer 'n voorwerp laat val
word uit 'n bewegende verwysing (warmlugballon), sal
die beginsnelheid gelyk wees
aan dié van die verwysing.
Die versnelling van die
voorwerp sal 9,8 m·s−2 afwaarts wees, ongeag die
versnelling van die
verwysing.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Δy (m)
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Gelyktydige oplos van vergelykings is nodig, want daar is
2 onbekende veranderlikes:
• Afstand wat hysbak beweeg
• Tyd om vloer te bereik
8
Impuls = Δp
= m (vf − vi )
= (0,1)(−8 − 10)
= − 1,8
∴ Impuls = 1,8 N ⋅ s opwaarts
f) Voorspel waarom die bal ophou beweeg het.
Dit stop op die omkeerpunt, ∴ dit word waarskynlik gevang.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Fx = F cos θ
Fx
x
KOMPONENTE VAN ‘N HELLING
Wanneer kragte toegepas word op ‘n
voorwerp teen ‘n helling is dit nuttig om
die kragte op te deel in parallelle (//) en
loodregte (⟂) vektorkomponente. Gravitasiekrag (Fg) is die mees algemene krag wat
in hierdie komponente teen ‘n helling opgedeel kan word.
θ
Fy = F sin θ
SCIENCE CLINIC 2016 ©
F
Fg// = Fg sin θ
F g//
Fg⊥ = Fg cos θ
θ
y
Fg θ
F g⟂
Diagonale vektore kan opgedeel word in
komponente. Wanneer vektore in x- en ykomponente opgedeel word bepaal ons
die horisontale (x-as) en vertikale (y-as)
effekte van die vektor.
Fy
OPDELING VAN KOMPONENTE
Vektore in 2D
OPSTELLING VAN KRAGTEDRIEHOEKE
Kragtedriehoeke kan gebruik word om die resulterende krag of ewewigskrag te bereken wanneer kragte nie lineêr is nie. Basiese meetkundige reëls kan gebruik word om vektore en resultante the berekene wanneer kragtedriehoeke gevorm word.
Stert-aan-kop
Parallelogram
Gebruik vir opeenvolgende vektore (vektore wat mekaar
opvolg)
Bv. ‘n Boot vaar 90 m oos en beweeg daarna 50 m noord.
Word gebruik vir vektore wat gelyktydig op dieselfde
voorwerp inwerk. Die resultant is ‘n hoeklyn van ‘n parallelogram en begin by die vektore se sterte.
y
y
Hierdie prinsiep kan ook op meer as twee vektore (in volgorde) toegepas word. Die resultant begin by die eerste
vector se stert en eindig by die laaste vektor se kop.
y
Die volgende moet dieselfde bly wanneer die vektorpyltjies gemanipuleer word:
Bv. ‘n Voorwerp word gehang vanaf ‘n plafon deur 2 kabels. Die vryliggaamdiagram asook die kragtedriehoek word onderaan getoon en kan gebruik word om
die waardes van T1 en T2 te bereken.
l ta
Re
su
Vryliggaamdiagram
x
Vektor 1
Vektorpyltjies kan gemanipuleer word om ‘n kragtedriehoek te vorm wat gebruik
kan word om die resultante krag of ewewigskrag te bereken.
• Lengte van die pyltjie (grootte)
• Hoek van die pyltjie (rigting)
• Die rigting van die kop van die pyltjie.
nt
Vektor 2
Vektor 2
s
Re
an t
ult
Manipulasie
x
Vektor 1
Bv. Twee sleepbote pas ‘n krag toe van 6 000 N en 5 000 N
teen ‘n koers van 60° en 120° op ‘n vragskip, onderskeidelik.
y
Vekt
Vektor 1
N
00
60
Resultant
Vekt
or 3
Resulta
nt
or 4
o
kt
Ve
x
x
50
00
N
r2
9
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Kragtedriehoek
2D Vektore- Resultante en Ewewigskragte
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
RESULTANT: die enkele vektor wat dieselfde effek as al die
oorspronklike vektore saam het.
EWEWIGSKRAG: Die krag wat die sisteem in ewewig hou.
Die ewewigskrag is gelyk aan die grootte en teenoorgesteld aan die rigting van die resultante krag.
OPTEL VAN KOMPONENTE
PYTHAGORAS (SLEGS 90°)
Pithagoras kan slegs toegepas word op vektordriehoeke wat reghoekige driehoek is.
VIR SYLENGTES:
o
sin θ =
h
R2 = x2 + y2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
VIR HOEKE:
a
h
cos θ =
tan θ =
VOORBEELD:
o
a
Die resultant van die diagonaal (hoeklyn-) kragte kan bereken word deur gebruik te maak van Pythagoras
waar die x-resultant en y-resultant eerste bepaal word. Dit is veral nuttig vir die berekening van meer as 2
kragte wat toegepas word op ‘n voorwerp waar ‘n kragtedriehoek nie gebruik kan word nie.
Stappe om die resultant te bereken:
1.
2.
3.
4.
‘n Boot vaar 90m oos waarna dit 50m noord vaar. Bereken die verplasing van die boot.
Bereken
Bereken
Bereken
Bereken
die
die
die
die
x- en y-komponente van elke krag
x- en y-resultante van die komponente
resultant deur gebruik te maak van Pythagoras
hoek deur gebruik te maak van trigonometriese funksies
VOORBEELD:
y
Drie kragte word toegepas op ‘n voorwerp soos aangetoon in die diagram onderaan. Bereken die resultante krag wat verrig word op die voorwerp.
1.
Fx
t
50 m
=
x2 + y2
R
R
=
=
90 2 + 50 2
102,96 m
tan θ
=
θ
=
θ
=
Fx
Fx
o
a
50
F cos θ
30 cos 40
22,98 N links
=
=
=
F cos θ
20 cos 35
16,38 N regs
=
=
2
=
R
=
R
=
R
29,05∘
∴ koers = 90 − 29,05 = 60, 95
=
=
=
−3,76 + 22,98 − 16,38
2,84 N links
3. Resultant
tan−1( 90 )
∘
F sin θ
=
=
11 sin 70
10,34 N op
Fy
11 N
40°
30 N
=
F sin θ
=
=
30 sin 40
19,28 N af
Fy
=
F sin θ
=
=
20 sin 35
11,47 N af
=
−10,34 + 19,28 + 11,47
=
20,41 N af
Fy
4. Hoek
2
x +y
2
2,842 + 20,412
20,61 N
tan θ
=
o
a
θ
=
tan−1
θ
=
20,41
2,84
∘
82,08
∘
∴ Verplasing = 102,96 m teen 'n koers van 60,95
70°
35°
20 N
2,84 N
2. x- en y-resultant
Onthou dat θ bereken relatief tot die x-as,
∘
=
20 N krag:
Fx
R2
-=
30 N krag:
x
90 m
Fy
F cos θ
11 cos 70
3,76 N regs
∴ Resultant = 20,61 N teen ‘n helling van 187,92°
∘
(Die ewewigskrag = 20,61 N teen ‘n helling van 7,92°)
10
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
20,41 N
su l
Re
ant
11 N krag:
=
=
=
R
Newton se Bewegingswette
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
KRAGTE
Nie-kontakkrag: ‘n Krag wat oor ‘n afstand
Kontakkrag: ‘n Krag wat uitgeoefen word
uitgeoefen word sonder fisiese kontak.
tussen twee voorwerpe wat in kontak is.
Elektrostatiese krag
Toegepaste krag (FA)
Gravitasiekrag (Fg)
Spanning (T of FT)
Magnetiese krag
Wrywing (Ff of fs/fk)
‘n Krag is ‘n stoot- of trekaksie wat toegepas word op ‘n voorwerp. Hierdie aksie kan toegepas word op
voorwerpe wat in kontak tree met mekaar of oor ‘n afstand (geen kontak).
Kragte is vektore omdat dit beide grootte en rigting besit. Krag word gemeet in newton (N). 1 N is die
krag benodig om ‘n 1kg voorwerp teen 1m·s-2 in die rigting van die krag te laat versnel. Dus kan ons sê
dat 1 N = 1 kg·m·s-2
Normaalkrag (FN)
Normaalkrag (FN)
Wrywing (Ff of fs/fk)
Die loodregte komponent van die kontak krag wat toegpas word deur die oppervlak waarop
dit rus.
Die normaalkrag is gelyk aan die loodregte komponent van
gravitasie indien daar geen ander kragte op die voorwerp
toegepas word nie.
FN = − Fg
Wrywing is die krag wat die beweging of voornemende beweging van ‘n voorwerp
teenwerk.
Wrywing is die parallelle komponent van die kontak krag op ‘n voorwerp deur die oppervlak waarop dit
rus. Die wrywing tussen die kontakoppervlaktes word bepaal deur die eienskappe van die oppervlakte.
Die wrywingskoëffisiënt (µs/µk) dien as ‘n beskrywing van die grofheid van die oppervlakte. Hoe growwer
die oppervlakte, hoe hoër die wrywingskoëffisiënt.
Statiese wrywing (fs)
Kinetiese wrywing (fk)
FN
Fg
Indien alternatiewe kragte op die voorwerp toegepas word, sal die normaalkrag verander afhangende
van die rigting en grootte van die toegepaste krag.
FA
θ
Fg
FN + FAy + Fg = 0
FN + FA sin θ = − Fg
Voorwerpe wat van ‘n tou/koord/kabel gehang word besit geen
normaalkrag nie, omdat daar geen oppervlak bestaan waarop
dit kan rus nie.
FN
FA
θ
Fg
f smaks = μs FN
fk = μk FN
f smaks = maksimum statiese wrywing (N)
fN = kinetiese wrywing (N)
μs = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid)
μk = wrywingskoëffisiënt (geen eenheid)
FN = Normaalkrag (N)
FN = Normaalkrag (N)
Die voorwerp sal begin beweeg indien die toegepaste krag groter as die maksimum statiese wrywing is.
FN + Fg + FAy = 0
FN = − Fg − FA sin θ
FT
FT + Fg = 0
Fg
Kinetiese wrywing is die wrywingskrag wat die
beweging van ‘n nie-stilstaande voorwerp
teenwerk. Die grootte van die kinetiese wrywing
is konstant vir die spesifieke sisteem tydens alle
snelhede groter as nul ongeag van die toegepaste
krag.
Wrywing (N)
FN
Statiese wrywing is die wrywingskrag wat die
beweging van ‘n stilstaande voorwerp teenstaan. Die grootte van die statiese wrywingskrag
sal toeneem soos wat die parallelle komponent van
die toegepaste krag toeneem totdat maksimum
statiese wrywing bereik word. fsmaks is die grootte
van die wrywingskrag wanneer die voorwerp begin
beweeg.
a$
St
e
es
w
w
ry
f s)
g(
n
i
fsmaks
Kine5ese wrywing (fk)
Toegepaste krag (N)
11
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Newton se Eerste Bewegingswet
Newton se Bewegingswette
‘n Liggaam sal altyd in rus bly of teen ‘n konstante snelheid
beweeg tensy ‘n resulterende krag (nie-nul) daarop inwerk.
Newton se Eerste wet word toegeskryf aan traagheid – die weerstand
wat ‘n voorwerp bied om sy eie beweging of rus-posisie te verander.
a = 0 m ⋅ s −2
‘n 3 kg voorwerp beweeg op teen ‘n helling met ‘n hoek van 15º
met konstante snelheid. Die wrywingskoëffisiënt is 0,35. Bereken
die grootte van die toegepaste krag.
FA
FN
Newton se Tweede Bewegingswet
Newton se Derde Bewegingswet
Wanneer ‘n resulterende krag op ‘n voorwerp inwerk, sal die
voorwerp versnel in die rigting van die resulterende krag
teen ‘n versnelling wat direk eweredig is aan daardie krag en
omgekeerd eweredig is aan die massa van die voorwerp.
Indien voorwerp A ‘n krag op voorwerp B verrig, sal
voorwerp B ‘n krag op voorwerp A verrig wat gelyk in
grootte en teenoorgesteld in rigting is.
Newton se Tweede wet is afhanklik van die resultante krag – Die
vektorsom van alle kragte wat op dieselfde voorwerp toegepas word.
‘n 20 N krag word toegepas op ‘n 5 kg voorwerp. Die voorwerp
versnel teen ‘n opwaartste, wrywinglose oppervlak met ‘n 15º
helling. Bereken die versnelling van die voorwerp.
15°
Fg
FA
FN
T
fk
a ≠ 0 m ⋅ s −2
Fnet = m a
Fg//
Neem afwaarts as positief:
Fnet⊥
= 0
FN + Fg⊥ = 0
FN
=
−Fg ⊥
FN
FN
FN
∴ FN
=
=
=
=
−m g cos θ
−(3)(9,8)cos 15∘
−28,40 N
28,40 N ⊥ op vanaf die helling
Fnet//
FA + Fg// + fk
=
=
0
0
FA
=
−Fg// − fk
FA
FA
FA
∴ FA
=
=
=
=
−m g sin θ − μk FN
−(3)(9,8)sin 15∘ − (0,35)(28,40)
−17,55 N
17,55 N
Belangrik om veiligheidsgordels te dra:
‘n Voorwerp sal volgens Newton se Eerste Wet altyd in rus bly of teen
‘n konstante snelheid beweeg tensy ‘n resulterende krag (nie-nul)
daarop inwerk. Wanneer ‘n motor skielik moet stop, sal ‘n persoon
binne die voertuig steeds teen ‘n konstante snelheid vorentoe
beweeg. Die persoon sal kontak maak met die voorruit van die motor
sonder ‘n veiligheidsgordel, wat ernstige kopwonde kan veroorsaak.
Die veiligheidsgordel tree op as ‘n toegepaste krag wat die voorwaartse beweging van die persoon teenwerk.
Fg
15°
Kragpare eienskappe:
• Gelyk in grootte
• Teenoorgesteld in rigting
• Toegepas op verskillende voorwerpe (kan daarom NIE
MEKAAR KANSELLEER NIE)
=
=
ma
ma
=
=
5a
5a
a
=
∴a
=
LET WEL:
Die kragpaar hier verwys
na gravitasionele kragte.
Gravitasie en normaal
kragte is NIE kragpare
nie.
Neem opwaarts as potitief:
20 + (5)(−9,8)sin 15∘
20 − 12,68
FA op B = − FB op A
Fman op aarde
Fg//
Fnet//
FA + Fg//
Newton se Derde Wet beskryf aksie-reaksie kragpare. Hierdie is
kragte wat van toepassing is op verskillende voorwerpe en kan
daarom nie opgetel of van mekaar afgetrek word nie.
T
Fnet = 0 N
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Faarde op man
Fman op muur
7,32
5
1,46 m ⋅ s−2 // op teen die helling
Effek van Newton se Tweede Wet op ‘n oorlaaide voertuig:
Volgens Newton se Tweede Wet is die versnelling van ‘n voorwerp
direk eweredig aan die toegepaste krag en omgekeerd eweredig aan
die massa van die voorwerp. Indien ‘n voertuig oorlaai is sal die
stopafstand toeneem wat kan lei tot ernstige ongelukke. Sodra die
remme toegepas word sal die krag (wrywing) dieselfde bly, maar die
toename in massa veroorsaak ‘n afname in die negatiewe versnelling
wat op sy beurt die tyd (en afstand) wat dit neem vir die voertuig om
te stop, vergroot.
12
Fmuur op man
Newton se Derde Wet gedurende ‘n botsing:
Volgens Newton se Derde Wet is die krag wat op twee voorwerpe
uitgeoefen word gelyk in grootte maar teenoorgesteld in rigting.
Indien twee voertuie betrokke is in ‘n ongeluk sal beide dieselfde
krag opmekaar uitoefen, ongeag van hul massas.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Newton se Bewegingswette
Horisontaal
Helling
Die vertikale resultant = 0 N
Die loodregte (⟂) resultant = 0 N
The horisontale resultant bepaal die versnelling.
The parallelle (//) resultant bepaal versnelling
θ
Ff
Ff
Krag afwaarts toegepas teen helling
FAy
FAx
Fg
Horisontaal:
Vertikaal:
Fnet = m a
FAx + (−Ff ) = m a
Fnet = 0
(−Fg ) + FN + FAy = 0
FA
Stoot teen ‘n hoek
FA
FN
Ff
Fg//
Fg//
Fg
FN
FN
Fg
θ
Loodreg:
Fnet = 0
Fg⊥ + (−FN ) = 0
Ff
FAy
Horisontaal:
Vertikaal:
Fnet = m a
FAx + (−Ff ) = m a
Fnet = 0
Fg + (−FN ) + FAy = 0
FN
Ff
Horisontale resultant = 0 N
Vertikale resultant bepaal versnelling
ONTHOU: Geen normaal of wrywingskragte
θ
Fg
Ff
Parallel:
Loodreg:
Fnet = m a
(−Fg∥) + (−Ff ) + FA = m a
Fnet = 0
Fg⊥ + (−FN ) = 0
FA
Fg⟂
Fg
θ
Fnet = m a
Fg∥ + (−Ff ) = m a
Fnet = 0
Fg⊥ + (−FN ) = 0
Vryvallende hysbak (gebreekte kabel)
FT
FT
Vertikaal:
Fnet = 0
Fg + (−FT ) = 0
Fnet = m a
Fg + (−FT ) = m a
Fg
Loodreg:
Hysbak versnel
Vertikaal:
Fg
Parallel:
Ff
Fg⟂
Stilstaande hysbak/ konstante snelheid
Hangende voorwerpe
fk
FN
Fg//
Fg//
Fg//
Fg//
FT
FN
T
Fg
FA
FN
Geen toegepaste krag
FAx
Fg
Ff
Fg⟂
Fnet = m a
Fg∥ + FA + (−Ff ) = m a
θ
Ff
FA
Parallel:
FN
Fg⊥ = Fg cos θ
Krag opwaarts toegepas teen helling
T
FN
FN
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Fg// = Fg sin θ
ONTHOU: Gebruik komponente van gravitasiekrag
Trek teen ‘n hoek
FA
ALLE VOORBEELDE:
BEWEGINGSRIGTING POSITIEF
T
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Versnelling sal in die rigting
van die grootste krag wees.
13
FT
Vertikaal:
Fnet = m a
Fg = m a
Fg
Fg
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Fg
Fg
Aangehegte voorwerpe
FN
Horisontaal:
Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe
is gelyk in grootte en rigting.
Fnet = m a
(−Ff ) + FT = m a
Toegepaste kragte word slegs op een voorwerp
op ‘n slag toegepas.
FN
FT
Ff
FN
FN
FT
Ff
FA
Fg
Horisontaal:
Ff
Fg
Fg
ONTHOU:
Fnet = m a
FA + (−FT ) + (−Ff ) = m a
FA
FT
Ff
Fg
Gelyktydige vergelykings vir versnelling en spanning word gewoonlik benodig.
Voowerpe in kontak
Koorde/kabels- Die spanningskragte op
die voorwerpe is gelyk in grootte maar
teenoorgestelde in rigting
FN
FN
Horisontaal:
Voorwerpe in kontak- Newton se
Derde Bewegingswet
Fnet = m a
FA + (−FBA) + (−Ff ) = m a
Dieselfde as
Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe
is gelyk in grootte en rigting.
Veelvoudige asse
FN
Horisontaal (voorwerpe op ‘n oppervlakte) EN
vertikaal (voorwerpe wat gehang word).
Ff
Die snelheid en versnelling van alle voorwerpe is
gelyk in grootte maar NIE IN RIGTING NIE.
FA
Ff
FBA
Kan horisontaal (veelvoudige voorwerpe op ‘n
oppervlak) of vertikaal (veelvoudige voorwerpe
wat gehang word) wees.
FA
A
Ff
Fg
FN
FBA FAB
FN
Horisontaal:
B
Fg
Fnet = m a
(−Ff ) + FAB = m a
FAB
Ff
Ff
Fg
Fg
Voorwerpe in kontak
In hierdie voorbeelde
is kloksgewys positief:
FT1
Fg
Fg
Kloksgewys:
Regs en af positief
FN
FN
FT1
Vektor rigting op veelvoudige asse
Regs positief
Ff
Fg
Af positief
FT2
FT2
FT1
Ff
FT2
Fg
Fg
Fg
FN
Ff
FT1
OF
Antikloksgewys:
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Voorwerpe geheg met koord/kabel/tou
Doen afsonderlike vryliggaam diagramme vir
elke voorwerp.
Links en op negatief
ALLE VOORBEELDE:
BEWEGINGSRIGTING POSITIEF
Newton se Bewegingswette
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Fg
FT2
FT1
Ff
Fg
Fg
FT2
Links en op positief
Horisontaal:
Vertikaal:
Regs en af negatief
Fnet = m a
FT1 + (−Ff ) = m a
Fnet = m a
Fnet = m a
Fg + (−FT1) + FT 2 = m a Fg + (−FT 2 ) = m a
Vertikaal:
14
FN
FN
FT1
Fg
FT2
Ff
FT1
FT2
Fg
Fg
Horisontaal:
Horisontaal:
Vertikaal:
Fnet = m a
FT1 + (−Ff ) = m a
Fnet = m a
FT 2 + (−FT1) + (−F f ) = m a
Fnet = m a
Fg + (−FT 2 ) = m a
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Newton se Wet van Universele Gravitasie
Elke liggaam in die heelal trek elke ander liggaam aan met ‘n
krag wat direk eweredig is aan die produk van hulle massas
en omgekeerd eweredig is aan die kwadraat van die afstand
tussen hul middelpunte.
Gm1m2
F=
r2
F =
G =
m=
r =
Aantrekkingskrag tussen die voorwerpe (N)
Universele gravitasie konstante (6,67 ×10−11 N·m2·kg−2 )
Massa van die voorwerp (kg)
Afstand tussen voorwerpe se middelpunte (m)
‘n Uniforme sfeer se materie trek ‘n liggaam wat buite sy dop is aan
asof al die sfeer se massa gekonsentreer is by sy middelpunt.
VERHOUDINGS
1.Skryf die oorspronklike formule neer.
2.Manipuleer om onbekende die onderwerp van die formule te maak
3.Vervang veranderinge in formule (Behou simbole!)
4.Vereenvoudig verhouding
5.Vervang oorspronklike formule met onbekende simbool
Die afstand word dus bereken tussen die middelpunte van twee
liggame.
rmaan
LET WEL:
Die radius van die aarde word
gevoeg by die afstand tussen
die aarde en die maan.
rman
LET WEL:
Die radius van ‘n voorwerp
(man) op die aarde is
weglaatbaar klein.
KEN DIE VERSKIL!
g teenoor G
g: Gravitasie versnelling ( 9,8 m·s−2 op aarde)
g is die versnelling as gevolg van gravitasie op ‘n spesifieke planeet
G: Universele gravitasie konstante (6,67 ×10−11 N·m2·kg−2 )
Proporsionaliteitskonstante van toepassing regoor die heelal.
Massa teenoor Gewig
Massa ( kg )
‘n Skalaar kwantiteit wat materie bevat wat oral in die heelal konstant
bly.
Gewig ( N )
Gewig is die gravitasionele krag wat die Aarde op enige voorwerp toepas. Gewig verskil van planeet tot planeet. Fg = mg. Gewig is ‘n vektor
kwantiteit.
Gm1m2
r2
Radius in m
Rigting is ALTYD aantrekend
Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag
(Newton se Derde Bewegingswet)
VOORBEELD:
Die aarde met ‘n radius van 6,38 x 103 km is 149,6 x 106 km
weg van die son met ‘n radius van 696 342 km. Indien die
aarde ‘n massa het van 5,97 x 1024 kg en die son het ‘n massa
van 1,99 x 1030 kg, bereken die aantrekkingskrag tussen die
twee liggame.
)
∴ Fnuwe = 1 F
Vervang oorspronklike formule
BEREKEN GRAVITASIONELE VERSNELLING (g)
F = m voorwerp g
r = 6,38 × 10 3 km + 149,6 × 106 km + 696 342 km
Vervang oorspronklike formule
b) Beide die twee massas en die afstand verdubbel word?
Gm1m2
F=
Skryf die formule neer
r2
G(2m1)(2m2 )
Vervang veranderlikes in formule
=
(2r)2
4 Gm1m2
Vereenvoudig verhouding
=
4
r2
Gm1m2
= 1(
r2 )
en
mvg =
g=
F=
Gm voorwerp mPlaneet
Gm v mP
= 6,38 × 106 m + 149,6 × 109 m + 696 342 × 10 3 m
= 1,5 × 1011 m
F=
F=
Gm1m2
r2
6,67 × 10−11(5,97 × 10 24 )(1,99 × 10 30 )
(1,50 × 1011)2
F = 3,52 × 10 22 N aantrekkend
Die krag van gravitasionele aantrekking is ‘n vektor, daarom sal
alle vektor reëls van toepassing wees:
•
Rigting spesifiek
• Kan bygevoeg of afgetrek word
(r Planeet )2
(r P )2
Gm v mP
mv (r P )2
GmP
∴g=
(r P )2
Daarom hang die gravitasionele versnelling van ‘n voorwerp af van die
massa en radius van die planeet, NIE VOORWERP MASSA NIE!
15
te gebruik
Radius: middelpunt van massa tot middelpunt van massa
Vereenvoudig verhouding
∴ Fnuwe = 8 F
r2
ONTHOU:
2
= 8(
Gm1m2
Massa in kg
a) Een massa verdubbel word en die afstand tussen die massas
halveer word?
Gm1m2
F=
Skryf die formule neer
r2
G(2m1)m2
Vervang veranderlikes in formule
=
( 1 r)2
4
BEREKENINGE
Die krag kan bereken word deur F =
VOORBEELD:
Twee voorwerpe, m1 en m2, is op ‘n afstand r van mekaar af en
ondervind ‘n krag F. Hoe sal die krag beinvloed word indien:
2 Gm1m2
=
1
r2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Neem regs as positief:
Fnet op satelliet =
Fm op s + Fa op s
=−(
Gm m m s
rms 2
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
)+(
Gm a m s
ras 2
)
Momentum en Impuls
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
MOMENTUM
VEKTORAARD VAN MOMENTUM
NEWTON SE TWEEDE BEWEGINGSWET
Momentum: die produk van die massa en
snelheid van die voorwerp.
Momentum is 'n vektorhoeveelheid en het beide
grootte en rigting. Dit is dus belangrik om altyd
rigting in te sluit in alle momentum berekeninge.
Newton se tweede wet in terme van momentum: Die netto krag Afgelei van Newton se
wat op 'n voorwerp inwerk is gelyk aan die tempo van verander- Tweede Wet
ing van momentum.
Momentum kan gesien word as die kwantifisering
van die beweging van 'n voorwerp. Die volgende
vergelyking word gebruik om momentum te
bereken:
p = momentum (kg ⋅ m ⋅ s−1)
p = mv
m = massa (kg)
v = snelheid (m ⋅ s−1)
VOORBEELD:
'n Gholfbal met ‘n massa van 0,05 kg verlaat
'n gholfstok teen 'n snelheid van 90 m·s 1 in
'n oostelike rigting. Bereken die momentum
van die gholfbal.
p
=
=
=
Fnet = m a
Δv
Fnet = m
Δt
mvf − mvi
Fnet =
Δt
Δp
Fnet =
Δt
Volgens Newton se Tweede Wet, sal 'n resulterende krag wat toegepas
word op 'n voorwerp veroorsaak dat die voorwerp versnel. Wanneer die
netto krag op 'n voorwerp verander, so ook verander sy snelheid en dus
ook die momentum.
Fnet
mv
(0,05)(90)
Δp
=
Δt
Fnet = Resulterende krag (N)
Δp = verandering in momentum (kg ⋅ m ⋅ s−1)
Δt = tyd (s)
IMPULS
Impuls: die produk van die netto krag en die kontak tyd.
4,5 kg ⋅ m ⋅ s−1 oos
Deur Newton se tweede wet in terme van momentum te herrangskik, vind ons dat impuls gelyk is aan
die verandering in momentum van 'n voorwerp volgens die impuls-momentum stelling:
VERANDERING IN MOMENTUM
Impuls = FΔt
Impuls = Δp
mΔv = Δp
Wanneer 'n bewegende voorwerp in aanraking kom met 'n ander voorwerp (bewegende of stilstaande)
lei dit tot 'n verandering in snelheid vir beide voorwerpe en dus 'n verandering in momentum (p) vir
elkeen. Die verandering in momentum kan bereken word deur die gebruik van:
Δp = verandering in momentum (kg ⋅ m ⋅ s−1)
Δp = pf − pi
Δpi = oorspronklike momentum (kg ⋅ m ⋅ s−1)
As gevolg van die vektoraard van momentum, is dit baie belangrik om 'n positiewe rigting te kies.
VOORBEELD:
'n 1000 kg Motor beweeg aanvanklik teen 'n
konstante snelheid van 16 m·s 1 in 'n oostelike
rigting nader aan 'n stopstraat, die motor begin briek en kom tot 'n stilstand. Bereken die
verandering in momentum van die motor.
'n Krieketbal met 'n massa van 0,2 kg beweeg
teen 'n snelheid van 40 m·s 1 oos na 'n
krie-ketkolf en verlaat die krieketkolf teen 'n snelheid van 50 m·s 1 wes. Bereken die verandering
in momentum van die bal tydens sy kontak met
die krieketkolf.
=
pf − pi
Δp
=
mvf − mvi
Δp
Δp
=
=
(1000)(0) − (1000)(16)
−1600
∴ Δp = 1 600 kg ⋅ m ⋅ s−1 wes
VOORBEELD:
VOORBEELD:
'n Gholfbal met 'n massa van 0,1 kg word gedryf
vanaf die bof. Die gholfbal ondervind 'n krag van
1000 N terwyl dit in kontak is met die gholfstok en
beweeg weg van die gholfstok teen 'n sneheid van
30 m·s 1. Vir hoe lank was die gholfstok in kontak
met die bal?
Fnet Δt =
m Δv
1000t = (0,1)(30 − 0)
Die volgende grafiek toon die krag wat uitgeoefen word op 'n hokkiebal met verloop van
tyd. Die hokkiebal is aanvanklik stilstaande en
het 'n massa van 150 g.
t
Kies oos as positief:
Δp
Δp gemeet in kg·m·s−1
Die verandering in momentum is direk afhanklik van die grootte van die resulterende krag en die duur
waarvoor die krag toegepas word. Impuls is 'n vektor, ∴ rigting spesifiek.
Δpf = finale momentum (kg ⋅ m ⋅ s−1)
VOORBEELD:
Impuls, FΔt ,gemeet in N·s.
=
3 × 10−3 s
VOORBEELD:
Kies oos as positief:
Δp
=
pf − pi
Δp
=
mvf − mvi
Δp
Δp
=
=
(0,2)(−50) − (0,2)(40)
−18
∴ Δp = 18 kg ⋅ m ⋅ s
−1
Hoe kan lugsakke doeltreffend wees tydens 'n
botsing? Stel jou antwoord deur die impulsmomentum stelling.
Vanaf die impuls-momentum stelling, FnetΔt =
mv: verleng 'n lugsak die tyd, t, van die impak
tydens die ongeluk, en veroorsaak sodoende 'n
kleiner krag, Fnet, wat op die passasier inwerk
volgens Fnet ∝1/t.
wes
16
Bereken die grootte van die impuls (verandering in momentum) van die hokkiebal.
Fnet Δt
=
area onder grafiek
impuls
=
1
bh
2
impuls
=
impuls
=
1
(0,5)(150)
2
37,5 N ⋅ s
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
BEHOUD VAN MOMENTUM
Behoud van Momentum
SCIENCE CLINIC 2016 ©
NEWTON SE DERDER WET EN MOMENTUM
Behoud van liniêre momentum: Die totale liniêre momentum van 'n geïsoleerde stelsel bly
konstant.
Σpvoor = Σpna
pA(voor) + pB(voor) = pA(na) + p(na)
mA viA + mBviB + . . . = mA vfA + mBvfB + . . .
Tydens 'n botsing sal die voorwerpe wat betrokke is kragte op mekaar uitoefen. Daarom, volgens Newton
se derde wet, as voorwerp A 'n krag uitoefen op voorwerp B, sal voorwerp B 'n krag uitoefen op
voorwerp A waar die twee kragte gelyk is in grootte, maar teenoorgesteld in rigting is.
Die grootte van die krag, die kontaktyd en daarom die impuls op beide voorwerpe is gelyk in
grootte.
Kragte word uitgeoefen tussen voorwerpe tydens:
Sisteem: 'n Sekere aantal voorwerpe en hul interaksie met mekaar.
Eksterne kragte: Kragte buite die sisteem.
Isoleerde sisteem: ‘n Sisteem waar net die eksterne krag nul is.
Botsings: Trek saam weg, bots en deflekteer, voorwerp word vertikaal laat val op bewegende voorwerp.
Ontploffings: Ontploffings, vere, vuurwapens
Botsings
Ontploffings
Trek saam weg
Ontploffings
Wanneer voorwerpe bots en saam
beweeg, kan hul massas bymekaar
gevoeg word asof dit een voorwerp
is.
vA
vB = 0
mA
mB
Voorwerpe wat stilstaande is (B)
het ‘n oorspronklike snelheid van
nul.
Botsing
vA+B
Voorwerpe wat dieselfde ontploffing
ervaar sal dieselfde krag ondervind.
vA+B = 0
mA+B
Die versnelling, snelheid en momentum van die voorwerp is afhanklik
van die massa.
mA+B
Voorwerpe wat stilstaande is (A+B)
het ‘n snelheid van nul.
Σpvoor = Σpna
mA viA + mBviB = (mA + mB)vf
Bots en bons weg
Voorwerpe kan bots en afsonderlik
beweeg.
ONTHOU: Snelheid en momentum is vektore (rigting spesifiek).
Snelheid vervanging moet rigting
in ag neem.
Lineêre momentum = momentum
op een as.
‘n Vallende voorwerp het ‘n horisontale snelheid van nul,
∴viB= 0m·s 1
Ontploffing
vB
mA
mB
Σpvoor = Σpna
(mA + mB)vi = mA vfA + mBvfB
Vere
vA
vB
mA
mB
vA
vB
mA
Botsing
Die veer sal dieselfde krag op
beide voorwerpe uitoefen.(Newton
se Derde Wet).
mB
Die versnelling, snelheid en
momentum van die voorwerp is
afhanklik van die massa.
Σpvoor = Σpna
mA viA + mBviB = mA vfA + mBvfB
vA
mA
vB = 0
vB = 0
mA
mB
vA
Stoot
vB
mA
mB
Σpvoor = Σpna
(mA + mB)vi = mA vfA + mBvfB
Voorwerpe wat stilstaande is (A+B)
het ‘n snelheid van nul.
Voorwerp word vertikaal laat val op 'n bewegende voorwerp
Voorbeeld: 'n Waaghals spring van
'n brug af en land op 'n vragmotor.
vA
Vuurwapens/ kanonne
vA+B
MB
vB = 0
Botsing
Die vuurwapen en koeël sal dieselfde krag ondervind.
Die versnelling van die wapen is
aansienlik minder as die van die
koeël as gevolg van massa verskil.
mA+B
Σpvoor = Σpna
mA viA + mBviB = (mA + mB)vf
Terugslag kan verminder word
deur die massa van die wapen te
verhoog.
17
vG+B = 0
vG
vB
mG
mB
Skiet
mG+B
Σpvoor = Σpna
(m G + mB)vi = m G vfG + mBvfB
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
ELASTIESE TEENOOR ONELASITIESE BOTSINGS
Momentum en Energie
SCIENCE CLINIC 2016 ©
PENDULUM
Elastiese botsing: 'n botsing waarin beide momentum en kinetiese
energie behoue bly.
Onelastiese botsing: 'n botsing waarin slegs momentum behoue bly.
In 'n geïsoleerde stelsel, sal momentum altyd behoue bly. Om te
bewys dat 'n botsing elasties is, moet ons slegs bewys dat kinetiese
energie behoue bly.
Kinetiese energie kan bereken word deur die massa en snelheid van 'n
voorwerp te gebruik:
EK =
AFWAARTSE SWAAI:
Behoud van meganiese energie
(EM) om die snelheid aan die
onderkant van die swaai te bepaal:
EM(bo) = EM(onder)
1
2
mgh + mv 2 = mgh + 12 mv 2
EK = Kinetiese energie (J)
1
mv 2
2
BOTSING:
m = massa (kg)
Behoud van liniêre momentum om die
snelheid van die blok na die botsing te bepaal.
v = snelheid (m ⋅ s−1)
Elastiese botsing:
h
Σpvoor = Σpna
pA(voor) + pA(voor) = pA(na) + pA(na)
mA viA + mBviB + . . . = mA vfA + mBvfB + . . .
Ek(voor) = Ek(na)
Onelastiese botsing: Ek(voor) ≠ Ek(na)
(sekere energie gaan verlore as klank
en of hitte.)
VOORBEELD:
Die snelheid van 'n bewegende trollie met massa 1 kg is 3 m·s 1.
'n Blok met massa 0,5 kg word vertikaal laat val op die trollie. Onmiddellik na die botsing is die spoed van die trollie en blok 2 m·s 1
in die oorspronklike rigting. Is die botsing elasties of onelasties?
Bewys jou antwoord met 'n geskikte berekening.
EK(voor)
=
=
EK(na)
1
2
=
=
=
=
OPWAARTSE SWAAI:
Behoud van meganiese energie
(EM) om die hoogte wat die
pendulum bereik te bepaal:
1
mt vt2 + 2 mb vb2
1
(1)(3)2
2
EM(onder) = EM(bo)
1
+ 2 (0,5)(0)2
1
1
2
1
(1
2
1
mgh + 2 mv 2 = mgh + 2 mv 2
4,5 J
2
mt+b vt+b
BOTSING:
Behoud van liniêre momentum om die
snelheid van die pendulum na die impak te bepaal.
+ 0,5)(2)2
3J
Σpvoor = Σpna
pA(voor) + pA(voor) = pA(na) + pA(na)
mA viA + mBviB + . . . = mA vfA + mBvfB + . . .
EK(voor) ≠ EK(na)
∴ Kinetiese energie is nie behoue nie en die botsing is onelasties
18
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Energie
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
WET VAN BEHOUD VAN MEGANIESE ENERGIE
ENERGIE
Die vermoë om werk te verrig
Eenheid: joule (J)
Skalaarhoeveelheid
Gravitasie Potensiële Energie (EP)
Die energie wat 'n voorwerp besit
as gevolg van sy posisie relatief
tot 'n verwysingspunt.
Kinetiese Energie (EK)
Die energie wat 'n
voorwerp besit as gevolg
van sy beweging.
Hoeveelheid energie oorgedra wanneer
'n voorwerp posisie relatief tot die
aarde se oppervlak verander.
Hoeveelheid energie wat
oorgedra word na 'n voorwerp
soos dit spoed verander.
EP = mgh
1
EK = mv 2
2
g = 9,8m.s-2, m is massa in kg, h is
hoogte in m
m is massa in kg, v is snelheid in m.s-1
Voorbeeld:
Bepaal die gravitasie potensiële energie
van 'n 500g bal wanneer dit op 'n tafel
met 'n hoogte van 3 m geplaas word.
Voorbeeld:
Bepaal die kinetiese energie
van 'n 500g bal wanneer dit
teen 3m.s -1 beweeg.
EP
EK
=
=
=
m gh
(0,5)(9,8)(3)
14,7 J
=
=
=
1
2
m v2
1
(0,5)(32 )
2
2,25 J
Meganiese Energie (EM)
die som van gravitasie potensiële en kinetiese energie by 'n punt
EM
=
EP + EK
EM
=
mgh + 2 mv 2
Beginsel van behoud van meganiese energie: In die afwesigheid
van lugweerstand of enige eksterne kragte, bly die meganiese
energie van 'n voorwerp konstant. Die wet van behoud van meganiese energie geld wanneer daar geen wrywing of lugweerstand is wat op
die voorwerp inwerk nie. In die afwesigheid van lugweerstand, of ander
kragte, is die meganiese energie van 'n voorwerp wat in die gravitasieveld
van die aarde in vryval beweeg, behoue.
EMegA
=
(EP + EK )A
1
2
2
(m gh + m v )A
EMegA
=
(EP + EK )B
=
(m gh + 12 m v 2 )B
Wet van behoud van energie: Energie kan nie geskep of vernietig word nie, maar slegs oorgedra word.
In die volgende gevalle is die gravitasie potensiële energie van 'n voorwerp omgeskakel na kinetiese energie (en omgekeerd), terwyl
die meganiese energie konstant bly.
VOORBEELD 1: Voorwerp beweeg vertikaal
VOORBEELD 2: Voorwerp beweeg op ‘n skuinsvlak
‘n 2 kg Bal word vanuit rus laat val vanaf A, bepaal die maksimum snelheid van die bal by B net voor impak.
‘n 2 kg Bal rol teen 3 m·s−1 op die grond by A, bapaal die maksimum
hoogte wat die bal sal bereik by B.
(EP + EK )A
=
(m gh + 1 m v 2 )A
2
(2)(9,8)(4) + 1 (2)(0 2 )
2
=
78,4 + 0
=
v
=
v
=
=
(EP + EK )B
(m gh + 1 m v 2 )B
2
(2)(9,8)(0) + 1 (2)v 2
2
0 + 1v 2
78,4
8,85 m ⋅ s−1 afwaarts
(EP + EK )A
=
(EP + EK )B
(m gh + 1 m v 2 )A
2
(2)(9,8)(0) + 1 (2)(32 )
2
=
9
19,6
=
h
=
0,46 m
0+9
h
=
=
1
m v 2 )B
2
(2)(9,8)(h) + 1 (2)(0 2 )
2
(m gh +
19,6h + 0
VOORBEELD 3: Pendulum
VOORBEELD 4: Tuimeltrein
Die 2 kg slinger swaai vanaf A teen 5 m·s−1 na B, op die grond, waar sy
snelheid 8 m·s−1 is. Bepaal die hoogte van punt A.
Die 2 kg bal rol oor 'n tuimeltrein speelding vanaf A, 20 m bo die grond,
na B waar sy hoogte 8 m en snelheid 14 m·s−1 is. Bereken sy beginsnelheid by A.
1
VOORBEELD:
'n Bal, massa 500g, word horisontaal gegooi deur die lug. Die bal beweeg
teen 'n snelheid van 1,8m·s−1 en is 2,5m van die grond af. Bepaal die
meganiese energie van die bal.
(EP + EK )A
EM
=
EP + EK
EM
=
m gh + 12 m v 2
1
m v 2 )A
2
(2)(9,8)(h) + 1 (2)(52 )
2
EM
=
EM
=
13,06 J
66,5 − 25
19,6
(0,5)(9,8)(2,5) + 12 (0,5)(1,82 )
SCIENCE CLINIC 2016 ©
(m gh +
19,6h + 25
h
=
=
=
=
(EP + EK )B
1
m v 2 )B
2
(2)(9,8)(0) + 1 (2)(82 )
2
(m gh +
0 + 64
=
h
=
1,99 m
19
(EP + EK )A
=
(EP + EK )B
(m gh + 1 m v 2 )A
2
(2)(9,8)(20) + 1 (2)(v 2 )
2
392 + v 2
=
v
=
313,6 + 196 − 392
v
=
10,84 m ⋅ s−1 na regs
=
=
1
m v 2 )B
2
(2)(9,8)(16) + 1 (2)(142 )
2
(m gh +
313,6 + 196
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Werk, Energie en Drywing
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
WERK
Geen werk word verrig op 'n voorwerp (wat teen 'n konstante snelheid
beweeg) indien die krag en die verplasing loodreg tot mekaar is.
Werk is die oordrag van energie. Werk verrig op 'n
voorwerp deur 'n krag is die produk van die verplasing en Dink aan 'n man wat met 'n tas met 'n gewig van 20N op 'n snelheid-baan
beweeg teen 'n konstante snelheid.
die komponent van die krag parallel met die verplasing.
W = FΔx cos θ OF W = Fs
LET WEL:
Werk is a skalaarhoeveelheid, dus GEEN RIGTING.
W
= Werk (J)
F
= Krag toegepas (N)
Δx/s = Verplasing (m)
Fx = F cos θ
Rigting van
beweging
F
Δx
Wanneer 'n resulterende krag toegepas word op 'n
voorwerp, versnel die resulterende krag die blok oor ‘n
afstand Δx. Werk is gedoen om die kinetiese energie van
die blok te verhoog.
Bereken die netto werk verrig op 'n trollie waar 'n krag van 30 N op
die trollie inwerk. Die trollie beweeg 3 m na links. Die wrywingskrag
is 5 N na regs.
Werk verrig deur Ff:
Werk verrig deur FA:
Δx
Geen krag in die vlak van die verplasing nie, dus GEEN werk is verrig en
geen energie word oorgedra nie. Ons kan ook sê dat die toegepaste krag
nie die potensiële energie (hoogte) of kinetiese energie (vertikale snelheid)
van die voorwerp verander nie.
'n Krag/kragkomponent in die rigting van die verplasing verrig positiewe
werk op die voorwerp. Die krag verhoog die energie van die voorwerp.
Positiewe werk beteken dat energie by die stelsel gevoeg word.
Rigting van
beweging
F
θ
F
Δy
W = Fx Δx cos θ
Fx = F cos θ
Δx
0° ≤ θ < 90° ; +1 ≥cos θ > 0
As 'n resulterende krag vertikaal toegepas word om 'n
voorwerp, die resulterende krag lig die blok deur ‘n afstand
Δy. Werk is verrig om die potensiële energie van die blok
te verhoog.
F
As Wnet positief is, dan word energie by die sisteem bygevoeg.
As Wnet negatief is, dan word energie by die sisteem verwyder.
VOORBEELD:
FA is loodreg tot die verplasing: θ = 90° ; cos 90° = 0.
1. ‘n Krag wat optree op 'n sekere voorwerp.(F)
2. Die verplasing van die voorwerp. (Δx / Δy)
NETTO WERK OP ‘N VOORWERP
'n Aantal kragte kan op 'n voorwerp op dieselfde tyd optree. Elke krag
kan op die voorwerp werk om die energie van die voorwerp te verander.
Die netto werk verrig op die voorwerp is die som van die werk wat gedoen is deur elke krag wat op die voorwerp inwerk.
Werk en Energie is SKALARE, en is NIE rigting spesifiek nie.
Fg = 20 N
Die Joule is die hoeveelheid werk wat verrig word wanneer
'n krag van een newton ‘n afstand van een meter in die
rigting van die krag beweeg.
Werk behels altyd twee dinge:
W = Fx Δx cos θ
FA = 20 N
SCIENCE CLINIC 2016 ©
'n Krag/kragkomponent in die teenoorgestelde rigting van die verplasing
verrig negatiewe werk op die voorwerp. Die krag verlaag die energie van
die voorwerp. Negatiewe werk beteken dat energie by die stelsel verwyder
word.
WA = FΔx cos θ
= (30)(3)cos 0
= 90 J
Wf = Ff Δx cos θ
= (5)(3)cos 180
= − 15 J
Werk verrig deur Fg:
Werk verrig deur die FN:
Wg = FgΔx cos θ
WN = FN Δx cos θ
= (FN )(3)cos 90
=0J
= (Fg )(3)cos 90
=0J
Wnet = WA + Wf + WN + Wg
= 90 − 15 + 0 + 0
= 75 J
Alternatiewe metode vir die bepaling van die netto werk:
1. Teken 'n vryeliggaamdiagram wat die netto kragte wat op die
voorwerp inwerk toon.
2. Bereken die resulterende krag wat op die voorwerp inwerk.
3. Bereken die netto werk deur Wnet = FnetΔx cos θ
Stap 1: Vryliggaamdiagram
FN
FA = 30 N
Fg
W = Fx Δx cos θ
θ
Fx = F cos θ
F
Δx
Werk word slegs verrig in die rigting van die verplasing.
Werk word verrig deur die komponent van die krag wat
parallel met die verplasing is. Die hoek tussen die krag en
die verplasing is θ.
θ
Rigting van
beweging
Δx
90° < θ ≤ 180° ; 0 > cos θ ≥ −1
20
Ff = -5 N
Neem links as positief:
Stap 2: Bereken Fnet
Fnet = FA + Ff
= 30 − 5
= 25 N links
Stap 3: Netto werk
Wnet = Fnet Δx cos θ
= (25)(3)cos 0
= 75 J
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Werk, Energie en Drywing
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
WERK-ENERGIESTELLING
NIE-KONSERWATIEWE KRAGTE
Wanneer 'n resulterende krag op 'n voorwerp inwerk, versnel die
voorwerp. Dit beteken daar is 'n verandering in snelheid van die
voorwerp, en dus 'n verandering in kinetiese energie van die
voorwerp, omdat Ek = ½ mv2
WERK-ENERGIESTELLING: Die werk verrig deur ‘n netto
krag op 'n voorwerp is gelyk aan die verandering in kinetiese
energie van die voorwerp.
Wnet = ΔE K
FnetΔx = 12 m(vf − vi)2
KONSERWATIEWE KRAGTE
'n Krag is 'n konserwatiewe krag
wanneer:
1. Die werk verrig deur die krag om
‘n voorwerp van punt A na punt B
te beweeg onafhanklik is van die
pad wat geneem word.
DRYWING
'n Krag is 'n nie-konserwatiewe krag as:
1. Die werk verrig deur die krag om 'n voorwerp van punt A na punt B
te beweeg afhanklik is van die pad wat geneem word.
2. Die netto werk wat op ‘n voorwerp verrig word om dit op 'n geslote
pad te beweeg, wat by dieselfde punt begin en eindig, nie nul is nie.
'n Nie-konserwatiewe krag behou nie meganiese energie nie.
'n Sekere hoeveelheid energie word omgeskakel na ander vorme soos die
interne energie van die deeltjies waarvan die voorwerpe gemaak is. 'n
Voorbeeld van 'n nie-konserwatiewe krag is die wrywingskrag.
Beskou die krat wat op 'n growwe oppervlak gestoot word met 'n konstante krag FA vanaf posisie 1 na posisie 2 lanks twee verskillende paaie.
EP = EP
Ff
FA
Ff
Drywing is die tempo waarteen werk verrig word OF die
tempo waarteen energie oorgedra word.
P=
1
Konserwatiewe krag behou meganiese energie. Voorbeelde
van konserwatiewe kragte is gravitasiekrag en die spanning in ‘n
veer.
=
=
Let wel: die totale energie van die sisteem bly behoue in alle gevalle, of
die kragte konserwatief of nie-konserwatief is.
Wnc = ΔE K + ΔEP
=
ΔE K = E Kf − E Ki
VOORBEELD:
=
=
100
m
1
m(vf − vi )2
2
1
(800)(0 − 15)2
2
= − 90 000 J
2
− vi) + mgΔh
ΔEP = mgΔh
= mg(h f − h i )
= (800)(9,8)(0 − 100 sin 30)
= − 392 000 J
Wnc = ΔE K + ΔEP
Ff Δx cos θ = ΔE K + ΔEP
Ff (100)cos 180 = − 90 000 − 392 000
30°
Ff =
W
t
FΔx cos θ
t
(100)(9,8)(2,2)cos 0
3
= 718,67 W
2
1
m(vf
2
GEMIDDELDE DRYWING (KONSTANTE SPOED)
Ons kan die gemiddelde drywing wat nodig is om 'n voorwerp
teen 'n konstante spoed te beweeg bereken met behulp van die
vergelyking:
Pgemiddeld = Fvgemiddeld
Pgemiddeld = F
Δx
t
VOORBEELD:
'n Man lig 'n 50 kg sak sement vanaf grondvlak tot 'n hoogte
van 4 m bo grondvlak op so 'n manier dat die sak sement
teen 'n konstante snelheid beweeg (dit wil sê geen werk word
verrig om die kinetiese energie te verander nie). Bepaal sy
gemiddelde drywing as hy dit in 10 s doen.
Pgemiddeld = Fvgemiddeld
=F
Δy
t
= (50)(9,8)( 10 )
4
4m
− 482 000
−100
Ff = 4 820 N
21
E
t
Bereken die drywing bestee wanneer 'n barbeel van massa
100 kg in 'n tyd van 3 s tot 'n hoogte van 2,2 m opgehef
word.
P=
Die werk verrig deur FA is meer wanneer die langer pad geneem word.
Die werk wat gedoen is om die wrywing te oorkom sal veroorsaak dat die
oppervlak van die krat warmer word. Hierdie energie gaan verlore en is
baie moeilik om terug te kry, dit wil sê dit is nie konserwatief.
Die werk verrig deur gravitasie op elke bal is onafhanklik van die pad
geneem.
P=
VOORBEELD:
FA
Ff
W
t
P = Drywing (Watt)
W = Werk (J)
E = Energie (J)
t = Tyd (s)
FA
2. Die netto werk wat op ‘n
voorwerp verrig word om dit op 'n
geslote pad te beweeg, wat by dieselfde punt begin en eindig, nul is.
'n 800 kg motor wat teen 15
m·s−1 teen 'n 30° heuwel af
beweeg moet binne 100 m
stop om 'n ongeluk te vermy.
Deur gebruik te maak van energie berekeninge, bepaal die
grootte van die gemiddelde
krag wat oor die 100 m toegepas moet word op die remme.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
= 196 W
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Elektrisiteit
SERIE
PARALLEL
Indien resistors in series gekoppel
word, sal die totale weerstand toeneem en die totale stroom sal afneem, mits die emk konstant bly.
Indien resistors in parallel gekoppel
word, sal die totale weerstand afneem en die totale stroom sal toeneem, mits die emk konstant bly.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
BEREKENINGE (GEEN INTERNE WEERSTAND)
Serie stroombaan
V1
Parallelle stroombaan
10 V
V1
STROOM is die tempo waarteen lading vloei.
Q
t
I is die stroomsterkte, Q is die lading in coulomb en t is die tyd in sekondes. SI eenheid is ampere (A).
A1
A1
A1
R1
R2
R1
A1
R1
IT = I1 = I2
R2
IT = I1 + I2
WEERSTAND is die teenstand teen die vloei van lading.
A2
R3
IT = I1 + I2
I1 = IR1 = IR2
V = IR
R is die elektriese weerstand van die geleidende materiaal, wat die vloei van ladings deur dit weerstaan.
Weerstand (R) is die kwosiënt van die potensiaalverskil (V) oor ‘n geleier en die stroomsterkte (I) deur
dit. Die eenheid van weerstand is die ohm (Ω).
R1
R1
R1
R2
R2
R3
R2
R s = R1 + R2
1
1
1
=
+
Rp
R1 R2
POTENSIAALVERSKIL is die werk wat per eenheidslading
gedoen moet word om lading van een punt na ‘n ander te beweeg.
Dit word dikwels na verwys as die spanning.
W
V=
Q
V is Potenisaalverskil (volts), W is werk gedoen of energie oorgedra
in J (joules) en Q is Lading in C (coulomb)
A3
V2
R2
A2
A2
3A
A2
1
1
1
=
+
Rp
R1 + R2 R3
2Ω
5Ω
R1
R2
4Ω
R1
R2
a) Bereken die totale weerstand
1
1
=
+ 1
a) Bereken die totale weerstand
Rtot = R1 + R2
= 2+5
= 7Ω
Rp
R1
1
4
1
3
=
=
∴ Rp
b) Bereken die lesings op A1 en A2
V
=
IR
10
=
I (7)
I
= 1,43 A
∴ A1 & A2 = 1,43 A
=
+
R2
1
12
3Ω
b) Bereken die lesing op V1 en V2
V1
=
IR
= (3)(3)
= 9V
∴ V1 & V2 = 9 V
Gekombineerde stroombane
Beskou die gegewe stroombaan. (Interne weerstand is weglaatbaar)
LET WEL:
Emk ( ε ): spanning oor selle indien
geen stroom vloei nie (oop stroombaan)
15 V
V2
Bereken:
a) die effektiewe weerstand van die stroombaan
b) die lesing op ammeter A1
Vterm or pv: spanning oor selle wanneer daar stroom vloei.
3Ω
c) die lesing op voltmeter V1
A1
2Ω
d) die lesing op ammeter A2
V1
R1
V1
R1
V1
A2
V2
R1
a)
1
RP
R2
R3
V2
V3
=
R2
V3
Vs = V1 + V2
Vp = V1 = V2 = V3
=
=
V2
R2
12 Ω
R1
I=
∴ Rp
Rtot
V4
Vp = V3 = V4 = (V1 + V2 )
22
=
=
=
=
1
+ 1
R2
R3
1
+1
2
4
3
4
4
= 1,33
3
R3Ω + RP
3 + 1,33
4,33 Ω
R2
4Ω
R3
V1
Ω
b)
Rtot
=
4,33
=
I1
=
Vtot
I1
15
I1
3,46 A
c)
RP
=
1,33
=
V1
=
V1
I1
V1
3,46
4,60 V
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
d)
R2Ω
=
2
=
I2
=
V1
I2
4,60
I2
2,30 A
Elektrisiteit
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
OHM SE WET
Bewys van Ohm se wet:
A
• Ohmiese geleiers is geleiers wat
Ohm se wet gehoorsaam by alle
temperature.
• Nie-Ohmiese geleiers is geleiers
wat nie Ohm se wet gehoorsaam by alle temperature nie.
V
• Konstante verhouding vir I .
V
• Verhouding vir I verander met
‘n verandering in temperatuur.
y – afsnit
= Emk
llin
He
g
rs
ee
=w
d
tan
DRYWING
Drywing is die tempo waarteen werk gedoen word.
P =
P = VI
V2
P =
R
VOORBEELD:
Beskou die onderstaande stroombaan.
V
ε
A
5Ω
Onafhanklike veranderlike
Stroom (I)
Afhanklike veranderlike
Potensiaalverskil (V)
Vaste veranderlike
Temperatuur
Die elektrisiteit waarvoor betaal word hang af van die energie wat deur die verbruiker gebruik word.
E = Pt
Koste = drywing × tyd × prys per eenheid
LET WEL:
P in kW
t in ure
W = werk (J)
‘n Warmwatertoestel produseer 1200 W van drywing.
Bereken die koste om die toestel vir 24 uur
aangeskakel te hou, indien die prys van elektrisiteit
85 c per eenheid is.
Koste = drywing × tyd × prys per eenheid
= (1,2)(24)(0,85)
= R24,48
V = potensiaalverskil (V)
R = weerstand (Ω)
3Ω
Wanneer die skakelaar oop is, is die lesing op die voltmeter 12 V.
Wanneer die skakelaar toe is, is die stroom deur die 3Ω resistor 1 A.
a) Bereken die totale stroom deur die stroombaan.
b) Bereken die interne weerstand van die battery.
a)
b)
1
1
Rbo = R5Ω + R3Ω
=
+
Rp
Rbo
= 5+3
= 8Ω
= 1 +1
Rbo : R 4Ω
8 :
4
2 :
1
∴ Ibo : I4Ω
1
: 2
VOORBEELD:
I = stroom (A)
ε
I
P = drywing (W)
Δt = tyd (s)
r
He
y – afsnit int lling =
ern
= Emk
e w Nega
eer +ew
sta
nd e
PRYS VAN ELEKTRISITEIT
I
I
I2R
ε = I(Reks + r)
4Ω
Voorbeeld: Gloeilamp
y – afsnit
= Emk
W
P =
Δt
Vext = IReks
V
r
V
V
Vint = Ir
5V
V
Nie-ohmiese geleier
•
PV van interne
weerstand
V
Ohmiese geleier
PV van eksterne
stroombaan
ε = Vint + Veks
emk
Wanneer die battery aan ‘n stroombaan
gekoppel word daal die potensiaalverskil
as gevolg van die interne weerstand van
die selle. In werklikheid het alle selle
interne weestand (r). Interne resistors
word altyd beskou as in serie met die
res van die stroombaan.
Berekening van emk en interne weerstand van ‘n sel
Die resulterende grafiek van potensiaalverskil teenoor stroomsterkte dui aan
of die geleier ohmies of nie-ohmies is.
• Voorbeeld: Nichroom draad
6V
Emk is die totale energie wat voorsien word per coloumb lading van
die sel.
I
Die stroomsterkte in die stroombaan
word verander deur die rheostaat te
gebruik, dus is stroom die onafhanklike
veranderlike en potensiaalverskil die
afhanklike veranderlike. Dit is belangrik om die temperatuur van die resistor (weerstand) konstant te hou.
BEREKENINGE (MET INTERNE WEERSTAND)
INTERNE WEERSTAND
Die stroom deur ‘n geleier is direk eweredig aan die potensiaal- Die potensiaalverskil oor ‘n battery wat
verskil oor die geleier mits die temperatuur konstant bly.
nie verbind is in ‘n stroom nie, word die
emk genoem.
V
R=
SCIENCE CLINIC 2016 ©
23
I4Ω
=
=
=
2Ibo
2(1)
2A
Itot
=
=
=
Ibo + I4Ω
1+2
3A
=
Rp
=
ε
12
r
=
=
=
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
8
3
8
8
3
1
R 4Ω
4
= 2,66 Ω
I (R + r)
3(2,66 + r)
1,34 Ω
Elektrostatika
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
TERUGFLITS!!
Voorvoegsel
Beginsel van die behoud van lading.
Q nuut
Q + Q2
= 1
2
Beginsel van lading kwantisering
Q = nq e
Eksponent
senti− (cC)
×10−2
milli− (mC)
×10−3
mikro− (µC)
×10−6
nano− (nC)
×10−9
piko− (pC)
×10−12
SCIENCE CLINIC 2016 ©
BEREKENINGE- Elektrostatiese krag
Elektrostatiese krag is ‘n vektor, en daarom
kan alle vektor reëls toegepas word:
• Spesifieke rigting
F=
• Kan bygevoeg of afgetrek word
Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB.
3 cm
A
Die grootte van die elektrostatiese krag tussen twee puntladings is direk
eweredig aan die produk van die groottes van die ladings en omgekeerd
eweredig aan die kwadraat van die afstand tussen die ladings se middelpunte.
−2 nC
=
=
=
=
Aantrekkingskrag tussen ladings ( N )
Coulomb se konstante ( 9 ×109 N·m2·C−2 )
Voorwerp lading ( C )
Afstand tussen voorwerpe ( m )
VERHOUDINGS
In verhoudings vrae kan dieselfde proses gebruik word as met Newton se
Universele Gravitasie wet.
VOORBEELD:
Twee ladings ervaar ‘n krag F wanneer hulle teen ‘n afstand r vanaf
mekaar geplaas word. Hoe sal die krag verander as een van die ladings
verdubbel, die ander lading verdriedubbel, en die afstand halfeer word.
F=
=
r2
k(2Q1)(3Q 2 )
( 1 r)2
= 24(
= 24F
9 × 109 (2 × 10−9 )(3 × 10−9 )
(3 × 10−2 ) 2
=
)
B
5 cm
+3 nC
C
−1 nC
kQ C Q B
Fnet = FAB + FCB
r2
= − 6 × 10−5 + 1,1 × 10−5
9 × 109 (1 × 10−9 )(3 × 10−9 )
(5 × 10−2 ) 2
= − 4,9 × 10−5
∴ Fnet = 4,9 × 10−5 N links
= 1,1 × 10−5 N regs (C trek B aan)
= 6 × 10−5 N links (A trek B aan)
2 Dimensioneel
Bepaal die netto elektrostatiese krag op QB.
-10 μC
15 mm
B
+7 μC
FCB
FCB
C
Fnet
θ
FAB
OF
FAB
θ
Fnet
A
PITHAGORAS :
F 2net = F 2AB + F 2BC
kQ A Q B
FAB =
r2
9 × 109 (5 × 10−6 )(10 × 10−6 )
(10 × 10−3) 2
= 4 500 N afwaarts
kQ1Q 2
r2
FCB =
r2
=
6 kQ1Q 2
1
r2
4
=
kQ A Q B
+5 μC
kQ1Q 2
2
=
FAB =
10 mm
F
k
Q
r
kQ1Q2
r2
1 Dimensioneel
COULOMB SE WET
kQ1Q2
F=
r2
• Vervang slegs grootte van lading
• Rigting word bepaal deur ladings (gelyksoortig vs ongelyksoortig)
• Beide voorwerpe ervaar dieselfde krag
(Newton se Derde Bewegingswet)
Die krag kan bereken word deur:
FCB =
=
kQ C Q B
r2
9 × 109 (7 × 10−6 )(10 × 10−6 )
(15 × 10−3) 2
= 2 800 N regs
24
Fnet =
4 500 2 + 2 800 2
Fnet = 5 300 N
tanθ = teenoorstaande
aangrensend
F
θ = tan−1 AB
FCB
θ = tan−1 4 500
2 800
θ = 58,11∘
∴ Fnet = 5 300 N teen 58,11∘ onder die negatiewe y − as
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Elektrostatika
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
ELEKTRIESE VELD
Enkele ladings
E=
−
ELEKTRIESE VELDSTERKTE
Die grootte van die elektriese veld by ‘n punt is die krag per eenheidslading wat ‘n toetslading
by daardie punt ondervind.
‘n Gebied in die ruimte waarin ‘n elektriese lading ‘n krag sal ondervind.
Die rigting van die krag by ‘n punt in die ruimte is die rigting waarin ‘n
positiewe toetslading sal beweeg as dit op daardie punt geplaas word.
+
SCIENCE CLINIC 2016 ©
F
q
E=
E
k
Q
r
E = Elektriese veldsterkte ( N·C−1 )
F = Krag (N)
q = Lading (C)
q is die lading wat die krag ervaar
Krag as gevolg
van lading Q
Verskillende ladings
+
−
q
Lading wat die
elektriese veld
ervaar
−
X
Afstand tussen
lading Q en punt X
VOORBEELD:
Beteken die elektriese veldsterkte by punt P as gevolg van
lading Q.
A
B
+2μC
−5μC
=
=
=
F
q
Q
+3μC
E
2
5 × 10−6
5
4 × 10 N ⋅ C−1 na regs
RIGTING:
−
r
Spesifieke
posisie
Lading B ervaar ‘n krag van 2 N as gevolg van lading A.
Bepaal die elektriese veldsterkte by punt B.
E
+
Q is die lading wat die elektriese veld skep.
VOORBEELD:
Gelyksoortige ladings
+
Elektriese veldsterkte ( N·C−1 )
Coulomb se konstante ( 9 ×109 N·m2·C−2 )
Voorwerp lading ( C )
Afstand tussen voorwerpe ( m )
Q
F
Q
=
=
=
=
kQ
r2
Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou
beweeg indien dit positief gelaai was.
=
=
=
5mm
P
kQ
r2
9 × 109(3 × 10−6 )
(5 × 10−3) 2
1,08 × 109 N ⋅ C−1 na regs
RIGTING:
Rigting wat die punt in die ruimte (X) sou
beweeg indien dit positief gelaai was.
LET WEL:
Elektriese veldsterkte is ‘n VEKTOR. Alle vektor reëls en berekeninge is van toepassing.
(lineêre vektor somme, 2D rangskikking, resultant vektore, ens.)
25
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Elektromagnetisme
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
INDUSERING VAN ‘N MAGNETIESE VELD
INDUSERING VAN ‘N ELEKTRIESE STROOM
Wanneer ‘n stroom deur ‘n geleier beweeg, sal ‘n magnetiese veld om die
geleier geïnduseer word.
Die rigting van die magnetiese veld kan deur die regterhandreël bepaal
word.
Vir ‘n reguit, enkel draad, wys die duim van jou regterhand in die rigting van
die konvensionele stroom en dan sal jou gekrulde vingers in die rigting van
die magnetiese veld om die geleier wys.
I
I
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Uit bladsy
In bladsy
Wanneer ‘n magneet naby aan ‘n metaaldraad gebring word, veroorsaak dit beweging van lading in die draad. ‘n Emk word in die draad
geïnduseer as gevolg daarvan. Slegs ‘n verandering in magnetiese
vloed sal ‘n stroom induseer. .
Volgens Faraday se Wet sal die grootte van die geïnduseerde
emk direk eweredig wees aan die tempo van verandering van
magnetiese vloed in die spoel.
−NΔϕ
ε=
Δt
ε = EMK (V)
N= Aantal windings in die spoel
Δɸ= Verandering in magnetiese vloed (Wb)
Δt= Verandering in tyd (s)
Vir ‘n draadlus is die magnetiese veld die som van die indivuduele magnetiese velde om die enkel drade by elke punt van die lus.
F
F
Die magnetiese vloed is die resultaat van die produk van die loodregte
magnetiese veld en die deursnitarea waardeur die veldlyne beweeg.
ϕ = BA cos θ
ɸ= Magnetiese vloed (Wb)
B= Magnetiese vloed-digtheid (T)
A= Oppervlakte (m2)
θ= Hoek tussen magnetiese veldlyne en normaal
B
Normaal
I
F
F
Normaal
θ
θ
B
•Vergroot die tempo van verandering in magnetiese vloed,
dws. verminder die tyd wat dit neem om die vloed te verander, dws. vermeerder spoed van beweging.
•Vermeerder die aantal windings in die spoel.
•Vermeerder die magneetsterkte.
•Vermeerder die oppervlakte van die windings in die spoel.
•Vermeerder die verandering in vloed deur die hoek, θ, te
verander van ‘n minimum van 0° na ‘n maksimum van 90°.
OMGEWINGSIMPAK VAN
OORHOOFSE KABELS
Die produk van die aantal windings en die verandering in magnetiese
vloed staan bekend as die magneetvloed-koppeling.
B
θ
• Voëls vlieg in drade vas omdat hulle dit nie van ‘n afstand
af kan sien nie. Dit plaas voëls soos die Bloukraanvoël en
Ludwig poue in gevaar om uit te sterf as gevolg van die
toename in onnatuurlike sterftes.
• Bome val op kraglyne en kan veroorsaak dat vure ontstaan. Bome moet ook afgesny word om plek te maak vir
die kraglyne.
• Daar is geen bewyse dat die elektromagnetiese uitwerking van die kraglyne ‘n negatiewe impak op mense en die
omgewing het nie omdat die sterkte van die magneetvelde
te swak is.
• Die elektromagnetiese uitwerking van die kraglyne kan
radiosyne ontwrig en dit kan vir nooddienste ‘n groot
probleem wees.
θ
A=l ×b
A=πr2
RIGTING VAN DIE GEÏNDUSEERDE STROOM
I
Vir ‘n solenoïed, krul jou vingers om die solenoïed in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou duim in die rigting van die noordpool wys.
Dit staan bekend as die regterhand solenoïed reël.
B
TOENAME IN DIE GEÏNDUSEERDE EMK
I
Wanneer ‘n staafmagneet in ‘n solenoïed beweeg, sal die naald van die
galvanometer weg van die 0 punt uitskiet. Wanneer die staafmagneet
verwyder word, sal die naald in die teenoorgestelde rigting uitskiet.
Die rigting van die geïnduseerde stroom kan bepaal word deur Lenz
se Wet te gebruik.
Volgens Lenz se
Wet sal die geïnduseerde stroom in
so ‘n rigting vloei
dat dit ‘n magnetiese veld skep wat
die verandering in
die magnetiese
vloed teenstaan.
N
S
S
N
N
N
S
S
26
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Elektrodinamika
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
GENERATORS
Generators skakel meganiese energie om na elektriese energie. 'n Generator werk op die beginsel van ‘n geleier meganies
in 'n magneetveld te roteer. Dit skep 'n veranderende vloed wat 'n emk in die geleier induseer.
Gelykstroom
Wisselstroom
'n Gelykstroomkragopwekker maak gebruik van 'n splitringkommutator om die geleier aan die eksterne stroombaan te
koppel in plaas van sleepringe.
Die wisselstroom kragopwekker is verbind aan die eksterne
stroombaan deur 2 sleepringe wat gekoppel is aan die geleier. Die sleepringe maak kontak met die borsels wat
verbind is tot die eksterne stroombaan..
B
B
C
SCIENCE CLINIC 2016 ©
WISSELSTROOM
Die potensiaalverskil en stroom vir 'n wisselstroom wissel tussen 'n positiewe en negatiewe maksima. Die gemiddelde potensiaalverskil en stroom is nul en daarom word die
gemiddelde drywing gebruik om die potensiaalverskil en stroom vir 'n wisselstroom te
definieer.
Drywing teenoor tyd grafiek vir ‘n WS stroombaan.
Pmax = VmaxImax
C
Pavg = ½ VmaxImax
N
N
S
D
A
A
S
D
Δt (s)
1
P
2 max
1
= Vmax ⋅ I max
2
1
1
=
Vmax ⋅
I max
2
2
Pavg =
V
V
Die stroom in die eksterne stroombaan verander nie van
rigting nie en staan bekend as 'n gelykstroom (GS).
C
B
C
Geïnduseerde emk (V)
C
0
B
C
B
1/4
1/2
3/4
B
B
C
C
1
Omwentelings
Geïnduseerde emk (V)
B
Die rigting van die stroom verander met elke halwe omwenteling van die spoel. Die stroom wat geproduseer word,
staan bekend as wisselstroom (WS).
C
B
C
B
C
C
B
Omwentelings
0
1/4
1/2
= Vrms ⋅ I rms
B
1
3/4
Die potensiaalverskil vir 'n wisselstroom word dus gedefinieer deur die wortelgemiddelde-kwadraat van die maksimum potensiaalverskil (Vrms) en die stroom vir 'n
wisselstroom word gedefinieer as die wortel-gemiddelde-kwadraat van die maksimum
stroom (Irms). Hierdie waardes kan as volg bereken word vanaf die maksimum potensiaalverskil en maksimum stroom:
V
Vrms = max
2
I rms =
FLEMING SE REGTERHAND-DINAMO REËL
Die regterhand reël word gebruik om die
rigting van die geïnduseerde emk in die
spoel te voorspel. Gebruik jou regterhand,
hou jou eerste vinger, tweede vinger en
duim 90° tot mekaar. Wys jou eerste vinger in die rigting van die magneetveld (N
tot S), jou duim in die rigting van die
beweging (of krag) van die geleier. Die
middelvinger sal dan in die rigting van die
geïnduseerde stroom wys.
F
B
I
B
N
A
C
D
S
B
N
A
V
V
27
C
D
S
I max
2
VERHOOG GEÏNDUSEERDE EMK
−NΔϕ
ε=
Δt
Vanaf die vergelyking, kan diegeïnduseerde
emk verhoog word deur
• Aanal windings in die spoel te verhoog.
• Spoel oppervlakte te verhoog.
• Magneet sterkte te verhoog.
• Verminder die tyd wat dit neem om die
magnetiese vloed te verander.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
MOTORS
Elektrodinamika
Motors skakel elektriese energie om na meganiese energie. Dit bestaan uit 'n stroomdraende anker, gekoppel aan 'n bron
van 'n kommutator en borsels wat geplaas word in 'n magneetveld.
Gelykstroom
Wisselstroom
‘n Gelykstroommotor gebruik 'n splitring-kommutator om
die geleier aan die eksterne stroombaan te koppel, in plaas
van sleepringe.
Die wisselstroom motor word aan die eksterne stroombaan
gekoppel deur 'n splitring. Die splitring maak kontak met
die borsels wat verbind is tot die eksterne stroombaan wat
verbind is aan 'n wisselstroombron.
Die splitring-kommutator laat die stroom in die spoel wissel Die rigting van die stroom in die spoel verander voortvir elke halwe omwenteling, wat toelaat dat die spoel aan- durend, wat dit vir die spoel moontlik maak om in dieselfde
houdend in dieselfde rigting draai.
rigting voort te draai.
Wanneer 'n lading in 'n magneetveld beweeg, ondervind dit 'n krag. Die krag wat ondervind word aan beide
kante van die anker skep wringkrag wat dit laat draai. Die rigting van die krag kan verklaar word met behulp van
die linkerhand reël.
FLEMING SE LINKERHAND MOTOR REËL
Die linkerhand reël word gebruik om die rigting van die beweging van die spoel in die motor te voorspel. Gebruik jou linkerhand, hou jou eerste vinger, tweede vinger en duim 90° tot mekaar. Wys jou eerste vinger in die rigting van die magneetveld, jou tweede vinger in die rigting van die konvensionele stroom en dan sal jou duim in die rigting van die krag wys.
F
B
C
B
I
N
A
S
D
28
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Foto-elektriese Effek
Die foto-elektriese effek vind plaas wanneer lig op 'n metaaloppervlak skyn wat veroorsaak dat die metaal elektrone vrystel.
DRUMPELFREKWENSIE (f0), WERKSFUNKSIE (W0) EN
ELEKTRON ENERGIE
FREKWENSIE EN GOLFLENGTE
Die frekwensie wat nodig is om genoegsame energie te verskaf om 'n elektron
Metale word op so 'n manier gebind dat vry te stel word die drumpelfrekwensie (f0) genoem. Die drumpelfrekwensie
hulle hul valenselektrone in 'n see van gede- (f0) is die minimum frekwensie van invallende straling waarby eleklokaliseerde elektrone deel. Ten einde om trone vrygestel sal word uit 'n spesifieke metaal. Die minimum hoeveel'n elektron uit ‘n metaaloppervlak te verwy- heid energie benodig om elektrone vry te stel van die oppervlak van 'n
der, moet jy dit met genoegsame energie metaal staan bekend as die werksfunksie (W0). Die werksfunksie is materiaal spesifiek.
voorsien sodat dit die binding kan ontsnap.
Die energie wat lig verskaf stel die elektron As die energie van die fotone die werksfunksie oorskry (d.w.s die frekwensie van
in staat om te ontsnap en hierdie verskynsel die lig oorskry die drumpelfrekwensie), word die oortollige energie oorgedra aan
die vrygestelde elektron in die vorm van kinetiese energie. Die kinetiese energie
staan bekend as die foto-elektriese effek.
van die elektron kan bepaal word deur:
LET WEL:
FOTON ENERGIE
Soms word die werksfunksie geE = W0 + E K(maks)
Fotone is "klein pakkies" van energie genoem kwanta, wat optree
gee in eV. Skakel om van eV na J:
as deeltjies. Die energie van die foton (lig) kan bereken word op
f < f0
f = f0
f > f0
een van twee maniere:
J = eV × 1,6×10−19
hc
E=
λ
E
h
f
#
c
=
=
=
=
=
e-
Energie van die foton gemeet in Joule (J)
Planck se konstante, 6,63 × 10−34 (J·s)
frekwensie gemeet in Hertz (Hz)
golflengte gemeet in meter (m)
spoed van lig, 3 × 108 (m·s−1)
ee-
EK(maks) = ½ mv(maks)2
Die verhoging van die intensiteit (helderheid) van die lig (bestraling) beteken dat daar meer fotone is met dieselfde frekwensie.
Dit sal lei tot meer elektrone van die dieselfde hoeveelheid energie. Dus die aantal elektrone per sekonde wat vrygestel word
verhoog met die intensiteit van die invallende bestraling.
Metaal
. ..
.
. . .
. . . . .
. . .
V
LAE INTENSITEIT
f0
f (Hz)
Emissie
c/! > f0
Geen emissie
c/! < f0
Maksimum
golflengte
! (m)
HOË INTENSITEIT
Hoe hoër die intensiteit van die bestraling, hoe meer elektrone word vrygestel
per sekonde. Daarom sal ‘n verhoogde intensiteit die stroom verhoog wat geproduseer word.
Hoe hoër die frekwensie, hoe meer kinetiese energie word verskaf aan dieselfde
hoeveelheid elektrone. Die tempo van elektron vloei neem toe en daarom neem
die stroom toe.
f
G
Metaal Elektron
Emissie
f > f0
INTENSITEIT, FREKWENSIE EN STROOM
INTENSITEIT EN FREKWENSIE
Lig
bron
Geen emissie
f < f0
Net so, op die grafiek van Ek(maks) teenoor golflengte, dui
die y-afsnit die maksimum golflengte van lig wat 'n elektron kan uitstraal aan (golflengte is omgekeerd eweredig
aan frekwensie).
W0 = hf0
Foton
Let daarop dat die energie van die elektrone dieselfde bly. As die frekwensie van die invallende bestraling onder die afsnyfrekwensie is, dan het die verhoging van die intensiteit van die bestraling geen effek nie m.a.w. dit veroorsaak nie dat elektrone
vrygestel word nie. Om die energie te verhoog, moet die frekwensie van die bestraling verhoog word.
VERHOOG INTENSITEIT TEEN KONSTANTE FREKWENSIE = HOEVEELHEID VRYGESTELDE ELKERTONE NEEM TOE
VERHOOG FREKWENSIE TEEN KONSTANTE INTENSITEIT = KINETIESE ENERGIE VAN VRYGESTELDE ELEKTONE NEEM TOE
29
Hoeveelheid elektrone
vrygestel per sekonde
(stroom)
E = hf
'n Toename in frekwensie sal die kinetiese energie van die
elektrone verhoog. Op ‘n grafiek van Ek(maks) teenoor frekwensie, dui die y-afsnit die drumpelfrekwensie aan.
EK(maks) (J)
DEELTJIE AARD VAN LIG
SCIENCE CLINIC 2016 ©
EK(maks) (J)
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
0
Hoë-intensiteit lig
Lae-intensiteit lig
Frekwensie van lig op katode (Hz)
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Emissie- en absorbsiespektra
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
KONTINUË (DEURLOPENDE) SPEKTRUM
ENERGIE VLAKKE
Wanneer wit lig deur 'n prisma skyn, word die lig versprei in 'n spektrum
van lig. Dit staan bekend as die kontinuë of deurlopende spektrum. Wit
lig bestaan uit al die kleure van die spektrum, en wanneer dit versprei is
ons in staat om die komponente van wit lig te sien. Dit is dieselfde reeks
as die sigbare spektrum.
R
O
G
G
B
I
rooi
oranje
geel
groen
blou
indigo
V
violet
Die wit lig is afkomstig van 'n gloeilamp, daarom is die deurlopende spektrum 'n emissiespektrum.
Die lyne op die atoom spektrum (lynemissiespektrum) is as gevolg van elektron oorgange tussen energievlakke. Soos elektrone energie (hitte) bykry
beweeg hulle na 'n hoër energietoestand, dus ‘n hoër energie vlak. Soos die
element afkoel beweeg die elektrone terug na die laer energietoestand.
Soos wat hulle dit doen straal hulle die geabsorbeerde energie in die vorm
van lig (fotone) uit. Dus, elke elektron gee ‘n frekwensie van lig af wat
ooreenstem met die lynemissiespektrum.
n=4
n=3
n=2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
ATOOMABSORPSIESPEKTRA
Soos wat wit lig deur 'n koue gasagtige element beweeg,
absorbeer die elektrone in die atome van die element die
energie van die lig (fotone). Die energie word geabsorbeer in spesifieke bande wat ooreenstem met die energie
wat nodig is vir elektrone om die oorgang tussen energievlakke te maak.
Die geabsorbeerde energie stem ook ooreen met 'n
spesifieke frekwensie van lig. Soos wat die elektrone energie absorbeer, verdwyn die spesifieke frekwensie in lig,
wat lei tot 'n absorpsiespektrum. Die swart lyne hieronder
verteenwoordig die energie geabsorbeer deur die element.
ATOOMEMISSIESPEKTRA
Wanneer 'n element in die gasfase verhit word, straal dit lig uit. As die lig
wat geproduseer word deur 'n prisma beweeg, word 'n spektrum geproduseer. Hierdie spektrum is nie deurlopend nie, maar bestaan uit slegs 'n
paar lyne van kleur. Dit staan bekend as lynemissiespektrum.
Elke element het sy eie lig handtekening aangesien geen twee elemente
dieselfde spektrum het nie.
n=1
Elektrone in die n = 1 energievlak is die naaste aan die kern en het die laagste petensiële energie. Elektrone in die energievlak verste van die kern (bv. Die absorpsiespektra vir 'n spesifieke element sal die omn = 4) af het die hoogste potensiële energie. As 'n elektron vry is van die gekeerde van die emissiespektra wees.
atoom dan het dit nul potensiële energie. Die potensiële energie word gegee as 'n negatiewe waarde as gevolg van 'n afname in potensiaal soos wat
die elektrone nader aan die kern beweeg.
Soos wat die elektrone vanaf hul energie toestand terug na hul normale
toestand beweeg gee hulle energie af wat gelyk is aan die verskil in potensiële energie tussen die energievlakke.
(a) natrium
ΔE = E 2 − E1
ΔE = Verskil in potensiële energie tussen twee energievlakke
E2 = die hoogste energietoestand
E1 = die laagste energietoestand
DEURLOPENDE SPEKTRUM
Die hoeveelheid energie wat vrygestel word, is direk verwant aan 'n
spesifieke frekwensie of golflengte (dus kleur) van die lig.
(c) yster
E = hf
E=
hc
λ
VOORBEELD:
'n Monster van waterstofgas word in 'n ontladingsbuis geplaas. Die elektron van die waterstofatoom straal energie uit soos wat dit van energievlak E6 (−0,61×10−19 J) na E2 (−5,46×10−19) beweeg. Bepaal die
golflengte van die vrygestelde lig.
E = hc
λ
ΔE = E 6 − E 2
(6,63 × 10−34 )(3 × 108
−19
=
= − 0,61 × 10−19 − (−5,46 × 10−19 ) 4,85 × 10
(e) waterstof
ATOOMABSORPSIESPEKTRA
ATOOMEMISSIESPEKTRA
λ
rooi
blou
λ = 4,1 × 10−7 = 410 nm
= 4,85 × 10−19 J
golflengte
30
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Doppler-Effek
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Soos 'n klankbron deur die ruimte beweeg, beweeg dit in vergelyking met die golwe wat dit reeds vervaardig het. Dit veroorsaak 'n oënskynlike verandering in golflengte, en dus ook 'n verandering in die
frekwensie.
Doppler-effek: Die verandering in die frekwensie van 'n golf as gevolg
van die relatiewe beweging tussen die bron en die waarnemer (luisteraar).
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Luisteraar weg van bron (−)
Bron weg van luisteraar (−)
Afname in waargeneemde frekwensie.
Afname in waargeneemde frekwensie.
fL =
v ± vL
f
v ± vs s
fL =
v ± vL
f
v ± vs s
fL =
v − vL
fs
v
fL =
v
f
v + vs s
x
Wanneer ‘n bron na ‘n waarnemer toe
beweeg OF ‘n waarnemer beweeg na ‘n
bron toe, neem die afstand tussen die
golffronte (golflengte) af en die
vermeende frekwensie neem toe.
Wanneer ‘n bron weg van ‘n waarnemer af
beweeg OF wanneer ‘n waarnemer weg
van ‘n bron af beweeg, neem die afstand
tussen die golffronte (golflengte) toe en die
vermeende frekwensie neem af.
'n Verandering in golflengte/frekwensie kan waargeneem word as:
Klank- 'n verandering in toonhoogte (hoër frekwensie, hoër toonhoogte)
Lig- 'n Verandering in kleur van lig (rooi-verskuiwing of blou verskuiwing)
ONTHOU:
Jy moet ALTYD met die
VOLLEDIGE oorspronklike
formule begin (vanaf die formule blad)!
fL
v
=
=
vL
vS
fS
=
=
=
frekwensie van luisteraar (Hz)
spoed van klank (m·s−1)
OF
spoed van lig (3 ×108 m·s−1)
snelheid van luisteraar (m·s−1)
snelheid van bron (m·s−1)
frekwensie van bron (Hz)
Om om te skakel tussen frekwensie en golflengte:
Materiaal golwe (bv. klank)
v =
f =
# =
spoed van golf (m·s−1)
frekwensie van klank (Hz)
golflengte (m)
Toename in waargeneemde
frekwensie.
fL =
v ± vL
fs
v ± vs
fL =
v + vL
fs
v
fL =
v ± vL
fs
v ± vs
fL =
f
Rooi verskuiwing
R O G G B I V
Rooi lig het 'n langer golflengte as blou lig, dus 'n
verskuiwing na die rooi spektrum (langer
golflengte, laer frekwensie) dui aan dat die bron
van die golf weg beweeg van die waarnemer.
Stilstaande verwysing
Blou verskuiwing
Rooi verskuiwing: voorwerp beweeg weg van waarOmdat die meeste sterre 'n rooi verskuiwing toon,
nemer.
Blou verskuiwing: voorwerp beweeg na waarnemer. kan ons aflei dat hulle weg beweeg van die aarde
af en dus dat die heelal besig is om uit te brei.
TOEPASSINGS VAN DIE DOPPLER-EFFEK
c = fλ
c =
f =
# =
Toename in waargeneemde
frekwensie.
Die sigbare reeks van die elektromagnetiese spek- Die verskuiwing kan waargeneem word deur die
absorpsiespektra van bewegende sterre met 'n
trum is soos volg:
stilstaande verwysingspunt te vergelyk.
Elektromagnetiese bestraling
v = fλ
Bron na luisteraar (+)
v
f
v + vS s
DOPPLER-EFFEK AS BEWYS VAN UITBREIENDE HEELAL
FORMULES
v ± vL
fL =
f
v ± vs s
Luisteraar na bron (+)
Medisyne
• Meet bloed vloeitempo
• Waarneming van fetale hartklop
spoed van lig (3 ×108 m·s−1)
frekwensie van lig (Hz)
golflengte (m)
31
Maritieme
• Onderwater SONAR posisionering
Wetstoepassing
• Radar monitering van motors se spoed
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
www
DATA FOR PHYSICAL SCIENCES GRADE 12
PAPER 2 (CHEMISTRY)
GEGEWENS VIR FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 12
VRAESTEL 2 (CHEMIE)
NA
e
T
Vm
p
SYMBOL/SIMBOOL
6,02 x 1023 mol-1
-1,6 x 10-19 C
273 K
22,4 dm3∙mol-1
1,013 x 105 Pa
VALUE/WAARDE
TABLE 1: PHYSICAL CONSTANTS/TABEL 1: FISIESE KONSTANTES
NAME/NAAM
Standard pressure
Standaarddruk
Molar gas volume at STP
Molêre gasvolume by STD
Standard temperature
Standaardtemperatuur
Charge on electron
Lading op elektron
Avogadro's constant
Avogadro-konstante
m
M
na
nb
or/of
c
m
MV
θ
/ Eθsel
Eanode
θ
Ekatode
N
NA
θ
Eanode
θ
Eoksidasie
θ
Eoksideermi
ddel
θ
Ereduseermi
ddel
pH = -log[H3O+]
V
n
Vm
n
TABLE 2: FORMULAE/TABEL 2: FORMULES
n
n
c
V
cava
cbvb
θ
Ecathode
Kw = [H3O+][OH-] = 1 x 10-14 at/by 298 K
θ
Ecell
θ
Ereduksie
θ
θ
Ereducing
agent / E sel
θ
/ Eθsel
Eoxidation
θ
Eoxidising
agent
or/of
θ
θ
Ecell
Ereduction
or/of
θ
Ecell
TABLE 3: THE PERIODIC TABLE OF ELEMENTS
TABEL 3: DIE PERIODIEKE TABEL VAN ELEMENTE
Fr
0,9
0,7
133
87
12
Ra
Ac
96
74
75
101
76
103
77
Ag
65
48
Cd
106
78
108
79
112
80
In
73
50
115
81
Tℓ
Sn
Sb
3,0
2,8
Se
79
52
122
83
18
(VIII)
Te
128
84
F
Ne
19
17
20
18
Cℓ
Ar
35,5
35
40
36
Br
Kr
80
53
84
54
I
Xe
127
85
131
86
At
Rn
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
181
184
186
190
192
195
197
201
204
207
209
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
140
141
144
150
152
157
159
163
165
167
169
173
175
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
238
Po
9
4
10
179
232
Bi
4,0
3,5
2,4
As
S
32
34
75
51
119
82
Pb
2,5
2,1
1,8
70
49
Ge
2,0
Ga
P
31
33
2,5
63,5
47
Zn
28
32
1,8
1,6
1,9
1,8
30
Si
O
16
16
2,1
Pd
27
31
N
8
14
15
1,9
Rh
59
46
Cu
Aℓ
C
7
12
14
1,8
Ru
59
45
Ni
29
1,7
Tc
56
44
Co
28
1,9
55
43
Fe
27
1,8
1,8
1,5
1,6
26
2,2
92
73
Mn
B
6
3,0
5
11
13
2,2
91
72
52
42
Mo
17
(VII)
He
Symbol
Simbool
Cu
63,5
2,2
Nb
16
(VI)
2
2,5
29
25
1,9
Zr
15
(V)
2,5
139
89
51
41
14
(IV)
2,0
La
137
88
48
40
Cr
13
(III)
1,9
89
57
V
24
1,8
1,4
Y
Ti
23
1,6
1,5
1,3
45
39
Ba
226
11
1,8
Cs
88
56
0,9
0,7
86
55
Sr
Sc
22
1,6
Rb
21
40
38
1,0
0,8
39
37
Ca
10
Approximate relative atomic mass
Benaderde relatiewe atoommassa
Mg
24
20
1,0
0,8
23
19
K
Electronegativity
Elektronegatiwiteit
Be
9
Atomic number
Atoomgetal
9
12
1,2
0,9
7
11
8
2,0
4
1,5
1,0
1
3
Na
7
1,5
H
Li
6
KEY/SLEUTEL
1,2
2,1
1
5
1,6
4
1,7
3
1,8
2
(II)
1,9
1
(I)
71
Increasing oxidising ability/Toenemende oksiderende vermoë
+ 2,87
E θ (V)
TABLE 4A: STANDARD REDUCTION POTENTIALS
TABEL 4A: STANDAARDREDUKSIEPOTENSIALE
Half-reactions/Halfreaksies
2+
+ 1,81
2F
Co
+1,77
⇌
2H2O
+e
Co
⇌
3+
F2(g) + 2e
⇌
Mn
+
+
H2O2 + 2H +2e
⇌
2Cℓ
3+
+ 7H2O
+ 1,23
+ 1,33
+ 1,36
+ 1,51
+ 8H + 5e
⇌
2Cr
2+
+ 4H2O
Cℓ2(g) + 2e
⇌
2
Cr2O 7
2+
+
2H2O
MnO 4
+ 14H + 6e
⇌
+
O2(g) + 4H + 4e
+ 1,07
+ 1,23
+ 1,20
2Br
+ 0,96
+ 2H2O
NO(g) + 2H2O
+ 0,85
Mn
Br2(ℓ) + 2e
⇌
Hg(ℓ)
⇌
+ 4H + 3e
⇌
Pt
+
+ 2e
Ag + e
⇌
⇌
NO2(g) + H2O
Ag
+ 0,80
+ 0,80
2+
+
+ 0,77
Hg
+ 2H + e
+ 0,68
4OH
S + 2H2O
Cu
+ 0,34
+ 0,40
+ 0,52
+ 0,45
⇌
+ 2e
+ 4e
+
O2
2+
+
2+
2+
0,13
0,06
+ 0,15
SO2 + 4H + 4e
2H2O
2
SO 4
2+
Fe
+ 2H + 2e
+
3+
⇌
+ 0,54
+
⇌
MnO2 + 4H + 2e
2+
Pt + 2e
NO 3
NO 3
+e
H2O2
Fe
2I
⇌
⇌
+
I2 + 2e
Cu
+ 0,17
⇌
⇌
SO2(g) + 2H2O
+
Cu
⇌
Cu + e
+ 4H + 2e
Cu
Fe
0,14
Sn
Pb
0,27
⇌
+ 0,16
⇌
+ 2e
Sn
0,28
0,00
Ni
+ 0,14
Co
Ca
Na
Mg
Aℓ
Mn
Cr
H2(g) + 2OH
Zn
2,90
2,89
2,87
2,71
2,36
1,66
1,18
0,91
0,83
0,76
0,41
Sr
- 2,92
Cr
Ba
2,93
0,44
Cs
3,05
0,74
K
Fe
Li
Cr
2+
0,40
H2S(g)
⇌
⇌
Cd
H2(g)
⇌
+ 2e
⇌
+ 2e
⇌
⇌
+ 2e
⇌
⇌
+ 2e
+
+e
+
4+
Cu
Sn
3+
2+
2+
2+
2+
+ 3e
2H + 2e
+
S + 2H + 2e
Fe
Pb
Sn
Ni
Co
2+
+e
+ 2e
⇌
⇌
+ 3e
+ 2e
3+
3+
2+
Cr
Cd
Cr
Fe
⇌
⇌
⇌
+ 2e
⇌
Zn
2+
+ 2e
⇌
+ 3e
+ 2e
⇌
2+
3+
Aℓ
Mn
⇌
+
+ 2e
Na + e
Mg
2+
2+
Sr + 2e
2+
⇌
Ca
⇌
+ 2e
2+
Cr
2H2O + 2e
2+
⇌
⇌
O2(g)
⇌
+
-
⇌
+
⇌
⇌
⇌
+ 2e
Cs + e
Ba
+
+
K +e
Li + e
Increasing reducing ability/Toenemende reduserende vermoë
Increasing oxidising ability/Toenemende oksiderende vermoë
⇌
⇌
Zn
H2(g) + 2OH
Cr
Mn
Aℓ
Mg
Na
Ca
Sr
Ba
Cs
K
0,74
0,76
0,83
0,91
1,18
1,66
2,36
2,71
2,87
2,89
2,90
2,92
2,93
3,05
Cr
0,44
Pb
Sn
Ni
Co
Cd
Cr
0,06
0,00
0,13
0,14
0,27
0,28
0,40
0,41
2+
Fe
+ 0,52
+ 0,45
+ 0,40
+ 0,34
+ 0,17
+ 0,16
+ 0,15
H2(g)
+
2+
+ 0,14
Sn
H2S(g)
+
2H2O
Fe
Li
E θ (V)
TABLE 4B: STANDARD REDUCTION POTENTIALS
TABEL 4B: STANDAARDREDUKSIEPOTENSIALE
⇌
⇌
⇌
Half-reactions/Halfreaksies
+
Li + e
+
+
K +e
Cs + e
2+
+ 2e
⇌
2+
Ba
+ 2e
⇌
2+
+
+ 2e
⇌
⇌
⇌
Sr + 2e
Ca
2+
⇌
+ 2e
+ 2e
⇌
+ 3e
Na + e
Mg
3+
2+
2+
Aℓ
Mn
Cr
2H2O + 2e
⇌
2+
⇌
⇌
3+
2+
+e
⇌
+ 2e
⇌
⇌
⇌
+ 2e
⇌
⇌
⇌
+ 3e
+ 2e
+ 2e
+ 2e
⇌
3+
+ 2e
+ 3e
+ 2e
Cr
Zn
Fe
3+
2+
2+
2+
2+
2+
Cr
Cd
Ni
Co
Sn
Pb
+
2H + 2e
Fe
+
⇌
4+
+ 2e
Sn
S + 2H + 2e
⇌
Cu
2+
⇌
+e
SO2(g)
2+
+
Cu
Cu
⇌
2
SO 4 + 4H + 2e
⇌
S+
2H2O
4OH
+ 2e
Cu
⇌
+
+ 4H + 4e
2H2O + O2 + 4e
⇌
+
+ 0,54
Cu
2I
+ 0,68
SO2
⇌
H2O2
+ 2e
Cu + e
Fe
⇌
⇌
I2
+
+e
+ 0,80
+ 0,80
+ 0,77
3+
O2(g) + 2H + 2e
⇌
NO2(g)
+ 0,96
2+
+
Ag
⇌
NO(g) + 2H2O
+ 0,85
2+
⇌
+ 1,07
Hg(ℓ)
Hg
+
2Br
+ 2e
+ 4H + 3e
⇌
2+
+ 1,51
+ 1,36
+ 1,33
+ 1,23
+ 1,23
+ 1,20
Mn
Pt
+ 2H2O
+ 2e
Fe
+ 2H + e
⇌
+
+
H2O
Ag + e
NO 3
⇌
NO 3
Br2(ℓ)
2+
⇌
+2e
Pt
⇌
+ 4H + 4e
2H2O
+
+
MnO2 + 4H + 2e
2Cr
+
⇌
2+
3+
+
O2(g)
2Cℓ
Cr2O 7
2
⇌
Mn
7H2O
+ 2e
+ 14H + 6e
⇌
Co
+ 2,87
+ 1,81
+1,77
2F
2H2O
2+
+
+
Cℓ2(g)
⇌
4H2O
⇌
+
+ 2H +2 e
MnO 4 + 8H + 5e
3+
+e
⇌
⇌
H2O2
Co
F2(g) + 2e
Increasing reducing ability/Toenemende reduserende vermoë
Tempo en omvang
van reaksie
Energieverandering
hersiening
Polimere
Organiese chemie
Intermolekulêre
kragte Hersiening
Opp sisteem: een wat voortdurend in wisselwerking met sy omgewing is
Geslote sisteem: een wat geïsoleerd is van sy omgewing
Chemiese ewewig: dit is 'n dinamiese ewewig waar die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse
reaksie
Le Chatelier se beginsel: Wanneer 'n eksterne spanning (verandering in druk, temperatuur of konsentrasie) toegepas word op 'n
sisteem in chemiese ewewig, sal die ewewigspunt op so 'n manier verander om sodoende die spanning teen te werk.
Tempo van reaksie: as die verandering in konsentrasie per eenheid tyd van of 'n reaktant of produk.
Aktiveringsenerie: minimum energie benodig om 'n reaksie te begin. Botsende molekules moet, behalwe vir die regte oriëntasie, 'n
kinetiese energie gelyk aan of groter as die aktiveringsenergie van 'n reaksie besit voor die reaksie kan plaasvind.
Positiewe katalisator: 'n stof wat die tempo van 'n chemiese reaksie laat toeneem, maar bly onveranderd op die einde van die reaksie.
Reaksiewarmte (ΔH): die netto verandering in die potensiële energie van die sisteem
Eksotermiese reaksie: reaksies wat energie vrystel
Endotermiese reaksie: reaksies wat energie absorbeer
Aktiveringsenergie: minimum energie benodig om 'n chemiese reaksie te begin.
Geaktiveerde kompleks: 'n tydelike oorgangstoestand tussen die reaktante en die produkte
Makromolekule: 'n molekule wat bestaan uit 'n groot aantal atome
Polimeer: 'n Groot molekuul saamgestel uit kleiner monomeereenhede kovalent gebind aan mekaar in 'n herhalende patroon
Monomeer: Klein organiese molekules wat kovalent gebind word aan mekaar in 'n herhalende patroon
Polimerisasie: 'n Chemiese reaksie waarin monomeermolekules heg om 'n polimeer te vorm
Addisie polimerisasie: 'n Reaksie waarin klein molekules heg om 'n baie groot molekule te vorm deur die byvoeging van dubbelbindings
Addisie polimeer: 'n polimeer gevorm wanneer monomere (gewoonlik met 'n dubbelbinding) kombineer deur 'n addisiereaksie
Kondensasie polimerisasie: Molekules van twee monomere met verskillende funksionele groepe ondergaan kondensasiereaksies met
die verlies van klein molekules, gewoonlik water.
Kondensasiepolimeer: 'n polimeer gevorm deur twee monomere met verskillende funksionele groepe wat met mekaar verbind in'n
kondensasiereaksie waarin 'n klein molekule, gewoonlik water, verlore gaan.
Organiese molekules: molekules wat koolstofatome bevat
Funksionele groep: ‘n atoom of 'n groep atome wat die middelpunt vorm van chemiese aktiwiteit in die molekuul
Koolwaterstof: ‘n verbinding wat slegs koolstof- en waterstofatome bevat.
Homoloë reeks: 'n homoloë reeks as 'n reeks van soortgelyke verbindings wat dieselfde funksionele groep het en dieselfde algemene
formule, waarin elke lid verskil van die vorige lid met 'n enkele CH2 eenheid
Versadigde verbinding: 'n verbinding waarin alle bindings tussen koolstofatome enkelbindings is
Onversadigde verbinding: 'n verbinding waarin daar ten minste een dubbel en/of driedubbele binding tussen die koolstofatome is
Molekulêre formule: ‘n chemiese formule wat die tipe atome en die korrekte nommer van elk aandui in 'n molekule.
Struktuurformule:'n struktuurformule van 'n verbinding toon watter atome is aan watter binne die molekuul geheg. Atome word
verteenwoordig deur hul chemiese simbole en lyne word gebruik om al die bande wat die atome bymekaar hou te verteenwoordig.
Gekondenseerde struktuurformules: hierdie vergelyking toon die wyse waarop atome saam in die molekuul bind, maar TOON nie ALLE
bindingslyne nie.
Struktuur isomeer: organiese verbindings wat dieselfde molekulêre formule het, maar verskillende struktuurformules.
Posisionele isomere: organiese verbindings met dieselfde molekulêre formule, maar verskillende posisies van die sy-kettings,
substituente of funksionele groepe op die moeder ketting.
Funksionele isomere: organiese verbindings met dieselfde molekulêre formule, maar verskillende funksionele groepe.
Addisiereaksies: Onversadigde verbindings (alkene, sikloalkene) ondergaan addisiereaksies:
Hidrogenasie: Addisie van waterstof aan 'n onversadigde verbinding
Halogenering: toevoeging van halogene aan 'n onversadigde verbinding
Hidrohalogenering: toevoeging van 'n hidrohalogeen aan 'n onversadigde verbinding
Hidrasie: byvoeging van water aan 'n Onversadigde verbinding
Eliminasiereaksies: Versadigde verbindings (haloalkane, alkohole, alkane) ondergaan eliminasiereaksies
Dehidrohalogenering: eliminasie van waterstof en 'n halogeen uit 'n haloalkaan om 'n alkeen te vorm
Dehidrasie van alkohole: eliminasie van water uit 'n alkohol
Kraking reaksies: chemiese proses waarin lang ketting koolwaterstofmolekules opgebreek word in korter molekules
Substitusiereaksies:
Hidrolise van haloalkane: die reaksie van 'n verbinding met water om 'n alkohol vorm
Halogenering van alkane: die reaksie van 'n halogeen met 'n alkaan om 'n haloalkaan vorm
Versadiging toets: die toevoeging van broom aan 'n versadigde molekule sal 'n bruin mengsel vorm terwyl die toevoeging van broom
aan 'n onversadigde molekule sal ‘n kleurlose mengsel vorm ('n voorbeeld van ‘n halogenering reaksie).
Interatomiese kragte: die kragte tussen atome binne molekules.
Intermolekulêre kragte: ‘n swak aantrekkingskrag tussen molekules of tussen atome van edelgasse.
Van der Waals kragte: swak Intermolekulêre kragte
Dipool-Dipool kragte: kragte tussen twee polêre molekules.
Geinduseerde dipool kragte (London Dispersie): kragte tussen twee nie- polêre molekules.
Waterstofbinding: kragte tussen molekules waar waterstof kovalent gebind is met stikstof, suurstof of fluoor (‘n spesiale tipe dipooldipool krag)
GRAAD 12 VOLLEDIGE CHEMIE DEFINISIELYS
Chemiese Ewewig
Arrhenius teorie
+
Sure en Basisse
+
-
Suur: ‘n stof wat waterstof ione (H ) produseer/hidronium ione (H3O ) wanneer opgelos word in water
+
Basis: ‘n stof wat hidroksied ione (OH )produseer wanner opgelos word in water
Lowry-Brønsted teorie:
+
Suur: ‘n proton (H ioon) skenker
Basis: ‘n proton (H ioon) ontvanger
+
+
Sterk suur: ioniseer amper heeltemal in 'n waterige oplossing om ‘n hoë konsentrasie van H3O ione te vorm. Bv. Soutsuur, swaelsuur,
salpetersuur
Swak sure: ioniseer slegs gedeeltelik in 'n waterige oplossing om ‘n lae konsentrasie van H3O ione te vorm. Bv. etanoësuur, oksaalsuur
Sterk basis: dissosieer amper heeltemal in 'n waterige oplossing om ‘n hoë konsentrasie van OH ione te vorm. Bv. natriumhidroksied,
kaliumhidroksied
Swak basis: dissosieer slegs gedeeltelik in 'n waterige oplossing om ‘n lae konsentrasie van OH ions te vorm. Bv. ammoniak,
kalsiumkarbonaat, kaliumkarbonaat, kalsiumkarbonaat, natrium waterstofkarbonaatindikator
Elektrochemiese
Reaksies
Oksidasie: verlies van elektrone, oksidasietoestand neem toe.
Reduksie: wins van elektrone, oksidasietoesatnd neem af.
Oksideermiddel: 'n stof wat geruduseer word / ontvang elektrone.
Reduksie middel: ‘n stof wat geoksideer word/ verloor elektrone.
Anode: die elektrode waar oksidasie plaasvind.
Katode: die elektrode waar reduksie plaasvind.
Elektroliet: 'n oplossing/vloeistof/opgeloste stof wat elektrisiteit gelei deur die beweging van ione.
Elektrolise: die chemiese proses waarin elektriese energie omgeskakel word na chemiese energie OF die gebruik van elektriese energie
om 'n chemiese verandering te produseer.
Galvaniese sel: selfonderhoudende reaksie, omskakeling van chemiese energie na elektriese energie.
Elektrolitiese sel: elektrode reaksie wat onderhou word deur toevoeging van elektriese energie, omskakeling van elektriese energie na
chemiese energie.
Gekonsentreerde suur/basis: bevat ‘n groot hoeveelheid (mol) suur/basis in verhouding met die volume water.
Verdunde suur/basis: bevat ‘n klein hoeveelheid (mol) suur/basis in verhouding met die volume water.
Amfoliet (amfiprotiese stof): ‘n stof wat of as ‘n suur of ‘n basis kan optree. Bv. Water
+
Auto-ionisasie van water: die reaksie van water met homself om H3O -ione en OH ione te vorm.
Kw: die ewewigskonstante vir die ionisasie van water of die ioniese produk van water of die ionisasiekonstante van water
+
14
Kw = [H3O ][OH ] = 1 x 10 teen 298 K
Kunsmis
Eutrofikasie: die proses waardeur 'n ekosisteem, bv 'n rivier of dam, verryk raak met anorganiese voedingstowwe, veral fosfor en
stikstof, wat lei tot oormatige plantgroei. Soos plantegroei buitensporig raak, neem die hoeveelheid dooie en verrottende
plantmateriaal vinnig toe.
Organiese molekules
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Organiese verbindings bevat koolstof en waterstof atome. Hierdie verbindings kan
in die gasagtige, vloeistof, of vaste fase wees. Alle lewende materie bevat
organiese verbindings.
UNIEKHEID VAN KOOLSTOF
Koolstof is baie uniek en is die basiese bousteen van alle organiese verbindings. Sy
atome het 'n valensie van vier in 'n tetrahëdriese vorm. Dit beteken dat dit in staat
is om vier bindings te maak.
LET WEL:
Koolstofatome kan enkel, dubbel of trippel
Koolstofatome moet vier bindings vorm, maar nie noordwenbindings vorm
dig met vier ander atome nie.
C
C
C
C
C
C
KOOLWATERSTOWWE
VOORSTELLING VAN ORGANIESE VERBINDINGS
Ons gebruik 'n verskeidenheid maniere om organiese verbindingse te teken of te skryf. Ons maak óf
gebruik van die molekulêre formule, gekondenseerde formule of ons gebruik volle struktuurformules.
Molekulêre formule
Toon geen bindings, slegs die
hoeveelheid van elke atoom wat
teenwoordig is in die verbinding.
C3H8
Gekondenseerde
formule
Hierdie formule toon nie al die
bindings nie, maar slegs die
belangrikste en algemene struktuur.
CH3CH=CH2
‘n Koolwaterstof is 'n verbinding wat slegs koolstof en waterstof atome bevat. Hierdie verbindings kan versadig (enkelbindings) en onversadigde (dubbel of trippel
bindings) wees.
Koolwaterstof: 'n Verbinding wat slegs koolstof en waterstof atome bevat.
Struktuurformule
Versadigde bindings:
Onversadigde verbindings:
'n Verbinding waarin al die bindings
tussen koolstofatome enkelbindings is.
'n Verbinding waarin daar ten minste
een dubbel en/of trippelbinding tussen
koolstofatome is.
H
H
H
C
C
C H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
Onbekende oplossing
Onversadigde oplossing
(alkeen of akyn)
Voeg toets
oplossing
by
Oplossing toon
geen kleur
Sekondêre
Twee C’s gebind aan die C
wat gebind is aan die OH
R
C
H
O
H
R
C
R’
H
Tersiêre
Drie C’s gebind aan die C
wat gebind is aan die OH
C
O
H
C
C
H
H
H
H
H
2-metielpropaan
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
C
H
H
H
H
Posisie isomere
R
C
propaan-1-ol
oplossing verkleur
R’’
O
Hierdie het dieselfde
molekulêre formule maar
verskillende kettings
(vertakkings).
Versadigde oplossing
(alkaan)
H
H
H
butaan
KLASSIFIKASIE VAN ALKOHOL
Primêre
Een C gebind aan die C
wat gebind is aan die OH
H
H
Isomere: Verbindings met dieselfde molekulêre formule maar verskillende struktuurformules.
Kettingisomere
Versadigings toets met Br2 (aq) of KMnO4 (aq)
Hierdie formule toon al die bindings
en atome in die molekule.
H
ISOMERE
(Alkene en alkyne)
(Alkane)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Hierdie het dieselfde
molekulêre formule maar die
funksione groep is op ‘n ander
posisie.
Hierdie het dieselfde
molekulêre formule maar
verskillende funksionele
groeppe. Aldehiede en
ketone is funksionele isomere
asook karboksielsure en
esters.
Funksionele
isomere
R’
39
propaan-2-ol
H
H
H
H
O
C
C
C
H
H
H
H
H
H
propanoësuur
H
H
H
O
C
C
C
H
H
H
O
H
C
C
C
H
H
H
H
metieletanoaat
O
H H
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
H
O
C
C
H
H
O
C
H
H
Organiese molekules- Benaming
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Alle organiese verbindings behoort aan 'n spesifieke groep wat ons toelaat om die verbinding te identifiseer of te benoem. Die groep waaraan
verbindings behoort, wat bekend staan as die homoloë reeks, hang
van die funksionele groep van die verbinding af.
Homoloë reeks: 'n Reeks soortgelyke verbindings wat dieselfde funksionele groep en dieselfde algemene formule het, waarin elke lid verskil
van die vorige een deur 'n enkele CH2 eenheid.
Funksionele groep: 'n Atoom of 'n groep atome wat die middelpunt
van chemiese aktiwiteit in die molekule vorm.
Algemene formule: 'n Formule wat van toepassing is op alle lede van
'n homoloë reeks.
Hoeveelheid
koolstowwe
in moeder
ketting
Substituent
Stam naam
met−
2
et−
3
prop−
4
but−
Elke afsonderlike verbinding het 'n unieke naam, en daar is net een
moontlike struktuur vir enige IUPAC (Internasionale Unie van Suiwer en
Toegepaste Chemie) naam. Die IUPAC metode vir die benaming het 'n
vaste patroon. Dit dui die langste ketting (die langste aaneenlopende
ketting), die funksionele groep en name van substituent groepe
(sykettings) of atome wat aan die langste ketting verbind is, aan.
5
pent−
6
heks−
7
hept−
Drie dele van ‘n IUPAC naam:
8
okt−
9
non−
10
dek−
Hoeveelheid
substituente
Substituent
voorvoegsel
Substituent
Voorvoegsel
Stam
naam
Funksionele groep
agtervoegsel
Die stam naam dui die aantal koolstofatome in die langste ketting aan.
Hierdie ketting moet die funksionele groep bevat. Die voorvoegsel
dui op die aantal en posisie van atome of groepe (substituente kettings)
aan wat verbind is aan die langste ketting. Die agtervoegsel identifiseer die funksionele groep.
Stappe om organiese verbindings te benoem:
2
1. Identifiseer die langste aaneenlopende koolstofketting wat die funksionele groep bevat.
2. Nommer die langste koolstofketting. Begin by die koolstof naaste
aan die funksionele groep met die alkielsubstituente (sy-kettings) op
die laagste genommerde koolstofatome van die langste ketting.
3
3. Noem die langste ketting volgens die aantal koolstowwe in die ketting. (Die stam naam)
4
4. Die agtervoegsel van die verbinding se naam is afhanklik van die
funksionele groep.
5. Identifiseer en benoem sy-kettings (alkiel en halogeen substituente), dui die posisie van die sy-kettings aan.
6. Vir identiese sykettings gebruik die voorvoegsel di, tri-, tetra7. Rangskik sy-kettings alfabeties in die naam van die verbinding, ignoreer die voorvoegsel di, tri-, tetra- (substituent voorvoegsel).
8. Dui posisie aan deur nommers
Formule
Struktuur formule
Naam
H
1
BENAMING VAN ORGANIESE VERBINDINGS
(sy-ketting)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
CH3−
C
C
metiel−
H
H
CH3CH2−
Alkiel
CH3CH2CH2−
C
C
H
H
C
C
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
etiel−
H
propiel−
H
X stel ‘n halogeen voor:
Halogeen
C
X−
Fluoried: fluoro−
Chloried: chloro−
Broomied: bromo−
Jodied:
jodo−
X
VOORBEELD:
Skryf die naam van die molekule hieronder neer:
di
bv. dimetiel
tri
bv. trietiel
tetra
bv. tetrametiel
LET WEL:
‘n Maksimum van DRIE substituent
kettings (alkiel substituente) word
toegelaat op die moeder ketting
LET WEL:
komma tussen nommers
nommer , nommer
koppelteken tussen letter en
nommer
40
Substituent
1−chloro
2,4−dietiel
Moeder ketting
Functional group
7 = hept
1,4−dieen
3−metiel
5,6−dibromo
5,6−dibromo−1−chloro−2,4−dietiel−3−metielhept−1,4−dieen
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Organiese Funksionele Groepe
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Homoloë
reeks en
algemene
formule
Funksionele
groep
Voorbeelde
Agtervoegsel
R
C
C
R’
H
-aan
Dubbel bindings
Alkene
CnH2n
R
C
C
R’
H
-een
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
C
C
C
Eienskappe
Gekondenseer
de formule
Struktuur formule
Enkel bindings
Alkane
CnH2n+2
Naam
H
CH3CH2CH3
propaan
Polariteit: Nie-polêr
IMK: Swak London
Reaksies: Substitusie, Eliminasie,
Verbranding
H
CH3CH=CH2
propeen
Polariteit: Nie-polêr
IMK: London
Reaksies: Addisie, verbranding
H
CH≣CCH3
propyn
Polariteit: Nie-polêr
IMK: London
Reaksies: Addisie
H
CH2BrCHCℓCH3
1−bromo−2−chloropropaan
Polariteit: Polêr
IMK: Dipool−Dipool
Reaksies: Addisie, Eliminasie,
Substitusie
CH3CH2CH2OH
propan−1−ol
Polariteit: Polêr
IMK: Sterk waterstofbindings
Reaksies: Substitusie, Eliminasie,
Esterfikasie, verbranding
CH3CH2COOH
propanoësuur
Polariteit: Polêr
IMK: Sterk waterstofbindings
Reaksies: Esterfikasie
CH3CH2COOCH2CH3
(karbok.)
(alk.)
ethielpropanoaat
Polariteit: Polêr
IMK: Dipool−Dipool
Reaksies: Gevorm deur esterfikasie
H
CH3CH2CHO
pronanaal
Polariteit: Polêr
IMK: Dipool−Dipool
H
CH3COCH3
propan−2−oon
Polariteit: Polêr
IMK: Dipool−Dipool
H
Alkyne
CnH2n−2
(SLEGS DBE)
H
Trippel bindings
R
C
C
R’
Halogene
X (Groep
17)
R
R’
C
fluoro−
chloro−
bromo−
jodo−
H
Karboksielsure
CnH2nO2
Esters
R−COO−R’
Aldehiede
CnH2n+1CHO
(Slegs DBE)
Ketone
R−COC−R’
(Slegs DBE)
C
C
R
R
O
H
-ol
O
Karboksiel
C
O
C
O
C
R’
-iel
-oaat
(alk.) (karbok.)
-aal
H
O
R
H
-oësuur
C
R’
H
C
C
C
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
O
C
C
C
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
O
Karboniel
-oon
Cl
H
Formiel
O
R
H
Karboniel
O
R
H
Br
H
Hidroksiel
Alkohole
CnH2n+2O
C
H
-yn
H
Haloalkane/
Haloalkene
(Alkielhalide)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
O
O
H
H
O
C
C
C
H
H
H
O
H
C
C
C
H
H
O
H
H
H
C
C
H
H
H
H
41
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Organiese Intermolekulêre kragte
Dispersie
(London)
Kragte
●Baie swak Van der Waals kragte.
●Tussen nie-polêre molekules wat geinduseerde (tydelike) dipole
vorm. Tydelike dipole trek mekaar aan.
Alkane
Alkene
Alkyne
Karboksielsuur
Aldehiede
Ketone
Esters
Alkielhaliede
Alkohol
●Sterker as dispersiekragte
●Tussen effens polêre molekules.
● aantrekkingskrag tussen die δ+ punt van die een molekule en die
δ– punt van 'n ander.
TIPE FUNKSIONELE GROEP
Hoe meer polêr die molekuul, hoe sterker die IMK
Ketoon
Dipool-Dipool
Kragte
Alkohole
(1 bindings plek)
Karboksielsure
(2 bindings plekke)
Aldehied
TIPES IMK’s
Van der Waals
kragte
Waterstofbinding
●Sterkste van al die intermolekulêre kragte
●Werk oor kort afstande.
●Tussen sterk polêre molekules wat ‘n waterstof gebind aan 'n klein
hoogs elektronegatiewe atoom soos N, O of F, bevat.
VERGELYK IMK
1. Identifiseer die tipe intermolekulêre kragte.
2. Bespreek die verskille tussen die twee verbindings ( →
).
3. Bespreek hoe die verskil die sterkte van die intermolekulêre kragte ↑ of ↓
beïnvloed.
4. Bespreek hoe die fisiese eienskap beïnvloed word (↑ of ↓ ).
Ester
Intermolekulêre krag is 'n swak aantrekkingskrag tussen molekules of tussen atome van edelgasse
Die tipes intermolekulêre kragte wat bestaan tussen verskillende tipes organiese molekules en die sterkte van die intermolekulêre kragte sal die fisiese eienskappe van 'n molekule beïnvloed.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Haloalkaan
Intermolekulêre kragte is kragte wat bestaan tussen molekules in die vaste, vloeibare en gasagtige fases. Hulle is elektrostatiese aantrekkingskragte. Die krag van die IMK sal die vryheid van die deeltjies bepaal, wat die fase van die stof (vaste stof,
vloeistof, gas) bepaal.
Koolwaterstof
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
IMK NEEM TOE, MEER ENERGIE NODIG OM TE OORKOM
London
(dispersie)
Dipool-dipool
Waterstofbinding
HOEVEELHEID FUNKSIONELE GROEPE
‘n Toename in funksionele groepe, verhoog IMK
VEERHOUDING TUSSEN FISIESE EIENSKAPPE EN IMK
VERHOUDING
TOT IMK
FISIESE EIENSKAP
Smeltpunt: Die temperatuur waarteen die vaste en vloeibare fases van 'n stof in ewewig
is. Dit is die temperatuur waar soliede deeltjies 'n faseverandering (smelt) sal ondergaan en 'n
vloeistof word.
Direk eweredig
Kookpunt: Die temperatuur waarteen dampdruk van die stof gelyk is aan atmosferiese
druk. Dit is die temperatuur waar vloeistof kook en verander in 'n damp (gas).
Direk eweredig
Dampdruk: Dit is die druk wat 'n ingeslote damp in ewewig uitoefen op die oppervlak van
die vloeistof.
Omgekeerd
eweredig
OH
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
OH
OH
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
OH
OH
OH
C
C
C
H
H
H
H
IMK NEEM TOE, MEER ENERGIE NODIG OM TE OORKOM
INTERMOLêKULERE GEWIG/ AREA OPPERVLAKTE
Hoe groter die grootte/gewig in die molekule, hoe groter die area oppervlakte. Dit
sal lei tot sterker intermolekulêre kragte.
H
H
Viskositeit: dit is die maatstaf van weerstand van 'n vloeistof om te vloei. 'N Vloeistof met 'n
hoë viskositeit weerstaan beweging bv. stroop. 'N Vloeistof met 'n lae viskositeit is loperig bv. water.
Direk eweredig
Oplosbaarheid: Stowwe sal slegs ontbind in stowwe wat soortgelyk gebind is. 'N Nie-polêre stof sal
oplos in 'n nie-polêre stof. ‘n Polêre stof sal slegs ontbind in polêre stowwe.
Direk eweredig
Ontvlambaar: Die vermoë om te brand in die lug of om verbranding te begin. Die
meeste organiese verbindings is vlambaar en brand in suurstof om koolstofdioksied en water te
vorm.
Omgekeerd
eweredig
H
H
H
H
C
C
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
VERTAKTE KETTINGS
Meer vertakking lei tot 'n kleiner oppervlakte en verlaag die krag van die IMK
CH3
Reuk: verskillende funksionele groepe heg verskillend op verskillende reseptore in ons neus.
Verskillende organiese stowwe gee reuk vinniger af op grond van hul intermolekulêre kragte en
duidelike reuke.
Omgekeerd
eweredig
42
H
IMK NEEM TOE, MEER ENERGIE NODIG OM TE OORKOM
Omgekeerd
eweredig
Digtheid: digtheid is 'n maatstaf van die massa per eenheid volume. Die vaste fase van
die stof is oor die algemeen meer dig as die gasvormige en vloeibare fase.
C
H
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3 CH3
CH
CH3
CH2
CH3 CH3
C
CH3
IMK NEEM AF, MINDER ENERGIE NODIG OM TE OORKOM
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
CH3
Organiese Reaksies
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
ADDISIEREAKSIES (ONVERSADIGDE → VERSADIG)
ELIMINASIE REAKSIES (VERSADIG → ONVERSADIG)
Addisiereaksies is reaksies waar atome aan 'n organiese molekule bygevoeg word. Die dubbel of trippel
bindings breek oop en die nuwe atome word by die koolstofatome aan weerskante van die dubbel of
trippel binding gevoeg.
'n Eliminasiereaksie is 'n reaksie waarin atome of groepe atome van 'n organiese molekule verwyder
word om óf 'n dubbel of trippel binding verbinding te vorm.
Ons kan waterstof (H2), 'n halogeen (Group 7 – bv. Cl2 ), ‘n waterstofhalied of water H2O byvoeg. In
addisiereaksies vorm alkene of alkyne 'n alkaan ketting as 'n produk.
Hierdie reaksie is die teenoorgestelde reaksie as die addisiereaksies en is die verwydering van waterstof
(H2), 'n halogeen (Groep 7 - bv. Cl2), 'n waterstofhalied of water H2O. In eliminasiereaksies, vorm alkane
óf 'n alkeen of alkyn ketting as 'n produk.
1) Hidrogenasie – voeg H2 by
H
H H
1) Dehidrogenasie – verwyder H2
H H
H
H
H2 + H
C
C
C
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
waterstof + alkeen/alkyn
H
alkaan
→
2) Halogenering – voeg X by (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
H H
H
H
H H
X2 + H
C
C
C
H
H
H
halogeen + alkeen/alkyn
C
C
C
H
H X
X
haloalkaan
→
Reaksietoestande:
Die alkeen moet ontbind word
in 'n nie-polêre oplosmiddel en
moet 'n katalisator teenwoordig
hê bv. Pt, Ni of Pd.
Reaksietoestande:
Geen water moet betrokke
wees vir die reaksie om plaas te
kan vind.
3) Hidrohalogenering – voeg HX by (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
(Hoofproduk)
HX + H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
X
H
H
Reaksietoestande:
Geen water moet betrokke
wees vir die reaksie om plaas te
kan vind.
H
Markovnikov se reël: Die Hatoom sal bind aan die koolstofatoom wat reeds die groter
getal H-atome het (Vorm grootste H groepe).
(Neweproduct)
H
H
H
H
C
C
C
H
H
X
waterstofhalied + alkeen/alkyn →
haloalkaan
4) Hidrasie – voeg H2O by
H
H H
H
H
H
C
C
C
H
O
H
H2O +
H
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
O
H
water (H2O) + alkeen/alkyn
→
C
C
H
H
Reaksietoestande:
Sterk, maar verdunde suur katalisator bv H2SO4 of H3PO4
Hitte in die vorm van stoom
(H2O) reaktant.
H
H
H
alkaan
C
H
C
C
Reaksietoestande:
Die alkaan moet in die teenwoordigheid wees van 'n katalisator bv. Pt, Ni of Pd.
H + H2
H
alkeen + halogeen
→
2) Dehalogenering – verwyder X (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
H H
H
H
H H
H
C
C
C
H
X
X
H
H
haloalkaan
C
C
C
H + X2
H
alkeen + halogeen
→
Reaksietoestande:
Vind plaas in 'n onreaktiewe
oplosmiddel
3) Dehidrohalogenering – verwyder HX (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
Reaksietoestande:
(Hoofproduk)
Vind plaas in die teenwoorH H H
H
H
H H H
digheid van gekonsentreerde
H C C C
C
H
HX +
H C C C
C
H
NaOH/KOH in etanol as die
oplosmiddel.
H H X
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
C
C
C
C
H
H
O
H
H
(Hoofproduk)
H2O + H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
Markovnikov se reël: Die Hatoom sal bind aan die koolstofatoom wat reeds die groter
getal H-atome het (Vorm grootste H groepe).
alcohol
43
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
→ water (H2O)
+
Reaksietoestande:
Vereis die verwarming van 'n alkohol met gekonsentreerde suur katalisator bv. H2SO4 of H3PO4. Die
suur moet in oormaat wees.
Swaelsuur staan bekend
as 'n dehidreermiddel.
(Neweproduk)
H
alkohol
H
Zaitzev se reël: H atoom
word verwyder vanuit die
koolstofatoom met die minste
aantal H atome. (Behou grootste H-groepe)
→ waterstofhalied + alkeen
4) Dehidrasie – verwyder H2O
H H H
H
H
(Neweproduk)
H
H
(Neweproduk)
H
C
haloalkaan
(Hoofproduk)
H
H
H
H
Zaitzev se reël: H atoom word
verwyder vanuit die koolstofatoom
met die minste aantal H atome.
(Behou grootste-H groepe)
alkene
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Organiese Reaksies
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
VERBRANDING / OKSIDASIEREAKSIES
SUBSTITUSIEREAKSIES (VERSADIG → VERSADIG)
Substitusiereaksies is wanneer 'n atoom of groep atome in 'n organiese molekuul vervang of omgeruil/ Koolwaterstowwe is die belangrikste bron van brandstof in die wêreld op die oomblik. Hulle word geverruil word vir 'n ander atoom of groep atome. Substitusiereaksies vind plaas tussen verbindings van ver- bruik in die vervaardiging van elektriese energie en as brandstof vir verskeie enjins. Wanneer koolwaterstowwe en alkohole met suurstof reageer vorm hulle water en koolstofdioksied. Hierdie reaksies is eksosadigde alkane, haloalkane en alkohole.
termies en produseer groot hoeveelhede hitte.
1) Alkane: Halogenering- Vervang X2 (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
Volledige verbranding (oormaat suurstof):
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + energie
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H + X2
H
alkaan
H
H
H
C
C
C
H
X
H
+ halogeen →
H + HX
Reaksietoestande:
Reaksie vind plaas in die
teenwoordigheid van sonlig /
hitte.
haloalkaan + waterstofhalied
H
H
H
C
C
C
H
X
H
H2O /
H + NaOH /
KOH
H
H
H
H
C
C
C
H
O
H
HX /
H + NaX /
KX
H
haloalkaan + H2O/NaOH/KOH →
alkohol
+
Balansering: C → H → O
KRAKING
Korter ketting koolwaterstowwe is meer nuttig om te gebruik as brandstof omdat hulle meer geredelik
brand en meer vlambaar is. Kraking is die opbreek van lang koolwaterstof kettings in kleiner meer bruikbare koolwaterstowwe. 'n Alkeen en alkaan sal die produkte van die kraking proses wees. Kraking is 'n
tipe eliminasiereaksie.
Reaksietoestande:
Die haloalkaan word opgelos
in 'n etanol oplossing en
word behandel met ‘n warm
waterige NaOH/KOH oplossing.
H
HX/NaX/KX
3) Alkohole: Hidrohalogenering- Vervang HX (X = Halogeen: F2, Cl2, Br2, I2)
Tersiêre alkohole
H
H
H
C
H
H
C
C
C
H
O
H
H + HX
H
H
H
C
H
H
C
C
C
H
X
H
H + H2O
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
alkaan
H + H
H
H
C
C
C
H
H
alkaan
→
H
+
alkeen
Termiese kraking
Hierdie metode maak gebruik van 'n hoë druk en hoë temperature om die lang koolwaterstof kettings
met geen katalisator te kraak.
Katalitiese kraking Die metode gebruik 'n katalisator om lang koolstofkettings teen 'n lae druk en lae
temperatuur te kraak. Die verhitte ru-olie beweeg deur 'n fraksionele distillasiekolom en deur 'n katalisator. Die kolom is warmste aan die onderkant en koelste aan die bokant. Die ru-olie skei volgens kookpunte en kondenseer soos wat die gas opstyg in die kolom. Die stowwe/kettings met die langste kettings sal hoër kookpunte hê en kondenseer aan die onderkant en omgekeerd.
H
H
+ 8H2O + energie
Koolwaterstowwe kan gemaak word van baie lang kettings van honderde koolstowwe. Ru-olie is 'n
mengsel van baie groot koolwaterstowwe en elke bron van ru-olie is anders wat lei tot verskillende tipes
en hoeveelhede koolwaterstowwe.
2) Haloalkane: Hidrasie- Vervang H2O
H
Onvolledige verbrading (onvoldoende suurstof): 2C3H8 + 7O2 → 6CO
Reaksietoestande:
HX teenwoordig by
kamertemperatuur.
H
alkohol + waterstofhalied →
ESTERFIKASIE
haloalkaan + water
Dit is 'n reaksie tussen 'n alkohol en 'n karboksielsuur in die teenwoordigheid van 'n gekonsentreerde suur katalisator, H2SO4. Hierdie reaksie is 'n tipe van 'n eliminasiereaksie en is ook bekend
as 'n kondensasiereaksie omdat twee organiese molekules een organiese molekule vorm en water uit
die reaktante verwyder word om dan as 'n produk in die reaksie te vorm. Esters is verantwoordelik vir
die verskillende geure wat in die natuur voorkom en hulle is oor die algemeen aangename reuke soos
piesang en appel ens.
H H
H H
O H
O H
H
H
Primêre en sekondêre alkohole.
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
O
H + HX
alkohol + waterstofhalied →
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
X + H2O
Reaksietoestande:
Hoë temperature en moet
behandel word met NaBr en
gekonsentreer H2SO4.
H
haloalkaan + water
C
C
H
H
alkohol
44
O
H + H
+
O
C
C
C
H
H
karboksielsuur
H
H
→
C
C
H
H
O
C
ester
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
C
C
H
H
+
H + H2O
water
C
ALKEEN
C
C
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
C
+ H2
C
O
C
Organiese Reaksies
C
C
ALKAAN
H H
C
C
C
C
C
H +
C
X
C
C
(newe)
(hoof)
(newe)
H
+
O H
C C C
C
C
C
C
ALKOHOL
H
H O
C C C
C
C
(hoof)
©
HALOALKAAN
H X
C
HALOALKAAN
X X
C
DEHIDRASIE
NB Zaitzevv
se reël
DEHIDROHALOGENERING
DEHALOGENERING
DEHIDROGENERING
C
H
C
ALKAAN
H
C
C
C
C
C
H
C
X
C
C
ALKEEN
C
C
ALKEEN
C
C
ALKEEN
C
+
C
(hoof)
C
(newe)
C
ALKEEN
C
+
C
(hoof)
C
(newe)
+ H2
+ HX
HALOALKAAN
+ HX (hIdrohalogenering)
+ X2 (halogenering)
+ H2 O (hidrolise)
+ NaOH
+ KOH
+H2 O
+ H2 (hidrogenering)
+ HX (hidrohalogenering)
+ HX
+ X2
C
OPSOMMING VAN ADDISIE- EN ELIMINASIEREAKSIES
+ H2
HALOGENERING
+ X2
+ HX
+ H2O
+ H2 O (hidrasie)
+ HX
+ NaX
+ KX
+H2 (hidrogenering)
H2 O
OPSOMMING VAN SUBSTITUSIEREAKSIES
NB Markovnikov
se reël
HIDROHALOGENERING
ALKOHOL
H
H
+ HX (hidrohalogenering)
45
+ H2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
C
+ X2
+ H2O
+ HX
C
C
C
C
C
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare.
Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Polimere
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
POLIMERE
SCIENCE CLINIC 2016 ©
ADDISIE POLIMERISASIE
Polimere is baie groot organiese molekules. Hulle bestaan uit honderde of duisende atome. Polimere
word saamgestel uit herhaalde kleiner eenhede genaamd monomere.
Addisie polimere word gemaak deur twee of meer monomere wat dubbel bindings bevat (onversadigde
molekules) saam te heg. Dit is alkene en alkyne en vorm lang enkelbindingkettings.
Monomere: ‘n Klein organiese molekule. Die molekule herhaal om lang polimeerkettings te vorm.
Die dubbelbinding breek oop en die elektrone verbind om die twee monomere saam te heg en die lang
ketting te skep. Geen atome word bygevoeg of verloor nie. Monomere kan verskillende groepe besit wat
aan die koolstofatome heg.
H
H
H
H
H
H
A
B
Polimeer: ‘n Lang ketting wat uit baie monomere bestaan.
A
B
A
B
A
B
A
B
KONDENSASIEPOLIMERISASIE
Kondensasiepolimerisasie vind plaas wanneer twee verskillende monomere wat funksionele groepe (alkohole en karboksielsure) aan beide kante van hul molekule het, reageer. In hierdie reaksie word 'n watermolekuul elimineer.
Vorming van poliësters
‘n Poliëster vorm in 'n soortgelyke manier as 'n normale ester m.a.w. 'n alkohol en karboksielsuur reageer. Die enigste verskil is dat die alkohol en karboksielsure 'n funksionele groep op albei kante het en is
diole en dikarboksielsure.
Monomeer (ester) vorming
H
O
H
H
C
C
H
H
H +H
O
O
Polimeer vorming
H H
H
O
C
C
H
H
O
O
Esterfikasie
C
R
O
C
O
R
C
O
H
H
O
Esterfikasie
C
O
H + H
O
O
H
H
C
C
H
H
H
H
C
C
H
H
O
O
C
O
R
C
O
H + H2O
R
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
eteen monomer
n
eteen polimeer (polyetheen)
Stappe van addisie polimerisasie van polyetheen (poliëtileen)
Polyetheen word gebruik om druk bottels, plastieksakke, films, speelgoed en gevormde voorwerpe, en
elektriese isolering te maak. Politeen het die herwinning nommer 4.
1) Inisiasie
Die teenwoordigheid van 'n vrye radikaal inisieer die dubbelbinding van die monomeer om oop te breek.
'n Vrye radikaal is 'n molekule wat 'n ongepaarde elektron het. Wanneer die monomeer reageer met die
vrye radikaal skep dit 'n ander vrye radikaal.
H
H
H
H
* : Vrye radikaal
C
R* + C
C
C*
R
(ongepaarde
elektron)
H
H
H
H
2) Voortplantng
Hierdie nuwe vrye radikale sal bydra tot die dubbelbinding van 'n ander monomeer en 'n ander vrye radikaal skep. Die ketting sal voortgaan om te groei en langer en langer word. Hierdie toevoegings gee aanleiding tot 'n makromolekule. Hierdie reaksie vind baie vinnig plaas.
O
O
O
C
C
O
H
R
H
H
H
H
C
C* + C
C
H
H
H
H
R
H
H
H
H
C
C
C
C*
H
H
H
H
* : Vrye radikaal
(ongepaarde
elektron)
3) Terminasie
O
C
H H
O
O
H
H
C
C
H
H
O
O
O
C
R
C
O
H
H
O
H
Daar is twee maniere waarop die polimerisasie kan eindig.
C
•Twee radikale kom bymekaar en beëindig.
H H H H
H H H
H
R
C
H
O
C
O
H
H
C
C
H
H
O
C
R
C
O
H
C
H
C* + *C
H
H
C
H
C
H
C
R
R
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
R
• Een radikaal verwyder 'n waterstof van 'n ander radikaal en vorm 'n versadigde molekule (alkaan) en
forseer die ander radikaal om 'n onversadigde molekule (alkeen) te vorm.
H
H
H H
H
H
H H
H
H
H
H
H H
H H
H
O
O
C
H
C
H
R
C
H
46
C
H
C
H
C* + *C
H
H
C
H
C
H
C
H
R
R
C
C
C
C
H
H
H
H
H
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
+
C
H
C
C
C
H
H
R
Polimere
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
MONOMEER
NAAM
MONOMEER STRUKTUUR
SCIENCE CLINIC 2016 ©
INTERMEDIÊRE STAP
POLIMEER STRUKTUUR
POLIMEER NAAM
Addisie Polimerisasie
Propeen
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
H
CH3
H
CH3
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
C
H
H
C
Stireen
C
H
Vinielasetaat
Chlooreteen
H
H
H
H
CH3 H
CH3 H
H
H
CH3
H
H
C
H H
C
H H
C
C
O
C
O
C
O
C
H
O
H
O
H
O
H
O
C
C
C
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
O
H
O
C
H
C
O
H
H
Polistireen
H
H
H
H
Polipropileen
H
PVA (Polivinielasetaat)
Cl
H
Cl
H
Cl
H
Cl
H
Cl
H
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
PVC (polivinielchloried)
Kondensasiepolimerisasie
H
Melksuur
H
H
H
C
H
O
C
C
H
O
O
H
PLA (poliaktiesesuur)
H
H
Polimeer geform deur
esterfikasie.
H
C
H
H
C
H
H
C
H
ONTHOU: Water word
geform as ‘n byproduk.
O
C
C
O
C
C
O
C
C
H
O
H
O
H
O
47
PLA monomeer word gevorm
uit biologiese fermentasie van
plantmateriaal en is bioafbreekbaar. Dit word gebruik
vir verpakkingsmateriaal en
het die potensiaal om
probleme met stortingsterrein
beskikking te verlig.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering
KONSENTRASIES VAN OPLOSSINGS
Die Mol
Atome, molekules en ione is te klein om te tel, en daar kom baie deeltjies
in selfs die kleinste monster van ‘n stof voor.
‘n Mol deeltjies is ‘n hoeveelheid van 6,02 x 1023 deeltjies. 6,02 x 1023
staan bekend as Avogadro se getal, NA.
N = nNA
Aantal deeltjies
Avogadro se getal
(6,02 x 1023)
Aantal mol (mol)
VOORBEELD:
Bepaal die hoeveelheid H+ ione in 3 mol H2SO4.
N(H2 SO4 ) = nNA
H+
H2 SO4 :
1:2
1,81 × 10 24 : 3,62 × 10 24
= 3(6,02 × 10 23)
= 1,81 × 10 24 H2 SO4 molekules
∴ N(H + ) = 3,62 × 10 24 ione
Oplossings is homogene (uniforme) mengsels van twee of meer stowwe.
‘n Oplossing word gevorm wanneer ‘n opgeloste stof in ‘n oplosmiddel
oplos.
Die opgeloste stof en oplosmiddel kan ‘n vloeistof, gas of vastestof wees.
Die mees algemene oplosmiddel is water. Hierdie oplossings word waterige oplossings genoem.
Oplossing
Opgeloste stof
Oplosmiddel
Sout water
Sout
Water
Sodawater
Koolstofdioksied
Water
KONSENTRASIE
Die konsentrasie van ‘n oplossing is die hoeveelheid mol opgeloste
stof per volume-eenheid van oplosmiddel.
Aantal mol (mol)
MOLÊRE MASSA
n=
VOORBEELD:
Bepaal die aantal mol in 13 g CuSO4.
M(CuSO4 ) = 63,5 + 32 + 4(16)
= 159,5
m
M
g ⋅ mol−1
Molêre massa
(g ⋅ mol−1)
n=
=
m
M
13
159,5
= 0,082 mol
Persentasie Samestelling
molêre massa van element
Persentasie samestelling van element=
× 100
MR van samestelling
c=
Formule
xzc MR van
samestelling
zxc % yster
volgens massa
Hematiet
Magnetiet
Fe2O3
Fe3O4
(2 x 56) + (3 x 16)
=160
(3 x 56) + (4 x 16)
=232
[(2 x 56) /160] x 100
= 70%
[(3 x 56) / 232] x 100
= 72%
∴ magnetiet bevat meer yster
Die molêre volumes van ‘n gas, VM, is die volume wat een mol gas beslaan.
VM vir alle gasse by STD is 22,4 dm3·mol−1
Standaard Temperatuur en Druk (STD) is 0°C
en 101,3 kPa
Dit beteken ook dat vir alle reaksies teen dieselfde
temperatuur en druk, sal volumes van gasse in dieselfde verhouding as die molverhouding reageer.
Volume (dm3)
m
MV
Die aantal mol van opgeloste stof per 1 dm3 oplosmiddel in mol·dm−3. Indien ‘n oplossing van kaliumpermanganaat KMnO4 ‘n konsentrasie van 2
mol.dm−3 het, beteken dit dat vir elke 1 dm3 oplosmiddel, is daar 2 mol
KMnO4 opgelos in die oplosmiddel.
VOORBEELD:
VOORBEELD:
‘n Oplossing bevat 10 g natriumhidroksied, NaOH, in 200 cm3 oplosmiddel. Bereken die konsentrasie
van die oplossing.
n(NaOH)
=
=
Oorweeg die volgende yster-ertse: hematiet en magnetiet – watter erts bevat meer yster volgens massa?
Erts
n
V
MOLÊRE VOLUMES VAN GASSE
Indien verskillende gasse dieselfde volumes onder
dieselfde toestande van temperatuur en druk beslaan, sal hulle dieselfde aantal molekules besit.
Kan ook bepaal word deur:
Deeltjies is te klein om individueel te weeg.
Molêre massa (M) word gedefiniëer as die massa van een mol deeltjies
(atome, molekules of formule-eenhede) en word in die eenheid g.mol−1
gemeet.
Massa stof (g)
Aantal mol (mol)
c=
Konsentrasie (mol ⋅ dm−3)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
=
m
M
10
23 + 16 + 1
3
=
=
n
V
0,25
0,2
=
1,25 mol ⋅ dm−3
V = 200 cm = 0,2 dm
c(NaOH)
B ereken die massa van die
opgeloste stof in 600 cm3 van
1,5 mol·dm −3 natriumchloried
oplossing.
48
V
n=
VM
V = 600 cm3 = 0,6 dm3
M(NaCl)
=
=
0,25 mol
3
N2 + 2O2
1 mol + 2 mol
1 dm3 + 2 dm3
n
m
23 + 35,5
58,5 g ⋅ mol−1
=
=
=
cV
1,5 × 0,6
0,9 mol
=
=
=
nM
0,9 × 58,5
52,65 g
aantal mol (mol)
→
→
→
2NO2
2 mol
2 dm3
Volume van gas
(dm3)
Molêre gas volume teen STD
(22,4 dm3 ⋅ mol−1)
VOORBEELD:
‘n Gassilinder met ‘n volume van 224 cm3 is vol
chloorgas, by STD. Hoeveel mol chloorgas is daar
in die silinder?
n
=
V
VM
=
0,224
22,4
=
0,01 m ol
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering
BEREKENING VAN EMPIRIESE FORMULE VANAF
DIE PERSENTASIE SAMESTELLING
Die empiriese formule van ‘n stof kan ook vanaf die persentasie samestelling bepaal word. Ons neem aan dat 100 g van die stof ontleed
word, dan gee elke persentasie vir ons die massa van daardie element in 100 g van die stof.
‘n Oksied van swael bevat 40 % swael en 60 % suurstof volgens massa. Bepaal die empiriese formule van hierdie oksied
van swael.
Stappe
Swael
Suurstof
Stap 1:
% van element
40
60
Stap 2:
Massa van element (g)
40
60
Stap 3:
Massa na mol
n=m/M
= 40 / 32
= 1.25 mol
n=m/M
= 60 / 16
= 3,75 mol
1,25 / 1,25
=1
3,75 /1,25
=3
Stap 4:
Kleinste mol
verhouding
Empiriese formule: SO3
Die empiriese formule is die eenvoudigste heelgetal verhouding in ‘n molekule. Die
molekulêre formule is die werklike verhouding van die atome in ‘n verbinding.
BEREKENING VAN DIE EMPIRIESE FORMULE
VANAF DIE MASSA
Stappe
Koper
=
moleculere formule massa
empiriese formule massa
=
56
14
4.
Die hoeveelheid beperkte reaktant sal die
volgende bepaal:
• Die hoeveelheid produk wat vorm
• Die hoeveelheid ander (in oormaat) reaktante
wat gebruik is
4
CH2 × 4 = C4 H8
Bepaling van Beperkte Reaktant
1. Bereken die hoeveelheid mol van elke reaktant
BENADERING TOT REAKSIE STOICHIOMETRIE
1.
2.
3.
4.
2. Bepaal die verhouding tussen die reaktante
Skryf ‘n gebalanseerde chemeise vergelyking
Verander die ‘gegewe’ na mol (gebruik die beperkte reaktant indien van toepassing) 3. Bepaal die beperkte reaktant deur die
verhoudings te gebruik
Bepaal die hoeveelheid mol van die stof wat gevra is deur die molverhouding
Bepaal die hoeveelheid stof wat gevra is vanaf die hoeveelheid mol
Suurstof
8g
1g
Stap 2:Mol
(deel deur massa van 1 mol)
n=m/M
= 8 / 63,5
= 0,126 mol
n=m/M
= 1 / 16
= 0,0625 mol
0,126/0,0625
=2
0,0625/0,0625
=1
Stap 3: Atoom verhouding
(deel deur die kleinste getal in
die verhouding)
Empiriese formule: Cu2O
verhouding
14g ⋅ mol
=
Empiriese formule is die chemiese formule van ‘n verbinding wat die kleinste heelgetal-verhouding van atome aandui.
Stap 1:
Massa van element (g)
In ‘n reaksie tussen twee stowwe is een stof meer
geneig om voor die ander opgebruik te word. Hierdie beperk die hoeveelheid produk wat vorm.
Die molekulêre formule kan vanaf die empiriese formule en relatiewe molekulêre
Oorweeg die reaksie tussen magnesium en vermassa bereken word.
dunde swaelsuur. Die gebalanseerde chemiese
STAPPE OM DIE MOLEKULÊRE FORMULE TE BEPAAL:
reaksie is
1. Bepaal die empiriese formule (indien nog nie gegee nie)
Mg(s) + H2SO4(aq) → MgSO4(aq) + H2(g)
2. Bepaal die molêre massa van die empiriese formule
3. Bepaal die verhouding tussen die molekulêre formule en die empiriese formule
Hierdie beteken dat 1 mol magnesium met 1 mol
4. Vermeenigvuldig die verhouding met die empiriese formule
swaelsuur reageer. Albei reagense sal heeltemal
opgebruik word teen die tyd wat die reaksie opVOORBEELD:
hou.
‘n Onbekende organiese verbinding het die empiriese formule
−1
Wat sal gebeur indien 1 mol magnesium met 2
CH2. Die molekulêre massa van buteen is 56g·mol . Bepaal die
mol swaelsuur reageer? Nou is daar onvoldoende
molekulêre formule van die verbinding.
magnesium om met al die swaelsuur te reageer. 1
mol swaelsuur bly oor na die reaksie.
1. Empiriese formule: CH2
Al die magnesium word opgebruik en ons sê dat
magnesium die beperkte reaktant is. Van die
2.
M(CH2 ) = 12 + 1 + 1
swaelsuur bly oor na die reaksie voltooi is. Ons sê
dat die swaelsuur in oormaat is.
−1
=
VOORBEELD:
‘n Monster van koperoksied bevat 8 g koper verbind met 1 g
suurstof. Bepaal die empiriese formule van die verbiding.
BEPERKTE REAKTANTE
EMPIRIESE FORMULE→MOLEKULÊRE FORMULE
3.
1.Bepaal die massa van die elemente
2.Bereken die aantal mol van elke element
3.Vereenvoudig die atoomverhouding
SCIENCE CLINIC 2016 ©
NOTA:
Concentra0on
MOL
Mass
Volume
+
Concentra0on
Concentra0on
MOL
MOL
Mass
Volume
49
Mass
Volume
Concentra0on
+
MOL
Mass
Indien een reaktant in oormaat is, beteken dit dat daar meer as genoeg daarvan is. Indien daar slegs twee reaktante is
en die een is in oormaat, beteken dit dat
die ander een die beperkte reaktant is.
Volume
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
Kwantitatiewe aspekte van chemiese verandering
PERSENTASIE SUIWERHEID
PERSENTASIE OPBRENGS
Sommige chemikalië is nie suiwer nie en daarom moet mens die persentasie suiwerheid bepaal. Slegs die suiwer komponent van die stof
sal reageer.
Wanneer ‘n chemikalië in die laboratorium voorberei word, gaan van die chemikalië
altyd verlore as gevolg van verdamping of stof wat in oplossing agterbly. Sommige
reaktante mag dalk nie reageer nie. Ons sê dat die reaksie nie tot voltooiing verloop
het nie.
VOORBEELD:
‘n 8,4 g monster stikstof reageer met 1,5 g waterstof. Die gebalanseerde chemiese vergelyking vir
die reaksie is:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Bepaal (a) watter reaktant die beperkte reaktant
is en (b) die massa ammoniak wat vorm.
(a)
1.
n(N2 )
m
M
8,4
28
=
=
=
n(H2 )
0,3 mol
m
M
1,5
2
=
=
=
2.
N2
1
0,3mol
0,75 mol
:
:
:
H2
3
0,9mol
0,25mol : 0,75mol
3 .
As al die stikstof gebruik word sal 0,9 mol waterstof benodig word. Slegs 0,75 mol waterstof is
beskikbaar. Die waterstof sal eerste opraak, en is
dus die beperkte reaktant.
(b)
Omdat waterstof die beperkte reaktant is, bepaal
dit die massa ammoniak wat vervaardig kan word:
H2
: NH3
3
:
2
0,75mol : 0,5mol
m(NH3)
=
=
=
nM
(0,5)(17)
8,5g
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Vir ‘n onsuiwer monster van ‘n stof:
Massa van suiwer stof
Persentasie suiwerheid =
× 100 %
Massa van onsuiwer monster
STAPPE OM DIE PERSENTASIE SUIWERHEID TE BEPAAL
1. Bepaal die mol van die produkte
2. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding
tussen die reaktante en produkte.
3. Deur gebruik te maak van die verhouding, bepaal die hoeveelheid mol van die produkte.
4. Bepaal die massa van die suiwer reaktant.
5. Bereken die persentasie suiwerheid van die monster
VOORBEELD:
‘n Onsuiwer monster van kalsiumkarbonaat, CaCO3, bevat die
onuiwerheid kalsiumsulfaat, CaSO4. Wanneer oormaat soutsuur
by 6 g van die monster gevoeg is, was 1200 cm3 gas geproduseer (by STD gemeet). Bereken die persentasie suiwerheid
van die kalsiumkarbonaat monster. Die vergelyking vir die reaksie
is:
CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2 O(l) + CO2(g)
V
1,2
=
= 0,054mol
1. n(CO2 ) =
VM
22,4
2.
4.
m(CaCO3) = n M = (0,054)(40 + 12 + 16 + 16 + 16) = 5,4g
Persentasie suiwerheid =
Persentasie suiwerheid =
Massa van produk vervaardig
× 100 %
Maksimum teoretiese massa van produk
Persentasie opbrengs is gewoonlik bepaal deur massa te gebruik, maar dit kan ook
volgens mol en volume bepaal word.
STAPPE OM DIE PERSENTASIE OPBRENGS TE BEPAAL
1. Bepaal die mol reaktante
2. Vanaf die gebalanseerde vergelyking, bepaal die verhouding tussen reaktante
en produkte
3. Gebruik die verhouding en bepaal die hoeveelheid mol van die produk
4. Bepaal die teoretiese massa van die produk
5. Bereken die persentasie opbrengs
VOORBEELD:
128 g van swaeldioksied, SO2, is met suurstof gereageer om swaeltrioksied te
vorm, SO3. Die vergelyking vir die reaksie is:
2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)
3.
∴ 0,054mol CaCO3 reageer
5.
Persentasie opbrengs =
140 g van SO3 was in die reaksie geproduseer. Bereken die persentasie opbrengs
van die reaksie.
CaCO3 : CO2
1
:
1
0,054 : 0,054
CaCO3 : CO2
1
:
1
Persentasie suiwerheid =
Vervolgens is die hoeveelheid chemikalië wat geproduseer word altyd minder as die
maksimum teoretiese hoeveelheid wat verwag word. Ons kan hierdie as die persentasie opbrengs uitdruk:
Massa van suiwer stof
×
Massa van onsuiwer monster
5,4
× 100 %
6,0
90 %
50
100 %
1. n(SO2 )
=
m
128
=
= 2mol
M
64
2.
SO2 : SO3
2 : 2
1 : 1
4. m(SO3)
3.
SO2 : SO3
1 : 1
2 : 2
∴ 2mol SO3
= n M = (2)(32 + 16 + 16 + 16) = 160g
5.
Persentasie opbrengs =
Persentasie opbrengs =
Persentasie opbrengs =
Massa van produk vervaardig
Maksimum teoretiese massa van produk
140
160
× 100 %
87,5 %
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
× 100 %
Energie- en Chemiese Verandering
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
ENERGIE VERANDERING
SCIENCE CLINIC 2016 ©
ENTALPIE EN ENTALPIEVERANDERING
Energie verandering vind plaas as gevolg van bindings wat breek en nuwe bindings wat vorm.
Entalpie (H) is die totale gestoorde chemiese energie (potensiële energie) van die reaktante en produkte.
Tydens chemiese reaksies word energie geruil tussen die chemiese sisteem en die omgewing wat lei tot ‘n
verandering in die entalpie. Die verandering in entalpie, $H, stel die hitte van die reaksie voor in kJ·mol−1.
Wanneer bindings gebreek word, word energie geabsorbeer vanuit die omgewing.
Wanneer bindings gevorm word, word energie vrygestel aan die omgewing.
Die reaksiewarmte ($H) is die netto verandering in chemiese potensiële energie van die sisteem.
Die netto energieverandering sal bepaal of die reaksie endotermies of eksotermies is.
ΔH = Eprodukte − Ereaktante
AKTIVERINGSENERGIE
Vir ‘n reaksie om te begin, moet energie eers geabsorbeer word om die bindings te breek. Dié energie
CHEMIESE SISTEEM EN DIE OMGEWING
staan bekend as die aktiveringsenergie- die minimum energie benodig vir ‘n chemiese reaksie
Die chemiese sisteem bestaan uit die reaktant en produk molekules.
om plaas te vind.
As die bindings eers gebreek is, vorm die atome in die chemiese sisteem ‘n geaktiveerde kompleks‘n tydelike oorgangstoestand tussen die reaktante en produkte.
Die omgewing is dit wat die chemiese sisteem omring, insluitende die houer waarin die reaksie plaasvind,
of die water waarin die molekules opgelos is.
ENDOTERMIES
KATALISATOR
EKSOTERMIES
(OER: reaksies wat potensiële energie in termiese energie omskakel)
Definisie: ‘n Reaksie wat hitte energie vrystel aan die omgewing
(OER: reaksies wat potensiële energie na termiese energie
omskakel)
Meer energie geabsorbeer as vrygestel
Meer energie vrygestel as geabsorbeer
Netto energieverandering is energie wat geabsorbeer word uit die
omgewing
Netto energieverandering is energie wat vrygestel word in die omgewing
Die chemiese sisteem se energie neem toe ($H>0)
Die chemiese sisteem se energie neem af ($H<0)
Die omgewing se energie neem af
Die omgewing se energie neem toe
Temperatuur van die omgewing neem af (proefbuis word kouer)
Temperatuur van die omgewing neem toe (proefbuis word warmer)
Definisie: ‘n Reaksie wat hitte energie absorbeer vanuit die omgewing
ΔH
Potensiële Energie- EP (kJ)
Potensiele Energie- EP (kJ)
Produkte
Reaktante
BELANGRIKE REAKSIES
ENDOTERMIES
Effek van
katalisator
EA
Die hoeveelheid energie wat benodig word
kan verminder word deur die gebruik van ‘n
katalisator. ‘n Katalisator is ‘n chemiese stof
wat die aktiveringsenergie wat benodig
word verlaag sonder om self deel te neem
aan die reaksie. Deur die aktiveringsenergie
te verlaag, kan die reaksietempo ook verhoog word.
‘n Katalisator is ‘n stof wat die reaksietempo verhoog, maar self onveranderd
bly teen die einde van die reaksie.
Geak;veerde
kompleks
Geak:veerde
kompleks
Vir ‘n reaksie om plaas te vind, moet daar
genoeg energie (aktiveringsenergie) voorsien word vir die partikels om effektief te
bots.
EA
Fotosintese
Effek van
katalisator
6CO2 + 6H2 O
Reaktante
lig
C6 H12 O6 + 6O2 ; $H>0
EKSOTERMIES
ΔH
Sellulêre respirasie
C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2 O ; $H<0
Produkte
Reaksie verloop
Reaksie verloop
51
Verbranding
CH 4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O ; $H<0
C 2 H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2 O ; $H<0
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Tempo van reaksies
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
FAKTORE WAT DIE TEMPO VAN REAKSIE BEïNVLOED
Die helling van 'n konsentrasie/massa/volume teenoor tyd grafiek
gee die tempo van 'n reaksie, dus 'n steiler helling beteken 'n hoër
reaksietempo.
BOTSINGSTEORIE
Ten einde vir 'n reaksie om plaas te vind, moet molekules bots onder
spesifieke omstandighede. Die voorwaardes vir suksesvolle botsings
is:
1. Deeltjies moet bots met die korrekte oriëntasie. Die struktuur van die molekule en hul relatiewe oriëntasies met mekaar is
belangrik vir effektiewe botsings. Sommige katalisators funksioneer deur die verbetering van molekulêre oriëntasie.
2. Deeltjies moet bots met genoeg energie (aktiveringsenergie). Die molekules moet bots met voldoende hoeveelheid energie (aktiveringsenergie) om bindings te breek en vir die reaksie
om plaas te vind .
Aantal
deeltjies
MAXWELL-BOLTZMAN VERSPREIDINGSKURWE
Die Maxwell-Boltzmann verspreidingskurwe toon die verspreiding van
die kinetiese energie van molekules. Die area onder die grafiek aan
die regterkant van die EA lyn verteenwoordig die deeltjies met
voldoende kinetiese energie.
Meeste deeltjies het matige energie
gemiddelde EK
EA
Sommige deeltjies
het baie energie
hoë EK
energie
Sommige deeltjies
het baie lae
energie
lae EK
Deeltjies met voldoende energie
vir effektiewe botsings
Energie
Tyd (s)
Toestand van verdeeldheid / oppervakarea (slegs vastestowwe)
Verhoog toestand van verdeeldheid (poeier in
plaas van stukke) verhoog reaksietempo deur
die verhoging van effektiewe oriëntasies en oppervlakarea.
Konsentrasie (slegs gasse en oplossings)
Verhooging in konsentrasie verhoog reaksietempo. Hoe groter die konsentrasie, hoe meer
deeltjies is beperk in 'n kleiner ruimte. Dit lei tot meer botsings, en daarom meer effektiewe botsings. As die konsentrasie van 'n beperkende reagens verhoog word, kan meer
produk gevorm word.
Beperkte Reaktant
Lae
konsentrasie
Oormaat Reaktant
Tyd (s)
Tyd (s)
Druk (slegs gasse)
Verhoog druk (deur 'n vermindering in volume)
sodat konsentrasie van die gas verhoog en dus
die tempo van die reaksie verhoog.
Tyd (s)
Katalisator
Die teenwoordigheid van 'n katalisator verlaag die aktiveringsenergie (EA). Die deeltjies
vereis minder botsingsenergie om 'n effektiewe botsing te ondergaan, wat lei tot meer
effektiewe botsings.,
EA (Katalisator)
EA (Geen katalisator)
Tyd (s)
MANIERE OM TEMPO TE MEET
Tyd (s)
Energie
52
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
Kan ook gegee word in terme van verandering in massa per eenheid
tyd (g·s−1) OF verandering in volume per eenheid tyd (dm3·s−1).
Aard van reaktante
Die fisiese en chemiese eienskappe van sekere
molekules maak dat hulle meer geneig is om te
reageer. Byvoorbeeld:
• O2 het baie effektiewe oriëntasies
• F se elektronegatiwiteit maak dit meer reaktief
• Tersiêre alkohole se effektiewe oriëntasies is
beperk as gevolg van molekulêre strukture.
• Eenvoudige (Ca2+) en ingewikkelde (C2O4−) ione.
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
Eenheid: Verandering in konsentrasie oor tyd (mol·dm−3·s−1)
EA
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
Δ[reaktante]
Δt
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
Tempo =
Aantal deeltjies
Δ[produkte]
Δt
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
Tempo =
Temperatuur
Toename in temperatuur verhoog reaksietempo. Wanneer die temperatuur verhoog word,
het meer deeltjies energie groter as die aktiveringsenergie en meer effektiewe
botsings kan plaasvind.
Aantal deeltjies
Die verandering in konsentrasie per eenheid tyd van óf 'n
reaktant óf 'n produk.
Hoeveelheid produk
(mol)/(mol·dm−3)
TEMPO VAN REAKSIES
SCIENCE CLINIC 2016 ©
1.
2.
3.
4.
5.
Verandering in massa
Volume gas geproduseer
Verandering in kleur
Troebelheid (neerslag)
Verandering in pH
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
'n Geslote sisteem is geïsoleerd van sy omgewing en is een
waar geen reaktante of produkte die sisteem kan verlaat of
betree nie.
'n Reaksie is 'n omkeerbare reaksie wanneer produkte terug na
reaktante omgeskakel kan word. Omkeerbare reaksies word
voorgestel met dubbele pyle.
Byvoorbeeld:
Waterstof reageer met jodium om waterstofjodied te vorm:
H2(g) + I2(g) → 2HI(g)
Waterstofjodied kan ontbind om waterstof en jodium te vorm:
2HI(g) → H2(g) + I2(g)
Daarom kan die omkeerbare reaksie geskryf word as:
Voorwaartse reaksie
H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)
Terugwaartse reaksie
LE CHATELIER SE BEGINSEL
Faktore wat ewewigsposisie beïnvloed
1. Konsentrasie
Ewewig sal verskuif om 'n toename in die konsentrasie
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
van óf reaktante of produkte te verminder.
HI
H2
●Reaktant bygevoeg: bevoordeel voorwaartse reaksie
H2(g)
verwyder
bygevoeg
●Produk bygevoeg: bevoordeel terugwaartse reaksie
Ewewig sal verskuif om 'n afname in konsentrasie van
óf reaktante of produkte te verhoog.
●Reaktant verwyder: bevoordeel terugwaartse reaksie
●Produk verwyder: bevoordeel voorwaartse reaksie.
Die konsentrasie kan verander word deur die
byvoeging/verwydering van reaktante/produkte wat in
oplossing (aq) of gasvorm (g) is. Die verandering van
die massa van suiwer vaste stowwe (s) of volume van
vloeistowwe (ℓ) sal nie die ewewig ontwrig of die
tempo van die reaksie verander nie.
Ewewig
bereik
Ewewig sal verskuif om 'n afname in druk te
verhoog deur die reaksie wat meer molekules produseer te bevoordeel.
I2(g)
Om die reaksie rigting te identifiseer, gebruik
die verhoudings in die gebalanseerde vergelyking.
Tyd (min)
Druk
verlaag
N2(g)
Voorwaartse reaksie
H2(g) + I2(g) → 2HI(g)
Ewewig sal skuif na die eksotermiese reaksie indien die temperatuur verlaag word.
Ewewig
bereik
Ewewig:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
Tempo van reaksie
bly konstant
na ewewig
bereik is
Terugwaartse reaksie
2HI(g) → H2(g) + I2(g)
Tyd (min)
t1
t2
Wanneer HI verwyder word, sal die
sisteem weer ewewig herstel deur die
reaksie te bevoordeel wat meer HI produseer. Omdat die voorwaartse reaksie
bevoordeel word, word van die reaktante gebruik.
Voeg H2 by (t2):
Wanneer H2 bygevoeg word sal die
sisteem ewewig herstel deur die reaksie te bevoordeel wat H2 op gebruik.
Omdat die voorwaartse reaksie bevoordeel word, sal die reaktante gebruik
word en meer produkte sal vorm.
Die hitte van die reaksie, ΔH, dui altyd die
voorwaartse reaksie aan.
LET WEL: 'n Toename in temperatuur
verhoog die tempo van beide die voorwaartse en die terugwaartse reaksie,
maar verskuif die ewewigsposisie.
LET WEL: Temperatuur verandering is
die enigste verandering wat Kc beïnvloed.
53
Druk
verhoog
Druk afname (t1):
Wanneer die druk verlaag word, sal die sisteem
weer ewewig herstel deur die reaksie wat meer
mol gas produseer te bevoordeel. Die terugwaartse reaksie word bevoordeel, wat 4 mol reaktante vir elke 2 mol produkte gebruik.
Druk toename (t2):
Wanneer die druk verhoog word, sal die sisteem
weer ewewig herstel deur die reaksie wat minder
mol gas produseer te bevoordeel. Daar word 2
mol produk vir elke 4 mol reaktante gebruik.
NH3(g)
t1
t2
3. Temperatuur
Ewewig sal skuif na die endotermiese reaksie indien die temperatuur verhoog word.
t1
t1
H2(g)
Tyd (min)
HI(g)
Tyd (min)
Tempo van reaksie
HI(g)
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
2NO2(g) N2O4(g); ΔH = -57 kJ
Konsentrasie (mol·dm−3)
Konsentrasie (mol·dm−3)
Ewewig sal verskuif om 'n toename in druk
te verminder deur rigting van die reaksie
wat minder molekules produseer te bevoordeel.
Konsentrasie bly
konstant nadat
ewewig bereik is
I2(g)
Verwyder HI (t1):
2. Druk (slegs gasse)
Chemiese ewewig is 'n dinamiese ewewig wanneer die
tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die
tempo van die terugwaartse reaksie. Chemiese ewewig
kan slegs bereik word in 'n geslote sisteem.
H2(g)
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Wanneer 'n eksterne spanning (verandering in druk, temperatuur of konsentrasie) toegepas word op 'n sisteem in chemiese ewewig, sal die ewewigspunt op so 'n manier verander om sodoende die spanning teen te werk.
Konsentrasie (mol·dm−3)
'n oop sisteem is voortdurend in wisselwerking met sy omgewing.
Chemiese Ewewig
Konsentrasie (mol·dm−3)
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
NO2(g)
Temperatuur Temperatuur
verhoog
verlaag
N2O4(g)
Tyd (min)
t1
t2
Temperatuur toename (t1):
Wanneer die temperatuur verhoog word, sal die
sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat
die temperatuur verlaag (d.w.s die endotermiese
reaksie) te bevoordeel. Die terugwaartse reaksie
word bevoordeel omdat die voorwaartse reaksie
eksotermies is. Die gasmengsel word bruin.
Temperatuur afname (t2):
Wanneer die temperatuur verlaag word, sal die
sisteem weer ewewig herstel deur die reaksie wat
die temperatuur verhoog (d.w.s die eksotermiese
reaksie) te bevoordeel. Die voorwaartse reaksie
word bevoordeel. Die gasmengsel word kleurloos.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Chemiese Ewewig
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
GEMEENSKAPLIKE IOONEFFEK
Wanneer ioniese stowwe in oplossing is,
vorm dit ione:
+
Algemene vergelyking: aA + bB ⇌ cC
Waar A,B,C chemiese stowwe is (SLEGS aq en g, NIE s of ℓ !)
En a,b,c is molverhouding nommers
NaCl(s) ⇌ Na (aq) + Cl (aq)
wit
k leurloos
Kc =
Tempo van reaksie
Voorwaartse reaksie
H2(g) + I2(g) → 2HI(g)
Katalisator
bygevoeg
Terugwaartse reaksie
2HI(g) → H2(g) + I2(g)
Tyd (min)
t1
BESKRYF EWEWIGSVERSKUIWING VOLGENS LE CHATELIER
1. Identifiseer die versteuring
Byvoeging/verwydering van reaktante of produkte,
druk verandering, temperatuur verandering.
2. Stel Le Chatelier se beginsel
3. Stelsel se reaksie
Gebruik/skep meer produkte of reaktante, maak
meer/minder gasmolekules, toename/afname in
temperatuur.
4. Stel bevoordeelde reaksie
5. Bespreek resultate
Ewewig skuif, verandering van kleur/konsentrasie/
druk/temperatuur.
[A]a[B]b
As Kc > 1 dan le ewewig na regs – daar is meer produkte as reaktante.
As Kc < 1 dan le ewewig na links – daar is meer reaktante as produkte.
Kc waardes is konstant by sekere temperature. As die temperatuur van
die stelsel verander sal Kc ook verander.
Temperatuur
Kc van
Eksotermies
Die ewewigskonstante tabel help om die konsentrasie van reaktante en produkte
te bereken wanneer die reaksie ewewig bereik.
VOORBEELD:
3 mol NO2 word in 'n 1,5 dm3 houer geplaas en die volgende ewewig word ingestel:
As geen volume gegee word nie,
2NO2(g) ⇌ N2O4(g)
neem volume aan as = 1 mol·dm−3
[C]c
Kc waarde is ‘n verhouding en het daarom geen eenhede nie.
KATALISATOR EN EWEWIG
Wanneer 'n katalisator bygevoeg word, word die
tempo van die voorwaartse sowel as die terugwaartse
reaksie verhoog. Die gebruik van 'n katalisator het
geen invloed op die ewewigsposisie of die Kc-waarde
nie, maar laat die reaksie toe om ewewig vinniger te
bereik.
EWEWIGSKONSTANTE TABEL
EWEWIGSKONSTANTE (KC)
−
As HCl by hierdie oplossing gevoeg word, sal die konsentrasie van Cl− ione verhoog omdat Cl− 'n gemeenskaplike ioon is. Die stelsel sal probeer om
weer ewewig te herstel deur die terugwaartse reaksie
te bevoordeel, wat 'n wit natriumchloried neerslag
vorm. Die versteuring van 'n stelsel in ewewig, wat
plaasvind wanneer die konsentrasie van 'n gemeenskaplike ioon verhoog, staan bekend as die gemeenskaplike iooneffek.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Kc van
Endotermies
Neem toe
Neem af
Neem toe
Neem af
Neem toe
Neem af
VOORBEELD:
By ewewig is gevind dat 0,3 mol NO2 teenwoordig in die houer is. Bereken die
waarde van die ewewigskonstante vir hierdie reaksie.
NO2
N2O4
Verhouding
2
1
Oorspronklik (mol)
3
0
Verandering (mol)
-2.7
+1,35
Ewewig (mol)
0.3
1.35
Ewewig
konsentrasie in
(mol·dm−3)
0,3/1,5=
0,2
1,35/1,5
=0,9
Kc =
=
[N2 O4 ]
[NO 2 ]2
(0,9)
(0,2) 2
= 22,5
Beskou die volgende sisteem in ewewig:
CoCl 4 2−(aq) + H2 O(l) ⇌ Co(H2 O)6 2+(aq) + 4Cl−(aq)
bl o u
pi e n k
ΔH < 0
Vir elke verandering wat gemaak word tot die sisteem stel en verduidelik die kleur verandering wat waargeneem word.
a) Water word bygevoeg
Byvoeging van water verminder die konsentrasie van al die ione.
Volgens Le Chatelier se beginsel saldie ewewig verskuif op so ‘n
manier om meer ione te produseer. So die voorwaartse reaksie
word bevoordeel, wat meer produk vorm en die oplossing word
pienk.
b) AgNO3 word bygevoeg
Byvoeging van AgNO3 skep 'n onoplosbare presipitaat AgCl. Dit
verminder die Cl− ioon konsentrasie. Volgens Le Chatelier se beginsel sal die ewewig verskuif op so ‘n manier om meer Cl− ione te
produseer. Die voorwaartse reaksie word bevoordeel, meer produk
vorm en die oplossing word pienk.
c) Temperatuur word verhoog
Die temperatuur van die sisteem word verhoog. Volgens Le Chatelier se beginsel sal die ewewig verskuif op so 'n manier om die
temperatuur te verminder. Die terugwaartse endotermiese reaksie
word bevoordeel. Dit verminder die temperatuur en produseer
meer reaktant en die oplossing word blou.
54
TOEPASSING VAN CHEMIESE EWEWIG
Die Haber Proses:
N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)
ΔH<0
Temperatuur: Die voorwaartse reaksie is eksotermies, daarom sal ‘n afname in
temperatuur die voorwaartse eksotermiese reaksie bevoordeel. ‘n Afname in temperatuur sal egter ook die tempo van die reaksie laat afneem. Daarom word ‘n
kompromie tussen tempo en opbrengs gevind met ‘n temperatuur tussen 450 °C
en 550 °C.
Druk: Omdat daar minder reaktant gas deeltjies as produk gas deeltjies is, sal ‘n
toename in druk die produksie van die produk bevoordeel. Daarom word die reaksie onder ‘n hoë druk van 200 atm uitgevoer.
Katalisator: Yster of ysteroksied
Die kontakproses:
2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g)
ΔH < 0
Temperatuur: Die voorwaartse reaksie is eksotermies, daarom sal ‘n afname in
temperatuur die voorwaartse eksotermiese reaksie bevoordeel. ‘n Afname in temperatuur sal egter ook die tempo van die reaksie laat afneem. Daarom word 'n
kompromie tussen tempo en opbrengs gevind van 'n temperatuur van 450 °C.
Druk: Daar is meer reaktant gasdeeltjies as produk gasdeeltjies, dus 'n toename
in druk sal die produksie van produkte bevoordeel. In die praktyk alhoewel sal 'n
baie hoë opbrengs verkry word by atmosferiese druk.
Katalisator: Vanadiumpentoksied (V2O5)
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
SUUR / BASIS DEFINISIES
GEKONSENTREERD TEENOOR VERDUN
Bronsted-Lowry:
‘n Suur is ‘n stof wat ‘n proton (H+) skenk.
‘n Basis is ‘n stof wat ‘n proton (H+) ontvang.
POLIPROTIESE SURE
Sommige sure kan meer as een proton skenk. Die aantal protone wat ‘n
suur skenk staan bekend as die protisiteit.
1 proton- monoproties
2 protone- diproties
3 protone- triproties
HCl ⇌ Cl− + H+
H2SO4 ⇌ HSO4− + H+
H3PO4 ⇌ H2PO4− + H+
HSO4− ⇌ HSO42− + H+
H2PO4− ⇌ HPO42− + H+
HPO42− ⇌ PO43− + H+
GEKONJUGEERDE SUUR-BASIS PARE
‘n Suur vorm ‘n gekonjugeerde basis wanneer dit ‘n proton skenk.
suur ⇌ gekonjugeerde basis + H+
‘n Basis vorm ‘n gekonjugeerde suur wanneer dit ‘n proton ontvang.
basis + H+ ⇌ gekonjugeerde suur
Gekonjugeerde suur-basispare is verbindings wat slegs met die teenwoordigheid van ‘n proton, of H+, verskil.
VOORBEELD:
Identifiseer die gekonjugeerde suur-basispare in die volgende voorbeeld:
Gekonjugeerde suur-basis paar
H+
Konsentrasie is die hoeveelheid opgeloste stof wat in ‘n gegewe
volume oplosmiddel opgelos is.
‘n Gekonsentreerde suur is ‘n suur met ‘n groot hoeveelheid opgeloste stof (suur) wat in ‘n klein volume oplosmiddel (water) opgelos
is.
basis
suur
Gekonjugeerde
basis
Gekonjugeerde
suur
Geleidingsvermoë
Geleidingsvermoë neem toe soos die sterkte van die suur/basis
toeneem.
Gekonsentreerde sterk suur - 1mol.dm-3 van HCl
Sterker suur = hoër konsentrasie van H+ = groter geleidingsvermoë.
Gekonsentreerde swak suur - 1mol.dm-3 van CH3COOH
Verdunde sterk suur - 0,01mol.dm-3 van HCl
Verdunde swak suur - 0,01mol.dm-3 van CH3COOH
STERK TEENOOR SWAK
Die sterkte van ‘n suur/basis verwys na die vermoë van ‘n stof om
te ioniseer of dissosieer.
SUUR
‘n Sterk suur sal volledig in water ioniseer.
HCl (g) + H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + Cl− (aq)
(sterk suur → swak gekonjugeerde basis)
’n Swak suur sal slegs gedeetelik in water ioniseer.
2H2CO3 (l) + 2H2O (l) ⇌ 2H3O+ (aq) + CO32− (aq) + H2CO3 (aq)
(Swak suur → sterk gekonjugeerde basis)
Amfoliet - ‘n Stof wat as beide ‘n suur of ‘n basis kan optree.
Amfoteriese/amfiprotiese stowwe kan dus ‘n proton skenk of ontvang. Algemene amfoliete sluit H2O, HCO3− en HSO4− in.
HSO4− as ‘n amfoliet:
‘n Sterk basis sal volledig in water dissosieer.
NaOH (s) ⇌ Na+ (aq) + OH− (aq)
Soutsuur
(HCl)
Salpetersuur
(HNO3)
Swaelsuur
(H2SO4)
Koolsuur
(H2CO3)
Asynsuur / etanoësuur
(CH3COOH)
Fosforsuur
(H3PO4)
ALGEMENE BASISSE
S
T
E
R
K
Natriumhidroksied
(NaOH)
Kaliumhidroksied
(KOH)
S
T
E
R
K
Natriumwaterstofkarbonaat (NaHCO3)
S
W
A
K
Kalsiumkarbonaat
(CaCO3)
Natriumkarbonaat
(Na2CO3)
S
W
A
K
Ammoniak
(NH3)
‘n Swak basis sal slegs gedeeltelik in water dissosieer.
Mg(OH)2 (s) ⇌ Mg2+ (aq) + 2OH− (aq) Mg(OH)2 (aq)
Die pH van ‘n oplossing is die getal wat die suurheidsgraad of
alkaliniteit van ‘n stof voorstel. Die pH kan as die negatiewe
logaritme van die waterstof-ioonkonsentrasie in die
oplossing, gedefinieer word. Hoe groter die H+ konsentrasie in
die oplossing, hoe meer suur is die oplossing en hoe laer is die
pH van die oplossing. Hoe laer die H+ konsentrasie in die oplossing, hoe meer alkalies is die oplossing en hoe hoër is die pH
van die oplossing.
(swak basis → sterk gekonjugeerde suur)
Die pH-skaal strek van 0 tot 14.
(sterk basis→ swak gekonjugeerde suur)
NH3 is ‘n uitsondering, dit sal ioniseer.
NH3 (g) + H2O (l) ⇌ OH− (aq) + NH4+ (aq)
Suur: HSO4− + H2O ⇌ SO42− + H3O+
Basis: HSO4− + H2O ⇌ H2SO4 + OH−
ALGEMENE SURE
PH
Gekonjugeerde suur-basis paar
AMFOLIET/AMFOTERIESE STOWWE
Sterker suur = hoër konsentrasie van ione = groter tempo van
reaksie.
‘n Verdunde suur is ‘n suur met ‘n klein hoeveelheid opgeloste stof
(suur) wat in ‘n groot volume oplosmiddel (water) opgelos is.
BASIS
HNO3 (g) + H2O (l) → NO3− (aq) + H3O+ (aq)
INVLOED VAN SUUR/BASIS STERKTE
Reaksietempo
Reaksietempo sal toeneem soos die sterkte van die suur- of
basiskonsentrasie toeneem.
Neutraal
Arrhenius:
‘n Suur is ‘n stof wat in water dissosieër om waterstofione (H+) te vorm.
‘n Basis is ‘n stof wat in water dissosieër om hidroksiedione (OH−) te vorm.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
55
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Sure en Bassise
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
PROTOLITIESE REAKSIES
Protolitiese reaksies is reaksies waartydens protone (H+)
oorgedra word.
suur + metaal → sout + waterstof
HA + M → A— + M+ + H2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
HIDROLISE VAN SOUTE
INDIKATORS
Hidrolise is die reaksie van ‘n sout en water. Tydens die
hidrolise, sal die sout ‘n suur, alkali of neutrale oplossing
vorm. Die suurheidsgraad van die sout hang af van die
relatiewe sterkte van die suur en basis wat gebruik word.
‘n Indikator is ‘n verbinding wat van kleur verander volgens die pH van ‘n oplossing. Tydens titrasies, moet die indikator volgens die suurheidsgraad/alkaliniteit,
van die sout wat vorm, gekies word. (sien hidrolise)
Sterk suur, swak basis
Die swak basis sal ‘n sterk gekonjugeerde suur vorm.
Die sterk suur sal ‘n swak gekonjugeerde basis vorm.
Die sterk gekonjugeerde suur sal ‘n suur-oplossing vorm.
Bv. 2HNO3(aq) + 2Na(s) ⇌ 2NaNO3(aq) + H2(g)
suur + metaalhidroksied → sout + water
HA + MOH → A— + M++ H2O
Bv. H2SO4(aq) + Mg(OH)2(aq) ⇌ MgSO4(aq) + 2H2O(ℓ)
suur + metaaloksied → sout + water
Swak suur, sterk basis
Die swak suur sal ‘n sterk gekonjugeerde basis vorm.
Die sterk basis sal n swak gekonjugeerde suur vorm.
Die sterk gekonjugeerde basis sal ‘n alkaliese oplossing
vorm
HA + MO → A— + M+ + H2O
SUUR
Bv. 2HCℓ (aq) + MgO(s) ⇌ MgCℓ2(aq) + H2O(ℓ)
BASIS
INDIKATOR
KLEUR
IN
SUUR
KLEUR
IN
BASIS
KLEUR BY
EKWIVALENSIE
PUNT
PH REEKS VAN
EKWIVALENSIE
PUNT
Lakmoes
Rooi
Blou
4,5 - 8,3
Metieloranje
Rooi
Geel
Oranje
3,1 - 4,4
Bromotimolblou
Geel
Blou
Groen
6,0 - 7,6
Fenolfthaleïen
Kleurloos
Pink
Ligte pink
8,3 - 10,0
SOUT
suur + metaalkarbonaat → sout + water + koolstofdioksied
Sterk
Swak
Suur
HA + MCO3 → A— + M+ + H2O + CO2
Sterk
Sterk
Neutraal
Bv. 2HCℓ (aq) + CaCO3(s) ⇌ CaCℓ2(aq) + H2O(ℓ) + CO2(g)
Neutraal: pH 7
Swak
Swak
Neutraal
Swak
Sterk
Alkalies
Neutralisasie is wanneer die ekwivalensiepunt bereik is. Die ekwivalensiepunt is
NIE by ‘n pH van 7 nie, maar wanneer die molêre hoeveelheid van die suur en
basis dieselfde is volgens die molverhouding. Die pH by neutralisasie hang van die
sout wat vorm af. (sien hidrolise)
Die ioniese sout is uit A— (van die suur) en M+ (van die basis) opgemaak.
TITRASIE
Opstel van ‘n titrasie
‘n Titrasie is ‘n praktiese laboratoriummetode om
die konsentrasie van ‘n suur of ‘n basis te bepaal.
Die konsentrasie van ‘n suur of ‘n basis kan deur
akkurate neutralisasie met ‘n standaardoplossing
bepaal word. ‘n Standaardoplossing is ‘n oplossing waarvan die konsentrasie bekend is. Neutralisasie vind by die ekwivalensiepunt plaas, wanneer die molêre hoeveelheid van suur en basis dieselfde is volgens die molverhouding.
cV
na
= a a
nb
cbVb
n- aantal mol van ‘n stof (mol) / molverhouding
c- konsentrasie van suur/basis (mol.dm−3)
V- volume van oplossing (dm3)
3
1 mL = 1 cm
1 L = 1 dm3
1000 mL = 1 L
1000 cm3 = 1 dm3
Va
VOORBEELD:
Tydens ‘n titrasie word 25 cm3 van ‘n verdunde H2SO4 oplossing, 40 cm3
NaOH oplossing neutraliseer. Indien die konsentrasie van die H2SO4 oplossing 0,25 mol.dm3 is, bereken die konsentrasie van die NaOH
Buret
Suur
H2 SO4 + 2NaOH → Na 2 SO4 + 2H2 O
na = 1
ca = 0,25 mol ⋅ dm−3
Va = 25 cm3
Koniese vles
Vb
Deur titrasie formule
Basis &
Indikator
na
nb
=
1. Pipeteer die bekende oplossing in die koniese vles (gewoonlik die basis).
1
2
=
2. Voeg die geskikte indikator by die koniese vles.
cb = 0,31 mol ⋅ dm−3
3. Voeg ‘n onbekende konsentrasie van die oplossing in die buret (gewoonlik die
suur).
c aVa
c bVb
(0,25)(0,025)
c b (0,04)
nb = 2
cb = ?
Vb = 40 cm3
Deur eerste beginsels:
Suur:
n = cV
= (0,25)(25 × 10−3)
=
Basis:
c =
4. Voeg die oplossing van die buret druppel vir druppel by die koniese vles
(onthou om te meng).
=
5. Stop wanneer die indikator die neutralisasie- of ekwivalensiepunt bereik het.
=
56
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
6,25 × 10−3 mol
n
V
6,25 × 10−3 × 2
40 × 10−3
0,31 mol ⋅ dm−3
Sure en Basisse
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
OUTO-IONISASIE VAN WATER EN KW
BEREKEN PH WAARDES
+
−
pH = − log[H3O ]
pOH = [OH ]
pH + pOH = 14
Sterk sure ioniseer volledig in water, wat beteken dat alle sure hul protone H+ skenk. Die konsentrasie van die H+ ione kan bepaal word vanaf
die aanvanklike konsentrasie van die suur, deur die protisiteit van die
suur in ag neem.
Monoproties: HCl(g)
1 mol
0,3 mol·dm−3
→
H+(aq)
+
Cl−(aq)
:
1 mol
:
1 mol
0,3 mol·dm−3 :
:
0,3 mol·dm−3
Water ioniseer om hidronium en hidroksiedione in
die volgende reaksie te vorm:
2H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) + OH− (aq)
Die konsentrasie van H3O+ (aq) en OH− (aq) is gelyk, en die ewewigskonstante vir die ionisasie van
water (Kw) is 1,00 ✕ 10−14 (by 'n temperatuur van
25 °C of 298 K), dus:
[H3O+] [OH−] = 1,00 ✕ 10−14 mol·dm−3
+
Diproties:
H2SO4(g)
→
1 mol
:
0,3 mol·dm−3
Triproties:
H3PO4(g)
→
1 mol
:
−3
0,3 mol·dm
:
H+(aq)
+
SO42−(aq)
2 mol
:
1 mol
0,6 mol·dm−3 :
:
+
H (aq)
+
3 mol
:
−3
0,9 mol·dm
:
0,3 mol·dm−3
−7
1 mol
−3
0,3 mol·dm
Stap 1: Skryf die ionisasie reaksie neer:
H2 SO4 + 2H2 O ⇌ 2H3O+ + SO 2−
4
Stap 2: bepaal die verhouding van suur tot H3O+ ione
[H3O ]
= 1,00 ✕ 10
[OH−]
= 1,00 ✕ 10−7 mol·dm−3
[H3O+] = 2[H2 SO4 ]
= 2(0,25)
= 0,5mol ⋅ dm−3
Stap 4: bereken die pH
pH = − log[H3O+]
= − log(0,5)
= 0,3
HA + H2O ⇌ A + H3O
mol·dm
Ka =
Wanneer die konsentrasie van H3O+ (aq) en OH−
(aq) gelyk is, is die oplossing neutraal en het ‘n pH
van 7.
Bereken die pH van ‘n Ba(OH2) oplossing met
‘n konsentrasie van 0,35 mol·dm−3.
Stap 1:
Skryf die dissosiasie reaksie neer
Ba(OH)2 (s) ⇄ Ba+(aq) + 2OH−(aq)
Stap 2:
Bepaal die molverhouding van basis tot
OH− ione
1 mol Ba(OH)2 : 2 mol OH−
Stap 3: Bepaal die [OH−]
[OH−] = 2[Ba(OH)2 ]
= 2(0,35)
[H3O+](0,7) = 1,00 × 10−14
[H3O+] = 1,43 × 10−14 mol ⋅ dm−3
Stap 5: Bereken die pH
Ka =
[CH3COO−][H3O+]
[CH3COOH]
Bereken Kb
B + H2O ⇌ BH + OH
+
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−
−
[BH +][OH−]
[B]
Kb =
pH = − log[H3O+]
∴ [H3O+] = 10−pH
VOORBEELD:
0,1 mol HF word opgelos in 1 dm3 water. Bepaal die Ka van HF as die pH gevind
is om 2,1 te wees. HF dissosieer volgens die volgende chemiese vergelyking:
H2O (l) + HF (aq) ⇌ H3O+ (aq) + F− (aq)
pH = − log[H +]
[H3O+] = 10−2,1
[H3O+] = 7,94 × 10−3 g ⋅ mol−3
Verhouding
Oorspronklike (mol)
Verandering (mol)
Ewewig (mol)
Ewewig konsentrasie in
(mol·dm−3)
HF
H3O+
F−
1
0,1
−7,94 ×10−3
0,092
1
0
+7,94 ×10−3
7,94 ×10−3
1
0,092
7,94 ×10−3
7,94 ×10−3
[H3O+ ][F −]
HF
(7,94 × 10−3)(7,94 × 10−3)
Ka =
pH = −log [H3O ]
=
0,092
= 6,85 × 10−4
= 13,84
57
[NH3]
BEPAAL KONSENTRASIE VANAF PH
+
= −log (1,43 x 10−14)
−
[NH +
4 ][OH ]
Om die [H3O+] te bepaal wanneer die pH bekend is:
= 0,7 mol ⋅ dm−3
Stap 4: Bepaal die [H3O+]
[H3O+][OH−] = 1,00 × 10−14
CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+
+
[A−][H3O+]
[HA]
Kb =
H2 SO4 : H2 O
Stap 3: bepaal die [H3O+]
Bereken Ka
−
−3
H2 O
Berekn die pH van ‘n H2SO4 oplossing met ‘n konsentrasie van 0,25
mol·dm−3
KA EN KB WAARDES
Wanneer swak sure of basisse in water opgelos word, vind slegs gedeeltelike
ionisasie/dissosiasie plaas. Daar is 'n mengsel van die oorspronklike reaktante
asook die ioniese produkte wat gevorm word. Die omvang van ionisasie kan op
dieselfde wyse hanteer word as die mate waarin 'n ewewigsreaksie plaasvind. Die
suur dissosiasiekonstante (Ka) en basis dissosiasiekonstante (Kb) waardes is soos
die ewewigskonstante (Kc), maar beskryf spesifiek die omvang van ionisasie/
dissosiasie, en dus die sterkte van die suur/basis.
VOORBEELD:
PO43−(aq)
VOORBEELD:
1:2
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
+7,94 ×10−3
7,94 ×10−3
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
REDOKSREAKSIES
Elektrochemie-Redoks
SCIENCE CLINIC 2016 ©
TABEL VAN STANDAARD REDUKSIEPOTENSIALE (REDOKSTABEL)
‘n Redoksreaksie is ‘n reaksie waarin elektronoordrag tussen verbindings en
elemente plaasvind.
Die oksidasie en reduksie reaksies kan ook gevind word met behulp van die Tabel van Standaard Reduksiepotensiale. (Ons gebruik
Tabel 4B).
Oksidasie is die verlies van elektrone (oksidasietoestande neem toe)
Die reaksies op die tabel word almal geskryf as reduksie-halfreaksies, met die omkeerbare reaksie pyl (⇌) getoon. Dit beteken dat
Reduksie is die wins van elektrone (oksidasietoestande neem af)
elke reaksie omkeerbaar is. Wanneer die reaksie van die tabel af geskryf word, moet die pyltjie is slegs een rigting wys (bv. →).
Die oksideermiddel is die stof wat elektrone ontvang. (Dit is die stof
wat gereduseer word en wat veroorsaak dat ‘n ander stof oksideer.)
(Oksidasie reaksie)
Oksideermiddel
(swak)
Die reduseermiddel is die stof wat elektrone skenk.(Dit is die stof
wat geoksideer word en wat veroorsaak dat ‘n ander stof reduseer.)
Li+ + e-
Die anode is die elektrode waar oksidasie plaasvind.
Li
Positiewe helling
Spontane reaksie
Die katode is die elektrode waar reduksie plaasvind.
F2 + 2eVEO: Verlies aan elektrone is oksidasie
WER: Wins aan elektrone is reduksie
VELOKS: Verlies aan elektone is oksidasie
REDKAT: Reduksie by katode
ANOKS: Oksidasie by anode
STAPPE OM GEBALANSEERDE REDOKSREAKSIES TE
SKRYF DEUR GEBRUIK TE MAAK VAN DIE REDOKSTABEL.
1. IDENTIFISEER DIE REAKTANTE
2. ONDERSTREEP REAKTANTE OP DIE REDOKSTABEL
3. TEKEN PYLTJIES IN DIE RIGTING VAN DIE REAKSIE
4. SKRYF DIE OKSIDASIE- EN REDUKSIE HALF-REAKSIES
5. BALANSEER ELEKTRONE AS NODIG
6. SKRYF DIE ALGEHELE REAKSIE (LAAT TOESKOUER IONE
WEG)
Reduseermiddel
(sterk)
(sterk)
2F-
(Reduksie reaksie)
(swak)
Die reduksiehalfreaksie word geskryf vanaf die tabel van links na regs en die oksidasiehalfreaksie word geskryf vanaf regs na links.
Wanneer die halfreaksies geidentifiseer word, is dit moontlik om die gebalanseerde reaksie neer te skryf, sonder toeskouer ione.
Onthou dat die hoeveelheid elektrone wat bygekry of verloor word deur elke stof dieselfde moet wees.
Wanneer die lyn wat geteken word ‘n positiewe helling het, is die reaksie spontaan. Wanneer die lyn wat geteken word ‘n negatiewe
helling het, is die reaksie nie spontaan nie.
VOORBEELD:
VOORBEELD:
+
Sinkmetaal reageer met 'n suur, H (aq) om waterstofgas te produseer.
Deur gebruik te maak van die oksidasie- en reduksie halfreaksies skryf 'n
gebalanseerde vergelyking vir hierdie reaksie neer.
Magnesiumlint verbrand in 'n gassilinder wat chloorgas bevat.
Deur gebruik te maak van halfreaksies skryf 'n gebalanseerde
chemiese vergelyking vir hierdie reaksie.
STAP 1: IDENTIFISEER DIE REAKTANTE
Oksidasiehalfreaksie:
Mg → Mg2+ + 2e−
Reduksiehalfreaksie: Cl2 + 2e− → 2Cl−
Zn(s) en H+(aq)
STAP 2: ONDERSTREEP REAKTANTE OP DIE REDOKSTABEL
STAP 3: TEKEN PYLTJIES IN DIE RIGTING VAN DIE REAKSIE
STAP 4: SKRYF DIE OKSIDASIE- EN REDUKSIE HALF-REAKSIES
Oksidasiehalfreaksie:
Reduksiehalfreaksie:
Zn → Zn2+ + 2e−
2H+ + 2e− → H2
STAP 5: BALANSEER ELEKTRONE INDIEN NODIG
STAP 6: SKRYF DIE ALGEHELE REAKSIE (LAAT TOESKOUER
IONE WEG)
Algehele reaksie:
+
2+
Zn + 2H → Zn
+ H2
Algehele reaksie:
VOORBEELD:
Deur gebruik te maak van halfreaksies, voltooi en balanseer
die volgende reaksie: Pb + Ag+
Oksidasiehalfreaksie:
Pb → Pb2+ + 2e−
Reduksiehalfreaksie: Ag+ + e− → Ag
Oksidasiehalfreaksie:
Pb → Pb2+ + 2e−
(x2 Reduksiehalfreaksie): 2Ag+ + 2e− → 2Ag
Algehele reaksie:
58
Mg + Cl2 → Mg2+ + 2Cl−
Pb + 2Ag+ → Pb2+ + Ag
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Elektrochemie- Galvaniese/voltaïese sel
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
‘n Galvaniese sel reaksie is altyd ‘n spontane, eksotermiese reaksie waartydens chemiese energie omgeskakel word na elektriese energie.
STRUKTUUR
Twee halfselle (gewoonlik in afsonderlike houers):
Anode - waar oksidasie plaasvind - negatiewe elektrode
Katode - waar reduksie plaasvind - positiewe elektrode
V
Anode
Katode
Soutbrug
−
+
Elektroliet
Die emk van die sel word bereken deur een van die volgende
formules te gebruik:
Anode
Eθsel = Eθreduksie − Eθoksidasie
Die emk van die halfselle word bepaal deur gebruik te maak
van die standaard waterstof halfsel.
Standaard waterstof-halfsel
Die waterstof-halfsel word 'n verwysings potensiaal van 0,00 V toegeken. Alle ander halfselle het 'n potensiaal wat óf hoër of laer as die
verwysing is. Hierdie verskil is die lesing op die voltmeter wat geplaas word in die stroombaan.
H2 by
1 atm
Temperatuur
= 298 K
Die soutbrug verbind die twee halfselle:
Verdunde H2SO4
[H+] = 1 mol·dm−3
Gevul met 'n versadigde ioniese sout van óf KCl, NaCl,
KNO3 of Na2SO4
H2 word geborrel deur die elektroliet oor die platinum elektrode. Reduksiepotensiale word gemeet onder standaardtoestande:
Die punte van die buise word gestop met 'n poreuse
materiaal soos watte of glaswol.
temperatuur 25 °C; 298 K
konsentrasie van die oplossing 1 mol·dm−3
druk 1 atm; 101,3 kPa.
Funksies van die soutbrug
Voltooi die stroombaan (wat stroomvloei toelaat).
Handhaaf die neutraliteit van die elektroliet oplossings.
EWEWIG IN 'N SEL
Wanneer die stroombaan volledig is sal die stroom
begin vloei. Die stroom en potensiaalverskil van die sel
hou verband met die tempo van die reaksie en die
mate waarin die reaksie in die sel ewewig bereik het.
Soos die chemiese reaksie verloop, sal die tempo van
die voorwaartse reaksie verlaag, sodat die tempo van
oordrag van elektrone ook sal afneem wat lei tot die
Eθsel waarde wat afneem. Wanneer die selpotensiaal
daal sal die stroom in die stroombaan ook afneem.
Die selpotensiaal sal voortgaan om geleidelik af te
neem totdat ewewig bereik word waar die selpotensiaal dan nul is en die battery "pap" is.
+
Zn(NO3)2
Cu(NO3)2
Die sink halfsel:
Die koper halfsel:
• Sink elektrode
• Koper elektrode
• Sink soutoplossing
(bv. sink (II) nitraat)
• Koper soutoplossing
(bv. koper (II) nitraat)
• Oksidasie reaksie vind
plaas:
Zn → Zn2+ + 2e−
• Reduksie reaksie vind plaas:
Cu2+ + 2e− → Cu
• Katode
• Anode
Platinum
elektrode
Katode
KCl
Soutbrug
−
Eθsel = Eθoksideermiddel − Eθreduseermiddel
Elektroliet
SOUTBRUG
V
Eθsel = E θkatode − Eθanode
Cu
Voltmeter
SINK-KOPER SEL
Voltmeter
EMK VAN DIE SEL
Zn
Die anode en katode word met mekaar verbind deur
middel van 'n eksterne stroombaan, wat stroomvloei
vanaf die anode na die katode moontlik maak.
SCIENCE CLINIC 2016 ©
• Elektrode neem toe in massa.
Oks:
Red:
Zn (s)
→ Zn2+ (aq) + 2e−
Cu2+ (aq) + 2e− → Cu (s)
Net sel:
Zn (s) + Cu2+(aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s)
Sel notasie
Anode
Die waterstof halfsel word altyd eerste geskryf wanneer selnotasie
geskryf word. Die sel-notasie vir die waterstof halfsel is:
Pt, H2 (g) / H+ (aq) (1 mol⋅dm−3)
VOORBEELD
Beskou die selnotasie van die volgende elektrochemiese sel:
Soutbrug
Katode
Zn(s) / Zn2+(aq) (1 mol·dm−3) // Cu2+(aq) (1 mol·dm−3) / Cu(s)
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e−
Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s)
Pt,H2(g)/H2SO4(aq) (0,5 mol⋅dm−3)// CuSO4(aq) (1 mol⋅dm−3)/Cu(s)
Die eksperimenteel bepaalde selpotensiaal is 0,34 V by 25 °C.
Vir die sink-koper sel:
As ‘n waarde van 0,00 V gegee word aan die waterstof hafsel, beteken dit dat die waarde van die koper halfsel 0,34 V is.
Die anode reaksie is:
Die katode reaksie is:
Eθ sel = Eθ katode − Eθ anode
θ
0,34 = E (Cu) − 0,00
θ
E (Cu) = 0,34 V
Zn2+ (aq) + 2e− → Zn (s);
Cu2+ (aq) + 2e− → Cu (s);
Eθ sel = Eθ katode − Eθ anode
= 0,34 − (−0,76)
= + 1,1 V
59
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Eθ = −0,76 V
Eθ = +0,34 V
Elektrochemie - elektrolitiese selle
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
'n Elektrolitiese sel reaksie is altyd 'n nie-spontane, endotermiSUIWERING VAN KOPER
ONTTREKKING VAN ALUMINIUM (HALL-HEROULT
ese reaksie wat 'n battery vereis. Die elektriese energie
PROSES)
Wanneer koper gesuiwer word, is die proses soortgelyk aan elekword omgeskakel na chemiese energie.
troplatering.
Aluminium word gevind in die mineraal bekend as bauxiet wat hoofsaaklik
STRUKTUUR
Onsuiwer koper word as die anode gebruik en die katode is suiwer aluminiumoksied (Al2O3) in 'n onsuiwer vorm bevat.
Twee elektrodes (in dieselfde houer):
Anode – waar oksidasie plaasvind – positiewe elektrode
Katode – waar reduksie plaasvind – negatiewe elektrode
Die anode en katode verbind aan ‘n eksterne stroombaan , wat
gekoppel is aan ‘n GS kragbron.
Anioon
(−)
Katioon
(+)
By die anode word koper
geoksideer om Cu2+ ione
in die elektroliet te vorm. Suiwer
Die massa van die onsui- koper
wer koper anode neem af.
By die katode word die
Cu2+ ione in die elektroliet
gereduseer tot 'n suiwer
koper laag wat op die katode vorm. Die massa van
die katode neem toe.
+
−
koper.
Elektroliet
ELEKTROPLATERING
Elektroplatering is die proses van die deponering van 'n laag van
een metaal op 'n ander metaal.
VOORBEELD: Silwer platering van 'n metaallepel
Bauxiet kom nie in Suid-Afrika voor nie so dit word ingevoer vanuit Australië
vir raffinering.
Stap 1: Omskakeling van onsuiwer Al2O3 na suiwer Al2O3
Onsuiwer
koper
+
−
Cu2+
Ag
Pt
Net sel:
Al(OH)3 word suiwer Al2O3 - genoem alumina
Alumina word in krioliet opgelos (natrium-aluminiumheksafluoried - Na3AlF6).
Au
Smeltpunte verminder van meer as 2000 °C tot 1000 °C.
Verminder energiebehoeftes, koste en minder omgewingsimpak.
Die ander elemente en verbindings wat gevind word in die
onsuiwer koper anode vorm ‘n neerslag aan die onderkant van die
reaksiefles.
Oksidasie (anode):
Reduksie (katode):
Al(OH)3 word verhit (T > 1000 °C)
Stap 2: Smelt Al2O3
Cu2+
Zn
Bauxiet word behandel met NaOH - onsuiwer Al2O3 word Al(OH)3
2+
Cu
Cu (s) → Cu2+ (aq) + 2e−
(aq) + 2e− → Cu (s)
Stap 3: Gesmelte alumina (Al2O3) - krioliet mengsel geplaas in reaksie houer
Anodes (+) is koolstof stawe in mengsel
Katode (-) is die staal tenk
By die katode word Al3+ ione gereduseer na Al metaal
Koolstof anodes (+)
Cu2+ (aq) + Cu (s) → Cu2+ (aq) + Cu (s)
Staal tenk
ELEKTROLISE VAN KOPER (II) CHLORIED
Oplossing van aluminiumoksied in gesmelte krioliet
Die anode is silwer, dit sal geoksideer word tot Ag+ ione. Die massa
van die silwer elektrode neem af.
Die katode is die voorwerp (lepel)
wat geplateer word. Die Ag+ ione
vanaf die elektroliet word gereduseer tot silwer metaal, wat geplateer word op die lepel.
Ag+
Cu2+
CuCl2 (aq)
AgNO3 (aq)
Oksidasie (anode):
Reduksie (katode):
Net sel:
Oksidasie (anode):
Reduksie (katode):
Net sel:
Ag (s) → Ag+ (aq) + e−
Ag+ (s) + e− → Ag (s)
Ag+ (aq) + Ag (s) → Ag+ (aq) + Ag (s)
Koolstof voering vir
katode (−)
Cl−
Ag+
Die anode en elektroliet bevat altyd die plateermetaal.
Gesemlte aluminium
+
−
2Cl− (aq) → Cl2 (g) + 2e−
Cu2+ (aq) + 2e− → Cu (s)
2Cl− (aq) + Cu2+ (aq) → Cl2 (g) + Cu (s)
Chloorgas word geproduseer by die anode, terwyl kopermetaal
geproduseer word by die katode.
60
Oksidasie (Anode):
Reduksie (Katode):
Net sel:
2O2− (aq) → O2(g) + 4e−
Al3+ (aq) + 3e− → Al (l)
2Al2O3 (aq) → 4Al (l) + 3O2 (g)
As gevolg van die hoë temperatuur van die reaksie, reageer die suurstof wat
geproduseer word met die koolstof elektrodes om koolstofdioksiedgas te
vorm. Die koolstof elektrodes moet dus gereeld vervang word. Aluminium
onttrekking maak gebruik van 'n groot hoeveelheid elektriese energie,
daarom is die koste van aluminium onttrekking baie hoog.
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Elektrochemie - elektrolitiese selle
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
SCIENCE CLINIC 2016 ©
ELEKTROLISE VAN OPLOSSINGS
MEMBRAAN SEL
In die elektrolise van NaCl, word die Na+ ione nie gereduseer soos verwag word nie. Pas die volgende reëls toe om te bepaal watter ione
geoksideer/gereduseer word:
‘n Ioon-uitruiling membraan word gebruik om die natrium en chloriedione van die natriumchloried te skei. Die selektief deurlaatbare ioneuitruiling membraan is 'n fluoro polimeer wat slegs Na+ ione toelaat om daardeur te beweeg. Die sel bestaan uit twee halfselle geskei deur
die membraan. Die elektrolitiese sel het die laagste omgewingsimpak. Dit is ook die mees koste-effektiewe omdat die interne weerstand
baie laer is as dié van die diafragma en kwik selle.
Chloorgas
As daar geen halogeen ioon beskikbaar is nie, sal water geoksideer
word volgens:
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e−
By katode - Reduksie:
2H2O (l) + 2e− → H2 (g) + 2OH− (aq)
REDUKSIE (KATODE):
Die katioon of H2O sal gereduseer word.
As ‘n GROEP I OF GROEP II METAAL KATIOON beskikbaar is, sal water
gereduseer word volgens: 2H2O (l) + 2e− → H2 (g) + 2OH− (aq)
By anode - Oksidasie:
2Cl− (aq) → Cl2 (g) + 2e−
DIAFRAGMASEL
H2O
Oksidasie (anode):
Reduksie (katode):
Net sel:
2Cl (aq) → Cl2 (g) + 2e−
2H2O (l) + 2e− → H2 (g) + 2OH− (aq)
2Cl− (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + OH− (aq)
Algehele reaksie:
2NaCl (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + 2NaOH (aq) + H2 (g)
Die elektrolise vind plaas in gespesialiseerde elektrolitiese selle om die
reaksie proses te beheer en om reaksies to te laat om plaas te vind
onder gekontroleerde omstandighede.
H2O
OH− (aq)
Na+ (aq)
KWIKSEL
Die sel bestaan uit twee halfselle geskei deur 'n asbes diafragma.
Die diafragma laat slegs Na+ ione, Cl− ione en water deur.
Chloorgas
Anode (+)
Gekonsentreerde
NaCl (aq)
Asbes diafragma
Cl2 (g)
−
H2O
2Cl− (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + OH− (aq)
Katode (−)
Waterstofgas
By die katode, word water gereduseer om H2 (g) en OH− (aq) te vorm.
H2 (g) borrels vorm op die elektrode.
Na+
H2 (g)
Algehele reaksie: 2NaCl (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + 2NaOH (aq) + H2
By die anode word Cl− ione geoksideer om Cl2 (g) te produseer. Cl2 gas
borrels vorm op die elektrode.
Cl−
Cl− (aq)
Na+ (aq)
Net sel:
ELEKTROLISE VAN NaCl (CHLOOR-ALKALI-BEDRYF)
NaOH (aq)
Cl2 (g)
Gekonsentreerde
NaCl (aq)
Die anode word gevul met ‘n pekel oplossing
Water word gereduseer omdat dit ‘n sterker oksideermiddel is as ander
groep I en groep II elemente. As enige ander katioon beskikbaar is, sal
die katioon gereduseer word en nie water nie.
Pekel (gekonsentreerde NaCl oplossing) word geplaas in 'n elektrolitiese
sel om chloorgas, waterstofgas en natriumhidroksied-oplossing te produseer.
Verdunde
NaCl (aq)
STAAL
Die katode word gevul met suiwer water
Waterstofgas
Katode (−)
Membraan
As 'n HALOGEEN-IOON (Cl−, Br−, I−, nie F− ) teenwoordig is, word die
halogeen IOON geoksideer omdat dit 'n sterker reduseermiddel is as
water.
Anode (+)
TITANIUM
OKSIDASIE (ANODE):
Die anioon of H2O sal geoksideer word.
Cl− (aq)
H2 (g)
Verdunde
NaCl (aq)
H2O
Na+ (aq)
H2O
Cl−(aq)
Die kwik sel gebruik'n kwik katode om die Na+ (aq) te vervoer as 'n
amalgaam en reageer met water om NaOH en H2 te vorm as produkte van 'n ontbindingsreaksie. Hierdie proses vorm baie suiwer
produkte, maar met klein hoeveelhede giftige kwik. Kwik selle is gestaak weens die hoë bedryfskoste en kwik toksisiteit.
Cl2 (g)
H2 (g)
NaOH
NaCl
Anode (+)
61
Na+ (aq) + H2O
Na+
Na+ (aq)
Kwik
katode (−)
(aq)
NaOH (aq)
H2O
Na(l) (in Hg)
Pomp
By anode - Oksidasie:
By katode - Reduksie:
2Cl− (aq) → Cl2 (g) + 2e− 2H2O (l) + 2e− → H2 (g) + 2OH− (aq)
Algehele reaksie:
2NaCl (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + 2NaOH (aq) + H2 (g)
Die diafragma het die nadeel dat dit 'n lae konsentrasie van NaOH
vorm, wat ook moeilik is om van die NaCl te skei. Die asbes wat
gebruik word vir die diafragma is 'n gesondheidsgevaar, daarom is
die gebruik van diafragma selle gestaak.
Gekons.
NaCl (aq)
By anode - Oksidasie:
2Cl− (aq) → Cl2 (g) + 2e−
By katode - Reduksie:
Na+ (aq) reduseer om ‘n amalgaam te
vorm.
Na+ (aq) + Hg (l) + e− → Na+(aq)(in Hg)
Ontbindingsreaksie:
2Na (l) + H2O (l) → 2NaOH (aq) + H2 (g)
Algehele reaksie:
2NaCl (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + 2NaOH (aq) + H2 (g)
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset
Grade 12 Wetenskap Kernkonsepte
PLANTVOEDINGSTOWWE
NPK KUNSMIS
Kunsmis
Nie-minerale voedingstowwe
Sommige nie-minerale voedingstowwe is nie afkomstig van grond nie:
Kunsmis word geklassifiseer volgens hul
NPK inhoud verhouding. Die verhouding
word gegee as:
Koolstof (C): Vanaf CO2 in die atmosfeer
Suurstof (O): Vanaf CO2 en O2 in die atmosfeer
Waterstof (H): Vanaf reënwater in die grond
N:P:K (%)
N- Verhouding van stikstof (N)
P- Verhouding van fosfor (P)
K- Verhouding van kalium (K)
Hierdie nie-minerale voedingstowwe is nodig in
groot hoeveelhede vir die sintese van glukose deur
fotosintese.
Mineraalvoedngstowwe
Minerale voedingstowwe word in water opgelos in
die grond en word deur die wortels van die plante
geabsorbeer. Hierdie voedingstowwe kan aangevul
word deur middel van kunsmis om gesonde ontwikkeling van plante te verseker.
Stikstof (N):
Stikstof word geabsorbeer uit nitrate- en ammoniumsoute in die grond.
• Help proteïen vorming
• Bevorder blaar groei
• Verbeter die tempo van bogrondse groei
Stikstof kom natuurlik voor in guano, of sinteties in
nitrate- en ammoniumsoute.
Fosfor (P):
Fosfor word geabsorbeer uit beenmeel, superfosfaat en ontbinde kunsmis.
• Stimuleer vroeë wortelgroei
• Help met fotosintese
• Vroeë vorming van blomme en rypwording van
vrugte en sade
Fosfor kom natuurlik voor in beenmeel, of sinteties
in superfosfaat kunsmis.
Kalium (K):
Kalium word gevind in klein hoeveelhede in organiese plant- en diermateriaal (kompos en mis).
• Bevorder proteïen en koolhidrate sintese
• Help fotosintese
• Verbeter gehalte van blomme en vrugte.
• Maak plante meer hitte, droogte en siektebestand.
Kalium kom natuurlik voor in kompos en mis, maar
word meestal uit Duitsland ingevoer in die vorm
van potas.
Fraksionele distillasie
van vloeibare lug
N2
3
× 40 = 10,91%
11
Die voedingstofryk water laat toe vir
alge om vinnig te groei. Wanneer alge
doodgaan, put dit die ontbinde O2 in die
water uit. Vis en ander water-lewe sterf.
Oortollige nitrate in drinkwater is ook
skadelik vir mense.
Oksidasie van stikstofmonoksied
2NO + O2 → 2NO2
Absorpsie van NO2 in water
NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
UREUM ( CO(NH2)2 )
NH3 + CO2 → CO(NH2)2
KONTAKPROSES ( H2SO4 )
Verbranding van swael
S + O2 → SO2
Ammoniumsulfaat
NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Katalitiese oksidasie van SO2
2SO2 + O2 → 2SO3
Monoammonium fosfate
NH4H2PO4
Diammonium fosfate
(NH4)2HPO4
OMGEWINGSIMPAK VAN
KUNSMIS
As gevolg van oorbesproeiing ontbind
minerale en fosfate en word 'geloog' uit
die grond wat dan in riviere en damme
beland en dit voedingstofryk maak.
OSTWALD PROSES ( HNO3 )
Katalitiese oksidasie van
ammoniak
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Kaliumnitraat
KCl + HNO3 → KNO3 + HCl
Die persentasies van elke voedingstof
kan soos volg bepaal word:
(VANAF VOORBEELD 2)
2
% N:
× 40 = 2,27%
11
% K:
H2
Ammoniumnitraat
NH3 + HNO3 → NH4NO3
VOORBEELD 2
2:6:3 (40)
2 van 11 dele is N
6 van 11 dele is P
3 van 11 dele is K
40% van die totale massa is suiwer
kunsmis.
6
× 40 = 21,82%
11
SASOL
HARBER PROSES ( NH3 )
N2 + 3H2 → 2NH3
VOORBEELD 1
3:2:1 (25)
3 van 6 dele is N
2 van 6 dele is P
1 van 6 dele is K
25% van die totale massa is suiwer
kunsmis.
% P:
SCIENCE CLINIC 2016 ©
Vorming van oleum (H2S2O7)
2SO3 + H2O → H2S2O7
Omskakeling van oleum na H2SO4
H2S2O7 + H2O → 2H2SO4
Drievoudige superfosfate ( Ca(H2PO4)2∙H2O )
Geen CaSO4 byproduk, ∴ Hoër P konsentrasie
Superfosfate
Ca(H2PO4)2∙H2O
FOSFORSUUR ( H3PO4 )
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 5H2O → 5CaSO4∙H2O + 3H3PO4 + HF
62
Die materiaal in hierdie boek is ontwikkel om gepaard te gaan met die Science Clinic Eksamen Voorbereiding Seminare. Vir Graad 11 en matriek seminare, klasse en boeke, besoek www.scienceclinic.co.za
Stel belang in ‘n wetenskaplike loopbaan? Unisa bied ‘n verskeidenheid Wetenskap en Ingenieurswese kwalifikasies deur Oop Afstandsleer. Besoek www.unisa.ac.za/cset