Meestal wordt er gevraagd naar welke stof in overmaat aanwezig is. Om uit te rekenen welke stof in overmaat aanwezig is, moet je een aantal stappen doen. Als eerste is het belangrijk dat je de reactievergelijking hebt. Soms staat deze al in de opdracht, maar soms moet je deze zelf opstellen. Daarna kunnen we alle gegevens die we al hebben opschrijven. Deze gegevens kun je allemaal uit de vraag halen. Omdat deze gegevens vaak niet in mol staan, maar in gram of in liter, moeten we dit omrekenen. Als je alle gegevens hebt omgerekend naar mol, heb je de molverhouding nodig, om te kijken welke stof in overmaat aanwezig is. De molverhouding zijn de coëfficiënten (dus de getallen voor de moleculen) die in de reactievergelijking staan.
Als je bijvoorbeeld 2 CO2-atomen hebt en 1 H2O-atoom, dan is de molverhouding CO2: H2O = 2 : 1. Je kunt deze molverhouding dan vergelijken met de waarden die je berekend hebt. Hiervoor kun je een kruistabel gebruiken. Je ziet dus dat je 2.5 mol H2O nodig hebt om met 5 mol CO2 te reageren. We hebben 50 gram Cu en 100 gram O2. Deze reageren samen to CuO.
Slide 1 laat zien wat je nodig hebt: Schrift, Rekenmachine, Periodiek systeem achterin je boek. Slide 2 behandelt §4.4 overmaat en ondermaat. Je leert uitleggen wat de begrippen "ondermaat" en "overmaat" betekenen, uit te rekenen welke stof in ondermaat is en hoeveel product hieruit kan ontstaan, en uit te rekenen hoeveel stof van de overmaat overblijft.
Stel we gebruiken deze reactievergelijking: 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3. Met de volgende massa's van de atomen Fe 55,85 en O 16,00. En de opgave is: Je hebt 75 gram Fe. Hoeveel gram O2 heb je nodig?
Berekenen molecuulmassa's: 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3. Fe massa = 55,85 en O massa = 16,00. En we berekenen de molecuulmassa's van 4 Fe en 3 O2: 4*55,85 = 223,4; O2: 2*16,00 = 32,00. Drie zuurstofatomen in O3 zouden anders zijn, maar hier gaat het om O2 met massa 32,00 per molecuul. Dus de getallen zijn 223,4 voor Fe en 96 voor O2.
Vul nu de gegevens van de vraag in en zet een vraagteken wat je moet uitrekenen. De vraag was: Je hebt 75 gram Fe. Hoeveel gram O2 heb je nodig. Dus je zet 75 onder de Fe en een ? onder de O2. 75 onder Fe en ? onder O2.
Je kan nu het getal bij het vraagteken uitrekenen volgens de kruistabel methode: ? = (75 * 96) / 223,4 = 32,3. En dat is dus het antwoord: Er is 32,3 gram O2 nodig.
Bij dit voorbeeld hierboven was alleen de hoeveelheid Fe (75 gram) gegeven. Daaruit bereken je dat er 32,3 gram O2 nodig is. Maar hoe pak je deze opgave aan als de hoeveelheid Fe en hoeveelheid O2 allebei is gegeven in de opgaven? Je hebt 50 gram Fe en 25 gram O2 samengevoegd. Welke stof blijft er over als de andere helemaal op is?
Vraag: Je hebt 50 gram Fe en 25 gram O2 samengevoegd. Welke stof blijft er over als de andere helemaal op is? Wat je nu hebt is het volgende: 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3; 223,4; 96; 50; 25. Dus je ziet dat er nu geen vraagteken in het begin is maar beide getallen zijn gegeven. Hoe moet je hier nu mee verder?
Stappenplan: 1. Je neemt één van beide getallen, bijvoorbeeld de eerste. Hier dus 50 gr Fe. 2. Dan reken je uit (volgens methode van §3.3) hoeveel O2 hiervoor nodig is; 50*96/223,4 = 21,5 gram. Er is dus maar 21,5 gr O2 nodig maar je hebt 25 gr. Je hebt dus O2 teveel ofwel O2 blijft OVER. Ofwel O2 is OVERMAAT. 3. De andere stof is dan automatisch overmaat. Dus Fe is ondermaat.
Andere voorbeeld: Je mengt 80 gr Fe en 31 gr O2. 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3. 223,4; 96; 80; 31. Je neemt één van beide getallen, bijvoorbeeld 80 gr Fe. Dan bereken je uit hoeveel O2 hiervoor nodig is; 80*96/223,4 = 34,4 gram. Er is dus 34,4 gram O2 nodig maar je hebt maar 31 gram. Je hebt dus O2 te weinig. Ofwel O2 is ONDERMAAT. De andere stof is dan automatisch de overmaat. Dus Fe is nu overmaat.
Als je wilt uitrekenen hoeveel van de stoffen ontstaan moet je altijd de kruistabel rekenen met de ONDERMAAT. Voorbeeld 1: 4 Fe + 3 O2 -> 2 Fe2O3; 223,4; 96; 50; 25; ?. Stappenplan: 1. Pak het getal van de ONDERMAAT. In dit voorbeeld is dit 50 gr Fe. 2. Bereken de molecuulmassa van de stof die ontstaat: 2 Fe2O3 massa Fe2O3 = 2*(55,85) + 3*(16,00) = 159,7 gr. Maar je hebt 2 Fe2O3 dus dit getal nog x2. 159,7*2 = 319,4 gram Fe2O3. 3. Zet het ? onder de stof die ontstaat. 4. Gebruik de kruistabel met de ondermaat en het vraagteken. 5. Dus uitrekenen van ? met kruistabel wordt dan: ? = (50 * 319,4) / 223,4 = 71,5 gram Fe2O3.
Bereken nu eens hoeveel Fe2O3 er ontstaat als je 80 gr Fe en 31 gr O2 mengt. 80 en 31; Tip: bereken eerst wat de ondermaat is; 80 of 31 en ga van daar rekenen met de kruistabel naar Fe2O3. Antwoord voor eigen controle: 103,1 gram Fe2O3.
Je hebt de volgende kloppende reactievergelijking; C3H8 + 5 O2 -> 3 CO2 + 4 H2O. Je hebt 20 gram C3H8 en 70 gram O2. Hoeveel gram H2O zal er ontstaan? Tip: bepaal ondermaat van C3H8 en O2 en reken hiermee de kruistabel naar H2O uit. Antwoord voor eigen controle: 31,5 gram H2O.
Wat betekent overmaat?
Overmaat betekent dat we meer van een bepaald reagens hebben dan we nodig hebben voor de reactie. De stof die in overmaat aanwezig is, blijft over na de reactie. Ondermaat betekent dat we minder van een bepaald reagens hebben dan we nodig hebben voor de reactie. Dit betekent dat dit reagens volledig zal reageren en er niets van over zal blijven na de reactie.
Voorbeeld en toepassing
Stel dat we de volgende reactie hebben: 2H2 + O2 -> 2 H2O. Als we 3 moleculen H2 en 1 molecuul O2 hebben, is er overmaat van H2 en ondermaat van O2. Bij massabalans en kruistabellen kunnen we uitrekenen hoeveel H2O ontstaat en wat er overblijft.
Een massabehoud-principe helpt ook om te controleren of de berekeningen kloppen: massa vóór de reactie is gelijk aan massa ná de reactie. Dit geldt altijd als alle stoffen volledig reageren en er geen verontreinigingen zijn.
Overmaat bij een chemische reactie
Overmaat en ondermaat zijn cruciale concepten bij het plannen van reactanten: als je een overmaat toevoegt, kun je ervoor zorgen dat alle reagenten reageren en kun je de opbrengst van het gewenste product maximaliseren. De ondermaat bepaalt hoeveel product er maximaal kan ontstaan.