Practicum: Natrium reageert met water – elektronenoverdracht met modellen – Scheikunde Klas 4 HAVO/VWO

In dit practicum voor klas 4 havo en vwo bouw je met het model na wat er gebeurt als natrium met water reageert. Je volgt de elektronen stap voor stap en leidt zo af waarom er waterstof ontstaat en waarom de oplossing basisch wordt. Daarna vergelijk je je model met de reactie zoals de docent die demonstreert of zoals je haar op video ziet.

Leerdoel

Na dit practicum kun je met het model uitleggen hoe natrium elektronen afstaat aan water, de halfreacties en de totaalreactie 2 Na + 2 H₂O → 2 Na⁺ + 2 OH^- + H₂ opstellen en aangeven welke stof reductor en welke oxidator is.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: HAVO/VWO klas 4 | Vak: Scheikunde | Domein: C1 Chemische processen (redoxreacties) | Alkalimetalen, natrium, redox, halfreactie, elektronenoverdracht, reductor, oxidator, waterstof, basische oplossing

Benodigdheden

• Toytomics Maxi Set Magnetic (valentie-elektronenmodel met natriumatomen), één set per groepje van 2 of 3 leerlingen
• Voor de demonstratie door de docent (deel C): een klein stukje natrium, een kristallisatieschaal of bekerglas met water, fenolftaleïne-indicator, pincet, filtreerpapier, veiligheidsbril en een beschermscherm
• Of: een video van de reactie van natrium met water, als de demonstratie niet mogelijk is

Achtergrondinformatie

Natrium is een alkalimetaal. Een natriumatoom heeft één valentie-elektron en staat dat gemakkelijk af, waardoor een Na⁺-ion ontstaat. Water kan H⁺ afgeven. Dat H⁺ neemt het afgestane elektron op en wordt een waterstofatoom. Twee waterstofatomen vormen samen een H₂-molecuul. Wat van het water overblijft, is een OH^--ion.

Halfreacties: natrium: Na → Na⁺ + e^-. Water: 2 H₂O + 2 e^- → H₂ + 2 OH^-. Een stof die elektronen afstaat heet reductor, een stof die elektronen opneemt oxidator. De oplossing bevat na de reactie Na⁺- en OH^--ionen en is dus basisch: dat is de reden dat deze metalen alkalimetalen heten.

Natrium reageert heftig met water en waterstof is ontvlambaar. Werk bij de demonstratie met een stukje van hooguit enkele millimeters, achter een beschermscherm en met een veiligheidsbril. Gebruik nooit water om een natriumbrand te blussen.

Werkwijze

Deel A – De deeltjes in het model

1. Bouw met het model twee natriumatomen en twee watermoleculen. Teken de Lewisstructuren en noteer de formules.
2. Kijk naar de elektronen van het natriumatoom. Hoeveel valentie-elektronen heeft het en hoe is dat te zien aan het model?

Deel B – De reactie nabouwen

1. Verwijder bij beide natriumatomen het valentie-elektron. Je houdt twee Na⁺-ionen over en twee losse elektronen.
2. Haal bij elk watermolecuul een H⁺ weg. Je houdt twee OH^--ionen over en twee H⁺-ionen.
3. Steek de twee losse elektronen op de twee H⁺-ionen. Je krijgt twee waterstofatomen.
4. Koppel de twee waterstofatomen aan elkaar tot een H₂-molecuul.
5. Controleer dat je alle atomen en alle elektronen terugvindt en dat de lading links en rechts gelijk is. Schrijf de reactie op in Lewisstructuren en daarna met formules.

Deel C – Demonstratie door de docent (of video)

1. De docent voegt fenolftaleïne toe aan het water.
2. De docent legt een klein stukje natrium, schoon en droog gedept, op het water.
3. Noteer wat je ziet: het gedrag van het metaal, wat er met het gas gebeurt en welke kleur de oplossing krijgt.

Waarnemingstabel

Verwerkingsvragen

1. Hoeveel valentie-elektronen heeft een natriumatoom? Welk deeltje blijft over als dat elektron wordt afgestaan?
2. Welke twee ionen zitten na de reactie in de oplossing? Hoe verklaar je daarmee de kleur van de oplossing met fenolftaleïne?
3. Stel de halfreacties en de totaalreactie op. Welke stof is de reductor en welke de oxidator?
4. Waarom mag je een natriumbrand niet met water blussen?
5. Bij de ramp in Fukushima reageerde het metaal van de reactorstaven bij hoge temperatuur met water. Welk gas ontstond daarbij en waarom kon dat tot explosies leiden?

Uitwerking

V1: Eén valentie-elektron, in het model één los elektron. Na afgifte blijft een Na⁺-ion over met een volle buitenste schil (zoals neon).

V2: Na⁺- en OH^--ionen. De OH^--ionen maken de oplossing basisch, waardoor fenolftaleïne paarsrood kleurt.

V3: Halfreacties: Na → Na⁺ + e^- (twee keer) en 2 H₂O + 2 e^- → H₂ + 2 OH^-. Totaal: 2 Na + 2 H₂O → 2 Na⁺ + 2 OH^- + H₂. Natrium staat elektronen af en is de reductor. Water neemt elektronen op en is de oxidator.

V4: Water laat de reactie juist heftiger verlopen en er ontstaat extra waterstof, dat ontvlambaar is. De brand wordt zo groter.

V5: Waterstof, op dezelfde manier als bij natrium: het metaal staat elektronen af aan water. Waterstof vormt met zuurstof uit de lucht een explosief mengsel (knalgas), dat in de gebouwen ontbrandde.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert de Toytomics Maxi Set Magnetic, bekerglazen en indicatoren voor redoxproeven met alkalimetalen in het voortgezet scheikundeonderwijs.

Welk type molecuulmodel past bij uw les? Lees het artikel Molecuulmodellen in de scheikundeles.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.