Practicum: Radicaalreactie – chlorering van methaan als ketenreactie – Scheikunde Klas 6 VWO

In dit practicum voor klas 6 vwo bouw je de radicaalreactie tussen methaan en chloor stap voor stap na. Je volgt de stappen start, voortzetting en afbreking en verklaart waarom je een mengsel van producten krijgt.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de drie stappen van een radicaalketenreactie (start, voortzetting en afbreking) beschrijven, de radicalen in elke stap aanwijzen en verklaren waarom bij radicaalsubstitutie meerdere producten ontstaan.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 6 | Vak: Scheikunde | Domein: D3 Chemische synthese | Radicaal, homolytische splitsing, ketenreactie, start, voortzetting, afbreking, chlorering, substitutie

Benodigdheden

• Toytomics Multi Function Set Magnetic (valentie-elektronenmodel), één set per groepje van 2 of 3 leerlingen
• Papier en potlood

Achtergrondinformatie

Bij een radicaalreactie splitst een binding homolytisch: elk atoom neemt één elektron van het gedeelde paar mee. Zo ontstaan radicalen: deeltjes met een ongepaard elektron (voorgesteld met een stip). Chloor wordt door UV-licht gesplitst: Cl₂ → 2 Cl·.

De reactie van methaan met chloor verloopt in drie stappen. Start: vorming van radicalen. Voortzetting: een radicaal reageert met een molecuul en vormt een nieuw radicaal. Afbreking: twee radicalen vormen samen een molecuul en de keten stopt.

In het model bestaat een binding uit twee gekoppelde geslachtsloze stekers. Als je ze uit elkaar trekt, houdt elk atoom één steker met één elektron over.

Werkwijze

Deel A – Start

1. Bouw een Cl₂-molecuul en één CH₄-molecuul.
2. Trek Cl₂ uit elkaar tot twee Cl·-radicalen. Wat blijft er aan elk chlooratoom open?

Deel B – Voortzetting

1. Laat een Cl·-radicaal een waterstofatoom van methaan afpakken. Welke twee deeltjes ontstaan? Welk deeltje is een radicaal?
2. Laat het CH₃·-radicaal reageren met het tweede chlooratoom. Welk product ontstaat en welk deeltje blijft over?

Deel C – Afbreking

1. Laat twee radicalen met elkaar reageren: Cl· + Cl·, Cl· + CH₃· en CH₃· + CH₃·. Bouw elk product. Voor de laatste combinatie bouw je twee CH₃·-radicalen en laat je ze samenkomen.
2. Noteer bij elke stap de reactievergelijking met stippen bij de radicalen.

Verwerkingsvragen

1. Schrijf de drie stappen (start, twee voortzettingsstappen en minimaal één afbrekingsstap) als reactievergelijkingen met radicalen.
2. Wat is de totaalreactie van de voortzettingsstappen?
3. Waarom heet dit een ketenreactie en waarom is een klein aantal startradicalen voldoende voor veel productmoleculen?
4. Waarom ontstaan bij deze reactie naast CH₃Cl ook CH₂Cl₂, CHCl₃ en C₂H₆?

Uitwerking

V1: Start: Cl₂ → 2 Cl·. Voortzetting 1: Cl· + CH₄ → HCl + CH₃·. Voortzetting 2: CH₃· + Cl₂ → CH₃Cl + Cl·. Afbreking (bijvoorbeeld): Cl· + Cl· → Cl₂; CH₃· + Cl· → CH₃Cl; CH₃· + CH₃· → C₂H₆.

V2: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl. De radicalen heffen elkaar op en komen niet in de totaalreactie voor.

V3: In de tweede voortzettingsstap wordt weer een Cl·-radicaal gevormd, dat de eerste voortzettingsstap opnieuw kan starten. Eén radicaal levert zo duizenden productmoleculen op, tot een afbrekingsstap de keten stopt.

V4: Het product CH₃Cl heeft nog waterstofatomen, die door een Cl·-radicaal kunnen worden afgepakt. Zo ontstaan na elkaar CH₂Cl₂ en CHCl₃. C₂H₆ ontstaat in de afbrekingsstap uit twee methylradicalen. De reactie is daarom weinig selectief.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert de Toytomics Multi Function Set Magnetic voor het stap voor stap nabouwen van radicaalreacties 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.