Sk-04 Mengsels en scheidingsmethoden

Transcriptie

1 Auteurs Laatst gewijzigd Licentie Webadres Jan Lutgerink ; 26 January 2016 CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie Dit lesmateriaal is gemaakt met Wikiwijsleermiddelenplein. Wikiwijsleermiddelenplein is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, vergelijkt, maakt en deelt. Stel zo voor iedere onderwijssituatie de optimale leermiddelenmix samen.

2 Inhoudsopgave ipad: afspelen animaties Samenvatting Zuivere stoffen en mengsels Zuivere stof of niet? Bepaling zuiverheid Indeling van mengsels De hoofdcomponent is gas Hoofdcomponent: vloeistof Hoofdcomponent: vaste stof Oplossing/emulsie/suspensie Oplossingen/oplosbaarheid Oplossen van vaste stoffen Mengen van vloeistoffen Oplossen van gassen Emulsies Suspensies Video over verschillende soorten mengsels Scheiden van mengsels Scheiden; waarom en hoe? Bezinken en centrifugeren Indampen Video over indampen, bezinken en centrifugeren Filtreren en zeven Extraheren Video over filtreren en extraheren Adsorberen Chromatograferen Destilleren Video over destilleren, chromatograferen en adsorberen Omkristalliseren Sublimeren Uitsmelten Overzicht scheidingsmethodes Toets Over dit lesmateriaal Pagina 1

3 ipad: afspelen animaties Voor ipad gebruikers: Om de Flash animaties en video s binnen dit arrangement te kunnen afspelen met een ipad bevelen we Photon Flash Player voor ipad aan. Flash Video & Games plus Private Web Browser van Appsverse Inc.,versie 5.0, kost 4,49. Pagina 2

4 Samenvatting Bij mengsels zijn de moleculen ofwel gelijkmatig verdeeld (homogeen) of niet gelijkmatig verdeeld (heterogeen). Moleculair gelijkmatig verdeelde mengsels zijn bijvoorbeeld oplossingen, mengsels van gassen en legeringen. Moleculair niet gelijkmatig verdeelde mengsels zijn bijvoorbeeld suspensies, emulsies, rook, schuim en (vaak) mengsels van vaste stoffen. Mengsels kunnen we scheiden in de componenten, die het mengsel vormen. Hiervoor gebruiken we verschillende scheidingsmethoden. Pagina 3

5 Zuivere stoffen en mengsels Veel stoffen in het dagelijks leven zijn chemisch gezien mengsels en geen zuivere stoffen. De stoffen die samen een mengsel vormen, noemen we de componenten of bestanddelen van dat mengsel. Er zijn ook producten die wél chemisch zuiver zijn: ze bestaan slechts uit één component (microscopisch: één molecuulsoort). Sigarettenrook bestaat uit een mengsel van ca verschillende verbindingen, waarvan een deel in gasvorm Zuivere stof of niet? Een stof is chemisch gezien een zuivere stof als de stof slechts uit één component bestaat. Veel stoffen in het dagelijks leven zijn chemisch gezien mengsels. Ze bestaan uit meerdere componenten (iedere component is op zichzelf een chemisch zuivere stof). Er zijn vele voorbeelden van 'stoffen' uit het dagelijks leven die mengsels zijn: de meeste schoonmaakmiddelen, verf, voedsel. Koffie is een voorbeeld van een zeer complex mengsel. In het dagelijks leven is witte kristalsuiker een goed voorbeeld van een stof die chemisch zuiver is. Ook zout (keukenzout) is behoorlijk zuiver; op de verpakking van een bus zout staan ook nog enkele andere stoffen vermeld, maar de hoeveelheden zijn klein. Kenmerk zuivere stof Constante fysische eigenschappen kenmerken een zuivere stof, zoals een vast smeltpunt en een vast kookpunt. Bij een mengsel hangen de eigenschappen af van de samenstelling van het mengsel. Wat is chemisch zuiver? Het begrip 'chemisch zuiver' moeten we niet te absoluut nemen. Elke stof bevat altijd wel geringe hoeveelheden andere stoffen, verontreinigingen of onzuiverheden genoemd. De zuiverheid van een stof drukken we meestal uit in procenten. Zo betekent 99% zuiver, dat de stof 1% onzuiverheden bevat. Het verwijderen van verontreinigingen heet zuiveren. Hoe kleiner het gehalte Pagina 4

6 verontreinigingen is, des te moeilijker (en des te duurder) is het om deze onzuiverheden te verwijderen. Voor chemici is 'een stof' per definitie een zuivere stof en geen mengsel. Dat absoluut zuivere stoffen niet bestaan wordt op de koop toegenomen. Een zuiverheid van 99,99% is al heel mooi. Op moleculaire schaal bestaat een zuivere stof uit één soort moleculen, soms zelfs uit één soort atomen. Een mengsel bestaat uit twee of meer soorten moleculen. In deze video uitleg van de begrippen 'zuivere stof', 'mengsel' en 'scheiden'. kn.nu/wwf77b978 (youtu.be) Bepaling zuiverheid Hoe weet je wanneer een stof zuiver is, of dat we te maken hebben met een mengsel of een verontreinigde stof? Een eenvoudige methode om daarachter te komen, is het uitvoeren van een smeltpunts- of kookpuntsbepaling. Dit geeft een directe aanwijzing over de zuiverheid van een stof. Een zuivere stof heeft een vast smeltpunt en een vast kookpunt. Bij een mengsel of een verontreinigde stof loopt de temperatuur op tijdens het smelten of het verdampen. We spreken dan van een smelttraject, respectievelijk een kooktraject. Temperatuurverloop tijdens verwarming van een zuivere stof: Temperatuursverloop tijdens verwarming van een mengsel: Pagina 5

7 Analysemethoden De zuiverheid van stoffen bepalen we tegenwoordig meestal met behulp van instrumentele analysemethoden, zoals gas- en vloeistofchromatografie, UV- en IR-spectrometrie, massaspectrometrie en NMR. In al deze gevallen berust de scheiding en/of identificatie van de componenten op een verschil in fysische eigenschappen, anders dan smeltpunt en kookpunt. Hoe kun je een een zuivere stof en een mengsel onderscheiden? kn.nu/wwfba29b2 (youtu.be) Pagina 6

8 Indeling van mengsels Mengsels kunnen we indelen naar de mogelijke combinaties van fasen, waarin de componenten zich bevinden. We nemen ze systematisch door. De hoofdcomponent is gas Soorten gasmengsels Gasmengsel Gassen vormen met elkaar een moleculair mengsel. Door de beweging van de moleculen in de gasfase ontstaat spontaan een mengsel waarin de verschillende soorten moleculen volkomen gelijkmatig zijn verdeeld. Aerosolen Mengsels van kleine vaste en vloeibare deeltjes in een gas noemen we aerosolen. Een vloeistof kan in heel fijne druppeltjes in een gas aanwezig zijn (vloeibaar aerosol). Zo'n mengsel heet mist of nevel. Bij een vast aerosol spreken we van rook als de deeltjes afkomstig zijn van een verbranding. Andere voorbeelden zijn: opgewaaid bodemstof, stof afkomstig van vulkaanuitbarstigen en mariene aerosolen. Mariene aerosolen ontstaan door verstuiving van zeewater: uit de zeeneveldruppeltjes (vloeibaar aerosol) verdampt het water en ontstaan vaste aerosolen die hoofdzakelijk bestaan uit zeezout. Lucht Lucht is een mooi alledaags voorbeeld van een mengsel van gassen. Lucht bestaat uit twee hoofdbestanddelen: de gassen stikstof (formule: N ) en zuurstof (formule: O ). Ruw gezegd bestaat 100 liter lucht uit 80 liter stikstof en 20 liter zuurstof. Lucht bestaat dus, ruwweg, uit 80 volume-% N 2(g) en 20 volume-% O 2(g). Lucht bestaat uit meer bestanddelen, maar de hoeveelheden daarvan zijn klein. Zo bevat honderd liter lucht ook ca. 37 ml van het gas koolstofdioxide, meestal kooldioxide (of ook wel koolzuurgas) genoemd. De molecuulformule is CO 2. Lucht bestaat dus voor 0,037 volume-% uit CO 2 (cijfer uit Pagina 7 2 2

9 2003). Tegen het einde van de 19 e eeuw werd ontdekt dat lucht uit nóg enkele gassen bestond. Deze gassen waren tot dan nooit opgemerkt, omdat ze in slechts zeer kleine hoeveelheden aanwezig zijn en/of vooral omdat ze geen verbindingen aangaan met andere elementen. Vandaar de naam edelgassen. De bekendste edelgassen zijn: helium, neon en argon. Lucht bestaat uit vrij veel Ar(g): bijna 1 liter op 100 liter, dus bijna 1 volume-%. Neon en helium zijn in veel kleinere hoeveelheden bestanddelen van lucht; per 100 liter lucht respectievelijk 2 ml Ne(g) en 0,5 ml He(g). Meestal geven we de samenstelling van niet-verontreinigde, droge lucht als volgt aan: 78 volume-% N 2, 21 volume-% O 2 en 1 volume-% andere gassen, vooral Ar en CO2 Lucht bevat ook vrijwel altijd waterdamp. Toch laten we H2O(g) weg uit de lijst bestanddelen van lucht. Hier zijn twee redenen voor. Ten eerste varieert het percentage waterdamp, ten tweede is waterdamp onder normale omstandigheden geen echt gas (het kan condenseren). Zie 'Gassen en dampen' in het thema 'Fasen en fase-overgangen'. Hoofdcomponent: vloeistof Soorten vloeistofmengsels Oplossingen Oplosbare gassen, vloeistoffen en vaste stoffen lossen moleculair op in een vloeistof. Dergelijke mengsels noemen we een oplossing. Schuim Een ónoplosbaar gas kan in fijne belletjes in een vloeistof verdeeld zijn; zo'n mengsel heet schuim. Emulsie Een ónoplosbare vloeistof kan in heel fijne druppeltjes in een andere vloeistof verdeeld zijn. Zo'n mengsel heet een emulsie. We spreken hier meestal niet van 'opgeloste' deeltjes, maar van gedispergeerde deeltjes. De hoofdcomponent noemen we ook wel het dispersiemiddel in plaats van oplosmiddel. Suspensie Een ónoplosbare vaste stof kan in fijne korreltjes verdeeld zijn in een vloeistof. Zo'n mengsel heet een suspensie. Een stevige suspensie heet ook wel een pasta, soms ook een gel. Ook hier spreken we meestal van gedispergeerde fase en dispersiemiddel. Hoofdcomponent: vaste stof Pagina 8

10 Soorten vaste-stofmengsels Vast schuim Een gas kan in heel fijne belletjes in een vaste stof gevangen zitten. We spreken wel eens van 'vast schuim'. Voorbeelden zijn piepschuim, schuimrubber en gatenkaas. Vloeistof in vaste stof Voor deze variant van een mengsel is geen eenduidige naam. De vloeistof kan in druppels gevangen zitten in een vaste stof. Een natte spons is hiervan een voorbeeld. Andere voorbeelden, waar de vloeistof fijner verdeeld zit in de vaste stof, zijn vochtig papier, vochtig hout en vochtig leer. Nog een voorbeeld is een gel (haargel, gelatine, kaas). Je zou ook nog kunnen denken aan vaste stoffen met kristalwater, zoals CuSO4.5 H2O (s). Een bezwaar hiertegen is een micro/macroconflict. Microscopisch is het wel een soort mengsel, macroscopisch niet; er zitten geen kleine waterdruppeltjes in het kristalrooster. Bovendien is de samenstelling niet willekeurig: meer dan vijf eenheden water per formule-eenheid gaat niet (vergelijk met legering). Vast mengsel Zo'n mengsel wordt veel gemaakt door vaste stoffen heel fijn te malen en de poeders te mengen. Hoe klein de korreltjes van de verschillende vaste stoffen ook zijn, ze nog altijd uit een gigantisch aantal moleculen bestaan: er treedt geen moleculaire menging op. Voorbeelden van dit soort mengsels: tuinaarde, beton en strooivoer. Hoe maak je beton? kn.nu/ww (schooltv.nl) Ipadgebruikers kunnen hier klkken om de video te starten. De genoemde voorbeelden zijn heterogene mengsels. Door metaalpoeders samen te smelten kunnen ook homogene vaste mengsels ontstaan: een vaste oplossing van het ene metaal in het andere. Er is menging op atomaire schaal. Er kan in dat geval ook een legering van metalen ontstaan. Strikt genomen is een legering niet een gewoon mengsel, omdat in een legering de metalen alleen in zeer bepaalde atoomverhoudingen kunnen voorkomen. Een legering heeft dus geen willekeurige samenstelling; een mengsel heeft dat wel. Pagina 9

11 Oplossing/emulsie/suspensie Oplossingen zijn mengsels met een vloeistof als hoofdcomponent, waarin de opgeloste stof (gas, vloeistof of vaste stof) moleculair verdeeld is in het oplosmiddel. Het systeem is daardoor volledig homogeen. In het dagelijks leven gebruiken we, naast echte oplossingen, veel mengsels van onoplosbare vloeistoffen of vaste stoffen in water of in een ander oplosmiddel: respectievelijk emulsies en suspensies. De bestanddelen van deze vloeibare, heterogene mengsels zijn niet 'echt' opgelost (moleculair verdeeld). Oplossingen/oplosbaarheid Melk: een oplossing, een emulsie en een suspensie Oplossingen zijn mengsels met een vloeistof als hoofdcomponent, waarin de componenten (gas, vloeistof, vaste stof) opgedeeld zijn in losse moleculen (of ionen), die gelijkmatig verdeeld zijn. We spreken van een moleculaire verdeling. De hoofdcomponent noemen we het oplosmiddel, de andere componenten de opgeloste stof. Het systeem is daardoor volledig homogeen. Kenmerk van een oplossing Een oplossing is altijd helder (doorzichtig), maar hoeft niet kleurloos te zijn. NB: Een sterk geconcentreerde gekleurde oplossing is niet meer doorzichtig (bijvoorbeeld een oplossing van kaliumpermanganaat). Bij verdunnen worden ook deze oplossingen doorzichtig. Het oplossen Het proces van oplossen treedt op ten gevolge van een directe wisselwerking van de moleculen van het oplosmiddel met de moleculen van de opgeloste stof. Deze interactie noemen we solvatatie. We spreken van hydratatie in plaats van solvatatie, als het oplosmiddel water is. Solvatatie is een algemenere term, onafhankelijk van het oplosmiddel. Pagina 10

12 Oplosbaarheid Suiker is een voorbeeld van een in water zeer goed oplosbare vaste stof. Veel stoffen zijn echter niet of nauwelijks in water oplosbaar. De maximale hoeveelheid van een stof die per volume water kan oplossen noemen we de oplosbaarheid (in water) van die stof. Een oplossing die de maximale hoeveelheid opgeloste stof bevat noemen we een verzadigde oplossing. Qua oplosbaarheid onderscheiden we vaak drie groepen stoffen: Goed oplosbaar. Sommige stoffen zijn zelfs onbeperkt ('oneindig') oplosbaar. Matig oplosbaar. Slecht oplosbaar. In de praktijk zeggen we soms onoplosbaar, maar chemici zeggen liever dat zo'n stof 'slecht oplosbaar' is. Ook van een 'onoplosbare' stof blijkt namelijk altijd wel een minieme hoeveelheid op te lossen, wat overigens alleen met zeer gevoelige apparatuur is te meten. Of een stof oplosbaar is, bepalen we met kwalitatieve methoden. Om na te gaan hoevéél stof kan oplossen is een kwantitatieve methode vereist. Zie 'Oplosbaarheid van enkele vaste stoffen' in de Didactiek van deze paragraaf. Kwantitatieve gegevens over de termen goed, matig en slecht zijn te vinden in BINAS tabel 45A. Oplosbaarheid is een stofeigenschap: kenmerkend voor elke combinatie van een stof en een oplosmiddel. De oplosbaarheid van vaste stoffen en vloeistoffen in een bepaald oplosmiddel neemt meestal toe bij stijgende temperatuur. Oplossen van vaste stoffen Als voorbeeld nemen we het oplossen van suiker (sacharose) in water. Chemici noteren suiker die in water is opgelost door achter de molecuulformule tussen haakjes aq te schrijven (aq = aqua; latijn voor water): C12H22O 11(aq). Zo'n mengsel met water heet dus een oplossing. Water is hier het oplosmiddel en suiker de opgeloste stof. Als we een stof willen oplossen gebruiken we vrijwel altijd water als oplosmiddel. Dat is een goedkope en ongevaarlijke vloeistof. Stoffen die niet of nauwelijks in water oplossen, zijn soms wel oplosbaar in andere oplosmiddelen zoals bijvoorbeeld aceton, alcohol, wasbenzine en ether. Op moleculair niveau houdt het oplossen van suiker in, dat de sacharosemoleculen het kristalrooster verlaten en de losse suikermoleculen zich gelijkmatig verdelen tussen de watermoleculen. Een sacharosemolecuul wordt dan omringd door een vast aantal watermoleculen. Laten we het oplossen over aan het trillen en bewegen van de moleculen dan kan dat proces lang duren. Door roeren of verwarmen (of een combinatie van beide handelingen) kunnen we het oplossen versnellen. De oplosbaarheid van vaste stoffen in een bepaald oplosmiddel neemt meestal toe bij stijgende temperatuur. In onderstaande tabel is de oplosbaarheid van een aantal stoffen uitgedrukt in g stof per 100 g water. Pagina oc 100 C o

13 Keukenzout Kristalsoda Suiker Mengen van vloeistoffen In plaats van oplossen van de ene vloeistof in de andere, spreken we meestal van het mengen van twee vloeistoffen. Twee vloeistoffen kunnen wel of niet goed mengbaar zijn. Hiermee bedoelen we dat er bij 'goed mengen' een oplossing ontstaat en bij 'niet goed mengen' geen oplossing, maar een tweelagensysteem (of druppeltjes van de één in de ander). Het al dan niet onstaan van een oplossing hangt af van de aard van de vloeistoffen, maar ook van de hoeveelheden van ieder. In BINAS-tabel 45C vind je enkele voorbeelden van oplosbaarheden van de ene vloeistof in de andere. Zo is propanon (aceton) oneindig goed oplosbaar in water. Dat wil zeggen dat water en propanon altijd een oplossing zullen vormen, onafhankelijk van de gebruikte hoeveelheden van ieder. Ethoxyethaan (ether) is een ander voorbeeld uit de tabel. Deze vloeistof is matig oplosbaar in water, maar is in alle verhoudingen mengbaar met propanon, ehanol en koolstofdisulfide. In het geval van een oneindig grote oplosbaarheid (vloeistoffen in alle verhoudingen mengbaar) is het soms niet duidelijk wat je oplosmiddel en wat je opgeloste stof noemt. Meestal is er echter een duidelijke overmaat van een van de twee vloeistoffen: die noem je dan het oplosmiddel. Bij een echte oplossing van de ene vloeistof in de andere is er evenals bij oplossingen van vaste stoffen en gassen, een moleculaire verdeling van de ene molecuulsoort tussen de andere molecuulsoort. De moleculen van het oplosmiddel omringen de moleculen van de opgeloste stof: de opgeloste stof is gesolvateerd aanwezig. Dat zie je ook aan de notatie. Een oplossing van ethanol in water geven we aan met: C2H5OH(aq). Oplossen van gassen BINAS tabel 44 laat zien dat de oplosbaarheid van gassen in water zeer sterk uiteenloopt. Per liter water lost er bij kamertemperatuur slechts enkele milligram waterstof (H 2) op, maar wel ongeveer 500 g ammoniak (NH 3)! Lucht, met name het bestanddeel zuurstof (O 2), is essentieel voor de meeste organismen die op het land leven, maar ook voor het leven in water. In oppervlaktewater zijn alle bestanddelen van lucht opgelost. De losse moleculen van deze bestanddelen zijn omringd door watermoleculen. Een O2 -molecuul omringd door watermoleculen schrijven we als O 2(aq). Op macroscopisch niveau betekent O 2(aq): in water opgeloste zuurstof. De oplosbaarheid van gassen neemt altijd af bij stijgende temperatuur (zie BINAS tabel 44). Bijvoorbeeld: bij 273 K lost er maximaal 0,70 g zuurstof in een liter water op, bij 298 K maar 0,40 g en bij 373 K nog maar 0,24 g. Pagina 12

14 Oplosbaarheid van enkele gassen als functie van de temperatuur Bron: McMurry & Fay, Chemistry Emulsies Een emulsie is een mengsel van twee vloeistoffen die niet in elkaar oplossen, waarbij van de ene vloeistof zeer kleine druppeltjes in de andere vloeistof zweven. In een emulsie is de geëmulgeerde stof niet moleculair verdeeld. De druppeltjes bestaan uit zeer grote aantallen moleculen, die geen neiging vertonen elkaar los te laten. Stabiel is dit ondoorzichtige mengsel niet. Emulsies ontmengen (schiften) na enige tijd. Er ontstaan dan twee vloeistoflagen, waarin de vloeistof met de kleinste dichtheid drijft op de andere. Er ontstaat wél een stabiele ondoorzichtige emulsie indien we het mengsel kloppen met een 'hulpstof', een stabilisator. Voor een emulsie heet de stabilisator een emulgator: een stof die in beide vloeistoffen oplost en die er voor zorgt dat de rondzwevende vloeistofdruppeltjes niet de kans krijgen samen te vloeien tot een complete vloeistoflaag. Mayonaise Mayonaise is een voorbeeld van een emulsie: slaolie in azijn. Slaolie is niet mengbaar met water: de olie blijft op het water drijven. Door hard te kloppen met een garde of mixer lukt het om de olie in heel kleine druppeltjes te verspreiden in het water. De geëmulgeerde stof niet moleculair verdeeld (de oliedruppeltjes bestaan uit zeer grote aantallen moleculen, die geen neiging vertonen elkaar los te laten). Stabiel is dit ondoorzichtige mengsel niet: na korte tijd zakt het water uit de emulsie. Er ontstaat een zogenaamd tweelagensysteem, waarin de vloeistof met de kleinste dichtheid drijft op de andere. Er ontstaat wél een stabiele ondoorzichtige emulsie indien we het mengsel kloppen met een 'hulpstof', een stabilisator. In de keuken kun je zo mayonaise maken; slaolie en azijn (water waarin iets azijnzuur is opgelost) worden met eidooier als hulpstof goed geklopt. Het eigeel is hier de emulgator. Melk Melk is deels een echte oplossing, deels een emulsie, en deels een suspensie (de termen emulsie Pagina 13

15 en suspensie worden overigens vaak door elkaar gebruikt). De mededeling dat melk deels een echte oplossing is (van suikers en zouten), en deels een emulsie/suspensie (van vetten en eiwitten), vereist enige toelichting: Zo zijn bij een oplossing van een zout niet moleculen maar ionen opgelost, maar het is wel een echte oplossing. Melk van de koe bestaat voor ca. 87,5% uit water. De 'droge stof' van melk bestaat uit: melksuiker (4,5%), die echt (moleculair) is opgelost; melkvet (4%), dat in het water is geëmulgeerd; melkeiwit (3%), eveneens als emulsie/suspensie aanwezig; zouten of mineralen (1%), die 'echt' zijn opgelost. Melk kan 'zuur' worden en dat is dan niet alleen te ruiken en te proeven, maar ook te zien: de melk gaat schiften. Schiften is het gevolg van de activiteit van micro-organismen in de melk. Schiften komt neer op het uiteenvallen (ontmengen) van de emulsie. (Thuis in de keuken is dit proces te bestuderen door aan een glas melk een scheutje azijn toe te voegen.) Mosterd Mosterd is een combinatie van (vooral) een suspensie, een emulsie en een echte oplossing. Suspensies Een suspensie is een vloeistof waarin zeer kleine vaste korrels zweven (vaste stof deeltjes, bestaande uit zeer grote aantallen moleculen die geen neiging vertonen elkaar los te laten). In een suspensie is de gesuspendeerde stof niet moleculair verdeeld. Het ondoorzichtige (troebele) mengsel is echter niet stabiel. Een suspensie zal uiteindelijk uitzakken (bezinken). De deeltjes van de vaste stof zakken langzaam naar de bodem en vormen daar een laag vaste stof. Door een hulpstof (stabilisator) toe te voegen wordt het uitzakken voorkomen. Verf Verf is een voorbeeld van een suspensie: heel fijn gemalen korreltjes pigment in een oplosmiddel. Wat zijn de bestanddelen van verf? kn.nu/ww454da0a (schooltv.nl) Ipadgebruikers kunen hier klikken om de video te starten. Meer over verf als voorbeeld van een suspensie Verf wordt in methoden veel genoemd als een voorbeeld van een suspensie. Bij deze informatie blijft Pagina 14

16 het vaak. Hier meer achtergrond over de samenstelling van verf. Verf bestaat uit minstens drie bestanddelen: een hardingsmiddel (basis, hars) dat een filmlaagje vormt; een kleurstof (pigment) die vaak niet oplosbaar is in water (bijvoorbeeld titaandioxide, TiO2(s), een witte vaste stof die dé kleurstof is voor witte verf); een 'oplosmiddel' (verdunner), zodat je de verf op een oppervlak kunt uitstrijken. Door fijn gepoederd TiO 2 stevig te kloppen/roeren met water ontstaat een melkachtige suspensie. Door andere stoffen toe te voegen wordt de suspensie gestabiliseerd. Zo is in een bus verf het pigment in heel fijn gemalen korreltjes aanwezig tussen de moleculen van de andere bestanddelen. Een suspensie wordt gestabiliseerd door een stabilisator. De stabilisator zorgt ervoor dat er geen samenklontering plaatsvindt: de stabilisatordeeltjes houden gedispergeerde deeltjes bij elkaar uit de buurt. Nadat je iets hebt geverfd, gebeurt het volgende: het oplosmiddel verdampt (wat je vaak kunt ruiken) en het hardingsmiddel met het daarin gesuspendeerde pigment wordt hard. We zeggen: de verf 'droogt'. Zo ontstaat een fraai gekleurde, beschermende laag. Aan de genoemde basiscomponenten worden nog andere stoffen toegevoegd om de verf een speciaal effect te geven (mat of glanzend), om het droogproces te versnellen, om schimmel tegen te gaan etc. Er bestaan verschillende soorten verf naargelang het soort hardingsmiddel, oplosmiddel en pigment dat wordt gebruikt. In onderstaande tabel vind je een overzicht. Synthetische Verf Natuurlijke Verf Hardingsmiddel De meeste bestanddelen komen uit de petrochemische industrie (niet-hernieuwbare bronnen). Kunsthars (gechloreerde rubber, polyether, alkydhars,...). Deze kunnen de huid en luchtwegen irriteren. De grondstoffen zijn van natuurlijke oorsprong (meestal hernieuwbaar). Hars op basis van plantaardige olie (lijnzaad ricinus, rozemarijn, lavendel,...), bijenwas, natuurhars (den), caseïne (melkeiwit), krijt,... Pagina 15

17 Oplosmiddel Op basis van olie: koolwaterstof (white spirit, methylbenzeen, xyleen,...). Zijn erg giftig bij verdamping (nog verschillende weken na het aanbrengen van de verf). Kunnen neurologische, spijsverteringsen ademhalingsproblemen en allergieën veroorzaken. Op basis van olie: natuurlijke extracten (terpentijnolie), citrusverdunners (gedistilleerd uit de schillen van citrusvruchten). Zijn niet helemaal onschadelijk Pigment Op basis van water (acryl of latex): minder giftig want het oplosmiddel is water, maar kunnen nog tot 10 procent giftige oplosmiddelen bevatten. De giftigste zijn die op basis van zware metalen als lood, zink, chroom, cadmium,.. Op basis van water. Plantaardige (valeriaan, thee, ui,...) of minerale kleurstoffen (terrasienna, ijzeroxide,...). Toegevoegde componenten Stabilisatoren, verdikkings- en schimmelwerende middelen, die ook weer hun aandeel aan giftigheid meebrengen en trouwens niet altijd onmisbaar zijn. Geen chemische toevoegingen of anders beperkt tot een strikt minimum (niet of weinig giftig) waardoor de verf blijkbaar langer meegaat Video over verschillende soorten mengsels Aan de orde komen de volgende begrippen: Oplossing, verzadigd, onverzadigd, oplosbaarheid, suspensie, schuim, nevel en rook. kn.nu/ww (youtu.be) Pagina 16

18 Scheiden van mengsels Het zuiver in handen krijgen van stoffen houdt scheikundigen al eeuwen bezig en 'scheikunde', dat letterlijk 'de kunst van het scheiden' betekent, ontleent hieraan zijn naam. Wij behandelen enkele veel gebruikte technieken om mengsels in hun componenten te scheiden. Voorbeeld van een scheidingsmethode, in dit geval kolomchromatografie, waarmee we bijvoorbeeld een mengsel van twee componenten kunnen scheiden. Scheiden; waarom en hoe? Voorbeeld van scheiding in het laboratorium Waarom? De reden voor het scheiden van mengsels, en daarmee de keuze van de techniek, hangt vaak samen met de waarde van de componenten. Je kunt wat dat betreft drie soorten mengsels onderscheiden: Pagina 17

19 Een mengsel kan bestaan uit verschillende componenten, die allemaal waardevol zijn. Aardolie is een goed voorbeeld. In een aardolieraffinaderij wordt de ruwe olie allereerst gedestilleerd (zie 'Aardolieraffinage' in het thema 'Koolwaterstoffen'). We spreken van het scheiden in componenten. Een mengsel kan ook bestaan uit maar weinig waardevol materiaal en verder grotendeels uit voor ons waardeloze stoffen. Urine van aanstaande moeders is een goed voorbeeld; de geneesmiddelenfabriek Organon in Oss haalt uit deze urine een bepaalde stof, een hormoon. We spreken van het isoleren van het hormoon. Het omgekeerde komt ook veel voor: mengsels die voor het overgrote deel bestaan uit een waardevolle stof en voor slechts een gering deel uit andere stoffen. Meestal noemen we die dan verontreinigingen. Rioolwater is een goed voorbeeld. Bij het scheiden van dergelijke mengsels gaat het om het verwijderen van die verontreinigingen. We spreken dan van zuiveren. In het chemisch onderzoek moeten reactiemengsels meestal worden gescheiden om de reactieproducten daarna beter te kunnen identificeren. Identificatie van een component als zuivere stof is gemakkelijker dan identificatie van componenten in een mengsel. Hoe? De scheidingsmethoden die we hier behandelen noemen we ook wel 'fysische' scheidingsmethoden, omdat ze gebaseerd zijn op de verschillen in fysische stofeigenschappen van de samenstellende componenten. We onderscheiden de volgende scheidingsmethoden, met het verschil in stofeigenschappen, waarop ze berusten: Bezinken en centrifugeren: dichtheid. Zeven en filtreren: deeltjesgrootte (korrelgrootte). Extraheren: oplosbaarheid. Adsorberen: aanhechtingsvermogen. Chromatograferen: oplosbaarheid en aanhechtingsvermogen. Destilleren: kookpunt. Indampen, omkristalliseren, sublimeren en uitsmelten: respectievelijk vluchtigheid, oplosbaarheid, dampdruk en smeltpunt. We laten zien hoe de scheidingen, gebaseerd op deze fysische eigenschappen, plaatsvinden in hun eenvoudigste vorm. Bezinken en centrifugeren Pagina 18

20 Beide methoden berusten op het verschil in dichtheid van de componenten van het mengsel. Bezinken Suspensies kunnen we laten uitzakken (bezinken). De korreltjes vaste stof zakken naar de bodem; hun dichtheid is groter dan die van de vloeistof. Het bezinksel noemen we een neerslag. Het afschenken van de heldere vloeistof boven dit neerslag heet decanteren. Wanneer de korreltjes vaste stof heel erg klein zijn kan bezinken lang duren; vaak voegen we dan een 'vlokmiddel' toe, een stof die de fijne korreltjes samen doet klonteren. Net als een suspensie vertoont ook een emulsie de neiging om spontaan te ontmengen (uitzakken) door dichtheidsverschillen. Er ontstaat een tweelagensysteem. Ook dat kunnen we bevorderen door een speciaal middel toe te voegen, een 'demulgator'. Toepassing: Als modderwater stil blijft staan, zakken uiteindelijk de klei- en zanddeeltjes naar de bodem. Centrifugeren Centrifugeren is eigenlijk niets anders dan versneld bezinken. Wanneer bezinken of uitzakken te lang duurt, kan het bezink- of uitzakproces worden versneld door opwekking van een centrifugale kracht. Voor het opwekken van een dergelijke kracht gebruiken we een centrifuge. Toepassing: In laboratoria is de centrifuge een veel gebruikt apparaat, bijvoorbeeld bij bloedonderzoek, zodat je de bestanddelen van bloed afzonderlijk kunt onderzoeken. Centrifugeren is ook toepasbaar op emulsies, als het dichtheidsverschil groot genoeg is. Een voorbeeld is het ontromen van melk. Indampen Indampen berust op een verschil in vluchtigheid. Indampen passen we toe als we opgeloste vaste stof willen scheiden van het oplosmiddel. Dat kan in een destillatie-opstelling, maar nodig is het niet. Dat hangt af van het oplosmiddel: is het duur, gevaarlijk of schadelijk, dan wel destillatie. Indampen passen we bijvoorbeeld toe om opgeloste zouten uit een oplossing te isoleren. Als het oplosmiddel water is, heeft het echter weinig zin om de waterdamp op te vangen en te condenseren. Je hebt dan ook geen destillatiekolom en koeler nodig, maar je kunt de waterdamp in de lucht laten ontsnappen. Als bijna al het water uit de oplossing is gekookt, kristalliseert de vaste stof uit. In feite past men dit principe ook toe bij de winning van zeezout in warme landen. Condenseren Het is ook mogelijk dat je juist het oplosmiddel in zuivere vorm wilt verkrijgen. Dan moet je de damp natuurlijk wel condenseren. Bijvoorbeeld bij drinkwaterbereiding uit zeewater. Video over indampen, bezinken en centrifugeren Pagina 19

21 Je leert wat indampen, bezinken en centrifugeren is. kn.nu/ww5e87cd0 (youtu.be) Filtreren en zeven Beide technieken berusten op het verschil in deeltjesgrootte van de componenten van het mengsel. Filtreren Een mengsel van een vaste stof en een vloeistof kunnen we scheiden door het te laten bezinken of door te centrifugeren. Maar veel meer wordt filtratie gebruikt. De poriën van een papierfilter of fijn metalen rooster laten de vloeistof en de daarin 'waar' opgeloste stoffen door. We noemen dat het filtraat. De vaste stof bestaat uit korreltjes, die niet door de poriën van het filter heen kunnen en daarom op het filter achterblijven; de achterblijvende vaste stof heet het residu. In het laboratorium worden filtreerpapier of speciale membraanfilters met uiteenlopende poriëngroottes gebruikt. Wanneer er in het groot gefiltreerd moet worden, gebruiken we textiel (filterdoek). Soms kan ook een dikke laag fijn zand een goed filterbed zijn. Membraanfiltratie Membraanfiltratie is een modernere vorm van filtreren. Het scheidingsmateriaal is een membraan, een uiterst dunne laag van een kunststof met poriën, die bepaalde moleculen wel doorlaat en andere niet. Om de stroming door membranen met kleine openingen te versnellen gebruikt men druk of zuigt men vacuüm. Hoe kleiner de poriën, hoe groter de benodigde druk. Indeling membraanfiltratieprocessen We kunnen meerdere verschillende membraanfiltratieprocessen onderscheiden: Microfiltratie Dit is een drukgedreven proces dat - op basis van zeefwerking - contaminerende deeltjes van 0.01 tot een paar µm (micron) uit een oplossing of gas verwijderd middels passage door een microporeus membraan met porieafmetingen van 0.1 to 10 µm. Zo worden bijvoorbeeld bacterien tegengehouden. Membraanfilters worden veel gebruikt in de biotechnologie en toegepast bij de bereiding van steriele producten. Ze worden ook in toenemende mate gebruikt voor de behandeling van drinkwater om belangrijke pathogenen en grote bacterien te verwijderen. Voor deze toepassing moeten de porieafmetingen minimaal 0.2 µm zijn. Ultrafiltratie Deze methode werkt volgens hetzelfde principe als microfiltratie. De poriën van een ultrafiltratiemembraan zijn kleiner dan van een microfiltratie membraan en de afmeting van onzuiverheden groter dan een molgewicht van een paar honderd tot een miljoen g/mol worden tegengehouden. Nanofiltratie Nanofiltratie is een drukgedreven membraanproces dat vooral gebruikt wordt om organische stoffen zoals microverontreinigingen (vanaf 200g/mol à 1000g/mol, afhankelijk van het soort membraan) en Pagina 20

22 meerwaardige ionen te verwijderen. De membranen hebben een matige retentie voor éénwaardige zouten. Wanneer zouten uit water verwijderd moeten worden, maakt men gebruik van nanofiltratie en omgekeerde osmose. Bij deze membranen vindt de scheiding plaats door diffusie door het membraan. Omgekeerde osmose Omgekeerde osmose (RO) is een membraanproces waarbij zowel ionen als kleine organische moleculen uit de oplossing verwijderd kunnen worden. Het RO-systeem is verdeeld in een hoge druk compartiment, op de geconcentreerde oplossing, en een lage druk compartiment. Deze compartimenten zijn gescheiden door een permeabel membraan. De uitwendig aangelegde druk, die groter is dan de osmotische druk, zorgt ervoor dat het oplosmiddel zich verplaatst van de meest geconcentreerde naar de minst geconcentreerde oplossing. De drijvende krachten van deze scheiding zijn dus de druk over het membraan en het concentratiegradiënt. De osmotische stroming is bijgevolg omgekeerd t.o.v. osmose. Deze scheiding resulteert in een geconcentreerde oplossing ( concentraat) en een zuivere oplossing (permeaat). (bron: Meer vakinhoudelijke informatie over membraantechnologie Zeven Zeven zijn in principe ook filters; vaste deeltjes met verschillende grootte worden gescheiden doordat kleine deeltjes wel door de gaatjes passen maar de grotere niet. Extraheren Deze scheidingsmethode berust op een verschil in oplosbaarheidvan de componenten van een mengsel. Een goed voorbeeld is koffiezetten. Gemalen koffie is een mengsel van vele verschillende stoffen. In heet water lost een gedeelte van deze stoffen op en deze drank is, zoals bekend, een veel gebruikt opwekkend genotmiddel. De gebruikte scheidingsmethode heet extraheren ('uittrekken'). De gewenste stoffen lossen wél op in heet water, de ongewenste niet (koffiedik). Het oplosmiddel dat je gebruikt bij extractie, heet het extractiemiddel. Extraheren is een geschikte methode voor onder andere het scheiden van mengsels van vaste stoffen: je zoekt een oplosmiddel waarin de ene component van het mengsel oplost en de andere niet. Daarna kun je door filtreren en indampen de componenten ieder in zuivere vorm verkrijgen. Extractie kan ook worden toegepast bij suspensies en emulsies, soms ook bij oplossingen. Men kiest dan een extractiemiddel dat niet mengt met de vloeistof van het te extraheren mengsel. De zwevende deeltjes, druppeltjes of opgeloste stof lossen wel op in dat extractiemiddel. Er ontstaan dan twee vloeistoflagen die men kan scheiden met een scheitrechter. Zie hier een video van de extractie van vet uit pinda's.. Pagina 21

23 Video over filtreren en extraheren Behandeld worden de scheidingsmethoden: filtreren en extraheren. kn.nu/wwca87335 (youtu.be) Adsorberen Adsorptie is een scheidingsmethode die gebruik maakt van het verschil in aanhechtingsvermogen. Een bekend adsorptiemiddel is 'actieve kool', beter bekend onder de handelsnaam Norit. Actieve kool is zuivere koolstof die een speciale behandeling heeft ondergaan, waardoor het inwendig oppervlak van dit poreus materiaal zeer groot is. Hierdoor heeft het een enorm adsorberend vermogen. Diverse stoffen adsorberen (hechten zich) goed aan deze actieve kool, andere niet. Daarop berust ook het gebruik van Norit als huismiddel tegen diarree: de ingenomen Norit adsorbeert gassen en andere storende stoffen in de darmen. Een adsorbens bestaat dus meestal uit zeer fijne korreltjes, die sterk poreus zijn. Chromatograferen Chromatografie is een scheidingsmethode die berust op een combinatie van verschillen in oplosbaarheid en aanhechtingsvermogen. Er bestaan verschillende soorten chromatografie. We bespreken papierchromatografie (de eenvoudigste soort) en gaschromatografie. Dunnelaagchromatografie lijkt veel op papierchromatografie: in plaats van papier gebruiken we een vaste drager (glas of metaal) met daarop een vaste stationaire fase (meestal een laagje aluminiumoxide of silicagel). Een eenvoudige animatie van gaschromatografie (GC). Papierchromatografie Hoe chromatografie in beginsel werkt, kunnen we uitgeleggen aan de hand van een proef (zie ook 'Chromatograferen' van de Didactiek van deze paragraaf). Op een strook filtreerpapier brengen we een stip met een zwarte viltstift aan. Zwarte viltstiftinkt bevat verschillende kleurstoffen; gemengd is de kleur zwart. De strook zetten we rechtop in een bekerglas met op de bodem een laagje Pagina 22

24 loopvloeistof. De keuze van de soort vloeistof hangt af van de soort kleurstoffen die we willen scheiden; vaak gebruiken we een mengsel van verschillende oplosmiddelen (het bekerglas sluiten we af met een horlogeglas om te veel verdamping te voorkomen). De loopvloeistof (mobiele fase) wordt door het papier (stationaire fase) opgezogen en kruipt langzaam omhoog. De kleurstoffen lossen op in de loopvloeistof als deze het opbrengpunt passeert. De kleurstof met de grootste oplosbaarheid in de gekozen loopvloeistof en het kleinste aanhechtingsvermogen aan het papier, wordt het snelst door de loopvloeistof mee naar boven getransporteerd. Hoe slechter de oplosbaarheid of hoe sterker het aanhechtingsvermogen, hoe meer een kleurstof achterblijft bij het omhoog kruipende vloeistoffront. Op deze manier kunnen we vaststellen uit hoeveel bestanddelen en uit welke bestanddelen een kleurstofmengsel bestaat. Het papier met de verschillende kleurvlekken noemen we het chromatogram. Animatie papierchromatografie Chromatografie is ook toepasbaar bij kleurloze stoffen. De aanwezigheid van deze stoffen stellen we dan met fysische of chemische methodes vast. Dat kan bijvoorbeeld door een typische kleurreactie uit te voeren. We brengen dan een nevel van het kleurreagens op het kleurloze chromatogram, waarna de gekleurde stippen van de verschillende componenten zichtbaar worden. Papierchromatografie (de stationaire fase is papier) is een eenvoudige vorm van chromatografie. Aangezien de mobiele fase een vloeistof is, spreken we ook wel van vloeistofchromatografie. Gaschromatografie Gaschromatografie is een vorm van chromatografie, waarbij we stromend gas gebruiken als mobiele fase. Dit gas noemen we het draaggas. Het heeft dezelfde functie als de loopvloeistof bij papierchromatografie. De stationaire fase kan ook hier een vaste stof zijn, maar meestal is het een vloeistof die als een coating op korreltjes vaste stof zit of als een film op de wand van een capillair. In het geval van een vaste stof als stationaire fase treedt er adsorptie van het gas op, in het geval van een vloeistof als stationaire fase treedt er absorptie van het gas op. Gaschromatografie met een vloeistof als stationaire fase Het gas leiden we door een lange dunne buis, gevuld met een stationaire fase bestaande uit kleine korrels waaromheen een dunne vloeistoffilm is gehecht (het absorbens). Het te analyseren monster injecteren we aan het begin van de buis. Rond het injectiepunt is de temperatuur zo hoog dat het monster direct verdampt. De mate van oplossen van de stof in de vloeistofilm bepaalt in dit geval de loopsnelheid van de te scheiden componenten. Als het draaggas stil zou staan, zou er zich voor iedere component een verdelingsevenwicht instellen: er ontstaat een typische verhouding tussen de hoeveelheid van een component in de vloeistoffase en de hoeveelheid van die component in de gasfase. Doordat het gas beweegt, wordt dit evenwicht echter voortdurend verstoord, maar het probeert zich overal in de kolom wel weer voortdurend in te stellen. Op die manier beweegt een component meer of minder snel door de kolom. Pagina 23

25 Een component die bij voorkeur in de vloeistoffase zit, zal er relatief lang over doen om de hele kolom te passeren. Video gaschromatogafie Gaschromatografie in de praktijk: Destilleren Destilleren is het scheiden van vloeistoffen op basis van verschil in kookpunt. Als we een mengsel van vloeistoffen verwarmen in een kolf, zal de vluchtigste component (dat wil zeggen de component met het laagste kookpunt) het eerst gaan koken, maar de damp bevat ook al iets van de hoogstkokende component. Door de gevormde damp te leiden naar een koeler ontstaat weer een vloeistof, die we apart op kunnen vangen. Dit noemen we het destillaat. Hetgeen achterblijft in de kolf noemen we het residu. Het destillaat is nog steeds een mengsel, maar met een hoger gehalte van de vloeistof met het laagste kookpunt. Het residu is evenzeer een mengsel, maar met een hoger gehalte van de vloeistof met het hoogste kookpunt (met eventueel daarin opgeloste stoffen). Destillatieopstelling Bron: Particles in Motion Destillatiekolommen De scheiding van twee vloeistoffen kan worden verbeterd door een destillatiekolom te gebruiken. Op de destilleerkolf plaatsen we dan een verticale buis, gevuld met glazen knikkers of ringen of andere obstakels. De damp met het hogere kookpunt (water in het mengsel alcohol/water) heeft alle Pagina 24

26 gelegenheid te condenseren en weer terug te stromen in de destilleerkolf. Alleen de alcoholdamp bereikt de opening van de koeler, zodat het destillaat dan zuivere alcohol is. Video destillatie van wijn Eenvoudige destillatie-opstelling Kooktraject Gedurende zo n destillatie behoudt het mengsel niet hetzelfde kookpunt, maar zal een zogenaamd kooktraject vertonen: de temperatuur loopt op naarmate meer van de laagkokende component wordt afgedestilleerd. Door de oplopende temperatuur zal de zuiverheid van de damp steeds lager worden. Het is dus verstandig om vroeg met de destillatie te stoppen, wanneer het doel van de destillatie is om de laagkokende component zo zuiver mogelijk in handen te krijgen. Echter, wanneer het doel is om de hoogkokende component zuiver over te houden, moet men langer met de destillatie doorgaan. Men kan eventueel meerdere destillatiefracties maken door het condensaat, dat in verschillende fasen wordt gevormd, gescheiden op te vangen; elke fractie heeft dan haar eigen zuiverheid. Azeotropisch mengsel Sommige mengsels vertonen geen kooktraject. Wanneer ze worden gekookt, heeft de dampfase precies dezelfde verhouding als de vloeistoffase. Deze mengsels, die we azeotroop noemen, kunnen we niet door destillatie scheiden. Een bekende azeotroop is een mengsel van 96% alcohol en 4% water. Bij de kolomdestillatie van alcohol uit een waterige oplossing gaat dus geen zuivere alcohol over, maar een mengsel van 96% alcohol en 4% water, hoe lang de kolom ook is. Daarom is 'zuivere alcohol' meestal 96%. Pagina 25

27 Toepassing in de aardolieindustrie In het groot, in fabrieken, worden destillatiekolommen veel gebruikt. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij de olieraffinage: door ruwe aardolie (een mengsel van veel verschillende koolwaterstoffen) te destilleren bij verschillende temperaturen kan men meerdere destillatiefracties opvangen. Deze fracties worden voor verschillende doeleinden gebruikt en onder verschillende namen verkocht: zo is er bijvoorbeeld petroleum, kerosine, en stookolie. Zie ook 'Aardolieraffinage' in het thema 'Koolwaterstoffen'. NB: raffineren betekent eigenlijk zuiveren. Voorbeeld van een aardolieraffinaderij met meerdere destillatiekolommen voor zuivering van verschillende aardolieproducten. Video over destilleren, chromatograferen en adsorberen Behandeld worden de scheidingsmethoden: destillatie, chromatografie en adsorptie. kn.nu/ww6737e39 (youtu.be) Omkristalliseren Omkristalliseren of herkristalliseren berust op een verschil in oplosbaarheid. Omkristalliseren kun je gebruiken om een vaste stof te zuiveren. Als de stof en de verontreiniging zoveel op elkaar lijken dat extractie met een selectief oplosmiddel niet mogelijk is, kun je gebruik maken van het verschil in verzadiging. Als je aan het mengsel van de vaste stoffen zoveel van een oplosmiddel toevoegt dat bij verwarmen het mengsel precies oplost, dan zal bij afkoelen direct verzadiging optreden van de te zuiveren stof. De verontreiniging blijft wegens de geringe hoeveelheid in oplossing, terwijl de te zuiveren stof uitkristalliseert. Meestal wordt ook actieve kool toegevoegd om eventuele andere verontreinigingen te adsorberen. Na filtratie hiervan, laat je het filtraat afkoelen, de stof uitkristalliseren en uiteindelijk moet je weer filtreren om de gezuiverde stof in handen te krijgen. Het filtraat van deze laatste filtratie bevat de opgeloste verontreiniging. Een nadeel van omkristallisatie is dat je altijd een deel van je stof kwijt raakt in het filtraat. Video herkristallisatie. Pagina 26

28 Herkristallisatie van kaliumnitraat (wit), verontreinigd met kopersulfaat (blauw in oplossing) Bron: Petrucci, General Chemistry Sublimeren Sublimeren is weinig toepasbaar. Het berust op een verschil in dampdruk tussen twee vaste stoffen. Het is alleen mogelijk als een vaste stof een hoge dampdruk heeft. Bij afkoeling van de damp krijg je dan niet de vloeistof, maar meteen de vaste stof terug. Een voorbeeld is het zuiveren van jood: verwarm het onzuivere jood voorzichtig in een erlenmeyer en laat de paarse damp sublimeren (neerslaan) op een 'koude vinger' (bijvoorbeeld de buitenkant van een reageerbuis, gevuld met koud water). Zie ook hoofdstuk 3. Zie hier een video over sublimatie en rijpen van jood. Uitsmelten Uitsmelten berust op een verschil in smeltpunt. Door een goede keuze van de temperatuur kunnen we bereiken dat in een mengsel de ene stof wel smelt en de andere niet. Door filtreren of te centifugeren en decanteren scheiden we vervolgens de vloeistof van de vaste stof. Voorwaarde is wel dat de vaste stof niet oplost in de gesmolten stof. Toepassingen: winning van dierlijk vet uit spek (uitbakken); winning van zwavel en van zware oliesoorten uit de bodem. Pagina 27

29 Overzicht scheidingsmethodes Hieronder in tabelvorm een weergave van scheidingsmethoden. A B C D Scheidingsmethode Berust op verschil in: Soort mengsel Voorbeeld/ Toepassing 1 Bezinken/ Centrifugeren dichtheid suspensie emulsie krijtpoeder in water 2 Filtreren deeltjesgrootte suspensie zand in water 3 Extraheren oplosbaarheid allerlei koffie zetten 4 Adsorptie aanhechtingsvermogen 5 Chromatografie 6 Destillatie kookpunt 7 Indampen kookpunt oplosbaarheid en aanhechtingsvermogen gasmengsel oplossing gasmengsel oplossing oplossing van vloeistoffen oplossing van vaste stof geurvreters norit kleurstoffen alcoholwinning zout in water Pagina 28

30 Toets Toets kn.nu/hdb5y Als je antwoorden moet invullen, zorg dan dat je je antwoorden controleert op spelfouten. Als je de toets hebt afgerond, kun je op de knop 'Bewijs van deelname/overzicht' drukken. Je krijgt eerst een overzicht van het aantal goede en foute vragen te zien. Als je verder scrolt, kom je bij een samenvatting. Hier staan de vragen, het antwoord dat jij hebt gegeven en het juiste antwoord op de vraag. Benodigde tijd voor de toets ca. 20 minuten. Veel succes! Havo-examen e tijdvak In Nederland wordt keukenzout (natriumchloride) uit steenlagen gehaald door daar heet water in te brengen en vervolgens de verkregen zoutoplossing omhoog te pompen (zie tekening hieronder). Hoe wordt deze methode genoemd? a. destilleren b. extraheren c. adsorberen d. filtreren Vul de juiste naam van het mengsel in. Mayonaise is een voorbeeld van een. Verf is een voorbeeld van een. Pagina 29

31 Een mengsel van een beetje keukenzout in water is een voorbeeld van een. Een mengsel van krijt en water is een voorbeeld van een. Vul de juiste scheidingsmethode in de onderstaande zinnen in. Als je twee vloeistoffen wilt scheiden, maak je gebruik van de scheidingsmethde: Als je koffie zet, maak je gebruik van twee scheidingsmethode, te weten eerst en dan Als je een vaste stof wilt scheiden van een vloeistof maak je gebruik van de scheidingsmethode: Als je wilt onderzoeken uit welke kleuren een viltstiftkleur is samengesteld, gebruik je de scheidingsmethode: Als je een suspensie wilt scheiden, maak je gebruik van de scheidingsmethode: Als je een mengsel van twee vaste stoffen op grond van hun korrelgrootte wilt scheiden, maak je gebruik van de scheidingsmethode: Norit is een hulpmiddel tegen. Als je Norit inneemt om de diarree te laten stoppen, maak je gebruik van de scheingsmethode. Beschikbare keuzes: filtratie, chromatografie, filtratie, extractie, diarree, adsorptie, centrifugeren, zeven, destillatie Sleep het juiste woord behorend bij een scheidingsmethode: Bezinken berust op een verschil in Centrifuren berust op een verschil in Extraheren berust op een verschil in Adsorberen berust op een verschil in Zeven berust op een verschil in Chromatograferen berust op een verschil in en Destilleren berust op een verschil in Indampen berust op een verschil in Filtreren berust op een verschil in Beschikbare keuzes: oplosbaarheid, kookpunt, dichtheid, aanhechtingsvermogen, vluchtigheid, oplosbaarheid, deeltjesgrootte, dichtheid, deeltjesgrootte, aanhechtingsvermogen Pagina 30