3 VMBO-GT HANDBOEK nask 2
H8 Stoffen en hun eigenschappen Inhoudsopgave Voorwoord 3 1 Scheikunde, een wetenschap 6 1 Scheikunde 8 2 Fasen en faseveranderingen 12 3 Zuivere stoffen en mengsels 16 4 Mengsels 19 5 Chemische reacties 22 2 Water 26 1 Water is overal 28 2 Schoonmaken met water en zeep 31 3 Verzorging van huid, haar en gebit 34 4 Zure en basische schoonmaakmiddelen 36 5 Zure stoffen en basische stoffen bij elkaar 40 6 Van azijn tot zeep 43 3 Mengsels scheiden 50 1 Bezinken en filtreren 52 2 Indampen en destilleren 55 3 Extraheren 59 4 Adsorberen 62 5 Concentratie 65 6 Rioolwaterzuivering 70 4 Nieuwe stoffen maken 74 1 Stoffen veranderen 76 2 Stoffen veranderen door ontleden 81 3 Atomen als bouwstenen 83 4 Scheiden en ontleden 87 5 Atomen tellen 90 6 Toepassingen van ontledingsreacties 95 5 In vuur en vlam! 98 1 Brand! 100 2 Een brand blussen 104 3 Volledige en onvolledige verbranding 108 4 Versterkt broeikaseffect 112 5 Luchtvervuiling 116 6 Grondstoffen uit de aarde 120 1 Metalen 122 2 Legeringen 127 3 Metaalafval als grondstof 130 4 Olie, gas en steenkool 133 5 Aardolie als grondstof 137 6 Kunststoffen 140 Vaardigheden 144 Trefwoordenregister 162 5
3 Mengsels scheiden De kunst van het scheiden De meeste stoffen om ons heen bestaan uit mengsels. Doordat deze weer vermengd zijn met andere stoffen, zijn veel mengsels die je in de natuur aantreft niet direct bruikbaar. Denk maar aan suikerbieten, koffiebonen, zeewater en theebladeren. Wat heb je aan dergelijke mengsels? Zonder verdere bewerking toch niets? Door mengsels te scheiden krijg je pas suiker en dranken zoals koffie en thee. Zo komt de scheikunde, wat letterlijk de kunst van het scheiden betekent, aan haar naam. 1 Bezinken en filtreren 52 2 Indampen en destilleren 55 3 Extraheren 59 4 Adsorberen 62 5 Concentratie 65 6 Rioolwaterzuivering 70 51
1 Bezinken en filtreren In het huishouden worden veel filters gebruikt, zoals een vergiet, stofzuigerzakken en koffiefilters. Je gebruikt al deze filters om de stoffen in mengsels te scheiden. Scheiden van mengels Het scheiden van mengsels is mogelijk doordat de verschillende stoffen in mengsels verschillende stofeigenschappen hebben. Deze stofeigenschappen ken je nog uit hoofdstuk 1. Scheiden is dus niets anders dan het sorteren van de stoffen die zich in een mengsel bevinden (afbeelding 1). Dat sorteren gebeurt op grond van hun verschil in eigenschappen. Het hangt van de stofeigenschappen af welke scheidingsmethode je het best kunt toepassen. mengsel bestanddeel (A) + bestanddeel (B) + bestanddeel (C) afbeelding 1 Een mengsel bestaat altijd uit twee of meer zuivere stoffen. + + Zo worden tegenwoordig metalen verpakkingen met behulp van magneten uit het huishoudelijk afval gehaald. De metalen verpakkingen worden namelijk aangetrokken door een magneet en het overige afval niet (afbeelding 2). Omdat er tijdens het scheiden niet één stof blijvend verandert, noem je scheiden een natuurkundig proces. Net als mengen. Je zou kunnen zeggen dat mengen en scheiden elkaars omgekeerde processen zijn. De manieren waarop je mengsels kunt scheiden, worden scheidingsmethoden genoemd. Enkele scheidingsmethoden zijn: bezinken, afschenken, filtreren, indampen, extraheren, destilleren en adsorberen. afbeelding 2 Blik wordt gescheiden van ander huishoudelijk afval. Dit gebeurt met magneten. Scheiden van een suspensie Bij een suspensie zijn een vaste stof en een vloeistof gemengd. De vaste stof is niet opgelost. Als het mengsel net geroerd is, zweven kleine korreltjes van de vaste stof door de vloeistof. Hierdoor kun je niet door het mengsel heen kijken. Je noemt de suspensie dan troebel. Als je de suspensie een tijdje laat staan, zal de vaste stof naar beneden zakken en zich verzamelen op de bodem. Voorbeelden van suspensies zijn: slootwater, jus d orange, verf en modder. Je kunt een suspensie op verschillende manieren scheiden. 52
1 Bezinken en filtreren Bezinken en afschenken Zand, steengruis, keitjes, goudstof en goudklompjes zinken in het water dat een goudzoeker uit de rivierbedding schept. Hij roert het water om het goudstof vrij te maken en het te zien blinken, giet het water af en verzamelt het goud (afbeelding 3). Het proces waarbij de vaste deeltjes naar de bodem zakken, noem je bezinken. Een vloeistof langzaam afgieten van het bezinksel heet afschenken. Goudstof en goudklompjes, metalen, stenen en zand bezinken, omdat ze niet oplossen in water en omdat hun dichtheid groter is dan die van water. Een ander woord voor de bezonken vaste deeltjes is neerslag. Door het water af te schenken of af te gieten, heb je de vaste stof en de vloeistof van elkaar gescheiden. Als je dit proces in een reageerbuis zou uitvoeren, kun je vervolgens door afschenken de deeltjes vaste stof van het water scheiden (afbeelding 4). Maar deze methode is niet erg nauwkeurig. Als je preciezer wilt werken, kun je beter overschakelen op filtreren. afbeelding 3 goud wassen bezinken helder afschenken afbeelding 4 Een suspensie kun je scheiden door middel van afschenken. suspensie (troebel) neerslag Filtreren Proef 1 Een snellere en betere methode om een suspensie te scheiden, is filtreren. Als je geen koffiedrab in je koffie wilt hebben, moet je de koffie filtreren. In een koffiefilter bevindt zich een groot aantal heel kleine kanaaltjes: de poriën. Als je de koffie filtreert, stroomt de koffie door de poriën van het filter. De korreltjes koffiedrab zijn te groot om de poriën te passeren. Ze blijven in het filter achter. Filtreren is in wezen hetzelfde als zeven. Een filter is een zeef met heel kleine openingen (mazen of poriën). Bij het filtreren van een suspensie blijven de deeltjes vaste stof op het filter liggen. De vloeistof loopt door het filter heen en wordt opgevangen. 53
1 Bezinken en filtreren Filtreren is een scheidingsmethode die berust op een verschil in deeltjesgrootte. De vaste stof bestaat uit korreltjes, die niet door de openingen van het filter heen kunnen. De vloeistofmoleculen zijn veel kleiner en gaan door de openingen van het filter heen. De vaste stof die op het filter achterblijft, heet het residu (afbeelding 5). De vloeistof die door het filter loopt, heet het filtraat. Een suspensie kun je scheiden door deze te laten bezinken of te filtreren. trechter met papierfilter residu afbeelding 5 Het filtraat gaat door het filter en het residu blijft erin achter. filtraat Opgeloste deeltjes kun je niet uit een oplossing verwijderen door middel van filtreren. Opgeloste deeltjes zijn blijkbaar zo klein, dat ze gewoon door de openingen in een filter heen kunnen gaan. WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. Plus Filters Het filter in de afzuigkap houdt vooral vetdeeltjes tegen. Het stoffilter in de kruimeldief houdt stof tegen (afbeelding 6). In ziekenhuizen voorkomen filters dat ziektekiemen in couveuses en in operatiekamers komen. In motoren van auto s en brommers mogen geen vaste deeltjes terechtkomen, want dan kunnen de motoren vastlopen. Daarom zitten er luchtfilters en brandstoffilters in. Fabrieken waar computerchips worden gemaakt, moeten helemaal stofvrij zijn. Daar worden heel fijne stoffilters gebruikt. afbeelding 6 Het filter in een kruimeldief is bedoeld om stof en haren uit de lucht op te vangen. 54
2 Indampen en destilleren Als je het zout uit zeewater wilt halen, kun je niet filtreren. Zeewater moet je indampen als je het zout eruit wilt halen. Om het water uit het zeewater te halen, pas je een scheidingsmethode toe die destillatie heet. Scheiden van een oplossing Bij een oplossing is een vaste stof, een vloeistof of een gas gemengd met een vloeistof. Je weet dat suiker in thee oplost. Het lijkt alsof de vaste stof verdwijnt. Natuurlijk weet je dat dit niet zo is. De thee smaakt namelijk zoet. De stofeigenschap is gewoon nog aanwezig. Toch kun je de suiker niet zien. In de suikerkorrels zaten de suikermoleculen nog op elkaar gepakt. In het water vermengen ze zich als losse moleculen door het theewater. Bij oplossen vermengen de moleculen zich zo goed dat je geen onderscheid meer ziet tussen de twee verschillende stoffen. Je kunt daarom altijd door oplossingen heen kijken. Je noemt de oplossing dan helder. Voorbeelden van heldere oplossingen zijn: wijn, bier, limonade, thee en koffie. Scheiden van een oplossing van een vaste stof Als je vaste stoffen wilt scheiden van het oplosmiddel waarin die stoffen zijn opgelost, kun je de stoffen niet scheiden door te filtreren. Dit komt doordat de deeltjes van de opgeloste stof zich allemaal tussen de moleculen van het oplosmiddel bevinden. Je moet de oplossing dan indampen of destilleren. Indampen Proef 2 Als je uit een oplossing de opgeloste stof terug wilt winnen, kun je deze indampen. Bij indampen maak je gebruik van een verschil in stofeigenschap van de verschillende stoffen. Bij indampen laat je het oplosmiddel (meestal water) verdampen (afbeelding 7 op bladzijde 56). De opgeloste vaste stof zal niet verdampen, omdat het kookpunt van de vaste stof veel hoger is. Bij indampen maak je gebruik van het verschil in kookpunt van de stoffen in het mengsel. 55
2 Indampen en destilleren indampschaaltje gaasje driepoot brander door verwarming verdampt het oplosmiddel afbeelding 7 Zo kun je een keukenzoutoplossing indampen in een porseleinen indampschaaltje. in het indampschaaltje blijft de opgeloste stof achter Een toepassing van indampen is het winnen van zout uit zeewater. Hiervoor ga je naar zonnige stranden met een groot verschil tussen eb en vloed. Bij vloed laat je zeewater binnenlopen in grote, ondiepe uitgravingen langs de kust. Door de warmte van de zon verdampt het water (laagste kookpunt). Het zeezout (hoogste kookpunt) blijft hierbij als vaste stof achter en ligt voor het opscheppen (afbeelding 8). Een liter zeewater bevat ongeveer 35 gram zout. afbeelding 8 Zo wordt zeezout uit zeewater gewonnen. Door de warmte van de zon verdampt het water en blijft het zeezout achter. Destilleren Soms wil je niet alleen de opgeloste vaste stof, maar ook het oplosmiddel nog terugwinnen. Je kunt de oplossing dan destilleren. Je kunt zuiver water uit zeewater maken door te destilleren (afbeelding 9). Wanneer je het zeewater aan de kook brengt, verdampt er water. In deze waterdamp zitten geen stoffen meer opgelost. Als je waterdamp laat condenseren, krijg je zuiver water. Om deze damp te laten condenseren, leid je hem door een koeler. De gevormde waterdruppels worden opgevangen (rechts). Dit zuivere water is hier het destillaat. Je noemt het ook wel gedestilleerd water. In de destillatiekolf (links) blijft het zeezout achter als residu. 56
2 Indampen en destilleren Gedestilleerd water gebruik je onder andere bij scheikundige experimenten op school en in het laboratorium. Gedestilleerd water wordt ook toegepast in stoomstrijkijzers en in accu s. thermometer damp koeler destillatiekolf water uit koud water in brander afbeelding 9 Met deze opstelling kun je gedestilleerd water maken. erlenmeyer destillaat Scheiden van een oplossing van vloeistoffen Proef 3 Een mengsel van twee vloeistoffen (een oplossing) kun je niet door indampen in zijn bestanddelen scheiden. Bij indampen verdampen (en verdwijnen) de beide vloeistoffen. Een scheidingsmethode die wel geschikt is, is destilleren. Bij destilleren maak je er gebruik van dat de verschillende vloeistoffen een verschillend kookpunt hebben. Wanneer er overal in de vloeistof dampbellen ontstaan, zeg je dat die vloeistof kookt. Bij het kookpunt verdampt een vloeistof het snelst. Als je een oplossing van twee vloeistoffen verhit, zal de vloeistof met het laagste kookpunt het snelst gaan verdampen. De damp zal stijgen en via de thermometer bij de koeler aankomen. De damp zal condenseren en vervolgens in de erlenmeyer terechtkomen. De vloeistof in de erlenmeyer bestaat voornamelijk uit het bestanddeel met het laagste kookpunt. Dit noem je het destillaat. De vloeistof die in de destillatiekolf overblijft, bestaat voornamelijk uit het bestanddeel met het hoogste kookpunt. Dit wordt het residu genoemd. 57
2 Indampen en destilleren Destillatie van wijn Wijn is een mengsel van voornamelijk water en alcohol (afbeelding 10). Het kookpunt van water is 100 C, dat van alcohol is 78 C. In een kolf wordt de wijn tot ongeveer 80 C verwarmd. Deze temperatuur ligt boven het kookpunt van alcohol. Daardoor verdampt de alcohol snel uit de wijn, terwijl het water minder snel verdampt. De damp die boven de wijn ontstaat, bestaat dus voor het grootste deel uit alcoholdamp. De damp wordt door een koeler geleid. In de koeler wordt de alcoholdamp afgekoeld, waardoor deze condenseert. De vloeistof wordt opgevangen en noem je het destillaat. Het destillaat bestaat voor het grootste deel uit alcohol. De vloeistof die in de kolf achterblijft, heet het residu. Het residu bestaat voornamelijk uit water. WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. afbeelding 10 Wijn wordt geproduceerd door het vergisten van druivensap. De suiker in het druivensap wordt omgezet in alcohol en koolstofdioxide. Plus Gedestilleerde dranken Door destillatie van wijn ontstaat er als destillaat een drank met een hoger alcoholpercentage. Bij de plaats Cognac in Frankrijk wordt op deze manier een drank gemaakt met een alcoholpercentage van meer dan 80%. Deze drank laat je jarenlang rijpen in houten vaten (afbeelding 11). Na de rijpingsperiode wordt de drank verdund tot cognac met een alcoholpercentage van 40%. Gedistilleerde dranken worden ook wel sterkedrank genoemd. Je kunt sterkedrank kopen in een slijterij (als je 18 jaar of ouder bent). Destillatie wordt nog steeds veel toegepast. Alle sterkedrank wordt door destillatie bereid. Whisky, cognac en jenever zijn bekende voorbeelden van sterkedrank, in het dagelijks spraakgebruik vaak gedistilleerd genoemd. afbeelding 11 Cognac is een sterk alcoholische drank (40% of hoger), die je krijgt door het destilleren van witte wijn. 58
3 Extraheren Koffie en thee, met of zonder suiker: met z n allen drinken we er dagelijks enorme hoeveelheden van. Maar zonder de kennis van scheidingsmethoden hadden we nooit van deze alledaagse stoffen kunnen genieten! Koffie, thee, suiker, bouillon en geurstoffen uit planten worden allemaal door extractie verkregen. Scheiden van een mengsel van vaste stoffen Het Engelse to extract betekent zoveel als ergens iets uit trekken. Dat is wat je doet bij extraheren. Als je in de scheikunde een vaste stof uit een mengsel van vaste stoffen wilt trekken, gebruik je meestal de scheidingsmethode extraheren. De methode berust op het verschil in oplosbaarheid van de stoffen in een bepaald oplosmiddel. Het oplosmiddel dat je gebruikt bij extractie, noem je het extractiemiddel. Je gebruikt vaak een verwarmd extractiemiddel, omdat hierdoor de oplosbaarheid groter wordt. Na het extraheren ga je meestal filtreren. Zo kun je het residu (de niet-opgeloste stof) scheiden van het filtraat (de ontstane oplossing). Het filtraat kan daarna worden ingedampt. Je houdt dan de opgeloste stof als vaste stof over. Water is een veelgebruikt extractiemiddel, bijvoorbeeld bij het zetten van koffie en thee. Ook bij het winnen van suiker uit suikerbieten en bij het uit de grond halen van zout is water een geschikt extractiemiddel. Een ander extractiemiddel is wasbenzine. Het wordt onder andere toegepast bij het verwijderen van vetvlekken uit kleding. afbeelding 12 theeblaadjes die hun geur en kleur afstaan aan heet water Theezetten Een goed voorbeeld van extraheren is het zetten van thee. Gemalen theebladeren bestaan voor een deel uit moleculen die goed oplossen in water (afbeelding 12). Wanneer je wat heet water bij de theebladeren doet, komen deze moleculen los van de bladeren en lossen op in het water. Deze moleculen zijn nu al gescheiden van de bladeren. Door te filtreren, maak je de scheiding compleet. Bouillon trekken Als je bouillon maakt, extraheert heet water de smaakstoffen, geurstoffen en kleurstoffen uit bijvoorbeeld soepvlees en/of soepbeenderen. Zo kun je een heerlijke bouillon trekken. 59
3 Extraheren Suiker winnen uit suikerbieten In Nederland wordt suiker gewonnen uit suikerbieten (afbeelding 13). Een suikerbiet is een mengsel van vrijwel allemaal vaste stoffen. Hij bestaat voor ongeveer een zesde deel uit suiker. Nadat de suikerbieten zijn gewassen, worden ze in kleine reepjes gesneden. Daarna gaan ze in heet water. Alléén de suiker lost daarin op. De andere vaste stoffen uit het bietenmengsel niet. afbeelding 13 Suikerbiet is niet eetbaar, maar wordt gebruikt voor de productie van kristalsuiker. Het hete water zorgt ervoor dat de suiker uit de reepjes wordt getrokken (afbeelding 14). Als de suiker is opgelost, kun je het mengsel filtreren om de suikeroplossing van de bietenreepjes te scheiden. Vervolgens wordt de suikeroplossing ingedampt en blijft de suiker over. heet water extraheren afbeelding 14 de extractie van suikers uit suikerbieten bietenreepjes zonder suiker bietenreepjes met suiker suikeroplossing 60
3 Extraheren Keukenzout winnen Proef 4 In ons land wordt keukenzout gewonnen uit steenzoutlagen. Een steenzoutlaag bestaat uit een ondergronds gesteente dat keukenzout bevat. Dit keukenzout wordt ondergronds opgelost in water (extraheren, afbeelding 15). Bovengronds wordt de oplossing weer ingedampt. heet water warme pekel aarde zoutlaag pekel afbeelding 15 In Nederland wordt zout uit de bodem gehaald door extractie. WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. afbeelding 16 Veel mensen stappen over op cafeïnevrije koffie, ook wel decaf genoemd, omdat ze van mening zijn dat dit gezonder is. Plus Hoe wordt cafeïne uit koffie gehaald? Cafeïnevrije koffie is een goed alternatief als je veel koffie drinkt of gewoon een lekker drankje als je nerveus wordt van cafeïne. Het cafeïnevrij maken van de koffiebonen vindt plaats voordat de bonen gebrand worden. Hierbij wordt dichloormethaan (DCM) als extractiemiddel gebruikt. De ruwe (groene) koffiebonen worden vochtig gemaakt met water en gedurende een halfuur in het extractiemiddel geweekt. Nadat de cafeïne is opgelost, verwijder je het DCM. Hierna worden de bonen langdurig gestoomd om eventuele resten oplosmiddel te verwijderen. Vervolgens worden de bonen met warme lucht gedroogd en met koude lucht gekoeld. Ten slotte worden de cafeïnevrije bonen op de gebruikelijke wijze gebrand, gemalen en verpakt. Het DCM gebruik je steeds weer opnieuw. Mensen met hoge bloeddruk of hartklachten kunnen beter voorzichtig zijn met het drinken van veel koffie. Voor hen is de cafeïnevrije variant een veiliger alternatief (afbeelding 16). 61
4 Adsorberen Brandweerlieden dragen bij het blussen van een brand vaak een gasmasker. Dit doen ze om zich tegen vrijkomende, giftige gassen te beschermen. Als je misselijk bent of last hebt van diarree, biedt het koolstofpoeder Norit uitkomst. Ook ons drinkwater en het water in een aquarium worden met behulp van koolstofpoeder gezuiverd. Er bestaat blijkbaar een methode om opgeloste kleur-, geur-, smaak- en gifstoffen uit een mengsel te verwijderen. afbeelding 17 Het oppervlak van 5 gram actieve kool komt overeen met dat van een voetbalveld! Adsorberen Adsorberen is een scheidingsmethode waarbij een adsorptiemiddel wordt gebruikt om een ongewenste stof te verwijderen uit een mengsel. Adsorberen betekent hechten aan. Adsorberen is een scheidingsmethode die berust op een verschil in aanhechtingsvermogen (adsorptievermogen) van de bestanddelen in een mengsel. Dit aanhechtingsproces noem je adsorptie. Opgeloste kleurstoffen en smaakstoffen adsorberen sterker aan het oppervlak van een adsorptiemiddel dan hun oplosmiddel. Ook sommige gassen kunnen zich sterk hechten aan een adsorptiemiddel. Vaak wordt actieve kool of Norit gebruikt als adsorptiemiddel. Dit is koolstof in een bijzondere vorm. De korreltjes van actieve kool hebben een erg groot oppervlak, omdat de stof net als een spons vol met gaten zit (afbeelding 17). Koolstof heeft een sterke aantrekkingskracht op andere stoffen. Vooral vaste stoffen hechten zich er graag aan (afbeelding 18). Wanneer je een beetje actieve kool toevoegt aan een oplossing, zal de opgeloste stof vast gaan zitten aan de koolstof. Doordat de koolstof zelf niet oplost, ontstaat er een suspensie. De suspensie kun je vervolgens weer scheiden door te filtreren. afbeelding 18 Kleurstofdeeltjes hechten zich aan actieve kool. 62
4 Adsorberen Norit en inkt Proef 5 Een oplossing met blauwe inkt kun je niet scheiden door filtratie. Wanneer je een adsorptiemiddel zoals actieve kool (Norit) toevoegt, zal de blauwe inkt hieraan hechten. Norit lost niet op in water. Wanneer je de ontstane suspensie filtreert, zal de Norit samen met de blauwe inkt achterblijven in het filter, als residu (afbeelding 19). Het filtraat is kleurloos. afbeelding 19 De inkt hecht aan de Norit vast. De Norit kan niet door de poriën van het filter. Hierdoor blijft de Norit met de hieraan vastgehechte blauwe inkt als residu in het filter achter. Norit inkt Norit als medicijn Je kunt Norit ook slikken als je diarree hebt (afbeelding 20) of wanneer je je misselijk voelt. Schadelijke of ongewenste stoffen in het maag-darmkanaal worden dan door Norit geadsorbeerd. afbeelding 20 Als je diarree hebt, kan Norit soms helpen. Je kunt bijvoorbeeld iets verkeerds gegeten of gedronken hebben. Dan kan Norit zuiverend werken. afbeelding 21 In gasmaskers zit een patroon met actief koolstofpoeder. De actieve kool adsorbeert de giftige gassen. Norit in gasmaskers Iemand die in een omgeving werkt waar giftige gassen vrijkomen, is verplicht een gasmasker te dragen (afbeelding 21). De lucht die je tijdens het inademen naar binnen zuigt, passeert een Noritfilter (actieve kool tussen twee filtrerende lagen) dat in het masker zit. De eventuele schadelijke stoffen in de lucht zullen aan de actieve kool adsorberen. Hierdoor wordt de ingeademde lucht goed gezuiverd. WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. 63
4 Adsorberen Plus Chromatografie Chromatografie is een scheidingsmethode die erg veel lijkt op adsorberen. Als je hierbij gebruikmaakt van papier, noem je het papierchromatografie. Papierchromatografie is een scheidingsmethode om kleine hoeveelheden kleurstoffen te scheiden. Bij papierchromatografie wordt gebruikgemaakt van het verschil in oplosbaarheid en adsorptievermogen van de bestanddelen in een mengsel. Zwarte inkt bestaat uit een mengsel van verschillende kleurstoffen. Deze kleurstoffen lossen op in water (of in alcohol). Ook hechten de kleurstoffen prima aan papier. Een strook papier (het adsorptiemiddel) met daarop een inktstip, wordt in de vloeistof gehangen. De vloeistof loopt langs het papier omhoog. De vloeistof wordt hier dan ook de loopvloeistof genoemd (afbeelding 22 en 23). De inkt lost gedeeltelijk op in de loopvloeistof en wordt mee omhoog genomen. De kleurstof die het best oplost in de loopvloeistof en zich het slechtst aan het papier adsorbeert, wordt het verst mee omhoog genomen. Een kleurstof die het slechtst oplost in de loopvloeistof en het sterkst aan het papier adsorbeert, zal juist het minst ver komen. Chromatografie is erg belangrijk bij onderzoek naar kleine hoeveelheden stof. In de scheikunde van de levende organismen, de biochemie, wordt deze methode veel gebruikt. vloeistoffront stippen viltstiftinkt stippen viltstiftinkt loopvloeistof afbeelding 22 chromatografie van inkt van twee viltstiften van dezelfde kleur, maar van verschillende merken afbeelding 23 De kleuren in de twee soorten viltstiftinkt zijn nu gescheiden. 64
5 Concentratie Een liter cola bevat ongeveer 90 milligram cafeïne (afbeelding 24). Dit is de verhouding tussen de hoeveelheid cafeïne ten opzichte van de hoeveelheid cola. Je noemt deze verhouding de concentratie. Je drukt de concentratie vaak uit in procenten. afbeelding 24 In het Warenwetbesluit Frisdranken staat hoeveel cafeïne er mag zitten in frisdranken en energiedrankjes. Frisdrank, zoals cola, mag maximaal 150 mg cafeïne per liter bevatten. Er zijn veel manieren om de samenstelling van een mengsel op te geven. De samenstelling van voedingsmiddelen staat op de verpakking vermeld. Daarbij wordt meestal de hoeveelheid stof in gram gegeven in 100 g of in 100 ml van het voedingsmiddel. Je gebruikt de term gehalte om de hoeveelheid stof op te geven in een hoeveelheid mengsel. Voorbeelden zijn: het zwavelgehalte van steenkool, het zilvergehalte van een munt, het ijzergehalte van ijzererts, het zoutgehalte van pekel. Concentratie De concentratie (ook wel: het gehalte) van een stof is de hoeveelheid van die stof in een bepaalde hoeveelheid mengsel. Vaak gaat het om een vaste stof die opgelost is in een vloeistof. Voor de vaste stof wordt dan vaak een eenheid van massa (ton, kilogram, gram of milligram) gebruikt, en voor de vloeistof een eenheid van volume (liter of milliliter). Veel gebruikte eenheden om de concentratie uit te drukken zijn: (milli)gram per liter: (m)g/l (milli)gram per milliliter: (m)g/ml 65
5 Concentratie Er zijn verschillende manieren om de concentratie te berekenen. Je kunt dit doen met behulp van een formule, met behulp van een verhoudingstabel of door kruislings vermenigvuldigen. Formule Hersenen gebruiken maar liefst 20% van alle energie van het lichaam. In de voedingswetenschappen wordt regelmatig onderzoek gedaan naar de relatie tussen voeding en hersenen. Voor de hersenen zijn vetzuren en B-vitaminen essentieel. Bronnen van vitamine B6 zijn onder andere: volkorenproducten, bonen, zuivelproducten, kip, kalkoen en vis. Een glas halfvolle melk van 150 ml bevat 0,06 mg vitamine B6. Wat is nu de concentratie van het vitamine B6 in mg per ml in dit glas melk? De concentratie bereken je met behulp van de volgende formule: concentratie = hoeveelheid (opgeloste) stof hoeveelheid mengsel 0,06 mg = = 0,0004 mg/ml 150 ml Verhoudingstabel De aanbevolen hoeveelheid vitamine B6 voor volwassenen (19 50 jaar) per dag is: 1,5 mg. De concentratie van vitamine B6 in halfvolle melk is 0,0004 mg/ml. Hoeveel halfvolle melk moet een volwassene per dag drinken om aan de aanbevolen hoeveelheid te voldoen? Je maakt nu eerst een verhoudingstabel. In de verhoudingstabel zet je de gegeven concentratie in de bovenste regel: 0,0004 mg in 1 ml. Op de onderste regel zet je wat berekend moet worden: 1,5 mg in A ml. Het getal dat je moet berekenen, noem je dus A. De verhoudingstabel ziet er dan als volgt uit: hoeveelheid stof (vitamine B6) : 0,0004 gegeven 0,0004 ml 1 ml gevraagd 1,5 ml A ml : 0,0004 hoeveelheid mengsel (halfvolle melk) 66
5 Concentratie In een verhoudingstabel zet je twee gelijke verhoudingen onder elkaar. Kijk naar het rode boogje: van 0,0004 naar 1 deel je door 0,0004. Hetzelfde doe je in de onderste rij (het blauwe boogje). Via de verhoudingstabel zie je dus dat de hoeveelheid mengsel 1,5 : 0,0004 = 3750 moet zijn. A = 3750 ml Antwoord: je moet dus 3750 ml (3,75 L) halfvolle melk per dag drinken om de aanbevolen hoeveelheid van 1,5 mg vitamine B6 binnen te krijgen. Kruislings vermenigvuldigen De concentratie van vitamine B6 in halfvolle melk is 0,0004 mg/ml. Hoeveel halfvolle melk moet een volwassene per dag drinken om aan de aanbevolen hoeveelheid te voldoen? Een andere manier waarop je dit kunt uitrekenen, is via kruislings vermenigvuldigen. Je gebruikt weer dezelfde tabel met gegevens: hoeveelheid stof (vitamine B6) gegeven 0,0004 ml 1 ml gevraagd 1,5 ml A ml hoeveelheid mengsel (halfvolle melk) Nu ga je kruislings vermenigvuldigen volgens de rode en de blauwe lijn. Je krijgt dan: 0,0004 A = 1,5 1 0,0004 A = 1,5 A = 1,5 0,0004 = 3750 ml Antwoord: je moet dus 3750 ml (3,75 L) halfvolle melk per dag drinken om de aanbevolen hoeveelheid van 1,5 mg vitamine B6 binnen te krijgen. Percentage De concentratie druk je vaak uit in procenten. In plaats van het woord concentratie kun je ook het woord percentage gebruiken. Het percentage wordt vaak aangegeven in: massaprocenten (massa%); zowel de hoeveelheid stof als de hoeveelheid van het mengsel zijn uitgedrukt in massa-eenheden (kilogrammen, grammen of milligrammen); volumeprocenten (volume% of vol.%); zowel de hoeveelheid stof als de hoeveelheid van het mengsel zijn uitgedrukt in volume-eenheden (liters of milliliters). 67
5 Concentratie Formule Een fles bevat 0,70 L rode wijn. In die fles zit 91 ml alcohol. Bereken het volumepercentage alcohol van de rode wijn. Het percentage van een stof vind je door de hoeveelheid van die stof te delen door de hoeveelheid van het mengsel en daarna te vermenigvuldigen met honderd procent: hoeveelheid (opgeloste) stof percentage = 100% hoeveelheid mengsel 91 ml = 100% = 13 vol.% 700 ml Antwoord: deze rode wijn bevat 13 vol.% alcohol. Verhoudingstabel Een fles bevat 700 ml (0,70 L) rode wijn. In die fles zit 91 ml alcohol. Bereken het volumepercentage alcohol van de rode wijn. Zoals je eerder hebt geleerd, zet je in een verhoudingstabel twee gelijke verhoudingen onder elkaar. Wanneer je het percentage van een bepaalde stof in een mengsel berekent, noteer je voor het aantal procenten de verhouding: A op de 100. Procenten geven namelijk het aantal delen op de honderd delen weer. Maak eerst alle eenheden gelijk: in dit geval reken je L om naar ml. In het voorbeeld zijn de gegeven getallen (na omrekening): 91 (ml alcohol) en 700 (ml rode wijn). De verhoudingstabel van alcohol in de fles wijn schrijf je dan zo: 7,7 volume opgeloste stof (alcohol) gegeven 91 ml 700 ml gevraagd A ml 100 ml 7,7 hoeveelheid mengsel (rode wijn) In een verhoudingstabel zet je twee gelijke verhoudingen onder elkaar. Kijk naar het rode boogje: je deelt eerst 700 door 91. Dat is ongeveer 7,7. Hetzelfde doe je in de onderste rij (het blauwe boogje). Via de verhoudingstabel zie je dus dat het volume opgeloste stof (alcohol) 100 : 7,7 = 13 moet zijn, want A 7,7 = 100. Dus: A = 13 Antwoord: deze rode wijn bevat 13 vol.% alcohol. 68
5 Concentratie Kruislings vermenigvuldigen Als je kruislings vermenigvuldigt, krijg je: volume opgeloste stof (alcohol) gegeven 91 ml 700 ml gevraagd A ml 100 ml hoeveelheid mengsel (rode wijn) 91 100 = A 700 9100 = A 700 9100 700 = A A = 13 Antwoord: deze rode wijn bevat 13 vol.% alcohol. WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. Plus Alcoholcontrole Een voorbeeld van concentratieberekeningen is het ademonderzoek dat de politie uitvoert bij weggebruikers die verdacht worden van rijden onder invloed van alcohol. Als er meer dan 0,5 gram alcohol in 1 liter bloed van de onderzochte weggebruiker zit, is de weggebruiker in overtreding. Het is nogal omslachtig om bij iedereen een bloedproef af te nemen. Daarom wordt er meestal een blaastest gedaan. Als de uitgeademde lucht van een weggebruiker meer dan 0,000 22 gram alcohol per liter lucht bevat, is de weggebruiker in overtreding. Uitgebreid onderzoek heeft namelijk aangetoond dat mensen met 0,5 gram alcohol in 1 liter bloed, lucht uitademen met daarin 0,000 22 gram alcohol per liter. afbeelding 25 Er is steeds meer bewijs dat alcohol schadelijk is voor de ontwikkeling van de hersenen van jongeren. 69
1 ontvangstgemaal 2 voorbezinktank 3 beluchtingstank 4 nabezinktank H3 Mengsels scheiden 6 Rioolwaterzuivering Wie het toilet doortrekt, spoelt alles met één plens water het huis uit. Maar daarmee is de ontlasting nog niet van de aardbodem verdwenen. Het rioolwater moet gezuiverd worden. Het riool Inwoners van Nederland spoelen per persoon zo n 45 000 liter per jaar de riolen in. Dat bestaat niet alleen uit water. Mensen gooien er van alles in: onder andere afwasmiddel, toiletpapier, maandverband en wattenstaafjes. Mensen douchen, wassen af en wassen hun auto. Dat water komt allemaal in het riool terecht (afbeelding 26). Het rioolbuizenstelsel voert ook regenwater van daken en straten af. Dat is nog eens 35 000 liter water per persoon per jaar. Om dat water af te voeren, is een groot rioolstelsel nodig. Alleen al in Nederland ligt meer dan 80 000 kilometer riool. Dat is ruim twee keer de omtrek van de aarde. afbeelding 26 Den Bosch heeft net als Antwerpen grachten onder straatniveau. De Binnendieze was ooit een open riool. Vroeger spoelde het rioolwater direct in zee of in de rivier. Tegenwoordig gaat veel afvalwater eerst naar een rioolwaterzuiveringsinstallatie. Daar wordt het gezuiverd, voordat het in rivieren, sloten en kanalen wordt geloosd. Zuivering van rioolwater Rioolwaterzuiveringsinstallaties zetten rioolwater om in schoon water. Dit gebeurt in vijf stappen (afbeelding 27). rooster rioolwater 5 effluent oppervlaktewater grofvuil primair slib actief slib afbeelding 27 Zo wordt rioolwater gezuiverd. 70
6 Rioolwaterzuivering 1 Ontvangstgemaal Het rioolwater komt bij het ontvangstgemaal de installatie binnen. Hier halen verschillende roosters het grove vuil (takken, plastic flessen, blikjes, maandverband, enzovoort) uit het water. De roosters werken als zeven (afbeelding 28). Lang niet alles wordt tegengehouden. Zeep en chloor, bijvoorbeeld, gaan er gewoon doorheen. Het gezeefde water gaat door naar de voorbezinktanks. afbeelding 28 Roosters halen allerlei grof vuil uit het water, zoals blikjes en papiertjes. 2 Voorbezinktanks Stoffen die zwaar genoeg zijn, zoals zand en metaaldeeltjes, zakken in voorbezinktanks naar de bodem als slib (afbeelding 29). Dit slib heet primair slib. Het gezonken vuil wordt door een bodemschraper naar het midden van de tank geschraapt, om daarna afgevoerd te worden naar de slibverwerking. Het vuil dat blijft drijven, zoals vet, wordt ook verwijderd. Een drijfbalk aan het oppervlak schraapt het vet naar een vetput. Het water stroomt nu naar de beluchtingstanks. afbeelding 29 In de voorbezinktank stroomt het water heel langzaam. Daardoor krijgen de zwaardere deeltjes in het afvalwater de kans om naar de bodem te zakken (te zinken). 71
6 Rioolwaterzuivering 3 Beluchtingstanks In het water zweven nog steeds veel vuildeeltjes, of er zijn nog vuildeeltjes in opgelost. In beluchtingstanks worden bacteriën aan het water toegevoegd (afbeelding 30). Deze bacteriën breken poep en etensresten (organische stoffen) af. Daar hebben ze wel zuurstof voor nodig. In de beluchtingstank wordt daarom lucht geblazen, waardoor het zuurstofgehalte toeneemt. Door de extra zuurstof kunnen de miljarden bacteriën hun werk goed doen. Dankzij de gunstige omstandigheden planten de bacteriën zich razendsnel voort. Dit noem je dan ook actief slib. Het water vervolgt nu zijn weg naar de nabezinktanks. afbeelding 30 In de beluchtingstank vindt het belangrijkste onderdeel van het zuiveren plaats. In deze tank eten miljarden bacteriën al het overgebleven afval op. 4 Nabezinktanks Doordat de bacteriën zich zo snel vermenigvuldigen, ontstaat er nieuwe aanwas van bacteriën. Een groot gedeelte van deze bacteriën gaat terug naar de beluchtingstanks. Het overschot aan actief slib zakt in de nabezinktank naar de bodem en wordt afgevoerd naar de slibverwerking (afbeelding 31). Het gezuiverde water stroomt over de gekartelde randen van de tank in een goot. Dit gezuiverde water noem je het effluent. afbeelding 31 De laatste stap in het zuiveringsproces is de nabezinking in grote, ronde nabezinktanks. 5 Effluent De rioolwaterzuiveringsinstallatie loost het effluent het gezuiverde water op het oppervlaktewater (afbeelding 32). Het teruggestorte water is zeker niet te gebruiken als zwemwater of drinkwater. Toch is het water voor ongeveer 96% gezuiverd. afbeelding 32 Wat overblijft is schoon water, ook wel effluent genoemd, dat naar een rivier of kanaal wordt gepompt. 72
6 Rioolwaterzuivering BEROEPENORIËNTATIE Apothekersassistent, iets voor jou? Een apothekersassistent zorgt ervoor dat mensen genees- en zelfzorgmiddelen op een goede, veilige manier gebruiken. Daarbij let je op de combinatie van middelen die een cliënt gebruikt: die moet veilig zijn. Een deel van die geneesmiddelen wordt in enkele apotheken nog zelf bereid. Verder zorg je er steeds voor dat er voldoende voorraad is. afbeelding 33 een apothekersassistent WB MAAK NU DE OPGAVEN IN JE WERKBOEK. Plus Rioolgas Rioolgas ruikt naar rotte eieren (afbeelding 34). In lage concentraties zorgt het voor duizeligheid en oogirritatie. Bij hogere concentraties sterven de geurzenuwen in de neus. Een paar flinke teugen in de longen kan zelfs fataal zijn. Daarom hebben mensen die in aanraking kunnen komen met rioolgassen, altijd meetapparatuur bij zich. De meetapparatuur moet waarschuwen voor de aanwezigheid van giftig rioolgas. afbeelding 34 Rioolgeur in huis wordt in het algemeen als zeer onprettig ervaren. Deze rioolgeur kan zelfs ongezond en gevaarlijk zijn. 73