Isaac-chemie 3D - 2u - Module 2

2 MODULE

Zuivere stoffen en mengsels

But f irst…Coffee

Herken je de geur van een warme kop koffie? Een vleugje van versgemalen koffiearoma dat je neus passeert? Geniet van dat kopje koffie en denk na over volgende vragen.

Hoe komt de geur (smaak) van de gemalen koffiebonen in de koffie terecht?

Waarom laten we de gemalen koffie achter op de filter?

Wat is de functie van water bij het koffiezetten?

Waarom gebruik je warm water om koffie te zetten?

Allemaal vragen die je misschien merkwaardig vindt. Toch zijn ze van belang om ‘koffiezetten’ als een wetenschappelijk proces te kunnen begrijpen.

ORIËNTATIE

ONDERZOEKSVRAAG

Hoe maak je een goede kop koffie?

HYPOTHESE

VOORBEREIDING

BENODIGDHEDEN

Noteer hieronder welke materialen je gebruikt voor je opstelling. DOE DE TEST

WERKWIJZE

Noteer het stappenplan.

UITVOERING

MEETRESULTATEN

Hoe ziet de koffie eruit?

Hoe smaakt de koffie?

Komt je resultaat overeen met dat van je klasgenoten? Welke verschillen merk je hierin op?

REFLECTIE BESLUIT

Beantwoord de eerder gestelde vragen over koffiezetten.

We beginnen deze cursus chemie met scheidingsmethodes. Deze methodes zijn multidisciplinair en worden in de chemie, biologie, geologie, delfstofkunde … gebruikt. Je kan jezelf de vraag stellen: wat heeft dit nu te maken met chemie?

Wel, elke wetenschapper werkt met zuivere stoffen. Om die te bekomen, hebben we diverse scheidingsmethodes nodig om de onzuiverheden uit het te onderzoeken mengsel te verwijderen zodat het een zuivere stof wordt. Deze scheidingsmethodes veranderen de aard en de eigenschappen van de stoffen niet. Zo kunnen wetenschappers elke stof afzonderlijk en nauwkeurig onderzoeken.

1 Zuivere stoffen en mengsels

1.1 Even herhalen

In de eerste graad maakte je al kennis met zuivere stoffen en mengsels.

voorwerp

stof 1 grafiet

zuivere stof

Noteer bij iedere foto of het om een zuivere stof of mengsel gaat.

stof 2 hout

mengsel

1.2 Zuivere stof of mengsel onderscheiden

Vul de onderstaande tabel in.

modelvoorstelling

ZUIVERE STOF

MENGSEL

voorbeelden uit het dagelijks leven

Een zuivere stof is opgebouwd uit één soort deeltjes, één stof.

Een mengsel is een stof bestaande uit meerdere soorten deeltjes, verschillende zuivere stoffen.

Zuivere stoffen en mengsels bestaan uit deeltjes. In module 3 ‘chemische stoffen en elementen’ en module 5 ‘het atoommodel en periodiek systeem’ gaan we dieper in op die deeltjes en leer je meer over moleculen en/of atomen.

Het is niet altijd mogelijk om een zuivere stof van een mengsel te onderscheiden met het blote oog. Het meten van fysische stofeigenschappen zoals het kookpunt, smeltpunt en de massadichtheid zijn een hulpmiddel om het onderscheid tussen een mengsel en zuivere stof te vinden. Stofeigenschappen zijn stofspecifiek*: je kan experimenteel nagaan of de bedoelde stof een zuivere stof of mengsel is door het smeltpunt of kookpunt te bepalen.

Koken en smelten zijn voorbeelden van fysische verschijnselen. Dit wil zeggen dat er tijdens deze fysische processen geen nieuwe stoffen ontstaan maar dat de stoffen onder een andere aggregatietoestand voorkomen. Deze fysische processen zijn faseovergangen

vloeibaar vast

Water kan je laten stollen tot ijs, maar je kan het daarna terug laten smelten tot vloeibaar ‘water’. Kortom, fysische processen zijn omkeerbaar.

*Stofspecifiek betekent dat het unieke eigenschappen zijn voor de stof. Zo heeft iedere stof bijvoorbeeld een uniek smelt- en kookpunt. Bijvoorbeeld: zuiver water smelt altijd bij 0 °C en kookt altijd bij 100 °C.

temperatuur (°C)

kookpunt (Tk)

smeltpunt (Ts)

1.3 Temperatuursverandering als kenmerk voor een zuivere stof of mengsel

De onderstaande grafieken geven je een visueel beeld van dit kenmerk. Ze tonen de verandering van de temperatuur (verticale as) in functie van de tijd (horizontale as) wanneer de stof verwarmd wordt. Deze grafieken worden nog verder toegelicht in de lessen fysica.

Algemene interpretatie van de grafische voorstellingen: een zuivere stof of mengsel wordt verwarmd.

Door langere tijd (t) te verwarmen, zal de temperatuur van de stof (T) stijgen. Hierin zal je een duidelijk verschil opmerken tussen een zuivere stof en mengsel.

temperatuur (°C)

kooktraject

smelttraject

tijd (s)

Tijdens het smelten en koken van een zuivere stof (bv. zuiver water) blijft de temperatuur constant.

Dit gebeurt bij een specifieke temperatuur: de smelt- en kooktemperatuur van de stof.

tijd (s)

Tijdens het koken en smelten van een mengsel (bv. zoutwater) verandert de temperatuur: er ontstaat een smelt- en kooktraject.

Dit is een aanduiding dat de stof die onderzocht wordt onzuiver is .

Duid op bovenstaande grafieken aan wanneer de stof zich in een vaste (V), vloeibare (VL) of gasvormige (G) toestand bevindt.

Noteer de kook- en smelttemperatuur van zuiver water op de juiste plaats op de grafiek.

Wanneer de temperatuur (T) in functie van de tijd (t) een horizontaal patroon vertoont én gelijktijdig de te onderzoeken stof van aggregatietoestand verandert, dan is dit een aanwijzing dat de stof een zuivere stof is.

Lees het krantenartikel en los de bijhorende vragen op.

Willems NV uit Vorselaar heeft deze periode al zo'n 15.000 ton strooizout geleverd aan steden, gemeenten en bedrijven over heel Vlaanderen.

BREAKING!

Waggelende wezens met oranje snavel palmen verschillende dorpen in België in. Hevige sneeuwval blijkt oorzaak.

Welke onverwachte situatie beschrijft de voorpagina van het Isaac News?

Wat is de oorzaak?

Wat lijkt een mogelijke oplossing die wordt aangereikt om wegen terug berijdbaar te maken?

Welke zuivere stof wordt gebruikt om dit doel te bereiken?

Verklaar de functie van dit mengsel in verband met de berijdbaarheid van de wegen.

Wat is het doel/gevolg hiervan?

Bij een zuivere stof zijn de waarden van de fysische stofeigenschappen constant en specifiek voor een bepaalde stof. Ze zijn gekend als ‘stofconstanten’.

Dat wil zeggen dat het eigenschappen zijn, typisch voor die stof.

Bij een mengsel zijn de waarden van de fysische stofeigenschappen niet constant en dus afhankelijk van de samenstelling van het mengsel.

WIST-JE-DAT

De smelttemperatuur van water daalt bijvoorbeeld zodra hierin een andere stof opgelost is.

Dit betekent dat zuiver water altijd stolt bij 0 °C maar onzuiver water stolt bij een lagere temperatuur.

Dit is ook de reden dat er strooizout wordt gebruikt om ijsvorming op wegen te voorkomen. Door het zout zal het stolpunt van sneeuw (en regen) dalen waardoor er minder snel gladde ijsplekken zullen ontstaan.

Een mengsel van antivries en water heeft dezelfde werking: voorkomen dat het water in de radiator van de auto zou bevriezen bij 0 °C. Antivries is een stof die aan water wordt toegevoegd om het stolpunt van het mengsel te verlagen om zo schade door bevriezing te voorkomen. Dit wordt toegepast in onder andere technische installaties die water gebruiken als stof voor warmteoverdracht (koeling of verwarming).

2 Stofeigenschappen

2.1 Voorwerpen versus stoffen

Massa: 6 g

Breedte: 0,4 cm

Volume: 0,85 cm3

Uit welke stof is dit voorwerp opgebouwd?

Hoe kan je het voorwerp herkennen? Som enkele kenmerken op.

Een voorwerp is opgebouwd uit één of meerdere stoffen. Een voorwerp kan je beschrijven op basis van vorm, grootte, massa, volume … Dit noemen we voorwerpeigenschappen.

Stoffen hebben net zoals voorwerpen ook eigenschappen. Denk maar aan de kleur, oplosbaarheid, hardheid, brandbaarheid, geleidbaarheid … Dit noemen we stofeigenschappen

Benoem de voorwerpeigenschappen en stofeigenschappen van de Eifeltoren.

voorwerpeigenschappen

WIST-JE-DAT

stofeigenschappen

De IJzeren Dame, beter gekend als de Eiffeltoren in Parijs, bestaat uit 1665 treden van voet tot top. Een hardloper deed er in 2019 slechts 7 minuten en 48 seconden over om de top te bereiken tijdens de 5de editie van La Verticale. Oorspronkelijk was dit iconische gebouw 324 m hoog (inclusief antenne), maar groeide tot op heden al 6 cm. Bij koude temperaturen krimpt de smeedijzeren constructie zo’n 4 tot 8 cm, maar zodra de temperaturen stijgen, zet de massa van 10 100 000 kg terug uit.

2.2 Direct waarneembare stofeigenschappen

Veel stofeigenschappen kun je waarnemen door te kijken, ruiken, luisteren en/of voelen. Ze zijn op een directe zintuigelijke manier vast te stellen. Zo’n stofeigenschappen noemen we direct waarneembare stofeigenschappen

Enkele voorbeelden: uitzicht van de stof, aggregatietoestand, smaak en geur …

Je mag NOOIT zomaar proeven of ruiken aan een onbekende stof!

Dit kan heel gevaarlijk zijn aangezien sommige stoffen giftig, irriterend of schadelijk voor je gezondheid kunnen zijn. Toestemming vragen aan de leerkracht is dus de boodschap.

2.3 Meetbare stofeigenschappen

WIST-JE-DAT

Iedereen kent de slogan: “meten is weten”. Deze uitdrukking wordt toegeschreven aan de Nederlandse wetenschapper Kamerlingh Onnes, die in 1913 de Nobelprijs voor de natuurkunde kreeg.

Het is een principe dat in wetenschappelijke wereld wordt toegepast in alle domeinen. Op die manier kan een hypothese aangetoond worden met een wetenschappelijk argument: een meting.

Meten is weten

Niet alle stofeigenschappen zijn zintuigelijk waar te nemen. Soms heb je meettoestellen nodig om ze te bepalen. Deze stofeigenschappen zijn meetbare stofeigenschappen

Voorbeelden: kook- en smelttemperatuur, oplosbaarheid in water, geleidbaarheid …

Met welke meetinstrumenten kan je onderstaande grootheden meten? Verbind de juiste begrippen met elkaar.

massa (g)

volume (ml) temperatuur (°C)

erlenmeyer thermometer maatcilinder balans maatbeker volpipet

Neem de eerste module ‘chemie is overal’ erbij en zoek de meetinstrumenten op in de materialenlijst.

Wanneer een wetenschapper een experiment uitvoert, gaat hij altijd op dezelfde manier aan de slag. Hij volgt een stappenplan.

Bij een practicum gaan we steeds te werk volgens de wetenschappelijke methode. Hierin vormt het OVUR-model de basis. Als je zou focussen op de metingen zelf, zoals hieronder, dan wordt vooral het ‘uitvoeren’ benadrukt.

STAP 1

Meet met een meetinstrument de grootheden die je met elkaar in verband wil brengen.

STAP 2

Plaats de meetresultaten in een tabel waarin je de grootheden met elkaar vergelijkt.

STAP 3

Maak een grafische voorstelling om het verband tussen de gemeten grootheden visueel zichtbaar te maken.

STAP 4

Interpreteer de meetresultaten en formuleer een verklaring.

STAP 5

Stel een besluit op aan de hand van het verband tussen de grootheden.

2.4 Waarnemen van macroscopische eigenschappen zonder metingen

De chemicus bestudeert, via experimentele waarnemingen, stoffen en hun macroscopische eigenschappen. De microscopische structuur van de stof (= de ordening van de atomen ten opzichte van elkaar) is de oorzaak van deze waarneembare macroscopische eigenschappen.

Met behulp van zintuigelijke waarnemingen zijn sommige stoffen herkenbaar omdat ze opvallen.

Andere stoffen zijn niet macroscopisch herkenbaar via zintuigelijke waarneming en moeten experimenteel verder onderzocht worden.

2.5 Waarnemen van macroscopische eigenschappen via metingen

In beide maatbekers is er water aanwezig: de eerste beker bevat een zoutoplossing (onzuiver water), de andere beker bevat gedemineraliseerd (zuiver) water.

beker 1: zoutwater

beker 2: gedemineraliseerd water

Zoutwater is een mengsel van zuiver zout en water.

Gedemineraliseerd water is zuiver water. Het bevat alleen watermoleculen en geen onzuiverheden. Uit de term kan je zelf al afleiden dat er mineralen uit verwijderd zijn.

In het dagelijkse leven geven we beide stoffen de naam 'water’. Toch gedragen ze zich bij verwarming (temperatuursverloop) verschillend. Dit verschil in fysische eigenschappen heeft te maken met hun verschillende chemische samenstelling.

WIST-JE-DAT

Kraantjeswater is ook een mengsel en geen zuivere stof. Dit komt doordat er nog andere mineralen en moleculen aanwezig zijn zoals natrium, kalium en magnesium. Daarnaast kan drinkwater ook sporen bevatten van bijvoorbeeld medicijnresten of industriële stoffen. Doordat het water verschillende zuiveringsstappen doorloopt alvorens het ‘drinkbaar’ verklaard wordt, zijn de concentraties van deze ongewenste stoffen zeer klein. Ze vormen bijgevolg geen gevaar meer voor je gezondheid.

3 Soorten mengsels

3.1 Homogene en heterogene mengsels

Eerder in deze module leerde je al dat een mengsel bestaat uit verschillende soorten stoffen. Dit in tegenstelling tot een zuivere stof die slechts uit eenzelfde soort stof is opgebouwd.

In dit hoofdstuk maken we kennis met verschillende soorten mengsels uit het dagelijks leven.

Mengsels kunnen opgedeeld worden in twee groepen: homogene en heterogene mengsels.

Homogeen → afgeleid van ‘homos’ → betekenis: hetzelfde, gelijkaardig Heterogeen → afgeleid van ‘heteros’ → betekenis: anders, ongelijk

Hieronder zijn enkele mengsels afgebeeld. Probeer door gebruik te maken van de bovenstaande afleidingen de opdracht te vervolledigen.

Noteer de onderstaande mengsels in de bijhorende kolom.

MENGSEL heterogeen mengsel homogeen mengsel VOORBEELDEN

WIST-JE-DAT

muesli vinaigrette

metalen oorbellen

koffie

lucht

Homogene mengsels (of oplossingen) zijn mengsels waarvan je de verschillende bestandsdelen niet met het blote oog kan onderscheiden. Het mengsel heeft een éénvormig, gelijkaardig uitzicht.

stof A

stof B

homogeen mengsel van stof A en B

Heterogene mengsels zijn mengsels waarvan je de verschillende bestanddelen wel met het blote oog kan onderscheiden. Deze mengsels krijgen een andere naam.

stof C

stof D

heterogeen mengsel van stof C en D

Chemie is geen zwartwit-wetenschap. Dit betekent dat je sommige stoffen of mengsels niet in de klassieke indeling kan onderbrengen.

Colloïdale mengsels zijn mengsels die gedeeltelijk heterogeen en gedeeltelijk homogeen zijn. Met het blote oog ervaren we het mengsel als homogeen, maar zodra we het microscopisch bekijken, merk je een heterogeen karakter. Denk maar aan mayonaise en lijm.

De twee hoofdbestandsdelen van mayonaise zijn water en olie. Deze stoffen mengen niet met elkaar. Nochtans vormt mayonaise een smeuïg geheel. Hoe komt dat? Eigeel!

Door eigeel toe te voegen aan het mengsel van olie en water zullen de oliedeeltjes zich wel kunnen mengen tussen de waterdeeltjes. Dit is mogelijk dankzij de aanwezigheid van de molecule ‘lecithine’ in het eigeel. Deze extra toegevoegde stof, een emulgator genoemd, dient als bindingsmiddel. Het bestaat uit een hydrofobe (niet oplosbaar in water) en hydrofiele (oplosbaar in water) deel. Met het hydrofobe deel zal de molecule de oliedeeltjes omringen zodat het hydrofiele deel naar het water gericht is. De emulgator gaat de vetachtige molecule omringen en een micel vormen. De micellen zijn wel oplosbaar in water. Zo worden de oliedeeltjes micellen die wel mengbaar zijn met het watergedeelte.

water

hydrof iele kop eigeel molecule

vetachtige stof

hydrofobe staart

water

WIST-JE-DAT

Legeringen

Een legering is een mengsel dat ontstaat door metalen te smelten en daarna samen te voegen. Wanneer je dit geheel laat afkoelen, lijkt het een homogeen mengsel te vormen (macroniveau). Zodra we de legering onder de microscoop bekijken, wordt op microniveau ook het deels heterogene karakter duidelijk.

Waarvoor worden legeringen gebruikt?

Door verschillende metaalsoorten te smelten en zo te mengen met elkaar, zullen de eigenschappen ook veranderen. Het kan als doel hebben om onder andere beter bestand te zijn tegen corrosie, minder vervormbaar te zijn of de hardheid te verhogen.

Een van de sterkste legeringen ter wereld is de legering gevormd door chroom, kobalt en nikkel (CrCoNi). Onderzoekers konden vaststellen dat zelfs bij zeer lage temperaturen (tot -235 °C) de legering moeilijk breekt. Een geschikt alternatief voor het metaal aluminium waaruit vliegtuigen nu opgebouwd zijn.

Enkele legeringen die je waarschijnlijk kent:

brons

legering: koper en tin roestvrij staal legering: ijzer, chroom, nikkel en koolstof

wit goud legering: nikkel, koolstof en palladium

Meer over de verschillende soorten legeringen in module 3.

3.2 Indeling van homogene en heterogene mengsels

FASEN HETEROGENE MENGSELS

vast + vast

vast + vloeibaar

vloeibaar + vloeibaar

vast + gas

vloeibaar + gas

gas + gas

Grof mengsel

Opvallende ‘grotere’ stukken van meerdere vaste stoffen.

HOMOGENE MENGSELS

Legering

Samensmelting van metalen.

Oplossing

Suspensie

Vaste, onoplosbare deeltjes die na roeren of schudden (tijdelijk) blijven ‘rondzweven’ in een vloeistof.

Emulsie

Onoplosbare vloeistofdeeltjes die na roeren of schudden zich (tijdelijk) tussen andere vloeistofdeeltjes verspreiden.

Rook

Gas verdeeld in een vast stof.

Nevel

Vloeistof verdeeld in een gas.

Schuim

Gas verdeeld in een vloeistof.

Gassen schikken zich soms in verschillende lagen omwille van verschillende dichtheid. Bv. Mosterdgas in loopgraven.

Een vaste stof die is opgelost in een vloeistof.

Oplossing

Een mengsel van vloeistoffen.

Oplossing

Een gas opgelost in een vloeistof.

Gasmengsel

Een mengsel van meerdere gassen.

WIST-JE-DAT

Het colloïdale mengsel van kleine (vloeistof en/of vaste) deeltjes in lucht (een gas) noemen we een aerosol

Zo vormen de waterstofdruppels verdeeld in de lucht wolken. Ook mist, de inhoud van een deodorant of een puffer tegen astma, zijn hier voorbeelden van.

Wanneer iemand last heeft van hoesten bij een luchtweginfectie kan aerosolen met een maskertje helpen.

Noteer bij iedere foto de naam van het soort mengsel. Vermeld tussen haakjes als het gaat om een homogeen (HO) of heterogeen (HE) mengsel.

lavalamp mist

strand met schelpen kraag op het bier

bruiswater ketel

sinaasappelsap met pulp cola

bronzen beeldje deodorant

Er bestaan diverse soorten combinaties van zuivere stoffen. Zowel stoffen met een gelijke als verschillende aggregatietoestand kunnen mengsels vormen.

4 Scheidingstechnieken

Zoals we eerder in dit thema zagen, is de chemicus geïnteresseerd in eigenschappen van stoffen. Daarom is het van belang dat een chemicus werkt met ‘zuivere’ stoffen want bij zuivere stoffen zijn er geen ‘onzuiverheden’ aanwezig die het waarnemingsresultaat kunnen beïnvloeden. Aangezien mengsels bestaan uit een combinatie van zuivere stoffen, moeten we de componenten van het mengsel eerst van elkaar gaan scheiden. Enkel zo kunnen we de stofeigenschappen van elke zuivere stof afzonderlijk bestuderen.

Er bestaan meerdere methoden, afhankelijk van het soort mengsel en de stofeigenschappen. Deze technieken, waarbij mengsels gescheiden worden in zuivere stoffen (ZS), noemen we: scheidingstechnieken.

Een scheidingstechniek is een fysisch verschijnsel omdat de stofeigenschappen van de bestandsdelen behouden blijven. scheidingstechniek

4.1 Scheiden van heterogene mengsels

4.1.1 Zeven

Een zeef, ook wel zift genoemd, wordt gebruikt om een heterogeen mengsel van vaste stoffen te scheiden op basis van de korrelgrootte. Wat wel of niet door de zeef valt is afhankelijk van de poriëngrootte.

zeef voor grove vaste deeltjes (grote poriën) zeef voor fijn vaste deeltjes (kleine poriën)

De grove deeltjes in het mengsel worden door de zeef tegengehouden, de kleinere deeltjes vallen door de mazen (poriën van de zeef). Zo kan je twee vaste stoffen scheiden.

Zeven is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in korrelgrootte.

Poedersuiker wordt op een taart gestrooid met behulp van een zeef waarvan de grootte van de poriën kleiner is dan de suikerklonters in het poeder.

4.1.2 Filtreren

Filtreerpapier is een papieren zeef met een bepaalde poriëngrootte. Deeltjes met een kleinere grootte dan de poriën van het papier kunnen door het papier. Deeltjes die groter zijn dan de poriën blijven op het filtreerpapier achter. Filtreerpapier wordt daarom semipermeabel of half doorlaatbaar genoemd.

Filtreren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in deeltjesgrootte tussen de componenten van het heterogene mengsel. De vaste deeltjes blijven achter op de filter en vormen het residu. De vloeistof die door de poriën van de filter gaat, is het filtraat.

Filtratie wordt gebruikt als scheidingstechniek in elk laboratorium maar je kent het zeker uit het dagelijks leven.

Bij een koffiezetapparaat wordt een suspensie gemaakt van water en gemalen koffiebonen. Bij het filteren blijft het residu ‘koffiedras’ over in de filter. Het filtraat ‘de opgeloste koffie’ komt in de kan terecht.

Wanneer je aan het koken bent, is een dampkap de ‘stofzuiger’ van dienst in je keuken. De filter in de dampkap zorgt ervoor dat de lucht gezuiverd wordt van alle geuren, dampen en deeltjes die ontstaan tijdens het koken.

Een roetfilter vind je terug in het uitlaatsysteem van een auto. Als je aan het rijden bent, stromen de uitlaatgassen door de roetfilter. Deze uitlaatgassen bevatten roetdeeltjes of partikels die voor ongeveer 99% worden tegengehouden. Hierdoor zijn de uitlaatgassen die in de buitenlucht terecht komen voor het grootste deel gezuiverd.

4.1.3 Decanteren

Decanteren is een scheidingstechniek die wordt toegepast bij mengsels die bestaan uit twee (of meerdere) niet-mengbare stoffen met een verschillende dichtheid. Hierdoor ontstaan er fasen in het mengsel. De stof met de grootste dichtheid (vaak de vaste stof) zal zich onder in het recipiënt verzamelen, de stof met de kleinere dichtheid (meestal dus de vloeistof) meer bovenaan. Door voorzichtig een van de twee fasen af te gieten met behulp van het kantelen van een bekerglas, kunnen de twee stoffen van elkaar gescheiden worden.

Decanteren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in massadichtheid.

Afgieten: een vaste stof scheiden van een vloeistof

Decanteren, een term die men gebruikt in de horeca, is het overschenken van wijn in een glazen karaf. Dit wordt gedaan om de droesem (het bezinksel) van de wijn te scheiden, of om bij ‘oudere’ wijn lucht bij de wijn te laten komen om een zachtere nasmaak te creëren.

Aangezien er nieuwe vinificatietechnieken zijn en er bovendien veel meer jonge dan oude wijnen gedronken worden, is decanteren tegenwoordig minder gebruikelijk.

Een mengsel van water en zand scheiden, hoe doen we dat?

Nadat er een bezinksel van zand gevormd is op de bodem van het recipiënt, giet men de waterlaag die zich gevormd heeft boven de zandlaag weg.

Deze methode wordt in het laboratorium toegepast als de vaste stof, die in het vat of de beker achterblijft, in datzelfde vat nog andere bewerkingen zou kunnen ondergaan.

Je maakt dagelijks zelf gebruik van diverse scheidingstechnieken. Zo is het kookwater van gekookte aardappelen afgieten ook decanteren. In tegenstelling tot het decanteren van wijn, houden we hier het residu (aardappelen) over in plaats van de vloeistof.

Decanteren kan ook toegepast worden bij suspensies. Denk bijvoorbeeld maar aan een lekkere, verfrissende smoothie. Een smoothie is heterogeen en zal na verloop van tijd ontmengen. Hierbij zullen de zwaardere deeltjes naar de bodem zinken.

Daarom dat men altijd roert in een smoothie alvorens die opgedronken wordt.

Scheitrechter

Wanneer men een mengsel van twee niet-mengbare vloeistoffen heeft, wordt er meestal gebruik gemaakt van een scheitrechter om deze vloeistoffen van elkaar te scheiden.

Als we olie en water willen mengen, lukt dat niet zonder toevoeging van een ‘emulgator’. Zonder deze extra toegevoegde stof treedt er automatisch een ontmenging op. Hierdoor ontstaan er twee vloeistoflagen waarbij de olielaag op de waterlaag gaat drijven.

Tussen deze twee vloeistoflagen ontstaat er een ‘scheidingslaag’. Dit maakt het mogelijk om beide bestandsdelen van het mengsel te scheiden met behulp van een scheitrechter.

Een heterogeen (spontaan ontmengbaar) mengsel scheiden, doen we met behulp van een scheitrechter. Dit is een glazen recipiënt voorzien van een kraantje aan de onderzijde zodat er vloeistof kan uitlopen.

4.1.4 Centrifugeren

Een centrifuge is een separator, een apparaat voor het scheiden van heterogene mengsels. De zwaardere deeltjes bewegen naar buiten ten gevolge van een draaiende beweging. Ze komen op de bodem van de proefbuis terecht. Hoe dat gebeurt, is leerstof voor het 6de jaar. Ze komen op de bodem van de proefbuis terecht.

Centrifugeren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in massadichtheid.

WIST-JE-DAT

centrifugale kracht

centripetale kracht snelheid

Een centrifuge, een foutieve benaming omdat men foutief veronderstelt dat bij een cirkelvormige beweging deeltjes naar buiten worden gestuwd door een centrifugale kracht. De eigenlijke fysische verklaring gebeurt met de werking van een centripetale kracht, maar dat is leerstof voor het 6de jaar. In het laboratorium wordt het mengsel in de proefbuis onderworpen aan een centripetale kracht en omdat de deeltjes te weinig reactiekracht ondervinden van de omringende vloeistof, komen ze terecht tegen de wand van de centrifuge.

Centrifuges komen ook voor in het dagelijks leven. De afbeelding toont bijvoorbeeld een slacentrifuge, ook wel slazwierder genoemd. Hiermee kan je een verse krop sla ‘droogzwieren’ door de sla tegen hoge snelheid rond te draaien. Door de ronddraaiende beweging in de droogzwierder komt de inhoud terecht tegen de geperforeerde zijwand. De vloeistof in het mengsel verlaat de centrifuge door de gaten in de wand, terwijl de vaste bestandsdelen door de zeef worden vastgehouden.

Op een wasmachine kan je ook een droogzwierprogramma terugvinden. In laboratoria scheidt men suspensies met behulp van een centrifuge.

Op deze wijze is het mogelijk om bloedplasma van bloedcellen en bloedplaatjes te scheiden, of neergeslagen eiwitten in een oplossing snel te laten bezinken.

plasma (55%)

witte bloedcellen & plaatjes (4%)

rode bloedcellen (41%)

WIST-JE-DAT

In de zuivelindustrie en voedingsmiddelenindustrie worden centrifuges ook op grote schaal toegepast om mengsels te scheiden. Bijvoorbeeld voor het ontvetten van melk.

Er bestaan zeer grote centrifuges voor personen. Straaljagerpiloten en astronauten maken er gebruik van om te oefenen op de G-krachten. Benieuwd hoe dit werkt? Scan dan de QR-code.

Een dergelijke centrifuge treft men ook weleens op de kermis aan. Het gaat dan om een draaiende ton waarin mensen tegen de wand blijven hangen.

Decanteren, filtreren, zeven, werken met een scheitrechter en centrifugeren zijn scheidingstechnieken die worden toegepast bij heterogene mengsels op basis van korrelgrootte, massadichtheid en het niet-mengbaar zijn van componenten.

4.2 Scheiden van homogene mengsels

4.2.1 Destilleren

Destillatie is een techniek om door middel van verdamping twee of meer stoffen in een oplossing te scheiden, gebaseerd op het verschil in kookpunt van de bestanddelen van het mengsel.

Een voorwaarde om mengsels van twee of meer vloeistoffen te kunnen scheiden door te destilleren, zijn de vrij uiteenliggende kookpunten.

Als dat niet zo is, is de vloeistof die opgevangen wordt een mengsel. De gecondenseerde zuivere stof noemen we het destillaat. Het woordenboek kent zowel de schrijfwijze ‘destilleren’ als ‘distilleren’.

Destilleren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in kookpunten.

De afbeelding toont het proces van gefractioneerde destillatie. Hierbij wordt een mengsel van ruwe aardolie (petroleum) gescheiden of ontmengd in verschillende ‘fracties’.

lpg

ruwe aardolie oven

destillatietoren

benzine

parafine diesel

kerosine

stookolie

smeerolie

asfalt, teer

De aardoliebestanddelen met een laag kookpunt zullen bovenaan in de fractioneerkolom condenseren en daar opgevangen worden (lpg – benzine – kerosine).

De aardoliebestanddelen met een hoog kookpunt zullen onderaan opgevangen worden (stookolie - smeerolie).

Het residu (afval) van dit destillatieproces is asfalt en teer en wordt onderaan afgevoerd.

Gedestilleerd water is nog zuiverder water dan gedemineraliseerd water? Door het water nog eens extra te destilleren, worden er nog meer onzuivere deeltjes en mineralen verwijderd dankzij verdamping. Dit verhoogt opnieuw de graad van zuiverheid.

Het woord gedestilleerd water of beter bekend als strijkwater klinkt je ouders vast bekend in de oren. Sommigen gebruiken gedestilleerd water om ermee te strijken. Het produceert namelijk kalkvrije stoom, wat beter is voor de kleren en het strijkijzer. Heb je geen strijkwater? Dan kan je gebruik maken van het water dat een condens droogkast opvangt.

WIST-JE-DAT

4.2.2 Uitdampen of uitkristallisatie

Voor deze scheidingstechniek gebruikt men twee verschillende woorden om hetzelfde proces aan te duiden. Zowel bij ‘uitkristallisatie’ als bij ‘uitdampen’ houdt men als eindresultaat de vaste stof over. Ondanks dat beide woorden verwijzen naar eenzelfde scheidingstechniek, is er toch een verschil:

Uitdampen: de vloeistof verdampt volledig zodat alleen de vaste stof overblijft.

Uitkristallisatie: de vloeistof verdampt volledig en de vaste stof blijft in de vorm van kristallen achter.

Kristalliseren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op het verdampen van het oplosmiddel.

Bij kristalliseren blijft het oplosmiddel niet behouden. Bij destilleren, waarbij we ook werken met een homogene oplossing van een vaste stof en vloeistof, is dit wel het geval.

Voorbeeld:

Bij zoutwater verdampt het oplosmiddel water, de opgeloste stof zout blijft over.

Een voorbeeld uit de Middellandse zeegebieden is zoutwinning.

Hierbij wordt het zout uit het zeewater gescheiden door invloed van de zon en wind. Nadat het water verdampt is, blijven er grote hoeveelheden zout over in de zogenaamde zoutpannen.

Na een maandenlange kristallisatie vormt er zich een dikke laag van een tiental centimeter op de bodem van deze zoutpannen. Ook wel de zoutkoek genoemd. Na de oogst wordt het zout gezeefd, gewassen en gedroogd als voorbereiding op de verkoop.

Een van de bekendste zoutvlaktes kan je terugvinden nabij het Zuid-Franse Aigues-Mortes.

Het stadje staat niet enkel bekend om zijn 8000 hectare aan zoutvlaktes, maar ook de roze kleur ervan. Deze is te danken aan de alg ‘Dunaliella salina’. Het is het favoriete eten van pekelkreeftjes, die op hun beurt weer opgegeten worden door flamingo’s. Als gevolg hiervan verkrijgen de witgrijze babyflamingo’s stap voor stap hun bekende roze kleur. Is de zoutconcentratie te hoog? Dan verdwijnen de pekelkreeftjes en kleurt de alg het zout roze.

Bij kalkaanslag verdampt het water en blijft de vaste stof kalk, die aanwezig is in het water, achter.

WIST-JE-DAT

4.2.3 Extractie

WIST-JE-DAT

In 1853 maakte George Crum, een kok van het wereldberoemde Moon’s Lake House Hotel in Saratoga Springs (Amerika), de allereerste ‘chips’.

Al was het allemaal nogal toevallig … Een klant was erg ontevreden over de dikte van de gebakken aardappelschijfjes op z’n bord. Nadat het werd teruggestuurd naar de keuken, besloot een geërgerde Crum om de aardappelschijfjes heel erg dun te snijden. Zo dun dat ze niet met een vork te eten waren. Tot zijn verbazing viel deze creatie in de smaak bij de klant. En voilà, de ‘potato chips’ groeide vanaf dat moment wereldwijd uit tot een iconische lekkernij.

Benieuwd hoe chips gemaakt wordt? Kom er meer over te weten in het filmpje.

Helaas is deze snack niet al te gezond. Het bevat onder andere veel vetten. Door middel van een extractie is het bijvoorbeeld mogelijk om het vetgehalte uit chips te bepalen.

Extraheren is een scheidingstechniek die gebaseerd is op een verschil in oplosbaarheid.

WIST-JE-DAT

Het zetten van thee heeft een identieke werking. De geur- en smaakstoffen lossen op in het warme water, terwijl de theekorrels behouden blijven.

Deze scheidingstechniek wordt ook vaak toegepast in de parfumindustrie. Hierbij extraheren ze de geur van de bloemen om toe te voegen aan het parfum.

Destilleren, uitdampen en extraheren zijn scheidingstechnieken die worden toegepast bij homogene mengsels op basis van verschil in kookpunt, het verdampen van het oplosmiddel of verschil in oplosbaarheid.

Je hebt nu alle scheidingstechnieken gezien.

Welke scheidingstechnieken zijn van toepassing bij het maken van koffie?

ISAAC-moment

Scheidingsschema

In dit hoofdstuk maakte je kennis met enkele belangrijke scheidingstechnieken. Hierbij konden we steeds het mengsel scheiden in zuivere stoffen door één techniek toe te passen. Soms komen er ook meer complexe mengsels voor waarbij je meerdere scheidingstechnieken na elkaar moet gebruiken.

Om het verloop van zo’n proces overzichtelijk weer te geven, maken we gebruik van een scheidingsschema

Voorbeeld: het scheiden van zand uit zeewater.

mengsel van zand en zoutwater

filtreren

zand

filtraat residu

zoutwater kristaliseren

zout

Stel zelf een scheidingsschema voor het onderstaande mengsel op. Mengsel van water, azijn, zand en suiker.

waterdamp

oplosmiddel

5 Verder oefenen

Zuivere stoffen en mengsels

Leg de betekenis van het symbool uit. Wat is het belang en werking hiervan? 1 2

Wat is het verschil tussen een zuivere stof en mengsel?

Wat is een zuivere stof?

aluminium chocolade tabak make-up

Stofeigenschappen

In de tabel zijn enkele eigenschappen opgesomd. Is de gegeven eigenschap een stof – of voorwerpeigenschap? Markeer het correcte antwoord.

VORM stofeigenschap voorwerpeigenschap

VLOEISTOF stofeigenschap voorwerpeigenschap

GROOTTE stofeigenschap voorwerpeigenschap

25 CL stofeigenschap voorwerpeigenschap

ROESTKLEUR stofeigenschap voorwerpeigenschap

100 G stofeigenschap voorwerpeigenschap

HARDHEID stofeigenschap voorwerpeigenschap

HET KOOKPUNT VAN ALCOHOL IS 78°C. stofeigenschap voorwerpeigenschap

Wat is het belang van metingen binnen de chemie?

a

Vul de faseovergangen verder aan.

Welk voorwerp wordt afgebeeld? Hoe kun je het voorwerp herkennen?

Maak een onderscheidt tussen de voorwerpeigenschappen en de stofeigenschappen.

Soorten mengsels

8

Stofeigenschappen:

Voorwerpeigenschappen:

Wat is het verschil tussen een heterogeen mengsel en homogeen mengsel?

Noteer hieronder de aggregatietoestanden die horen bij de cijfers in het schema.

10 11

Leg de begrippen uit.

emulsie

suspensie

colloïdaal mensgel

Wat verstaat men onder zuiver water?

Wat stellen de deeltjesmodellen voor? Kruis de juiste uitspraak aan.

Vorming van een oplossing.

Vorming van een suspensie.

Vorming van een zuivere stof.

Vorming van een heterogeen mengsel

Scheiden van een heterogeen mengsel.

Scheiden van een homogeen mengsel. 9

De deeltjesmodellen stellen zuivere stoffen of mengsels voor. Noteer achter iedere uitspraak het bijhorende nummer van het deeltjesmodel.

2 3

Welk deeltjesmodel stelt een emulsie voor?

Welk deeltjesmodel stelt een zuivere stof voor?

Welk deeltjesmodel stelt een legering voor?

Welk deeltjesmodel geeft de samenstelling van goud weer?

Welk deeltjesmodel geeft het resultaat van het oplossen van suiker in water weer?

Markeer de homogene mengsels en omcirkel de heterogene mengsels.

sangria metalen kookpot badschuim appelsap goud bruiswater modder lucht fruitsap met pulp slagroom Welke

Klein, groter, grootst!

Het bellen blazen is voor jou misschien wel pure nostalgie.

Wat is het geheim achter dit leuk effect?

1 Maak eerst een sopje van afwasmiddel en lauw water (verhouding 1:8).

2 Voeg er daarna een vijftal eetlepels glycerine aan toe om stevige zeepbellen te creëren.

3 Goed mengen, en voilà, blazen maar!

Wat voor mengsel zijn deze reuze zeepbellen?

Omcirkel de indringer in iedere verzameling. Verklaar je antwoord!

zoutwater – suikerwater – vinaigrette – wijn

aggregatietoestand – volume – glans – massadichtheid

zilver – stikstofgas – brons – suiker

wijn – smoothie – mineraalwater – koffie

gedestilleerd water – beekwater – kraanwater – suikerwater

1 Welke uitspraak is juist?

Een bronzen beeld is een heterogeen mengsel. Inkt is een homogeen mengsel. Diamant is een mengsel. Lucht is een homogeen mengsel.

2 Welk mengsel is homogeen?

nacho’s bouillonsoep olijfolie cola

3 Welke uitspraak is juist?

Heliumgas is een mengsel. Waterverf is een suspensie. Cola is een emulsie.

Een verzameling goudschilfers is een zuiver stof.

Is de stof een zuivere stof of mengsel? Kruis ook steeds het type mengsel aan, indien mogelijk.

STOF

diamant zout appelsap schelpenstrand inkt

ijzeren balk

Scheidingstechnieken

Op welke stofeigenschap zijn de scheidingstechnieken gebaseerd? Verbind!

verschil in kookpunt

verschil in deeltjesgrootte

verschil in massadichtheid

groot verschil in korrelgrootte

verdampen van oplosmiddel

destilleren

filtreren

decanteren

centrifugeren

uitdampen

zeven

Vul de begrippen aan in het schema. Mengsel, zuivere stof, homogeen mengsel, heterogeen mengsel, zeven, filtreren, centrifugeren, decanteren, destilleren, extraheren, uitdampen/uitkristallisatie.

materie

ja Zijn er meerdere soorten moleculen aanwezig?

nee

Zijn de stoffen afzonderlijk herkenbaar met het blote oog?

scheidingstechnieken = fysisch verschijnsel ja nee

Stofeigenschap: verschil in deeltjesgrootte.

Stofeigenschap: verschil in massadichtheid.

Stofeigenschap: verschil in massadichtheid.

Stofeigenschap: groot verschil in korrelgrootte.

Stofeigenschap: verschil in kookpunt, zowel het oplosmiddel als de opgeloste stof blijven behouden.

Stofeigenschap: het verdampen van het oplosmiddel, het oplosmiddel blijft niet behouden.

Stofeigenschap: verschil in oplosbaarheid.

Leg de begrippen uit. uitdampen

filtraat

destilleren

Welke uitspraak is fout?

De scheidingstechniek decanteren steunt op een verschil in massadichtheid.

De scheidingstechniek filtreren steunt op een verschil in deeltjesgrootte.

De scheidingstechniek destilleren steunt op een verschil in massadichtheid.

De scheidingstechniek centrifugeren steunt op een verschil in massadichtheid.

De scheidingstechnieken destilleren en kristalliseren steunen beiden op een stofeigenschap.

Welke?

Destilleren:

Kristalliseren:

Verklaar waarom je twee verschillende uitkomsten bekomt.

Benoem de onderdelen van de destillatieopstelling

Omcirkel de indringer. Verklaar je antwoord.

koffie – water + zand – thee – zoutwater

Stel een scheidingsschema op voor het gegeven mengsel. Zorg voor een logische volgorde zodat alle bestandsdelen behouden blijven.

Markeer de scheidingstechnieken tussen de pijlen in het groen Noteer achter iedere scheidingstechniek de stofeigenschap waarop deze techniek gebaseerd is.

Omcirkel met rood de oorspronkelijke, gescheiden componenten.

Mengsel van water, olie en goudschilfers.

Welke scheidingstechniek kan de onderstaande mengsels in zuivere bestandsdelen scheiden?

Ontzilten van zeewater:

Pulp uit appelsiensap halen:

Olie en azijn:

Bier (mengsel van alcohol en water):

Stel een scheidingsschema op voor het gegeven mengsel. Zorg voor een logische volgorde zodat alle bestandsdelen behouden blijven.

Markeer de scheidingstechnieken tussen de pijlen in het groen.

Noteer achter iedere scheidingstechniek de stofeigenschap waarop deze techniek gebaseerd is.

Omcirkel met rood de oorspronkelijke, gescheiden componenten.

Mengsel van grind, suiker, water en benzine.

Mengsel van 29

Noor nodigt haar vriendinnen uit voor een gezellige sleepover. Ze starten de avond met een romantische film. Hierbij zijn natuurlijk lekkere versnaperingen voorzien, inclusief een aperitiefje.

Het aperitiefje bestaat uit Red Berry Strongbow (alcohol + water), afgewerkt met aardbeien. Om het zoeter te maken, voegt Noor er een beetje suiker aan toe.

Maak een logisch scheidingsschema om de verschillende componenten van het aperitief van elkaar te scheiden.

Creëer zelf een mengsel bestaande uit minstens drie componenten.

Kies hiervoor uit de voorziene stoffen en materialen.

Noteer de materialen en de stoffen die jij gebruikt hebt in de tabel.

Maak van iedere stap foto’s als bewijsmateriaal.

Stel een bijhorend scheidingsschema op. MATERIAAL

Chemistry party @ school

Proficiat, chemicus in spé! Je hebt het eerste thema met glans voltooid. Dat verdient een gezellige bubbelparty.

VOORBEREIDING

BENODIGDHEDEN

Doorzichtige plastic fles (zonder dop)

Bekerglas

Zonnebloemolie

Water

Kleurstof

Bruistablet

Zaklamp

WERKWIJZE

1 Vul een bekerglas met water en voeg er enkele druppels vloeistof aan toe.

2 Vul de plastic fles voor ongeveer 2/3 met zonnebloemolie.

3 Voeg het gekleurde water toe aan de zonnebloemolie.

4 Breek twee bruistabletten doormidden en voeg dit toe aan het mengsel.

5 Neem een zaklamp en schijn aan de onderkant van de fles. Zo creëer je nog meer effect.

Wat voor soort mengsel heb je gecreëerd?

Welke scheidingstechnieken kan je gebruiken om het mengsel terug te scheiden?

Welke stofeigenschap verklaart het bubbeleffect?

STUDIEWIJZER

ik kan het!

Ik kan de wetenschappelijk methode toepassen om een mengsel te scheiden in zuivere stoffen met behulp van meetinstrumenten

Ik kan het verschil uitleggen tussen een zuivere stof en een mengsel. 6

Ik kan de temperatuursverandering als kenmerk voor een zuivere stof of mengsel omschrijven.

Ik kan een voorwerp omschrijven met behulp van de voorwerp- en stofeigenschappen.

Ik kan het verschil benoemen tussen direct waarneembare stofeigenschappen en meetbare stofeigenschappen

Ik kan het verschil uitleggen tussen een homogeen en een heterogeen mengsel.

Ik kan de soorten mengsels herkennen en benoemen.

Ik kan zuivere stoffen en mengsels van elkaar scheiden.

Ik kan verschillende scheidingstechnieken toepassen op basis van stofeigenschappen

8

11

paginanummer

12-13

15-17

18-19

20

20-27

Ik kan voorbeelden uit het dagelijks leven linken aan een scheidingstechniek. 20-27

Ik kan een scheidingsschema opstellen.

28-29

Colofon

Auteurs Ann Gilis – Noortje Duysters

Eerste druk 2024

SO 2024/0037

Bestelnummer 65 900 0910 (module 1 van 6)

ISBN 978 90 4865 005 7

KB D/2024/0147/246

NUR 126

Thema YPMP3

Verantwoordelijke uitgever die Keure, Kleine Pathoekeweg 3, 8000 Brugge

RPR 0405 108 325 - © die Keure, Brugge

Die Keure wil het milieu beschermen. Daarom kiezen wij bewust voor papier dat het keurmerk van de Forest Stewardship Council® (FSC®) draagt. Dit product is gemaakt van materiaal afkomstig uit goed beheerde, FSC®-gecertificeerde bossen en andere gecontroleerde bronnen.