Leerdoelen
A.
- Je kan uitleggen wat het verschil is tussen atomen en moleculen.
- Je kan een aantal stofeigenschappen opnoemen.
- Je kan de verschillende fasen van een stof benoemen.
- Je kunt de kenmerken van een zuivere stof benoemen.
- Je kunt de verschillende soorten mengsels benoemen.
B.
1. Mengsels scheiden
- Je weet wat we bedoelen met een scheidingsmethode.
- Je kan uitleggen waarom verschillende mengsels verschillende scheidingsmethoden nodig hebben.
2. Bezinken en centrifugeren
- Je kunt een suspensie en een oplossing van elkaar onderscheiden.
- Je kunt beschrijven hoe de scheidingsmethode bezinken werkt en voor welk soort mengsels deze geschikt is.
- Je weet hoe je bezinken kan versnellen en hoe dat heet.
3. Filtreren en rendement
- Je kunt beschrijven hoe de scheidingsmethode filtreren werkt en voor welk soort mengsels dit geschikt is.
- Je kan berekenen wat het rendement is van een scheidingsmethode.
4. Indampen
- Je kunt beschrijven hoe de scheidingsmethode indampen werkt en voor welk soort mengsels deze geschikt is.
- Je kunt beschrijven hoe de scheidingsmethode destilleren werkt en voor welk soort mengsels deze geschikt is.
5. Chromatografie
- Je kunt beschrijven hoe de scheidingsmethode chromatografie werkt en voor welk soort mengsels deze geschikt is.
A. Scheikunde: de basis
1. Wat is scheikunde?
In het eerste thema hebben wij het gehad over materie, daar gaan wij nu verder op in. Materie zijn alle waarneembare stoffen die massa en ruimte innemen. Scheikunde gaat over de eigenschappen van stoffen en het gedrag van stoffen. Als je stoffen bij elkaar doet, kan er bijvoorbeeld een scheikundige reactie optreden, waarbij de samenstelling van de materie verandert. Als je azijn en bakpoeder met elkaar mengt, gaat het schuimen: er is een gas ontstaan. De samenstelling van het azijn en het bakpoeder zijn veranderd.
Wil je dit proefje uitproberen? Kijk hier hoe je dat kunt doen!
Scheikunde gaat dus over stoffen. Dat is belangrijk, omdat stoffen overal om ons heen zijn. Wij bestaan zelf ook uit stoffen! Wij gebruiken stoffen om in leven te blijven, maar ook om ons leven makkelijker te maken. Denk maar aan lekker eten, de stoel waar je op zit en de ipad die je gebruikt. Dat alles heb je te danken aan de scheikunde.
https://www.youtube.com/watch?v=uBq3f5nRr5U
Alle stoffen zijn opgebouwd uit hele kleine bouwstenen. Deze bouwstenen noemen wij in de scheikunde moleculen. Iedere stof heeft zijn eigen soort moleculen en aan die moleculen kunnen wij de verschillende stoffen herkennen. Suiker bestaat uit andere moleculen dan water
De moleculen zijn weer opgebouwd uit atomen. Er zijn maar een beperkt aantal atomen. Op aarde komen 118 verschillende atoomsoorten, ook wel elementen genoemd, voor. Deze elementen zijn weergegeven in het periodiek systeem. De combinaties van atoomsoorten zijn er ontzettend veel. Je kunt dus heel veel soorten moleculen en dus heel veel verschillende stoffen maken.
2. Het herkennen van stoffen
Om stoffen te kunnen gebruiken, is het belangrijk dat je weet met welke stof je te maken hebt. Je kan een stof herkennen aan zijn stofeigenschappen. Wanneer er 1 of meer stofeigenschappen verschillen, heb je te maken met verschillende stoffen.
Een voorbeeld: Roestvrij staal (in het engels ‘stainless steel’) en aluminium zijn beide glanzende, zilverkleurige metalen. Er zijn ook eigenschappen die anders zijn. Zo roest aluminium minder snel dan staal en is het een stuk lichter. Belangrijke eigenschappen als je een materiaal gaat kiezen om iets van te maken!
Sommige stofeigenschappen kun je weergeven met een getal. Denk aan het kookpunt. Water kookt bij 100 graden celcius. Het kookpunt is een voorbeeld van een stofeigenschap.
Hier wat voorbeelden
-
kleur: goud heeft een eigen kleur.
-
geur: benzine kun je ruiken.
-
smaak: suiker heeft een zoete smaak.
-
brandbaarheid: aardgas is brandbaar, water niet.
-
giftigheid: koolmonoxide is een giftig gas.
-
dichtheid: de dichtheid van water is 1 kg/dm³
-
kookpunt: het kookpunt van alcohol is 78°C
-
smeltpunt: het smeltpunt van alcohol is -114 °C
-
oplosbaarheid in water: keukenzout is goed oplosbaar in water.
-
geleidbaarheid van stroom: koper geleidt de stroom goed.
3. Fases van stoffen
Bij koken gaat een stof van vloeistof naar een gas. De stof zelf verandert niet, maar de fase van de stof wel. Een stof kan vast zijn (bijvoorbeeld ijs), vloeibaar (water) of een gas (waterdamp). Maar, zowel ijs, water en waterdamp bestaan uit watermoleculen. Het is dus allemaal dezelfde stof. De fase van een stof is dus geen stofeigenschap: alle stoffen kunnen in alle fasen voorkomen. De fase van een stof bij een bepaalde temperatuur is wel een stofeigenschap. Iedere stof gaat namelijk bij een bepaalde temperatuur over in een andere fase. Water gaat bij 100 graden celcius over van vloeibaar naar gas, terwijl aluminium pas bij 2470 graden celcius (!) overgaat van vloeibaar naar gas.
Wanneer een stof van vast naar vloeibaar gaat noemen we dat smelten (denk aan je ijsje op een warme zomerdag). Als een stof van vloeibaar naar gas gaat, dan kookt de stof en verdampt deze (denk aan het verdampen van water).
4. Zuivere stoffen en mengsels
Als we een stof hebben die maar uit een soort moleculen bestaat, dan noemen wij dit in de scheikunde een zuivere stof. Bij een mengsel zijn er minimaal 2 molecuul soorten aanwezig. Denk hierbij bijvoorbeeld aan je kopje thee of limonade in de koelkast. In deze vloeistoffen zijn water, maar ook andere stoffen aanwezig.
Er zijn verschillende soorten mengsels:
Een oplossing is een mengsel van een vaste stof, vloeistof of gas in vloeistof. Bij het mengsel kan je niet meer herkennen welke stof vast, vloeibaar of gas was. Het is een helder mengsel, je kunt er makkelijk doorheen kijken, maar kan wel alle kleuren hebben. Denk hierbij bijvoorbeeld aan suikerwater of limonade.
De tweede soort mengsel is een suspensie. Hierbij zit een vaste stof in een vloeistof, maar kan die vaste stof niet oplossen. Je kunt de vaste stof nog zien zitten als dit grote deeltjes zijn en als je lang genoeg wacht, zakken die deeltjes naar beneden. Bijvoorbeeld vruchtvlees in sinaasappelsap. Het kan ook zijn dat de deeltjes vaste stof zo klein zijn dat je ze niet kunt zien. Je kan een suspensie dan herkennen omdat de vloeistof troebel is: Je kunt er niet doorheen kijken.
Een emulsie is een mengsel van twee niet in elkaar oplosbare vloeistoffen worden gemengd. Denk hierbij bijvoorbeeld aan water en olie. Als je die bij elkaar voegt zullen ze niet mengen en blijf je twee lagen zien. Pas wanneer je een emulgator toevoegt, een stofje dat wel met beide stoffen kan mengen, krijg je een geheel Een emulgator om water en olie met elkaar te mengen is lechithine, een stofje dat in ei zit. Door ei, olie en water te mengen maak je mayonaise!
Schuim: hierbij is er een mengsel van gas en een vloeibare stof. Het gas is hierbij verdeelt door de vloeibare stof. Denk hierbij bijvoorbeeld aan cola.
Het tegenovergestelde mengsel van schuim is nevel. Dit is ook een mengsel van gas en een vloeibare stof. Hierbij is de vloeibare stof fijnverdeeld door het gas. Het bekendste voorbeeld hiervan is mist.
Het laatste voorbeeld van een mengsel van gas is rook. Hierbij is een vaste stof gemengd met gas. Een voorbeeld hiervan is de rook die je ziet bij verbranding.
Het allerlaatste mengsel is een mengsel van metalen, dit noem je legering.
Wil je de uitleg over soorten mengsels nog eens bekijken? Klik dan hier voor een uitlegvideo op Youtube.
B. Scheidingsmethoden
1. Mengsels scheiden
In onderdeel A heb je geleerd welke soorten mengsels er zijn. Soms ontstaat er een mengsel die je eigenlijk helemaal niet wilt hebben. Regenwater is bijvoorbeeld heel nuttig, maar niet als het op de grond vermengt raakt met modder of als er uitlaatgassen in zijn opgelost. Hoe krijg je de ongewenste stoffen uit je mengsel? Hoe zorg je ervoor dat je alleen de moleculen hebt die je wilt hebben?
Om mengsels te scheiden, hebben we scheidingsmethodes bedacht. Dat zijn allerlei 'proefjes' die je kan gebruiken om verschillende mengsels te scheiden. Elk soort mengsel heeft zijn eigen scheidingsmethode. Als je bijvoorbeeld bepaalde schelpjes uit een zandmengsel wilt halen, doe je dat op een andere manier dan wanneer je al het water uit je chocomel wilt halen.
Dit thema gaan we elke week een nieuwe scheidingsmethode behandelen.
2. Bezinken en Centrifugeren
Vorige les hebben wij het gehad over de verschillende soorten mengsels en hoe deze te herkennen. Ken je de beschrijvingen nog van een oplossing en een suspensie?
Oplossing: Een helder mengsel van 2 of meer stoffen die goed met elkaar mengen. Een oplossing is altijd helder en soms gekleurd.
Suspensie: Een mengsel van een vaste stof in een vloeistof die niet (goed) met elkaar kunnen mengen. Een suspensie is altijd troebel en gekleurd.
Emulsie: Een mengsel van twee stoffen die niet in elkaar oplossen.
Schuim: Een mengsel van een gas in een vloeibare stof.
Nevel: Een mengsel van vloeibare stof in een gas.
Rook: Een mengsel van een vaste stof in een gas.
Bezinken
Bezinken is een scheidingsmethode die we gebruiken bij suspensies. Bezinken is een van de makkelijkste scheidingsmethoden die wij kennen in de scheikunde. Bij bezinken laat je namelijk gewoon het mengsel staan en wacht je tot de vaste stof naar de bodem is gezakt. Als je het mengsel hebt laten bezinken kan je daarna de vloeistof afschenken en heb je de vaste stof van de vloeistof gescheiden. Bezinken gebeurd soms ook zonder dat je het wilt, daarom moet je bijvoorbeeld je sap en je chocolademelk goed schudden voor je het gaat inschenken!
Centrifugeren
Soms heb je niet de tijd om alles rustig te laten bezinken. Daarvoor hebben we de centrifuge uitgevonden. Een centrifuge is een apparaat dat heel snel ronddraait. Door de kracht die daardoor ontstaat, worden alle grote/vaste deeltjes naar "buiten" geduwd. Op die manier kan je in een paar seconden de vaste deeltjes van de vloeibare deeltjes scheiden. Als je apparaat groot genoeg is, kan het ook de vloeibare deeltjes van een grote vaste stof scheiden. Bijvoorbeeld in je wasmachine! Je kleding wordt daar heel hard in gedraaid aan het einde en op die manier wordt al het water uit je kleding "gedrukt".
Thuis doen: wil je een keer een centrifuge nadoen? Maak een doekje nat met water en zwaai het heel hard boven je hoofd rond. Kijk hoeveel water je eruit kan draaien. Tip: doe dit buiten!!
3. Filtreren en Rendement
Filtreren
Filtreren ken je in het dagelijks leven vaak als zeven. Filtreren gebruik je, net als bezinken, voor suspensies. Je laat namelijk het
mengsel door een filter lopen en scheid op deze manier ook de vaste stof van een vloeistof. In de scheikunde lessen maken we hiervoor gebruik van filtreerpapier wat met verschillende porie (gaatjes) groottes te krijgen is. Op deze manier kan je een filtreerpapier kiezen waarin zelfs hele kleine deeltjes kunnen blijven hangen. Dit is heel belangrijk, omdat je niet wilt dat de deeltjes zomaar door je filter heen gaan!
De vloeistof die door het filter loopt noem je het filtraat en de stof die in het filter achterblijft heet het residu.
Een filter vouwen doen we op de volgende manier:
In je huis kan je waarschijnlijk verschillende soorten filters vinden! Zoek bijvoorbeeld naar: een koffiefilter, een vergiet, een zeef, de filter van je droger. Vergelijk de verschillende filters, zijn de gaatjes allemaal even groot?
Rendement
We hebben nu 3 scheidingsmethoden genoemd. We hadden in de intro van dit hoofdstuk ook genoemd dat er soms nuttige stoffen zijn die je wilt hebben uit een mengsel. Niet elke scheidingsmethode kan alle stoffen 100% scheiden. Je hebt dus een deel verlies. Hoe komt dat?
Stel je wilt suiker uit je vruchtensap halen en je gebruikt daar verschillende scheidingsmethoden voor. Op de verpakking van je sap staat dat er 20 gram suiker in zit.
Je gaat eerst de pulp scheiden met een filter en je filtraat ga je daarna zoveel mogelijk indampen. Je weegt de suiker die achterblijft na het indampen. Het is maar 17 gram?! Hoe kan dat?
Waarschijnlijk zit er nog een beetje suiker in de pulp die je bij de eerste methode hebt verwijderd. Dat kan, omdat de suiker misschien is opgelost in het water dat in de pulp zit. Je kan heel veel moeite doen om elke korrel suiker terug te winnen, maar dat doen we eigenlijk nooit. Het rendement (andere naam voor opbreng of winst) is dus nooit 100%.
Er is dus een theoretische opbrengst en een praktische opbrengst. En daar maken we een mooi sommetje van:
Rendement = praktische opbrengst/theoretische opbrengst x 100%.
In ons suikervoorbeeld wordt het dan 17 gram/20 gram x 100% = 85%
Het rendement is dus 85%. Oftewel: na het scheiden blijft er eigenlijk maar 85 procent suiker over.
4. Indampen
Indampen
Indampen pas je toe op het moment dat je een vaste stof terug wilt winnen uit een mengsel en je de vloeistof daar niet ook bij terug wilt winnen. Bijvoorbeeld: Je wilt het zout uit het zeewater halen. Daarbij maakt het niet uit als het water "kwijt" raakt.
Je laat het mengsel bij indampen gewoon koken. Je verwarmt het mengsel net zo lang tot er alleen nog vaste stof over is en al de vloeistof verdwenen is. Je kan dit zelfs doen zonder een vlam. Als we kleding willen drogen, hangen we het op en het water verdampt beetje bij beetje uit de kleding tot er droge stof over blijft :).
Destilleren
Destilleren pas je toe op het moment dat je te maken hebt met een mengsel van 
verschillende vloeistoffen. Destilleren werkt op basis van een verschil in kookpunten. Deze moet voor een goede destillatie minstens 10 graden verschillen, omdat de verschillende moleculen dan niet op hetzelfde moment gaan verdampen. Bij een destilatie komen veel onderdelen kijken. Je hebt een brander nodig, een kolf en een thermometer. Met de thermometer kan je ervoor zorgen dat je precies op het goede kookpunt zit.
Stel je wilt het water uit je kopje koffie halen. Dan moet het water precies 100 graden zijn, want bij 100 graden kookt alleen water. Het water verdampt en stijgt omhoog. Daarna gaat het langs een koeler, die ervoor zorgt dat het water weer condenseert. Het gecondenseerde water druppelt verderop dan weer in een lege erlenmeyer of bekerglas.
Ook hier heb je weer te maken met het rendement. Als je bijvoorbeeld water uit je kopje water wilt halen, dan ga je nooit 100% van alle watermoleculen eruit kunnen halen. Sommige druppels vallen al eerder terug, of blijven hangen in het residu.
Bij het indampen kan het ook zo zijn dat er tóch zoutmoleculen meereizen met de waterdamp. Dan blijft er dus minder zout achter dan je had gehoopt.
5. Chromatografie
Chromatografie
Chromatografie is een scheidingsmethode die werkt op basis van een verschil in oplosbaarheid en deeltjesgrootte. Chromatografie betekent letterlijke ‘kleuren schrijven’. Bij chromatografie laat je een oplossing door een papier/medium 'lopen'. Het papiertje trekt het water omhoog, maar de deeltjes die opgelost zijn in het water zijn daar soms te groot voor. Daarom blijven sommige deeltjes onderaan het papiertje 'hangen', terwijl andere deeltjes wel mee kunnen naar boven.
Deze techniek gebruiken we bijvoorbeeld ook om DNA te onderzoeken bij moordzaken! We gebruiken dan geen papier, maar een speciale gel.
