Scheikunde is de wetenschap die zich bezighoudt met de samenstelling en opbouw van stoffen, maar waarom heet het dat geen stofkunde. Dat komt het niet alleen belangrijk is om te kijken naar stoffen, maar ook om stoffen te kunnen onderscheiden van elkaar. Daarvoor is het belangrijk om zuivere stoffen te onderzoeken om achter de eigenschappen te komen. Maar hoe kunnen we de zuivere stoffen uit mengsels halen? Dat doen we met de zogeheten scheidingsmethodes. Al deze scheidingsmethodes zijn op gebaseerd op een verschil in stofeigenschappen tussen de stoffen die in het mengsel aanwezig zijn. We lopen de belangrijkste scheidingmethodes even langs.
Bezinken:
De gemakkelijkste scheidingsmethode is bezinken en de naam zegt eigenlijk al wat er gebeurt. Je hebt een mengsel in een bekerglas of reageerbuis en je wacht tot één van de stoffen naar de bodem is gezonken. Dit heeft te maken met het verschil in dichtheid; De stof met de hoogste dichtheid zinkt naar de bodem, denk maar aan een steen in water. Wat voor mengsels kun je dan scheiden met bezinken? Dat zijn dan de mengsels waarin de stoffen een duidelijk verschil in dichtheid bevatten, namelijk suspensies en emulsies. Mocht je heel weinig geduld hebben en het zinken willen versnellen kun je de reageerbuisjes met je mengsel heel snel rond laten draaien, dit heet centrifugeren. Door de snelheid van het ronddraaien ‘zinkt’ de stof met de hoogste dichtheid sneller.
Filtreren:
Filtreren is een scheidingsmethode die je zelf al eens hebt uitgevoerd. Denk bijvoorbeeld aan bezoekjes aan het strand (of de zandbak), waar je met een zeef de steentjes uit het zand kon halen. Een ander voorbeeld is na het koken van pasta, waar je het kokend water met de pasta door een vergiet gooit om de pasta makkelijk te scheiden van het water. Dit alles kun je toepassen om de deeltjes die blijven hangen groter zijn dan de deeltjes die door de zeef of het vergiet gaan. Het gaat hier dus om het verschil in deeltjesgrootte. Bij filtreren werkt het precies zo, alleen zijn de deeltjes natuurlijk vele malen kleiner. Je giet een suspensie door een filter, de vaste stof blijft in het filter hangen omdat de deeltjes te groot zijn voor de gaatjes in de filter. Deze vaste stof noem je dan het residu, een moeilijk woord voor overblijfsel. De deeltjes van de vloeistof zijn wel klein genoeg om door de gaatjes van de filter te passen. De vloeistof vang je dan op in een reageerbuis of bekerglas en noem je het filtraat.
Indampen:
De naam van deze scheidingmethode lijkt veel op de naam van de faseovergang van vloeibaar naar vast: verdampen. Het heeft hier dan ook veel mee te maken. Je scheidt bij indampen namelijk de stoffen door ze te laten verdampen. Je giet een mengsel in een indampschaaltje en gaat dit verwarmen met behulp van een gasbrander. De ene stof zal sneller verdampen dan de andere stof in het mengsel. Dat komt door het verschil in kookpunt. De stof met het laagste kookpunt verdampt als eerst. De stof met het hoogste kookpunt blijft dan over in het indampschaaltje. Deze scheidingsmethode pas je toe bij oplossingen van vaste stoffen in een vloeistof. De vloeistof heeft het laagste kookpunt en zal dus verdampen. De vaste stof heeft een hoger kookpunt en zal dus overblijven in het indampschaaltje.
Destilleren:
Destilleren is ingewikkeld indampen. Hier is een speciale opstelling voor ontworpen, zie de afbeelding hieronder. Het mengsel wordt, net als bij indampen, verwarmd tot een van de stoffen gaat verdampen. Het gaat hierbij weer om het verschil in kookpunt. In plaats van dat de stof zich verspreidt in de ruimte wordt deze opgevangen in de glazen buis. Om deze glazen buis bevindt zich een extra laag waar koelwater doorheen stroomt. Dit koelwater heeft als functie om het gas weer te verkoelen en het zo te laten condenseren. Het gas wordt dus weer vloeibaar, zodat je het aan het eind van de glazenbuis weer op kan vangen. Dat is het grote verschil met indampen, je houdt beide stoffen over in de vloeibare fase. Bij destilleren scheid je dus oplossingen van twee of meer vloeistoffen. De stof die je aan het eind weer opvangt heeft het laagste kookpunt en noem je het destillaat. De stof die overblijft aan het begin heeft het hoogste kookpunt en noem je het residu.
Extraheren:
Extraheren is de scheidingmethode die docenten het vaakst gebruiken. Om koffie te kunnen zetten is extraheren nodig. Je wilt namelijk de kleur, geur en smaakstoffen uit de koffieboon halen en oplossen in heet water. Dit is mogelijk, omdat deze stoffen liever opgelost zitten in water dan in de koffieboon. Voor extraheren is het verschil in oplosbaarheid dus erg belangrijk. Extraheren gaat om het onttrekken van een stof van de ene stof naar een vloeistof waar de stof beter in oplost. Dit noem je het extractiemiddel. Een ander voorbeeld is suiker uit suikerbieten halen. Ook hier gebruik je water als extractiemiddel. De suiker in de suikerbiet zit liever opgelost in het water, dus als je suikerbieten in water legt zal de suiker uit de bieten worden getrokken.
Rendement:
Het is belangrijk om te bepalen of een scheiding goed is gegaan. Hiervoor gebruik je een formule, waar je rekening houdt met de opbrengst. Je berekent dan het rendement van een scheiding. Hiervoor gebruik je de volgende formule:
%
Het rendement is dus een percentage van hoeveel opbrengst je maximaal had kunnen bereiken. De maximum opbrengst is de opbrengst die je in theorie had kunnen hebben, de theoretische opbrengst. De opbrengst die je daadwerkelijk hebt noem je de praktische opbrengst. Als je even terugkijkt naar het laatste voorbeeld over de suikerbieten kan je het rendement van de extractie berekenen. Stel er is in totaal 20 gram suiker in de suikerbiet. Na de scheiding weeg je het aantal suiker dat het heeft opgeleverd en dat blijkt 12 gram te zijn. Je kunt dan het rendement berekenen door de praktische opbrengst (12 gram) te delen door de theoretische opbrengst (20 gram), dus:
%