Hoofdstuk 6
Mengen en scheiden

§1 Mengsels
§2 Concentratie
§3 Stofeigenschappen
§4 Bezinken en filtreren
§5 Indampen en destilleren
§6 Extraheren en adsorptie

§1 Mengsels

In dit hoofdstuk gaan we mengsels bestuderen. In deze paragraaf gaan we het hebben over twee soorten mengsels genaamd oplossingen en suspensies.

Een stof waar we doorheen kunnen kijken noemen we helder. Als we een stof met een vloeistof mengen en het mengsel blijft helder, dan spreken we van een oplossing. Een voorbeeld van een oplossing is zeewater. In zeewater zit zout opgelost, maar toch kunnen we het zout niet zien. Een ander voorbeeld is het oplossen van suiker in thee. Ook hier lijkt het suiker te "verdwijnen" in het water. Oplossingen kunnen wel een kleur hebben. Thee heeft bijvoorbeeld vaak een oranje of bruine kleur.

Hoe komt het dat oplossingen helder zijn? Neem bijvoorbeeld zeewater. Zeewater is helder omdat de zoutdeeltjes zich volledig verspreiden in het water (zie de onderstaande afbeelding). We noemen een dergelijk mengsel een homogeen mengsel. Een zoutdeeltje is een miljoen keer kleiner dan een millimeter en kan dus niet met onze ogen gezien worden. Omdat alle deeltjes los van elkaar door het water bewegen, kunnen we ze dus niet zien.

Ook gassen vormen homogene mengsels. Neem bijvoorbeeld de lucht. De lucht bestaat o.a. uit de gassen stikstof, zuurstof en een beetje koolstofdioxide. Omdat de deeltjes in een gas los van elkaar bewegen, kunnen gassen altijd goed mengen en vormen ze dus altijd homogene mengsels. Elk mengsel van gassen is daarom altijd helder (maar net als bij vloeistoffen kunnen gassen wel een kleur hebben).

Een vloeistof waar we niet doorheen kunnen kijken noemen we troebel. Als we een stof met een vloeistof mengen en het mengsel wordt troebel, dan spreken we van een suspensie. Er ontstaat bijvoorbeeld een suspensie als we krijtstof mengen met water. Een suspensie ontstaat doordat het krijt zich niet perfect mengt met het water. De krijtdeeltjes blijven in kleine klontjes aan elkaar plakken en deze klontjes zweven rond in het water (zie de onderstaande afbeelding). Omdat deze klontjes groot genoeg zijn om met onze ogen te kunnen zien, kunnen we niet door een suspensie heen kijken. We noemen een dergelijk mengsel een heterogeen mengsel.

Naast suspensies bestaan er ook nog andere heterogene mengsels. Een voorbeeld is rook. Rook is een collectie van kleine stukjes vaste stof die in de lucht zweven. Rook is dus geen gas, maar bestaat uit kleine stukjes vaste stof (zie de twee onderstaande afbeeldingen).

(Afbeelding: US Coast Guard; PD / Reinald Kirchner CC BY-SA 2.0)

Een ander voorbeeld van een heterogeen mengsel is een nevel. Nevel is een collectie van kleine vloeibare druppeltjes die in de lucht zweven. We kunnen bijvoorbeeld een nevel maken door een fles haarlak of deodorant te spuiten. Ook wolken en mist zijn nevels.

(Afbeelding: Pixabay; PD / Keith Miller; PD / Pixabay; PD)

Een ander voorbeeld van een heterogeen mengsel is schuim. Een schuim bestaat uit gasbelletjes die zich in een vloeistof of een vaste stof bevinden. Denk bijvoorbeeld aan de "prik" in cola. Dit bestaat uit kleine belletjes koolstofdioxide. Een ander voorbeeld is piepschuim. Dit bestaat uit plastic bolletjes gevuld met lucht.

(Afbeelding: Pixabay; PD)

Het laatste voorbeeld van een heterogeen mengsel is een emulsie. Een emulsie bestaat uit stoffen die onder normale omstandigheden niet mengen, maar die door een extra stof, genaamd de emulgator, toch mengen. Voorbeelden van emulsies zijn mayonaise en crèmes. Mayonaise bestaat voornamelijk uit olie en een beetje azijn. Zoals je in de linker onderstaande afbeelding kan zien, mengen deze vloeistoffen onder normale omstandigheden niet. Als emulgator voegen we eigeel toe en zo ontstaat de emulsie mayonaise. Een crème is een emulsie bestaande uit o.a. water, een vet of een olie en een emulgator. Crèmes worden op de huid gesmeerd om de huid te verzorgen of als medicatie tegen bijvoorbeeld huidaandoeningen.

(Afbeelding: Victor Blacus; CC BY-SA 4.0 / Takeaway; CC BY-SA 3.0)

INSTRUCTIEVIDEO:
Mengsels

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat heldere mengsels oplossingen zijn en troebele mengsels suspensies. Zorg ook dat je beide mengsels op deeltjesniveau kan beschrijven.

Zorg dat je weet dat gasmengsels altijd transparant zijn, maar wel een kleur kunnen hebben

Zorg dat je de verschillende soorten heterogene mengsels, zoals suspensies, rook, nevel, schuim, en emulsies kan herkennen en beschrijven.

Zorg dat je weet wat een emulgator doet en zorg dat je weet dat mayonaise en crèmes voorbeelden zijn van emulsies.

Opdrachten

OUDE VRAAG (2p) Leg uit wat het verschil is tussen een heterogeen en een homogeen mengsel.

NIEUW (1p) Een homogeen mengsel is helder / troebel. Dit komt doordat de deeltjes in het mengsel zich geheel verspreiden / in klontjes aan elkaar zitten.

NIEUW (1p) Een heterogeen mengsel is helder / troebel. Dit komt doordat de deeltjes in het mengsel zich geheel verspreiden / in klontjes aan elkaar zitten.

(4p) Maak schetsen van de volgende mengsels, waarbij je deeltjes voorstelt als kleine bolletjes:

Een homogeen mengsel

Een heterogeen mengsel

Twee vloeistoffen die niet mengen met een verschillende dichtheid

Een mengsel van zuurstof en stikstof (twee gassen)

(4p) Welke van de volgende mengsels zijn homogeen en welke heterogeen?

Leidingwater

Melk

Limonade

Lucht

Pindakaas

Thee

Boter

OUDE VRAAG (2p) Beschrijf het verschil tussen een emulsie en een suspensie.

NIEUW VRAAG (2p) Noem twee emulsies.

NIEUW VRAAG (1p) Mayonaise bestaat voornamelijk uit olie en een beetje azijn. Ook wordt als emulgator een klein beetje eigeel gebruikt. Wat gebeurt er als je de emulgator niet toevoegt?

(2p) Beschrijf het verschil tussen nevel en rook.

NIEUW VRAAG (1p) Een leerling voegt een kleurloze oplossing van ammoniak toe aan een oplossing van lood(II)nitraat. Hierbij verandert de stof van kleurloos en helder naar wit en troebel. Is het mengsel dat is ontstaan een oplossing of niet? Leg je antwoord uit.
(Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)

(3p) Vul de volgende tabel in:

Vaste stof Vloeistof Gas

In vaste stof

In vloeistof

In gas

OUDE VRAAG (1p) Verf die door kunstschilders gebruikt wordt, kan worden gemaakt door het mengen van olie, een pigment en een vulstof. Pigmenten zijn vaste stoffen die kleur aan de verf geven. Welk soort mengsel is de beschreven verf?

OUDE VRAAG (1p) Een leerling voegt een kleurloze oplossing van ammoniak toe aan een oplossing loodnitraat. Hierbij verandert de stof van kleurloos en helder naar wit en troebel. Daarna voegt de leerling ammoniak toe aan een oplossing van kopersulfaat. In dit geval verandert de stof van lichtblauw en helder naar donkerblauw en helder. Geef voor beide gevallen aan of het nieuwe mengsel een oplossing is of niet. Leg in beide gevallen je antwoord uit.
(Bron: Examen VMBO-T, 2021-1)

§2 Concentratie

In deze paragraaf gaan we leren rekenen met concentratie. Een bekend voorbeeld waarbij concentratie een rol speelt is limonade. Hoe meer siroop er in een bepaalde hoeveelheid water wordt gedaan, hoe hoger de concentratie.

Als we twee stoffen met elkaar mengen, dan kunnen we dit in verschillende verhoudingen doen. Denk bijvoorbeeld aan limonade. We kunnen zelf kiezen hoeveel siroop en hoeveel water we toevoegen bij het maken van limonade. De hoeveelheid water en de hoeveelheid siroop bepalen samen hoe zoet de limonade zal smaken. Als de limonade erg zoet is, dan spreken we van een hoge concentratie siroop. Als je de siroop bijna niet proeft, dan spreken we van een lage concentratie siroop.

In de onderstaande afbeelding zien we een maatkolf. Stel we schenken 24 gram siroop in de maatkolf en vullen dit daarna aan met water tot aan de stippellijn. Zoals aangegeven op de maatkolf, hebben we dan 1000 mL (1 L) limonade. De limonade die we nu gemaakt hebben, heeft een siroopconcentratie van 24 gram per liter (24 g/L).

In de volgende maatkolf schenken we 24 gram siroop in een maatkolf en vullen dit aan tot we 2000 mL (2 liter) limonade hebben. Elke liter limonade bevat in dit geval dus 24 / 2 = 12 gram siroop. De siroopconcentratie is in dit geval dus 12 g/L. In dit tweede voorbeeld is de siroopconcentratie dus lager en als gevolg smaakt de limonade minder zoet.

In de volgende maatkolf schenken we 24 gram siroop in een maatkolf en vullen dit aan tot we 250 mL (0,25 liter) limonade hebben. In dit geval zou een liter van deze limonade 24 × 4 = 96 gram siroop bevatten. Deze limonade heeft dus een siroopconcentratie van 96 g/L. In dit voorbeeld is de concentratie dus hoger en smaakt de limonade dus zoeter.

Voorbeeld

Vraag:

Een leerling maakt eerst 1,2 L limonade met daarin 10 gram siroop en daarna ook nog 0,15 L limonade met daarin 2,0 gram siroop. Welke limonade smaakt zoeter?

Antwoord:

We kunnen deze vraag beantwoorden door de gegevens te noteren in een verhoudingstabel. De eerste soort limonade bevat 10 gram siroop en heeft een volume van 1,2 liter. Als we de concentratie van deze limonade willen weten, dan willen we weten hoeveel gram siroop er in 1 liter van deze limonade opgelost is:

Massa siroop 10 g ... g

Volume limonade 1,2 L 1 L

De gemakkelijkste manier om met verhoudingstabellen te rekenen is door kruislings te vermenigvuldigen. Je vermendigvuldigt in dat geval de twee getallen die diagonaal genoteerd zijn en daarna deel je door het overgebleven getal. In de instructiefilmpjes bij deze paragraaf wordt deze techniek uitgebreid uitgelegd. We vinden hiermee:
$$ (10 \times 1)/1,2 = 8,3 \text{ g} $$
Dit antwoord vullen we in de verhoudingstabel in:

Massa siroop 10 g 8,3 g

Volume limonade 1,2 L 1 L

Deze limonade heeft dus een concentratie van 8,3 g/L.

Op dezelfde manier vinden we de concentratie van de tweede limonade. Hier hadden we 2,0 gram siroop in 0,15 liter limonade. De concentratie wordt hiermee:

Massa siroop 2 g 13 g

Volume limonade 0,15 L 1 L

Deze limonade heeft dus een concentratie van 13 g/L.

Met deze gegevens zijn we in staat de vraag te beantwoorden. Omdat de tweede limonade een hogere concentratie heeft, smaakt deze limonade het zoetst.

Voorbeeld

Vraag:

Een leerling maakt 2,5 L limonade met een concentratie van 34 g/L. Hoeveel gram siroop is er gebruikt om deze limonade te maken?

Antwoord:

Een siroopconcentratie van 34 g/L betekent dat er 34 gram siroop gebruikt is voor één liter van deze limonade. Door kruislings te vermenigvuldigen vinden we dan voor 2,5 liter limonade:

Massa siroop 34 g 85 g

Volume limonade 1 L 2,5 L

Er is dus 85 gram siroop gebruikt voor de 2,5 L limonade.

INSTRUCTIEVIDEO:
Concentratie

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat concentratie o.a. gemeten wordt in g/L. Dit is de hoeveelheid gram van een stof die in een liter van een mengsel is verwerkt.

Zorg dat je met een berekening de concentraties van mengsels kan vergelijken. De limonade met de grootste concentratie is het zoetst.

Zorg dat je kruislings kan vermenigvuldigen.

Opdrachten

Een leerling lost een schepje zout op in een glas water.

(1p) Hebben we hier te maken met een homogeen of een heterogeen mengsel?

(1p) Ze laat het glas met de oplossing in de zon staan en het water verdampt langzaam. Leg uit hoe de concentratie van de oplossing verandert.

(1p) Een leerling heeft een glas met 200 mL limonade gemaakt. Ze drinkt een kwart van de limonade op. Leg uit of de concentratie van de oplossing hierdoor verandert.

(1p) We doen 50 gram zout in een bak met daarin 1 liter water. Bereken de concentratie. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) We doen 70 gram zout in 10 liter water. Bereken de concentratie van de oplossing. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) We doen 71 gram zout in 8,12 liter water. Bereken de concentratie. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) We doen zout in een bak met 2 liter water totdat de concentratie 10 g/L is. Bereken hoeveel gram zout we nodig hebben. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) We doen zout in een bak met 25 liter water totdat de concentratie 2 g/L is. Bereken hoeveel gram zout we nodig hebben. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) We doen zout in een bak met 8,5 liter water totdat de concentratie 5,5 g/L is. Bereken hoeveel gram zout we nodig hebben. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) Er wordt 4 gram zout in een bak water opgelost. De concentratie wordt 8 g/L. Bereken hoeveel liter water er in de bak zit. Ga ervan uit dat het volume van de oplossing nauwelijks is toegenomen door het zout.

(1p) Een leerling maakt een zoutoplossing met een concentratie van 5,0 g/L. Bereken hoeveel gram zout er in 8,0 liter van deze oplossing zit.

(2p) Een leerling heeft 250 mL afwaswater nodig met een wasmiddelconcentratie van 20 g/L. Bereken hoeveel gram afwasmiddel de leerling nodig heeft.

(2p) In 1,0 L sodaoplossing is 295 gram soda opgelost. Bereken hoeveel gram soda is opgelost in 8 mL van deze oplossing.

(1p) Een leerling maakt een zoutoplossing van 200 mL, waar 60 gram zout in is opgelost. Bereken hoeveel gram keukenzout je in 450 mL moet oplossen om een even grote concentratie te krijgen.

§3 Stofeigenschappen

In de rest van dit hoofdstuk bespreken we een aantal methodes om mengsels te scheiden. Dit kunnen we doen door gebruik te maken van de verschillende stofeigenschappen van stoffen. Wat stofeigenschappen zijn bespreken we in deze paragraaf.

Sommige eigenschappen van stoffen kunnen gebruikt worden om de stoffen te herkennen. We noemen dit stofeigenschappen. Een stuk goud heeft bijvoorbeeld altijd deze eigenschappen:

Gele kleur
Glanzend
Vast bij kamertemperatuur
Vervormbaar
Goede geleider van elektriciteit
Niet brandbaar
Smeltpunt van 1064 graden Celsius
Kookpunt van 2856 graden Celsius
Dichtheid van 19,3 g/cm³

Als we een stof vinden met al deze eigenschappen, dan weten we dat dit goud is. Als het één van deze eigenschappen niet heeft, dan weten we zeker dat het geen goud is.

Niet alle eigenschappen van een stof zijn ook meteen stofeigenschappen. Als je een stuk goud hebt met een massa van 500 gram dan wil dat niet zeggen dat elk stuk goud een massa van 500 gram heeft. Massa is dus geen stofeigenschap. De dichtheid van goud is wel een stofeigenschap, want de dichtheid van elk stuk goud is 19,3 g/cm³.

Ook de fase van een stof is geen stofeigenschap. Goud kan voorkomen als vaste stof, maar ook als vloeistof of gas en daarom is de fase geen stofeigenschap. De fase bij kamertemperatuur is wel een stofeigenschap. Goud is bij kamertemperatuur immers altijd een vaste stof.

INSTRUCTIEVIDEO:
Stofeigenschappen

Leerdoelen:

Zorg dat je kan beredeneren of iets een stofeigenschap is of niet.

Zorg dat je begrijpt dat de fase van een stof en de massa geen stofeigenschappen zijn, maar de fase bij kamertemperatuur en de dichtheid wel.

Opdrachten

(6p) Geef bij elk van de volgende eigenschappen aan of het gaat om stofeigenschappen:

de fase

de fase bij kamertemperatuur

de kleur

de massa

de brandbaarheid

de temperatuur

(NIEUWE VRAAG) de dichtheid

OUDE VRAAG Noem telkens een stofeigenschap die de volgende stoffen gemeen hebben en een stofeigenschap die ze niet gemeen hebben:

(2p) Water en alcohol

(2p) Suiker en keukenzout

(2p) Koper en ijzer

(3p) Een persoon vindt een blokje van een onbekend materiaal en noteert de volgende eigenschappen. Het staafje glimt, heeft de vorm van een kubus, is vast bij kamertemperatuur en geleid warmte goed. Welke van deze eigenschappen zijn stofeigenschappen?

Een leerling vindt een oude munt en wilt weten of deze van puur zilver gemaakt is. De leerling ziet dat de munt een ronde vorm heeft, een grijze kleur heeft en vast is bij kamertemperatuur. Ook heeft de munt een dichtheid van 8,0 g/cm³.

(3p) Welk van deze eigenschappen zijn stofeigenschappen.

(2p) Leg uit of de munt van puur zilver gemaakt kan zijn.

Een leerling vindt een onbekend poeder in de keuken. De dichtheid is 1,58 g/cm³, de massa is 155 gram, de stof is wit van kleur, de stof smelt bij 185 graden Celsius, de stof zit in een kartonnen doos en de stof is oplosbaar in water.

(2p) Welk van deze eigenschappen zijn geen stofeigenschappen?

(3p) Ga met BINAS na om welke stof het hier gaat. Geef drie waarnemingen die hiermee overeenstemmen.

§4 Bezinken en filtreren

In deze paragraaf beginnen we met het bespreken van scheidingsmethoden. Dit zijn methoden waarmee we de stoffen in een mengsel kunnen scheiden. We beginnen met bezinken en filtreren.

Het is gemakkelijk om van twee zuivere stoffen een mengsel te maken, maar het omgekeerde is vaak lastiger. Stel je mengt suiker en meel. In dat geval komen vele duizenden suikerkorrels en meelkorrels door elkaar te liggen. Het lijkt misschien een onmogelijke taak om deze stoffen weer te scheiden, maar toch bestaan er een aantal technieken om dit te doen. We noemen dit scheidingsmethoden.

Scheidingsmethoden maken gebruik van verschillende stofeigenschappen van de gemengde stoffen. In de rest van het hoofdstuk gaan we hier voorbeelden van zien.

De simpelste scheidingsmethode wordt bezinken genoemd. Stel we hebben een mengsel van zand en water. Om dit mengsel voor een deel te scheiden hebben we alleen een beetje geduld nodig. Omdat zand een grotere dichtheid heeft dan water, zakt het na verloop van tijd vanzelf naar de bodem (zie de onderstaande linker afbeelding). De stof die op de bodem komt te liggen—in dit geval het zand—noemen we het bezinksel. Het water kan je daarna voorzichtig afgieten (zie de rechter afbeelding). Deze scheidingsmethode maakt dus gebruik van het verschil in de stofeigenschap dichtheid.

(Afbeelding: Tummers77; CC BY-SA 4.0)

Een andere bekende scheidingsmethode wordt filtreren genoemd. Hiermee kunnen we suspensies scheiden. Een filter is een stukje papier met daarin microscopische gaatjes waar losse deeltjes gemakkelijk doorheen gaan, maar waar de klontjes in een suspensie in blijven steken. In de onderstaande afbeelding zien we een gele suspensie die in een filter wordt geschonken. De gele korrels blijven in het filter hangen, terwijl de waterdeeltjes gemakkelijk door het filter stromen en in het bekerglas terecht komen. De stof die achterblijft in het filter noemen we het residu (in dit geval de gele korrels). De stof die door het filter stroomt noemen we het filtraat (in dit geval het water). Bij deze scheidingsmethode wordt dus gebruik gemaakt van de stofeigenschap deeltjesgrootte om de stoffen te kunnen scheiden.

Een mondkapje is ook een voorbeeld van een filter. Lucht gaat moeiteloos door dit filter heen, omdat dit gas uit losse deeltjes bestaat. Rookdeeltjes blijven bijvoorbeeld in het filter hangen, omdat deze stoffen uit grotere klontjes vaste stof bestaan. Op deze manier kunnen we ademen zonder deze rookdeeltjes binnen te krijgen. Het nadeel van een mondkapje is dat schadelijke gassen wel gewoon door het filter heen gaan. Hiertegen beschermt een mondkapje dus niet.

INSTRUCTIEVIDEO:
Bezinken en filtreren

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat je suspensies soms kan scheiden door middel van bezinken. Doordat stoffen verschillen in de stofeigenschap dichtheid, zakken sommige stoffen naar de bodem. We noemen dit het bezinksel.

Zorg dat je weet dat je sommige suspensies kan scheiden door middel van filtratie. Doordat stoffen verschillen in de stofeigenschap deeltjesgrootte, blijven klontjes in het filter steken, terwijl losse deeltjes door het filter heen gaan.

Zorg dat je kan achterhalen wat het filtraat en wat het residu is bij een filtratie.

Opdrachten

NIEUWE VRAAG (2p) Als je een pot verf lang laat staan, dan zakt het pigment (dat de verf kleur geeft) naar beneden, terwijl daarboven een oplosmiddel zichtbaar blijft (waardoor de verf vloeibaar blijft).

(1p) Welke scheidingsmethode heeft hier plaatsgevonden?

(1p) Welk verschil in stofeigenschap is bij deze scheidingsmethode gebruikt?

(1p) Welke stof vormt het bezinksel? De pigment of het oplosmiddel?

Leg uit of je de volgende mengsels kan scheiden met filtratie. Benoem ook telkens wat het residu is en wat het filtraat.

(2p) Een mengsel van suiker en water

(2p) Een mengsel van meel en water

(2p) Een mengsel van limonadesiroop en water

(2p) Een mengsel van suiker en meel (je mag water toevoegen)

(2p) Een mengsel van zout en suiker (je mag water toevoegen).

(2p) In een bekerglas met een flinke hoeveelheid water doet men een beetje zout, krijt en zand. Het geheel wordt goed geroerd en gefiltreerd. Leg uit waaruit het filtraat bestaat en waaruit het residu bestaat.

Een leerling bevindt zich in een bevuilde stad en besluit een mondkapje te dragen.

(2p) Leg uit of een mondkapje werkt tegen giftige gassen.

(2p) Leg uit of een mondkapje werkt tegen rook.

(2p) Wat is bij het ademen door een mondkapje in een omgeving met rook het residu en wat is het filtraat.

(1p) Bij filtreren wordt gebruikgemaakt van een verschil in een stofeigenschap. Welke stofeigenschap is dit?

OUDE VRAAG (1p) Opgeloste ijzerdeeltjes worden uit water verwijderd door dit water in aanraking te laten komen met zuurstof in de lucht. Als gevolg ontstaan kleine vaste stukjes ijzeroxide. IJzeroxide heeft een grotere dichtheid dan water. Welke scheidingsmethode ligt het meest voor de hand om het ijzer te scheiden van het water.

(2p) In landen met veel plastic afval worden geregeld barrières in het wateroppervlak geplaatst om dit plastic op te vangen, zodat het daarna efficiënt opgeruimd kan worden (zie de onderstaande foto). Wat is in dit geval het filtraat en het residu?

In hoogovens wordt ijzer geproduceerd uit ijzererts en koolstof. Het ijzer dat ontstaat in het mengsel smelt en zakt naar de bodem waar het afgetapt kan worden.

(1p) Welke scheidingsmethode is hier gebruikt.

(1p) Welk verschil in stofeigenschap wordt bij deze scheidingsmethode gebruikt?

§5 Indampen en destilleren

In deze paragraaf gaan we nog twee scheidingsmethoden bestuderen genaamd indampen en destilleren.

In de vorige paragraaf hebben we geleerd dat we suspensies kunnen scheiden met een filter. In het geval van een oplossing gaat dit echter niet lukken. Een oplossing bestaat immers uit allemaal losse deeltjes en die gaan dus allemaal door het filter. We hebben in dat geval dus een andere scheidingsmethode nodig.

De simpelste manier om een oplossing te scheiden wordt indampen genoemd. Indampen is het verhitten van een oplossing, zodat één stof in de oplossing verdampt, terwijl de andere achterblijft (zie de onderstaande afbeelding). Neem bijvoorbeeld zeewater. Als we zeewater aan de kook brengen, dan zal het water verdampen, maar het zout niet. Zout heeft namelijk een kookpunt van wel 1413 °C, terwijl het kookpunt van zeewater net iets boven de 100 °C ligt. Bij deze techniek maken we dus gebruik van het verschil in de stofeigenschap kookpunt om verschillende stoffen te scheiden.

Bij indampen van zeewater hou je zout over, maar wat als je nu juist het water wilt hebben, bijvoorbeeld om drinkwater van zeewater te maken? In dat geval gebruiken we een scheidingsmethode die destillatie wordt genoemd. Bij destillatie vangen we de verdampte stof op in een afgekoelde buis. De lage temperatuur van deze buis zorgt ervoor dat de verdampte stof gemakkelijk condenseert. De druppels die hierbij ontstaan, glijden door de buis naar beneden en worden opgevangen in een erlenmeyer (zie de onderstaande afbeelding). De stof die achterblijft noemen we wederom het residu. De stof die opgevangen wordt noemen we het destillaat.

EXPERIMENT

In de rechter video zie je de destillatie van wijn. De alcohol verdampt en condenseert daarna en komt terecht in een erlenmeyer.

DEMO-VIDEO:
Destillatie van wijn

Destillatie kan bijvoorbeeld gebruikt worden om (bijna) zuivere alcohol uit wijn te halen. Wijn bestaat voor het grootste gedeelte uit water en alcohol. Water heeft een kookpunt van 100 °C en alcohol van 78 °C. Als we de wijn verhitten tussen deze twee kookpunten in, dan verdampt de alcohol wel, maar het water niet. Op deze manier kan je bijna pure alcohol verkrijgen. Pure alcohol is een brandstof en kan met een lucifer in brand worden gestoken (zie de onderstaande afbeelding).

(Afbeelding: SirVir; CC BY-SA 3.0)

Ook als we kraanwater indampen of destilleren blijft er een residu achter. We noemen dit kalk (zie de onderstaande afbeelding). Ditzelfde proces zorgt bijvoorbeeld voor kalkaanslag in de badkamer. Het water dat we opvangen bij de destillatie van water noemen we gedestilleerd water. Dit is (bijna) zuiver water.

INSTRUCTIEVIDEO:
Indampen en destilleren

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat je oplossingen kan scheiden door middel van indampen en destillatie. Doordat stoffen verschillen in de stofeigenschap kookpunt, kunnen sommige stoffen verdampen, terwijl andere stoffen achterblijven als vloeistof.

Zorg dat je begrijpt dat de temperatuur van het mengsel bij indampen en destilleren tussen de kookpunten van de stoffen in moet zitten.

Zorg dat je onderscheid kunt maken tussen het destillaat en het residu bij een destillatie.

Opdrachten

(1p) Noem de scheidingsmethode waarmee je zout kan winnen uit zeewater.

(1p) Noem de scheidingsmethode waarmee je zuivere alcohol kan winnen uit wijn.

(2p) Welke twee faseovergangen vinden bij destillatie plaats?

(2p) Leg uit wat het verschil is tussen kraanwater en gedestilleerd water.

(1p) Is indampen geschikt voor het verkrijgen van zuiver water uit zeewater? Leg je antwoord uit.

Een mengsel van aceton en alcohol wordt gedestilleerd.

(1p) Tot welke temperatuur moet je het mengsel hiervoor verwarmen? (Maak hier gebruik van informatie uit BINAS)

(1p) Welke stof wordt het destillaat en welke het residu?

(1p) Lucht is een mengsel van vooral zuurstof en stikstof. Deze gassen hebben een verschillend kookpunt. Leg uit hoe je deze twee stoffen kunt scheiden.

(2p) De waterkringloop beschrijft de cyclus waarbij water uit de zee verdampt, als regen neervalt op land en via rivieren weer terugstroomt naar de zee. Leg uit waarom (een deel) van dit proces met destillatie vergeleken wordt.

(2p) De Dode Zee heeft een extreem hoog zoutgehalte. Leg uit hoe dit zou kunnen komen en vertel op welke scheidingsmethode dit proces het meest lijkt.

§6 Extractie en adsorptie

In deze paragraaf gaan we nog twee scheidingsmethoden bestuderen, genaamd extractie en adsorptie.

Een andere scheidingsmethode wordt extraheren of extractie genoemd. Extraheren werkt als één van de stoffen in een mengsel oplosbaar is en de andere niet. Hier scheiden we dus op basis van de stofeigenschap oplosbaarheid. In zoutmijnen zit zout bijvoorbeeld vaak vast in poreuze stenen. Als we het zout uit de stenen willen verwijderen, dan voegen we eerst warm water toe. Het zout lost op in dit water, maar het steen natuurlijk niet. Het opgeloste zout kan dan opgepompt worden. Door middel van indampen kan het zout dan gewonnen worden.

We zijn ook aan het extraheren als we een theezakje in heet water dopen. Een aantal stoffen uit de theeblaadjes lost op in het water, terwijl de blaadjes zelf niet oplossen (zie de onderstaande linker afbeelding). Merk op dat het theezakje ook dient als een filter, waar de theeblaadjes niet doorheen kunnen. In de rechter afbeelding zien we een theezakje in koud water en een theezakje in warm water. Zoals je kan zien werkt extraheren beter bij hogere temperatuur. Dit komt omdat deeltjes bij hogere temperatuur sneller bewegen en hierdoor lossen stoffen sneller op.

(Afbeelding: Pixabay; PD)

Een andere scheidingsmethode wordt adsorptie genoemd (niet te verwarren met 'absorptie'). Adsorptie is het proces waarbij moleculen zich hechten aan een andere stof. Hoe goed stoffen hechten aan andere stoffen is ook een stofeigenschap. Het bekendste adsorptiemiddel is actieve kool. Dit is een zwart poeder waarin vele microscopische poriën zitten (zie de onderstaande afbeelding).

(Afbeelding: Ravedave; CC BY 2.5 / SomnathWiki007; CC BY 4.0)

Sommige stoffen blijven in deze poriën vastzitten. Actieve kool wordt bijvoorbeeld gebruikt om kleurstoffen te verwijderen uit vloeistoffen. Als we van slootwater drinkwater willen maken, dan kunnen we actieve kool bijvoorbeeld gebruiken om de gelige kleur van het slootwater te verwijderen (zie de onderstaande linker afbeeldingen). Ook wordt actieve kool gebruikt in gasmaskers om gevaarlijke gassen uit de lucht te filteren (zie de rechter afbeelding).

EXPERIMENT

In de onderstaande video's zien we dat actieve kool de blauwe kleurstof methyleenblauw verwijdert uit een vloeistof en NO₂ verwijdert uit de lucht.

DEMO-VIDEO:
Adsorptie van een vloeistof

DEMO-VIDEO:
Adsorptie van een gas

INSTRUCTIEVIDEO:
Extraheren en adsorptie

Leerdoelen:

Zorg dat je weet dat je sommige mengsels kan scheiden door middel van extractie. Doordat stoffen verschillen in de stofeigenschap oplosbaarheid, lossen sommige stoffen op in een vloeistof, terwijl andere stoffen hun vaste vorm houden.

Zorg dat je weet dat je sommige mengsels kan scheiden door middel van adsorptie. Doordat stoffen verschillen in de stofeigenschap hechtingsvermogen, komen sommige stoffen vast te zitten en andere stoffen niet.

Zorg dat je weet dat je met actieve kool bijvoorbeeld kleurstoffen kan verwijderen uit een oplossing en ook sommige schadelijke gassen in de lucht.

Opdrachten

(1p) Noem een voorbeeld waarbij extractie gebruikt wordt als scheidingsmethode.

(1p) Noem een voorbeeld waarbij adsorptie gebruikt wordt als scheidingsmethode.

In sommige plekken in Nederland vinden we onder de grond poreus steen dat gevuld is met zout. Om dit zout te verkrijgen pompen we water naar deze stenen, zodat het zout erin oplost.

(1p) Welke scheidingsmethode is hier gebruikt?

(1p) Wat moeten we daarna doen om het zout van deze oplossing te scheiden?

NIEUWE VRAAG (4p) Welke twee scheidingsmethoden pas je toe als je een theezakje in je kop thee doet? Geef in beide gevallen ook aan welke verschillen in stofeigenschappen voor het scheiden gebruikt zijn.

Bij bereiding van suiker uit suikerbieten worden de suikerbieten eerst in fijne reepjes gesneden. Vervolgens worden ze in een bak met heet water gedaan.

(1p) Waarom worden de bieten eerst fijngesneden?

(1p) Daarna worden de suikerbieten in heet water gedaan. Welke scheidingsmethode wordt hier toegepast?

(2p) Noem een voordeel van het gebruik van heet water?

(1p) Hoe kun je de suiker daarna uit de oplossing verkrijgen?

OUDE VRAAG (8p) We kunnen bruine suiker wit maken door de suiker op te lossen en een stof toe te voegen. Daarna wordt deze stof verwijderd door het mengsel door een filter te gieten. Door middel van het (voorzichtig) verwarmen van de oplossing wordt wit suiker verkregen. Geef de scheidingsmethoden die hier gebruikt zijn en geef het verschil in stofeigenschappen dat deze scheidingsmethoden mogelijk maakt.

We kunnen bruine suiker wit maken door het op te lossen en een stof toe te voegen.

(1p) Welke stof wordt hiervoor toegevoegd?

(1p) Daarna moet deze stof weer gescheiden worden van de suikeroplossing. Welke scheidingsmethode hebben we hiervoor nodig?

(1p) Daarna wil je het suiker uit de oplossing halen. Welke scheidingsmethode hebben we hiervoor nodig?

(3p) Geef bij alle drie de scheidingsmethode aan welke verschillen in stofeigenschappen voor het scheiden gebruikt zijn.

In sommige steden in Azië lopen mensen geregeld met mondkapjes om zich te beschermen tegen luchtverontreiniging.

(1p) Welke scheidingsmethode wordt hier gebruikt?

(1p) Tegen welk soort luchtverontreiniging beschermen deze kapjes?

(1p) Tegen welke soort luchtverontreiniging beschermen deze kapjes niet?

(1p) Een gasmasker beschermt ook tegen sommige gevaarlijke gassen. Hoe doet een gasmasker dat?

(1p) Waarom moet de vulling van een gasmasker na verloop van tijd vernieuwd worden?

(1p) Een stuk papier is vochtig geworden en wordt gedroogd in de zon. Met welke scheidingsmethode is het drogen van het papier vergelijkbaar? Kies uit: adsorberen, bezinken, destilleren, extraheren, filtreren of indampen.