Mengsels, scheiden en analyse (Scheikunde havo), les 1: Uitleg

• New lesson editor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Leerlingen leren het verschil tussen zuivere stoffen en mengsels, de soorten mengsels en de scheidings- en analysemethodes uit de syllabus, met animaties van destillatie en chromatografie.

Destillatieopstelling in een lab (foto: Baminnick, CC BY-SA 3.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Mengsels, scheiden en analyse

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M2.1-M2.3, R&A2.1-R&A2.3. Image credit: Baminnick / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Wat ga je kunnen?

Ik kan mengsels herkennen, een scheidingsmethode kiezen en toelichten en een chromatogram en ijklijn gebruiken.

Welke woorden passen bij: een mengsel scheiden?

Verwacht: filter, koffiefilter, zeef, destilleren, kookpunt, oplossen, indampen, bezinken. Gebruik de woorden later bij de methodes: elk woord hoort bij een verschil in eigenschap. Syllabus M2.1-M2.3 en R&A2.1-R&A2.2.

Oliedruppels in water onder de microscoop (foto: Kushina Dahlia, CC BY 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Zuivere stof of mengsel?

• Zuivere stof: vaste stofeigenschappen, zoals een smeltpunt en een kookpunt.

• Op microniveau bestaat een zuivere stof uit één soort deeltjes.

• Mengsel: meer stoffen, dus op microniveau meer soorten deeltjes door elkaar.

• De eigenschappen van een mengsel hangen af van de samenstelling.

Syllabus M2.1: verschil tussen zuivere stoffen en mengsels op macroniveau (stofeigenschappen) en op microniveau. De foto toont druppeltjes olie in water: twee soorten deeltjes door elkaar. Veelgemaakte fout: denken dat een oplossing een zuivere stof is omdat je niets ziet. Water met zout is een mengsel. Image credit: Kushina Dahlia / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Kookcurve van een zuivere stof en een mengsel (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Kookpunt en kooktraject

• Een zuivere stof kookt bij één vaste temperatuur: het kookpunt.

• Een mengsel kookt over een kooktraject: de temperatuur loopt tijdens het koken op.

• Bij smelten geldt hetzelfde: smeltpunt voor een zuivere stof, smelttraject voor een mengsel.

• Zo kun je aan een meting zien of een stof zuiver is.

Syllabus M2.2: verband tussen mengsel en smelttraject/kooktraject, zuivere stof en smeltpunt/kookpunt. Kijkvraag: waarom blijft de witte lijn vlak? Bij een zuivere stof gaat alle toegevoerde warmte naar het koken, de temperatuur blijft gelijk. Bij een mengsel verdampt eerst vooral de stof met het laagste kookpunt, waardoor de samenstelling en dus de kooktemperatuur verandert. Image credit: Eigen figuur

Oude bronzen bijlen en gietstukken (foto: Gaius Cornelius, publiek domein)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Oplossing, suspensie, emulsie

• Oplossing: onverzadigd of verzadigd; bij verzadigd lost er niets meer bij op.

• Suspensie: vloeistof met zwevende vaste deeltjes, zoals modderig water.

• Emulsie: druppels van de ene vloeistof in de andere; een emulgator houdt ze gemengd.

• Legering: mengsel van een metaal met andere stoffen, zoals brons.

Syllabus M2.3: emulsie, emulgator, legering, oplossing (onverzadigd, verzadigd), suspensie. Veelgemaakte fout: een suspensie voor een oplossing houden. Bij een suspensie zakken de deeltjes na een tijd naar de bodem; bij een oplossing niet. Image credit: Gaius Cornelius / Wikimedia Commons, publiek domein

Een stof kookt tussen 82 °C en 91 °C. Wat is dit voor stof?

A

Een mengsel, want hij kookt over een traject

B

Een zuivere stof, want hij heeft een kookpunt

C

Een zuivere stof, want hij kookt al bij 82 °C

D

Een mengsel, want hij kookt onder 100 °C

Syllabus M2.2. Een traject van negen graden wijst op een mengsel. Verwachte fout: denken dat elke stof die kookt een kookpunt heeft, dus zuiver is.

Vul in

Een zuivere stof heeft een smeltpunt, een mengsel een smelttraject. Een legering is een mengsel met een metaal.

smeltpunt

smelttraject

legering

kooktraject

emulsie

Syllabus M2.2 en M2.3. Verwachte fout: kooktraject invullen, terwijl het om smelten gaat.

Filtreren met trechter en filtreerpapier (foto: Suman6395, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Filtreren, bezinken, centrifugeren

• Filtreren scheidt op deeltjesgrootte: vaste deeltjes blijven als residu op het filter achter.

• De vloeistof die door het filter loopt is het filtraat.

• Bezinken en centrifugeren scheiden op dichtheid: vaste deeltjes zakken naar de bodem.

• Centrifugeren gaat sneller dan bezinken, want je draait het mengsel snel rond.

Syllabus R&A2.1 (filtreren, filtraat, residu, bezinken, centrifugeren) en R&A2.2 (op welk verschil in stofeigenschap berust de methode). Een filter houdt alleen deeltjes tegen die groter zijn dan de poriën; opgeloste stoffen gaan er dus doorheen. Veiligheid: bij praktisch werk draag je een veiligheidsbril. Image credit: Suman6395 / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Destillatie: de stof met het laagste kookpunt gaat over (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Destilleren

• Destilleren scheidt vloeistoffen met een verschillend kookpunt.

• De stof met het laagste kookpunt verdampt het eerst en wordt als destillaat opgevangen.

• Wat in de kolf achterblijft, is het residu.

• Daarom heeft een mengsel van vloeistoffen een kooktraject.

Syllabus R&A2.1 (destilleren, destillaat, residu) en R&A2.2. Kijkvraag: welke deeltjes komen eerst in de beker en waarom? De roze deeltjes hebben het laagste kookpunt. Praktisch is de scheiding nooit helemaal zuiver; in de animatie is dat vereenvoudigd. Veiligheid: verwarm brandbare vloeistoffen niet met een open vlam maar bijvoorbeeld met een verwarmingsmantel. Image credit: Eigen animatie

Zoutwinning door verdamping, Thailand (foto: N. Tantayanusorn, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Indampen, extraheren, adsorberen

• Indampen: het oplosmiddel verdampt en de opgeloste stof blijft over, zoals bij zoutwinning.

• Extraheren: een extractiemiddel lost één stof uit het mengsel op (verschil in oplosbaarheid).

• Bij wassen spoel je een ongewenste stof weg met een oplosmiddel.

• Adsorberen: een stof hecht aan het oppervlak van een vaste stof, zoals aan actieve kool.

Syllabus R&A2.1 (indampen, extraheren/wassen, extractiemiddel, oplosmiddel, adsorberen) en R&A2.2. Kies een methode altijd via het verschil in eigenschap: deeltjesgrootte (filtreren), dichtheid (bezinken, centrifugeren), kookpunt (destilleren), oplosbaarheid (extraheren), aanhechting (adsorberen). Bij indampen blijft de opgeloste stof over omdat die niet mee verdampt. Image credit: Niwat Tantayanusorn / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Welke eigenschap gebruik je bij het destilleren van twee vloeistoffen?

A

Een verschil in oplosbaarheid

B

Een verschil in deeltjesgrootte

C

Een verschil in kookpunt

D

Een verschil in aanhechting

Syllabus R&A2.2. Verwachte fout: oplosbaarheid, omdat de vloeistoffen mengen.

Vul in

Bij filtreren blijft het residu op het filter achter en loopt het filtraat door.

residu

filtraat

destillaat

extractiemiddel

Syllabus R&A2.1. Verwachte fout: filtraat en residu omdraaien.

Papierchromatografie: de stoffen lopen verschillend ver (eigen animatie)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Chromatografie

• Bij chromatografie voert een loopvloeistof de stoffen van een mengsel mee over een vast materiaal.

• Met papier heet het papierchromatografie, op een plaatje met een dun laagje dunnelaagchromatografie.

• Een stof die goed oplost in de loopvloeistof en weinig hecht, legt de grootste afstand af.

• Zo scheiden de stoffen van een mengsel in aparte vlekken.

Syllabus R&A2.1 (chromatografie, dunnelaag, papier, loopvloeistof) en R&A2.2. Kijkvraag: welke vlek loopt het verst en waarom? De startlijn staat boven de loopvloeistof, anders lost het mengsel in de beker op. Stoffen verschillen in oplosbaarheid in de loopvloeistof en in aanhechting aan het materiaal. Rf-waarden horen niet bij havo. Image credit: Eigen animatie

Chromatogram met drie stoffen en een mengsel (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Een chromatogram lezen

• Elke vlek is een stof. Vlekken op dezelfde hoogte kunnen dezelfde stof zijn.

• Ligt een vlek van het mengsel op dezelfde hoogte als een bekende stof, dan zit die stof erin.

• Meer vlekken in één baan betekent: het is een mengsel.

• Een vlek zonder gelijke bij de bekende stoffen is een andere, onbekende stof.

Syllabus R&A2.3: aan de hand van een chromatogram een uitspraak doen over de aanwezigheid van bepaalde stoffen. In de figuur bevat het mengsel stof A en stof C, niet stof B. Veelgemaakte fout: denken dat de hoogste vlek de zwaarste stof is. Het gaat om oplosbaarheid en aanhechting. Image credit: Eigen figuur

Een ijklijn met een afgelezen monster (eigen figuur)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Een ijklijn gebruiken

• Een ijklijn laat zien hoe de meetwaarde afhangt van de concentratie, gemeten met bekende oplossingen.

• Meet je een onbekend monster, dan lees je de concentratie af bij zijn meetwaarde.

• Ga van de meetwaarde horizontaal naar de lijn en dan omlaag naar de concentratie.

• Gebruik de ijklijn alleen binnen het gemeten bereik.

Syllabus R&A2.1 (ijklijn). In de figuur geeft het monster een meetwaarde van 0,55: dat past bij een concentratie van ongeveer 2,8 g L⁻¹ (de lijn heeft een helling van 0,20 per g L⁻¹, dus 0,55 / 0,20 = 2,75, afgerond op twee significante cijfers 2,8). Veelgemaakte fout: de meetwaarde als concentratie aflezen. Image credit: Eigen figuur

Titratie met buret en erlenmeyer (foto: Kengksn, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Indicator, reagens en titratie

• Een indicator is een stof die van kleur verandert en zo iets aantoont, zoals een zuur of een base.

• Een reagens voeg je toe om een stof aan te tonen: de reactie is zichtbaar.

• Bij een titratie voeg je uit een buret een oplossing met bekende concentratie toe tot het omslagpunt.

• Het kleuromslag van de indicator laat zien wanneer je moet stoppen.

Syllabus R&A2.1 (indicator, reagens, titratie). Rekenen aan een titratie hoort bij het onderwerp over rekenen met concentraties. Veiligheid: veiligheidsbril en handschoenen bij zuren en basen. Kijkvraag: waaraan zie je dat de titratie klaar is? Image credit: Kengksn / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Wat lees je af met een ijklijn?

A

Het kookpunt van het monster

B

De concentratie bij een gemeten waarde

C

De loopvloeistof van het mengsel

D

De hoeveelheid residu

Syllabus R&A2.1 en R&A2.3.

Zet de stappen van papierchromatografie op volgorde

1

Zet een vlekje van het mengsel op de startlijn

2

Zet het papier met de startlijn boven de vloeistof

3

Haal het papier eruit en markeer het front

4

Laat de loopvloeistof omhoog lopen

Syllabus R&A2.1. Verwachte fout: startlijn onder de vloeistof, dan lost het mengsel op.

Wat vond je het lastigst?

1

Zuivere stof of mengsel

2

De juiste scheidingsmethode kiezen

3

Een chromatogram lezen

4

IJklijn en titratie

Bespreek de keuze: gebruik het antwoord om te bepalen welke blok je nog eens doorloopt.

Noem een keukenscheiding en de eigenschap.

Bijvoorbeeld koffiefilter (deeltjesgrootte), pasta afgieten (deeltjesgrootte), thee zetten (extraheren, oplosbaarheid). Fout: alleen de handeling noemen zonder eigenschap.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Begrippen (1/2)

• zuivere stof: één soort deeltjes, met een vast smelt- en kookpunt

• mengsel: meer soorten deeltjes, met een smelt- en kooktraject (ook een legering)

• suspensie: vloeistof met zwevende vaste deeltjes

• emulsie: druppels van de ene vloeistof in de andere, met een emulgator

• filtreren: scheiden op deeltjesgrootte: residu en filtraat

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · MENGSELS · SCHEIDEN

Begrippen (2/2)

• destilleren: scheiden op kookpunt: destillaat en residu

• extraheren: scheiden op oplosbaarheid met een extractiemiddel

• chromatografie: scheiden met een loopvloeistof over papier of een dunne laag

• ijklijn: lijn van meetwaarde tegen concentratie, om een monster af te lezen

• titratie: oplossing met bekende concentratie toevoegen tot het omslagpunt