V6 - §13.1 - Analyse en onderzoek

• New lesson editor
• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

§13.1 - Analyse en onderzoek

Open met de gedachte dat scheikunde niet alleen gaat om stoffen kennen, maar ook om vaststellen wat je hebt en hoe je dat betrouwbaar onderzoekt.

Analyse in de scheikunde

• Analyse betekent: vaststellen welke stoffen aanwezig zijn (kwalitatief) of hoeveel ervan aanwezig is (kwantitatief).

• Je gebruikt daarvoor metingen, waarnemingen en soms scheidingsmethoden

Maak het onderscheid tussen kwalitatieve analyse (welke stof?) en kwantitatieve analyse (hoeveel?). Dat hoeft nog niet op de slide als termenlijst; het kan mondeling worden ingebracht.

Wat is een monster?

• Een monster is een kleine hoeveelheid van het materiaal dat je wilt onderzoeken

• Het monster moet representatief zijn voor het geheel

• Een slecht gekozen monster kan de hele analyse vertekenen

Gebruik een alledaags voorbeeld: één hap soep zegt alleen iets over de hele pan als goed geroerd is.

Representatief bemonsteren

Bij bemonsteren let je op:

• plaats van afname

• tijdstip van afname

• hoeveelheid monster

• mogelijke verontreiniging tijdens afname of opslag

Het doel is dat het monster het oorspronkelijke materiaal zo goed mogelijk weergeeft.

Noem dat bij heterogene mengsels bemonsteren extra lastig is, omdat de samenstelling per plek kan verschillen.

Controlemetingen

Controlemetingen gebruik je om na te gaan of je meetmethode en uitvoering kloppen.

• je herhaalt metingen

• je vergelijkt uitkomsten

• je controleert of afwijkingen toevallig of systematisch zijn

Leg uit dat controlemetingen niet hetzelfde zijn als 'meer data verzamelen'; ze dienen specifiek om kwaliteit van de meting te bewaken.

Betrouwbaarheid en nauwkeurigheid

• Betrouwbaarheid: in hoeverre krijg je bij herhalen ongeveer dezelfde uitkomst

• Nauwkeurigheid: in hoeverre ligt de meting dicht bij de werkelijke waarde

• Een meting kan betrouwbaar zijn zonder nauwkeurig te zijn

Veel leerlingen halen betrouwbaarheid en nauwkeurigheid door elkaar. Koppel betrouwbaarheid aan spreiding en nauwkeurigheid aan juistheid.

Hoe verhoog je de meetkwaliteit?

• Meet meerdere keren

• Gebruik geijkte apparatuur

• Werk steeds op dezelfde manier

• Noteer omstandigheden zorgvuldig

• Beperk afleesfouten en vervuiling

Je kunt hier ook het verschil noemen tussen toevallige fouten en systematische fouten als verdieping.

Variabelen in onderzoek

In een onderzoeksopzet onderscheid je drie soorten variabelen:

• onafhankelijke variabele: die verander je bewust

• afhankelijke variabele: die meet je als resultaat

• controlevariabelen: die houd je gelijk

Koppel dit direct aan een onderzoeksvraag, bijvoorbeeld: 'Wat is het effect van temperatuur op oplosbaarheid?'

Voorbeeld van variabelen

Bij de vraag 'Wat is het effect van temperatuur op de oplosbaarheid van een stof?' geldt:

• onafhankelijke variabele: temperatuur

• afhankelijke variabele: opgeloste hoeveelheid stof

• controlevariabelen: soort stof, volume oplosmiddel, roeren, meettijd

Laat zien dat controlevariabelen nodig zijn om een eerlijk verband te kunnen leggen tussen oorzaak en gevolg.

Scheidingsmethoden: het principe

Een scheidingsmethode werkt alleen als stoffen verschillen in een stofeigenschap.

Je kiest dus niet zomaar een methode, maar de methode die past bij het relevante verschil tussen de stoffen.

Dit is de brug tussen analyse/onderzoek en de herhaling van scheidingsmethoden uit de derde klas.

Berusten op verschil in stofeigenschap

Methode

Destilleren - verschil in kookpunt

Extraheren - verschil in oplosbaarheid

Adsorberen - verschil in aanhechting

Chromatograferen - verschil in oplosbaarheid en aanhechting

Methode

Filtreren - verschil in deeltjesgrootte

Bezinken en afschenken - verschil in dichtheid

Centrifugeren - verschil in dichtheid

Indampen - verschil in kookpunt

Noem bij chromatografie dat stoffen zich verschillend verdelen tussen mobiele en stationaire fase; houd het op dit niveau compact.

Filtreren, bezinken, centrifugeren

• Filtreren gebruik je bij een suspensie met onopgeloste vaste stof

• Bezinken en afschenken werkt als zwaardere deeltjes naar beneden zakken

• Centrifugeren versnelt dat proces door snelle ronddraaiing

Deze methoden zijn geschikt als het verschil in deeltjesgedrag of dichtheid groot genoeg is.

Laat leerlingen beargumenteren waarom filtreren niet werkt bij een oplossing: opgeloste deeltjes gaan door het filter heen.

Indampen en destilleren

• Indampen gebruik je om een opgeloste vaste stof terug te winnen uit een oplossing

• Destilleren gebruik je als je vloeistoffen wilt scheiden of juist het oplosmiddel wilt opvangen

• In beide gevallen is het verschil in kookpunt beslissend

Benadruk het argumentatieverschil: bij indampen is behoud van oplosmiddel meestal niet nodig, bij destilleren juist wel of wil je twee vloeistoffen scheiden.

Extraheren, adsorberen, chromatograferen

• Extraheren: een stof lost beter op in het extractiemiddel dan in het oorspronkelijke mengsel

• Adsorberen: bepaalde stoffen hechten sterker aan een oppervlak, zoals actieve kool

• Chromatograferen: stoffen bewegen verschillend mee doordat oplosbaarheid en aanhechting verschillen

Bij adsorberen is het belangrijk dat leerlingen niet verwarren met absorberen. Dat verschil kan kort mondeling worden benoemd.

De juiste methode kiezen

Bij de keuze van een scheidingsmethode vraag je steeds:

• Welke stoffen zitten in het mengsel?

• In welke fase zijn ze?

• In welke stofeigenschap verschillen ze?

• Wil je één stof aantonen, terugwinnen of zuiveren?

Leg uit dat dezelfde stof soms via verschillende methoden benaderd kan worden, maar dat de onderzoeksvraag bepaalt welke keuze het beste is.

Begrippen

analyse - het vaststellen welke stoffen aanwezig zijn of hoeveel ervan aanwezig is

monster - een kleine hoeveelheid materiaal die representatief moet zijn voor het geheel

controlemeting - extra of herhaalde meting om de kwaliteit van de uitkomst te controleren

betrouwbaarheid - de mate waarin herhaalde metingen dezelfde uitkomst geven

nauwkeurigheid - de mate waarin een meting dicht bij de werkelijke waarde ligt

onafhankelijke variabele - de variabele die je bewust verandert

afhankelijke variabele - de variabele die je meet als gevolg

Begrippen

controlevariabelen - variabelen die je tijdens het onderzoek gelijk houdt

filtreren - scheiden op basis van verschil in deeltjesgrootte

centrifugeren - scheiden op basis van verschil in dichtheid met snelle ronddraaiing

indampen - scheiden op basis van verschil in kookpunt waarbij oplosmiddel verdampt

destilleren - scheiden op basis van verschil in kookpunt met opvang van damp

extraheren - scheiden op basis van verschil in oplosbaarheid

chromatograferen - scheiden op basis van verschil in oplosbaarheid en aanhechting