Scheidingsmethoden

Stofeigenschappen

Stofeigenschappen

• 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

Stofeigenschappen

• 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.�

Leerdoelen

Bezinken en filtreren

Scheidingsmethoden

• 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 dat verschillende stofeigenschappen van de gemengde stoffen.
• In de rest van het hoofdstuk gaan we hier voorbeelden van zien.

Bezinken

• 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.
• 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.
• Deze scheidingsmethode maakt dus gebruikt van het verschil in de stofeigenschap dichtheid.

Filtreren

• 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.
• Hiernaast 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.

Filtreren

• 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.

Filtreren

• 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.
• Bacteriën blijven ook in een mondkapje hangen.
• Het nadeel van een mondkapje is dat schadelijke gassen wel gewoon door het filter heengaan
• Hiertegen beschermt een mondkapje dus niet.

Leerdoelen

Indampen en destilleren

Indampen

• In het vorige filmpje 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 heen.
• We hebben in dat geval dus een andere scheidingsmethode nodig.

Indampen

• 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.
• 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 boven de 100 °C ligt.
• Bij deze techniek maken we dus gebruik van het verschil in de stofeigenschap kookpunt om verschillende stoffen te scheiden.

Destilleren

• 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.

Destilleren

• De stof die achterblijft noemen we het residu en de stof die we opvangen noemen we het destillaat.

Destilleren

• 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.

Gedestilleerd water

• Ook als we kraanwater indampen of destilleren blijft er een residu achter.
• Dit residu wordt kalk genoemd.
• 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.

Leerdoelen

Extraheren en adsorptie

Extraheren

• Een andere scheidingsmethode wordt extraheren 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.

Extraheren

• 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 in het theezakje achterblijven.
• Merk op dat het theezakje ook dient als een filter, waar de theeblaadjes niet doorheen kunnen.

Extraheren

• Hieronder 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.

Adsorptie

• Een andere scheidingsmethode wordt adsorptie genoemd (niet te verwarren met 'absorptie’).
• Adsorptie is het proces waarbij deeltjes zich hechten aan een andere stof.
• De mate waarin stoffen hechten aan andere stoffen is ook een stofeigenschap.

Adsorptie

• Het bekendste adsorptiemiddel is actieve kool.
• Dit is een zwart poeder waarin vele microscopische poriën zitten.
• Sommige stoffen blijven in deze poriën vastzitten.

Adsorptie

• Actieve kool wordt bijvoorbeeld gebruikt om kleurstoffen te verwijderen uit een vloeistof.
• Het wordt ook gebruikt in gasmaskers om gevaarlijke gassen uit de lucht te filteren.

Leerdoelen

Water zuiveren

Water

• Drinkwater komt in Nederland uit zowel oppervlaktewater als grondwater.
• Oppervlaktewater bevindt zich boven het aardoppervlak. Voorbeelden zijn meren en rivieren.
• Grondwater bevindt zich letterlijk onder de grond, bijvoorbeeld in zandlagen.
• Grondwater is vaak afkomstig uit regenwater dat eerst oppervlaktewater vormt, maar dan tientallen tot honderden meters de grond in zakt.
• Grondwater is over het algemeen zuiverder dan oppervlaktewater. Dit komt doordat het door de grondlagen gefilterd is.

Voorbeeld

• Vraag:
• Voordat water wordt opgepompt om er drinkwater van te maken, wordt het water steeds anders genoemd.
• In welke volgorde verandert deze naam? Kies uit de volgende opties:
• grondwater - oppervlaktewater - regenwater
• grondwater - regenwater - oppervlaktewater
• regenwater - oppervlaktewater – grondwater
• regenwater - grondwater - oppervlaktewater

Drinkwater

• Met een pomp kan oppervlakte- of grondwater naar een waterzuiveringsinstallatie verplaatst worden.
• Hier wordt het gezuiverd tot drinkwater.
• Dit gebeurt in een aantal stappen.
• Met filters worden grove stukjes vuil uit het water gehaald.
• Door het water in aanraking te laten komen met lucht, zal een deel van het ijzer in het water reageren met zuurstof om zo kleine vaste stukjes ijzeroxide te vormen. We noemen dit een neerslagreactie.
• Door het water daarna door een laag zand te filtreren, kunnen deze stukjes ijzeroxide worden verwijderd.

Drinkwater

• Dan worden stoffen toegevoegd waarmee een aantal andere opgeloste stoffen in het water ook neerslaan.
• Deze stoffen zakken naar de bodem en kunnen bijvoorbeeld verwijderd worden door middel van bezinking.
• Ziektekiemen kunnen onschadelijk worden gemaakt met bijvoorbeeld chloor, ozon of UV-straling.
• Daarnaast zijn er actieve koolfilters die de laatste geur- en smaakstoffen verwijderen.
• Het resultaat is schoon drinkwater.
• Dit water is trouwens niet volledig zuiver. Er zitten nog steeds hele kleine hoeveelheden opgeloste stoffen in.

Drinkwater

• Een aantal stappen van de zuivering zijn hieronder weergegeven in een zogenaamd blokschema.
• De blokken in de afbeelding staan voor verschillende processen die plaatsvinden. De pijlen geven aan of stoffen worden toegevoegd of juist worden afgevoerd.

Drinkwater

• In blok 1 komt oppervlakte water binnen en wordt het grove vuil weggefilterd.
• In blok 2 wordt het water belucht waarbij ijzeroxide vormt dat daarna weggefilterd wordt.
• In blok 3 wordt natronloog toegevoegd om bepaalde opgeloste stoffen in het water neer te laten slaan. Met bezinking worden deze stoffen verwijderd.

Drinkwater

• In blok 4 wordt ozon gebruikt om ziektekiemen onschadelijk te maken. Hierbij ontstaat zuurstof.
• In blok 5 worden geur- en smaakstoffen met een actieve koolfilter verwijderd.
• Het resultaat is schoon drinkwater.

Zeewater

• Op plekken op aarde waar zoetwater niet aanwezig is, wordt zeewater in drinkwater omgezet.
• Dit is echter lastiger, door de hoeveelheid keukenzout (NaCl) dat hierin opgelost is.
• Met behulp van destillatie kan het water in dat geval van het zout gescheiden worden. Het destillaat is dan schoon water en het residu is zout.

Regenwater

• Regenwater zou ook nog gebruikt kunnen worden voor drinkwater.
• Regenwater is vrij zuiver, omdat het ontstaan is bij het verdampen van oppervlaktewater.
• Dit werkt als een soort destillatieproces. Het water verdampt, terwijl de stoffen in het water achterblijven.
• Er kan wel nog zwaveldioxide (SO₂) en verschillende soorten stikstofoxiden (NO_x) in het water zitten (hierover in een later hoofdstuk meer). Dit maakt regenwater lichtelijk zuur.

Voorbeeld

• Bij het zuiveren van water wordt het water gezeefd in bakken die gevuld zijn met fijn zand. Vlokjes die eerst in het water zaten blijven achter in het zand.
• Geef aan op welk verschil in stofeigenschap dit proces berust. En om welke scheidingsmethode gaat het hier?
• Het gaat hier om de stofeigenschap deeltjesgrootte.
• En de scheidingsmethode is filtratie.
• Daarna worden de stoffen verwijderd die een lichtgele kleur veroorzaken. Hierbij wordt een koolfilter gebruikt. Wat gebeurt er in een koolfilter met de stoffen die de kleur in het water veroorzaken?
• Die hechten zich aan de actieve kool.
• En om welke scheidingsmethode gaat het hier?
• Adsorptie.

Leerdoelen