Paragraaf 2.2 - Zuivere stoffen en mengsels

2.2 Zuivere stoffen en mengsels

Leerdoelen

2.2.1 Je kunt het verschil aangeven tussen zuivere stoffen en mengsels.

2.2.2 Je kunt uitleggen wat een molecuul is en uitleggen uit welke soorten moleculen zuivere stoffen en mengsels bestaan.

2.2.3 Je kunt oplossingen en suspensies onderscheiden.

2.2.4 Je kunt beschrijven hoe je stoffen kunt scheiden door middel van extractieextraheren of filtreren.

2.2.5 Je kunt de werking van alcohol als oplosmiddel uitleggen. (EXTRA)

Introductie

Water uit de kraan bestaat uit veel meer stoffen dan alleen water. Door stoffen te combineren, verandert de smaak van het water. Daarom kun je in de supermarkt ook kiezen uit meerdere soorten mineraalwater, die allemaal net iets anders smaken.

Mengsels en zuivere stoffen

In figuur 1 zijn de ingrediënten op het etiket van een fles ice tea afgebeeld. Water is het hoofdbestanddeel, zoals in alle frisdranken, en staat daarom voorop. De ice tea bestaat verder uit zoetstoffen, zuren en geur- en smaakstoffen. Ook zit er een conserveermiddel in. Al deze stoffen worden afzonderlijk op het etiket vermeld.

De meeste stoffen die je thuis tegenkomt, zijn mengsels. Dat zie je meteen als je op de verpakking van een voedingsmiddel of een medicijn kijkt. Daarop staat een lijst met de verschillende stoffen die in het product zitten: de ingrediënten. Soms zijn de ingrediënten zelf ook weer mengsels.

Zuivere stoffen

Stoffen die geen mengsel zijn, worden zuivere stoffen genoemd. Een voorbeeld van zo’n zuivere stof is kristalsuiker. In een pak suiker zit alleen maar suiker; er zitten geen andere stoffen doorheen. Ook keukenzout waar geen jodium aan is toegevoegd, is een zuivere stof.

Natuurwetenschappers zijn na veel onderzoek tot de conclusie gekomen dat stoffen bestaan uit heel kleine deeltjes. Deze deeltjes worden moleculen genoemd. Een zuivere stof bestaat uit één soort moleculen: zuiver water bestaat alleen uit watermoleculen, zuivere suiker alleen uit suikermoleculen, zuivere alcohol alleen uit alcoholmoleculen. Een mengsel bestaat uit verschillende soorten moleculen.

Oplossingen

Als je suiker in een glas heet water doet en even roert, zie je dat de suikerkorreltjes verdwijnen. Je zegt dat de suiker oplost in het water. Het mengsel dat je zo krijgt, wordt een oplossing genoemd. Water is hierbij het oplosmiddel, suiker de opgeloste stof. Dat de suiker niet echt verdwenen is, merk je als je het water proeft: dat smaakt nu zoet.

Als een vaste stof zoals suiker oplost, verspreiden de moleculen van die stof zich tussen de moleculen van het oplosmiddel. In figuur 2 kun je zien hoe je je dat kunt voorstellen. Na verloop van tijd is de vaste stof volledig opgelost. De moleculen van de opgeloste stof worden dan aan alle kanten omringd door moleculen van het oplosmiddel.

Veel van de stoffen die je thuis vindt, zijn oplossingen. Voorbeelden zijn thee, sport- en frisdranken, deodoranten parfums.

Als je thee zet, gebruik je water als oplosmiddel.

1. waar
2. niet waar

Oplossingen en suspensies herkennen

Oplossingen zijn helder en blijven altijd perfect gemengd. Cola is een goed voorbeeld: de frisdrank verandert niet als je hem in de kast laat staan: na een jaar is de frisdrank nog even goed gemengd als op de dag dat je hem kocht. Als een mengsel troebel (ondoorzichtig) is en na verloop van tijd ontmengt, kan het dus geen oplossing zijn.

Verf bijvoorbeeld is geen oplossing, maar een suspensie: een vloeistof waarin een fijnverdeeld poeder zweeft. Omdat verf ontmengt – het poeder zakt na verloop van tijd naar de bodem van het blik – moet je verf roeren voor gebruik. Als er op een stof ‘schudden voor gebruik’ of ‘roeren voor gebruik’ staat, is het waarschijnlijk een suspensie.

Op een fles mineraalwater kan staan dat er ‘zuiver mineraalwater’ in de fles zit. Toch is mineraalwater scheikundig gezien geen zuivere stof. Er zitten allerlei opgeloste stoffen in het water, zoals je op het etiket kunt zien. Het woord ‘zuiver’ betekent in dit geval dat het water niet verontreinigd is met gevaarlijke stoffen of bacteriën. Je kunt het zonder gevaar voor je gezondheid drinken.

Een suspensie is helder, je kunt erdoorheen kijken

1. waar
2. niet waar

Jantien gaat de muren van haar kamer verven. Ze gebruikt een blik verf waarmee een half
jaar geleden de kamer van haar broer is geverfd. Het blik is nog halfvol.
Kan Jantien meteen na het openen van het blik gaan verven?

1. Ja, want verf blijft altijd goed gemengd
2. Ja, want verf is een oplossing.
3. Nee, want de verf is ontmengd. Ze moet eerst goed roeren.
4. Nee, want verf is een suspensie en die moet eerst ontmengen

De grootte van moleculen

Moleculen zijn onvoorstelbaar klein. Hun afmetingen worden daarom gemeten in nanometers. Eén nanometer is een miljardste van een meter: 1 nm = 0,000 000 001 m. De diameter van een watermolecuul is ongeveer 0,15 nm. Een suikermolecuul is iets groter, met een diameter van 1 nm.

Het volgende voorbeeld laat je zien hoe klein één watermolecuul is. Stel je voor dat je een pingpongbal kunt ‘opblazen’ tot de grootte van de aarde. Als je een watermolecuul op dezelfde manier zou ‘opblazen’, dan zou die even groot worden als de pingpongbal. De aarde is ongeveer 300 miljoen keer zo groot als een pingpongbal, en een pingpongbal is ongeveer 300 miljoen keer zo groot als een watermolecuul (figuur 3).

Figuur 3: Van een watermolecuul naar een pingpongbal naar de aarde is de stap telkens even groot.

Moleculen zijn klein

Dat moleculen zo klein zijn, betekent dat ze door heel kleine openingen passen. Dat merk je als je een oplossing in een thee- of koffiefilter giet. Er blijft niets in het filter achter. De moleculen kunnen het filter passeren door kleine openingen tussen de papiervezels. Ook al zijn die openingen voor mensen niet zichtbaar, voor moleculen zijn het enorme gaten.

Mengsels extraheren en filtreren

Als je heet water bij gemalen koffie doet (figuur 4), lossen de geur- en smaakstoffen in de koffie op in het water. Je gebruikt het hete water dus om de geur- en smaakstoffen uit de koffie te halen. Dit wordt extraheren (letterlijk: eruit trekken) genoemd. Je extraheert de geur- en smaakstoffen met heet water als oplosmiddel.

Om het koffiedik (de ‘koffieprut’) te verwijderen, gebruik je een filter. De koffie kan gemakkelijk door de openingen in het filter stromen. Het koffiedik kan dat niet. Dat bestaat uit korrels die veel te groot zijn voor de openingen in het filter. De koffie komt dus in de koffiekan terecht, terwijl het koffiedik in het filter achterblijft. Dit wordt filtreren (letterlijk: door een filter halen) genoemd. Je noemt koffie het filtraat en het koffiedik het residu.

Koffiepoeder bevat verschillende stoffen die voor de kenmerkende eigenschappen van
koffie zorgen. Dit zijn de 1...............2..............3.............

Deze stoffen worden met heet water uit de koffie getrokken.
Dat heet........

1. combineren
2. extraheren
3. condenseren
4. manipuleren

Filtreren

Om het koffiedik (de ‘koffieprut’) uit de koffiekan te houden gebruik je een filter. In een filter zitten heel kleine gaatjes. De koffie stroomt daar gemakkelijk doorheen, maar het koffiedik kan dat niet. Dat bestaat uit korrels die veel te groot zijn voor de gaatjes in het filter. De koffie komt dus in de koffiekan terecht, terwijl het koffiedik in het filter achterblijft. Dit noem je filtreren. De koffie in de kan is het filtraat en het koffiedik is het residu.

De stoffen die niet in water oplossen, blijven achter in het....................

De vers gezette koffie in de koffiepot noem je het...................

1. granulaat
2. extraat
3. filtraat

De vochtige koffieprut in het filter noem je het........................

1. individu
2. continu
3. fondue
4. residu

Op de sportdag van school drinken Marloes en Marieke mineraalwater uit een plastic fles.
Welke beweringen over mineraalwater zijn waar?

1. Mineraalwater is een oplossing.
2. Mineraalwater is een zuivere stof.
3. Mineraalwater is helder en kleurloos.
4. Mineraalwater moet je voor het drinken eerst goed schudden.

Welke twee dranken zijn een suspensie?

1. thee met suiker
2. sinaasappelsap
3. cola
4. melk

Er zijn stoffen die niet in water oplossen, zoals vetten en oliën. Voor deze stoffen heb je een ander oplosmiddel nodig, zoals alcohol of wasbenzine. Je kunt alcohol bijvoorbeeld gebruiken om voorwerpen vetvrij te maken. Het vet op het voorwerp lost op in de alcohol, waarna je de alcohol kunt opvegen met een doek.

Alcohol wordt in allerlei producten als oplosmiddel gebruikt (figuur 5). Voorbeelden zijn parfums, deodorant en bepaalde soorten inkt en lak. Sommige stiften hebben inkt ‘op alcoholbasis’. Als je met zo’n stift schrijft of tekent, verdampt de alcohol en blijven de kleurstoffen achter. Je kunt de alcohol dan goed ruiken.

EXTRA Alcohol als oplosmiddel

Er zijn stoffen die niet in water oplossen, zoals vetten en oliën. Voor deze stoffen heb je een ander oplosmiddel nodig, zoals alcohol of wasbenzine. Je kunt alcohol bijvoorbeeld gebruiken om voorwerpen vetvrij te maken. Het vet op het voorwerp lost op in de alcohol, waarna je de alcohol kunt opvegen met een doek.

  

Alcohol wordt in allerlei producten als oplosmiddel gebruikt (figuur 5). Voorbeelden zijn parfums, deodorant en bepaalde soorten inkt en lak. Sommige stiften hebben inkt ‘op alcoholbasis’. Als je met zo’n stift schrijft of tekent, verdampt de alcohol en blijven de kleurstoffen achter. Je kunt de alcohol dan goed ruiken.

EXTRA Ethanol

De stof die in het dagelijks leven alcohol wordt genoemd, heet in de scheikunde ethanol. Als op een etiket ethanol staat, wordt daarmee ‘gewone’ alcohol bedoeld: dezelfde stof die in bier en wijn zit. Scheikundigen gebruiken het woord alcohol als een verzamelnaam voor een hele groep stoffen. Voor hen is ethanol een van de vele soorten alcohol.

Opdrachten

Wat: lees paragraaf 2.2 

Huiswerk: opdrachten 1 tm 11 van paragraaf 2.2 & Test jezelf

Hoe: helemaal stil! muziek mag in!

Hulp: Geen

Tijd: 50 minuten lang

Klaar?: ga bezig met een ander vak!