Chemie: scheidingstechnieken.

Inleiding

We hebben gezien in vorige lessen dat we materie kunnen onderverdelen in zuivere stoffen en mengsels. In mengsels hebben we ook een onderscheid gemaakt zoals hier onderaan. We gaan nu de 2 in verband brengen, namelijk hoe we van een mengsel kunnen scheiden tot zuivere stoffen! We gaan ook kijken waar we deze technieken kunnen toepassen in het dagelijkse leven.

1. Filtreren

Filtreren is een heel bekende scheidingstechniek. Zeker bij oudere mensen.

Filtreren is een scheidingstechniek die we enkel en alleen bij heterogene mengsels kunnen toepassen. We kunnen deze toepassen bij een mengsel van een vaste stof en een vloeistof. Bij filtreren zijn 2 woorden heel belangrijk te onthouden: filtraat en residu.

Heterogeen mengsel: vaste stof & vloeistof.

Een voorbeeld van dit soort mengsel is een mengsel van zand en water. Wanneer we al het water van het zand willen scheiden gebruiken we een filtreerpapier die het zand tegenhoudt en het water door laat. Waarom laat de filter het water door en het zand niet? Dit heeft te maken met de fysische eigenschap: deeltjesgrootte. De deeltjes van het zand zijn namelijk veel groter dan de deeltjes van het water. Omdat het water door het filtreerpapier gaat noemen we het water het filtraat. Omdat het zand in het filtreerpapier achter blijft, noemen we het zand het residu.

We gebruiken dit principe wanneer we koffie willen zetten.

2. Decanteren

Decanteren of afgieten is ook een bekende scheidingstechniek. Zeker in de keuken.

Decanteren is een scheidingstechniek die we gebruiken enken en alleen bij een heterogeen mengsel. Hiermee kunnen we een mengsel van een vloeistof en een vaste stof, maar ook een mengsel van 2 vloeistoffen scheiden.

Heterogeen mengsel: vloeistof & vaste stof.

Een voorbeeld van dit soort mengsel is een mengsel van stenen en water. Hiermee gieten we het water in een andere beker en laten we het zand in de eerste beker zitten. Je kan je zelf wel inbeelden dat decanteren niet altijd even gemakkelijk is. Het is niet altijd even gemakkelijk om al het water af te gieten maar het is wel mogelijk. Omdat de stenen zwaarder zijn en op de bodem blijven is decanteren goed mogelijk. We steunen hier op de fysische eigenschap massadichtheid.

Een voorbeeld van in de keuken is als je aardappelen kookt en deze daarna afgiet in de gootsteen.

Heterogeen mengsel: vloeistof & vloeistof.

Hier blijven we steunen op het verschil in massadichtheid van de 2 vloeistoffen. Omdat de ene vloeistof dan op de andere ligt, kunnen we deze ook afgieten in een andere beker. Dit is niet zo gemakkelijk maar wel mogelijk.

Wanneer je bij het koken olie en water samenvoegt krijg je een heterogeen mengsel. Als je per ongeluk teveel olie gebruikt kan je deze gewoon afgieten.

3. Centrifugeren

Centrifugeren is een minder bekende scheidingstechniek maar toch heeft deze scheidingstechniek een bekende alledaagse toepassing.

Centrifugeren is heel handig om suspensies en emulsies te scheiden. Een voorbeeld van een emulsie is het mengsel dat je krijgt wanneer je water en olie samenvoegt en vervolgens schud. Een voorbeeld van een suspensie is fruitsap wanneer er nog vruchtvlees inzit. Bij centrifugeren doet men het mengsel in een buisje dat een tijd heel hard rondgedraaid worden in een centrifuge. Hierdoor zie je na enkele tijd duidelijk de verschillende lagen in het mengsel. Dit komt door de fysische eigenschap massadichtheid. Deze techniek wordt vaak gebruikt in ziekenhuizen wanneer ze bloed onderzoeken.

Een ander voorbeeld in de keuken is wanneer je sla droog wilt zwieren of kleren in de de droogkast.

4. Chromatografie

Chromatografie kan op vele soorten mengsels toegepast worden. In deze scheidingstechnieken worden nog eens in vele verschillende soorten onderscheid gemaakt.

De algemene zijn:
- Vloeistofchromatografie.
- Gaschromatografie.
- Dunnelaagchromatografie.

De laatste wordt het meest gebruikt. Deze scheidingstechniek heeft even de tijd nodig en gedurende de scheiding benoemt men 2 fases: de stationaire fase en de mobiele fase.
De stationaire fase is eigenlijk de beginsituatie waar je de stoffen (vb. kleuren) gewoon aanbrengt op het papier. Wanneer het oplosmiddel (vb. water) omhoog gezogen wordt en deze stoffen raakt, zullen de kleuren uitlopen. Dit noemen we de mobiele fase.

5. Adsorberen

Adsorberen is iets heel anders dan absorberen. Bij adsorberen worden bepaalde deeltjes letterlijk vastgehecht op een andere stof. Een voorbeeld is actieve kool in gasmaskers. Deze kool houdt de giftige gassen tegen door zich eraan vast te hechten en laat zo de goede lucht door. We noemen de actieve kool dan het adsorptiemiddel. We gebruiken deze techniek om homogene en heterogene mengsels te scheiden. De fysische eigenschap die hier belangrijk is het aanhechtingsvermogen of adsorptiecapaciteit van een stof. Na het adsorberen volgt meestal ook nog filtreren.

Norit is een tablet tegen diarree en bevat grotendeels actieve kool.

6. Destilleren

Bij destilleren moeten we snel aan alcoholische dranken denken. Deze techniek gebruiken we om een homogeen mengsel van 2 vloeistoffen te scheiden. Ook bij deze techniek zijn 2 woorden belangrijk te onthouden: destillaat en residu.

Als we willen destilleren hebben we een grote opstelling nodig. Bij deze techniek baseren we ons op het verschil in kooktemperatuur. We gaan dus het mengsel verwarmen tot een vloeistof begint te verdampen en deze vangen we ergens anders in op. Voor deze opstelling gebruiken we een kookkolf, liebigkoeler, verwarmplaat en een andere kolf. De dampen die ontstaan gaan van de kookkolf naar de liebigkoeler waar koud water omheen stroomt zodat de dampen hierin kunnen condenseren (overgang van een gas naar een vloeistof) en zo opgevangen kunnen worden in de andere kolf. De stof die eerst verdampt en opgevangen wordt in een andere kolt is het destillaat. De stof die achterblijft noemen we het residu.

Ruwe aardolie kan door destillatie in verschillende soorten brandstof ontleed worden. Zo worden de volgende, ontleed van aardolie, gebruikt:

- Benzine: voor auto's en bussen.
- Kerosine: voor vliegtuigen.
- Paraffine: voor kaarsen te
- Stookolie: voor verwarmen van het huis.
- Bitumen: zit in asfalt.

7. Kristalliseren

De naam zegt het zelf al, bij kristalliseren gaan we kristallen maken. We gaan dan een homogeen mengsel van een vaste stof en een vloeistof scheiden. De vaste stof is dan opgelost in de vloeistof.

Kristalliseren is niet helemaal een scheidingstechniek omdat we de vloeistof niet meer bijhouden maar laten verdampen. We houden dan alleen maar de vaste stof over. Een voorbeeld hiervan is als je een zoutoplossing zou verwarmen gaat het water verdampen en er worden zoutkristallen gevormd. Vanzelfsprekend hangt het proces af van de vluchtigheid of verdampingssnelheid van de vloeistof die kleiner is dan die van de opgeloste vaste stof.
Voor deze methode beter te begrijpen kan je naar deze link gaan.

De allergrootste toepassing hier van is zoutwinning. Daarom noemen we het ook kristallisatie omwille dat er altijd kristallen gevormd worden. In de video worden Natriumthiosulfaat kristallen gemaakt.

8. Extraheren

Extraheren kan ook op vele soorten mengsels toegepast worden. Je kan uit de naam al zien dat we iets gaan 'extraheren' of eruit halen.

Wanneer we willen extraheren zullen we bijna altijd nog meerdere scheidingstechnieken moeten toepassen. Dit is meestal decanteren of filtreren. Als we bijvoorbeeld suiker willen maken, moeten we de suiker uit de suikerbieten halen. Om de suiker uit de suikerbieten te halen, gebruiken we een extractiemiddel dat alleen maar de suiker eruit haalt! Je kan deze link bekijken hoe ze dit doen. De fysische eigenschap die hier meespeelt is het verschil in oplosbaarheid.

Wanneer je een vlek op je broek hebt en deze moet wassen mag het waspoeder alleen maar de vlek verwijderen en niet de stof van je broek. Het waspoeder is dan het extractiemiddel. Dit is ook een voorbeeld van extractie.

In chemische labo's wordt een Soxhlet-apparaat gebruikt om te extraheren. Dit werd eerst gebruikt om het percentage vet in melk te bepalen.

Comment Stream