De methode om een mengsel van stoffen te scheiden in komponenten hangt af van het karakter van dat mengsel en van de komponenten.
Zo heeft het bijvoorbeel geen zin om een homogeen mengsel te filtreren.
Om de beste methode te kiezen moet je de eigenschappen van de stoffen goed kennen.
Bij extractie van een vast mengsel voegt men een oplosmiddel toe waarin één van de komponenten oplost en de andere niet.
Vervolgens kun je de oplossing scheiden van de overblijvende niet opgeloste stof(fen) en filtreren.
Tenslotte kun je - indien gewenst - het oplosmiddel weer verdampen; dan houd je die ene oplosbare stof in vaste vorm over.
Zo kan heet water bepaalde stoffen extraheren uit theeblaadjes. Je scheidt dan komponenten van elkaar en de oplosbare drink je op. De overblijvende stoffen (die achterbleven in de theeblaadjes) gooi je weg.
Een mengsel van jodium en kaliumpermanganaat kun je scheiden door alkohol toe te voegen. Het jodium lost op, maar het zout niet.
En bedenk wat er bij koffie zetten gebeurt.
Opdracht 49
Maak een schets van het scheiden door extractie van bepaalde kleurstoffen uit bloemen.
Veronderstel daarbij dat deze kleurstoffen in alkohol oplossen; de niet-oplosbare blijven achter als 'residu'.
Enkele bijzonder extracties zijn:
- verhitting van hetzelfde mengsel (jodium + permanganaat (= (s) + (s)) zal het jodium verdampen. Maar direct bij enige afkoeling sublimeert het aan de wanden van een glazen trechter en heb je de joodkristallen meteen terug, gescheiden van het zoutkristal.
- uit een mengsel van ijzer en zwavelpoeder kun je het ijzer "extraheren" met een magneet.
Chromatografie wordt heel vaak toegepast in de chemische laboratoria:
een mengsel (dus met verschillende deeltjes) passeert een vaste laag (papier, gel van aluminiumoxide, of andere poreuze stoffen)
De verschillende deeltjes van het opgeloste mengsel worden meer of minder sterk geabsorbeerd door die vaste laag (afhankelijk van, bijvoorbeeld, polaire eigenschappen).
Plaats op een stukje filtreerpapier een klein stipje zwarte inkt (dat is zeker een mengsel van diverse kleurstoffen).
Kies een 'loopvloeistof' waar je het papier met de onderkant in hangt. Door de capillaire werking trekt die vloeistof naar boven, passeert het inktvlekje. Op dat moment neemt die vloeistof de komponenten met verschillende snelheden mee naar boven.
Zo zal de slechtst oplosbare komponent vrijwel op zijn plaats blijven, niet naar boven trekken. Maar een komponent die redelijk oplost in die loopvloeistof, die zal meetrekken naar boven. Zo haal je de komponenten uit elkaar en zie je aan het eind enkele vlekjes met diverse kleuren.
Opdracht 50
Denk je dat het mogelijk is om een (g) + (g) mengsel door papierchromatografie te scheiden in de komponenten? Leg uit.
Kies antwoord 05-50
Elektroforese en Chromatografie
Het speciale filterpapier wordt natgemaakt met een waterige oplossing, aangezuurd, basisch of neutraal.
In het midden breng je een vlekje aan van het proteïnemengsel.
De eiwitten bewegen zich o.i.v. een elektrisch veld, en overeenkomstig hun lading, in een bepaalde richting:
- proteïnen in basisch milieu (OH- aanwezig) hebben meestal een negatieve lading
- proteïnen in zuur milieu (H+ aanwezig) hebben meestal een positieve lading
- de proteïnen in hun iso-elektrisch punt (daarover later) zijn neutraal
Het resultaat dat je in de afbeelding kunt zien geeft aan dat er waarschijnlijk een aangezuurde vloeistof is gebruikt om het filtreerpapier te bevochtigen.
Opdracht 51
Leg de werking van het apparaat in details uit.
Er zijn verschillende chromatografische methoden, zoals:
- Papierchromatografie
- Kolomchromatografie
- Gaschromatografie
Een speciaal type van chromatografie is de kolomchromatografie. De kolom (een glazen buis) is vol met een speciale vaste stof (zand, aluminiumoxide, bepaalde gel, e.a.). Bovenop wordt een mengsel aangebracht, dat laat je in de kolom trekken en meteen open je een kraantje dat druppelsgewijs een "loopvloeistof" laat doorsijpelen. Tijdens dat doorsijpelen wordt het mengsel meegenomen naar beneden, maar wel elke komponent van het mengsel met zijn eigen snelheid. Die hangt namelijk af van factoren als: hoe groot zijn de deeltjes van die komponent? hoe oplosbaar is de komponent in de loopvloeistof? hoe goed wordt de komponent geabsorbeerd aan de vaste stof? ;enz.
Om de zoveel seconden wordt er een nieuwe reageerbuis onder de kolom gezet om de vloeistof op te vangen. Aan het eind van dit proces bevat elke reageerbuis een klein beetje loopvloeistof + in sommige buizen een beetje komponent. Er zijn prima detectiemethoden om te kijken waar dat zit.
Opdracht 52
Leg de werking van het apparaat in details uit.
Ook gaschromatografie is een methode die absorptie toepast.
Stoffen worden geabsorbeerd door een 'drager'.
Een lange, dunne, spiraalvormig gebogen buis bevat een poreuze vaste stof, de drager. Continu passeert een (inert) gas door die buis, dus langs die drager. Het gas (zou bijvoorbeeld He kunnen zijn) is afkomstig van een cylinder waar de gasdruk heel precies wordt bijgehouden. Helium wordt er wel voor gebruikt, maar ook andere inerte gassen.
Aan het begin van de buis bevindt zich een injectiekamertje waar je een gas(mengsel) kan inspuiten. Dat onbekende gasmengsel wil je gaan onderzoeken. De ingespoten, kleine hoeveelheid daarvan wordt meteen meegenomen door het draaggas door de buis heen. De ene komponent zal sneller door de buis kunnen dan de ander, afhankelijk van de absorptie door de drager. Dus zal het ene gas eerder de buis verlaten dan het andere.
Aan het uiteinde kan bijvoorbeeld een microvlam staan die met een kleurverandering reageert op het naar buiten komen van een komponent. Een detector analiseert dan de kleur en de intensiteit van dat gas en zet dat om in een signaal dat geprint kan worden.
Zo kun je niet alleen bepalen welke komponenten in het mengsel zaten, maar ook in welk percentage.
Opdracht 53
Leg de werking van het apparaat in details uit.
Opdracht 54
Eén van de scheidingsmechanismen van deeltjes, in kolommen, is gebaseerd op het verschil in grootte van de deeltjes.
Welke deeltjes zullen de kolom het eerst verlaten: de grootste of de kleinste?
Dit is een scheidingsmethode gebaseerd op verschil in kookpunten van vloeistoffen.
Als je een mengsel van vloeistoffen verwarmt zal de vloeistof met het laagste kookpunt het eerst gaan koken en ontsnappen (verdampen) uit het mengsel. De damp zal in de condensatorbuis terecht komen, waar gekoeld wordt en waar dus deze komponent condenseert en wordt opgevangen.
De overige komponenten, met hogere kookpunten, blijven voorlopig achter en zullen pas ontsnappen bij nog hogere temperaturen. Goede temperatuurscontrole is dus zeer nodig tijdens het proces.
voorbeeld: je kunt wijn destilleren waarbij alkohol met het laagste kookpunt (78ºC) het eerst zal ontsnappen.
Opdracht 55
Bij welke temperatuur kan met wijn destilleren om alkohol te verkrijgen?
Filtratie is alleen mogelijk met heterogene mengsels met vaste deeltjes die te groot zijn voor een filter. Ze kunnen er niet doorheen, maar de (kleinere) vloeistofdeeltjes wel.
Filters heb je in alle soorten en maten, van zeer fijn tot grof.
Je hebt duidelijk een vaste stof in een vloeistof, een heterogeen mengsel dus, en het neerslag(s) heeft redelijk zware kristallen. Je kunt dan beginnen met 'decanteren' = de vloeistof afgieten terwijl de vaste stof achterblijft.
Normaal gaat het hier om homogene mengsels. Anders zou je wel filtreren of decanteren.
Je verwarmt zo'n mengsel voorzichtig, de vloeistof verdampt en de vaste stof blijft over. Natuurlijk alleen als de vloeistof en de vaste stof er tegen kunnen verhit te worden en niet voortijdig ontleden.
Je spreekt hier ook wel van 'indampen'.
Het gaat om een homogeen mengsel van (l) + (s)
De afbeelding toont een methode om een vloeistof voorzichtig te verdampen, d.w.z. op kokend water, in een waterbad. Zo'n waterbad kan natuurlijk alleen dienst doen als temperatuur van 100ºC genoeg is om de bedoelde vloeistof te verdampen. De opgeloste (vaste) stof blijft achter in het verdampingsschaaltje.
Opdracht 56
Leg uit waarom de productie van zeezout verdamping vereist.
Centrifugeren kan alleen als het mengsel heterogeen is. Vaak is het een gemakkelijke en snellere methode dan filtreren. De deeltjes met de grootste massa, dus de vaste stof, slaan neer op de bodem van de centrifugebuis onder invloed van de middelpuntvliedende kracht (of liever: de opgewekte centrifugale kracht).
Je past deze methode bijvoorbeeld toe als je een suspensie hebt: een troebel mengsel van (s) + (l) dat met een filter niet gescheiden wordt. (s) kan in dit geval bijvoorbeeld opgebouwd zijn uit zeer kleine kristalletjes of ook uit macromoleculen.
Er zijn wel methoden voor centrifugeren van (g) + (g). Gascentrifuges worden wel toegepast om bijv. zwaar waterstof te scheiden van gewoon waterstof (verrijking).
terug naar start