Niet alle stoffen komen in een zuivere vorm in de natuur voor. Wanneer we een stof hebben die uit twee of meer soorten moleculen bestaat, spreken we van een mengsel. De meeste dingen die we eten en drinken zijn mengsels.

Om bepaalde stoffen wel in een zuivere vorm te kunnen verkrijgen, kan er een scheidingsmethode worden toegepast. Welke scheidingsmethode er wordt toegepast is afhankelijk van het mengsel. Als stoffen goed met elkaar oplossen, zijn de verschillende componenten in het mengsel niet te onderscheiden. Zelfs als je er met een microscoop naar zou kijken, is het verschil niet te zien.

In heterogene mengsels zie je het verschil al vaak met het blote oog. Voorbeelden van heterogene mengsels zijn suspensies en emulsies. Een suspensie is een vloeistof met daarin zwevende fijne vaste deeltjes. Sinaasappelsap is een voorbeeld van een suspensie van vruchtvlees in vruchtensap. Een emulsie is een mengsel van twee niet-mengbare vloeistoffen, hierdoor ontstaan er vaak twee duidelijke lagen in de vloeistof.

Ook kunnen gassen zich in mengsels bevinden met zowel vloeistoffen als vaste stoffen. Een vijver waarin je soms gasbellen naar boven ziet komen, is zuurstof dat uit het water ontsnapt. Ook zijn er gassen met daarin vaste stoffen, bijvoorbeeld rook. Rook bestaat eigenlijk uit hele fijne vaste deeltjes die zich mengen met de lucht. Deze deeltjes kunnen giftig zijn, denk maar aan sigarettenrook. Lucht zelf is een mengsel van verschillende soorten gassen, dus gassen kunnen ook met gassen mengen!

Scheidingsmethoden

Er zijn verschillende scheidingsmethoden om mengsels te scheiden in zuivere stoffen:

Filtratie

Filteren is een scheidingsmethode die berust op een verschil in deeltjesgrootte tussen de stoffen in het mengsel. Het wordt vaak gebruikt om een suspensie te scheiden. Zodra het mengsel door het filter wordt gehaald, zullen de vaste deeltjes achterblijven. Dit is het residu. Hierboven zie je een voorbeeld van een filtratie opstelling. Er wordt gebruik gemaakt van een trechter, een filter en een reageerbuisje. Het filter wordt op de trechter geplaatst en de trechter zelf wordt op het reageerbuisje gezet. Nu kan er al een mengsel gescheiden worden.

Laten we sinaasappelsap als voorbeeld nemen. Sinaasappelsap is een mengsel van vruchtvlees in vruchtensap (suspensie). Zodra je de sinaasappelsap in het filter doet, zul je zien dat het vruchtensap door de filter gaat en in het reageerbuisje terechtkomt. De vloeistof is in dit geval de vruchtendrank. Dit zal als filtraat in het reageerbuisje belanden. De korreltjes kun je zien als vruchtvlees en zullen niet door het filter heengaan.

Indampen

Bij indampen wordt een vaste stof uit een vloeistof gescheiden door de vloeistof te laten verdampen. Deze scheidingsmethode berust dus op een verschil in kookpunt tussen de verschillende componenten in het mengsel. Hierbij zal de vloeistof eerder verdampen dan de vaste stof. Misschien heb je wel eens zout zeewater in je mond gekregen. Dat is het zout dat wordt gebruikt voor bijvoorbeeld keukenzout (NaCl). Maar voordat het als zeezout in de keuken gebruikt kan worden, moet het worden gescheiden.

Keukenzout heeft een heel hoog kookpunt in vergelijking met water, namelijk rond 1465 graden Celsius. Misschien weet je wel dat het kookpunt van water rond de 100 graden Celsius ligt. Omdat dit verschil zo groot is, kan door middel van indampen het zout gescheiden worden uit het water. Naarmate je zeewater verwarmt, zal er steeds meer water verdampen.

Destilleren

Destilleren berust net als indampen op een verschil in kookpunt, maar hierbij worden twee verschillende vloeistoffen gescheiden. Destillatie is een veelgebruikte methode om het juiste alcoholpercentage in wijn te verkrijgen. Je brengt de oplossing op de temperatuur van het eerste kookpunt. De vloeistof die het eerst kookt verdampt en je houd de andere vloeistof over. De verdampte vloeistof vang je op en die laat je afkoelen. Tijdens het afkoelen wordt de damp weer vloeistof (condenseren). Een voorbeeld is het destilleren van een water en alcohol mengsel. Je brengt het mengsel op een temperatuur van 78 graden. Dit is het kookpunt van alcohol. De alcohol verdampt en het water blijft achter.

Extraheren

Bij extraheren wordt er gebruiktgemaakt van een extra middel, een extractiemiddel. De methode berust op het verschil in oplosbaarheid in dit extractiemiddel. Bij koffie zetten is het hete water het extractiemiddel dat de geur- en smaakstoffen uit de koffiebonen haalt (scheiding). Met koud water zal dit minder goed lukken. Het is belangrijk om te beseffen dat niet alle stoffen van de koffiebonen in het hete water oplossen. Daarom blijft er altijd een deel achter wat men het koffiedik/koffiegruis noemt.

Als je in de winkel langs de koffie afdelingen loopt, zie je grof en fijn gemalen koffiebonen. Het verschil is dat bij fijn gemalen koffiebonen, het hete water uiteindelijk een groter contactoppervlak met de bonen heeft, waardoor er meer geur- en smaakstoffen worden geëxtraheerd.

Adsorptie

Bij adsorptie wordt er gebruikgemaakt van het verschil in aanhechtingsvermogen van de componenten aan een vast oppervlak. Het is dus anders dan extraheren, aangezien daar vloeistof wordt gebruikt om vaste stoffen uit elkaar te halen. Zo binden veel gas- en vloeistofdeeltjes heel sterk aan het oppervlak van actieve kool. Deze actieve kool, vaak Norit genoemd, heeft een zeer groot oppervlak door een hele fijne microstructuur van de moleculen. Daarnaast heeft het een aantrekkingskracht naar de moleculen die er doorheen stromen. Door de combinatie van deze twee eigenschappen kan adsorptie plaatsvinden.

Als brandweermannen een huis binnengaan om een brand te blussen, dragen ze altijd gasmaskers.

Bezinken en Centrifugeren

Niet alle stoffen zijn even zwaar. In een mengsel van een vloeistof en een vaste stof (suspensie), zal na enige tijd de vaste stof naar beneden zakken. Bezinken wordt dus gebruikt voor het scheiden van een suspensie waarbij er gebruik wordt gemaakt van het verschil in dichtheid. In het figuur hieronder kun je zien dat een suspensie overgaat naar twee lagen, de heldere vloeistof en de neerslag (vaste deel). Een voorbeeld waar bezinken op wordt toegepast, is bij het zuiveren van slootwater. Dit is een mengsel van water en een boel andere vaste stoffen.

Een versnelde vorm van bezinken is centrifugeren. Hierbij wordt er gebruiktgemaakt van een centrifuge. Ooit afgevraagd waarom ‘was’ soms redelijk droog uit de wasmachine komt? Als de wasmachine klaar is met wassen, zal het de was nog hard rond laten draaien zodat de waterdeeltjes naar beneden zakken. Dit zorgt ervoor dat de was nog een beetje wordt gedroogd. Centrifuges worden ook veel gebruikt in het laboratorium. Als er een mengsel snel gescheiden moet worden, en dit is mogelijk op basis van het verschil in dichtheid, kan het mengsel in een centrifuge worden rondgedraaid.

Chromatografie

Ook chromatografie is een bekende scheidingsmethode. Hiermee kun je mengsels scheiden of bepaalde stoffen in het mengsel aantonen.

Experiment: Extractie van Gemalen Koffiebonen

Een experiment om de extractie van gemalen koffiebonen te illustreren:

  1. We gieten ongeveer een halve reageerbuis met heet water.
  2. We schudden de reageerbuis met de reageerbuisknijper.
  3. Als hij kokend is doen we het in het bekerglaasje waar de gemalen koffiebonen inzitten. Het gemalen koffiebonen is een bruine poedervormige stof.
  4. Het mengsel roeren we goed door gebruik te maken van een roerstaaf.
  5. Daarna gaan we het filtreren, eerst gaan we de filter nat maken omdat het mengsel niet het absorbeert en het dan makkelijker erlangs stroomt.
  6. We doen de natte filter in de trechter omdat de trechter al een driehoekige vorm heeft aan de onderkant hoeft er geen ontluchting papier er tussenin.
  7. De trechter en filter doen we in een lege reageerbuis.
  8. We schenken het mengsel van water en gemalen koffiebonen in de trechter en laten het uitlekken.
  9. Het residu is een donkerbruin prutje van koffie die overblijft in de filter.
  10. Nadat het bijna alles eruit is gelekt gaan we de maatbeker met daarin de restjes gemalen koffiebonen schoonmaken omdat we het niet meer hoeven te gebruiken.
  11. Nu gaan we het weer ongeveer een halve reageerbuis met heetwater en doen de vlam op de kleurloze vlam door meer luchttoevoer.
  12. Met de reageerbuisknijper schudden we het een beetje in de vlam.
  13. Als het kokende water wordt. Doen we het weer in een trechter en filter maar dan in een ander lege reageerbuis. De koffie is nadat hij gefiltreerd is lichter van kleur dan de eerste filtratie.
  14. Nadat dat allemaal is gedaan gebruiken we het porseleinen schaaltje om de eerste reageerbuis met sterke koffie in te dampen.
  15. Op de driepoot gaan we het porseleinen schaaltje zetten.
  16. We schudden met een krusetang zodat hij niet op èèn plek verwarmt.
  17. We stoppen hiermee als het stroperig wordt. Wat overblijft nadat het verdampt is ziet het er bruinkleurig uit. Deze overgebleven spul is een residu. Het is oplosbaar in water. Als je water bij het residu gaat doen lost de koffie helemaal op in het water. Na het indampen en het opnieuw toevoegen van water blijft er een bruine heldere vloeistof over.

Gemalen koffie bonen zijn te extraheren, het extractiemiddel is water.

Vragen bij de Proef

  • We gebruiken gemalen koffiebonen omdat hele koffiebonen niet oplossen in water.
  • Het verschil van oploskoffie en gemalen koffiebonen is dat bij de oploskoffie is het al geëxtraheerd en de gemalen bonen moeten eerst nog geëxtraheerd worden.
  • De term koffie-extract is omdat de oploskoffie is een extractie van gemalen koffiebonen.
  • De stof nadat het ingedampt is, is geen zuivere stof want er zitten nog allemaal niet zichtbare onopgeloste stoffen in.
  • De proef zou niet lukken als je koud water gebruikt want dan lost de koffie niet goed op.

labels:

Zie ook: