In dit artikel duiken we diep in de vraag: "Waarom lost zout op in water?". We zullen verschillende aspecten van dit fenomeen onderzoeken, van de basisprincipes van mengsels tot de complexere concepten van concentratie en oplosbaarheid. Laten we beginnen!

Mengsels: Helder, Troebel, Homogeen en Heterogeen

In de chemie bestuderen we verschillende soorten mengsels. Een stof waar we doorheen kunnen kijken, noemen we helder. Als we een stof met een vloeistof mengen en het mengsel blijft helder, dan spreken we van een oplossing. Een voorbeeld van een oplossing is zeewater. In zeewater zit zout opgelost, maar toch kunnen we het zout niet zien. Een ander voorbeeld is het oplossen van suiker in thee. Ook hier lijkt het suiker te "verdwijnen" in het water. Oplossingen kunnen wel een kleur hebben, denk bijvoorbeeld aan limonade.

Zeewater is helder omdat de zoutdeeltjes zich volledig verspreiden in het water. We noemen een dergelijk mengsel een homogeen mengsel. Een zoutdeeltje is een miljoen keer kleiner dan een millimeter en kan dus niet met onze ogen gezien worden. Ook gassen vormen homogene mengsels, zoals de lucht, die bestaat uit stikstof, zuurstof en koolstofdioxide.

Een vloeistof waar we niet doorheen kunnen kijken noemen we troebel. Als we een stof met een vloeistof mengen en het mengsel wordt troebel, dan spreken we van een suspensie. Er ontstaat bijvoorbeeld een suspensie als we krijtstof mengen met water. De krijtdeeltjes blijven in kleine klontjes aan elkaar plakken en deze klontjes zweven rond in het water. Omdat deze klontjes groot genoeg zijn om met onze ogen te kunnen zien, kunnen we niet door een suspensie heen kijken.

Naast suspensies bestaan er ook nog andere heterogene mengsels. Een voorbeeld is rook, een collectie van kleine stukjes vaste stof die in de lucht zweven. Een ander voorbeeld is een nevel, een collectie van kleine vloeibare druppeltjes die in de lucht zweven. Wolken en mist zijn ook nevels. Een schuim bestaat uit gasbelletjes die zich in een vloeistof of een vaste stof bevinden. Denk bijvoorbeeld aan de "prik" in cola, die bestaat uit kleine belletjes koolstofdioxide. Het laatste voorbeeld van een heterogeen mengsel noemen we een emulsie. Een emulsie bestaat uit stoffen die onder normale omstandigheden niet mengen, maar die door een extra stof, genaamd de emulgator, toch mengen. Voorbeelden van emulsies zijn mayonaise, boter en crèmes.

Concentratie: Rekenen met verhoudingen

Als we twee stoffen met elkaar mengen, dan kunnen we dit in verschillende verhoudingen doen. Denk bijvoorbeeld aan limonade. We kunnen zelf kiezen hoeveel siroop en hoeveel water we toevoegen bij het maken van limonade. De hoeveelheid water en de hoeveelheid siroop bepalen samen hoe zoet de limonade zal worden. Als de limonade erg zoet is, dan spreken we van een hoge concentratie siroop.

Stel we schenken 24 gram siroop in een maatkolf en vullen dit daarna aan met water tot aan de stippellijn tot 1000 mL (oftewel 1,000 L) limonade. In de volgende maatkolf schenken we 24 gram siroop in een maatkolf en vullen dit aan tot we 2,000 liter limonade hebben. Elke liter limonade bevat in dit geval dus 24 / 2 = 12 gram siroop. De siroopconcentratie is in dit geval dus 12 g/L. In de volgende maatkolf schenken we 24 gram siroop in een maatkolf en vullen dit aan tot we 0,25 liter limonade hebben.

Een siroopconcentratie van 34 g/L betekent dat er 34 gram siroop gebruikt is voor een liter van deze limonade.

Concentraties uitgedrukt in procenten

Tot nu toe hebben we concentraties weergegeven in gram per liter, maar we kunnen concentraties ook weergeven in procenten.

Stel een mengsel bestaat uit rode en gele deeltjes. Als 0,50 L van een totaal volume van 2,0 L uit gele deeltjes bestaat, dan bestaat het mengsel voor 0,50 / 2,0 × 100 = 25% uit gele deeltjes. Dit noemen we 25 volumeprocent.

Naast het volume kunnen we ook naar de massa kijken. Stel dat ditzelfde mengsel een massa van 3,0 kg heeft en dat 1,0 kg uit gele deeltjes bestaat. 1,0 / 3,0 × 100 = 33,3% van de massa bestaat dan dus uit gele deeltjes. We zeggen dan dat de concentratie 33,3 massaprocent is, afgekort met het procentteken (dus 33,3%).

Voorbeeld: 1,00 liter wijn bevat 12,0 vol% alcohol. De fles bevat dus 0,120 L alcohol en dat is gelijk aan 120 mL.

Waarom lost zout op atomair niveau op in water?

Als we zoutkorrels in water leggen, dan trekken de watermoleculen de zoutdeeltjes los uit de zoutkorrels. Dit noemen we het oplossen van zout.

Hoe meer zoutdeeltjes er echter opgelost zijn, hoe groter de kans wordt dat een zo'n zoutdeeltje weer tegen de korrel botst en daar weer aan vast komt te zitten. Als de hoeveelheid opgeloste zoutdeeltjes toeneemt, dan kan het gebeuren dat het aantal zoutdeeltjes dat loskomt van de korrel even groot wordt als het aantal zoutdeeltjes dat weer aan de korrel vast komt te zitten. Het resultaat is dat de zoutkorrel niet meer kleiner wordt.

Er zit dus een maximum aan de hoeveelheid zout dat in een bepaalde hoeveelheid water kan worden opgelost. Bij een temperatuur van 25 °C kan je bijvoorbeeld maximaal 359 gram zout per liter water oplossen. Deze maximale hoeveelheid noemen we de oplosbaarheid. Zout heeft dus een oplosbaarheid van 359 g/L. Als je nog meer zout toevoegt, dan lost dit niet op, maar blijft het gewoon op de bodem liggen.

Als de zoutconcentratie onder dit maximum zit, dan noemen we de oplossing onverzadigd. De oplosbaarheid van stoffen is afhankelijk van de temperatuur. Voor vaste stoffen, zoals zout of suiker, neemt de oplosbaarheid toe als de temperatuur toeneemt. We kunnen dus meer van deze stoffen oplossen in warm water dan in koud water.

Oplosbaarheid van gassen

Ook gassen kunnen oplossen in water. Je hebt bijvoorbeeld vast wel eens gehoord dat vissen zuurstof filteren uit het water met behulp van hun kieuwen. Dit betekent dus dat er zuurstof opgelost zit in het water. Als de temperatuur van het water toeneemt, dan gaan deze zuurstofmoleculen sneller bewegen en zo ontsnappen ze gemakkelijker uit de vloeistof.

Oplosbaarheid vs. Oplossnelheid

De oplosbaarheid vertelt ons hoeveel stof er maximaal opgelost kan worden, maar het zegt ons niets over hoe snel een stof oplost. De oplossnelheid kan worden beïnvloed door:

  • Roeren: Roeren vergroot de oplossnelheid doordat de deeltjes zo beter met elkaar in aanraking komen.
  • Temperatuur: De temperatuur verhoogt de oplossnelheid doordat deeltjes met een hogere temperatuur sneller bewegen.
  • Verdelingsgraad: De verdelingsgraad vertelt ons hoe goed een stof "verdeeld" is. Poedersuiker lost bijvoorbeeld sneller op dan kristalsuiker.

Roeren en het verhogen van de verdelingsgraad verhogen de oplossnelheid, maar bij deze ingrepen blijft de oplosbaarheid gelijk. De temperatuur heeft wel effect op zowel de oplosbaarheid als de oplossnelheid.

Natrium en zout

Bij werkzaamheden in zoutwater komen we vaak de term natrium tegen. Dit element is een van de meest voorkomende metalen op aarde. Bodems, gesteentes en in drink- en zeewater; het is overal om ons heen.

Natrium is een zilverkleurig alkalimetaal. Het is het zevende meest voorkomende natuurlijke element op de aarde. Het bevindt zich van nature in grote hoeveelheden in gesteentes in de aardbodem. De stof komt veel voor in zeewater, rivierwater en in drinkwater. Vanuit de aardkorst vindt het op natuurlijke wijze zijn weg naar oceanen en rivieren. Daardoor is de concentratie ongeveer net zo hoog als in de aardkorst, zo’n drie procent. In zeewater komen we natrium vooral tegen in de vorm van zeezout.

Natrium en zout worden nog vaak met elkaar verward. Dat is op zich niet zo gek; zout is een samengestelde stof, waarvan natrium verreweg het belangrijkste bestandsdeel is. Het zijn dus niet dezelfde stoffen. Overigens zijn er veel verschillende soorten zouten, elk met hun eigen specifieke natriumsamenstellingen.

Natrium heeft een lage dichtheid. Daardoor lost het snel op in water. Een mooi voorbeeld daarvan is zeewater. In elementaire vorm is de reactie van natrium met water een stuk agressiever. Het ontploft zodra het met water in aanraking komt. Dat komt doordat natrium water sterk positief laadt met elektronen. Hierbij komt onder andere waterstof vrij, dat explosief reageert wanneer het in aanraking komt met zuurstof.

Zouten op een scheikundige manier

Zouten zijn chemische verbindingen tussen positieve en negatieve ionen. Zouten bestaan uit ionen en zijn een samenstelling van een metaal en een niet-metaal. In de binding van zouten zijn de metalen vaak positief geladen en de niet-metalen vaak negatief geladen. In vaste zouten zitten deze ionen in een bepaalde structuur, genaamd het ionrooster. Het rooster zorgt voor een sterke binding tussen de ionen, waardoor ze op hun plek blijven zitten.

Omdat deze ionbindingen sterk zijn, hebben zouten over het algemeen een hoog smeltpunt. Daarnaast zou je verwachten dat zouten stroom kunnen geleiden, aangezien we te maken hebben met geladen deeltjes. Echter is het geleiden van stroom in vaste zouten niet mogelijk, omdat de ionen vast op hun plek zitten. Opmerkelijk is dat er wel stroom doorheen kan lopen als zouten worden opgelost. Het verschil met vaste zouten is dat zodra je een vast zout oplost in een vloeistof (bijvoorbeeld water), de ionen los van elkaar in de vloeistof zweven. In de eerste instantie heb je vast NaCl. Maar zodra je dit oplost in H2O zal het NaCl zich opsplitsen in de losse ionen Na+ en Cl-. Nu de ionen zich los kunnen verplaatsen, kan de lading zich via de ionen verplaatsen. Dit maakt stroomgeleiding mogelijk. Ook is te zien dat de watermoleculen om de ionen gaan zitten. Dit voorkomt dat de ionen weer een binding aangaan.

Een goed oplosbaar zout zal van een vaste vorm opsplitsen in losse ionen. Dat komt doordat de waterdeeltjes dus om de losse ionen heen gaan zitten. Een zout kan dus ook slecht oplossen in water. Hierbij zullen de ionen niet omringd worden door een dekentje van water en kunnen ze in het water bij elkaar komen. Hierdoor zal er een vaste stof worden gevormd, genaamd neerslag. De reactie noem je dan ook een neerslagreactie.

labels:

Zie ook: