1. Zuivere stoffen en mengsels

Samenvatting voor NaSk 2 - Zuivere stoffen en mengsels 

Wat zijn zuivere stoffen en mengsels?

Zuivere stoffen bestaan uit één soort molecuul, terwijl mengsels uit meerdere soorten moleculen bestaan. Zuivere stoffen hebben dus een vaste samenstelling. Mengsels kunnen verschillende verhoudingen van componenten hebben, en hun samenstelling kan variëren. 

In het dagelijks leven komen we meestal mengsels tegen, terwijl zuivere stoffen vaker in laboratoria en industriële processen worden gebruikt. Je moet van een aantal stoffen uit kunnen leggen of het een zuivere stof of een mengsel is en wat de hoofdbestanddelen zijn. 

Zuivere stoffen

Ten eerste zuivere stoffen, dus stoffen die bestaan uit één soort molecuul. Er zijn natuurlijk heel veel zuivere stoffen, maar drie hiervan moet je in ieder geval kennen. 

1. Suiker is een zuivere stof die bestaat uit sucrose-moleculen. Sucrose is een koolhydraat dat veel in de natuur voorkomt en wordt gebruikt om voedsel zoet te maken.
2. Keukenzout is een zuivere stof die uit natriumchloride-moleculen bestaat. Het wordt gebruikt om smaak toe te voegen aan voedsel en als conserveermiddel.
3. Gedestilleerd water is een zuivere stof die alleen uit watermoleculen bestaat. Het is water dat behandeld is om onzuiverheden en mineralen te verwijderen, en wordt vaak gebruikt in laboratoria en sommige industriële processen.

Mengsels

Dan mengsels, dus stoffen die bestaan uit een combinatie van zuivere stoffen. Hiervan moeten we een aantal voorbeelden kennen. 

1. Drinkwater is een mengsel van zuiver water met kleine hoeveelheden mineralen (zoals calcium en magnesium) en andere stoffen (zoals chloor voor desinfectie). De exacte samenstelling kan verschillen, afhankelijk van de waterbron en behandeling.
2. Melk is een mengsel van water, vet, eiwitten, lactose (een soort suiker) en mineralen. Het is een voedzame drank die van dieren zoals koeien, geiten en schapen komt.
3. Limonade is een mengsel van water, suiker, smaakstoffen en soms vruchtensap. Het is een zoete, verfrissende drank die in veel smaken verkrijgbaar is.
4. Wijn is een mengsel van water, alcohol (ethanol), suiker, zuren en smaakstoffen uit druiven. Het wordt geproduceerd door het fermenteren van druivensap en is een populaire alcoholische drank.
5. Bier is een mengsel van water, alcohol, suiker, hop (voor smaak en bitterheid) en andere smaakstoffen. Het wordt gemaakt door het fermenteren van granen, meestal gerst, en is ook een zeer populaire alcoholische drank.
6. Jenever is een mengsel van water, alcohol en kruiden (waaronder jeneverbessen). Het is een sterke alcoholische drank die oorspronkelijk uit Nederland komt.
7. Spiritus is een mengsel van voornamelijk alcohol (ethanol), water en soms kleurstoffen of bitterstoffen om het ondrinkbaar te maken. Het wordt gebruikt als brandstof en reinigingsmiddel.
8. Azijn is een mengsel van water en azijnzuur, en soms smaakstoffen (zoals kruiden of fruit). Het wordt gebruikt in voedselbereiding, conservering (dus om iets langer houdbaar te maken) en als schoonmaakmiddel.
9. Reinigingscrème is een mengsel van water, vetten, reinigingsmiddelen en soms geurstoffen. Het wordt gebruikt om de huid te reinigen en make-up te verwijderen.
10. Tandpasta is een mengsel van water, schuurmiddelen (om tandplak en vlekken te verwijderen), bevochtigingsmiddelen (om de pasta glad te maken), smaakstoffen (voor een frisse smaak) en bindmiddelen (om de pasta bij elkaar te houden). Het wordt gebruikt om tanden te poetsen en de mondhygiëne te verbeteren.
11. Shampoo is een mengsel van water, reinigingsmiddelen (om vuil en vet van het haar te verwijderen), geurstoffen en soms verzorgende ingrediënten (zoals eiwitten of oliën). Het wordt gebruikt om het haar en de hoofdhuid te reinigen en in goede conditie te houden.
12. De lucht die overal om ons heen zweeft is een belangrijke. Het is een mengsel van verschillende gassen, voornamelijk stikstof (ongeveer 78%), zuurstof (ongeveer 21%), argon (ongeveer 1%) en kleine hoeveelheden koolstofdioxide, waterdamp en andere gassen. Lucht is essentieel voor het leven op aarde, voornamelijk aangezien het zuurstof bevat dat wij nodig hebben om te ademen, en koolstofdioxide bevat dat planten nodig hebben om te “ademen”. 

Soorten mengsels

We hebben nu een aantal voorbeelden van mengsels besproken. Deze mengsels kunnen we onderverdelen in een aantal verschillende soorten die we in het dagelijks leven tegenkomen.

Oplossing

Een oplossing is een mengsel waarin een stof gelijkmatig is verdeeld in een andere stof. Meestal is één stof een vloeistof, zoals water, waar een andere stof in opgelost is. Een voorbeeld is suiker opgelost in water, waarbij het water de suikeroplossing wordt. Een ander voorbeeld is zout opgelost in water, wat we zoutwater noemen. Een oplossing kan ook bestaan uit twee vloeistoffen

Emulsie

Een emulsie is een mengsel van twee vloeistoffen die normaal niet goed mengen, zoals olie en water. Doordat het niet helemaal goed mengt zweven er eigenlijk druppeltjes van de ene stof in de andere stof. Voorbeelden van emulsies zijn boter, melk en crème. In boter zitten kleine druppeltjes vet die in water zijn verdeeld. Melk is een emulsie van vetdruppeltjes en water, en crème is een dikkere versie van melk met meer vet.

Suspensie

Een suspensie is een mengsel waarin vaste deeltjes in een vloeistof zweven, maar na een tijdje naar de bodem zakken omdat ze zwaarder zijn. Modder, bijvoorbeeld, is een mengsel van water en kleine stukjes aarde en steen. Verf is een suspensie van kleurpigmenten in een vloeistof, die samen zorgen voor de kleur die je op de muur ziet.

Schuim

Schuim is een mengsel van een gas, zoals lucht, en een vloeistof. De vloeistof vormt kleine belletjes die het gas vasthouden. Voorbeelden van schuim zijn het schuim op een glas limonade, slagroom of het schuim in een bad met zeep. Schuim kan zacht en luchtig aanvoelen, maar kan ook stevig zijn, zoals in een matras (in dat geval is de vloeistof in het productieproces gestold tot een vaste stof).

Rook

Rook is een mengsel van vaste deeltjes, vloeistoffen en gas. Je ziet het bijvoorbeeld als je iets verbrandt, zoals hout in een kampvuur. De rook bevat kleine deeltjes as, waterdamp en gassen die vrijkomen tijdens het verbrandingsproces.

Nevel

Nevel is een mengsel van kleine waterdruppeltjes die in de lucht zweven. Het lijkt op mist, maar is lichter en vaak lager bij de grond. Nevel ontstaat meestal in de ochtend of avond, wanneer de lucht afkoelt en het vocht condenseert tot kleine druppeltjes.

Legering

Een legering is een mengsel van twee of meer metalen die samen worden gesmolten. Legeringen worden vaak gemaakt om de eigenschappen van de metalen te verbeteren, zoals hun sterkte, flexibiliteit of weerstand tegen roest. Enkele voorbeelden van legeringen zijn:

• Amalgaam. Dit is een legering van kwik en andere metalen zoals zilver, tin en koper. Het wordt gebruikt in tandvullingen, vanwege zijn duurzaamheid en goede hechting aan tanden.

• Brons is een legering van koper en tin. Het is een sterk en hard materiaal dat veel werd gebruikt in de oudheid voor het maken van wapens, beelden en gereedschappen. Tegenwoordig wordt het ook gebruikt voor decoratieve voorwerpen en muziekinstrumenten.

• Messing is een legering van koper en zink. Het heeft een goudachtige kleur en is bestand tegen corrosie. Messing wordt vaak gebruikt voor deurknoppen, kranen, muziekinstrumenten en sieraden.

• Soldeer is een legering van verschillende metalen, zoals tin en lood of tin en zilver. Het wordt gebruikt om metalen onderdelen aan elkaar te bevestigen, bijvoorbeeld in elektronica of bij het maken van sieraden. Soldeer smelt bij een lagere temperatuur dan de metalen die het verbindt, waardoor het gemakkelijk te gebruiken is.

Smeltpunt en smelttraject 

Van de buitenkant kan je doorgaans niet makkelijk zien of je met een zuivere stof of met een mengsel te maken hebt. Om dit te onderzoeken kan je gebruik maken van verschillen in smelt- en kookpunten van een stof. Iedere zuivere stof heeft namelijk een specifieke temperatuur waarbij het smelt (dus van vaste vorm naar vloeibare vorm gaat) of kookt (dus van vloeibaar naar gas). 

Als we dus een grafiek zouden maken van de temperatuur van een zuivere stof, dan zou dat er als volgt uitzien (zie video). We zien dat de stof bij lage temperatuur in vaste vorm is. Bij een bepaalde temperatuur gaat het smelten. Dit is het smeltpunt. We zien dat de stof bij dit smeltpunt een bepaalde periode, tijdens het smelten, dezelfde temperatuur blijft. Vervolgens is het vloeibaar. 

Kookpunt

De temperatuur stijgt verder tot het kookpunt. Tijdens het koken blijft de zuivere stof weer dezelfde temperatuur. Vervolgens is het in gasfase en stijgt de temperatuur weer verder. Overigens kan het ook de andere kant op natuurlijk. Als de temperatuur daalt, en een stof gaat van vloeibare vorm naar vaste vorm, dan stolt het: dit is het omgekeerde van smelten. Het smeltpunt zit dan ook bij dezelfde temperatuur als het stolpunt, alleen de verandering van fase is andersom. We kunnen een zuivere stof dus herkennen aan een grafiek waarbij de temperatuur van de stof hetzelfde blijft tijdens het smeltpunt, stolpunt en kookpunt. 

Mengsel herkennen

Bij een mengsel zit net even wat anders. Aangezien het bestaat uit meerdere zuivere stoffen, met elk een eigen smeltpunt, zal het niet bij één specifieke temperatuur smelten. We zien weer een stof in vaste vorm waarvan de temperatuur stijgt. Vervolgens gaat het smelten. Echter blijft de temperatuur doorstijgen tijdens het smelten, door de verschillende smeltpunten van de zuivere stoffen. Deze periode waarin het mengsel smelt en de temperatuur door stijgt, noemen we het smelttraject. 

Kooktraject

Na het smelttraject is het vloeibaar. De temperatuur stijgt door totdat het gaat koken. Weer zal de temperatuur van het mengsel doorstijgen terwijl het aan het koken is, door de verschillende kookpunten van de zuivere stoffen in het mengsel. Deze periode noemen we het kooktraject. Na dit kooktraject is het mengsel in gasfase. We kunnen een mengsel dus herkennen aan een grafiek waarbij de temperatuur van de stof blijft stijgen tijdens het smelten, stollen of koken, in tegenstelling tot een zuivere stof, waarbij de temperatuur gelijk blijft tijdens het smelten, stollen of koken.