Samenvattingen · ScheikundeNL · HAVO

Analyse- en scheidingsmethodes

Dit onderwerp behandelt hoe je mengsels scheidt en hoe je vaststelt welke stoffen erin zitten. Je leert welke deeltjeseigenschap elke scheidingsmethode benut (deeltjesgrootte, oplosbaarheid, kookpunt, dichtheid, aanhechting), hoe destilleren en chromatografie werken, hoe je een $R_f$ -waarde berekent en hoe je stoffen en ionen aantoont. Het redeneren met deze methoden is centraal-examenstof; het praktisch uitvoeren (het practicum, titreren, veilig werken volgens GHS) hoort vooral bij het schoolexamen (SE).

4 Onderdelen~23 min leestijd4 VaardighedenNiveau Standaard 4

T·111111 / 15

Examenprofiel

De juiste scheidingsmethode kiezen en de benutte deeltjeseigenschap benoemen (filtreren, indampen, kristalliseren, destilleren, extraheren, adsorberen, bezinken/centrifugeren).Destilleren als scheiding op kookpunt uitleggen: de opstelling, welke stof het eerst overdestilleert en de gefractioneerde destillatie van aardolie.Een R_f-waarde berekenen en chromatografie verklaren als scheiding op verschil in aanhechting tussen een mobiele en een stationaire fase.Eerlijk kader: het theoretisch redeneren, het R_f-rekenen en de aantoningsreacties zijn CE-stof; het praktisch scheiden en analyseren (practicum, titreren, veilig werken volgens GHS) wordt vooral in het schoolexamen (SE) getoetst.

Operatoren:berekenleg uitverklaarberedeneertoon aangeef de reactievergelijkingnoeminterpreteer

basisniveau

Ken per methode de benutte deeltjeseigenschap, herken de destillatieopstelling en reken foutloos een $R_f$ -waarde uit.

verhoogd niveau

Stel scheidingsschema's op voor samengestelde mengsels, redeneer met kookpunten en $R_f$ -waarden en verbind aantoningsreacties met de oplosbaarheidstabel uit BINAS.

Diepte

Tekst

Inhoud · 4 onderdelen

Analyse- en scheidingsmethodes

Scheidingsmethoden en de benutte eigenschap#

Standaardexamenblad-nl

Scheidingsmethoden en de benutte eigenschap

Afb. 1Elke scheidingsmethode benut één eigenschap waarin de stoffen genoeg verschillen: deeltjesgrootte, dichtheid, kookpunt, oplosbaarheid of aanhechting. Kies de methode door te vragen waarin de stoffen het meest verschillen.

Een mengsel bestaat uit twee of meer zuivere stoffen die door elkaar zitten zonder dat er een reactie is opgetreden; de deeltjes van de ene stof zijn niet veranderd in die van de andere. Juist daarom kun je een mengsel weer scheiden: je hoeft geen chemische bindingen te verbreken, je hoeft de stoffen alleen fysisch uit elkaar te halen. Elke scheidingsmethode doet dat door één eigenschap te benutten waarin de stoffen genoeg van elkaar verschillen — de deeltjesgrootte, de oplosbaarheid, het kookpunt, de dichtheid of de mate van aanhechting aan een oppervlak. De kunst op het examen is dan ook niet zozeer het uit je hoofd kennen van een lijstje, maar het herkennen wélk verschil je in een gegeven situatie kunt uitbuiten. In de figuur staat bij elke methode de eigenschap die ze benut en een voorbeeld.

Filtreren benut het verschil in deeltjesgrootte. Je giet het mengsel door een filter — bijvoorbeeld filtreerpapier — waarvan de poriën zó klein zijn dat het oplosmiddel en de opgeloste deeltjes er wél doorheen gaan, maar de grotere, onopgeloste vaste deeltjes niet. Wat op het filter achterblijft heet het residu, wat er doorheen loopt het filtraat; zo haal je zand uit water. Bezinken en centrifugeren benutten allebei het verschil in dichtheid. Bij bezinken laat je een mengsel gewoon staan: de deeltjes met de grootste dichtheid zakken onder invloed van de zwaartekracht langzaam naar de bodem, waarna je de heldere vloeistof eraf kunt schenken (decanteren). Centrifugeren versnelt datzelfde proces enorm: door snel rond te draaien werkt er een veel grotere schijnbare kracht dan de zwaartekracht, zodat de zwaarste deeltjes in seconden een laag vormen — zo scheidt een laboratorium bloed in plasma en bloedcellen.

Indampen, kristalliseren en destilleren spelen alle drie in op de oplosbaarheid en het kookpunt. Bij indampen verwarm je een oplossing zodat het oplosmiddel (meestal water) verdampt, terwijl de opgeloste vaste stof — die een veel hoger kookpunt heeft en dus niet meedampt — als vaste stof achterblijft; zo win je keukenzout uit zout water. Kristalliseren benut dat de oplosbaarheid van veel stoffen afneemt als de temperatuur daalt: laat je een warme, verzadigde oplossing afkoelen, dan past de opgeloste stof er niet meer in en vormt ze zuivere kristallen, terwijl de verontreinigingen in de oplossing achterblijven — een manier om een stof te zuiveren. Destilleren, ten slotte, benut het verschil in kookpunt tussen twee vloeistoffen: je verdampt het mengsel en vangt de damp gescheiden weer op. Omdat destilleren zo belangrijk is, krijgt het een eigen paragraaf.

Extraheren en adsorberen benutten allebei een verschil in aantrekkingskracht tussen deeltjes. Extraheren maakt gebruik van het verschil in oplosbaarheid: je voegt een oplosmiddel toe waarin de gewenste stof zich veel beter oplost dan de rest, zodat die stof selectief in het nieuwe oplosmiddel wordt getrokken. Zo trekt heet water de kleur-, geur- en smaakstoffen uit theeblaadjes, en haalt een geschikt oplosmiddel cafeïne uit koffiebonen. Adsorberen berust op aanhechting: bepaalde stoffen hechten zich sterk aan het grote oppervlak van een vaste stof zoals actieve kool (norit). Doordat die kool een enorm inwendig oppervlak heeft, blijven kleurstoffen en verontreinigingen aan dat oppervlak plakken terwijl de rest van de vloeistof passeert — zo maak je een gekleurde oplossing kleurloos. Let op het verschil met absorberen, waarbij een stof juist ín een materiaal wordt opgenomen.

In de praktijk zijn de stoffen in een mengsel zelden met één stap volledig te scheiden; vaak combineer je methoden in een doordacht scheidingsschema. Bij een mengsel van zand, keukenzout en water begin je met filtreren om het onopgeloste zand af te vangen, en damp je daarna het filtraat in om het opgeloste zout terug te winnen — elke stap benut een ándere eigenschap. Om de juiste methode te kiezen stel je jezelf steeds de vraag: waarin verschillen deze stoffen het meest? Zit er een onopgelost vast deel bij, dan ligt filtreren voor de hand; is alles opgelost, dan kijk je naar het kookpunt (indampen, destilleren) of de oplosbaarheid (kristalliseren, extraheren). Omdat er bij een scheiding geen stoffen bij komen of verdwijnen, geldt bovendien behoud van massa: de massa's van de gescheiden stoffen samen zijn gelijk aan de beginmassa. In de volgende paragrafen werken we destilleren en chromatografie in detail uit.

Uitgewerkt voorbeeld

Scheidingsschema voor zand, keukenzout en water

Scheid een mengsel van zand, keukenzout en water in de afzonderlijke stoffen en benoem bij elke stap de benutte eigenschap.

Stap 1 — Analyseer het mengsel
Zand is onopgelost (vaste deeltjes); keukenzout is opgelost in het water. Er zijn dus een onopgelost deel en een oplossing.
Stap 2 — Filtreren (benut deeltjesgrootte)
Giet het mengsel door een filter. Het zand blijft als residu op het filter achter; de zoutoplossing loopt als filtraat door.
Stap 3 — Indampen (benut kookpunt)
Verwarm het filtraat. Het water verdampt (laag kookpunt) en het keukenzout blijft als vaste stof achter (veel hoger kookpunt); vang het water op als je het ook zuiver wilt.

Resultaat: Resultaat: zand (op het filter), keukenzout (na indampen) en water zijn gescheiden. Elke stap benutte een andere eigenschap — eerst deeltjesgrootte, daarna kookpunt — en de totale massa bleef behouden.

Veelgemaakte fouten

Residu en filtraat verwisselen: het residu blijft op het filter, het filtraat loopt er juist doorheen.
Denken dat filtreren een opgeloste stof uit water haalt; opgeloste deeltjes gaan gewoon door het filter — daarvoor gebruik je indampen, destilleren of kristalliseren.
Adsorberen (aanhechten aan een oppervlak) verwarren met absorberen (opnemen ín een stof), of extraheren verwarren met filtreren.
Alleen de methode noemen en de benutte eigenschap weglaten — op het examen leveren juist de benutte eigenschap en de redenering de punten op.

Actieve herhaling

Een mengsel bevat zand en keukenzout, beide als vaste stof. Beschrijf hoe je met water als hulpstof beide stoffen zuiver terugkrijgt, en benoem bij elke stap de benutte deeltjeseigenschap.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Destillatie#

Standaardexamenblad-nl

Het destillatieproces stap voor stap

Afb. 2Bij destilleren wordt het mengsel verwarmd; de laagkokende stof verdampt, condenseert in de koeler en wordt als destillaat opgevangen, terwijl de hoogkokende stoffen als residu in de kolf achterblijven.

Destilleren is een scheidingsmethode die berust op het verschil in kookpunt tussen de vloeistoffen in een mengsel. Het kookpunt is de temperatuur waarbij een zuivere vloeistof overgaat in damp; verschillende stoffen hebben verschillende kookpunten, en juist dat verschil buit destilleren uit. Warm je een vloeibaar mengsel langzaam op, dan begint de stof met het láágste kookpunt het eerst en veruit het sterkst te verdampen. Vang je die damp apart op en laat je hem weer afkoelen tot vloeistof, dan heb je die stof grotendeels van de rest gescheiden. De opgevangen, gezuiverde vloeistof heet het destillaat; wat in de kolf achterblijft — de stoffen met de hoogste kookpunten — heet het residu. Destilleren is dus in feite verdampen en daarna weer condenseren, maar dan gecontroleerd en gescheiden.

Een destillatieopstelling volgt steeds dezelfde keten, die je terugziet in de figuur. In de destilleerkolf zit het mengsel dat je met een warmtebron verwarmt. Boven in de kolf zit een thermometer die de temperatuur van de dámp meet — niet die van de vloeistof — want het is de damp die naar de opvang gaat. De damp stijgt op en komt in de koeler (condensor), meestal een liebigkoeler waar koud water in een mantel omheen stroomt. Daar staat de damp warmte af, koelt af tot onder het kookpunt en condenseert weer tot vloeistof. Die vloeistof, het destillaat, druipt in een opvangbeker. Zolang er één zuivere stof overdestilleert, blijft de thermometer op het kookpunt van die stof staan; dat vaste temperatuurplateau is het teken dat je op dat moment één zuivere stof opvangt.

Welke stof het eerst overdestilleert, kun je dus voorspellen: dat is altijd de stof met het láágste kookpunt. Stel dat een mengsel ethanol (kookpunt

78\ ^{\circ}\text{C}

) en water (kookpunt

100\ ^{\circ}\text{C}

) bevat. Bij het verwarmen bereikt het mengsel eerst

78\ ^{\circ}\text{C}

; vanaf dat moment kookt vooral de ethanol en loopt er ethanolrijk destillaat over, terwijl de thermometer rond

78\ ^{\circ}\text{C}

blijft hangen. Pas als bijna alle ethanol weg is, stijgt de temperatuur verder richting

100\ ^{\circ}\text{C}

en gaat ook het water mee. Zo lees je aan het temperatuurverloop af wélke stof je op welk moment opvangt. Op de HAVO zoek je de kookpunten die je nodig hebt op in BINAS; je hoeft ze niet uit het hoofd te kennen.

Wil je een mengsel van véél stoffen met verschillende kookpunten in één keer scheiden, dan gebruik je gefractioneerde (fractionele) destillatie. Het bekendste voorbeeld is de raffinage van aardolie. Aardolie is een mengsel van honderden koolwaterstoffen, van korte, licht vluchtige moleculen met lage kookpunten tot lange, zware moleculen met hoge kookpunten. In een hoge destillatiekolom is het onderin heet en bovenin koel. De verdampte olie stijgt op, en elke fractie condenseert op de hoogte waar de temperatuur onder haar kookpunttraject zakt: laagkokende fracties zoals lpg en benzine bovenin, kerosine en diesel in het midden, en zware stookolie en asfaltbitumen onderin. Zo win je uit één ruwe grondstof in één proces een reeks bruikbare productfracties.

Destilleren werkt het best als de kookpunten van de stoffen flink verschillen; liggen ze dicht bij elkaar, dan destilleren de stoffen deels tegelijk mee en is het destillaat niet zuiver — dan herhaal je de destillatie of gebruik je een langere kolom. Belangrijk is ook dat destilleren, net als alle scheidingsmethoden, een fýsische scheiding is: de moleculen zelf veranderen niet, ze worden alleen van elkaar gescheiden. Verwar destilleren daarom niet met een chemische reactie zoals kraken, waarbij grote moleculen juist wél in kleinere worden gebroken. Het destillaat en het residu samen bevatten precies de stoffen — en de massa — waarmee je begon. In de volgende paragraaf bekijken we chromatografie, een scheiding die niet op kookpunt maar op aanhechting berust.

Uitgewerkt voorbeeld

Welke stof destilleert het eerst over?

Een mengsel van ethanol en water wordt gedestilleerd. Bepaal welke stof je als eerste opvangt en beschrijf het temperatuurverloop op de thermometer.

Stap 1 — Vergelijk de kookpunten
Ethanol kookt bij 78 °C, water bij 100 °C (op te zoeken in BINAS). Ethanol heeft het laagste kookpunt.
$T_{\text{kook}}(\text{ethanol}) = 78\ ^{\circ}\text{C} < T_{\text{kook}}(\text{water}) = 100\ ^{\circ}\text{C}$
Stap 2 — Bepaal welke stof eerst overkomt
Bij het opwarmen bereikt het mengsel eerst 78 °C; daar begint de ethanol te koken en over te destilleren, terwijl het water nog niet kookt.
Stap 3 — Lees het temperatuurverloop
Zolang er ethanol overkomt, blijft de thermometer rond 78 °C staan (een plateau). Is de ethanol op, dan stijgt de temperatuur naar 100 °C en gaat het water mee.

Resultaat: Resultaat: de ethanol (laagste kookpunt) destilleert het eerst over. Het temperatuurplateau bij $78\ ^{\circ}\text{C}$ hoort bij zuivere ethanol; de stijging naar $100\ ^{\circ}\text{C}$ markeert het overgaan naar water.

Veelgemaakte fouten

Denken dat de stof met het hóógste kookpunt het eerst overkomt; het is juist de stof met het láágste kookpunt.
De thermometer bij de vloeistof plaatsen in plaats van bij de damp die naar de koeler gaat.
Destilleren (fysische scheiding, moleculen blijven heel) verwarren met kraken (chemische reactie, moleculen worden gebroken).
Destillaat en residu verwisselen: het destillaat is de opgevangen, laagkokende stof; het residu blijft in de kolf achter.

Actieve herhaling

Een mengsel van propanon (aceton, kookpunt $56\ ^{\circ}\text{C}$ ) en water wordt gedestilleerd. Leg uit welke stof je als eerste in het bekerglas opvangt, wat de thermometer dan ongeveer aanwijst, en waarom die temperatuur daarna oploopt.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Chromatografie#

Standaardexamenblad-nl

Chromatogram: drie stoffen op verschillende hoogte

Afb. 3Een chromatogram: elke stof komt op een eigen hoogte terecht. Bij een loopmiddelfront op 8,0 cm horen bij deze drie pieken de R_f-waarden 0,23, 0,45 en 0,75 — hoe verder meegelopen, hoe zwakker de aanhechting.

Chromatografie is een scheidingsmethode voor kleine hoeveelheden van een mengsel, bijvoorbeeld de kleurstoffen in een stift of de stoffen in een bloed- of urinemonster. Ze berust op een verschil in aanhechting: elke stof verdeelt zich op zijn eigen manier tussen twee fasen. De stationaire fase staat stil — bij papierchromatografie is dat het (water in het) papier, bij dunnelaagchromatografie een dun laagje vaste stof op een plaatje. De mobiele fase, het loopmiddel, is een vloeistof die door de stationaire fase heen trekt en de stoffen meesleept. Een stof die zich sterk aan de stationaire fase hecht of slecht in het loopmiddel oplost, blijft achter; een stof die zich juist goed in het loopmiddel oplost, reist ver mee. Doordat de stoffen met verschillende snelheden meebewegen, komen ze op verschillende hoogten terecht en worden ze gescheiden.

In de praktijk zet je met het monster een klein streepje of stipje net boven de onderrand van het papier of plaatje — op de startlijn. Dat plaats je vervolgens rechtop in een bakje met een laagje loopmiddel, met de startlijn nét boven het vloeistofniveau, zodat de stip zelf niet in het loopmiddel hangt; anders lost hij zomaar op in het bakje. Het loopmiddel trekt door capillaire werking omhoog en neemt de stoffen mee. Je laat het lopen tot het loopmiddel bijna de bovenkant heeft bereikt, haalt het plaatje eruit en markeert meteen dit loopmiddelfront, want dat vervaagt bij het drogen. Elke stof laat een aparte vlek achter; een mengsel van meerdere stoffen geeft dus meerdere vlekken op verschillende hoogten. Kleurloze stoffen maak je zichtbaar met een kleurreagens of onder uv-licht.

Om objectief te kunnen zeggen hoe ver een stof is meegelopen, gebruik je de

R_f

-waarde. De

R_f

-waarde is de verhouding tussen de afstand die de stof heeft afgelegd en de afstand die het loopmiddel heeft afgelegd, beide gemeten vanaf de startlijn:

R_f = \dfrac{\text{afstand stof}}{\text{afstand loopmiddel}}

. Omdat de afstand van de stof altijd kleiner is dan die van het loopmiddelfront, ligt de

R_f

-waarde altijd tussen

0

1

; ze heeft geen eenheid. Een kleine

R_f

hoort bij een stof die dicht bij de start blijft (sterke aanhechting aan de stationaire fase); een

R_f

dicht bij

1

hoort bij een stof die bijna met het loopmiddel meeloopt. In de figuur zie je een chromatogram waarin drie stoffen op verschillende hoogten liggen, elk met een eigen

R_f

-waarde.

Onder vaste omstandigheden — hetzelfde loopmiddel, dezelfde stationaire fase en dezelfde temperatuur — heeft een bepaalde stof steeds dezelfde

R_f

-waarde. Daardoor is de

R_f

-waarde een soort vingerafdruk waarmee je een onbekende stof kunt identificeren: je vergelijkt haar

R_f

(of gewoon de hoogte van de vlek) met die van bekende referentiestoffen die je op hetzelfde plaatje meeloopt. Loopt een vlek van het monster precies even hoog als een referentievlek, dan is dat waarschijnlijk dezelfde stof. Zo toont een forensisch onderzoeker aan dat de inkt op een vervalst document overeenkomt met een bepaalde pen, controleert een laboratorium of er een verboden stof in een monster zit, en scheidt een bioloog de pigmenten uit een blad. Je mag

R_f

-waarden alleen vergelijken als ze onder dezelfde omstandigheden zijn bepaald.

Het rekenen met de

R_f

-waarde is eenvoudig zolang je beide afstanden vanaf dezelfde startlijn meet. Meet de afstand van de stof (van de startlijn tot het midden van de vlek) en de afstand van het loopmiddelfront (van de startlijn tot de rand die het loopmiddel bereikte), en deel de eerste door de tweede. Loopt de ene stof

3{,}6\ \text{cm}

en de andere

6{,}0\ \text{cm}

terwijl het loopmiddel

8{,}0\ \text{cm}

heeft afgelegd, dan is

R_f = 0{,}45

respectievelijk

R_f = 0{,}75

: de tweede stof hecht zwakker aan de stationaire fase en loopt verder mee. Zo maakt één getal het scheidingsgedrag vergelijkbaar. In de volgende paragraaf verschuiven we van scheiden naar aantonen: hoe je met kenmerkende reacties vaststelt wélke stoffen of ionen in een monster zitten.

R_f = \dfrac{\text{afstand stof}}{\text{afstand loopmiddel}}

R_f-waarde

De afgelegde afstand van de stof gedeeld door die van het loopmiddel, beide vanaf de startlijn gemeten. De uitkomst ligt tussen $0$ en $1$ en heeft geen eenheid.

Uitgewerkt voorbeeld

Twee R_f-waarden berekenen

Op een chromatogram zijn stof A 3,6 cm en stof B 6,0 cm gelopen; het loopmiddelfront ligt op 8,0 cm. Bereken de R_f-waarden van A en B.

Stap 1 — Meet de afstanden vanaf de startlijn
Stof A is 3,6 cm gelopen, stof B 6,0 cm, en het loopmiddelfront 8,0 cm — alle gemeten vanaf de startlijn.
Stap 2 — Bereken de R_f-waarde van stof A
Deel de afstand van stof A door de afstand van het loopmiddel.
$R_f(\text{A}) = \dfrac{3{,}6}{8{,}0} = 0{,}45$
Stap 3 — Bereken de R_f-waarde van stof B
Deel de afstand van stof B door dezelfde afstand van het loopmiddel.
$R_f(\text{B}) = \dfrac{6{,}0}{8{,}0} = 0{,}75$

Resultaat: Resultaat: stof A heeft $R_f = 0{,}45$ en stof B $R_f = 0{,}75$ . Stof B is verder meegelopen en hecht dus zwakker aan de stationaire fase; beide waarden liggen tussen $0$ en $1$ en hebben geen eenheid.

Veelgemaakte fouten

De afstanden niet vanaf de startlijn meten, of de afstand van het loopmiddel en die van de stof verwisselen — dan krijg je een $R_f > 1$ , wat onmogelijk is.
De stip op de startlijn ín het loopmiddel laten hangen, waardoor de stof in het bakje oplost in plaats van mee te lopen.
Vergeten dat je $R_f$ -waarden alleen mag vergelijken bij hetzelfde loopmiddel en dezelfde stationaire fase.
Een eenheid aan de $R_f$ -waarde plakken; het is een verhouding van twee lengtes en dus dimensieloos.

Actieve herhaling

Bij een dunnelaagchromatogram heeft het loopmiddel $10{,}0\ \text{cm}$ afgelegd. Een vlek ligt $4{,}5\ \text{cm}$ boven de startlijn. Bereken de $R_f$ -waarde van die stof en leg uit of de stof sterk of zwak aan de stationaire fase hecht.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Analyse: het aantonen van stoffen en ionen#

Standaardexamenblad-nl

Aantoningen: stof of ion, proef en waarneming

Afb. 4Bij elke kwalitatieve aantoning hoort een reagens of proef én een kenmerkende waarneming (kleur, neerslag, gas of vlamkleur). Noem op het examen altijd beide.

Waar scheiden draait om het uit elkaar halen van stoffen, draait analyse om de vraag wélke stoffen of ionen in een monster zitten (kwalitatieve analyse) en in wélke hoeveelheid (kwantitatieve analyse). Bij kwalitatieve analyse toon je een stof of ion aan met een aantoningsreactie: een reactie of proef die een kenmerkende, goed waarneembare verandering geeft — een kleuromslag, een neerslag, een gas of een typische vlamkleur — die alleen of vooral bij die ene stof optreedt. Bij kwantitatieve analyse ga je een stap verder en meet je de hoeveelheid, bijvoorbeeld met een titratie. In deze paragraaf staan de kwalitatieve aantoningen centraal; de kwantitatieve kant komt terug bij het chemisch rekenen en het titreren. In de figuur staat voor een aantal stoffen en ionen de aantoning met de bijbehorende waarneming.

Een van de krachtigste manieren om een ion aan te tonen is de neerslagreactie. Sommige combinaties van ionen vormen samen een onoplosbaar zout dat als vaste stof uit de oplossing valt: het neerslag. Wil je bijvoorbeeld chloride-ionen (

\ce{Cl-}

) aantonen, dan voeg je een oplossing met zilverionen toe (zilvernitraat); er ontstaat direct een witte neerslag van zilverchloride:

\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl(s)}

. Zie je die witte troebeling, dan zaten er chloride-ionen in het monster. Of een combinatie van ionen een neerslag geeft, lees je af uit de oplosbaarheidstabel in BINAS: staat een zout daar als slecht oplosbaar, dan vormt het een neerslag. Let er wel op dat je in een aantoningsreactie de toestandsaanduiding

\text{(s)}

achter het neerslag schrijft — dat neerslag is juist het waarneembare bewijs.

Ook ontstane gassen zijn kenmerkend en makkelijk aan te tonen. Het bekendste voorbeeld is de aantoning van koolstofdioxide met kalkwater, een heldere oplossing van calciumhydroxide. Leid je

\ce{CO2}

door kalkwater, dan wordt het troebel doordat er onoplosbaar calciumcarbonaat (kalk) ontstaat:

\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O}

. Die troebeling is hét bewijs voor

\ce{CO2}

. Andere gasproeven werken met een houtspaan: waterstofgas (

\ce{H2}

) geeft bij een brandende spaan een kort, hoorbaar plofje (de knalgasreactie), terwijl zuurstofgas (

\ce{O2}

) een gloeiende, bijna gedoofde spaan weer laat opvlammen omdat zuurstof de verbranding onderhoudt. Zo herken je met een eenvoudige, veilige proef wélk gas is ontstaan.

Metaalionen herken je vaak aan een vlamproef: breng je een klein beetje van een zout in een vlam, dan zenden de aangeslagen metaalionen licht van een karakteristieke kleur uit. Natriumionen (

\ce{Na+}

) geven een felgele vlam, kaliumionen een paarse en koperionen een groenblauwe — een snelle manier om te zien wélk metaal aanwezig is. Zuren en basen toon je aan met een indicator, een stof die van kleur verandert bij een bepaalde zuurgraad: lakmoes wordt rood in zuur en blauw in base, en universeelindicator geeft via een hele kleurenschaal een indruk van de pH. Verder kleurt water wit kopersulfaat blauw, en kleurt zetmeel diepblauw-paars met een jood-oplossing. Al deze proeven hebben gemeen dat één stof of ion een kenmerkende, ondubbelzinnige waarneming oplevert.

Zodra je weet wélke stof aanwezig is, wil je vaak ook weten hoevéél ervan aanwezig is — dat is kwantitatieve analyse. De belangrijkste kwantitatieve techniek is de titratie: je laat een oplossing met precies bekende concentratie (de titrant) reageren met het monster tot de reactie exact af is, afgelezen aan een indicatoromslag of een meetinstrument, en berekent uit het verbruikte volume de onbekende hoeveelheid. Titreren zelf is vooral een practicumvaardigheid die op het schoolexamen wordt getoetst, maar het chemisch rekenen eromheen (met concentratie, volume en de mol) hoort tot de kern van het centraal examen. Zo vullen kwalitatieve en kwantitatieve analyse elkaar aan: eerst stel je vast wát er is, daarna hoevéél — samen geven ze een volledig beeld van de samenstelling van een monster.

\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3(s) + H2O}

aantoning van CO2 met kalkwater

Kalkwater ( $\ce{Ca(OH)2}$ ) wordt troebel doordat er onoplosbaar $\ce{CaCO3}$ ontstaat; die troebeling bewijst de aanwezigheid van $\ce{CO2}$ .

\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl(s)}

aantoning van chloride met zilvernitraat

Zilver- en chloride-ionen vormen een witte neerslag van onoplosbaar zilverchloride; die neerslag bewijst de aanwezigheid van $\ce{Cl-}$ .

Uitgewerkt voorbeeld

Een gas en een ion aantonen

Een kleurloos gas maakt kalkwater troebel; een oplossing geeft met zilvernitraat een witte neerslag. Toon met reactievergelijkingen aan welk gas en welk ion aanwezig zijn.

Stap 1 — Toon het gas aan
Kalkwater is een oplossing van Ca(OH)2; met CO2 ontstaat onoplosbaar CaCO3, dat de troebeling veroorzaakt.
$\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3(s) + H2O}$
Stap 2 — Toon het ion aan
De oplossing geeft met zilvernitraat een witte neerslag; zilver- en chloride-ionen vormen onoplosbaar zilverchloride.
$\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl(s)}$
Stap 3 — Trek de conclusie
De troebeling met kalkwater bewijst CO2; de witte neerslag met zilvernitraat bewijst chloride-ionen. Beide zijn kwalitatieve aantoningen (welke stof, niet hoeveel).

Resultaat: Resultaat: het gas is koolstofdioxide en in de oplossing zitten chloride-ionen ( $\ce{Cl-}$ ). Bij elke aantoning hoort een kloppende reactievergelijking met de toestandsaanduiding $\text{(s)}$ voor het neerslag en een duidelijke waarneming.

Veelgemaakte fouten

De toestandsaanduiding $\text{(s)}$ achter het neerslag vergeten; juist dat neerslag is de waarneming die de aantoning bewijst.
De aantoningsreactie en de waarneming door elkaar halen — noem altijd zowel het reagens of de proef als wat je zíet (kleur, neerslag, gas).
Denken dat kalkwater met elk gas troebel wordt; de troebeling is specifiek voor $\ce{CO2}$ (vorming van $\ce{CaCO3}$ ).
Kwalitatieve en kwantitatieve analyse verwarren: een vlamproef of neerslag zegt wélke stof aanwezig is, niet hoevéél.

Actieve herhaling

Een onbekende, heldere zoutoplossing geeft met zilvernitraat een witte neerslag en kleurt een vlam felgeel. Geef met reactievergelijking(en) en waarnemingen aan welke twee ionen in de oplossing zitten.

Actief ophalen

Haal de kernpunten op — onthul ze daarna.

Bronnen: Examenprogramma scheikunde (HAVO) (CvTE / Examenblad)

Referenties en bronnen

Bronnen

CvTE / Examenblad

Examenprogramma scheikunde (HAVO)

Analyse- en scheidingsmethodes

R_f

-waarde berekent en hoe je stoffen en ionen aantoont. Het redeneren met deze methoden is centraal-examenstof; het praktisch uitvoeren (het practicum, titreren, veilig werken volgens GHS) hoort vooral bij het schoolexamen (SE).

4 Onderdelen~23 min leestijd4 VaardighedenNiveau Standaard 4

Analyse- en scheidingsmethodes

Kernpunten

Scheidingsschema voor zand, keukenzout en water

Kernpunten

Welke stof destilleert het eerst over?

Kernpunten

Twee R_f-waarden berekenen

Kernpunten

Een gas en een ion aantonen

Bronnen

Analyse- en scheidingsmethodes

Kernpunten

Scheidingsschema voor zand, keukenzout en water

Kernpunten

Welke stof destilleert het eerst over?

Kernpunten

Twee R_f-waarden berekenen

Kernpunten

Een gas en een ion aantonen

Bronnen