Scheidingsmethodes
Inleiding
Een chemicus heeft steeds een zo zuiver mogelijke stof nodig om de samenstelling, bouw en eigenschappen van deze stof te kunnen bestuderen. Daartoe dient de chemicus kennis te hebben van een aantal scheidingstechnieken.
De scheidingstechnieken variëren naar gelang
De scheidingstechnieken variëren naar gelang
- De aard van het mengsel (homogeen of heterogeen)
- De aggregatietoestand van het mengsel (vast, vloeibaar of gas)
- De fysische eigenschappen van de stoffen
Fysische eigenschappen van stoffen
Fysische eigenschappen zijn de eigenschappen van een stof die waargenomen of gemeten kunnen worden.
De scheidingstechnieken steunen op volgende fysische eigenschappen van de componenten:
De scheidingstechnieken steunen op volgende fysische eigenschappen van de componenten:
- Verschil in massadichtheid
- Verschil in deeltjesgrootte
- Verschil in oplosbaarheid
- Verschil in kookpunt
- Verschil in adsorptievermogen
Scheidingstechnieken voor heterogene mengsels
1. Zeven of ziften
Door gebruik te maken van een zeef met juiste zeefopening worden 2 of meerdere vaste stoffen gescheiden van elkaar.
Toepassing: heterogene mengsels van grove mengsels of suspensies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in deeltjesgrootte
Voorbeelden: zand en schelpen; zout en rijst
Toepassing: heterogene mengsels van grove mengsels of suspensies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in deeltjesgrootte
Voorbeelden: zand en schelpen; zout en rijst
2. Afgieten of decanteren
Als de vaste stof uit grote deeltjes bestaat die gemakkelijk bezinken in een vloeistof, dan kun de vloeistof manueel afgegoten worden.
Indien het mengsel uit twee of meer vloeistoffen bestaat, die niet met elkaar mengen, dan wordt er best gebruik gemaakt van een scheitrechter.
Toepassing: heterogene mengsels van suspensies of emulsies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in massadichtheid
Nadelen: geen nauwkeurige techniek; tijdrovend
Voorbeelden: olie en water; wijn
Indien het mengsel uit twee of meer vloeistoffen bestaat, die niet met elkaar mengen, dan wordt er best gebruik gemaakt van een scheitrechter.
Toepassing: heterogene mengsels van suspensies of emulsies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in massadichtheid
Nadelen: geen nauwkeurige techniek; tijdrovend
Voorbeelden: olie en water; wijn
3. Magneet
Toepassing: grof mengsel van ijzer en zwavel
Fysische eigenschap: steunt op de magnetische eigenschappen van een metaal.
Fysische eigenschap: steunt op de magnetische eigenschappen van een metaal.
4. Filtratie
Een mengsel van een vloeistof en vaste stof wordt op een filter gebracht. Deze filter bevat een poriëngrootte die kleiner is dan de vaste stofdeeltjes. Hierdoor zal enkel de vloeistof doorheen de filter stromen. Dit noemen we het filtraat. Wat achterblijft op de filter, de vaste stof, noemen we het residu.
Toepassing: heterogene mengsels van een suspensie
Fysische eigenschap: steunt op verschil in deeltjesgrootte
Voorbeelden: water en krijt
Toepassing: heterogene mengsels van een suspensie
Fysische eigenschap: steunt op verschil in deeltjesgrootte
Voorbeelden: water en krijt
5. Centrifugatie
Indien de deeltjes van een mengsel zo klein zijn dat ze nauwelijks of niet bezinken, dan kunnen ze gescheiden worden van de vloeistof door middel van centrifugatie.
Het mengsel wordt overgebracht in een centrifugeerbuis en in een centrifuge geplaatst. De centrifuge draait snel rond waardoor er een kracht ontstaat in de richting van de buitenkant van de cirkelvormige beweging. Dit wordt ook de middelpuntvliedende kracht of centrifugale kracht genoemd.
Door de centrifugale kracht wordt alles naar de buitenkant van de cirkel geslingerd. De vaste stofdeeltjes worden het verst weggeslingerd aangezien deze deeltjes het zwaarste zijn. Deze deeltjes komen zo op de bodem van de centrifugebuis terecht.
Toepassing: heterogene mengsels van suspensies en emulsies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in massadichtheid
Voorbeelden: bloed, sla, droogkast
Het mengsel wordt overgebracht in een centrifugeerbuis en in een centrifuge geplaatst. De centrifuge draait snel rond waardoor er een kracht ontstaat in de richting van de buitenkant van de cirkelvormige beweging. Dit wordt ook de middelpuntvliedende kracht of centrifugale kracht genoemd.
Door de centrifugale kracht wordt alles naar de buitenkant van de cirkel geslingerd. De vaste stofdeeltjes worden het verst weggeslingerd aangezien deze deeltjes het zwaarste zijn. Deze deeltjes komen zo op de bodem van de centrifugebuis terecht.
Toepassing: heterogene mengsels van suspensies en emulsies
Fysische eigenschap: steunt op verschil in massadichtheid
Voorbeelden: bloed, sla, droogkast
Scheidingstechnieken voor homogene mengsels
1. Extractie
Een mengsel van vaste stoffen wordt gescheiden op basis van het verschil in oplosbaarheid van die stoffen.
Hiervoor maak je gebruik van een oplosmiddel (= extractiemiddel) die je toevoegt aan je te extraheren component. Tijdens de extractie zal die ene vaste stof oplossen, de andere componenten in je mengsel niet.
Na de extractie moet steeds een 2e scheidingstechniek, vaak filtratie, toegepast worden. De onopgeloste stoffen blijven na op de filter als residu, de opgeloste stof bevindt zich in het filtraat. Het filtraat kan je vervolgens kristalliseren zodat enkel de vaste stof overblijft.
Toepassing: afzondering van vaste stof of vloeistof uit en mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in oplosbaarheid
Voorbeelden: koffie of thee zetten, extractie van suiker uit suikerbieten, extractie van olie uit pindanoten
Hiervoor maak je gebruik van een oplosmiddel (= extractiemiddel) die je toevoegt aan je te extraheren component. Tijdens de extractie zal die ene vaste stof oplossen, de andere componenten in je mengsel niet.
Na de extractie moet steeds een 2e scheidingstechniek, vaak filtratie, toegepast worden. De onopgeloste stoffen blijven na op de filter als residu, de opgeloste stof bevindt zich in het filtraat. Het filtraat kan je vervolgens kristalliseren zodat enkel de vaste stof overblijft.
Toepassing: afzondering van vaste stof of vloeistof uit en mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in oplosbaarheid
Voorbeelden: koffie of thee zetten, extractie van suiker uit suikerbieten, extractie van olie uit pindanoten
2. Kristallisatie
Een mengsel van vloeistof en een vaste stof wordt verwarmd. De vloeistof zal verdampen (dampen worden niet opgevangen) en de vaste stof zal achterblijven in het recipiënt. Ook hier noemt men de achtergebleven vaste stof het residu.
Deze toepassing wordt in praktijk het vaakst gebruikt om oplossingen waarbij water het oplosmiddel is, te verdampen.
Deze toepassing wordt in praktijk het vaakst gebruikt om oplossingen waarbij water het oplosmiddel is, te verdampen.
3. Destillatie
Bij een destillatie van een homogeen mengsel van twee of meerdere vloeistoffen is het de bedoeling om alle bestanddelen van het mengsel in afzonderlijke fracties op te vangen.
Een destillatie steunt op het verschil in kookpunt van de verschillende vloeistoffen in het mengsel. Hierbij zal de vloeistof met het laagste kookpunt eerst verdampen en gedestilleerd worden.
Een thermometer is van groot belang om te weten wanneer een vloeistof volledig gedestilleerd is en dus gescheiden van het mengsel. Een thermometer stijgt vanaf het kookpunt van de vloeistof met het laagste kookpunt tot het kookpunt van de vloeistof met het hoogste kookpunt. Wanneer dat hoogste kookpunt bereikt wordt, is de vloeistof met het laagste kookpunt volledig gedestilleerd. Dit is een signaal dat de destillatie voltooid is.
Toepassing: homogene mengsels of oplossingen van twee of meer vloeistoffen
Voorwaarde: de vloeistoffen moeten een verschil in kookpunt hebben.
Fysische eigenschap: steunt op verschil in kookpunt
Voorbeelden: destillatie van wijn, raffinage van olie
Opmerking: De scheiding van 2 vloeistoffen waarbij het kookpunt dicht bij elkaar ligt zal na 1 destillatie nooit perfect zijn. Daarom wordt aan de hand van een fractioneerkolom de destillatie uitgevoerd. Hierdoor zal er een veel zuiverder eindproduct bekomen worden. Er wordt gesproken van een gefractioneerde destillatie.
Een destillatie steunt op het verschil in kookpunt van de verschillende vloeistoffen in het mengsel. Hierbij zal de vloeistof met het laagste kookpunt eerst verdampen en gedestilleerd worden.
Een thermometer is van groot belang om te weten wanneer een vloeistof volledig gedestilleerd is en dus gescheiden van het mengsel. Een thermometer stijgt vanaf het kookpunt van de vloeistof met het laagste kookpunt tot het kookpunt van de vloeistof met het hoogste kookpunt. Wanneer dat hoogste kookpunt bereikt wordt, is de vloeistof met het laagste kookpunt volledig gedestilleerd. Dit is een signaal dat de destillatie voltooid is.
Toepassing: homogene mengsels of oplossingen van twee of meer vloeistoffen
Voorwaarde: de vloeistoffen moeten een verschil in kookpunt hebben.
Fysische eigenschap: steunt op verschil in kookpunt
Voorbeelden: destillatie van wijn, raffinage van olie
Opmerking: De scheiding van 2 vloeistoffen waarbij het kookpunt dicht bij elkaar ligt zal na 1 destillatie nooit perfect zijn. Daarom wordt aan de hand van een fractioneerkolom de destillatie uitgevoerd. Hierdoor zal er een veel zuiverder eindproduct bekomen worden. Er wordt gesproken van een gefractioneerde destillatie.
4. Adsorptie
Een adsorptiemiddel wordt toegevoegd aan het mengsel. Een component van het mengsel zal zich vasthechten aan het oppervlak van het adsorptiemiddel.
Na de adsorptie moet steeds een tweede scheidingstechniek, vaak filtratie, toegepast worden. Het adsorptiemiddel waaraan de component is vastgehecht, blijft na op de filter. De overige componenten in het mengsel komen terecht in het filtraat.
Toepassing: afzondering van een vaste stof of vloeistof uit een homogeen mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in adsorbeerbaarheid
Voorbeelden: Norit tabletten, verwijderen inktvlekken, bruine suiker
Na de adsorptie moet steeds een tweede scheidingstechniek, vaak filtratie, toegepast worden. Het adsorptiemiddel waaraan de component is vastgehecht, blijft na op de filter. De overige componenten in het mengsel komen terecht in het filtraat.
Toepassing: afzondering van een vaste stof of vloeistof uit een homogeen mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in adsorbeerbaarheid
Voorbeelden: Norit tabletten, verwijderen inktvlekken, bruine suiker
5. Chromatografie
Chromatografie is een scheidingstechniek waarbij een mengsel gescheiden wordt op basis van affiniteit van de bestanddelen voor een vaste drager, vb. chromatografiepapier.
Het te scheiden mengsel wordt aangebracht op een strookje chromatografiepapier (= adsorptiemiddel). Het strookje wordt in een oplosmiddel (= het loopmiddel) geplaatst. Het loopmiddel wordt opgezogen door het chromatografiepapier en sleurt zo de verschillende componenten van het mengsel mee met een verschillende snelheid over een verschillende afstand.
Componenten die goed oplossen in de loopvloeistof en slecht worden geadsorbeerd door het chromatografiepapier, zullen het snelst meegevoerd worden.
Componenten die slecht oplossen in de loopvloeistof en goed geadsorbeerd worden door het chromatografiepapier, worden het minst ver meegevoerd.
Toepassing: scheiden van verschillende kleine hoeveelheden stof in een mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in adsorbeerbaarheid en oplosbaarheid
Voorbeelden: viltstift, doping
Het te scheiden mengsel wordt aangebracht op een strookje chromatografiepapier (= adsorptiemiddel). Het strookje wordt in een oplosmiddel (= het loopmiddel) geplaatst. Het loopmiddel wordt opgezogen door het chromatografiepapier en sleurt zo de verschillende componenten van het mengsel mee met een verschillende snelheid over een verschillende afstand.
Componenten die goed oplossen in de loopvloeistof en slecht worden geadsorbeerd door het chromatografiepapier, zullen het snelst meegevoerd worden.
Componenten die slecht oplossen in de loopvloeistof en goed geadsorbeerd worden door het chromatografiepapier, worden het minst ver meegevoerd.
Toepassing: scheiden van verschillende kleine hoeveelheden stof in een mengsel
Fysische eigenschap: steunt op verschil in adsorbeerbaarheid en oplosbaarheid
Voorbeelden: viltstift, doping