sleutelbegrippen
Chemie
oplossingen
mengbaarheid
polariteit
Oplosbaarheid

Inleiding
u weet waarschijnlijk dat sommige vloeistoffen, zoals olie en water, niet met elkaar vermengen. Als je ze in dezelfde container giet, zullen ze afzonderlijke vloeibare lagen vormen, de ene op de andere. Andere vloeistoffen, bijvoorbeeld wrijvingsalcohol en water, kunnen met elkaar worden gemengd. Maar wist je dat als beide vloeistoffen eenmaal gemengd zijn, je ze weer in twee verschillende lagen kunt scheiden? Hoe kun je dat doen? Het antwoord kan u verrassen – met zout! In deze activiteit kom je erachter hoe dit werkt.

Achtergrond
Wanneer twee vloeistoffen met elkaar gemengd kunnen worden, zijn ze “mengbaar”—ze vormen een homogene oplossing, wat betekent dat je de twee vloeistoffen niet meer kunt onderscheiden. In tegenstelling, wanneer ze niet kunnen worden gemengd, zijn ze”onmengbaar” —ze zullen twee afzonderlijke lagen vormen, een heterogene oplossing genoemd. Om te kunnen mengen, moeten de moleculen van beide vloeistoffen elkaar kunnen aantrekken. De Molecules die polair zijn (de Betekenis van hun elektrische lading wordt ongelijk verdeeld zodat hebben zij een meer positieve kant en een meer negatieve kant) neigen om waterstofbanden te vormen terwijl de niet-polaire molecules (die een gelijk ladingsbalans hebben) niet neigen om dergelijke banden te vormen. Omdat watermoleculen polair zijn, is elke vloeistof die geen polaire moleculen heeft—zoals olie-meestal niet mengbaar met water.

Rubberalcoholmoleculen hebben een polair en niet-polair deel, wat betekent dat ze waterstofbindingen met water kunnen vormen en daarmee kunnen mengen. Maar hoe kun je deze bindingen verbreken om beide vloeistoffen te scheiden als ze eenmaal gemengd zijn? Je moet iets toevoegen aan het mengsel dat concurreert met de alcohol in binding aan de watermoleculen. Eén stof die dat kan doen is zout. Zout is een ionische verbinding, wat betekent dat het een stof is die bestaat uit elektrisch geladen moleculen die ionen worden genoemd. Wanneer ionverbindingen oplossen in water, scheiden de individuele ionen zich en worden ze omgeven door watermoleculen—een proces dat solvation wordt genoemd. Omdat de zoutionen opgeladen zijn, lossen ze veel beter op in een polair oplosmiddel, dat ook iets meer opgeladen is dan een niet-polair oplosmiddel. Daarom trekken zoutionen de watermoleculen veel sterker aan dan alcoholmoleculen omdat alcohol minder polair is dan water. Dit betekent dat wanneer er veel zout is, alle watermoleculen zich aan de zoutionen binden, zodat er geen waterstofbindingen met de alcoholmoleculen ontstaan. Hierdoor wordt de alcohol Niet mengbaar met water en begint een aparte laag te vormen. Dit proces heet ” zouten uit, “of” zout-geïnduceerde fase scheiding.”

historisch gezien werd deze methode gebruikt bij het maken van zeep om ingrediënten te verwijderen die niet in het eindproduct zouden moeten zitten. Het zouten uit wordt ook algemeen gebruikt in biochemische laboratoria om proteã nen te zuiveren, omdat de verschillende eiwitmolecules bij verschillende concentraties van zoutoplossingen immiscible worden. Chemici gebruiken deze techniek om vloeistoffen uit een oplossing te halen, dat is wat je gaat doen in deze activiteit: U scheidt een mengsel van wrijvingsalcohol en water met slechts een theelepel keukenzout!

Materialen

• Vier transparante mini bekers (twee ons) met deksels
• Permanente marker
• Tik op het water
• alcohol (70% isopropyl alcohol)
• keukenzout
• Set van maatschepjes
• Werk gebied dat kan tolereren morsen
• Ethanol of aceton (kan worden gevonden in bouwmarkten) (optioneel)
• zoutvervanger zoals kalium chloride of Epsom zout (optioneel)

Voorbereiding

• Met de permanent marker label de mini cups 1, 2, 3 en 4.
• voeg anderhalve eetlepel water toe aan kopjes 1 en 3.
• voeg anderhalve eetlepel alcohol toe aan kopjes 2 en 4.

Procedure

• voeg een theelepel zout toe aan het water in kopje 1. Wat gebeurt er met het zout? Lost het op in het water?
• Doe het deksel op en schud het kopje gedurende ongeveer 20 tot 30 seconden. Hoe ziet het mengsel eruit?
• herhaal de voorgaande twee stappen met Beker 2 (met wrijvingsalcohol). Wat gebeurt er deze keer met het zout? Ziet het mengsel er anders uit dan het water–zoutmengsel?
• verwijder de dop van de permanente marker en zwenk de punt ervan in kopje 3 gedurende ongeveer 10 seconden in het water. Doe het deksel op de beker en schud het gedurende vijf seconden. Lost de inkt op in het water? Hoe ziet de oplossing eruit na het schudden?
• herhaal de vorige stap met cup 4 (wrijvingsalcohol). Ziet het resulterende mengsel er anders uit? Zo ja, wat is er dan anders? Kunt u de verschillen verklaren?
• giet vervolgens de alcohol uit cup 4 in het water in cup 3. Doe het deksel er weer op en draai het mengsel vijf seconden rond. Vermengt de alcohol zich met het water? Wat gebeurt er met de kleur van het mengsel? Zie je afzonderlijke lagen ontstaan?
• Voeg nu een theelepel zout toe aan het mengsel in kop 3. Doe het deksel op de beker en schud het gedurende 20 tot 30 seconden. Wat gebeurt er als je het zout aan het mengsel toevoegt? Ziet het mengsel er voor en na het schudden anders uit? Zo ja, hoe ziet het er anders uit? Kunt u uw resultaten verklaren? Welke kleur is het mengsel?
• Extra: kunt u andere vloeibare mengsels scheiden met zout? Hoe zit het met ethanol en water of aceton en water? Probeer verschillende vloeibare mengsels om erachter te komen!
• Extra: Zijn er andere zouten—bijvoorbeeld kaliumchloride, een zoutvervanger of epsomzout-die u kunt gebruiken om vloeistoffen te scheiden? Herhaal de test, maar gebruik deze keer een ander zout dan keukenzout. Zie je nog steeds dezelfde resultaten? Zo niet-hoe zijn uw resultaten anders?
• Extra: hoeveel zout heeft u nodig om de alcohol en het water te scheiden? Ontdek dit door de hoeveelheid zout te variëren die je toevoegt aan het mengsel van wrijvingsalcohol en water.

waarnemingen en resultaten
U had moeten zien dat het zout gemakkelijk oplost in het water in Beker 1. (Na het schudden leek het zout te verdwijnen. Vergeet niet dat dit gebeurt omdat de Ionische zoutmoleculen gemakkelijk binden aan de polaire watermoleculen. Het zout lost echter niet zo gemakkelijk op in de wrijvingsalcohol in Beker 2. (Zelfs na het schudden kunt u nog steeds het zout zien.) Dit komt doordat de alcoholmoleculen minder polair zijn dan water, zodat de zoutionen er niet zo gemakkelijk mee binden.

met de permanente marker inkt had u precies het tegenovergestelde fenomeen moeten waarnemen. De inkt lost niet goed op in water, maar wel gemakkelijk in de alcohol, waardoor de laatste veel meer kleur krijgt. Dit komt door het feit dat wrijvingsalcohol ook een gedeelte van zijn molecuul heeft dat geen ladingen heeft, en niet-polair is. Dit gedeelte is meer compatibel met niet-polaire molecules zoals de teller inkt.

wanneer u de alcohol met water mengt, maken de moleculen van deze alcohol waterstofbruggen met de watermoleculen. De alcohol lost op in het water om een homogene oplossing te vormen, waardoor je de alcohol en het water niet meer kunt onderscheiden. Als je zout aan het mengsel toevoegt, wil het zout echter oplossen in het water en concurreert het met de alcohol om de watermoleculen. Omdat er minder watermoleculen beschikbaar zijn om waterstofbruggen met de alcoholmoleculen te maken, wordt de alcohol minder oplosbaar in het water–alcoholmengsel en vormt uiteindelijk een aparte laag bovenop het water. Beide lagen moeten een andere kleur hebben, waarbij het water meestal helder is en de alcohol meer gekleurd. Dit komt doordat de markeringsinkt beter oplosbaar is in de wrijvingsalcohol.

Cleanup
spoel al uw mengsels door de gootsteen met veel koud water. Was uw handen en reinig uw werkplek.

meer om te verkennen
Chemistry for Kids: Solutions and Dissolving, from Ducksters
Create Underwater Fireworks with Chemistry, from Scientific American
Science Activity for All Ages!, van Science Buddies

deze activiteit werd u aangeboden in samenwerking met Science Buddies