Stoffen en Deeltjes: Uitleg & Oefenen

Stoffen spelen een grote rol in ons dagelijks leven, van de lucht die we ademen tot de kleren die we dragen. In dit artikel bekijken we stofeigenschappen, gevaarlijke stoffen en de betekenis van gevarensymbolen. Ook laten we zien hoe het deeltjesmodel ons helpt moleculen beter te begrijpen. Je leert het verschil tussen zuivere stoffen en mengsels, en hoe scheidingstechnieken zoals extractie en filtratie helpen om zuivere stoffen te verkrijgen. Verder duiken we in de drie fasen van stoffen, hoe fases veranderen en hoe je temperatuur, kook- en smeltpunten kunt meten. Tot slot kijken we naar hoe je kan rekenen met dichtheid, concentratie en massa- en volumepercentages.

Stofeigenschappen en Gevarensymbolen

Stofeigenschappen zijn de kenmerken waaraan je een stof kunt herkennen. Ze kunnen fysisch of chemisch zijn en helpen ons om stoffen te herkennen en in te delen.

Fysische eigenschappen zijn dingen zoals kleur, geur, smaak, smeltpunt en kookpunt. Ook dichtheid, oplosbaarheid in water en de toestand bij kamertemperatuur (vast, vloeibaar of gas) horen hierbij. Deze eigenschappen kun je waarnemen zonder dat de stof verandert. Water kookt bijvoorbeeld bij 100 °C en bevriest bij 0 °C. Dit is typisch voor water.

Chemische eigenschappen gaan over hoe een stof reageert met andere stoffen. Voorbeelden zijn brandbaarheid, roesten (corrosie), zuur- of base-gedrag (pH), giftigheid (toxiciteit) en reageren met water of zuur. Hout is bijvoorbeeld anders dan water: hout kan branden, water niet.

Gevarensymbolen zijn vaste pictogrammen (rode ruit met zwart symbool, GHS) die waarschuwen voor gevaarlijke stoffen. Voorbeelden: brandbaar, giftig/schadelijk, corrosief, milieugevaarlijk, explosief, gas onder druk, oxiderend en gezondheidsgevaar. Je vindt ze op etiketten en veiligheidsbladen; lees deze goed en volg de veiligheidsregels (bijvoorbeeld handschoenen en bril dragen).

Uitwerking:

Een stof met het linker gevarensymbool is giftig. Het kan je ziek maken of zelfs dodelijk zijn.
Een stof met het rechter gevarensymbool is ontvlambaar. De stof kan makkelijk in brand vliegen.

Gevaarlijke Stoffen en Veiligheid

Gevaarlijke stoffen zijn stoffen die schadelijk kunnen zijn voor je gezondheid, de veiligheid of het milieu. Daarom is het belangrijk om altijd te weten welke stof je gebruikt en hoe je er veilig mee moet omgaan.

Veilig werken met gevaarlijke stoffen betekent dat je:

• persoonlijke beschermingsmiddelen draagt, zoals handschoenen, een veiligheidsbril en een labjas;
• werkt in een goed geventileerde ruimte of onder een zuurkast;
• stoffen op de juiste manier bewaart, in goed afgesloten en gelabelde potjes of flessen.

Voordat je met een stof werkt, moet je altijd weten of de stof gevaarlijk is en hoe je er veilig mee omgaat. Zoek dit daarom altijd eerst op.

Daarnaast gelden er in het practicum algemene labregels:

• Niet eten of drinken in het lab.
• Rustig en geconcentreerd werken. Neem de tijd.
• Weten waar de nooddouche en brandblusser staan.
• Altijd meteen aan de docent melden als je iets morst of kapotmaakt.

Zo werk je netjes en veilig in het lab.

Bouw van Moleculen en Het Deeltjesmodel

Het deeltjesmodel is een belangrijk idee in de scheikunde. Het helpt ons begrijpen waar stoffen uit bestaan en hoe ze zich gedragen. Volgens dit model is alle materie opgebouwd uit hele kleine deeltjes die altijd bewegen.

In het deeltjesmodel worden atomen gezien als de bouwstenen van alle stoffen. Moleculen zijn groepen van atomen die door bindingen aan elkaar vastzitten.

De manier waarop moleculen in elkaar zitten, bepaalt de eigenschappen van een stof. Zo is water (H₂O) bij kamertemperatuur een vloeistof, terwijl methaan (CH4) een gas is. Dat verschil komt doordat de moleculen elkaar anders aantrekken.

Belangrijkste regels van het deeltjesmodel:

• Alle stoffen bestaan uit hele kleine deeltjes.
• Deeltjes zijn altijd in beweging.
• Tussen de deeltjes zit ruimte.
• De aantrekkingskracht tussen de deeltjes kan sterk of zwak zijn.

Hoe de deeltjes bewegen en elkaar aantrekken, bepaalt of een stof vast, vloeibaar of gasvormig is.

De structuur van het molecuul water, H₂O. Het bevat twee waterstofatomen (H) en één zuurstofatoom (O).

Verschil tussen Zuivere Stoffen en Mengsels, Oplossingen, Suspensies en Emulsies

Zuivere stoffen bestaan uit één soort stof met vaste eigenschappen, zoals zuiver water of goud.

Mengsels bestaan uit twee of meer verschillende stoffen die door elkaar zitten. De verhouding kan steeds anders zijn, zoals bij lucht of zout water.

Soorten mengsels

• Een homogeen mengsel ziet eruit als één geheel. Je kunt de verschillende stoffen niet met het blote oog onderscheiden. Voorbeeld: suiker opgelost in water.
• Een heterogeen mengsel bestaat uit meerdere stoffen die je wel van elkaar kunt zien. Voorbeeld: zand in water.

Voorbeelden van mengsels:

• Oplossingen → homogene mengsels waarbij een stof helemaal oplost in een oplosmiddel. Voorbeeld: suiker in water.
• Suspensies → heterogene mengsels waarbij vaste deeltjes in een vloeistof zweven en later kunnen bezinken. Voorbeeld: zand in water.
• Emulsies → heterogene mengsels van twee vloeistoffen die normaal niet mengen. Voorbeeld: olie en water in mayonaise.

Het is belangrijk om deze verschillen te kennen, zodat je stoffen beter kunt herkennen en begrijpen.

Scheidingsmethoden

Scheidingsmethoden zijn technieken om de componenten van een mengsel te scheiden. Veelgebruikte scheidingsmethoden zijn filtratie, indampen, bezinken en extractie.

Filtratie is een methode om vaste stoffen van vloeistoffen te scheiden met behulp van een filter. Het principe is eenvoudig: de vloeistof kan door de gaatjes van het filter, maar de vaste deeltjes niet.

1. Kies een geschikt filter (bijvoorbeeld filterpapier).
2. Giet het mengsel over het filter.
3. De vloeistof (filtraat) passeert het filter, terwijl de vaste stof (residu) achterblijft.

Indampen is een manier om een opgeloste vaste stof te scheiden van het oplosmiddel. Door het mengsel te verwarmen verdampt het oplosmiddel en blijft de opgeloste stof achter.

1. Verwarm het mengsel.
2. De stof met het laagste kookpunt verdampt.
3. De stof met het hogere kookpunt blijft achter.

Bezinken gebruikt zwaartekracht om zwaardere deeltjes te scheiden van minder zware deeltjes in het mengsel. Hierna kan je de bovenste laag afschenken.

1. Zet het mengsel neer.
2. Wacht totdat de deeltjes van elkaar gescheiden zijn. Zware deeltjes liggen onderop en lichte deeltjes bovenop.
3. Giet voorzichtig de bovenste laag deeltjes af.

Extractie is een proces waarbij een bepaalde stof uit een mengsel wordt gehaald door een oplosmiddel te gebruiken. Deze methode is gebaseerd op het principe dat sommige stoffen beter oplossen in bepaalde vloeistoffen dan andere stoffen.

1. Kies een geschikt oplosmiddel waarin de gewenste stof goed oplost.
2. Voeg vervolgens het oplosmiddel toe aan het mengsel.
3. Schud of roer om de gewenste stof op te lossen.
4. Scheid de vloeistof van de rest van het mengsel. Bijvoorbeeld met filtratie.

Deze scheidingsmethoden zijn heel belangrijk in vele industriële processen en laboratoriumtechnieken.

Oefenopgave:

1. Welke scheidingsmethode is geschikt om een suspensie te scheiden?
2. Geef aan hoe je zuiver zout kan krijgen uit een oplossing van zout in water.

Uitwerking:

1. Een suspensie is een mengsel van een vaste stof in een vloeistof. Je kan filtratie gebruiken. De vaste stof zal in het filter achterblijven en de vloeistof gaat erdoorheen.
2. Je kan zout scheiden van water met indampen. Wanneer je de oplossing verwarmt zal het water gaan verdampen en als gas in de ruimte verdwijnen. Het zout is dan nog steeds een vaste stof en blijft als zuivere stof achter.

De Drie Fasen van Stoffen

Stoffen kunnen in drie hoofdfasen voorkomen: vast, vloeibaar en gasvormig. Elke fase heeft unieke eigenschappen die worden bepaald door de rangschikking en beweging van de deeltjes.

In de vaste fase hebben deeltjes een vaste positie en trillen ze op hun plaats. Dit geeft vaste stoffen hun vorm en volume. Voorbeelden hiervan zijn ijs, hout en metalen.

In de vloeibare fase kunnen deeltjes vrij bewegen, maar blijven dicht bij elkaar. Vloeistoffen hebben een vast volume, maar nemen de vorm aan van hun container. Water, olie en melk zijn voorbeelden van vloeistoffen.

In de gasfase bewegen deeltjes vrij en ver van elkaar. Gassen hebben daarom geen vaste vorm of volume en vullen de beschikbare ruimte. Lucht, waterdamp en helium zijn voorbeelden van gassen.

Schematische weergave van een stof in de vaste, vloeibare en gasfase.

Faseovergangen

Stoffen kunnen van de ene fase naar de andere overgaan. Deze veranderingen noemen we faseovergangen en gebeuren bij een bepaalde temperatuur, afhankelijk van de stofeigenschappen.

Smelten: de overgang van vast naar vloeibaar. Bijvoorbeeld ijs dat water wordt bij 0 °C.

Stollen: de overgang van vloeibaar naar vast. Water dat bevriest tot ijs is een voorbeeld. Dit gebeurt ook bij 0 °C, maar dan bij een dalende temperatuur.

Verdampen: de overgang van vloeibaar naar gas. Water verdampt bij 100 °C.

Condenseren: de overgang van gas naar vloeibaar. Bijvoorbeeld waterdamp dat op een koude spiegel in de badkamer vloeibaar wordt.

Sublimeren of vervluchtigen: de overgang van vast direct naar gas, zonder eerst vloeibaar te worden. Bijvoorbeeld droogijs dat verdampt.

Rijpen: gas dat direct overgaat in een vaste stof, zoals rijp op een raam in de winter.

De mogelijke faseovergangen van een stof

Oefenopgave:

Welke faseovergang vindt er plaats in de volgende situaties:

1. Een boterklontje in een warme pan.
2. In een laboratorium gaat de stof jodium direct van vast naar gas.
3. Op een warme dag verdwijnt een natte plas langzaam. 

Uitwerking:

1. Boter is eerst vast en smelt in de warme pan. Dit is dus smelten.
2. De stof gaat meteen van vast naar gas. Dit is sublimeren.
3. Een natte plas is vloeibaar en verdampt op een warme dag. Dit is verdampen.

Kookpunt, Smeltpunt en Temperatuur Meten

Het smeltpunt en het kookpunt zijn belangrijke eigenschappen van stoffen. Ze geven aan bij welke temperatuur een stof van fase verandert.

Het smeltpunt is de temperatuur waarbij een vaste stof vloeibaar wordt. Bij zuivere stoffen gebeurt dit bij één vaste temperatuur. Bij mengsels gaat dit vaak geleidelijk: dat noemen we een smelttraject. Dit komt doordat de verschillende stoffen in het mengsel elk een ander smeltpunt hebben.

Het kookpunt is de temperatuur waarbij een vloeistof gas wordt. Bij een zuivere stof gebeurt dit bij één temperatuur. Bij mengsels spreken we van een kooktraject.

Temperatuur wordt meestal gemeten met een thermometer. In wetenschappelijke context gebruiken we vaak de Celsius-schaal, maar de Kelvin-schaal is de SI-eenheid voor temperatuur.

Om graden Celsius (°C) en Kelvin (K) om te rekenen gebruiken we de volgende formules:
°C = K - 273
K = °C + 273

Oefenopgave:

1. Bereken hoeveel graden Celsius overeenkomt met een temperatuur van 298 K.
2. Bereken hoeveel Kelvin het is bij een temperatuur van 50 °C.

Uitwerking:

1. °C = 298 - 273 = 25 °C
2. K = 50 + 273 = 323 K

Grafieken

Grafieken zijn handige hulpmiddelen om te laten zien hoe stoffen van fase veranderen en hoe de temperatuur daarbij verandert. Ze helpen ons ook om verbanden tussen grootheden beter te begrijpen.

In een fasediagram staat de temperatuur (in °C) meestal op de verticale as en de tijd op de horizontale as. Tijdens een faseovergang, zoals smelten of koken, blijft de temperatuur een tijdje gelijk. In de grafiek zie je dit als een horizontaal stuk, ook wel een plateau genoemd.

Een voorbeeld van een fasediagram van een zuivere stof. 

Bij het lezen van grafieken is het belangrijk om te letten op:

• De schaal van de assen
• De vorm van de lijn (stijgend, dalend, vlak)
• Eventuele knikpunten of plateaus (die geven een faseovergang aan)

In de grafiek hierboven zie je bijvoorbeeld dat de stof van vast naar vloeibaar gaat bij een temperatuur van 70 °C. Hierdoor weet je het smeltpunt van deze stof. Het kookpunt ligt op 85 °C.

Grafieken kunnen ook laten zien hoe mengsels smelten of koken. Daarbij verandert de temperatuur niet in één keer, maar geleidelijk tijdens de faseovergang. In de grafiek zie je dan geen vlak plateau, maar een schuine lijn die langzaam omhoog loopt.

SI-eenheden

SI-eenheden zijn de standaardmaten die overal in de wetenschap worden gebruikt. Ze zorgen ervoor dat onderzoekers dezelfde taal spreken. In dit onderdeel kijken we naar belangrijke SI-eenheden die gebruikt worden bij het meten van massa, volume, dichtheid en concentratie.

Massa en Volume

Massa en volume horen bij de belangrijkste eigenschappen van stoffen en laten zien hoe stoffen werken.

Massa is de hoeveelheid materie (stof) in een voorwerp. De SI-eenheid voor massa is de kilogram (kg). In het laboratorium gebruiken we meestal kleinere eenheden zoals gram (g) en milligram (mg). 

Volume is de ruimte die een stof inneemt. De SI-eenheid voor volume is de kubieke meter (m³). In het lab gebruiken we vaak liter (L) of milliliter (mL). Ook handig om te weten is dat 1 dm³ gelijk is aan 1 L.

Het meten van massa gebeurt meestal met een balans (weegschaal), terwijl volume kan worden gemeten met maatcilinders, pipetten, of door berekening bij regelmatig gevormde objecten.

Dichtheid, Concentratie, Volume- en Massapercentage

Dichtheid, concentratie en volume- en massapercentage zijn belangrijke begrippen die laten zien hoe massa en volume met elkaar samenhangen.

Dichtheid is de massa per eenheid volume. De formule is:

Dichtheid = Massa / Volume

De SI-eenheid voor dichtheid is kg/m³, maar g/mL of g/cm³ worden ook vaak gebruikt.
Hoe groter de dichtheid van een stof is, hoe zwaarder stof is. Stoffen met een grotere dichtheid zullen ook zinken in een stof met een kleinere dichtheid. Daarom drijft hout bijvoorbeeld op water.

Concentratie geeft aan hoeveel van een opgeloste stof aanwezig is in een bepaald volume oplossing. Er zijn verschillende manieren om concentratie uit te drukken:

• Molaire concentratie (mol/L)
• Massaconcentratie (g/L)
• Volumepercentage (volume%)

Volume/massa% wordt gebruikt om de samenstelling van mengsels uit te drukken:

• Volumepercentage = (Volume component / Totaal volume) × 100%
• Massapercentage = (Massa component / Totale massa) × 100%

Met deze percentages kun je dus precies aangeven hoeveel van elke stof in een mengsel zit. Dit is belangrijk om de samenstelling van stoffen en mengsels goed te begrijpen.

Oefenopgave:

1. Een blokje met een volume van 20 cm³ weegt 230 g. Bereken de dichtheid van dit blokje in g/cm³.
2. Een pak geconcentreerde sinaasappelsap van 800 mL bestaat voor 300 mL uit water. De rest is verse sap. Bereken het volumepercentage sap in het pak.
3. Plastic drijft op water. Wat kan je zeggen over de dichtheid van plastic?

Uitwerking:

1. Dichtheid = Massa / Volume, dus Dichtheid = 230 / 20 = 11,5 g/cm³.
2. Volumepercentage = (Volume component / Totaal volume) × 100%, dus Volumepercentage = (300 / 800) x 100% = 37,5%.
3. Plastic drijft op water, dus de dichtheid van plastic is kleiner dan de dichtheid van water.

Oefenen met stoffen en deeltjes

Klik hier om onze oefentoets te gebruiken over de volgende onderwerpen:

• Bouw van moleculen en het deeltjesmodel
• Stofeigenschappen
• Faseovergangen
• Zuivere stoffen en mengsels
• Scheidingsmethoden
• Rekenen met dichtheid
• Rekenen met massapercentage 

Wil je andere onderwerpen oefenen? Hier vind je alle oefentoetsen over de onderwerpen van NaSk.