Vier stoffen uit het afval van de fietsenmaker
Bij techniek staan vier bakken met afval van een fietsenmaker: ijzervijlsel, zand, keukenzout en kleine piepschuimbolletjes. De opdracht is om alle vier stoffen weer apart te krijgen en zo zuiver mogelijk terug te winnen, zodat ze hergebruikt kunnen worden. Aanwezig zijn: een magneet, een trechter met filtreerpapier, een zeef met gaatjes van 2 mm, een pan, een warmtebron, water en een maatcilinder. De leerlingen kiezen zelf de volgorde. Noor stelt voor om eerst water bij het mengsel te doen en daarna alles door het filter te gieten; volgens haar blijven alle vaste stoffen in het filter achter en loopt alleen water door. Timo wil eerst de magneet door het droge mengsel halen; mevrouw De Wit merkt op dat de magneet ijzervijlsel ook aantrekt als het nat is, maar dat nat ijzervijlsel moeilijker droogt en aan de magneet blijft plakken. Vooraf weegt het mengsel 250 g. Na het scheiden noteren de leerlingen: 46 g zand, 58 g ijzervijlsel, 71 g zout en 40 g piepschuim.
1. Beschrijf een werkende volgorde van scheidingsmethoden om de vier stoffen te scheiden en geef bij elke stap het verschil in eigenschap dat je gebruikt.
Read the worked answer
Stap 1: magneet door het droge mengsel. IJzer is magnetisch, zand, zout en piepschuim niet. Droog werken is beter, want nat ijzervijlsel plakt aan de magneet en droogt langzaam. Stap 2: water toevoegen en roeren. Zout lost op, zand en piepschuim niet; dit berust op het verschil in oplosbaarheid. Stap 3: het piepschuim drijft naar boven (verschil in dichtheid) en schep je eraf of je giet de vloeistof voorzichtig af. Stap 4: filtreer de rest. Zand blijft op het filtreerpapier (verschil in deeltjesgrootte), het zoute water loopt door. Stap 5: damp het filtraat in de pan in. Water verdampt (verschil in kookpunt), het zout blijft achter. Zo krijg je alle vier stoffen apart, zonder dat je een stof mengt met iets wat je er niet meer uit krijgt.
2. Leg uit waarom Noor zand en zout niet in één keer kan scheiden met alleen filtreren.
Read the worked answer
Filtreren scheidt op deeltjesgrootte: de gaatjes in het filtreerpapier houden vaste deeltjes tegen die groter zijn dan de poriën. Zandkorrels zijn dat wel, maar keukenzout is opgelost. Opgeloste zoutdeeltjes zijn losse ionen die veel kleiner zijn dan de poriën, dus die gaan gewoon met het water mee door het filter. In het filter blijft dan een mengsel van zand en piepschuim achter en in de opvangbeker zit zout water. Om het zout terug te krijgen moet je het water verdampen. Noor heeft dus niet één maar twee scheidingsmethoden nodig: filtreren voor het zand en indampen voor het zout.
3. De massa's na het scheiden zijn samen 215 g in plaats van 250 g. Noem twee plausibele oorzaken en beoordeel of de scheidingsmethode daardoor onbruikbaar is.
Read the worked answer
Verschillende verklaringen zijn mogelijk: (1) bij het overgieten en afscheppen is materiaal verloren gegaan, bijvoorbeeld een deel van het piepschuim of nat zand dat aan de bak bleef kleven; (2) het teruggewonnen zout is niet helemaal droog, of juist niet volledig ingedampt, waardoor de massa afwijkt; (3) een deel van het zout zat nog in het zand omdat er niet lang genoeg is geroerd, waardoor je bij het zand te veel en bij het zout te weinig weegt; (4) er zat water in het zand. De methode is niet onbruikbaar: 35 g verschil op 250 g is ongeveer 14 % en dat is bij een leerlingopstelling met overgieten en indampen niet verrassend. Wat je moet doen is de massa's controleren nadat alles goed droog is, het zand en ijzer wegen nadat ze gedroogd zijn, en de massabalans als controle gebruiken. Kom je dan nog steeds niet uit, dan is er echt iets misgegaan in de uitvoering.