Practicum scheiden: wat is er met de 0,5 gram gebeurd?
Tijdens een practicum krijgt Naomi een mengsel van 50,0 g aangeboden. Volgens de opdracht bestaat het uit zand, keukenzout en ijzervijlsel. Naomi haalt eerst met een magneet het ijzervijlsel eruit en weegt dat: 8,5 g. Daarna roert ze de rest door 150 mL water en giet het mengsel door een filter. Het residu op het filterpapier laat ze drogen en ze weegt het: 21,0 g. Van het heldere filtraat dampt ze al het water weg in een indampschaal. Na afkoelen blijft er een wit poeder over dat ze weegt: 20,0 g. Haar practicumpartner zegt: 'Die 20,0 g is vast zout, want zout lost op in water en zand niet.' Naomi telt de massa's op en komt op 49,5 g, terwijl ze met 50,0 g begon. De docent vraagt haar niet alleen het verschil te verklaren, maar ook of de volgorde van haar stappen eigenlijk wel logisch was.
1. Bereken hoeveel gram van elk bestanddeel Naomi heeft gevonden. Laat met een berekening zien of de gevonden massa's samen kunnen kloppen met de 50,0 g en geef minstens twee concrete verklaringen voor het verschil.
Read the worked answer
Gevonden massa's
- ijzervijlsel: 8,5 g
- zand (residu): 21,0 g
- zout (na indampen): 20,0 g
Optellen: 8,5 + 21,0 + 20,0 = 49,5 g.
Verschil: 50,0 − 49,5 = 0,5 g. Er is dus 0,5 g 'kwijt'. Bij scheiden verdwijnt massa nooit echt; er wordt alleen iets niet meegewogen. Dat past bij een practicum waarin met eenvoudige middelen wordt gewerkt.
Verklaringen (minstens twee nodig):
- Een deel van het ijzervijlsel plakt aan de magneet of valt naast de weegschaal; fijne deeltjes blijven ook achter in het zakje of op het papier.
- Het zand is niet volledig droog: als er nog water in het residu zit, zou het residu juist zwaarder zijn. Andersom kan er bij het overgieten zand zijn achtergebleven in de beker, waardoor 21,0 g te laag is.
- In het filtraat zit niet al het zout: een deel blijft in het filterpapier of in de indampschaal achter als aankoeklaag, of het indampen is niet volledig doorgegaan.
- Bij het overgieten van vloeistoffen blijven druppels achter in bekerglazen en trechters.
Conclusie: de massa's zijn samen 49,5 g in plaats van 50,0 g; dat is 1% verlies en past bij bovengenoemde praktische verliezen. Met alleen deze getallen kun je niet zeggen welk bestanddeel precies 0,5 g te laag is uitgevallen.
2. Leg uit waarom Naomi eerst de magneet gebruikt en pas daarna gaat filteren. Beredeneer ook wat er mis zou gaan als ze eerst water bij het mengsel deed en daarna pas de magneet gebruikte.
Read the worked answer
Waarom eerst de magneet?
- IJzervijlsel is met een magneet te verwijderen zonder dat je de andere stoffen aantast. Het is een scheiding op basis van een stofeigenschap: ijzer is magnetisch, zand en zout niet.
- Op een droog, los mengsel rollen de ijzerdeeltjes los van het zand en blijven ze goed aan de magneet hangen. Je krijgt dan betrekkelijk schoon ijzer terug.
- Zand en zout kun je daarna met water en filtreren scheiden. Zout lost op, zand niet. Als je die stap eerst doet, moet je daarna alsnog een scheiding voor het ijzer bedenken.
Wat gaat er mis bij eerst water erbij?
- Het ijzervijlsel komt in een nat mengsel terecht. Fijne ijzerdeeltjes plakken aan zandkorrels en aan het natte filterpapier, waardoor de magneet ze niet meer goed pakt.
- Een deel van het ijzer kan door het filter in het filtraat spoelen; dan zit er ijzer in je zoutoplossing en is je filtraat niet meer 'alleen water met zout'.
- IJzer in water gaat bovendien roesten, zeker als het nat blijft liggen. Het roestproduct is niet meer met een magneet te scheiden.
Conclusie: de volgorde magneet → oplossen → filtreren → indampen is de logische volgorde, omdat je bij elke stap precies één stofeigenschap gebruikt (magnetisch, oplosbaarheid, deeltjesgrootte, kookpunt) en de stoffen niet onnodig met elkaar in contact brengt.
3. Het filtraat is helder. Beredeneer of dit filtraat een zuivere stof of een mengsel is. Beschrijf ook een proef waarmee je aantoont dat het witte poeder inderdaad keukenzout is en niet bijvoorbeeld suiker of krijt.
Read the worked answer
Zuivere stof of mengsel?
- Helder betekent alleen dat er geen vaste deeltjes meer in zitten die je met het blote oog of in het filter ziet. Het zegt niets over het aantal stoffen.
- Het filtraat is ontstaan uit water plus het opgeloste zout. Water en zout zijn twee verschillende stoffen, dus het filtraat is een homogeen mengsel (oplossing), geen zuivere stof.
- Bewijs: als je het filtraat indampt, blijft er een vaste stof over. Een zuivere stof als water zou volledig verdampen en niets achterlaten.
Proef om het poeder te herkennen:
- Indampen laat zien dat de stof niet verdampt bij 100 °C; dat past bij zout, niet bij water.
- Oplosbaarheid en geleiding: keukenzout lost goed op in water en die oplossing geleidt stroom (ionen). Suiker lost ook op, maar geleidt niet. Krijt lost niet op en blijft als troebel residu achter in het filter.
- Proeven is in een practicumlokaal niet toegestaan en is ook geen betrouwbare methode.
Conclusie: het filtraat is een homogeen mengsel van water en zout; het witte poeder is zout als het goed oplost, de oplossing stroom geleidt en er bij indampen weer een wit poeder achterblijft.