Chemie Centraal/Zuivere stoffen

Stoffen

De chemische verbinding alanine, bestaande uit de elementen Zuurstof (O), Waterstof (H), Koolstof (C) en Stikstof (N)

Je kan zuivere stoffen scheiden in andere mengsels en/of zuivere stoffen.

Zuivere stoffen in chemische zin zijn iets anders dan wat in het dagelijks gebruik een zuivere stof wordt genoemd: Wat wij bijvoorbeeld zuivere lucht noemen is chemisch gezien geen zuivere stof, maar er wordt bedoeld dat er geen andere stoffen in de lucht zitten dan het mengsel van zuurstof, stikstof, koolstofdioxide, waterdamp en edelgassen waar lucht grotendeels uit bestaat. Met niet zuivere lucht wordt in het normale spraakgebruik bedoeld lucht gemengd met vervuilende stoffen als ozon, koolstofdioxide, koolstofmonoxide en edelgassen, fijnstof etc.

In de natuur zijn slechts weinig zuivere stoffen te vinden; slechts goud en diamant kunnen in redelijke zuivere mate worden aangetroffen. De opgave van de chemie is het om onzuivere stoffen te scheiden in zuivere stoffen. Indien een zuivere stof wordt verkregen, is het wederom moeilijk om de stof zuiver te houden. Nemen we als voorbeeld zuivere alcohol; deze zal, bij blootstelling aan de lucht, zeer snel water uit de lucht opnemen, zodat de zuivere alcohol vervuild raakt.

In de chemische industrie kan men stoffen met een verschillende zuiverheid maken: hoe zuiverder de stof moet zijn, hoe duurder het is, omdat extra zuiveringsstappen moeten worden ondernomen voor een hogere zuiverheid.

  In de chemie is een zuivere stof een stof met specifieke, constante stofeigenschappen, zoals smeltpunt, kookpunt, massadichtheid en oplosbaarheid die karakteristiek zijn voor die stof.

Dat de eigenschappen van stoffen veranderen naarmate ze minder zuiver zijn, kan gebruikt worden om van stoffen de zuiverheid te bepalen. Als water vervuild is met andere stoffen, bijvoorbeeld met zout, zal het bij een lagere temperatuur dan 0 °C bevriezen en bij een hogere temperatuur dan 100 °C koken. Een ander voorbeeld is goud. Van zuiver goud weten we dat het smeltpunt (1064 °C) is. Witgoud, een bepaalde legering van goud en palladium, is onzuiver goud. Het smeltpunt van palladium is 1554 °C. Door het smeltpunt van de legering te bepalen, kan men met behulp van tabellen waarin de smeltpunten staan van de verschillende verhoudingen goud/palladium, uitrekenen hoeveel palladium in de legering is opgenomen.

De zuivere stoffen kunnen weer opgedeeld worden in elementen en 'verbindingen.

1. Elementen zijn opgebouwd uit een bepaalde stofsoort. De elementen, specifieker chemische elementen genoemd, bestaan uit zeer kleine deeltjes: atomen genoemd. Er is maar een beperkt aantal, ongeveer 120, verschillende scheikundige elementen (en dus ook atomen) bekend. Daarvan komen er 92 van nature op aarde voor.
2. Verbindingen zijn samengesteld uit twee of meer elementen. De kleinste bestanddelen van verbindingen, specifieker chemische verbindingen genoemd, heten moleculen. Er bestaan zeer veel chemische verbindingen, men kent meer dan 4.000.000 soorten.

Uit het voorgaande kun je concluderen dat de meeste stoffen om ons heen bestaan uit verbindingen. Toch zijn er ook stoffen die je kent die uit elementen bestaan. Bijvoorbeeld de lucht die je inademt; die bestaat uit allerlei gasvormige elementen, zoals stikstof en zuurstof. Maar ook een stuk ijzer of koper bestaat uit elementen.

Corpusculaire bouw

Nu we een aantal stoffen hebben leren kennen, is het tijd voor een paar definities: Wat is corpusculaire bouw

  Een atoom is van ieder scheikundig element de kleinste nog als zodanig herkenbare bouwsteen

De term 'atoom' komt van het Griekse atomos, dat ondeelbaar betekent. Inmiddels weten we dat een atoom niet ondeelbaar is, maar opgebouwd is uit subatomaire deeltjes (en die bestaan zelf ook weer uit andere deeltjes). Wel is een atoom in die zin ondeelbaar, dat bij deling van een atoom de specifieke eigenschappen van dat atoom verloren gaan.

Koolstofatomen in grafiet.
gezien met Scanning Tunneling Microscopy

Atomen zijn lange tijd denkbeeldig geweest. Zij zijn namelijk zo klein dat ze letterlijk niet te zien zijn. Bij het zien maak je namelijk gebruik van licht. Zichtbaar licht is een golfverschijnsel dat een golflengte heeft die al gauw zo'n 5000 keer zo groot is als het gemiddelde atoom. Het kleinste voorwerp dat met een golf en een lens (zoals in je oog) te zien is is ongeveer zo groot als de golflengte. Atomen zijn dus niet te zien: ze zijn veel te klein.

Sinds niet al te lange tijd zijn ze echter wel te 'voelen'. Er zijn technieken die de ruwheid van een oppervlak zo goed kunnen aftasten dat ze zelfs het minieme bobbeltje van een individueel atoom kunnen 'voelen', hoewel dat zelfs in 2009 nog steeds niet eenvoudig is. Een computer kan het signaaltje omzetten in een beeld en zo kunnen we dus eindelijk atomen en ook moleculen zichtbaar maken. Scanning Tunneling Microscopy is een van die technieken. De techniek maakt gebruik van een miniem elektrisch stroompje tussen een scherpe punt die vlak boven het oppervlak gehouden wordt, en het oppervlak. Er wordt geen licht gebruikt en daarom is er geen beperking door de golflengte.

Veel verbindingen bestaan uit moleculen die telkens op dezelfde manier aaneengeregen zijn uit dezelfde combinatie van atomen. Zo bestaat een watermolecuul altijd uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom.

  Een moleculaire verbinding is een chemische stof waarvan de kleinste nog als zodanig herkenbare bouwsteen een molecuul is dat bestaat uit een beperkt aantal atomen van twee of meer elementen, op indentieke wijze aaneengeregen

Moleculaire verbindingen bestaan uit een grote verzameling identieke moleculen. En ieder molecuul bestaat telkens uit dezelfde atomen. Bijvoorbeeld ieder water molecuul bestaat uit twee waterstof (H)-atomen en één zuurstof (O)-atoom. Dit heeft tot gevolg dat er in totaal ook altijd twee keer zo veel H-atomen zijn als O-atomen.

Quinacridon-moleculen (STM)

Alle gassen zijn ofwel atomair (bestaan uit enkele atomen) of moleculair. (De atomaire gassen zijn uiteraard elementen zoals He, Ne, Ar.)

Veel vloeistoffen en wat minder vaste stoffen zijn moleculaire verbindingen. Een aantal vaste verbindingen zijn echter niet echt moleculair. Veel zouten bijvoorbeeld bestaat uit geladen atomen, ionen genaamd. Voor andere vaste stoffen zouden we het hele brok materiaal als één gigantisch molecuul kunnen beschouwen, hoewel dat ons begrip niet erg verhoogt. Sommige verbindingen en ook elementen zijn gewoon niet moleculair. Voorbeelden daarvan zijn de meeste metalen, metaallegeringen, halfgeleiders, polymeren, veel mineralen (klei bijvoorbeeld). Deze niet-moleculaire stoffen zijn dus zeker niet onbelangrijk. De chemie heeft echter heel veel geleerd van de moleculaire stoffen en we zullen ons daarom voornamelijk op deze stoffen toeleggen.