Docenten eerste bundel - UvA · Nederlands voortgezet onderwijs. Kostenbesparing en het verminderen van gevaar en milieubelasting maken het mogelijk dat leerlingen zelfstandiger en

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam

Voorwoord

Na een aanloop van ruim twee jaar is het project Microschaalexperimenten in november

1996 van start gegaan. De belangstelling voor het project bleek groot te zijn. In enkele

maanden bezochten enkele honderden docenten en TOA’s de door ons verzorgde werk-

groepen over microschaalexperimenten. Ook de belangstelling voor deelname bleek groot

genoeg om het project daadwerkelijk door te zetten. In het project werken de Universiteit

van Amsterdam (UvA) en het Communicatie Centrum Chemie (Stichting C3) samen.

Doel is om het werken op microschaal in het voortgezet onderwijs te bevorderen. Dat

doen we door het microschaalglaswerk met een bijpassend verwarmingsapparaat tegen een

voordelige prijs aan te bieden, experimenten te beschrijven die aansluiten bij de meest ge-

bruikte schoolboeken en docenten en TOA’s na te scholen in het werken op microschaal.

Het project wordt uitgevoerd door de Werkgroep Microschaalexperimenten, bestaande uit:

Joyce van Bruynsvoort (’t Hooghe Landt College, Amersfoort)

Wout Davids (SLO, Enschede)

Martin Goedhart* (Didactiek der Scheikunde, Universiteit van Amsterdam)

Erik Joling* (Faculteit der Scheikunde, Universiteit van Amsterdam)

Peter Mortensen (VNCI, Leidschendam)

Jan Peper (Stichting C3, Amsterdam)

Trienke van der Spek* (Faculteit der Scheikunde, Universiteit van Amsterdam)

Lex Vroling (Alfrink college, Zoetermeer)

Ed de Waard* (Organische Scheikunde, Universiteit van Amsterdam)

Het onderwijsmateriaal is samengesteld door een ontwikkelteam waarvan de leden hier-

boven met een asterisk zijn aangegeven. Gedurende de looptijd van het project zullen zij

het onderwijsmateriaal verder uitbreiden.

Deze docentenhandleiding bevat de volgende hoofdstukken:

1. Toelichting

Waarin we ingaan op de achtergrond van de microschaalexperimenten en de gebruiks-

mogelijkheden van de proeven, waarin we organisatorische aanwijzingen geven, de opzet

en structuur van de bundels bespreken, en onze verwachting voor de volgende ronde

experimenten aangeven.

2. Het microschaallaboratorium

Waarin het glaswerk en het verwarmingsapparaat worden besproken, en aangegeven wordt

welke materialen verder nodig zijn om een microschaallaboratorium in te richten.

3. Technische tips: handleiding glaswerk

Waarin we een handleiding geven voor het werken op microschaal. Er zijn namelijk een

paar punten anders dan bij het werken op de (tot nu toe) gebruikelijke schaal.

4. Overzicht gebruikte literatuur

5. Aanwijzingen bij de leerlingenteksten

6. Leerlingenteksten

Waarin de integrale teksten zoals in de leerlingenbundels zijn opgenomen.

i

$


We hopen dat u net zo gefascineerd zult raken door het werken op microschaal als wij

zijn, en het project Microschaalexperimenten kan uitgroeien tot een Nederlands Micro-

schaal Chemie Centrum.

Uw open aanmerkingen zijn altijd welkom via de post:

Stichting MicroC3hem

Nieuwe Achtergracht 129

1018 WS Amsterdam

Via de elektronische media:

E-mail: [email protected]

www.chem.uva.nl/chemeduc/microschaal.html

Of mondeling tijdens de nascholingscursussen en de later te organiseren gebruikersdagen.

Veel plezier!

Amsterdam, april 1997

De samenstellers.

© 1997 Stichting MicroC3hem

Eerste druk, april 1997Tweede druk, december 1997Derde druk, juli 1999

DE VOORSCHRIFTEN VOOR DE EXPERIMENTEN ZIJN M E T D E G R O O T S T E Z O R G

SAMENGESTELD. DE BESCHREVEN EXPERIMENTEN ZIJN MEERMAALS UITGEVOERD,

ZOWEL DOOR DE AUTEURS ALS DOOR LEERLINGEN IN EEN GROEP PILOT-SCHOLEN.

DAARNAAST ZIJN VERKORTE VERSIES VAN DE EXPERIMENTEN TIJDENS VOORLICHTINGS-

BIJEENKOMSTEN DOOR DOCENTEN EN TOA’S UITGEVOERD. DESONDANKS ZIJN DE

SAMENSTELLERS OF DE STICHTING MICROC3HEM NIET AANSPRAKELIJK VOOR EVEN-

TUELE (DRUK)FOUTEN EN TEKORTKOMINGEN IN DE TEKST OF VOOR DE DAARUIT

VOORTVLOEIENDE GEVOLGEN EN EVENTUELE SCHADE.

ii

$


Toelichting

11. AchtergrondMicroschaalexperimenten

Het idee achter microschaalexperimenten is simpel: voer de gebruikelijke experimenten

uit op kleinere schaal en bespaar op chemicaliën. Het werken op kleinere schaal dan de

gebruikelijke laboratoriumschaal heeft een aantal voor de hand liggende voordelen:

• de hoeveelheden chemicaliën zijn klein (in de orde van tien tot honderd milligram, en

van ééntiende tot enkele milliliters) en daardoor werkt het kostenbesparend en zijn de

experimenten minder milieubelastend;

• het werken op microschaal is veiliger, waardoor leerlingen zelfstandig experimenten

kunnen uitvoeren;

• koelen en opwarmen verloopt in microschaalglaswerk veel sneller. Daardoor kunnen

experimenten in korte tijd worden uitgevoerd en is waterkoeling in de praktijk zelden

nodig.

De grote winst die geboekt wordt met microschaalexperimenten is dat door de veiligheid,

de snelheid en de kostenbesparing veel meer experimenten door leerlingen zelf uitgevoerd

kunnen worden. Dat geldt ook voor experimenten op het gebied van de organische schei-

kunde, die in de leerboeken stiefmoederlijk is bedeeld met leerlingenproeven. Organische

syntheses komen nu beschikbaar voor de bovenbouw havo en vwo. Bovendien is het

werken op microschaal uitermate geschikt voor het ‘studiehuis’, waar leerlingen zelf-

standiger dan nu practicum zullen doen en waar het klassikale practicum wellicht zal gaan

verdwijnen.

De motor achter de sterk groeiende belangstelling voor het werken op microschaal werd

gevormd door de strenge milieuwetgeving en de explosief gestegen kosten voor afvoer en

verwerking van chemisch afval in de Verenigde Staten. De moderne microschaalexperi-

menten werden daar aanvankelijk ontwikkeld voor de universitaire propedeuse, maar

vinden tegenwoordig steeds vaker toepassing in hogere beroepsopleidingen, het voort-

gezet onderwijs en waar dat mogelijk is zelfs in industriële laboratoria. In korte tijd

verschenen verschillende practicumhandleidingen over microschaalexperimenten, en kwa-

men fabrikanten van glaswerk met speciaal glaswerk op microschaal op de markt.

Geleidelijk aan dringt het werken op microschaal over de gehele wereld in alle geledingen

van het scheikunde-onderwijs door. In de Verenigde Staten bestaat een ‘National Micro-

scale Chemistry Center’ (NMC2), dat onder leiding van Ronald Pike flink aan de weg

timmert met cursussen en studieboeken. In de Journal of Chemical Education verschijnt

sinds 1989 onder redactie van Arden P. Zipp een aparte rubriek ‘The Microscale

Laboratory’, met vooral proeven voor het tertiair onderwijs.

De microschaalexperimenten vonden hun weg naar Europa. In Engeland kwam Stephen

W. Breuer met een serie experimenten op microschaal, en in Duitsland werd onder leiding

van Michael Schallies gewerkt aan voorschriften voor het mooie, maar dure Minilabor

van BASF.

In het project ‘Microschaalexperimenten’, dat wordt uitgevoerd door de Universiteit van

1-1

$


Amsterdam en de Stichting C3, is gekozen voor een aanpassing van een glaswerkset van

Kontes. Deze set is ontwikkeld door Kenneth L. Williamson van het Mount Holyoke

College in South Hadley, Massachusetts, USA. Deze glaswerkset is om een aantal

redenen zeer geschikt voor gebruik op havo/vwo-scholen.

• er wordt gebruik gemaakt van kunststof verbindingsstukken, die goedkoop zijn,

gasdicht afsluiten en eenvoudig zijn in het gebruik.

• het glaswerk is praktisch onbreekbaar.

• de meeste onderdelen zijn multi-functioneel.

• vrijwel alle technieken zijn met de set uitvoerbaar, waaronder destillatie (zowel een

enkelvoudige, gefractioneerde, stoom-, als vacuümdestillatie), kolomchromatografie,

en extractie.

• de set is vergeleken met andere, vergelijkbare microglaswerksets goedkoop door het

ontbreken van slijpstukken of schroefkoppelingen.

Verder hebben we speciaal een verwarmingsapparaat ontwikkeld (een soldeerbout met een

aluminium blok dat als zandbad dient) dat goedkoop is en dat binnen enkele minuten op

temperatuur is.

2. Gebruiksmogelijkheden

Onze verwachting is dat het werken op microschaal een steeds grotere rol krijgt in het

Nederlands voortgezet onderwijs. Kostenbesparing en het verminderen van gevaar en

milieubelasting maken het mogelijk dat leerlingen zelfstandiger en meer praktisch werk

kunenn verrichten. Naast het project Microschaalexperimenten zijn er op dit moment in

ons land twee andere, kleinschaliger initiatieven: Arne Mast van de Vrije Universiteit in

Amsterdam met zijn ‘Scheikunde in druppels’, en de reageerbuisproeven met de buisjes-

plaat van Aonne Kerkstra en Frans Killian van de ISW in Naaldwijk. Deze initiatieven

richten zich vooral op het zoutenpracticum.

Tot nu toe blijven de schoolboeken achter: er is voor het voortgezet onderwijs nog geen

schoolboek met proeven op microschaal. In het project wordt daarom gestreefd naar drie

soorten experimenten:

• experimenten die direct als vervanging op microschaal van bestaande schoolboek-

proeven kunnen worden ingezet.

• experimenten die aansluiten op de schoolboeken, maar daar niet in voorkomen.

Reden daarvoor kan zijn dat de uitvoering op de gebruikelijke schaal te riskant of te

duur is.

• experimenten komen die door hun uitgebreidheid goed zouden passen in het zelf-

standig onderzoek dat de leerlingen in de vernieuwde tweede fase uitvoeren.

Met de invoering van de vernieuwde tweede fase zal de nadruk op de laatste soort

experimenten komen te liggen. Voorafgaand daaraan is het belangrijk dat de proeven

ingepast kunnen worden in de huidige lespraktijk. Bij de experimenten in deze bundel

staat steeds aangegeven hoe zij passen bij Chemie en Chemie overal . In sommige ge-

vallen gaat het om een microschaalversie van een bestaande proef uit het ene boek, en is

het een aanvulling op het andere boek. Om te voorkomen dat een voorschrift onbruikbaar

is door het ontbreken van de context van het schoolboek, worden alle experimenten apart

ingeleid en voorzien van vragen. Die vragen zijn zo geformuleerd dat de experimenten

enigszins een probleemstellend karakter hebben. In de aanwijzingen voor de docent zijn

mogelijkheden tot uitbreiding aangegeven, die dat karakter verder versterken.

1-2

$


3. Organisatorische aanwijzingen

Het is onze bedoeling dat de beschreven experimenten in koppels worden uitgevoerd; per

set glaswerk worden daarom twee leerlingenbundels geleverd. Om tijdens een klassikaal

practicum onnodig geloop te vermijden, verdient het aanbeveling om per koppel ook een

setje chemicaliën te verstrekken.

Omdat bij de start van dit project nog maar weinig ervaring is opgedaan met het beheer

van de sets, zijn suggesties daartoe moeilijk te geven. De situatie kan per school aanzien-

lijk verschillen. Zo heeft de ene school de beschikking over slechts een of enkele sets,

terwijl de andere school genoeg sets heeft om klassikaal te werken. In dat laatste geval

zal de controle op het schoonhouden, op breuk of zelfs diefstal van het glaswerk moei-

lijker zijn.

We stellen ons wel voor, en zeker in het ‘studiehuis’, dat een koppel verantwoordelijk is

voor de set. De sets kunnen daartoe genummerd worden. Ook kan de wijze waarop leer-

lingen met de set omgaan een rol spelen bij de beoordeling. De examenprogramma’s

voor havo en vwo bieden daar de mogelijkheid toe:

“De kandidaat kan

23 gebruik maken van stoffen, instrumenten en apparaten voor het in de praktijk

uitvoeren van experimenten (…)

27 verantwoord omgaan met stoffen, instrumenten en organismen (…)”

De leerlingenbundels bevatten alle beschikbare experimenten. Het losbladige systeem kan

voortdurend uitgebreid worden, niet alleen met de voorschriften die nog door het project

worden ontwikkeld, maar ook met voorschriften die u zelf opstelt of van uw collega’s

krijgt, die in toekomstige microschaalwerkgroepen worden bedacht of in de literatuur ver-

schijnen.

U kan er voor kiezen om de leerlingen de complete bundel ter hand te stellen, zodat ze

terug kunnen bladeren naar het algemene deel voorin in de bundel. U kan ook de be-

nodigde bladzijden, eventueel verpakt in een kunststof mapje, uitdelen. In dat laatste

geval is het bij een groter aantal sets misschien handig om de mappen opnieuw te orde-

nen. Alle kopieën van een voorschrift, of alle voorschriften van een categorie krijgen dan

hun eigen map.

4. Opzet van de leerlingenbundel

De leerlingenbundel bevat een algemeen deel (kennismaken met het glaswerk, oefeningen

met het verwarmingsapparaat, veiligheidsaanwijzingen enzovoorts) en een aantal voor-

schriften voor basishandelingen en experimenten, geordend in een aantal categorieën.

Op dit moment zijn dat de categorieën:

A algemeen

B scheidingsmethoden

C eigenschappen van stoffen

D eigenschappen van reacties

E syntheses

F isolatie van natuurstoffen

G hergebruik

1-3

$


De experimenten zijn binnen een categorie doorlopend genummerd, en hebben elk een

titel.

De eerste serie experimenten hebben betrekking op de categoriën A tot en met E. De

bundel bevat ook een tabel met de gebruikte chemicaliën en hun verschillende namen, de

formule, moleculaire massa, fysische eigenschappen, en de R- en S-zinnen.

De tweede serie zal betrekking hebben op de categoriën E tot en met G. Voor een verdere

uitbreiding vinden we het belangrijk om te luisteren naar de wensen van de gebruikers

van de bundel. De gebruikers zijn immers deelnemers aan het project Microschaal-

experimenten. We hopen op reacties uit het veld, via de nascholingsbijeenkomsten, via

de telefoon, schriftelijk, via Internet of via ChemNet.

5. Structuur en opzet van devoorschriften

5.1 LeerlingentekstenDe experimenten zijn in de leerlingenteksten en de docententoelichting telkens volgens

een vast stramien beschreven. De leerlingenteksten omvatten de volgende onderdelen:

titel

inleiding

De inleiding bevat een introductie op het experiment (wat gaan we doen?) en daarnaast

informatie die noodzakelijk is om het experiment uit te voeren en de vragen te beant-

woorden. Soms wordt ook aanvullende informatie gegeven die het experiment verleven-

digen, bijvoorbeeld over het praktijkgebruik van de stoffen waarmee in het experiment

wordt gewerkt.

vragen

De vragen voor de leerlingen vormen de rode draad van het experiment. De vragen vooraf-

gaand aan het voorschrift hebben een verhelderende en bewustmakende functie, zodat de

leerlingen geïnformeerd aan het experiment kunnen beginnen. Het ordenen en verwerken

van de resultaten en het trekken van conclusies geschiedt eveneens aan de hand van

vragen.

benodigdheden

Hier worden de benodigde chemicaliën en het benodigde glaswerk opgesomd. Andere

attributen, die in ieder scheikundelokaal aanwezig zijn, zoals statieven of reageer-

buisrekjes, worden hier niet genoemd.

gevaren en milieu

Belangrijk is te realiseren dat bij het werken op microschaal de gevaren van chemicaliën

van een andere orde zijn dan bij experimenten op de traditionele schaal. Daardoor komen

er ook meer experimenten beschikbaar als leerlingexperiment. Naar onze mening dient

om deze reden een herwaardering plaats te vinden van de chemicaliën die op scholen

gebruikt kunnen worden. Niettemin dient er netjes en zorgvuldig gewerkt te worden door

de leerlingen. Wij gaan er vanuit dat de ‘normale’ veiligheidsmaatregelen worden toe-

gepast (zoals veiligheidsbril en labjas).

In de leerlingenhandleiding zijn de gevaren kort aangegeven. Voor uitgebreidere

informatie kunnen leerlingen te rade gaan bij de bekende bronnen (Chemiekaarten of de

1-4

$


bundel Veilig practicum). De korte aanduidingen die wij hebben gekozen hebben betrek-

king op de categorieën: giftigheid; corrosiviteit; brandbaarheid; en reactiviteit.

Wij baseren onze informatie op de Chemiekaarten, de bundel Veilig practicum, Binas en

de R- en S-zinnen, die in verschillende bronnen te vinden zijn.

voorschrift

De handelingen worden puntgewijs (➀ , ➁ , ➂ , etc.) en in chronologische volgorde

vermeld. We verwachten dat de leerlingen bij de voorbereiding het totale voorschrift door-

nemen. Tijdens de uitvoering van het experiment dient de gehele tekst van elke stap weer

opnieuw doorgelezen te worden, en kunnen de leerlingen de punten een voor een af-

werken.

opruimen

Hier geven wij aanwijzingen voor het verwijderen van het chemisch afval. We onder-

scheiden drie soorten afval dat in een speciaal vat moet worden gedeponeerd: zware

metalen (ZM), halogeenhoudend organisch afval (HOS) en overig organisch afval (OOS).

U dient ervoor te zorgen dat die afvalvaten aanwezig zijn. Daarnaast wordt aangegeven of

het afval door de gootsteen kan worden gespoeld, in de vuilnisbak gegooid of gerecycled

(✃) kan worden.

verslag

Er is bewust voor gekozen om geen aanwijzingen te geven voor de rapportage over het

experiment. U moet zelf beslissen of u leerlingen een verslag laat maken. Daarnaast heeft

iedere school of docent zijn eigen criteria voor het schrijven van verslagen.

5.2 Aanwijzingen bij de leerlingentekstenHier treft u de docentenhandleiding per experiment aan. Deze aanwijzingen volgen in

grote lijnen de opzet van de leerlingentekst.

titel

Gelijk aan die van de leerlingentekst.

inleiding

Hier wordt informatie gegeven over het doel van een experiment en over de gekozen

opzet. Indien nodig wordt deze opzet nader gemotiveerd.

examenprogramma

Hier worden de eindtermen in het havo- en vwo-programma genoemd, waar dit

experiment een bijdrage aan levert. We verwijzen naar de eindtermen aan de hand van de

letter van het domein en de doorlopende nummering zoals gebruikt in de examen-

programma’s. Bovendien citeren we de tekst van de eindterm. Een verwijzing ziet er dus

uit als: A.1: “de kandidaat kan zowel mondeling als schriftelijk correct formuleren”. De

tekst hebben we ontleend aan de Voorlichtingsbrochure havo/vwo van de SLO.

boeken

Er wordt verwezen naar de bij het experiment behorende tekst in Chemie en Chemie

overal. Soms is het beschreven microschaalexperiment een vervanging van een docenten-

of leerlingenproef in deze boeken. In dat geval wordt het nummer van de betreffende proef

in de docentenhandleiding genoemd. Ook kan het microschaalexperiment een aanvulling

zijn op het boek als daarin geen experimenten bij de leerstof zijn opgenomen.

1-5

$


benodigde tijd

Hoewel we ons realiseren dat er steeds minder scholen zijn die werken met de

gebruikelijke lesuren van 50 minuten, hebben wij de benodige tijd voor de uitvoering

van een experiment (exclusief voorbereiding en uitwerking) opgegeven in het aantal

lesuren van 50 minuten. Het gaat daarbij uiteraard om een schatting.

uitbreidingen

Bij een aantal experimenten zijn suggesties voor uitbreidende experimenten opgenomen.

Meestal zijn deze experimenten analoog aan het hoofdexperiment. Het is dan goed

mogelijk om het hoofdexperiment en de uitbreidingen te verdelen over verschillende

groepjes leerlingen. De uitbreidende experimenten zijn niet zo grondig door ons uitgetest

als het hoofdexperiment.

opmerkingen

Hier wordt voor docenten nuttige achtergrondinformatie gegeven.

antwoorden op de vragen

Hier staan antwoorden op de vragen uit de leerlingenhandleiding vermeld.

literatuur

Verwezen wordt naar de bronnen, waaruit het experiment afkomstig is of boeken waarin

meer over het experiment te vinden is.

6. Nomenclatuur

“Nu is de scheikunde niet volgroeid ter wereld gekomen zoals Pallas Athene, maar

moeizaam door de proeven en geduldige maar blinde vergissingen van drie generaties

chemici die verschillende talen spraken en onderling veelal uitsluitend schriftelijk contact

hadden; daarom heeft de scheikunde in de vorige eeuw vaste vorm gekregen te midden van

een geweldige spraakverwarring, waarvan de resten in de moderne scheikunde blijven

voortbestaan.”

Primo Levi: De spiegelmaker, Amsterdam: Meulenhoff (1991)

Voor de naamgeving van organische stoffen is, overeenkomstig de eindtermen C.39 en

C.41 (havo) en C.58, C.59 en C.61 (vwo), in de eerste plaats gekozen voor het gebruik

van de systematische namen. Daarbij volgen we de IUPAC-regels uit 1979. Deze regels

geven de voorkeur aan de substitutieve nomenclatuur (zoals ‘methanol’), boven de

radicofunctionele nomenclatuur (zoals ‘methylalcohol’), maar sluiten die laatste niet uit.

De IUPAC-regels behouden ook veel triviale namen, zoals ‘fenol’ en ‘tolueen’. Het vwo-

examenprogramma noemt echter expliciet ‘benzenol’ (vwo C.61). Ondanks aan te voeren

bezwaren zullen wij zoveel mogelijk proberen de substitutieve nomenclatuur te volgen

om aan te sluiten bij de schoolpraktijk.

Omdat de examenprogramma’s in de eindtermen C.42 (havo) en C.62 (vwo)

voorschrijven dat de kandidaat kan “aangeven dat stoffen naast systematische namen ook

triviale namen hebben en deze naast elkaar gebruiken”, worden ook telkens de triviale

namen genoemd. De triviale namen worden immers nog volop gehanteerd in

tabellenboeken, in catalogi en in het dagelijks leven. In een aparte tabel staan alle

gebruikte chemicaliën met hun systematische en triviale namen. In die tabel staan ook de

R- en S-zinnen, en fysische eigenschappen als dichtheid, smeltpunt en kookpunt.

1-6

$


Het microschaallaboratorium 2De inrichting van een microschaal laboratorium zal u weinig problemen opleveren. In de

set vindt u het microschaal glaswerk, de verwarmingsapparaten kunnen op het stop-

contact aangesloten worden, en het laboratorium is in principe klaar. Natuurlijk zijn er

nog wat andere materialen nodig, zoals statieven, maar de meeste daarvan zijn waarschijn-

lijk al aanwezig. De grootste aanpassing zal het ompakken van chemicaliën zijn.

Glazen potjes van 20 ml zijn een goed bruikbare maat. Meestal kunnen ze worden afge-

sloten met een schroefdeksel, maar voor vluchtige of stinkende vloeistoffen is een pas-

send septum een uitkomst. Onderstaand een overzicht van de inrichting van een micro-

schaal laboratorium.

1. Glaswerk

Het koffertje bevat het volgende glaswerk:

ml0,

1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

E1 E2 E3+4

C

H

J

F

R

R

S

M

O1

O2

N

D1

D2

I P

BT

Q

A

K

G

H

V

H

L

Tussen haakjes staan de Engelse namen, met daarachter het aantal in het koffertje.

A. T-stuk (connecting adapter) 1

B. afzuigring (filter adapter) 1

C. thermometermanchet (thermometer adapter) 1

D. centrifugebuis, 15 ml, met deksel (centrifuge tube, 15 mL) 1

E. chromatografiekolom (chromatography column) 1

E1. vultrechter (funnel) 1

E2. glazen kolom (chromatography column glass) 1

E3. büchnertrechter (luer tip) 1

2-1

$


E4. filterschijf (polyethylene disc) 1

In de leerlingentekst worden E3 en E4 samen ‘filtertip’ genoemd

F. kraantje (one way stopcock) 1

G. staafje (support rod) 1

H. verbindingsstuk (connector) 3

I. destillatiekolom, terugvloeikoeler (distillation column, air condensor, gas collection

tube) 1

J. destillatieopzet (distillation head) 1

K. korthalskolf, 5 ml (short neck flask, 5 mL) 1

L. langhalskolf, 5 ml (long neck flask, 5 mL) 1

M. erlenmeyer, 10 ml (erlenmeyer flask, 10 mL) 3

N. afzuigerlenmeyer, 25 ml (filter flask, 25 mL) 1

O1. hirschtrechter (hirsch funnel) 1

O2. filterschijf (polyethylene frit) 1

In de leerlingentekst worden O1 en O2 samen ‘filtertrechter’ genoemd

P. reageerbuisje, 10 × 100 mm (reaction tube, 10 × 100 mm) 5

Q. spatel (spatula) 1

R. septum (sleeve stopper, rubber septum) 2

S. injectiespuit, 1 ml (syringe, 1mL) 1

T. slang (tubing, polyethylene) 60 cm

V. roermagneet (stirr bar) 1

Daarnaast is aan de set toegevoegd:

dikke injectienaald, stomp (needle, 18 Gauge, blunt end) 1

dunne injectienaald, stomp (needle, 22 Gauge, blunt end) 1

injectiespuit, 3 ml (syringe, 3mL) 1

thermometer, -10°C - +250°C, kwikvrij (thermometer, -10°C - +250°C, non

mercury) 1

2. Verwarmingsapparaat

Als warmtebron wordt geen gasvlam, maar een elektrisch verwarmingsapparaat gebruikt.

De basis daarvan bestaat uit een 60 Watt soldeerbout. Hoewel het een erg eenvoudig

apparaat is, is het zeer effectief. Gebruikers van duurdere verwarmingsapparaten zijn

verrast door de snelheid, die veel hoger is dan bij de traditionele elektrische zandbaden. Op

vol vermogen heeft het zandbad na ruim vier minuten een temperatuur van 100°C, na

zeven minuten 150°C en na elf minuten 200°C. Na een half uur is een temperatuur van

300°C bereikt. U hoeft overigens niet bang te zijn voor een te groot stroomgebruik: op

een tot 16 Ampère gezekerde groep kunnen 64 verwarmingsapparaten worden

aangesloten.

Het verwarmingsapparaat bestaat uit vier onderdelen:

A. een aluminium blok waar zand in zit (het ‘zandbad’),

B. een metalen schacht die met een mannetje aan een statief wordt bevestigd,

C. een handvat, en

D. een snoer met dimmer.

2-2

$


2D

A B C

➣ Pas op!

De metalen schacht en het aluminium blok worden bij gebruik zeer heet! U kunt er lelijk

uw vingers aan branden!

Het is het veiligst om het verwarmingsapparaat zo laag mogelijk aan het statief te

bevestigen. Daartoe is een dubbelklem (‘mannetje’) bijgeleverd. Aan de kant die op de

metalen schacht wordt bevestigd, is de vleugelschroef vervangen door een inbusbout.

dimmer

Het verwarmingsapparaat kan met de dimmer worden geregeld. In stand 0 is het apparaat

uitgeschakeld, in stand 9 staat het op vol vermogen. Als de gewenste temperatuur bereikt

is kan de dimmer zo ver worden teruggedraaid dat die temperatuur constant blijft.

In het leerlingenmateriaal zijn oefeningen met het verwarmingsapparaat opgenomen.

zand

Als zand kan kwartszand, zilverzand of zeezand worden gebruikt. Belangrijk is dat het

zand fijnkorrelig en schoon is. Per zandbadje is ongeveer 13 gram nodig.

Aan het eind van een les kunnen de verwarmingsapparaten met hun mannetje aan één

statief worden bevestigd. Eventueel kan het hete zand in een leeg conservenblik worden

verzameld. Aan dat statief kunnen ze dan op een veilige plaats afkoelen.

gebruik met roermotor

Door de geringe hoogte kan het verwarmingsapparaat zonder probleem in combinatie met

een magneetroerder worden gebruikt.

2-3

$


3. Materiaal nodig naast hetmicroschaalglaswerk

Het koffertje en het verwarmingsapparaat vormen de kern van het microschaal-

laboratorium. Er zijn echter nog chemicaliën en andere attributen nodig om het geheel

compleet te maken.

Sommig materiaal is volgens ons echt nodig, ander materiaal is vooral handig om

beschikbaar te hebben.

Nodig� Afvalvaten (OOS, HOS, ZM, OAS, prullenbak)

� Electronische bovenweger (nauwkeurig tot op 1 mg)

� Kooksteentjes

� Pasteurpipetten met speentje

� Scherpe injectienaalden met luer-huls, 22 Gauge

� Spuitfles met demi-water

� Spuitfles met spoelaceton

� Statieven met mannetje

� Stopcontacten, 240V, randaarde

� Veiligheidsbrillen

Handig� Aluminiumfolie

� Filterrondjes passend in de filtertrechter (Ø 14 mm) en de filtertip (Ø 6,3 mm)

� Glasdroogstoof

� Heteluchtpistool of verfschroeier

� Kleine kurkjes (passend op Ø 8 mm)

� Kleine horlogeglaasjes

� Kleine bekerglaasjes (25 ml en 100 ml)

� Kookstokjes (geprepareerde satéprikkers)

� Maatkolven 25 ml

� Magneetroerders

� Metaaldraad

� Metaalspons (roestvrijstalen pannenspons)

� Moleculaire zeven (molsieve)

� Papieren handdoekrollen of tissues

� Perslucht (een luchtbedpomp voldoet ook)

� Pijpenragers

� Reageerbuisrekjes of houten blokjes met uitsparingen voor kolfjes (Ø 27 mm) en

voor reageerbuisjes (Ø 10 mm)

� Statiefklemmen

� Voorraadflesjes, met septum of schroefdop (20 ml)

� Waterstraalpomp

2-4

$


Technische tipsHandleidingmicroschaalglaswerk

3

1. Vooraf

Het microschaalglaswerk dat in het project Microschaalexperimenten wordt gebruikt, is

ontworpen door Kenneth L. Williamson van het Mount Holyoke College in South

Hadley, Massachusetts. Het wordt onder de merknaam Microflex® geproduceerd door de

firma Kontes. Kontes duidt de set in de catalogus aan als ‘The Williamson Microscale

Kit’. Wij zullen praten over ‘het microschaalglaswerk’ of over ‘de set’. Williamson heeft

een practicumboek organische scheikunde geschreven, waarin hij gebruik maakt van dit

glaswerk: Macroscale and Microscale Organic Experiments . Onder meer op basis van dit

werk wordt sinds het eind van de jaren tachtig aan de Universiteit van Amsterdam door

Ed de Waard een practicum organische scheikunde verzorgd. De kosten van glasbreuk

liepen daardoor terug naar 15% van het oude bedrag. De Waard zag de voordelen van het

werken op microschaal voor het voortgezet onderwijs, en nam het initiatief tot het

project Microschaalexperimenten. Ten behoeve van zijn practicumassistenten schreef hij

in overleg met Williamson een serie technische tips voor de gebruiker van het

microschaalglaswerk. In dit hoofdstuk vindt u een aangepaste versie van die handleiding.

Bij microschaalexperimenten worden enkele tientallen milligrammen chemicaliën in

enkele milliliters oplosmiddel gebruikt. De naam milli-experimenten zou dus eigenlijk

juister zijn. Voor het succesvol uitvoeren van microschaalexperimenten kan echter niet

worden volstaan met het verkleinen van de hoeveelheden stof van goed werkende

practicumvoorschriften. Bij het neerschalen moet terdege rekening worden gehouden met

de invloed van de verhoogde verhouding tussen oppervlak en massa op de reactie-

temperatuur. Dit, maar ook het verliesarm manipuleren van kleine hoeveelheden chemi-

caliën, vereist een aantal aanpassingen in de gebruikelijke laboratoriumtechnieken. Deze

aanpassingen zijn in geen enkel opzicht spectaculair; ze dragen meer het karakter van:

“O, doe je dat zo; dat moet je maar net weten”. Deze handleiding wil daar een wegwijzer

in zijn.

3-1

$


2. Inhoud

3. Algemene tips (3-3)

3.1 Monteren en demonteren met kunststof verbindingsstukken (3-3)

3.2 Ophanging van opstellingen (3-5)

3.3 Naalden (3-5)

3.4 Levensduur van (kunststof)onderdelen (3-8)

3.5 Meten en wegen (3-9)

3.6 Roeren en mengen (3-11)

3.7 Het verwijderen van roermagneetjes (3-12)

3.8 Verwarmen in een zandbad (3-12)

3.9 Heteluchtpistool of verfschroeier (3-14)

3.10 Schoonmaken (3-14)

4. Typische microschaaltechnieken (3-16)

4.1 Filtreren (3-16)

4.2 Kristalliseren (3-19)

4.3 Sublimeren onder atmosferische druk (3-19)

4.4 Kolomchromatografie (3-21)

4.5 Scheitrechterfunctie (3-22)

4.6 Drogen van oplossingen (3-23)

4.7 Ontkleuring met actieve kool (3-23)

4.8 Indampen en afdampen (3-23)

4.9 Koken en refluxen (3-24)

4.10 Koelen (3-25)

4.11 Destilleren (3-26)

4.12 Droog werken (3-28)

3-2

$


3. Algemene tips

3.1 Monteren en demonteren met kunststofverbindingsstukkenGebruik bij het monteren van de kunststof verbindingen geen vet of olie. Neem in elke

hand een onderdeel stevig tussen duim en wijsvinger, zo dicht mogelijk bij het te mon-

teren buiseinde. Druk het buiseinde een beetje schuin in het verbindingsstuk, terwijl de

knokkels van de wijsvingers tegen elkaar steunen. Zet het onderdeel vervolgens recht en

draai het ter controle even rond om te voelen of de glasrand goed in de kunststofzitting

sluit.

Het tweede glasonderdeel wordt op dezelfde manier in het nog vrije einde gedrukt.

Voorkom dat de glasranden van van de buiseinden tegen elkaar knarsen: draai de buis-

einden in de kunststofzittng niet te dicht naar elkaar toe!

Het demonteren gebeurt met een gecombineerde trekkende en buigende beweging. Steun

de duimen tegen elkaar om te vermijden dat de glasrandjes binnen in het verbindingsstuk

tegen elkaar kunnen knarsen.

KKKKNNNNAAAARRRRSSSS!!!!

Het is een goede gewoonte direct na het demonteren de kunststofonderdelen met enkele

druppels van een geschikt gekozen oplosmiddel schoon te maken.

thermometermanchet en thermometer

Vóór het aanbrengen van een thermometer moet altijd eerst voorzichtig worden gepast of

het glaswerk nergens klem kan lopen en of een eventueel benodigde naald nog wel naast

de thermometer in het buiseinde past!

Het manchet heeft een binnendiameter van 6 mm. De bijgeleverde thermometer past daar

uiteraard in, maar andere thermometers of een thermokoppel mogen niet veel dikker dan

7 mm zijn.

3-3

$


Druk de thermometermanchet als éérste op het buiseinde. Draai hem ter controle even

rond om te voelen of de glasrand goed in de kunststofzitting sluit. Schuif pas daarna de

thermometer met korte stukjes tegelijk naar binnen.

Bij nieuwe manchetten gaat dit soms erg zwaar. De verleiding is daarom groot om dan

maar een smeermiddel (vaseline of glycerine) op de thermometer te gebruiken. Vergeet

echter niet dat er dan al heel gauw meer dan een milligram van het smeermiddel in het

reactiemengsel terecht kan komen. Dat is niet altijd zonder gevolgen voor het reactie-

verloop.

3.02.5

4.0

3.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

Voor het verwijderen van een thermometer worden de handelingen exact omgekeerd. Eerst

de thermometer eruit; korte stukjes tegelijk, dicht bij de manchet vastgehouden!

aanbrengen van een septum

Zet het opengevouwen septum met de smalle kant in het buiseinde. Houd het glaswerk

in de rechterhand, en buig met de wijsvinger van de linkerhand de slappe septummanchet

naar beneden over de buisrand. Neem het geheel in de linkerhand over. Trek de bovenrand

van het septum nu tussen duim en wijsvinger van de vrije hand in de richting van de pijl

over het buiseinde.

3-4

$


4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

Voor het verwijderen van een septum kan de slappe manchetrand in één hand met de duim

omhoog worden gewreven. Het is niet onverstandig om de wijsvinger van de vrije hand

daarbij boven het septum te houden. Nieuwe, erg veerkrachtige, septa willen nog wel

eens wegspringen en aan de onderkant zit vaak nog een restant reactiemengsel.

Het is een goede gewoonte direct na het demonteren het septum met enkele druppels van

een geschikt gekozen oplosmiddel schoon te maken.

3.2 Ophanging van opstellingenHet microschaalglaswerk is ontworpen voor éénpunts-statiefophanging door middel van

het verbindingsstuk met het bijbehorende staafje. Het staafje is vrij dun. De mannetjes

voor statiefbevestiging moeten dus voldoende ver kunnen worden dichtgeschroefd.

Voor een stabiele ophanging moet het zwaartepunt van een opstelling altijd zo laag

mogelijk onder het ophangpunt komen. Als er een keuze is, moet de statiefophanging

dus altijd zo hoog mogelijk worden aangebracht. Bij opstellingen met een hoog uit-

stekende thermometer moet de thermometer in een openstaand klemmetje worden ge-

steund. Vooral de wat langer in gebruik zijnde verbindingsstukken verliezen wat van hun

veerkracht. Een topzware opstelling kan daardoor gemakkelijk omklappen.

Om branden van de vingers te voorkomen kan het verwarmingsapparaat het beste altijd

zo laag mogelijk aan het statief bevestigd blijven. Het is bij microschaalexperimenten

gebruikelijk de opstelling zelf hoger of lager aan het statief te hangen. Ook het gebruik

van schroeftafels voor het hoger of lager zetten van bijvoorbeeld een koelbad of magneet-

roerder kan dus achterwege blijven en wordt afgeraden.

3.3 NaaldenDe roestvrijstalen naalden zijn voorzien van een luer-huls zonder bajonetvergrendeling.

Deze huls klemt gas- en vloeistofdicht op de luer-kern van de injectiespuiten en op het

kraantje.

Bij het microglaswerk worden twee dikten RVS-naalden gebruikt: dunne naalden

(22 Gauge; 0,70 mm) en dikke naalden (18 Gauge; 1,25 mm). De dikke naalden worden

alleen gebruikt voor verbindingen met kunststof slangetjes. Septa worden sneller on-

bruikbaar voor vacuüm afsluitingen door onnodig doorboren met dikke naalden.

3-5

$


Voor alle andere toepassingen dan slangverbindingen wordt altijd de dunne (22 Gauge)

naald gebruikt.

De naalden zijn in twee uitvoeringen in de handel: scherp schuin afgesneden en stomp

loodrecht afgeslepen (‘blunt end’).

Deze stompe naalden maken septa sneller ongeschikt voor vacuüm-doeleinden. Bij de sets

zijn uit veiligheidsoverwegingen stompe naalden geleverd. In de Verenigde Staten zijn

scherpe naalden voor gebruik in het onderwijs zelfs verboden.

De scherpe naalden werken voor de meeste doeleinden echter gemakkelijker en hebben

minder slijtage van de septa tot gevolg. Voor enkele dubbeltjes zijn de dunne naalden bij

de apotheker verkrijgbaar; bij de groothandel betaalt u ongeveer een dubbeltje per naald

bij afname van honderd stuks.

ml

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

Het is zinloos om te proberen met een scherpe naald de laatste microliters vloeistof van

een glasbodem op te zuigen. Druk op de bodem resulteert slechts in een omgekrulde

naaldpunt. In de meeste gevallen kan de omgekrulde naaldpunt weer grotendeels worden

gefatsoeneerd door de naald tussen de stevig op elkaar geknepen duim en wijsvinger door

te trekken zodat de omgekrulde punt langs de duimnagel weer glad strijkt. De stompe

naalden zijn handiger voor het opzuigen van de laatste microliters vloeistof uit een

reactievat.

naald tussen manchet en thermometer

Wanneer een opening tussen verbindingsstuk en thermometer nodig is om in een

‘gesloten ‘ opstelling een luchtgaatje te maken, wordt altijd gebruik gemaakt van een dun-

ne naald (maat 22). De naald moet ter controle van tevoren samen met de thermometer in

het buiseinde zijn gepast!

Bij een scherpe naald wordt de schuine kant naar de thermometer toegekeerd, en ongeveer

evenwijdig aan de lengterichting van de thermometer gehouden. De naald wordt zover tus-

sen glas en manchet gestoken dat de punt onder de manchet zichtbaar wordt. Let hierbij

op dat de scherpe naaldpunt niet over de glasrand heen dwars door de manchet in de

vingers wordt geprikt.

3-6

$


3.0

2.5

4.0

3.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.0

3.5

4.0

3.5

4.0

3.5

Voor het tussensteken van een dunne stompe naald wordt de opstelling met manchet en

thermometer vlak onder de manchet tussen duim en middelvinger gehouden, terwijl met

de wijsvingernagel de rand van de manchet iets wordt opengesperd. De stompe naald

wordt dan met de vrije hand in de gemaakte opening gestoken.

gebruik van naalden en spuiten

Bij het opzuigen van vloeistoffen moet de plunjer nooit helemaal tot de uiterste stand

worden teruggetrokken. Er moet altijd voldoende ruimte overblijven om de vloeistof die

in de naald zit met de naald naar boven wijzend in de spuit te zuigen, met de bedoeling

om luchtbellen naar buiten te kunnen blazen.

De naalden passen weliswaar gas- en vloeistofdicht op de spuiten, maar kunnen er gemak-

kelijk weer worden afgetrokken. Daarom moet een spuit/naald-combinatie na het op-

zuigen van vloeistof altijd aan de naald-huls uit een septum o.i.d. worden getrokken.

Naalden en spuiten moeten na gebruik zo snel mogelijk worden schoongemaakt door

opzuigen van een beetje van een geschikt oplosmiddel (meestal aceton), weer leegspuiten

en droogblazen of beter nog droogzuigen. Resten oplossing leiden tot verstopping door

verdamping van het oplosmiddel; corrosieve anorganische zuren leiden tot roestvorming.

Voor het nagenoeg kwantitatief opzuigen van vloeistof uit een kolfje zijn de stompe

naalden het beste bruikbaar. Deze naalden zijn uiteraard minder handig voor het doorboren

van septa.

3-7

$


3.4 Levensduur van (kunststof)onderdelenHet is een goede gewoonte alle onderdelen zo snel mogelijk na gebruik schoon te maken;

voor naalden en spuiten is dat een ‘must’!

Defecte, beschadigde, niet meer te reinigen of sterk geëtste onderdelen moeten eenvoudig-

weg vervangen worden. De vervangingskosten zijn gering.

glasbreuk

De dikwandige glazen onderdelen zijn over het algemeen weinig breukgevoelig.

Er bestaat echter een verhoogde kans op breuk bij:

• het terugveren van een stugge dikke rubbervacuümslang op de afzuigkolf als de kolf

wordt losgelaten (zet de kolf dus met een geschikte klem aan het statief vast)

• het op verkeerde manier demonteren van de langere of gebogen buisonderdelen waarbij

het glas niet vlakbij het kunststof verbindingsstuk wordt vastgepakt

• het gebruik van te dikke thermometers of glazen roerstaven die niet van tevoren even

gepast zijn

opschriften

De aan de buitenkant van glazen onderdelen aangebrachte rode opschriften kunnen onder

invloed van sommige chemicaliën verbleken.

kunststofonderdelen

De flexibele kunststofonderdelen kunnen na langdurig gebruik geleidelijk hun veerkracht

verliezen. Sommige chemicaliën en langdurig blootstellen aan hoge temperaturen ver-

snellen dit proces. Spoel de onderdelen daarom steeds schoon na gebruik. Er zijn ook

duurzamere, maar ook duurdere, Viton® verbindingsstukken verkrijgbaar.

Ook het drogen in een te warme oven leidt tot versnelde veroudering van zachte kunststof-

onderdelen en deformatie van harde kunststofonderdelen.

Septa kunnen met de scherpe dunne naalden veelvuldig worden doorboord voordat vervan-

ging noodzakelijk wordt. Het gebruik van dikke naalden en naalden met de recht afge-

slepen punt versnellen de slijtage.

naalden en spuiten

Naalden en spuiten moeten direct na gebruik door opzuigen van een beetje oplosmiddel

en weer leegspuiten worden gereinigd om verstopping of roestvorming te voorkomen

De sluiting van de plunjer in een spuit kan worden gecontroleerd door een wijsvinger

stevig op de spuitmond te drukken en de plunjer naar beneden te trekken. Bij een goed

werkende spuit moet de plunjer niet al te gemakkelijk weer terugveren en het geheel

moet een paar seconden aan de vinger blijven bengelen.

Wanneer de plunjer van een spuit ondanks schoonmaken te zwaar beweegt, of wanneer

een plunjer juist te veel speling heeft gekregen, kan de spuit na verwijdering van de

plunjer met een scherpe schaar worden doorgeknipt. Dergelijke afgedankte spuiten zijn

3-8

$


uitstekend bruikbaar voor vacuüm- of gasverbindingen tussen dikke slangen en de dunne

kunststofslang.

0,1

0,20,3

0,40,5

0,60,7

schuiminterieur

Onderdelen waarin of waaraan nog organisch oplosmiddel aanwezig is, moeten niet in het

schuiminterieur van de microset worden opgeborgen. Het schuimmateriaal is tegen de

meeste organische oplosmiddelen niet bestand!

3.5 Meten en wegenReacties op microschaal vragen soms een grote nauwkeurigheid. Een electronische

bovenweger (liefst met automatische tarreerinrichting) is daarom eigenlijk onmisbaar.

In de nauwkeurigheid moet goed onderscheid gemaakt worden tussen volumes oplos-

middel, die doorgaans niet zo kritisch zijn, en reagentia die zo nauwkeurig mogelijk

moeten worden afgemeten of afgewogen.

oplosmiddelen

Oplosmiddelen kunnen voldoende nauwkeurig met het aanwezige volumetrische glaswerk

of met injectiespuiten worden afgemeten.

vaste reagentia

Afgewogen vaste, niet kleverige reagentia, kunnen vanuit een reageerbuisje met een paar

stevige tikken door de vultrechter in een rondbodemkolf gebracht worden.

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

vloeibare reagentia

Het afmeten van vloeibare reagentia met behulp van het bij de kit gebruikte volume-

trische materiaal zoals injectiespuiten of pipetten is doorgaans veel te onnauwkeurig.

Daarom worden eerst de benodigde hoeveelheden reagentia omgerekend van millimol in

milligram en in microliter.

3-9

$


Het benodigde volume van een van de reagentia wordt zo goed mogelijk benaderd door

opzuigen in de injectiespuit. Vervolgens wordt een klein gaaf kurkje op de naald

gestoken en het geheel gewogen. Na aflevering van de vloeistof wordt de lege kurk/

naald/spuit-combinatie gewogen. Daarna kan de spuit schoongemaakt worden. Deze

eerste hoeveelheid reagens (het verschil tussen beide wegingen) vormt het uitgangspunt

voor de berekening van de benodigde hoeveelheden van de andere reagentia.

ml0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

De hoeveelheid van het volgende reagens moet zo nauwkeurig mogelijk aangepast

worden aan de hoeveelheid van het eerste reagens. Daartoe wordt de volgende werkwijze

gevolgd. Omdat bij het leegspuiten van een injectiespuit altijd wat reagens achterblijft,

wordt dat ‘dode’ volume van de spuit/naald eerst volledig met vloeistof gevuld. Zuig

daartoe wat vloeistof op, tik de lucht eruit met de naald omhoog gestoken, en spuit de

injectiespuit leeg. De spuit kan nu met opgestoken kurkje op de balans gelegd worden

om te worden gewogen. Bij gebruik van een balans met automatische tarrering kan op

nul getarreerd worden. Alle vloeistof die daarna opgezogen wordt zal bij neerdrukken van

de plunjer worden afgeleverd. Het is nu dus zaak door voorzichtig opzuigen en leeg-

spuiten het geheel op de juiste massa te brengen en te zorgen dat geen nieuwe luchtbellen

ontstaan.

De volgorde waarin de chemicaliën het beste kunnen worden afgewogen wordt vaak

bepaald door de stabiliteit en de vluchtigheid. Het reagens dat het slechtst langdurige

manipulatie verdraagt wordt bij voorkeur het eerst afgewogen.

Soms ook zal een reagens, waarvan moeilijk een bepaalde massa is af te wegen, zo goed

mogelijk in de buurt van een streefgewicht moeten worden gebracht. Denk hierbij b.v.

aan magnesium krulletjes voor een Grignard-reactie. De afgewogen hoeveelheid daarvan

zal dan als uitgangspunt voor de berekening van de overige chemicaliën moeten worden

gebruikt.

Bij het afwegen van een niet-vluchtig vloeibaar reagens in open glaswerk kan een injectie-

spuit met naald handig zijn om op de balans een teveel aan massa op te zuigen.

Een pareltje vloeistof aan de punt van een dunne naald (22 Gauge) dat afgestreken wordt

in de hals van het glaswerk kan een weging dan net weer op de vereiste nauwkeurigheid

brengen.

Hetzelfde resultaat kan met enige handigheid echter ook worden bereikt met pasteurpipet

en speentje.

opzuigen van zeer vluchtige vloeistoffen zonder morsen

Wanneer heel vluchtige vloeistoffen, zoals ether en aceton, in een spuit worden

opgezogen, zal de opgezogen vloeistof meestal weer volledig uit de spuit geperst worden

zodra de spuit in de hand wordt gehouden met de naald naar beneden. Dit gebeurt vrijwel

zeker als de spuit met de warme huid in contact komt.

Om dit morsen te vermijden moet de spuit direct na het opzuigen worden omgekeerd met

de naald naar boven terwijl na het omkeren de plunjer ver genoeg wordt teruggetrokken

om te zorgen dat er geen vloeistof meer in de naald zit. De plunjer mag daarom bij het

opzuigen nooit tot de uiterste stand worden teruggetrokken.

Alle eventuele luchtbelletjes worden met het bekende ‘verpleegsters-gebaar’ boven in de

spuit verzameld. De damp/lucht-bel wordt vervolgens heel secuur volledig naar buiten

3-10

$


geblazen totdat er een klein vloeistofpareltje op de naald begint te verschijnen.

De spuit kan nu veilig worden omgekeerd en er is voldoende tijd om een kurkje op de

naald te steken voor een eventueel gewenste nauwkeurige weging.

3.6 Roeren en mengenHet roeren van homogene reactiemengsels is niet nodig. Maar op microschaal behoeven

ook heterogene reactiemengsels vrijwel nooit te worden geroerd; af en toe even schudden

geeft doorgaans hetzelfde resultaat. Roeren is alleen nodig in geval van heterogene

mengsels of om stoffen in oplossing te brengen.

in open kolfjes

Het roeren en mengen kan op vele manieren uitgevoerd worden. De voorkeursmethode zal

vooral afhangen van de eigenschappen van de gebruikte chemicaliën en de vorm van het

vat.

spatel

Roeren met de spatel in het reageerbuisje gaat het beste door het ronde midden-gedeelte

van de spatel tussen duim en wijsvinger heen en weer te rollen.

pasteurpipet

Een pasteurpipet met veerkrachtig speentje kan uitstekend worden gebruikt voor het men-

gen in een reageerbuisje. De pipetpunt wordt hiertoe halverwege de vloeistof gehouden en

het speentje ritmisch ingeknepen en weer losgelaten.

schudden

Een andere methode is: het reageerbuisje met de wijsvinger op het buiseinde tussen duim

en wijsvinger van één hand klemmen en snel in de lengterichting van de buis heen en

weer schudden. Deze methode kan uiteraard alleen bij een ongevaarlijke inhoud van het

reageerbuisje worden gebruikt.

Het oplossen of mengen van ongevaarlijke, niet stinkende verbindingen in een

reageerbuisje kan ook heel effectief worden uitgevoerd door het buiseinde stevig tussen

duim en wijsvinger van de ene hand te klemmen en een vinger van de andere hand snel

langs de bodem van de buis te halen. De venijnige, verende beweging die dan ontstaat is

uiterst effectief.

Het is natuurlijk altijd beter eerst een septum op het buiseinde te zetten, vooral wanneer

er nauwkeurig bekende hoeveelheden in het reageerbuisje moeten blijven.

in gesloten kolfjes

Bij roeren in gesloten reageerbuisjes blijft uiteraard alleen het in de lengterichting schud-

den tussen duim en wijsvinger van één hand en het magnetisch roeren met behulp van

het roermagneetje over.

Het roermagneetjes kan in een reageerbuisje rechtop roerend gebruikt worden en zorgt

voor uitstekende menging. Het eigen volume van het vrij grote roermagneetje kan echter

wel eens voor een iets te vol reageerbuisje zorgen. Het is dus zaak van te voren rekening

te houden met eventueel later nog toe te voegen chemicaliën.

Roermagneetjes die korter zijn dan de inwendige doorsnede van de reageerbuisjes (en dus

horizontaal roeren) hebben een te verwaarlozen eigen volume. Een nadeel is echter dat ze

erg gemakkelijk zoekraken buiten de kolfjes.

3-11

$


3.7 Het verwijderen van roermagneetjesHet zonder stofverlies verwijderen van roermagneetjes uit een oplossing vereist enige

handigheid.

Roermagneetjes korter dan 7 mm roeren in horizontale stand in een reageerbuisje. Ze kun-

nen het beste met een grote roermagneet langs de wand van het reageerbuisje omhoog

worden gesleept. Bijna bovenaan gekomen wordt het reageerbuisje overgenomen tussen

middelvinger en ringvinger van dezelfde hand waarin ook de grote roerstaaf wordt vast-

gehouden. Met de vrije hand kan nu een druppeltje oplosmiddel over het kleine magneetje

worden gedruppeld. Even bewegen van de magneten laat het oplosmiddel naar beneden

druipen, waarna de kleine magneet over de rand kan worden gesleept.

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

Dezelfde methode kan ook gevolgd worden bij het gebruik van grote roermagneetjes, die

rechtop staand roeren.

Verwijderen van roermagneetjes uit de rondbodem-kolfjes gaat in beginsel op dezelfde

wijze. Het slepen om de bocht van de kolf naar de hals mislukt echter doorgaans wanneer

de kolf rechtop wordt gehouden. Het magneetje valt dan terug. Wanneer het kolfje schuin

wordt gehouden gaat het doorgaans uitstekend langs de bovenkant van kolfwand en hals!

3.8 Verwarmen in een zandbadElectrisch geregelde zandbaden zijn, in tegenstelling tot wat veel chemici denken, uiterst

handige en veilige warmtebronnen. Om een zandbad op de juiste manier bij microschaal-

experimenten te gebruiken is het wel nodig een aantal karakteristieke eigenschappen te

kennen.

Zand is een slechte warmtegeleider zodat een temperatuursverschil ontstaat tussen de

oppervlaktelaag en het zand op de bodem. Dat temperatuurbereik is direct beschikbaar

door het glaswerk eenvoudigweg meer of minder diep in het zand te steken. Dit voordeel

gaat verloren wanneer te veel met de spatel in het zand wordt geroerd. Door de kleine

hoeveelheid zand (circa 13 gram) in het bijgeleverde verwarmingsapparaat zal het verschil

in contact tussen zand en glaswerk echter een grotere rol spelen.

Bij grotere zandbaden neemt het opwarmen van het zand en de instelling van het tempera-

tuurevenwicht tussen bodem en oppervlak veel tijd in. Dikwijls moet het zandbad reeds

een uur van te voren ingeschakeld worden. Het kleine zandbad dat wij gebruiken is veel

3-12

$


sneller op temperatuur: 100°C is na ruim vier minuten bereikt, 150°C na zeven minuten

en 200°C na elf minuten. Na een half uur is een temperatuur van 300°C bereikt, en

hogere temperaturen kunnen worden bereikt door het aluminium blokje luchtig met een

dubbelgevouwen vel aluminiumfolie te omwikkelen. Ondanks deze korte opwarmtijden

is het een goede gewoonte als allereerste handeling het zandbad in te schakelen en pas

daarna met de overige laboratorium werkzaamheden verder te gaan.

Ondanks het geringe opgenomen vermogen van 60 Watt kan de temperatuur van het

aluminiumblokje en de steel tot zeer hoge waarden oplopen. Laat dus nooit het zandbad

onbeheerd opwarmen met de regelaar in de hoogste stand. Een ander weet niet dat het

apparaat heet is en zou zich lelijk kunnen branden. Voor het snel opwarmen kan de

regelaar natuurlijk wel tijdelijk in de hoogste stand worden gezet.

Steek nooit thermometers met een snelle beweging tot op de bodem van een zandbad van

onbekende temperatuur, maar zoek eerst de vloeistof- of kwikdraad van de thermometer

op en houd die zorgvuldig in de gaten terwijl de thermometerpunt voorzichtig in het zand

wordt gestoken.

regeling met snoerdimmers

Het verwarmingsapparaat kan enigszins met de dimmer worden geregeld. In stand 0 is het

apparaat uitgeschakeld. Als de gewenste temperatuur bereikt is kan de dimmer zo ver

worden teruggedraaid dat die temperatuur constant blijft. De dimmer moet bij juiste

werking een zacht geluid geven.

In het leerlingenmateriaal zijn oefeningen met het verwarmingsapparaat opgenomen.

fijnregeling

Het juiste temperatuurgebied voor een rustige reflux van een bepaald oplosmiddel wordt

ingesteld door de éénklemsopstelling in zijn geheel meer of minder diep in het zand te

laten zakken.

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

normale insteek diepte zand ophogenheftiger koken

zand weggravenrustiger koken

Hoger stellen gaat uiteraard uiterst gemakkelijk; bij het laten zakken in het zand moet de

opstelling onder neerwaartse druk een beetje heen en weer worden bewogen in het zand.

3-13

$


Dit laatste gaat bij de reageerbuisjes erg gemakkelijk, bij de kolfjes vanwege de beperkte

afmetingen van het zandbad uiteraard iets moeilijker.

Bij een juiste badtemperatuur voor reflux moet alleen het te verwarmen gedeelte van een

kolf in het zand steken. Die bovenste zandlaag moet dan een temperatuur hebben die 10

tot 20 graden boven de vereiste kooktemperatuur ligt. Deze ideale toestand wordt meestal

niet bereikt. Door met de spatel het zand rondom de kolf op te hogen kan de kolf-

temperatuur iets hoger worden gemaakt. Het gedeeltelijk uitgraven van de kolf leidt tot

lagere temperatuur.

3.9 Heteluchtpistool of verfschroeierEen heteluchtpistool (een verfschroeier uit de doe-het-zelfzaak is een goed en goedkoop

alternatief), of zelfs een föhn, is erg handig als bijverwarming. Het is een gemakkelijke

maar niet direct energiezuinige hulpwarmtebron bij bijvoorbeeld een sublimatie, wanneer

de kristallisatie teveel op de buitenwand van de afzuigkolf plaatsvindt. De kristallen kun-

nen dan naar de koude centrifugebuis verplaatst worden door de hele opstelling op het

tafeloppervlak met de vingers aan de bovenkant van de centrifugebuis vast te houden en

in de hete luchtstroom rond te draaien. Denk erom dat het zand uit een zandbad wordt

geblazen wanneer de heteluchtstraal direkt op het zandbad wordt gericht.

Rijpvorming op de kolfwand kan ook worden voorkomen door de kolf in een reflector

geknipt uit aluminiumfolie in te pakken. De voortgang van de kristallisatie is dan uiter-

aard wel grotendeels aan het oog onttrokken.

kunststofslang

De verfschroeier kan ook handig zijn om een haarspeldbocht in de kunststofslang aan te

brengen. De slang wordt hiertoe in de juiste vorm gebogen, en zolang tussen duim en

wijsvinger in de hete luchtstroom gehouden dat de vorm na afkoelen gehandhaafd blijft.

Hetzelfde resultaat kan ook met een vlammetje van een aansteker worden bereikt. Daarbij

moet men voorzichtig verhitten, want bij oververhitting smelt de bocht gemakkelijk

dicht.

Ook bij het insteken van naalden in kunststofslang kan de verfschroeier goede diensten

bewijzen om de slang wat soepeler te maken.

3.10 SchoonmakenDe levensduur van vooral de zachte kunststofonderdelen kan aanzienlijk worden vergroot

wanneer ze, zo gauw de werkzaamheden dat toelaten, worden schoongemaakt met het

voor de verontreiniging geschikte oplosmiddel. Ook het glaswerk moet zo snel mogelijk

worden schoongemaakt. Het oplosmiddel moet afhankelijk van de verontreiniging worden

gekozen. Weinig vluchtige organische oplosmiddelen moeten weer worden verwijderd

met een vluchtig oplosmiddel zoals aceton om te langdurig intrekken in de kunststof te

voorkomen.

3-14

$


Onderdelen waarin, of waaraan nog organisch oplosmiddel aanwezig is, moeten niet in

het schuiminterieur van de microset worden opgeborgen; het schuimmateriaal is tegen

veel organische oplosmiddelen niet bestand !

Mechanisch schoonmaken door borstelen met water en schuurmiddel gaat doorgaans

handig met wissers of pijpenragers die in de juiste vorm voor het glaswerk zijn gebogen.

Het schuurmiddel moet daarna zorgvuldig met water worden weggespoeld om te ver-

mijden dat er een film schuurmiddel achterblijft. Daarna kan het glaswerk met aceton

wordt gedroogd.

3-15

$


4. Typische microschaaltechnieken

4.1 FiltrerenHet filtreren met de bedoeling vaste (al of niet kristallijne) en vloeibare componenten van

mengsels te scheiden, kan op talloze manieren worden uitgevoerd. Factoren die de

voorkeursmethode bepalen zijn o.a.: 1) de deeltjesgrootte, 2) de viscositeit van het

mengsel, 3) de bestendigheid van het filtermateriaal (papier, watten, glaswol,

kunststof-fiterschijf), 4) de vraag of we de vaste of de vloeibare component of misschien

allebei kwantitatief nodig hebben 5) de relatieve volumes van de componenten, etc.

in pasteurpipet

Een pasteurpipet met een propje watten erin geduwd kan worden gebruikt om o.i.v.

zwaartekracht te filtreren. Deze methode is het meest geschikt wanneer het alleen om het

filtraat gaat. De mate waarin het wattenpropje met behulp van een houten stokje wordt

aangestampt bepaalt de filtratiesnelheid en de deeltjesgrootte die kan worden tegen-

gehouden. Drukverhoging met een speentje versnelt weliswaar het proces, maar ver-

mindert de filterkwaliteit.

Een op de juiste wijze met een wattenpropje geprepareerde pasteurpipet kan zelfs worden

gebruikt om actieve kool (zoals Norit SA3) uit een oplossing te filtreren. De vloeistof

moet dan langzaam op zwaartekracht door de filterprop lopen!

met filtertip

Het T-stuk, met de zijbuis omhoog wijzend, voorzien van een thermometermanchet en

een ondergekoppeld reageerbuisje vormt een goede basis voor het gebruik van zowel de

filtertip (büchnertrechter met filterschijf) als de filtertrechter (hirschtrechter met

filterschijf). De zijbuis kan zonodig voor vacuümaansluiting dienen.

Zeer kleine hoeveelheden te filtreren mengsel kunnen met behulp van een pasteurpipet

direkt in de filtertip gedruppeld worden. Bij hoeveelheden van meer dan een milliliter kan

beter de chromatografiekolom of luchtkoeler op de filtertip worden gezet, gesteund in een

kleine klem. Het mengsel wordt dan met de pasteurpipet onder in de kolom op het filter

gedruppeld.

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

3-16

$


De filtertip kan ook met de punt in het T-stuk (voorzien van septum met naald en een

reageerbuisje om het filtraat op te vangen) worden gestoken, waarna een verbindingsstuk

op het T-stuk wordt gedrukt. Dit geheel kan dan een op reageerbuisje met het te filteren

mengsel worden gezet. Door het apparaat om te keren kan gefiltreerd worden.

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

4.5

4.0

3.5

De polyethyleen filterschijfjes hebben poriegrootte van 20 micrometer. Voor het

affiltreren van erg fijne deeltjes moet er een schijfje filtreerpapier op worden gelegd (bv.

actieve kool na ontkleuring, indien daar geen korrelkool voor is gebruikt). De diameter

van de papieren filterschijfjes is voor de filtertip erg kritisch. Helaas is die diameter net

iets groter dan met de gewone perforator kan worden gemaakt. De schijfjes kunnen met

een holpijpje uit een stapeltje filters worden geslagen. De rand van het papier moet licht

verend juist tegen de zijkant van het filter sluiten. Na afloop kan met een stompe

injectienaald of een recht afgeknipt metaaldraadje het kunststof plaatje met papier en al

van onder af uit het filter worden geduwd. Daarna moet het plaatje weer zorgvuldig recht

op zijn plaats gedrukt worden. De luer-kern van de injectiespuit of van het kraantje kan

daarbij worden gebruikt.

met filtertrechter

De filtertrechter kan op de afzuigkolf worden gebruikt. Omdat de afzuigkolf zou kunnen

breken als de stugge dikke rubbervacuümslang terugveert, moet de kolf met een geschikte

klem aan het statief vastgezet worden.

3-17

$


De filtertrechter kan ook op de zelfde manier als de filtertip gebruikt worden. Omdat de

meeste filtertrechters gasdicht op de glasrand van het T-stuk sluiten, is het niet altijd

nodig om de thermometermanchet te gebruiken. Wanneer de aansluiting toch mocht lek-

ken, dan kan de thermometermanchet er tussen worden gezet. Bij het demonteren moeten

T-stuk en manchet stevig in één hand worden gehouden, waarna de trechter met de andere

hand eruit getrokken kan worden. Zorg dat de manchet moet niet in de buitenconus van

de trechter wordt geduwd; bij het demonteren blijft hij dan binnenin de filtertrechter zitten

van waaruit hij heel moeilijk is te verwijderen.

4.5

4.0

3.5

3.0

4.5

4.0

3.5

3.0

Ook in de filtertrechter zit een polyethyleen filterschijfje met een poriegrootte van 20

micrometer. De schijfjes filtreerpapier voor de filtertrechter moeten precies tegen de

trechterwand sluiten en bij voorkeur na bedruppelen met het gebruikte oplosmiddel even

vast gezogen worden. Het filtreerpapier met daarop het vaste materiaal kan na afloop het

beste met de puntige kant van de spatel van het filterschijfje worden gewipt. Verwijderen

van het kunststof filterschijfje (bijvoorbeeld om het om te keren) gaat het best als door

de steel met de recht afgesneden kant van een dun rondhoutje (zoals een satéprikker) wordt

geduwd. Druk bij het weer aanbrengen van het filterschijfje de randen zorgvuldig in de

zitting.

Verkleurde of enigszins verstopte filterschijfjes hoeven niet meteen te worden wegge-

gooid. Na spoelen met heet oplosmiddel, omkeren en nogmaals spoelen is het schijfje

meestal weer bruikbaar.

‘opfiltreren’ in pasteurpipet

De meest elegante manier van filtreren op microschaal is het zogenaamde ‘opfiltreren’.

Opfiltreren heeft de voorkeur bij de uitvoering van een herkristallisatie in een reageer-

buisje. Wanneer een geschikt oplosmiddel is gevonden, waaruit de te zuiveren stof in niet

al te fijne kristallen uitkristalliseert, dan kan herkristallisatie vele malen in hetzelfde

reageerbuisje worden herhaald zonder het kristallisaat eruit te halen.

Gebruik een pasteurpipet met een onbeschadigde, goed loodrechte punt. Na volledige

kristallisatie wordt deze voorzichtig op de bodem van het reageerbuisje met het mengsel

van moederloog en kristallisaat gezet. Daarbij wordt zachtjes in het speentje geknepen

om te zorgen dat er geen kristallijn materiaal in de pipet komt. De pipetpunt wordt

uiterst licht op de bodem van het reageerbuisje gedrukt, waarna alle lucht uit het speentje

wordt geknepen.

3-18

$


4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

Het speentje wordt daarna voorzichtig losgelaten, waardoor de moederloog in de

pasteurpipet wordt gezogen en naar een leeg reageerbuisje kan worden overgebracht. Dit

proces kan bij goede keuze van oplosmiddel(mengsel) een aantal malen worden herhaald,

met een minimum aan stofverlies.

4.2 KristalliserenOver kristalliseren zijn boeken vol geschreven. De ene verbinding kristalliseert gemak-

kelijk, de andere heel moeilijk. Een en ander is erg afhankelijk van het oplosmiddel

(-mengsel). Hier wordt volstaan met slechts twee vuistregels:

1. Uitkristalliseren moet langzaam gebeuren om de vorming van al te fijne kristallen te

voorkomen.

2. Grote kristallen vertonen echter vaak veel inclusie van oplosmiddelen en zijn dan

minder zuiver.

Het reageerbuisje met hete oplossing kan het beste ter kristallisatie in een bekerglaasje

met watten of in een blok piepschuim worden gestoken.

Het verwijderen van de laatste resten oplosmiddel uit een hoeveelheid kristallijn materiaal

dat zich in een reageerbuisje bevindt, geschiedt door aanbrengen van een septum met

naald/slang aansluiting en aansluiten op vacuüm. Verwarmen tot zo hoog mogelijke

temperatuur zonder daarbij het materiaal te smelten versnelt het proces aanzienlijk.

Als goed alternatief kunnen de kristallen worden uitgespreid op een klein horlogeglas of

filtreerpapier, om ze aan de lucht te laten uitdampen (drogen).

4.3 Sublimeren onder atmosferische drukSublimatie bij atmosferische druk wordt uitgevoerd met de afzuigkolf en een met

smeltend ijs gekoelde centrifugebuis.

De punt van de centrifugebuis moet dicht boven het te sublimeren materiaal op de bodem

van de afzuigkolf komen. Daartoe wordt de afzuigring zover op de centrifugebuis gescho-

3-19

$


ven, dat de punt van de de buis tot circa 3 mm van de bodem komt als de buis met de

ring losjes in de afzuigkolf gedrukt wordt.

Voor het opschuiven van de afzuigring wordt de centrifugebuis, afgesloten met het deksel-

tje, ondersteboven op een stevige ondergrond gezet. Pas regelmatig, opdat de ring niet te

ver op de buis wordt geschoven. Bij het terugschuiven wordt de buis namelijk op de punt

gezet, en moet de punt alle krachten opvangen, waarbij een verhoogd breukrisico bestaat.

Zet de punt daarom liefst niet op een harde, betegelde ondergrond, maar op een houten

werkblad. Wanneer eenmaal een goede positie is bereikt, dan kan de ring het beste op de

buis gelaten worden en bij de betreffende kolf worden bewaard.

Om condens op het gesublimeerde materiaal te voorkomen, moet het mengsel van water

en ijs pas in de centrifugebuis worden gedaan nadat het onzuivere mengsel op de bodem

van de afzuigkolf is gebracht, de buis losvast in de kolf gezet en de zijtuit met een

speentje van een pasteurpipet is afgesloten. Bij gasdichte afsluiting kan de lucht, die door

het verwarmen uitzet, de centrifugebuis uit de kolf persen.

De kolf wordt verwarmd door de bodem op het warme zand te zetten. Het zand moet voor-

al niet al te heet zijn. Inpakken van de kolfwand in een stukje aluminiumfolie kan

voorkomen dat teveel materiaal op de koele kolfwand sublimeert. De voortgang van de

sublimatie is dan natuurlijk niet goed te zien. Sublimeren gaat vrij traag. Er moet vooral

niet meteen een te hoge wandtemperatuur worden gebruikt; de stof kan dan gaan smelten

en zelfs koken en spatten. Enig geduld is dus vereist.

25ml

KONTES

Wanneer geen aluminiumfolie wordt gebruikt, kan de kolfwand met een verfbrander

worden warmgemaakt. Om te voorkomen dat het zandbad wordt leeggeblazen moet de

kolf daarbij buiten het zandbad aan de zijtuit in de hand worden gehouden! De kolf kan

ook iets schuin op tafel aan de buis vastgehouden in de hete luchtstroom worden rond-

gerold. Er moet dan worden opgelet dat de (bewust niet al te vastgezette) kolf niet van de

buis valt.

Om het gesublimeerde materiaal droog te verzamelen dient het ijswater eerst vervangen te

worden door water van kamertemperatuur. Daarna kan dan de centrifugebuis zonder gevaar

voor vochtcondensatie voorzichtig worden uitgenomen en de gezuiverde stof er met de

spatel worden afgekrabd.

3-20

$


4.4 KolomchromatografieOp microschaal kan met redelijk grote snelheid een kolomchromatografische scheiding

worden uitgevoerd. Bovendien is betrekkelijk weinig adsorbens nodig.

Voor een kolomchromatografische scheiding wordt de glazen kolom voorzien van de

filtertip. De benodigde hoeveelheid droog adsorbens kan eenvoudig worden afgepast door

met behulp van de vultrechter de glazen kolom tot de gewenste hoogte te vullen. Het

aldus afgemeten adsorbens wordt in een erlenmeyer geschud.

Het buiseinde van de glaskolom wordt tot een centimeter of twee door een verbindings-

stuk met staafje geduwd. Het geheel wordt aan het statief gehangen en voorzien van kraan

en vultrechter. De kraan wordt gesloten.

KONTES10ml

De kraan draait soms vrij zwaar en moet daarom altijd met twee handen worden bediend.

Bij gebruik van één hand schiet gemakkelijk de filtertip met kraan en al van de kolom!

Het te scheiden mengsel wordt opgelost in enkele druppels van een vluchtig oplosmiddel.

Daarna wordt circa 200 mg droog adsorbens toegevoegd en het oplosmiddel onder zacht

verwarmen en roeren afgedampt. Het te scheiden mengsel blijft op deze wijze geadsor-

beerd achter in de vorm van een makkelijk hanteerbaar poeder.

3-21

$


Het vullen van de kolom kan het beste geschieden door een slurry van het adsorbens en

het elutiemiddel in één keer in de gedeeltelijk met elutiemiddel gevulde kolom te storten.

Hiertoe wordt aan het van te voren afgemeten adsorbens iets meer elutiemiddel toege-

voegd dan nodig is om de vaste stof geheel te bedekken. Terwijl de erlenmeyer voort-

durend wordt rondgezwenkt, wordt de slurry met een snelle beweging in de vultrechter

gegoten. Het mengsel moet in zijn geheel daarin passen. Door gedeeltelijk openen van de

kraan wordt de kolom met een matige snelheid afgetapt in de erlenmeyer met de resten

adsorbens. Terwijl het adsorbens in de kolom bezinkt, wordt het laatste restje in de

erlenmeyer opgewerveld en toegevoegd. Zonodig wordt het in de vultrechter aanwezige

adsorbens met de spatel opgeroerd. Na volledig bezinken van het adsorbens wordt de

kolom tot op enkele millimeters boven de pakking afgetapt.

Het van tevoren klaargemaakte geadsorbeerde monster wordt op de kolom getikt en met

enkele druppels eluens gelijkmatig in de kolomtop verdeeld. De kolomtop wordt afgedekt

met enkele millimeters fijn kwartszand. Het zandlaagje dient verstoring van de kolomtop

bij de toevoeging van elutiemiddel te voorkomen. Het elutiemiddel wordt langs de wand

uit een injectiespuit met naald of uit een pasteurpipet toegevoegd tot aan de vultrechter.

Daarna wordt elutiemiddel aangevuld met ruwweg dezelfde snelheid als die waarmee het

aftappen plaatsvindt.

4.5 ScheitrechterfunctieHet scheiden van niet met elkaar mengbare vloeistoflagen zoals we dat op grotere schaal

in een scheitrechter uitvoeren, geschiedt op microschaal geheel met behulp van twee

reageerbuisjes en een pasteurpipet met een goed veerkrachtig speentje.

Een mengsel van ether en water wordt ‘geschud’ door de punt van een pasteurpipet in de

buurt van de scheidingslaag te brengen en het speentje snel in te knijpen en weer los te

laten. Bij het juiste ritme ontstaat hierdoor een zeer intensieve extractie. Het mengsel

moet daarna eerst weer goed in lagen scheiden.

Het verwijderen van de bovenste laag, in dit geval de etherlaag, geschiedt door zorgvuldig

opzuigen in een droge pasteurpipet. Daarbij wordt tot zo dicht mogelijk bij de scheidings-

laag doorgegaan. De opgezogen bovenlaag wordt overgebracht in een reageerbuisje,

waarin ook de bovenlagen van volgende extracties worden verzameld.

Het verzamelen van een onderste laag, bijvoorbeeld bij een extractie van een carbonzuur

met behulp van verdunde loog uit een etherische oplossing, verloopt op vergelijkbare

wijze.

Nadat de lagen na het schudden volledig tot scheiding zijn gekomen, wordt een pasteur-

pipet onder uiterst voorzichtig inknijpen van het speentje door de bovenlaag heen tot op

de bodem van het reageerbuisje gestoken. Terwijl de pipetpunt door de bovenlaag heen

gaat moet een bijna ontsnappend luchtbelletje ervoor zorgen dat de bovenlaag niet in de

pipet terecht komt. Anderzijds mag hierdoor het grensvlak niet teveel worden verstoord.

De onderlaag wordt vervolgens zorgvuldig tot dicht bij het grensvlak opgezogen waarna

de pipet door de bovenlaag wordt getrokken, zorgvuldig vermijdend dat er bovenlaag

wordt meegezogen. Het is veiliger om er zelfs een druppelje onderlaag bij te verliezen.

3-22

$


4.6 Drogen van oplossingenHet drogen van organische lagen na een extractie moet met een zorgvuldig geselecteerd

droogmiddel gebeuren. De selectiecriteria zijn daarbij anders dan die op grotere schaal. Zo

zal watervrij natriumsulfaat de voorkeur verdienen boven watervrij magnesiumsulfaat.

Het laatste droogmiddel is te fijn, waardoor het moeilijk door middel van opfiltreren met

behulp van een pasteurpipet van de vloeistof is te scheiden. De geringe hoeveelheden die

nodig zijn, maken ook duurdere droogmiddelen aantrekkelijker, zoals korrelvormige

geactiveerde moleculaire zeven (molsieves) of duurdere, granulaire vormen van een ander

droogmiddel, zoals granulair calciumchloride.

4.7 Ontkleuring met actieve koolIn hetzelfde licht als de droogmiddelen moet ook actieve kool worden gezien. Als een

oplossing van een organische verbinding sterk gekleurd is door teer of harsachtige

bijproducten, zijn de poedervormige kwaliteiten uitstekend geschikt voor het ontkleuren

daarvan.

Toch kan men hiervoor beter een duurdere, gegranuleerde actieve kool gebruiken, zoals

Norit RO 0,8. Poederkool kan namelijk niet worden afgefiltreerd met de kunststof

filterschijfjes zonder daarbij een extra fijn papierfilterje te gebruiken; laat staan met de

opfiltreermethode!

4.8 Indampen en afdampenHet verwijderen van oplosmiddel kan natuurlijk altijd gebeuren door ‘normale’ destillatie.

Het in- of afdampen zoals dat op grotere schaal wordt gedaan met een rotatieverdamper

kan niet goed worden toegepast op het microschaal glaswerk; de vorm van de reageer-

buisjes leent zich daar niet toe.

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1 0

0 75

0.5

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Voor het afdampen van kleine hoeveelheden vluchtig oplosmiddel wordt het open

reactievat verwarmd tot dicht onder de kooktemperatuur van het oplosmiddel. Een heel

kalme straal perslucht uit een naald kan het verdampen sterk versnellen. Een op de water-

straalpomp aangesloten naald, juist boven de meniscus van de bijna kokende oplossing,

geeft hetzelfde effect.

3-23

$


4.9 Koken en refluxen

kookvertraging

Kookvertraging treedt ook op heel kleine schaal op! In een open vat is een kookhoutje

een goed middel om kookvertraging te voorkomen. De houtjes kunnen van droge saté-

prikkers gemaakt worden. Ze moeten goed geëxtraheerd zijn met alle oplosmiddelen

waarin ze moeten dienstdoen, en daarna langdurig aan de lucht of in vacuüm ‘gedroogd’.

De meeste houtsoorten bevatten vrij veel extraheerbare producten. De stokjes moeten zo

lang zijn dat ze gemakkelijk weer uit de kolf met eventueel daarop gemonteerde onder-

delen kunnen worden gehaald.

kooksteentjes

Kookstenen met een niet al te poreuze structuur kunnen worden gebruikt in ‘dichte’

opstellingen, zoals een destillatieopstelling of een opstelling die ‘afgesloten’ is met een

septum met naald. Wanneer de structuur erg poreus is, zoals bij veel puimsteenachtige

kooksteentjes, dan zullen ze niet effectief zijn in de wat ‘zwaardere’ oplosmiddelen zoals

dichloormethaan of trichloormethaan. Ze dwarrelen dan grotendeels in de buurt van de

meniscus van de kokende oplossing, zodat op de bodem toch nog kookvertraging

optreedt. Het verwijderen van kooksteentjes uit een oplossing is moeilijk. In zo’n geval

wordt de vloeistof door opzuigen met de pasteurpipet in een andere kolf overgebracht.

magneetroerder

Het gemakkelijkst is het gebruik van roermagneet en magneetroerder om kookvertraging

te voorkomen.

refluxen

Gedurende refluxen wordt een opstelling gewoonlijk afgesloten gehouden met een septum

waardoor een naald wordt gestoken. Wanneer de naald zou worden vergeten kan een goed

sluitend septum door de druk van de kolf worden geblazen.

4.5

4.0

3.5

3.0

4.5

4.0

3.5

3.0

Bij langdurig refluxen kan stofverlies vrijwel geheel worden voorkomen door het gebruik

van de luchtkoeler die is afgesloten met een septum plus naald.

Wanneer waterdamp zorgvuldig moet worden uitgesloten, kan circa 10 cm goed ge-

droogde kunststofslang een calciumchloridebuisje vervangen. De naald wordt van te voren

in het septum gestoken vanaf de kant die in de buis komt, en de punt worden voorzien

van de slang. Daarna wordt het septum aangebracht.

3-24

$


4.5

4.0

3.5

3.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

Het opzetten van een septum waardoor al een naald met slang (of alleen een slang) steekt,

gaat in beginsel op dezelfde manier als een septum zonder naald. Het omvouwen en over

het buiseinde trekken van de septumrand gaat dan alleen wat moeilijker.

4.10 KoelenHet relatief grote glasoppervlakte bij het microschaalglaswerk maakt waterkoeling zelfs

bij langdurig koken overbodig. Bij refluxen van enkele milliliters vloeistof in een reageer-

buisje fungeert het bovenste deel van de kolf als terugvloeikoeler. Vaak kan de kolf

hierbij zelfs langdurig bij het topje van de buis tussen de vingers worden vastgehouden

zonder de vingers te branden. Het gedeelte van een reageerbuisje dat binnen het verbin-

dingsstuk geschoven zit is niet voor koeling beschikbaar.

Wanneer een reageerbuisje onvoldoende koelcapaciteit biedt, kan de luchtkoeler erop gezet

worden. Bij refluxen van een etherische oplossing gedurende langere tijd bij een

verhoogde omgevingstemperatuur kan het nuttig zijn daarbij nog een vochtig gehouden

pijpenrager om de luchtkoeler te winden. Drenken in een beetje ethanol geeft een nog

betere koeling.

4.5

4.0

3.5

3.0

Ook bij het destilleren is luchtkoeling voldoende. Toch kan het bij erg laagkokende vloei-

stoffen nodig zijn de ontvanger in een klein bekerglas met ijs te koelen. Voor het aan-

brengen van ijsgruis rondom een erlenmeyer die in een bekerglaasje staat kan de

3-25

$


vultrechter omgekeerd op de erlenmeyer worden gezet om te voorkomen dat ijsgruis in de

ontvanger zelf terecht komt. Nadat de vultrechter is verwijderd kan het geheel met klem

en mannetje onder de uitloop van de destillatieopzet worden gemonteerd.

4.11 Destilleren

sneldestillatie

Kleine hoeveelheden versgedestilleerde vloeistof kunnen heel handig worden verkregen

met behulp van twee reageerbuisjes en een pasteurpipet met speentje. De beide reageer-

buisjes worden op ongelijke hoogte tussen duim en wijsvinger van één hand gehouden.

De onzuivere vloeistof wordt met enkele kooksteentjes in het laagstgehouden buisje

gebracht. De vloeistof wordt tot koken verhit in een zandbad van geschikte temperatuur

totdat duidelijk condensatie in het koudere deel van het reageerbuisje optreedt.

Met de andere hand wordt de pasteurpipet met ingeknepen speentje in de condenserende

damp van de kokende vloeistof gestoken, waarna het speentje langzaam wordt losgelaten.

De pipet met de daarin gecondenseerde vloeistof wordt uit het kookbuisje getrokken en

het condensaat in het lege reageerbuisje gespoten. Wanneer dit proces enkele malen wordt

herhaald kan in zeer korte tijd een bruikbare hoeveelheid vers gedestilleerd materiaal

worden verzameld.

gewone destillatie

Destillatie tot enkele milliliters vloeistof wordt uitgevoerd vanuit een rondbodem met

destillatieopzet. De zijarm van de opzet fungeert hierbij als luchtkoeler. Soms vormen

zich geen mooie druppels aan het uiteinde van de zijarm. Een gekruld stukje metaaldraad,

dat in de zijarm wordt geklemd, kan zonodig als druppelpunt worden gebruikt.

Het vloeistofreservoir van de thermometer moet voldoende ver in de condenserende damp

steken. Afhankelijk van de vereiste immersiediepte van de gebruikte thermometer kunnen

grotere of kleinere fouten in de temperatuuraanwijzing optreden. Door de grote warmte-

capaciteit van de thermometer en de geringe hoeveelheid damp, kan er te veel damp aan de

thermometerpunt condenseren. Het gebruik van een thermokoppel met lagere

warmtecapaciteit heeft dan ook de voorkeur.

3-26

$


gefractioneerde destillatie

Microschaal destillatieopstellingen hebben een erg klein scheidend vermogen. Voor ge-

fractioneerde destillatie kan de scheiding worden verbeterd door een langhalskolf te

gebruiken, of door de destillatiekolom (al of niet gevuld met metaalspons) tussen de

kookkolf en de destilatieopzet te monteren. Een goede kolomvulling bestaat uit 1 à 1,5

gram goed verdeelde koperen of roestvrijsstalen pannenspons. De pannenspons moet met

een schaar afgeknipt worden; met blote handen verdelen kan ernstige snijwonden

opleveren.

Enkele voorbeelden voor verbeterde scheiding staan hieronder getekend. Het omwikkelen

van de kolom met watten en aluminiumfolie geeft een sneller, maar minder goed

resultaat

vacuümdestillatie

‘Vacuümdestillatie’ op kleine schaal is eigenlijk niet mogelijk. Toch kunnen aardige

resultaten worden behaald wanneer spatten wordt tegengegaan door magnetisch te roeren

en te zorgen voor goede gasdichte aansluitingen. Spatten kan ook, zij het meestal met

wat minder succes, worden voorkomen door de kookkolf voor een groot deel te vullen

met goed uitgeplozen glaswol of metaalspons.

3-27

$


4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

naar vacuum

glaswol

stoomdestillatie

Voor stoomdestillatie van vluchtige verbindingen wordt het T-stuk met omhooggerichte

zijarm tussen kookvat en destillatieopzet gemonteerd. De zijarm wordt afgesloten met

een septum en met behulp van de injectiespuit wordt het water weer aangevuld met de

snelheid waarmee het overdestilleert.

4.12 Droog werkenReacties die moeten worden uitgevoerd onder extreme uitsluiting van waterdamp vereisen

uiteraard zorgvuldig drogen van glaswerk en kunststofonderdelen. Alle materialen die bij

dergelijke reacties worden gebruikt dienen liefst in een exsiccator met goed werkzaam

droogmiddel te blijven opgeslagen. Wanneer onvoldoende vóórdroogtijd beschikbaar is,

moeten het glaswerk en de kunststofonderdelen minstens een paar uur op circa 120°C zijn

gedroogd.

3-28

$


Reagentia kunnen onder zeer droge omstandigheden aan een reageerbuisje worden toe-

gevoegd met een droge injectiespuit.

4.5

4.0

3.5

2.0

1.5

1.0

0.75

0.5

ml

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

De kunststofslang en naalden moeten afdoende lang zijn gedroogd voordat de slang/naald

combinatie de functie van een chloorcalciumbuisje kan overnemen.

3-29

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam3-30

$


Overzicht gebruikteliteratuur 4In dit overzicht staan de boeken opgenomen die voor het samenstellen van de hele tekst

gebruikt zijn. Naar specifieke literatuur wordt ter plekke verwezen. We hebben gebruik

gemaakt van de in dit overzicht vermelde drukken; andere drukken kunnen hiervan

afwijken.

1. Studieboeken

Chemie

L. Pieren, M. Scheffers-Sap, H. Scholte, E. Vroemen & W. Davids (red.): Chemie,

Groningen: Wolters-Noordhoff

3HV vierde druk 1995

4H vierde druk 1996

4V vierde druk 1996

5H derde druk 1993

5V derde druk 1992

6V derde druk 1993

Chemie overal

J. Reiding, P.W. Franken & M.A.W. Kabel-van den Brand: Chemie overal , Houten:

Educaboek/Educatieve Partners Nederland B.V.

3HV derde druk 1995

4H tweede druk, derde oplage 1995

4V tweede druk, derde oplage 1996

5H tweede druk, tweede oplage 1995

5V tweede druk, tweede oplage 1994

6V tweede druk, tweede oplage 1996

Williamson

K.L. Williamson: Macroscale and microscale organic experiments, Lexington en

Toronto: D.C. Heath, 1989

2. Naslagwerken

Aldrich

Aldrich: Catalog handbook of fine chemicals 1996-1997 , Zwijndrecht: Aldrich chemie,

1996.

Binas

G. Verkerk, J.B. Broens, W. Kranendonk, F.J. van der Puijl, J.L. Sikkema & C.W.

Stam: Binas, informatieboek vwo/havo voor het onderwijs in de natuurwetenschappen ,

Groningen: Wolters-Noordhoff, derde druk 1992.

Chemiekaarten

Stuurgroep Chemiekaarten (samenstelling): Chemiekaarten, gegevens voor veilig werken

met chemicaliën, Alphen aan de Rijn: Samson H.D. Tjeenk Willink, elfde editie 1995.

4-1

$


Examenprogramma

H. Morélis: Scheikunde, voorlichtingsbrochure havo/vwo, Enschede: SLO 1996.

Handbook

R.C. Weast, M.J. Astle & W.H. Beyer (red.): CRC Handbook of Chemistry and

Physics, Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Publishing Company, 61st Edition

1980 en 66th Edition 1986.

IUPAC

International union of pure and applied chemistry, organic chemistry division,

commission on nomenclature of organic chemistry, J. Rigaudy & S.P. Klesney (red.):

Nomenclature of organic chemistry, Sections A, B, C, D, E, F and H , 1979 Edition,

Oxford etc.: Pergamon Press 1982.

Veilig practicum

W. de Vos (red.): Veilig practicum, veiligheidskaarten voor het practicum in het

voortgezet onderwijs , Utrecht: Vakgroep Chemiedidactiek Universiteit Utrecht en

Leidschendam: VNCI, 1993.

4-2

$


Aanwijzingen bij deleerlingenteksten 5Inhoud

A Algemeen

1 Standaardopstellingen: Verhitten van een vloeistof

2 Standaardopstellingen: Destillatie

3 Standaardopstellingen: Kookpuntbepaling

B Scheidingsmethoden

1 Destillatie: Winning van alcohol uit een alcoholische

drank

2 Gefractioneerde destillatie: Scheiding van een mengsel

van methylbenzeen en cyclohexaan

3 Sublimatie: Scheiding van een mengsel van koolstof en

benzeencarbonzuur

4 Kolomchromatografie: Scheiding van kaliumperman-

ganaat en kaliumdichromaat

C Eigenschappen van stoffen

1 Verschillende koolwaterstoffen

2 Verschillende reactietypen: Reacties tussen broom en

koolwaterstoffen

3 Het onderscheiden van isomeren: Twee verschillende

stoffen met formule C4H10O

4 Het onderscheiden van isomere alcoholen

D Eigenschappen van reacties

1 Gebruik van een katalysator: De bereiding van 1-butyl-

ethanoaat

2 Bepaling van de evenwichtsconstante van een

verestering

3 Beïnvloeding van een evenwicht: Zuur-gekatalyseerde

‘azeotropische’ verestering

E Syntheses

1 Esters: geuren en smaken

5-i

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-ii

$


Standaardopstellingen

Verhitten van een vloeistof A1Aanwijzingen

Inleiding Het verhitten van een vloeistof zal vaak voorkomen. Drie

standaardopstellingen worden hier beschreven:

• in een reageerbuisje of kolf

• in een reageerbuisje of kolf met terugvloeikoeler

• in een reageerbuisje of kolf met terugvloeikoeler en

septum.

Examen-

programma

Bij de standaardhandelingen wordt een bijdrage geleverd aan

de vaardigheden:

Havo en vwo A.23:“De kandidaat kan gebruik maken van stoffen, instrumenten enapparaten voor het in de praktijk uitvoeren van experimenten(…)

Havo en vwo A.27:“De kandidaat kan verantwoord omgaan met stoffen, instru-menten en organismen (…)”

Boeken Vergelijkbaar zijn:

Chemie 3HV: ‘Om te beginnen’

Chemie overal 3HV: hoofdstuk 1

Tijdsduur Een half lesuur.

Benodigdheden � Water

� Ethanol

� Kooksteentje

� Reageerbuisje of langhalskolf

� Verbindingsstuk met staafje

� Terugvloeikoeler

� Septum

� Injectienaald

Gevaren en

milieu

ethanol: R: 11; S: 7-16

Ethanol is licht ontvlambaar. Het verwarmingsapparaat is

echter geen ontstekingsbron.

Praktische

aanwijzingen

Let erop dat de leerlingen de chromatografiekolom niet als

terugvloeikoeler gebruiken. Belangrijk is hier het regelen van

de verwarming: als de vloeistof te sterk verhit wordt kan de

damp uit het apparaat ontwijken. Als de terugvloeikoeler

gesloten is met een doorstoken septum is dat aan een fluitend

geluid te horen. In het ergste geval zal de damp ook langs het

verbindingsstuk ontwijken. Koken onder reflux betekent dat

de damp ook werkelijk kan condenseren tegen het koudere

deel van het glaswerk.

Het aanbrengen van het septum kan problemen opleveren.

5-A1-1

$


Een septum dat als een soort hoedje op de buis is gezet, zit

er niet goed op.

Opmerkingen De standaardhandelingen kunnen als onderdeel van de kennis-

making met het werken op microschaal uitgevoerd worden,

maar dienen in de eerste plaats als naslagmogelijkheid voor

de leerlingen.

Antwoorden op

de vragen

1. Door de vorming van damp kan de druk in het vat zo

hoog oplopen dat er een breuk ontstaat. In dit geval zal de

terugvloeikoeler van het verbindingsstuk af schieten.

5-A1-2

$


StandaardopstellingenDestillatie A2

Aanwijzingen

Inleiding In verschillende experimenten zal een destillatie voorkomen.

Hier wordt een standaardopstelling daarvoor beschreven. In de

voorschriften zal naar deze standaardopstelling worden ver-

wezen. Daarnaast komt de sneldestillatie aan bod.

Examen-

programma


de vaardigheden:

Havo en vwo A.23:“De kandidaat kan gebruik maken van stoffen, instrumenten enapparaten voor het in de praktijk uitvoeren van experimenten(…)

Havo en vwo A.27:“De kandidaat kan verantwoord omgaan met stoffen, instru-menten en organismen (…)”

Boeken Chemie 3HV: hoofdstuk 2.3

Chemie overal 3HV: hoofdstuk 4.4

Tijdsduur Niet aan te geven.

Benodigdheden � Vloeistofmengsel, bijvoorbeeld gemaakt van 1 ml water

en 1 ml ethanol

� Kooksteentjes

� Reageerbuisje of langhalskolf


� Pasteurpipet met speentje

Gevaren en

milieu

ethanol: R: 11; S: 7-16

Ethanol is licht ontvlambaar. Het verwarmingsapparaat is

echter geen ontstekingsbron.

Praktische

aanwijzingen

U kunt de leerlingen wijzen op het gebruik van een natte

pijpenrager als extra koeling. Het aanbrengen van de thermo-

meter moet op de aangegeven manier geschieden. Als de

thermometer werkelijk te stroef door de manchet schuift kan

bij de destillatie van een waterige oplossing wat water

worden gebruikt als smeermiddel.

Opmerkingen De standaardhandelingen kunnen als onderdeel van de kennis-

making met het werken op microschaal uitgevoerd worden,

maar dienen in de eerste plaats als naslagmogelijkheid voor

de leerlingen.

Antwoorden op

de vragen

1. De sneldestillatie is bruikbaar als een kleine hoeveelheid

reagens vers gedestilleerd moet zijn.

5-A2-1

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-A2-2

$


Standaardopstellingen

Kookpuntbepaling A3Aanwijzingen

Inleiding De bepaling van het kookpunt van een vloeistof is een

methode om de identiteit van de stof te bepalen. In dit voor-

schrift wordt een standaardopstelling beschreven.

Examen-

programma


de vaardigheden:

Havo en vwo A.23: “De kandidaat kan gebruik maken van stoffen, instrumenten enapparaten voor het in de praktijk uitvoeren van experimenten(…)

Havo en vwo A.27: “De kandidaat kan verantwoord omgaan met stoffen, instru-menten en organismen (…)”

Boeken Kookpunt als stofeigenschap:

Chemie 3HV: hoofdstuk 1.5

Chemie overal 3HV: hoofdstuk 2.3

Tijdsduur Niet aan te geven.

Benodigdheden � Vloeistof waarvan het kookpunt moet worden bepaald

� Langhalskolf


� T-stuk

� Septum

� Dunne injectienaald

� Thermometermanchet

� Thermometer

Gevaren en

milieu

Niet aan te geven.

Praktische

aanwijzingen

Er is ook een eenvoudiger opstelling mogelijk, zoals aan-

gegeven in ‘Technische tips: algemene tips’. Deze heeft

echter als nadeel dat er gemakkelijk een vloeistofbrug tussen

de wand van het reageerbuisje en de thermometer ontstaat.

Ook kan kokende vloeistof opspatten tegen de thermometer.

De grote thermometer heeft een niet te verwaarlozen invloed

op de meting. Een oplossing zou kunnen zijn om de op-

stelling te ijken met vloistoffen met bekend kookpunt. Een

andere oplossing is het gebruik van een thermokoppel. Dat

kan in een dichtgesmolten pasteurpipetje worden aange-

bracht. Een pasteurpipet past juist in de thermometerman-

chet.

5-A3-1

$


Opmerkingen De standaardhandelingen kunnen als onderdeel van de

kennismaking met het werken op microschaal uitgevoerd

worden, maar dienen in de eerste plaats als naslagmogelijk-

heid voor de leerlingen.

Literatuur Binas, tabel 40c.

5-A3-2

$


Destillatie

Winning van alcohol uiteen alcoholhoudende drank

B1Aanwijzingen

Inleiding De destillatie is een scheidingsmethode die in vrijwel elk

boek voor de derde klas voorkomt; de ene keer als demon-

stratie, de ander keer als leerlingenproef. Daarbij wordt

dikwijls wijn gebruikt of een gegiste glucoseoplossing. In

dit experiment leren de leerlingen een destillatie uit te voeren

en leren ze het resultaat te evalueren door het te destilleren

mengsel, het destillaat en het residu te vergelijken.

Examen-

programma

Havo F.80 en vwo F.135:“De kandidaat kan uitleggen wat een geschikte methode is vooreen scheiding van een mengsel of zuivering van een stof aan dehand van de eigenschappen van de aanwezige stoffen.-destillatie”

Havo C.20:“De kandidaat kan alternatieve brandstoffen noemen:- (bio)alcohol”

Vwo C.34:“De kandidaat kan alternatieve brandstoffen noemen:- methanol en ethanol”

Boeken Chemie 3HV hoofdstuk 2.3 (vraag 22); 4H hoofdstuk 1.9;

4V hoofdstuk 3.4

Chemie overal 3HV hoofdstuk 4.4

Tijdsduur Een lesuur.

Benodigdheden � Alcoholhoudende drank, zoals wijn (Chemie overal 3HV

hoofdstuk 4.4), sherry of een vergiste glucose-oplossing

� Langhalskolf

� Kooksteentje


� Thermometer


� destillatieopzet

� vultrechter

� erlenmeyer

� horlogeglas

Gevaren en

milieu

Laat de leerlingen een veiligheidsbril dragen en zorg dat ze

zich niet branden aan de weinig lichtgevende vlam.

Praktische

aanwijzingen

Hoewel het scheidend vermogen bij een eenvoudige destil-

latie niet al te groot is, gaat een destillatie goed met het

microschaalglaswerk. De alcoholopbrengst is uiteraard het

grootst bij dranken met een hoog alcoholpercentage. Rode

wijn, maar vooral een versterkte wijn zoals sherry, is bruik-

5-B1-1

$


baar. Port kan door het hoge suikergehalte karameliseren en

een residu opleveren dat moeilijk uit het kolfje is te ver-

wijderen.

Uitbreidingen De verschillen tussen werken op de gebruikelijke schaal en

op microschaal komen bij een destillatie goed naar voren: er

is geen waterkoeling nodig! U kunt voor de klas een destil-

latie op macroschaal uitvoeren en het probleem van schaal-

vergroting bespreken: welke maatregelen moeten in de indu-

strie genomen worden om te kunnen destilleren? Er bestaat

een ABC-band over destillatie.

Antwoorden op

de vragen

1. Deze vraag benadrukt dat het destillaat niet zuiver is,

maar meer alcohol bevat dan de kokende vloeistof. Het destil-

laat kan dus opnieuw gedestilleerd worden, waarbij het

alcoholgehalte toeneemt. (We laten de azeotroop buiten

beschouwing.)

2. Afhankelijk van de snelheid van destilleren en het mo-

ment van stoppen kan er een druppel vloeistof als residu

achterblijven.

3. Als het destillaat een onbrandbaar bestanddeel bevat, is

het niet zuiver.

4. De condensatietemperatuur van de damp is afhankelijk

van de samenstelling. Bij een sterke verandering van die

temperatuur verandert ook de samenstelling sterk.

5. Het residu bevat minder alcohol. Als argumenten

kunnen de brandbaarheid van het destillaat vergeleken met de

brandbaarheid van de alcoholische drank, en de veranderde

geur genoemd worden.

Literatuur Williamson, hoofdstuk 5: Distillation.

Bouwstenen Chemie, deel III: Thermisch scheiden,

Leidschendam: Stichting ABC 1985 (video).

5-B1-2

$


Gefractioneerde destillatie

Scheiding van een mengselvan methylbenzeen encyclohexaan

B2Aanwijzingen

Inleiding Bij de behandeling van de destillatie wordt vaak ten onrechte

beweerd dat de laagstkokende component als eerste verdampt.

In dit exeriment leren de leerlingen dat bij een destillatie van

een vloeistofmengsel niet alleen de laagstkokende vloeistof

verdampt. Ze vergelijken een gefractioneerde destillatie met

een eenvoudige destillatie, en kunnen concluderen dat de

eerste een betere scheiding geeft.

Bij uitbreiding kan ervaren worden dat een destillatie beperkt

bruikbaar is om een vloeistofmengsel te scheiden.

Examen-

programma

Havo F.80 en vwo F.135:“De kandidaat kan uitleggen wat een geschikte methode is vooreen scheiding van een mengsel of zuivering van een stof aan dehand van de eigenschappen van de aanwezige stoffen.- destillatie”

Vwo: C.40:“De kandidaat kan processen beschrijven die gebruikt wordenom produkten te maken in de aardolie verwerkende industrie- gefractioneerde destillatie”

Boeken Chemie overal 4H en 4V: hoofdstuk 6; 6V: hoofdstuk 5

Chemie 4H: hoofdstuk 9; 4V: hoofdstuk 3

Tijdsduur Per destillatie een lesuur.

Benodigdheden � 4 ml mengsel van 50% (v/v) methylbenzeen (tolueen)

(kp = 110,6°C) en 50% (v/v) cyclohexaan (kp =

80,7°C).

� Korthalskolf

� Langhalskolf

� Kooksteentje


� Destillatiekolom

� Pannenspons van roestvrij staal (bijvoorbeeld Spirenett’

van de firma Spontex, verkrijgbaar bij winkels voor

horeca-benodigdheden)

� Watten

� Strook aluminiumfolie, ca. 4 × 12 cm

� Destillatieopzet


� Thermometer

� Erlenmeyer

� Bekerglas met ijs

5-B2-1

$


Gevaren en

milieu

methylbenzeen: R: 11-20; S: 16-29-33

cyclohexaan: R: 11; S: 9-16-33

Beide stoffen zijn zeer brandbaar en vormen explosieve

mengsels met lucht. Ze ontvetten de huid. Afval moet in het

vat voor halogeen-arme organische stoffen.

Praktische

aanwijzingen

Een zorgvuldige destillatie kost betrekkelijk veel tijd; per

destillatie is er zeker een les nodig. Er zijn manieren om de

leerlingen snel te laten werken. U kunt vooraf een 1:1 (v/v)

mengsel van methylbenzeen en cyclohexaan bereiden en de

leerlingen daar een portie uit laten pipetteren. Een reageer-

buisje kan gebruikt worden om de portie af te meten. Ook

kan de vergelijking door twee groepen worden gemaakt: de

ene voert de eenvoudige destillatie uit, de andere de gefrac-

tioneerde. Daarbij kunnen beide groepen proberen door

zorgvuldig te werken een zo goed mogelijke scheiding te

verkrijgen.

De warmtecapaciteit van de thermometer is groot, waardoor

het lang duurt voor het evenwicht zich instelt. Een thermo-

koppel in een dichtgesmolten pasteurpipet heeft een lagere

warmtecapaciteit, en her gebruik daarvan kan de instelling

van het evenwicht versnellen.

Uitbreidingen Er kan ook met een langere destillatiekolom worden gewerkt,

door de 10 cm lange destillatiekolom met pannenspons te

vullen in plaats van de hals van de langhalskolf.

Ook zijn andere vloeistofmengsels te gebruiken. Methylben-

zeen en cyclohexaan vormen een nagenoeg ideaal mengsel

waarvan de partieeldruk van beide componenten evenredig is

aan het product van de dampdruk van de zuivere stof en de

molfractie in het vloeistofmengsel. In de praktijk wijken

mengsels af van het ideale mengsel, en zullen andere

destillatiecurves geven. Opmerkelijk zijn de azeotropische

(Grieks: a = niet, zeotroop = kokend met verandering)

mengsels, zoals:

Mengsel (kp zuivere component) kp azeotroop samenstelling azeotroop lagen

1-propanol (97,2°C) / methylbenzeen (110,6°C) 92,6°C 49,0% / 51,0% (m/m) 1

1-butanol (117,7°C) / water (100,0°C) 93,0°C 55,5% / 44,5% (m/m) 2

methylbenzeen (110,6°C) / water (100,0°C) 85,0°C 79,8% / 20,2% (m/m) 2

1-propanol: R: 11; S: 7-16

1-butanol: R: 10-20; S: 16

Als een te destilleren mengsel dezelfde samenstelling heeft

als de azeotroop treedt er geen scheiding op. Vooral het

mengsel van methylbenzeen en water is interessant, omdat

het destillaat 79,9% van de hoogstkokende component bevat.

Daar waar zich twee lagen vormen is de samenstelling van de

damp eenvoudig na te gaan.

5-B2-2

$


Bij de zuur–gekatalyseerde azeotropische verestering (expe-

riment D3 en E1) wordt azeotropie gebruikt om water en

ester van het reactiemengsel te scheiden.

Literatuur Binas: tabel 40c

Williamson hoofdstuk 5: Distillation

Handbook

Antwoorden 1. Het kookpunt van methylbenzeen ligt volgens Binas

tabel 40c bij 384K (111°C); dat van cyclohexaan bij 354K

(81°C)

2. Cyclohexaan is de laagstkokende vloeistof

3. De eerste druppel bij 81°C, de laatste bij 111°C

4/5. De grafieken kunnen er als volgt uitzien:

115

110

105

100

95

90

85

80

75

temperatuur

volume destillaat in druppels

ideale scheiding

slechte scheiding

6. Bovenin de kolom zal het condensaat rijker zijn aan

cyclohexaan dan onderin de kolom. Aan het eind van de

destillatie zal bij een goede scheiding de kolom met

methylbenzeen gevuld zijn.

7. Gefractioneerde destillatie geeft een betere scheiding.

Ruim de helft van de overgedestilleerde druppels is bruikbaar.

115

110

105

100

95

90

85

80

75

temperatuur

volume destillaat in druppels

5 cm kolom

geen kolom

5-B2-3

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-B2-4

$


Sublimatie

Scheiding van een mengselvan koolstof enbenzeencarbonzuur

B3Aanwijzingen

Inleiding Sublimatie is op microschaal een bruikbare zuiveringsmetho-

de. Van de zes verschillende veranderingen van aggregatie-

toestand gaat echter de minste aandacht uit naar de twee die

bij de sublimatie een rol spelen. De leerlingen zullen dus

onbekend zijn met het verschijnsel, dat daardoor een zekere

fascinatie kan oproepen. De leerlingen leren in dit experi-

ment die twee veranderingen van aggregatietoestand kennen.

Examen-

programma

Sublimatie wordt in de opsomming van scheidingsmethoden

(havo F.80 en vwo F.135) niet expliciet genoemd.

Boeken Chemie 3 HV: aanvulling op hoofdstuk 2

Chemie overal 3 HV: aanvulling op hoofdstuk 4

Tijdsduur Een lesuur.

Benodigdheden � Mengsel van koolstof (actieve kool) en benzeencarbon-

zuur (benzoëzuur): voeg zoveel benzeencarbonzuur aan

een portie kool toe dat het mengsel nog zeer donkergrijs

blijft

� Afzuigerlenmeyer

� Rubber speentje

� Centrifugebuis

� Afzuigring

� IJs: het mooiste is ijs uit een ijsmachine, maar

ijsklontjes in een plastic zak fijnstampen met een hamer

voldoet ook

� Horlogeglas

Gevaren en

milieu

Benzeencarbonzuur: R: 20/21/22-42/43-36/37/38; S: 26-36

Actieve kool: R: 20-36/37/38; S: 22-26-36

Beide stoffen gelden als irriterend voor de huid, de ogen en de

ademhalingsorganen.

Het zijn ook voedseladditieven: benzeencarbonzuur (en dan

onder de naam benzoëzuur) als conserveermiddel (E210) en

kool als kleurstof (E153). Inademing van het fijnverdeelde

sublimaat moet echter voorkomen worden.

Praktische

aanwijzingen

De afzuigring moet om de centrifugebuis geschoven worden:

zet daartoe de centrifugebuis op een werktafel met de punt

omhoog. Het kost wat moeite om de afzuigring over de

centrifugebuis te schuiven. Verwijderen gaat precies omge-

keerd. Zet de punt van de centrifugebuis dan niet op een harde

5-B3-1

$


ondergrond zoals een betegeld werkblad. U kunt de afzuigring

ook om de buis laten zitten.

Uitbreidingen Het sublimaat kan op zuiverheid gecontroleerd worden door

een bepaling van het smeltpunt.

Ook kunnen andere stoffen gezuiverd worden, zoals:

1,4-dichloorbenzeen (toiletblok), naftaleen, 2-bornanon (kam-

fer), 2-hydroxybenzeencarbonzuur (salicylzuur), caffeïne, of

een mengsel van jood en kaliumjodide.

Antwoorden op

de vragen

1. Verdampen en condenseren.

2. Via het register: tabellen 15, 39B en 40. Bij een zelfde

druk kan een stof niet zowel een sublimatiepunt als een

smeltpunt hebben.

3. Het ijswater moet eerst door water van kamertempera-

tuur worden vervangen om te voorkomen dat water uit de

lucht op de koude buis condenseert en het sublimaat vervuilt.

4. Bij een sublimatie op grote schaal kan het aangegroeide

sublimaat makkelijk terug in de kolf vallen. Herkristallisatie

zal dan de voorkeur genieten.

Literatuur Williamson, p. 111.

Informatie over het gebruik van voedseladditieven:

M. Hanssen & J. Marsden, De E in je eten, Ede: Zomer en

Keuning, 1988.

5-B3-2

$


Kolomchromatografie

Scheiding vankaliumpermanganaat enkaliumdichromaat

B4Aanwijzingen

Inleiding Kolomchromatografie is een belangrijk middel bij het schei-

den van organische of biochemische stoffen. Hoewel kolom-

chromatografie niet genoemd wordt in het examenprogram-

ma, vormt het een uitbreiding van de bij vwo wel genoemde

papieren dunnelaagchromatografie.

De leerlingen leren dat mengsels met chromatografie niet

alleen analytisch, maar ook preperatief te scheiden zijn. In dit

experiment worden twee gekleurde ionen van anorganische

zouten gescheiden.

Examen-

programma

Kolomchromatografie wordt in de opsomming van

scheidingsmethoden (havo F.80 en vwo F.135) niet expliciet

genoemd.

Boeken Chemie 6V: microschaalversie van hoofdstuk 3, proef 9

Chemie overal: aanvulling bij 6V hoofdstuk 3.2

Tijdsduur Een lesuur

Benodigdheden � Te scheiden mengsel, bereid uit gelijke hoeveelheden

0,02 M kaliumpermanganaat en 0,02 M kalium-

dichromaat

� Loopvloeistof: 0,5 M salpeterzuur

� Loopvloeistof: 1 M zwavelzuur

� 2 g aluminiumoxide voor kolomchromatografie,neutraal, geactiveerd, 50-200 micron

� Trechter

� Glazen kolom

� Filtertip

� Kraantje


� 3 erlenmeyers

Gevaren en

milieu

kaliumpermanganaat R: 8-23/24/25-36/37/38; S: 17-26-27-

36/37/39

kaliumdichromaat R: 8-23/24/25-34-45; S: 53-17-26-27-

36/37/39

salpeterzuur R: 23/24/25-34; S: 26-45-36/37/39

zwavelzuur R: 49-23/24/25-36/37/38; S: 53-23-45-36/37/39-

3/7

aluminiumoxide R: 20-37; S: 22-38-36

De gekleurde fracties bevatten zware metalen. Laat de leer-

lingen een veiligheidsbril dragen met het oog op spatten

5-B4-1

$


eluens. Het na afloop verzamelde kolommateriaal kan worden

geneutraliseerd; met natronloog kunnen alle anionen

uitgewassen worden.

Praktische

aanwijzingen

De suspensie van 2 g aluminiumoxide moet genoeg zijn

voor een kolom van ongeveer 4 cm. Deze kolom geeft een

goede scheiding. Met een langere kolom neemt de proef meer

tijd in beslag.

Uitbreidingen Met kolomchromatografie kunnen vele mengsels, met name

van organische verbindingen, worden gescheiden. In de twee-

de serie voorschriften wordt kolomchromatografie gebruikt

bij de isolatie van natuurstoffen; deze proef bereidt daar op

voor. Ook kunnen andere gekleurde anionen worden gekozen;

zie de opmerkingen hieronder.

Opmerkingen Chromatografie werd voor het eerst gebruikt door de

Russische botanist Michael Tswett, die in 1906 plantenex-

tracten papierchromatografisch scheidde. Pas vijfentwintig

jaar later, met de opkomst van de biochemie, kwam de schei-

dingsmethode weer in de belangstelling te staan. Tot vandaag

de dag is chromatografie een belangrijk middel bij het

scheiden van organische of biochemische stoffen. In twee

artikelen uit 1937 bespreekt Georg-Maria Schwab de schei-

ding van (de ionen van) anorganische zouten. Hij gebruikte

een microkolom met aluminiumoxide. Een basische kolom

was in staat kationen te scheiden, een zure kolom anionen.

Schwab constateerde dat de fracties niet als volledig van

elkaar gescheiden banden door de kolom liepen, maar aaneen-

gesloten als aan elkaar grenzende banden. Volgens hem

berust de scheiding op verdringing van de aan het aluminium-

oxide geadsorbeerde ionen, en hij stelde de volgorde op

waarin de ionen elkaar verdringen:

kationen anionen

As3+ OH–

Sb3+ PO43–

Bi3+ F–

Cr3+/Fe3+/Hg2+ [Fe(CN)6]4–/CrO42–

UO22+ SO4

2–

Pb2+ [Fe(CN)6]3–/Cr2O72–

Cu2+ Cl–

Ag+ NO3–

Zn2+ MnO4–

Co2+/Ni2+/Cd2+/Fe2+ ClO4–

Tl+ S2–

Mn2+

De kolomchromatografische scheiding van permanganaat en

dichromaat laat duidelijk gekleurde fracties zien. Het paarse

5-B4-2

$


permanganaat kan niet adsorberen aan de met salpeterzuur

gevulde kolom en wordt verdrongen door het kleurloze

nitraat. Het gele dichromaat komt pas in beweging als het

verdrongen wordt door het kleurloze sulfaat, en verdringt dan

op zijn beurt het nitraat.

Antwoorden op

de vragen

1. Kaliumpermanganaat is paars en kaliumdichromaat is

oranje-geel.

2. Het paarse permanganaat zit in de eerste fractie; het

oranje-gele dichromaat in de tweede.

Literatuur B. Jaffe, Crucibles: the story of chemistry, New York:

Dover 1976

G.-M. Schwab & K. Jockers, Anorganische Chromatograp-

hie (I. Mitteilung), Angewandte Chemie 50 (1937) 546

G.-M. Schwab & G. Dattler, Anorganische Chromatograp-

hie (II. Mitteilung) Säuretrennung, Angewandte Chemie 50

(1937) 691

5-B4-3

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-B4-4

$


Verschillendekoolwaterstoffen C1

Aanwijzingen

Inleiding Op basis van verschillen in de reacties van diverse

koolwaterstoffen met broom maken leerlingen een onder-

scheid tussen verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen. Er

wordt ook een aantal uit de leefwereld bekende koolwater-

stoffen getest op het al dan niet verzadigd zijn.

Examen-

programma

HavoC.37: “De kandidaat kan aangeven wat verstaan wordt onder ver-zadigde en onverzadigde verbindingen”C.38: “De kandidaat kan een verband leggen tussen de algemeneformule van een homologe reeks en de bijbehorende structuur-formules: - alkanen , - alkenen”C.39: “De kandidaat kan van een aantal koolstofverbindingen(…) de naam of namen (IUPAC) noemen en de structuurformulegeven: - alkanen , - alkenen”C.40: “De kandidaat kan van de in eindterm 38 genoemde verbin-dingen aangeven tot welke grotere klasse van verbindingen dezebehoren en de karakteristieke groep aangeven:- koolwaterstoffen”

VwoC.42: “De kandidaat kan aangeven op welke wijze de vermoede-lijke aanwezigheid van een onverzadigde verbinding kan wordennagegaan”C.53: “De kandidaat kan een aantal onderdelen van een structuur-formule herkennen en benoemen: - enkele binding, - dubbelebinding”C.54: “De kandidaat kan in een koolstofskelet structuur-kenmerken herkennen en benoemen: - verzadigd, - onverzadigd”C.58: “De kandidaat kan van een aantal koolstofverbindingen(…) de systematische naam (IUPAC) noemen en de structuur-formule geven: - alkanen , - alkenen”C.60: “De kandidaat kan van de in eindterm 58 genoemdeverbindingen aangeven tot welke grotere klasse van verbin-dingen deze behoren en de karakteristieke groepen aangeven:- koolwaterstoffen”

Boeken Chemie 4H: hoofdstuk 1.8; 4V: hoofdstuk 3.2 (demonstra-

tieproef 2)

Chemie overal 4H: hoofdstuk 6.2; 4V: hoofdstuk 6.3

Alleen in Chemie 4V is een experiment opgenomen ter

onderscheiding van verzadigde en onverzadigde koolwaterstof-

fen.

Tijdsduur Minder dan 1 lesuur.

Benodigdheden � Octaan

� 1-octeen

� Broomreagens: 3 %(v/v) broom in dichloormethaan (in

kleine hoeveelheden bereiden i.v.m. beperkte houdbaar-

5-C1-1

$


heid en bewaren in een bruine fles). Het gebruik van

druppelflesjes verkleint de kans op ongelukken. Er kan

ook broomwater 3 % (v/v) worden gebruikt.

� Enkele koolwaterstoffen uit het dagelijks leven, zoals

benzine, wasbenzine, rubber (wit of ongekleurd

elastiekje), paraffine-olie, polystyreen of polyetheen.

� Dichloormethaan

� Reageerbuisjes

� Injectiespuit 1 ml of pasteurpipet

Gevaren en

milieu

Laat leerlingen nooit met zuiver broom werken! Houd bij het

maken van het broomreagens anti-broom bij de hand.

broom: R: 26-35; S: 7/9-26

dichloormethaan: R: 40; S: 23-24/25-36/37

octaan: R: 11; S: 9-16-29-33

1-octeen: R: 10-20/22-36/37/38; S: 16-26-36

Het bij dit experiment vaak gebruikte hexaan is vrij toxisch

en moet daarom ontraden worden. Het hier gebruikte octaan

is veel minder schadelijk.

Praktische

aanwijzingen

Als lang wordt gewacht, ontkleurt het mengsel van octaan

met broom ook, doordat substitutie optreedt. In een lichte

omgeving (felle lamp, zonlicht) gebeurt dit binnen enkele

minuten.

Bij gebruik van broomwater moet circa 1 ml worden toege-

voegd en er moet steeds worden geschud om de waterlaag te

‘mengen’ met de organische laag. Broom gaat dan over van

de waterlaag naar de organische laag.

Uitbreidingen Het experiment kan uitgebreid worden met octyn en met een

aromaat (bijv. tolueen = methylbenzeen). 1-octyn (en ook de

meeste andere alkynen) is echter vrij prijzig.

De kookpunten van octaan en 1-octeen (en eventueel 1-octyn

en tolueen) kunnen worden bepaald om de gelijkenis in

fysische eigenschappen te laten zien (gebruik daarvoor de

kookpuntopstelling in 'kennismaking').

Er kunnen ook verzadigde en onverzadigde vetten en oliën

gebruikt worden, zoals kaarsvet, reuzel, slaolie, olijfolie en

boter. Vaste stoffen dienen eerst in wat dichloormethaan te

worden opgelost.

Antwoorden op

de vragen

1. C (koolstof) en H (waterstof).

2. In de buis met octeen is een ontkleuring van het broom

zichtbaar.

3. Octeen reageert met broom, octaan niet.

4. De stoffen die in de reactie met broom ontkleuren zijn

onverzadigd. De stoffen die dat niet doen, zijn verzadigd.

5-C1-2

$


5. Octaan is C8H18

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

C C H

en 1-octeen is C8H16

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

C C H

H

H

H

C C

Literatuur Williamson, hoofdstuk 13.3.

5-C1-3

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-C1-4

$


Verschillende reactietypen

Reacties tussen broom enkoolwaterstoffen

C2Aanwijzingen

Inleiding Op basis van verschillen in de reacties van octaan

respectievelijk 1-octeen met broom maken leerlingen een

onderscheid tussen de reactietypen ‘substitutie’ en ‘additie’.

De verwachting bij de gekozen aanpak is dat leerlingen op

basis van een aantal extra gegevens over de ontstane produc-

ten zelf een reactievergelijking kunnen opstellen en het ver-

schil zien tussen substitutie van broom bij alkanen en additie

van broom bij alkenen.

De boeken sluiten hierop aan door informatie te geven over

reactiemechanismen en de invloed van UV-licht bij substi-

tuties.

Examen-

programma

Havo:C.24: “De kandidaat kan typen reacties van koolstof-verbindingen noemen en aangeven wat de kenmerken van diereacties zijn: - additie”C.25: “De kandidaat kan uit gegevens afleiden tot welke van dein eindterm 24 genoemde typen reacties een bepaalde reactiebehoort: - uit de vergelijking van de reactie, - uit gegevens overbeginstoffen en reactieproducten”C.26: “De kandidaat kan aangeven dat alkenen kunnen reagerenmet de volgende stoffen en aangeven welke producten daarbijgevormd kunnen worden: - halogenen”

Vwo:C.41: “De kandidaat kan de reactie van alkenen en andereonverzadigde verbindingen met (…) halogenen als een additie-reactie beschrijven en de mogelijke producten van de reactiegeven”(het begrip substitutiereactie is vervallen).

Boeken Chemie 4V: hoofdstuk 3.5 (proef 6) en hoofdstuk 3.6

(demonstratieproef 7)

Chemie Overal 4V: hoofdstuk 12.2 (experiment 39); 5H:

hoofdstuk 5.3 (experiment 30)

Tijdsduur Minder dan een lesuur

Benodigdheden � Octaan

� 1-octeen

� Broomreagens: 3 % (v/v) broom in dichloormethaan (in

kleine hoeveelheden bereiden i.v.m. de beperkte

houdbaarheid en bewaren in een bruine fles). Het

gebruik van druppelflesjes verkleint de kans op

ongelukken. Er kan ook broomwater 3 % (v/v) worden

gebruikt: er dient dan circa 1 ml te worden toegevoegd

en er moet flink worden geschud.

� 2 reageerbuisjes

� Injectiespuit 1 ml of pasteurpipet met speentje

5-C2-1

$


� Aluminiumfolie of zwart papier

� Lamp

� pH-papier

Gevaren en

milieu

broom: R: 26-35; S: 7/9-26

dichloormethaan: R: 40; S: 23-24/25-36/37

octaan: R: 11; S: 9-16-29-33

1-octeen: R: 10-20/22-36/37/38; S: 16-26-36

Laat leerlingen nooit met zuiver broom werken! Houd bij het

maken van het broomreagens anti-broom bij de hand.

Het bij dit experiment vaak gebruikte hexaan is vrij toxisch

en moet daarom ontraden worden. Het hier gebruikte octaan

is veel minder schadelijk.

Praktische

aanwijzingen

De reactie tussen broom en octaan verloopt niet altijd gemak-

kelijk. Gebruik eventueel een UV-lamp om de reactie te

bevorderen of stel het reactiemengsel aan fel zonlicht bloot.

Het aantonen van waterstofbromidegas kan lastig zijn door de

kleine schaal waarop het experiment wordt uitgevoerd. Dit

kan door het ademen over de buis (er is dan een nevel

zichtbaar) of met een vochtig pH-papiertje.

Ook bij de bromering van onverzadigde koolwaterstoffen kan

waterstofbromide ontwijken. Er vindt dan substitutie plaats.

Als niet in te fel licht wordt gewerkt, valt te verwachten dat

uitsluitend additie plaatsvindt.

Bij gebruik van broomwater is het belangrijk om te schudden

om de waterlaag te ‘mengen’ met de organische laag.

Uitbreidingen Het experiment kan uitgebreid worden door ook 1-octyn en

methylbenzeen (tolueen) met broom te laten reageren. Octyn

vertoont dezelfde reactie als octeen. Methylbenzeen reageert

alleen in licht en vertoont dus substitutie, doch geen additie.

Met dit laatste experiment kan het bijzondere karakter van

aromaten worden geïllustreerd.

Antwoorden op

de vragen

1. Chemie noemt de volgende koolwaterstoffen:

(in hoofdstuk 1 van deel 4H:) alkanen, alkenen, alkynen,

verzadigde, onverzadigde en cyclische koolwaterstoffen en

benzeen als voorbeeld van een apart type;

(in hoofdstuk 3 van deel 4V:) alkanen, alkenen, alkynen,

aromaten, verzadigde, onverzadigde en cyclische koolwater-

stoffen.

Chemie overal noemt:

(in hoofdstuk 6 van deel 4H:) cyclisch vs. acyclisch,

verzadigd vs. onverzadigd, vertakt vs. onvertakt, en noemt

alkanen, alkenen, alkadiënen, cycloalkanen en cycloalkenen;

(in hoofdstuk 6 van deel 4V:) aromatisch vs. alifatisch,

cyclisch vs. acyclisch, verzadigd vs. onverzadigd, vertakt vs.

onvertakt, en noemt alkanen, alkenen, alkynen, alkadiënen,

cycloalkanen en aromaten.

5-C2-2

$


2. Octaan behoort tot de onvertakte alkanen (verzadigd,

acyclisch).

Octeen behoort tot de onvertakte alkenen (onverzadigd,

acyclisch).

3. C8H18 en C8H16.

4. octaan:

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

C C H

1-octeen:

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

C C H

H

H

H

C C

5. Alleen in de buis die wordt belicht, treedt een reactie op.

6. Het produkt is C8H17Br.

7. C8H18 + Br2 → C8H17Br + HBr

Het antwoord: C8H18 + Br2 → C8H16 + 2 HBr voldoet niet

aan de gegeven voorwaarde.8.

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

C C H

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

C C Br + HBr+ Br →2

Er kunnen 4 mogelijke isomeren van monobroomoctaan

ontstaan.

Er kan ook dibroom-, tribroomoctaan etc. ontstaan.

9. Dit is een voorbeeld van een substitutiereactie.

10. In beide buizen treedt een reactie op.

11. Er treedt hier een andere reactie op omdat bij deze reactie

geen licht nodig is om de reactie te laten verlopen.

12. C8H16 + Br2 → C8H16Br2

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

C C H

H

H

H

C C + Br →2

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

C C H

H H

C C

Br Br

13. Dit is een voorbeeld van een additiereactie.

Literatuur Williamson: hoofdstuk 13.3.

5-C2-3

$


$


Het onderscheiden vanisomeren

Twee verschillende stoffenmet formule C4H10O

C3Aanwijzingen

Inleiding Dit experiment geeft een illustratie van het begrip isomerie.

In dit geval is er sprake van karakteristieke (functionele-)

groep-isomerie, namelijk van ethers en alcoholen. We kun-

nen dit aan de orde stellen bij de behandeling van de karakte-

ristieke groep. Hiermee kan voor leerlingen het begrip

isomerie een grotere betekenis krijgen: het is niet alleen een

verschil in structuurformules, maar vooral ook een verschil

in (chemische en fysische) eigenschappen tussen stoffen met

gelijke molecuulformule.

Er wordt gewezen op de analogie van de reactie van alcoholen

met natrium en de reactie van water met natrium. Hiermee

kunnen leerlingen de structuurformules met OH-groep

onderscheiden van die waarin een OH-groep ontbreekt.

Daarnaast worden in dit experiment enkele karakteristieke

eigenschappen van ethers (alkoxyalkanen) en alcoholen

getoond.

Examen-

programma

Vwo C.58:“De kandidaat kan van een aantal koolstofverbindingen (…) desystematische naam (IUPAC) noemen en de structuurformulegeven: (…) - alkanolen; - alkoxyalkanen (…)”

Vwo C.68:“De kandidaat kan overeenkomsten en verschillen in eigen-schappen van isomeren aangeven en in verband brengen met destructuur: - smelten kookpunten; - reactiviteit (…)”

De term ‘alkoxyalkanen’ is niet opgenomen in het havo-

programma.

Boeken Chemie 5V: hoofdstuk 3.2 (demonstratieproef 1)

Chemie overal 5V: hoofdstuk 8.3 (experiment 34)


Benodigdheden � 1-butanol

� Watervrije ethoxyethaan (diethylether). Deze kan water-

vrij gemaakt en gehouden worden door drogen op mol-

sieves. Commercieel verkregen ether is vaak vochtig.

� Natrium: een korreltje natrium ter grootte van een

speldenknop is voldoende

� Jones reagens: los 13,4 gram chroom(VI)oxide in

11,5 ml geconcentreerd zwavelzuur (dit lost zeer lang-

zaam op!) en voeg dit voorzichtig toe aan ca. 30 ml

water. Breng het volume op 50 ml.

� Reageerbuisjes

5-C3-1

$


� Horlogeglas

� Druppelpipetje (voor Jones reagens)

Gevaren en

milieu

ethoxyethaan: R: 12-19; S: 9-16-29-33

Ethoxyethaan vormt bij luchtcontact na enige tijd explosieve

peroxiden.

natrium: R: 11-14/15-34; S: 8-16-43B

Door de geringe hoeveelheid is het werken met natrium

verantwoord. Zelfs bij contact met water zijn er niet veel

gevaren.

chroom(VI)oxide: R: 8-35-40; S: 28

geconcentreerd zwavelzuur: R: 35; S: 2-26-30

Laat leerlingen niet zelf Jones reagens maken. Dit bevat het

giftige chroom(VI)oxide en geconcentreerd zwavelzuur.

Praktische

aanwijzingen

In plaats van met Jones reagens kan ook worden gewerkt met

een mengsel van gelijke volumes 1 M kaliumdichromaat en

4 M zwavelzuur (zie Chemie overal).

Uitbreidingen Ook de reactie met Lucas reagens (zie experiment C4) kan

gebruikt worden voor het aantonen van de OH-groep.

Dit experiment kan als een geheel worden beschouwd met

experiment C4, waar de vier isomere alcoholen C4H9OH

worden onderscheiden.

Antwoorden op

de vragen

1. Er zijn zeven isomeren met de formule C4H9OH:

vier alcoholen:

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

OH

H

H

1-butanol (n-butanol)

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

H

H

OH

2 - butanol (sec - butanol)

H C C

H

H

C

H

OH

H

CH3

H

2-methyl-1-propanol (isobutanol)

CH3

C OHCH3

CH3

2-methyl-2-propanol (t - butanol)

5-C3-2

$


en drie alkoxy-alkanen:

H C C

H

H

H

H

O C

H

H

C

H

H

H

ethoxyethaan (diethylether)

O C

CH3

CH3

H C H

H

H

2-methoxypropaan (methylisopropylether)

O CH C C

H

H

H

H

C

H

H

H H

H

1-methoxypropaan (methylpropylether)

2. Water reageert heftig met natrium onder vorming van

waterstofgas:

2 H2O (l) + 2 Na (s) → 2 Na+ (aq) + 2 OH– (aq) + H2 (g)

3. De vier alcoholen reageren op soortgelijke wijze dankzij

de OH-groep:

2 C4H9OH (l) + 2 Na (s) → 2 Na+(C4H9O-) (solv) + H2 (g)

butanol natriumbutanolaat

4. De tabel zou er als volgt uit kunnen zien:

1-butanol ethoxyethaan

geur alcoholachtig ziekenhuislucht

vluchtigheid niet erg vluchtig zeer vluchtig

mengbaarheid met water wel niet

reactie met natrium wel niet

reactie met Jones reagens wel niet

5. Zie tabel bij 4.

6. Zie vraag 1.

Literatuur Williamson, hoofdstuk 70.

5-C3-3

$


$


Het onderscheiden vanisomere alcoholen C4

Aanwijzingen

Inleiding Er is in dit experiment gekozen voor een identificatiepro-

bleem van vier isomere alcoholen op basis van een aantal

typerende eigenschappen. Hierbij komen aan de orde de oxida-

tiemogelijkheid van alcoholen en de substitutie van de

alcoholgroep door chloride.

Met dit experiment wordt tevens een verduidelijking van het

begrip isomerie nagestreefd, waarbij men kan laten zien dat

isomerie meer is dan een verschil in structuurformules en dat

er een verschil in eigenschappen aan ten grondslag ligt.

Examen-

programma

Vwo:C.43: “De kandidaat kan aangeven welke soorten alcoholen(primair, secundair, tertiair) kunnen reageren met een oxidatoren welke producten daarbij gevormd kunnen worden”C.58: “De kandidaat kan van een aantal koolstofverbindingenmet een ketenlengte van maximaal 6 koolstofatomen de systema-tische naam (IUPAC) noemen en de structuurformule geven: (…),alkanolen, (…), alkanalen, alkanonen, (…)”C.65: “De kandidaat kan aangeven wat men onder verschillendesoorten isomeren verstaat, deze herkennen en voorbeelden ervangeven: (…), - structuurisomeren, (…)”C.68: “De kandidaat kan overeenkomsten en verschillen ineigenschappen van isomeren aangeven en in verband brengenmet de structuur: (…), - reactiviteit, (…)”

De nucleofiele substitutiereactie komt niet in het

vwo-programma voor.

In het havo-programma komen de oxidatie van alcoholen en

de stofklassen alkanalen en alkanonen niet voor.

Boeken Chemie 5V: hoofdstuk 6.7 (proef 18)

Chemie overal 5V: hoofdstuk 8.3 (experiment 33)

Tijdsduur Twee lesuren (bij taakverdeling is het experiment in een

lesuur af te ronden).

Benodigdheden � 1-butanol

� 2-butanol

� 2-methyl-1-propanol

� 2-methyl-2-propanol

� Jones reagens. Los 13,4 gram chroom(VI)oxide op in

11,5 ml geconcentreerd zwavelzuur (dit lost zeer lang-

zaam op!) en voeg dit voorzichtig toe aan circa 30 ml

water. Breng het volume op 50 ml.

� Lucas reagens. Los 76 gram watervrij zinkchloride op in

50 ml op 5°C gekoeld geconcentreerd zoutzuur.

� Zandbad

� Reageerbuisjes

5-C4-1

$


� Kurkje

� Druppelpipetje (voor reagentia)

� Microschaal-kookpuntopstelling (zie experiment A3)

Gevaren en

milieu

Alle te gebruiken alcoholen zijn brandbaar en werken

irriterend:

1-butanol: R: 10-20; S: 16

2-butanol: R: 10-20; S: 16

2-methyl-1-propanol: R: 10-20; S: 16

2-methyl-2-propanol: R: 11-20; S: 9-16

Jones reagens bevat dichromaat en zwavelzuur.

Chroom (VI) verbindingen zijn giftig; zwavelzuur is sterk

bijtend:

chroom(VI)oxide: R: 8-35-40; S: 28

geconcentreerd zwavelzuur: R: 35; S: 2-26-30

Lucas reagens is zinkchloride in geconcentreerd zoutzuur.

Lucas reagens is bijtend.

zinkchloride: R: 34; S: 7/8-28-45

geconcentreerd zoutzuur: R: 34-37; S: 2-26

Afval van onderdeel A in organisch afval (OOS: overige orga-

nische stoffen); afval van onderdelen B en C in het afvalvat

voor zware metalen (ZM).

Praktische

aanwijzingen

In plaats van met Jones reagens kan ook worden gewerkt met

een mengsel van gelijke volumes 1 M kaliumdichromaat en

4 M zwavelzuur (zie Chemie overal). Ook kaliumperman-

ganaat-oplossing is bruikbaar (zie Chemie).

Uitbreidingen Er kan naar een verklaring worden gevraagd voor de

verschillen in kookpunt en mengbaarheid met water.

De testreacties met Lucas reagens kunnen ook gebruikt

worden om andere isomere alcoholen te onderscheiden,

bijvoorbeeld 1-propanol en 2-propanol.

Opmerkingen De hier aan de orde zijnde typen isomerie zijn plaatsisomerie

en skeletisomerie: 1-butanol en 2-butanol zijn plaatsisome-

ren; ook 2-methyl-1-propanol en 2-methyl-2-propanol zijn

plaatsisomeren; en 1-butanol en 2-methyl-1-propanol zijn

skeletisomeren.

De reactie met Lucas reagens is een illustratie van een

nucleofiele substitutiereactie. De reactie die plaatsvindt met

het mengsel van zoutzuur en zinkchloride is een eerste orde-

nucleofiele substitutie (SN1).

Voor 2-methyl-2-propanol is het opgestelde mechanisme:

(CH3)3C–OH + H+ → (CH3)3C–OH2+

(CH3)3C–OH2+ → (CH3)3C+ + H2O

(CH3)3C+ + Cl– → (CH3)3C–Cl

5-C4-2

$


De snelheid van de reactie wordt bepaald door de stabiliteit

van het intermediaire carbo-kation R+. De stabiliteit is het

grootst voor tertiaire carbo-kationen, het kleinst voor

primaire. De substitutie verloopt dus het snelst bij

2-methyl-2-propanol, en niet bij 1-butanol. Het zinkchloride

heeft een rol als katalysator. Het bindt aan het alcohol. Het

tertiaire alcohol reageert ook vlot in afwezigheid van zink-

chloride. De reactie is zichtbaar doordat een troebeling

optreedt.

Antwoorden op

de vragen

1. De alcoholen:

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

OH

H

H

1-butanol (n-butanol)

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

H

H

OH

2 - butanol (sec - butanol)

H C C

H

H

C

H

OH

H

CH3

H

2-methyl-1-propanol (isobutanol)

CH3

C OHCH3

CH3

2-methyl-2-propanol (t - butanol)

2. 1-butanol en 2-methyl-1-propanol zijn primaire

alcoholen, 2-butanol is een secundair alcohol en

2-methyl-2-propanol is een tertiair alcohol.

3. 1-butanol, 2-butanol en 2-methyl-1-propanol zijn

oxideerbaar. De respectievelijke oxidatieproducten:

H C C

H

H

H

H

C

H

C

O

HH

H C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

O

H C C

H

H

C

O

HCH3

H

2-methyl-propanal

butanonbutanal

5-C4-3

$


4. De chlorering verloopt het snelst bij 2-methyl-

2-propanol en het langzaamst bij de primaire alcoholen

1-butanol en 2-methyl-1-propanol. De chloreringsproducten:

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

Cl

H

H

H C C

H

H

H

H

C

H

C

H

H

H

Cl

H C C

H

H

C

H

Cl

H

CH3

H

CH3

C ClCH3

CH3

5. De eigenschappen van de alcoholen zijn in de volgende

tabel weergegeven:

eigenschappen 1-butanol 2-butanol 2-methyl-1-propanol 2-methyl-2-propanol

kookpunten 118°C 100°C 108°C 83°C

mengbaarheid met

water

niet niet niet goed

Jones reagens wel wel wel niet

Lucas reagens niet na verwarming niet bij kamertemperatuur

6. Zie tabel.

Literatuur Williamson, hoofdstuk 70.

5-C4-4

$


Gebruik van eenkatalysator

Bereiding van1-butylethanoaat

D1Aanwijzingen

Inleiding De leerlingen onderzoeken aan de hand van een vergelijkend

experiment de functie van een katalysator.

Examen-

programma

Havo E.60 en vwo E.95:“De kandidaat kan aangeven dat door het beïnvloeden van dereactiesnelheid bij (industriële) processen een bepaald productkan worden verkregen of goedkoper kan worden geproduceerd.”

Havo F.76 en vwo F.130:“De kandidaat kan uitleggen welke rol andere stoffen bij een che-misch proces kunnen spelen -katalysator.”

Vwo E.120:“De kandidaat kan van een aantal factoren uitleggen op welkewijze deze de snelheid waarmee een gegeven evenwicht zichinstelt, beïnvloeden: katalysator, temperatuur.”

Boeken Chemie 5V: hoofdstuk 3.4, demonstratieproef 5; 5H:

hoofdstuk 6.3, demonstratieproef 2

Chemie overal 5H: hoofdstuk 5.5, experiment 32 (demon-

stratie); 5V: hoofdstuk 8.6


Benodigdheden � 1-butanol (kp 118°C)

� Ethaanzuur (azijnzuur) (kp 118°C)

� Geconcentreerd zwavelzuur (druppelflesje)

� 1 ml injectiespuit

� Langhalskolf

� Kooksteentje



� Septum


� Stopwatch of horloge

� Erlenmeyer

Gevaren en

milieu

1-butanol: R: 10-20; S: 16 (brandbaar, irriteert huid, ogen

en de luchtwegen. De stof kan via de huid worden opge-

nomen.)

ethaanzuur: R: 10-35; S: 23-26-45 (brandbaar, kan met

lucht een explosief mengsel vormen. Reageert heftig met

basen onder warmteontwikkeling. De stof is bijtend voor de

luchtwegen, huid en ogen.)

zwavelzuur: R: 35; S: (1/2-)26-30-45 (Kan ernstige

brandwonden veroorzaken, reageert heftig met water en basen

onder ontwikkeling van warmte, tast papier en textiel aan.)

5-D1-1

$


1-butylethanoaat: R: 10 (brandbaar, kan met lucht een

explosief mengsel vormen. De stof irriteert de luchtwegen en

ogen.)

Afval van alle stoffen gaat in het vat voor overige organische

stoffen (OOS).

Praktische

aanwijzingen

Naast zwavelzuur zijn ook andere katalysatoren te gebruiken,

zoals zure kationenwisselaars (b.v. Dowex® 50X2-100 of

Amberlyst® 15) en Zeoliet Y (Lesbrief ‘Proeven met

zeolieten’). Zeoliet Y wordt geactiveerd als katalysator door

gedurende twee uur te verhitten bij 300˚C. Activering van de

katalysator kan ook in een magnetron. Aan het reactiemeng-

sel wordt van deze katalysatoren toegevoegd: 100 mg Zeoliet

Y of 200 mg Dowex.

Het zandbad moet meteen aan het begin van de les aangezet

worden! De zandbaden moeten zo worden afgesteld, dat de

temperatuur rond de 180-200˚C ligt. Tijdens de reactie moet

de vloeistof rustig refluxen, de condensatie mag niet hoger

komen dan tot 1/3 van de terugvloeikoeler. Als de damp tot

bovenin de terugvloeikoeler komt, zal een deel van het

reactiemengsel kunnen ontwijken via de naald in het septum.

Het septum kan door langdurig contact met 1-butylethanoaat

worden aangetast (zie ook bij ‘opmerkingen’). De kunststof

onderdelen moeten daarom goed worden schoongemaakt met

een beetje aceton en buiten de opbergkoffer uitdampen. De

eventueel in de kunststof opgeloste 1-butylethanoaat kan zo

verdampen.

✃ De Dowex kan geregenereerd worden. Laat de leerlingen

voorzichtig de inhoud van de kolf in het juiste afvalvat

schenken zodat de katalysator en kooksteentje achterblijven

in de kolf. De rest van de ester kan uit de kolf worden

verwijderd door voorzichtig spoelen met een beetje aceton.

Laat de leerlingen de Dowex en de kooksteentjes met water

uit de kolf spoelen en inleveren. U kunt de verzamelde

Dowex ontdoen van de kooksteentjes en op een filter wassen

met water. Laat de op een stuk filtreerpapier drogen. De ge-

droogde Dowex kan daarna in een aparte voorraadpot worden

bewaard.

Uitbreidingen De invloed van de temperatuur op de reactiesnelheid kan ook

worden onderzocht: u kunt een verestering bij kamertempera-

tuur inzetten, met en zonder katalysator. Vergelijk klassikaal

na een week het resultaat: de kolf met de katalysator ruikt

duidelijk naar ester, de kolf zonder katalysator niet.

De klas kan in meerdere groepen worden opgedeeld als er

meerdere katalysatoren worden gebruikt. Elke groep gebruikt

dan een andere (of geen) katalysator.

Als er snel gewerkt wordt, kan een leerlingen-tweetal in een

lesuur de proeven met en zonder katalysator uitvoeren. Om

tijd te winnen is het dan handig de leerlingen de beschikking

te geven over twee langhalskolven en twee terugvloeikoelers:

5-D1-2

$


tijdens de eerste reactie kan de volgende opstelling worden

klaargemaakt.

Opmerkingen Er is in dit experiment gekozen voor de synthese van

1-butylethanoaat, in overeenstemming met de macro-

uitvoering zoals beschreven in de diverse schoolboeken.

1-Butylethanoaat lost echter op in veel kunststoffen en kan

hierdoor ook een nadelige invloed hebben op de levensduur

van bijvoorbeeld de septa. Dit experiment is in principe ook

met een andere ester uit te voeren. Zie voor suggesties

experiment E1: “Esters: geuren en smaken”.

Antwoorden op

de vragen

1.

R C O H

O

H O R' R C O R'

O

H O H+ +

2. Bij de verestering zonder katalysator is (nog) geen

specifieke esterlucht te ruiken, bij de verestering met kata-

lysator wel. De reactie verloopt dus een stuk sneller in de

aanwezigheid van een katalysator.

3. De reactie verloopt veel sneller als er een katalysator

aanwezig is, dus het gebruik van een katalysator bij deze

reactie is verstandig als je sneller een product wilt hebben.

Literatuur A. Kerkstra e.a.: Proeven met Zeolieten, Naaldwijk:

Interconfessioneel Westland College, 2e druk (1996).

Verkrijgbaar via Stichting C3.

5-D1-3

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam5-D1-4

$


Bepaling van deevenwichtsconstante vaneen verestering

D2Aanwijzingen

Inleiding Zoals veel reacties in de organische scheikunde, is de verester-

ingsreactie een evenwichtsreactie. De evenwichtsconstante

kan experimenteel bepaald worden door het gehalte aan

carbonzuur in zowel een blancomengsel als in een even-

wichtsmengsel te bepalen. Door wegend te titreren kan een

hoge graad van nauwkeurigheid bereikt worden.

Examen-

programma

Havo E.70 en vwo E.122:“De kandidaat kan voor een gegeven evenwichtsreactie van eenhomogeen evenwicht de evenwichtsvoorwaarde geven.”

Havo E.71 en vwo E.124:“De kandidaat kan rekenen aan evenwichten, gebruik makendvan de evenwichtsvoorwaarde.”

Boeken Chemie overal 5V: hoofdstuk 8.6, experiment 37 (demon-

stratie); 5H: hoofdstuk 5.5

Chemie 5V: hoofdstuk 3.4 ; 5H: hoofdstuk 6.3

Tijdsduur Twee lesuren

Benodigdheden

Verestering

� Equimolair mengsel van 1-butanol (kp 118°C) en

ethaanzuur (azijnzuur) (kp 118°C)

� 150 mg katalysator (Dowex® 50X2-100 kationenwisse-

laar)


� Langhalskolf

� Kooksteentje



� Septum


� Stopwatch of horloge

� Bakje met ijs

� Bekerglas voor het inleveren van de katalysator

Benodigdheden

Titratie

� Ethanol

� Demiwater

� Fenolftaleïne indicator-oplossing

� 0,1 M natronloog


� 2 maatkolven van 25 ml

� Pasteurpipet met rechte punt

� Pipetballonnetje

� 3 erlenmeyers van 10 ml

� Glazen trechter

� Rond filtreerpapier

� Erlenmeyer 50 of 100 ml (voor de filtratie)

5-D2-1

$


Gevaren en

milieu


en de luchtwegen. De stof kan via de huid worden

opgenomen.)

ethaanzuur: R: 10-35; S: 23-26-45 (brandbaar, kan met

lucht een explosief mengsel vormen. Reageert heftig met

basen onder warmteontwikkeling. De stof is bijtend voor de




ogen.)


stoffen (OOS).

Praktische

aanwijzingen

Als katalysator kunnen in principe ook andere zure

kationenwisselaars, zoals bijvoorbeeld Amberlyst®15,

worden gebruikt. Test wel van tevoren een keer of de

katalysator een goed resultaat geeft! Zie ook bij ‘opmerking-

en’.

Het voorschrift voor dit experiment bestaat uit twee delen.

De leerlingen beginnen met het voorschrift ‘verestering’. Als

de veresteringsreactie is ingezet, is er tijd om de blanco te

titreren. Het voorschrift hiervoor staat in het deel ‘titratie’.

Na afloop wordt dit voorschrift ook gebruikt voor de titratie

van het reactiemengsel. Voor de verestering is (inclusief de

voorbereidingen, de reactietijd en het afmeten in de maatkolf)

minstens een lesuur nodig. Om tijd te sparen kan de

reactietijd worden verkort: de gevonden waarde voor K zal

daardoor wel kleiner zijn (na 15 minuten refluxen wordt een

waarde van ongeveer 1 gevonden). Ook kan de Dowex van

tevoren voor de leerlingen in de kolfjes worden afgewogen.

In een tweede lesuur kan de titratie van het reactiemengsel-

en eventueel ook de blanco- worden uitgevoerd.


worden! De temperatuur van het zandbad is bij voorkeur

ongeveer 180°C, en niet warmer dan 200°C. Tijdens de

verestering moet erop gelet worden, dat het mengsel rustig

refluxt. De damp mag niet hoger komen dan tot 1/3 van de

terugvloeikoeler. Als de damp tot bovenin de terugvloeikoe-

ler komt, zal een deel van het reactiemengsel kunnen

ontwijken via de naald in het septum. Ook kan het septum

door het langdurige contact met 1-butylethanoaat worden

aangetast (zie ook bij ‘opmerkingen’). De kunststof

onderdelen moeten schoongemaakt worden met een beetje

aceton en buiten de opbergkoffer uitdampen. De eventueel in

de kunststof opgeloste 1-butylethanoaat kan zo verdampen.

Als de proef in twee afzonderlijke lesuren wordt uitgevoerd,

is het belangrijk dat het reactiemengsel na het afvullen in de

25 ml maatkolf wordt gefiltreerd. Eventueel aanwezige

Dowex heeft namelijk een grote invloed op het reactie-

evenwicht tijdens het bewaren. Als alternatief op het filtreren

5-D2-2

$


kunnen leerlingen ook een deel van de inhoud van de

maatkolf voorzichtig overschenken zodat de Dowex

achterblijft, en dit gebruiken voor de titratie. Als het

mengsel direct wordt getitreerd (blokuur) kan deze stap

worden overgeslagen. Er moet wel op worden gelet, dat er

geen Dowex in het titratiemengsel aanwezig is, aangezien de

katalysator dan ook als zuur wordt getitreerd!

De Dowex kan (samen met de kooksteentjes) in water

worden ingezameld voor hergebruik. De Dowex wordt

centraal afgefiltreerd en ontdaan van de kooksteentjes en

vervolgens gewassen met water. De Dowex wordt kan na

droging op een filtreerpapiertje in een apart potje worden

bewaard.

Voor de titratie van de blanco is ongeveer 1,3 ml natronloog

nodig, voor de titratie van het reactiemengsel ongeveer

0,5 ml.

De beschreven titratiemethode is op microschaal. De

concentratie van de titrant is hoog (0,1 M) in verhouding tot

de te titreren hoeveelheid zuur. Dit leidt echter toch tot

reproduceerbare waarden voor de evenwichtscontante. De

titratie kan natuurlijk ook op macroschaal worden uitgevoerd

met een buret. Gebruik dan minder geconcentreerde

natronloog. Er moet dan wel gebruik gemaakt worden van

grotere erlenmeyers (titreerkolven) of bekerglazen (50 ml).

Uitbreidingen In een blokuur is het mogelijk om verschillende leerlingen

verschillende reactietijden (bijvoorbeeld: 10, 20, 30, 40

minuten) voor de verestering op te geven. Op deze manier

wordt de ligging van het evenwicht als functie van de tijd

weergegeven.

Opmerkingen Voor K worden na 30 minuten veresteren waarden van

ongeveer 3 gevonden. De literatuurwaarde (Williamson) is

ongeveer 4.

Er is in dit experiment gekozen voor de synthese van

1-butylethanoaat, in overeenstemming met de ma-

cro-uitvoering zoals beschreven in Chemie overal 5V.

1-Butylethanoaat lost echter in veel kunststoffen op en kan

hierdoor ook een nadelige invloed hebben op de levensduur

van bijvoorbeeld de septa. De proef is in principe ook met

een andere ester uit te voeren, bijvoorbeeld 1-propylethanoaat

(peer) of 1-octylethanoaat (sinaasappel).

Zeoliet Y (lesbrief ‘Proeven met Zeolieten’) is voor deze

proef niet geschikt als katalysator, omdat het te fijn verdeeld

is. Hierdoor is de zeoliet na de verestering niet meer uit de

oplossing te verwijderen. Er wordt momenteel aan gewerkt

om zeoliet Y in een minder fijn verdeelde vorm beschikbaar

te krijgen.

5-D2-3

$


Een druppel geconcentreerd zwavelzuur is niet geschikt als

katalysator omdat de hoeveelheid niet te verwaarlozen is ten

opzichte van de hoeveelheid ethaanzuur.

Antwoorden op

de vragen

1. 1-butanol + ethaanzuur ¯ı 1-butylethanoaat + water

K=[1butylethanoaat][water]

[1-butanol][ethaanzuur]

2. Na instelling van het evenwicht is nog x—y mol van de

uitgangsstoffen aanwezig in het reactiemengsel.

3. Voor de evenwichtscontstante K geldt:

K = y2

(x− y)2

4. De waarde van de blancobepaling is x, de waarde van de

evenwichtsbepaling is x— y . Dus y is de waarde van de

blancobepaling minus de waarde van de evenwichtsbepaling.

5. Voor de evenwichtscontstante K geldt:

K = y2

(x− y)2

Vul in deze formule in (zie antwoord bij 4):y=Vblanco−Vevenwicht ; x− y=Vevenwicht .

6/7. De antwoorden zijn afhankelijk van het experiment.

8. De evenwichtsconstante is volgens de literatuur 4, de

zelf gevonden waarde zal ongeveer 3 zijn. De bijbehorende

waarden voor y zijn dan voorK = 4: y = 0,66x en voor

K = 3: y = 0,63x. Deze waarden verschillen nauwelijks van

elkaar, het evenwicht heeft zich dus nagenoeg ingesteld.

Literatuur A. Kerkstra e.a.: Proeven met Zeolieten, Naaldwijk:

Interconfessioneel Westland College, 2e druk (1996).

Verkrijgbaar via Stichting C3.

Williamson, hoofdstuk 27: Esterification.

5-D2-4

$


Beïnvloeding van eenevenwicht

Zuur-gekatalyseerde‘azeotropische’ verestering

D3Aanwijzingen

Inleiding Door het onttrekken van een reactant aan een evenwichts-

mengsel ontstaat een aflopende reactie. Bij de vorming van

1-butylethanoaat kan dat door gebruik te maken van het

verschijnsel azeotropie. Drie componenten van het

reactiemengsel vormen een azeotroop, waardoor niet alleen

het product water wordt afgedestilleerd maar ook de hoger

kokende componenten 1-butanol en 1-butylethanoaat.

Examen-

programma

Havo E.61:“De kandidaat kan uitleggen dat door het onttrekken van eenreactant bij (industriële) processen een bepaald product kanworden verkregen of goedkoper kan worden geproduceerd.”

Vwo E.96:“De kandidaat kan beschrijven hoe met behulp van maatregelendie de evenwichtsligging beïnvloeden bij (industriële) proces-sen een bepaald product kan worden verkregen of goedkoper kanworden geproduceerd.”

Havo E.69:“De kandidaat kan uitleggen dat door het onttrekken van eenreactant een aflopende reactie ontstaat.”

Vwo E.119:“De kandidaat kan beschrijven op welke wijze een aflopendereactie kan worden verkregen bij een evenwicht.”

Bij uitbreiding:

Vwo E.121:“De kandidaat kan uitleggen met behulp van de evenwichtsvoor-waarde of de evenwichtssituatie kan worden beïnvloed door - deaanwezigheid van een katalysator.”

Vwo E.123:“De kandidaat kan van een aantal factoren aangeven of deze dewaarde van de evenwichtsconstante beïnvloeden - katalysator.”

Boeken Chemie 5V: hoofdstuk 3.4; 5H: hoofdstuk 6.3

Chemie overal 5V: hoofdstuk 8.6; 5H: hoofdstuk 5.5


Benodigdheden � 1,5 ml equimolair mengsel van 1-butanol (kp = 118°C)

en ethaanzuur (azijnzuur) (kp = 118°C)


laar)


� Korthalskolf

� Kooksteentje


5-D3-1

$


� T-stuk

� Kurkje (passend op T-stuk)

� Verbindingsstuk


� Septum


� Erlenmeyer


Gevaren en

milieu


en de luchtwegen. De stof kan via de huid worden

opgenomen.)

Ethaanzuur: R: 10-35; S: 23-26-45 (brandbaar, kan met lucht

een explosief mengsel vormen. Reageert heftig met basen

onder warmteontwikkeling. De stof is bijtend voor de




ogen.)


stoffen (OOS).

Praktische

aanwijzingen

Als katalysator kunnen in principe ook andere zure

kationenwisselaars, zoals bijvoorbeeld Amberlyst®15, of een

druppel geconcentreerd zwavelzuur worden gebruikt. Test wel

van tevoren een keer of de katalysator een goed resultaat

geeft!



ongeveer 180°C, en niet hoger dan 200°C. Tijdens de

verestering moet erop gelet worden, dat het mengsel rustig

refluxt. De damp mag niet hoger komen dan tot 1/3 van de

terugvloeikoeler. Als de damp tot bovenin de terugvloeikoe-

ler komt, zal een deel van het reactiemengsel kunnen

ontwijken via de naald in het septum. Ook kan het septum

door het langdurige contact met 1-butylethanoaat worden

aangetast (zie ook bij ‘opmerkingen’). De kunststof onder-

delen moeten daarom goed worden schoongemaakt met een

beetje aceton en buiten de opbergkoffer uitdampen. De even-

tueel in de kunststof opgeloste 1-butylethanoaat kan zo

verdampen.

Het is de bedoeling dat de opstelling zó schuin staat, dat de

inhoud van de zijarm begint over te lopen. Doordat de

organische laag (de bovenste) terugloopt in de kolf en de

waterlaag (de onderste) achterblijft, zal de reactie verder

verlopen. De opbrengst van de ester is met deze methode

nagenoeg 100%.

De inhoud van de erlenmeyer en de inhoud van de kolf ruiken

beide alleen naar de ester. Dit is het bewijs dat de uitgangs-

5-D3-2

$


stoffen niet meer (aantoonbaar) aanwezig zijn en dat de ene

laag in de zijarm de ester moet zijn. De waterige laag is

natuurlijk niet met de neus te onderscheiden (zie uitbreiding-

en).




vervolgens gewassen met water. De Dowex wordt kan na

droging op een filtreerpapiertje in een apart potje worden

bewaard.

Uitbreidingen Een uitleg over azeotropie vindt u als bijlage bij deze

toelichting. U kan deze voor uw leerlingen kopiëren.

De leerlingen kunnen waarnemen dat er in de zijarm twee

lagen aanwezig zijn. Door aan de erlenmeyer te ruiken kan

worden vastgesteld, dat de ene laag ester moet zijn. De

aanwezigheid van water kan eventueel worden aangetoond

door aan de erlenmeyer enkele korrels wit kopersulfaat (wordt

blauw) of custardpoeder (vlapoeder, wordt geel) toe te

voegen.

Er wordt in de inleiding vermeld dat een katalysator geen

invloed heeft op de ligging van het evenwicht. In een

bespreking met de leerlingen kan aan de orde komen waarom

een katalysator geen invloed heeft op de ligging van het

reactie-evenwicht.

In principe zou het antwoord moeten zijn: de ligging van een

chemisch evenwicht wordt bepaald door de entropie van

begin- en eindtoestand. De concentratie van de katalysator is

in de uitgangssituatie en in de evenwichtssituatie gelijk. De

katalysator levert daardoor geen bijdrage aan de entropieveran-

dering, en heeft dus geen invloed op de ligging van het

evenwicht.

Een antwoord aan de hand van het eindterm E.121 in het

examenprogramma vwo (“De kandidaat kan met behulp van

de evenwichtsvoorwaarde uitleggen of de evenwichtssituatie

kan worden beïnvloed door een aantal factoren -de

aanwezigheid van een katalysator) kan luiden:

De evenwichtsconstante is alleen afhankelijk van de

temperatuur. In de concentratiebreuk komt de katalysator niet

voor, want de concentratie van de katalysator voor en na de

reactie is gelijk. Met een katalysator kan dus geen invloed

worden uitgeoefend op de ligging van het evenwicht.

Dit sluit aan op de behandelde stof uit Chemie 5V hoofdstuk

2.6 en Chemie overal 5V hoofdstuk 3.3.

Opmerkingen 1-butylethanoaat kan in veel kunststoffen oplossen en kan

hierdoor een nadelige invloed hebben op de levensduur van

bijvoorbeeld de septa. Deze proef is in principe ook met een

andere ester uit te voeren. Zie voor suggesties experiment

E1: ‘Esters: geuren en smaken’.

5-D3-3

$


Antwoorden op

de vragen

1. 1-butanol + ethaanzuur ¯ı 1-butylethanoaat + water

K=[1butylethanoaat][water]

[1-butanol][ethaanzuur]

2. Als een van de producten uit de noemer van de

concentratiebreuk wordt verwijderd, zal het systeem zo

verschuiven, dat de breuk weer gelijk is aan de evenwichts-

constante. Er ontstaat hierdoor een verschuiving van het

evenwicht naar rechts.

3. 1-butanol en ethaanzuur: 118°C, water 100°C.

4. Water, want dit heeft het laagste kookpunt.

5. Als de opstelling rechtop staat, kan er in de zijarm van

het T-stuk geen destillaat worden opgevangen. De reactie zal

dan niet aflopend worden.

6. Er zijn twee lagen overgedestilleerd, terwijl er maar een

werd verwacht (water).

7. De ene laag zal water zijn. Als de reactie aflopend is,

kan de andere laag alleen maar ester zijn. Dit is niet in

overeenstemming met de kookpunten, want de ester kookt

bij 127°C: dit is het hoogste kookpunt van de stoffen die

aanwezig waren in het reactiemengsel.

Literatuur Williamson, hoofdstuk 27: Esterification.

5-D3-4

$


Azeotropie

D3Extra informatie

Uitleg Een mengsel van 1-butanol, 1-butylethanoaat en water heeft

een bijzondere eigenschap tijdens destilleren: De damp van

dit mengsel bevat niet voornamelijk de laagstkokende

component, maar alle drie de stoffen in een vaste verhouding.

Dit verschijnsel heet azeotropie (Grieks: a = niet,

zeotroop = kokend met verandering). Zodra de damp met de

drie componenten condenseert, scheidt het mengsel zich in

twee lagen: de ene laag bevat voornamelijk water, de andere

laag bestaat uit ester en 1-butanol. 1-butanol is een van de

uitgangsstoffen in de reactie.

Je zult je afvragen hoe de reactie volledig kan verlopen

terwijl er 1-butanol in de zijarm van het T-stuk aanwezig is.

Misschien is het je tijdens het experiment opgevallen dat de

inhoud van de zijarm na verloop van tijd begint ‘over te

lopen’: de bovenste laag, die uit ester en 1-butanol bestaat,

loopt voor een deel terug in de reactiekolf en daardoor kan de

1-butanol verder reageren met het ethaanzuur. Het water zit

in de onderste laag en kan daardoor niet terugstromen in de

kolf. Zo kan de reactie toch aflopend worden gemaakt!

5-D3x-1

$


5-D3x-2

$


Esters: geuren en smaken

E1Aanwijzingen

Inleiding In dit experiment wordt een aantal esters bereid uit verschil-

lende alcoholen en zuren. De reactie wordt aflopend gemaakt

door water uit het reactiemengsel te verwijderen.

Examen-

programma

Havo C.27 en vwo C.45:“De kandidaat kan aangeven dat uit een alcohol en een alkaan-zuur een ester en water gevormd kunnen worden.” Extra voorvwo: “… - evenwichtsreactie, - H+ als katalysator”

Havo E.61:“De kandidaat kan uitleggen dat door het onttrekken van eenreactant bij (industriële) processen een bepaald product kanworden verkregen of goedkoper kan worden geproduceerd.’

Vwo E.96:“De kandidaat kan beschrijven hoe met behulp van maatregelendie de evenwichtsligging beïnvloeden bij (industriële) proces-sen een bepaald product kan worden verkregen of goedkoper kanworden geproduceerd.’

Havo E.69:“De kandidaat kan uitleggen dat door het onttrekken van eenreactant een aflopende reactie ontstaat.’

vwo E.119:“De kandidaat kan beschrijven op welke wijze een aflopendereactie kan worden verkregen bij een evenwicht.’

Boeken Chemie 5V: hoofdstuk 3.4; 5H: hoofdstuk 6.3

Chemie overal 5V: hoofdstuk 8.6; 5H: hoofdstuk 5.5


Benodigdheden � 10 mmol alcohol

� 10 mmol carbonzuur


laar)


� Korthalskolf

� Kooksteentje


� T-stuk

� Kurkje (passend op T-stuk)

� Verbindingsstuk


� Septum


� Erlenmeyer


5-E1-1

$


Gevaren en

milieu

Alcoholen algemeen: Ontvlambaar, schadelijk bij inademing

en opname door mond.

1-propanol (n-propanol) R: 11; S: 7-16,

1-butanol (n-butanol) R: 10-20; S: 16,

2-methyl-1-propanol (isobutanol) R: 10-20; S: 16,

3-methyl-1-butanol (iso-amylalcohol) R:10-20; S: (2-)24/25,

fenylmethanol (benzylalcohol) R:20/22; S:26,

1-octanol (n-octanol): R: 20/21/22-36/37/38-43; S: 26-36/37

(irriterend voor ogen, longen en huid).

Zuren: brandbaar, ethaanzuur kan met lucht een explosief

mengsel vormen. Reageren heftig met basen onder

warmteontwikkeling. Bijtend voor de luchtwegen, huid en

ogen.

methaanzuur (mierenzuur) R:35; S:23-26-45,

ethaanzuur (azijnzuur) R:10-35; S:23-26-45.


stoffen (OOS).

Praktische

aanwijzingen

Enkele gegevens over de uitgangsstoffen van de esters staan

in tabel 1.



ongeveer 180°C, en niet warmer dan 200°C.

Tijdens de verestering moet erop gelet worden, dat het meng-

sel rustig refluxt. De damp mag niet hoger komen dan tot 1/3van de terugvloeikoeler. Als de damp tot bovenin de

terugvloeikoeler komt, zal een deel van het reactiemengsel

kunnen ontwijken via de naald in het septum. Ook kan het

septum door het langdurige contact met 1-butylethanoaat

worden aangetast (zie ook bij ‘opmerkingen’). De kunststof

onderdelen worden schoongemaakt met een beetje aceton en

moeten drogen buiten de opbergkoffer. De eventueel in de

kunststof opgeloste 1-butylethanoaat kan zo verdampen.

ester alcohol ml/10 mmol carbonzuur ml/10 mmol

2-methylpropylmethanoaat 2-methyl-1-propanol 0,92 methaanzuur 0,38

1-propylethanoaat 1-propanol 0,75 ethaanzuur 0,57

1-butylethanoaat 1-butanol 0,92 ethaanzuur 0,57

3-methyl-butylethanoaat 3-methyl-1-butanol 1,09 ethaanzuur 0,57

fenyl-methylethanoaat fenylmethanol 1,04 ethaanzuur 0,57

octylethanoaat 1-octanol 1,57 ethaanzuur 0,57

tabel 1

Het is de bedoeling dat de opstelling zó schuin staat, dat de

inhoud van de zijarm begint over te lopen. De opstelling

mag niet zo schuin staan dat de waterlaag ook terugloopt in

de kolf. Doordat de organische laag terugloopt in de kolf en

de waterlaag achterblijft, zal de reactie verder verlopen.

5-E1-2

$


De opbrengst van de ester is met deze methode nagenoeg

100%.




vervolgens gewassen met water. De Dowex wordt droog

bewaard.

Uitbreidingen In tabel 2 staan enkele esters die ook kunnen worden

gemaakt.

Hoewel het geurverschil tussen het zuur en de ester

spectaculair is, zijn de veresteringen met butaanzuur

(boterzuur) en propaanzuur (propionzuur) af te raden vanwege

de stank van deze zuren. Wilt u leerlingen deze proef toch

laten uitvoeren, geef het zuur dan aan in een met een septum

afgesloten potje. Met behulp van een injectienaald kan de

benodigde hoeveelheid zuur dan worden opgezogen met een

injectiespuit. Alle onderdelen die in aanraking komen met

het zuur moeten direct goed worden schoongespoeld met

water.

ester geur kp (°C) alcohol carbonzuur

methylbutanoaat appel 102,3 methanol butaanzuur

ethylbutanoaat ananas 121 ethanol butaanzuur

2-methyl-propylpropanoaat rum 136,8 2-methyl-1-propanol propaanzuur

methyl-2-hydroxybenzoaat wintergroen-

olie

222 methanol 2-hydroxybenzeencarb

onzuur (salicylzuur)

tabel 2

U moet extra opletten bij de verestering van methanol met

2-hydroxybenzeencarbonzuur (salicylzuur): dit carbonzuur is

een vaste stof die niet oplost in de kleine hoeveelheid metha-

nol. Om een hanteerbare hoeveelheid methanol te hebben,

wordt er gewerkt met 0,02 mol i.p.v. 0,01 mol. Methanol

kookt bij een erg lage temperatuur dus er moet zeer voor-

zichtig verwarmd en gerefluxet worden, anders komt de kolf

droog te staan!

Als katalysator kunnen in principe ook andere zure kationen-

wisselaars, zoals bijvoorbeeld Amberlyst®15, of een druppel

geconcentreerd zwavelzuur worden gebruikt. Test wel van

tevoren een keer of de katalysator een goed resultaat geeft!

Opmerkingen Het experiment kan in een lesuur worden uitgevoerd. Er

moet wel rekening worden gehouden met ongeveer een half

lesuur voorbereiding: de leerlingen moeten vooraf de hoeveel-

heid van de uitgangsstoffen berekenen.

De geuren van de gesynthetiseerde esters komen vaak niet

helemaal overeen met de geur volgens de tabel. Mogelijk

komt dit, doordat de geuren van vruchten vaak bepaald

5-E1-3

$


worden door mengsels van een aantal esters. De ester die in

de tabel is opgegeven, is het hoofdbestanddeel van dit meng-

sel. Vaak is de geur beter te bepalen als de concentratie van

de ester lager is. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt door

een druppel van de ester op een filtreerpapiertje te doen en

hieraan te ruiken. Sommige mensen reageren allergisch op

2-hydroxybenzeencarbonzuur (salicylzuur). Dit uit zich in

een rood aanlopend gezicht.

Antwoorden op

de vragen

1/2. De antwoorden op vraag 1 en 2 zijn afhankelijk van de

gekozen ester. De benodigde hoeveelheden in milliliters zijn

weergegeven in tabel 1 bij ‘praktische aanwijzingen’.

3. Als de reactie goed verlopen is, is de omzetting van de

uitgangsstoffen met de gebruikte reactie-opstelling nagenoeg

volledig. Het reactiemengsel ruikt duidelijk anders dan de

uitgangsstoffen. Op basis hiervan mag geconcludeerd worden

dat er nauwelijks meer uitgangsstof aanwezig is. De reactie

is dus aflopend geweest naar de kant van de ester.

Literatuur Williamson, hoofdstuk 27: Esterification.

5-E1-4

$


Leerlingenteksten

6

6-i

$

© MicroChem Nieuwe Achtergracht 129 1018 WS Amsterdam6-ii

Documents

Docenten eerste bundel - UvA · Nederlands voortgezet onderwijs. Kostenbesparing en het verminderen van gevaar en milieubelasting maken het mogelijk dat leerlingen zelfstandiger en