Scheikunde H5: Oplossen en mengen + §6.1 en 2
§5.1: Mengen op macroniveau
Om te achterhalen waarom sommige stoffen wel of niet goed oplosbaar zijn in water, moet je
eerst kijken op macroniveau (zichtbaar) en vanuit hier kun je conclusies trekken op
microniveau (moleculen en atomen). Alkanen, alkenen en cycloalkanen zijn hydrofoob, dit
betekent dat ze waterafstotend zijn. Alkanolen zijn juist hydrofiel, dus wateraantrekkend.
Wanneer een koolstofketen korter is, is deze juist hydrofoob en is die beter mengbaar met
water dan met wasbenzine. Hoe langer deze koolstofketen wordt, hoe hydrofober de stof
wordt en dan wordt deze dus juist beter mengbaar met wasbenzine dan met water.
Hydrofobe stoffen mengen wel goed met elkaar. Alkaanamines lossen net als alkanolen
goed op in water, maar hoe langer de koolstofketen hoe slechter de stof oplost. Wanneer
een koolstofketen te lang is of aan -OH en -NH groepen ontbreekt, is deze hydrofoob.
Carbonzuren zijn koolwaterstoffen waarvan sommige in water een zure oplossing vormen.
Hoe langer de koolstofketen, hoe hydrofober. Zout lost goed, matig of slecht op in water. Als
een zout meer dan 0,1 mol per liter oplost, lost deze goed op.
§5.2: Polaire en apolaire stoffen
Bij een elektronenpaar die uit twee dezelfde atoomsoorten bestaat, trekken deze atomen
allebei even hard aan het atomen paar. Bij twee verschillende is dit echter niet het geval. Bij
de atoomsoort die harder aan het elektronenpaar trekt, zit de negatieve lading het dichtst bij.
Deze kant waar het hardst aan wordt getrokken is dan ook negatief geladen of δ-. De
andere kant is dan positief geladen of δ+. De waarde van δ is altijd tussen de 0 en 1.
Doordat ze allebei een deel van de lading zijn hebben beide atoomsoorten een partiële
lading. Een binding tussen twee verschillende niet-metaalatomen heet een polaire
atoombinding of binding. De binding tussen ionen (zout) is een ionbinding en doordat de
atoomsoorten zo erg verschillen kunnen een of meer elektronen helemaal van de ene naar
de andere atoom overgaan. Er is dus een gemeenschappelijk elektronenpaar, maar aparte
ionen die met een ionbinding bij elkaar worden gehouden. Hieronder staan de verschillende
bindingen:
H : H → atoombinding
δ−¿¿
❑δ+ ¿H : Cl ¿→ polaire atoombinding
−¿¿
Na +¿Cl → ionbinding
¿
De bindingen met zuurstof-, stikstof- en fluoratomen zijn polaire atoombindingen met
andere atoomsoorten, omdat de δ- lading zich in deze atomen bevindt. In waterstofchloride
zit een positieve pool en een negatieve pool en daarom is het ook een dipoolmolecuul of
dipool. Stoffen met een dipool zijn polair en stoffen zonder zijn apolair. Alkanen zijn altijd
apolair omdat de C-H en C-C binding geen dipool hebben. De binding, dipool-dipool
binding, tussen polaire stoffen is sterker dan die van apolaire omdat de negatieve en
positieve kant zo hard aan elkaar trekken. Bij moleculen met meer dan twee atomen hangt
het ook van de ruimtelijke bouw af of een molecuul een dipoolmolecuul is, want het kan
ook zo zijn dat atomen zo bij elkaar liggen dat de polaire bindingen elkaar opheffen. Als het
dipoolmoment niet gelijk is aan 0 is het molecuul een dipoolmolecuul.
§5.3: Oplosbaarheid op microniveau
De molecuulmassa is relatief laag als je kijkt naar het kookpunt en het dipoolkarakter. Dit
komt door de onwijs sterke dipool-dipool binding tussen de O atomen en H atomen in water.
De positieve kant van H trekt heel hard aan de negatieve kant aan O. Deze polaire binding
, van water heet ook wel waterstofbrug of H-brug. Ook tussen de stikstofatomen en
wateratomen in ammoniak is een sterke polaire binding, oftewel een waterstofbrug.
Alkanolen hebben ook waterstofbruggen, omdat deze een hydroxylgroep, -OH, en een
aminogroep, -NH, bevatten die elkaar sterk aantrekken en dus onderling H-bruggen
vormen. Ook HF moleculen vormen H-bruggen. Het kookpunt met waterstofbruggen is
relatief veel hoger dan die met een vanderwaalsbinding/dipool-dipool binding. Als stoffen
met bijvoorbeeld -OH groepen in water worden gegooit, ontstaan er waterstofbruggen omdat
deze stof dan ook polair is. Apolaire stof echter mengen nauwelijks met water, omdat ze ook
geen waterstofbruggen kunnen vormen. Als glucosekristal bijvoorbeeld in water wordt
gegooit, dan komen die moleculen los uit het molecuulrooster en de watermoleculen die ook
los komen, gaan om die glucosemoleculen zitten. Dus als een stof waterstofbruggen kan
vormen met watermoleculen, lost deze goed op in water. Als een stof een deel apolair is,
maar dit relatief klein is, beïnvloedt dit niet de oplosbaarheid. Bij een molecuul met -CH2 en -
CH3 kunnen geen H-bruggen worden gevormd en als deze veel voorkomt en er meer H-
bruggen worden verbroken dan nieuwe gemaakt, lost een stof niet goed op in water. Als er
in de andere stof geen -OH groep of -NH groep voorkomt, vormen er dus geen H-bruggen
en is deze stof dus niet sterker dan water en kan deze niet tussen de watermoleculen gaan
zitten en mengt deze/lost deze niet op. De kenmerkende groep van een carbonzuur is een
carboxylgroep (-COOH). Een alkaanzuur bevat een carboxylgroep. Een aminozuur is
een stof waarvan de moleculen zowel een -COOH groep hebben als een -NH2 groep.
Oplosbaarheid van aminozuren zijn afhankelijk van R, de stof die aan de zuur verbonden
zit.
§5.4: Hydratatie en kristalwater
Wanneer een zout in water wordt opgelost komen de moleculen het ionrooster uit. Het is
lastig om de ionen uit een ionrooster te krijgen omdat deze elkaar met de tegengestelde
lading aantrekken. Wanneer een zout in aanraking komt met water, gaan er om de
afzonderlijke ionen watermoleculen zitten. De H-kant van de watermoleculen wordt gericht
naar de negatieve ionen en de O-kant wordt gericht naar de positieve ionen. Dit heet ook
wel hydratatie. De watermoleculen die voor hydratatie zorgen, voorkomen dat de ionen
weer terug in hun ionrooster gaan en zorgen er dus voor dat deze niet terug gaat in zijn
vaste vorm. Bij een slecht oplosbaar zout is dit de watermoleculen dan ook niet gelukt. De
ion-dipool binding is de aantrekkingskracht tussen de watermoleculen en ionen. Zouten
kunnen ook in ethanol oplossen en dan krijgen ze een andere kleur. De ion-dipool binding is
bij water echter wel sterker dan bij ethanol. Als het kristalrooster van een zout water bevat,
ook wel kristalwater, heet deze zouten hydraten. Het kristalwater kan de
stofeigenschappen van de vaste stof beïnvloeden, zoals de kleur en hardheid. De
hoeveelheid die in een zout kan worden gebouwd verschilt per zout. Door een zout te
verwarmen ontstaat er weer een vochtvrij zout en kan de vochtvreter worden hergebruikt.
Wit kopersulfaat is een reagens om water aan te tonen, want het bindt goed met water
(hygroscopisch). Hierbij ontstaat een blauw kopersulfaat. Deze heeft een ion-dipool binding
en is daarom lastig af te breken. Het watervrij maken van blauw kopersulfaat gaat door deze
binding dan ook lastig. Aluin is hygroscopisch aan de eiwitten van een beschadigde huid.
§5.5: Emulgatoren
Olie mengt niet goed met water. Toch bestaan er emulsies. Dit is een mengsel van slecht
oplosbare vloeistoffen met een emulgator. Een emulsie is troebel en de emulgator houdt de
slecht mengbare stoffen gemengd. Een emulgator is gedeeltelijk hydrofoob van ongeveer
