Scheikunde van basisschool tot bovenbouw · Grades 1–12

9Oplossingen en oplosbaarheid

Er gaat een fles bruisend water open: een gesis, en uit het niets stijgt een stroom piepkleine belletjes op. Een seconde eerder zag het water er volkomen helder uit, en toch zat er al die tijd een gas in opgelost. Vaste stoffen lossen op, vloeistoffen lossen op, en ook gassen lossen op — maar nooit onbeperkt. Dit hoofdstuk geeft de delen van een oplossing een naam en meet hoeveel van een stof een vloeistof kan bevatten.

Wat je al weet

Een vaste stof die in water oplost, verdwijnt uit het zicht en laat de vloeistof helder; die heldere vloeistof is een oplossing, en wat opgelost is, zit er nog in (Hoofdstuk 2). Een oplossing is een homogeen mengsel van chemische stoffen (Hoofdstuk 8). Door het water in te dampen, krijg je de opgeloste vaste stof terug (Hoofdstuk 3).

Een fles bruisend water openen: het opgeloste gas komt eruit als belletjes.

9.1 Opgeloste stof en oplosmiddel

Definitie 9.1 (Opgeloste stof, oplosmiddel, waterige oplossing)

In een oplossing heet de stof die oplost de opgeloste stof, en de vloeistof waarin ze oplost het oplosmiddel. Is het oplosmiddel water, dan is de oplossing een waterige oplossing.

Voorbeeld 9.2 (Andere oplosmiddelen dan water)

Water is het meest gebruikte oplosmiddel, maar niet het enige. Nagellak lost niet op in water; hij lost op in propanon (aceton), het oplosmiddel van nagellakremover. Vet en olieverf lossen op in terpentine. Veel geneesmiddelen zijn opgelost in ethanol. Een oplossing kan meerdere opgeloste stoffen bevatten: in zeewater zit opgelost zout en nog veel andere stoffen.

Veiligheid

Propanon (aceton): licht ontvlambare vloeistof en damp (GHS02); het irriteert de ogen en de damp kan slaperigheid of duizeligheid veroorzaken (GHS07). Je gebruikt het in een geventileerde ruimte, ver van elke vlam.

Propositie 9.3 (De massa’s tellen op)

De massa van een oplossing is de massa van het oplosmiddel plus de massa van de opgeloste stof: er gaat niets verloren als een vaste stof oplost, ook al kun je hem niet meer zien.

Als je 10\, g suiker oplost in 100\, g water, krijg je 110\, g oplossing (de massa van het bekerglas is weggelaten). — Als je $10\,\mathrm{g}$ suiker oplost in $100\,\mathrm{g}$ water, krijg je $110\,\mathrm{g}$ oplossing (de massa van het bekerglas is weggelaten).

9.2 Verzadiging en oplosbaarheid

Definitie 9.4 (Verzadigde oplossing)

Een oplossing is een verzadigde oplossing als ze niets meer van haar opgeloste stof kan oplossen: wat je er nog bij doet, blijft onopgelost op de bodem liggen, hoe lang je ook roert.

Definitie 9.5 (Oplosbaarheid)

De oplosbaarheid van een stof in een oplosmiddel is de grootste massa van die stof die een gegeven hoeveelheid oplosmiddel kan oplossen, bij een gegeven temperatuur. Voor een vaste stof in water wordt ze vaak opgegeven in gram per liter (of per kilogram) water.

Propositie 9.6 (Enkele oplosbaarheden in water)

Gemeten oplosbaarheden in water lopen enorm uiteen:

opgeloste stof	oplosbaarheid in water	omstandigheden
suiker (sacharose)	ongeveer $2000\,\mathrm{g}$ per liter water	kamertemperatuur
zout (natriumchloride)	$360\,\mathrm{g}$ per kilogram water	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$
koolstofdioxide	ongeveer $1.5\,\mathrm{g}$ per liter	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , onder het gas
zuurstof	ongeveer $0.04\,\mathrm{g}$ per liter	$20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , onder het gas
zand, krijt	vrijwel nul	—

Een liter water kan meer dan zijn eigen massa aan suiker oplossen, maar nog geen halve gram zuurstof.

Methode 9.7 (Lost alles op?)

Om te weten of een massa $m$ van een stof helemaal oplost in een volume water:

zoek de oplosbaarheid van de stof op (in g per liter water);
bereken de grootste massa die dit volume water kan oplossen;
vergelijk met $m$ : is $m$ kleiner, dan lost alles op; is $m$ groter, dan is de oplossing verzadigd en blijft de rest op de bodem liggen.

Voorbeeld 9.8 (Zout in een glas)

Kan $50\,\mathrm{g}$ zout oplossen in $200\,\mathrm{mL}$ water (ongeveer $200\,\mathrm{g}$ )? Een kilogram water lost hoogstens $360\,\mathrm{g}$ zout op, dus $200\,\mathrm{g}$ water lost hoogstens $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ op. Omdat $50 < 72$ , lost al het zout op.

Steeds meer zout aan hetzelfde water toevoegen. Zodra de oplossing verzadigd is, blijft extra zout op de bodem liggen.

In het laboratorium — Zout water verzadigen

De docent voegt lepel voor lepel zout toe aan $100\,\mathrm{mL}$ water, en roert na elke lepel goed. De eerste lepels verdwijnen; dan lost een lepel niet meer helemaal op en blijven er witte korrels op de bodem liggen: de oplossing is verzadigd. Als je het gebruikte zout weegt, zie je dat er ongeveer $36\,\mathrm{g}$ is opgelost.

9.3 Mengbare en niet-mengbare vloeistoffen

Definitie 9.9 (Mengbare en niet-mengbare vloeistoffen)

Twee vloeistoffen zijn mengbaar als ze samen gemengd één enkele homogene vloeistof geven. Ze zijn niet-mengbaar als ze zich in twee lagen scheiden, de lichtste bovenop.

Voorbeeld 9.10 (Water met ethanol, water met olie)

Water en ethanol zijn mengbaar: samen geschud geven ze één heldere vloeistof. Water en olie zijn niet-mengbaar: hoe hard je ook schudt, de olie komt weer boven en drijft als een aparte laag op het water. In een pot slasaus drijft de olie boven de azijn, die vooral uit water bestaat.

Mengbare vloeistoffen geven één laag; niet-mengbare vloeistoffen geven er twee.

Slasaus: olie en azijn zijn niet-mengbaar.

9.4 Ook gassen lossen op

Propositie 9.11 (Opgeloste gassen)

Gassen lossen een beetje op in water. Bruisende dranken maak je door er in een gesloten fles onder druk koolstofdioxide in op te lossen; als de fles opengaat, komt een deel van het gas er weer uit als belletjes. Water dat met lucht in contact staat, bevat wat opgeloste zuurstof, die vissen via hun kieuwen opnemen. Een gas lost minder goed op in warm water dan in koud water: een warme frisdrank verschaalt sneller.

Voorbeeld 9.12 (De oceanen en koolstofdioxide)

De oceanen staan over twee derde van het aardoppervlak in contact met de lucht. Koolstofdioxide uit de lucht lost erin op, zodat de oceanen een deel opnemen van het koolstofdioxide dat mensen in de lucht brengen.

Een aquarium: de luchtbelletjes zorgen dat het water opgeloste zuurstof voor de vissen blijft bevatten.

9.5 Oefeningen

Oefening 9.1 ★

Noem in suikerwater de opgeloste stof en het oplosmiddel. Is het een waterige oplossing?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.1.

Opgeloste stof: suiker. Oplosmiddel: water. Ja, het oplosmiddel is water: het is een waterige oplossing.

Oefening 9.2 ★

Wat is een verzadigde oplossing? Hoe kun je zien dat een oplossing verzadigd is?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.2.

Een oplossing die niets meer van haar opgeloste stof kan oplossen. Wat je er nog bij doet, blijft onopgelost op de bodem liggen.

Oefening 9.3 ★

Er wordt $20\,\mathrm{g}$ zout opgelost in $250\,\mathrm{g}$ water. Wat is de massa van de oplossing?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.3.

$250 + 20 = 270\,\mathrm{g}$ .

Oefening 9.4 ★

Mengbaar of niet-mengbaar met water: ethanol, slaolie, azijn?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.4.

Ethanol: mengbaar. Slaolie: niet-mengbaar. Azijn: mengbaar (het is grotendeels water).

Oefening 9.5 ★

Noem het oplosmiddel van nagellakremover en geef de betekenis van zijn twee pictogrammen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.5.

Propanon (aceton). GHS02: licht ontvlambaar; GHS07: irriteert de ogen, de damp kan slaperigheid of duizeligheid veroorzaken.

Oefening 9.6 ★★

Bepaal met de oplosbaarheid van zout de grootste massa zout die $500\,\mathrm{g}$ water bij $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ kan oplossen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.6.

$360 \times \frac{500}{1000} = 180\,\mathrm{g}$ .

Oefening 9.7 ★★

Er wordt $80\,\mathrm{g}$ zout door $200\,\mathrm{g}$ water van $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ geroerd. Lost alles op? Zo niet, hoeveel blijft er op de bodem liggen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.7.

$200\,\mathrm{g}$ water lost hoogstens $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ op. Nee: er blijft $80 - 72 = 8\,\mathrm{g}$ op de bodem liggen.

Oefening 9.8 ★★

Er wordt $25\,\mathrm{g}$ suiker opgelost in $225\,\mathrm{g}$ water. Welk percentage van de massa van de oplossing is suiker?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.8.

De oplossing weegt $225 + 25 = 250\,\mathrm{g}$ ; $\frac{25}{250} = 10\,\%$ .

Oefening 9.9 ★★

Kijk naar de figuur van de drie bekerglazen met zout water. In welk bekerglas kan er nog meer zout oplossen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.9.

In het eerste bekerglas, waar al het zout is opgelost en de oplossing nog niet verzadigd is.

Oefening 9.10 ★★

Waarom bruist een fles bruisend water als je hem opent, en niet daarvoor?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.10.

Het koolstofdioxide was onder druk in de gesloten fles opgelost. Als je de fles opent, daalt de druk: het water kan minder gas vasthouden, en het gas dat te veel is, komt eruit als belletjes.

Oefening 9.11 ★★★

Een liter water kan ongeveer $2000\,\mathrm{g}$ suiker oplossen, maar maar ongeveer $0.04\,\mathrm{g}$ zuurstof. Hoeveel keer meer suiker dan zuurstof is dat?

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.11.

$2000 \div 0.04 = 50\,000$ keer meer.

Oefening 9.12 ★★★

In de zomer warmt het water van een vijver op en komen de vissen naar het oppervlak om naar lucht te happen. Leg met dit hoofdstuk uit waarom.

Oplossing

Oplossing van Oefening 9.12.

Een gas lost minder goed op in warm water: de warme vijver bevat minder opgeloste zuurstof, en de vissen komen zuurstof tekort.

9.6 Probleem: De pekel van de kaasmaker

Probleem 9.1

Weekendprobleem — een bad verzadigd zout water voor kazen, en wat de zomerhitte ermee doet

Veel kazen liggen een paar uur in een pekelbad: water dat verzadigd is met zout. Een kaasmaker vult een bak met $20\,\mathrm{L}$ water ( $20\,\mathrm{kg}$ ) en voegt zout toe tot er wat onopgelost op de bodem blijft liggen. Neem voor de oplosbaarheid van zout $360\,\mathrm{g}$ per kilogram water.

Deel I — Woorden.

Wat is in de pekel de opgeloste stof, en wat het oplosmiddel?
Wat betekent “verzadigd” voor de pekel?
Waarom voegt de kaasmaker zout toe tot er een beetje op de bodem blijft liggen?

Deel II — De pekel maken.

Hoeveel zout lost er op in de $20\,\mathrm{kg}$ water?
Wat is de massa van de pekel (zonder het onopgeloste zout)?
Welk percentage van de massa van de pekel is zout? Rond af op een geheel getal.
Op een dag wordt er maar $5\,\mathrm{kg}$ zout toegevoegd. Is de pekel verzadigd? Hoeveel zout zou er nog in kunnen oplossen?

Deel III — Een hete zomer. In een hete week verdampt er $5\,\mathrm{L}$ ( $5\,\mathrm{kg}$ ) water uit de verzadigde pekel van deel II, en er gaat geen zout verloren.

Hoeveel water is er nog in de bak?
Hoeveel zout kan dit water nog opgelost houden?
Wat gebeurt er met het zout dat het resterende water niet meer kan vasthouden?
Hoe kan de kaasmaker door te kijken zien dat dit gebeurd is?
Bereken de massa zout die op de bodem van de bak is uitgekristalliseerd.

Oplossing

Oplossing van Probleem 9.1.

1. Opgeloste stof: zout. Oplosmiddel: water.

2. Het water bevat zoveel zout als het kan: er kan geen zout meer in oplossen.

3. Het onopgeloste zout op de bodem bewijst dat de pekel verzadigd is: ze bevat zoveel zout als mogelijk is.

4. $360 \times 20 = 7200\,\mathrm{g} = 7.2\,\mathrm{kg}$ .

5. $20 + 7.2 = 27.2\,\mathrm{kg}$ .

6. $\frac{7.2}{27.2} \approx 0.26$ : ongeveer $26\,\%$ .

7. Nee: het water zou $7.2\,\mathrm{kg}$ kunnen oplossen. Er kan nog $7.2 - 5 = 2.2\,\mathrm{kg}$ in oplossen.

8. $20 - 5 = 15\,\mathrm{kg}$ water ( $15\,\mathrm{L}$ ).

9. $360 \times 15 = 5400\,\mathrm{g} = 5.4\,\mathrm{kg}$ .

10. Het komt als vaste kristallen uit de oplossing: het kristalliseert uit en zakt naar de bodem.

11. Er verschijnen nieuwe witte kristallen, die zich op de bodem van de bak ophopen.

12. Er is $7.2 - 5.4 = 1.8\,\mathrm{kg}$ zout uitgekristalliseerd.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 852 begrippen in de begrippenlijst