Hoofdstuk 12: polariteit van stoffen

12.2 water als oplosmiddel

• Stoffen met H-brugvormende molecule lossen op in water, andere moleculaire stoffen niet.

Moleculaire stoffen die in water oplossen noem je hydrofiele stoffen, stoffen die niet in water oplossen noem je hydrofobe stoffen.

Waterstofbrug: als een waterstofatoom is gebonden aan een sterk electronegatief atoom, zoals zuurstof, stikstof of fluor. Het positieve H-atoom slaat een brug naar het negatief geladen atoom van het andere molecuul. Waterstofbruggen worden met stippen aangegeven.

Stoffen die met water H-bruggen kunnen vormen zijn in principe oplosbaar, de volgende stoffen moeten daarvoor aanwezig zijn:
H-brugvormende groepen: N-H en O-H
H-brugontvangende groepen: C=O, CN, C-F, O-H, N-H en R-O-R

Een moleculaire stof kan in principe in water oplossen als in de moleculen tenminste één H-brugvormende of -ontvangende groep voorkomt, en het dipoolmoleculen zijn. Mits deze niet een te lange hydrofobe staart heeft of meer dan 4 C-atomen.

Als de maximale oplosbaarheid is bereikt vormt er een tweelagensysteem net als bij bijvoorbeeld slaolie of make-up remover.

Emulsie: mengsels waarin kleine druppeltjes van de ene vloeistof rondzweven in de andere vloeistof. Na enige tijd ontmengen deze emulsies weer en ontstaan er weer twee lagen.

Emulgator: een stof die het ontmengen van een emulsie voorkomt. Een emulgator heeft een hydrofiele kop en een hydrofobe staart.

Bij een olie-in-wateremulsie steken de hydrofiele kopjes van de emulgator naar buiten in het water en de hydrofobe staartjes steken in de olie, naar binnen dus.

Bij een water-in-olie-emulsie is dit andersom en steken de staartjes naar buiten (in de olie, net als bij olie-in-water) en de kopjes naar binnen ( in de olie, net als bij de water-in-olie)

Andere heterogene mengsels:
-Een suspensie: vaste deeltjes die zweven in een vloeistof
-nevel: druppeltjes vloeistof die leven in een gas
-rook: vaste deeltjes, zwevend in een gas
-schuim: gasbelletjes in een vloeistof

Zouten:
als een zout oplost in water, wordt het ionrooster verbroken. De vrijgekomen ionen worden allemaal gehydrateerd (de ionen worden aan alle kanten omringd met water). De watermoleculen richten zich met hun negatief geladen kant naar positieve ionen, negatieve ionen zijn omhuld met de positieve kant van een watermolecuul. Dit heet een ion-dipoolbinding.

Deze bindingen zijn over het algemeen sterker dan een waterstofbrug, hierdoor verloopt het oplossen van een zout beter dan het oplossen van vergelijkbare moleculaire stoffen.
voorbeeld:
stearinezuur: C17H35COOH = niet oplosbaar ivm de lengte van het molecuul en de lange hydrofobe staart.
natriumstearaat: C17H35COOHna: redelijk oplosbaar ivm het zout molecuul aan het einde.

Zo worden micellen gevormd.

Micellen: een  micel is een soort bolletje van emulgatoren, alle hydrofobe staartjes zijn naar binnen gericht en alle hydrofiele kopjes naar buiten. Zo kan er dus een watervrije ruimte ontstaan in water.

Alleen stoffen met een ion-dipoolbinding, dus zouten, kunnen micellen vormen. Daarom dienen stoffen met zouten beter als een wasstof.

12.3 Chromatografie
chromatografie is de verzamelnaam voor een aantal scheidingstechnieken die alle berusten op een verdeling van stoffen in een mengsel.

Mobiele fase: de ‘stromende’ fase. Deze verplaatst zich.
Stationaire fase: de stilstaande fase

Papierchromatografie:
je maakt gebruik van een strookje filtreerpapier waar je een mengsel van stoffen op aanbrengt, net boven het vloeistofniveau. Het filtreerpapier hang je in een bak met loopvloeistof tot aan het vloeistofniveau. Door de capillaire werking loopt het vloeistof omhoog en neemt de mobiele fase van het mengsel mee en laat de stationaire fase op dat punt hangen.

Loopvloeistof: vaak een mengsel van water en één of meerdere andere vloeistoffen (bijvoorbeeld aceton)
het water in de loopvloeistof hecht zich aan het papier door de O-H groepen in het water, dit is dus de stationaire vloeistoffase, de rest van de loopvloeistof wordt beschouwd als de mobiele fase omdat deze zich naar boven verplaatst.

Dit voorbeeld word vloeistof-vloeistofchromatografie genoemd, ook wel LLC.

Er kan in plaats van vloeistof en papier ook gas worden gebruikt. Dit wordt gas-vloeistofchromatografie genoemd, ook wel GLC.

Kv= [A]s/[A]m

K=verdelingsconstante

Hoe groter de voorkeur van A voor de mobiele fase, hoe compacter blijft de vlek.
Hoe groter de voorkeur van A voor de stationaire fase, hoe meer uitgerekt is de vlek.

Rf (relative flow)= afstand van de startlijn tot zwaartepunt van een stofvlek/ afstand van startlijn tot vloeistoffront

Naast papierchromatografie is er ook dunne-laag chromatografie. Het idee is het zelfde, maar bij dunne-laag chromatografie wordt plastic gebruikt ipv papier.

Gaschromatografie:
in plaats van water wordt er een opstelling gebruikt. In het eerste deel van de opstelling wordt een mengsel van gassen ingespoten. Dit mengsel gaat door een lange opgerolde capillaire buis heen, de wanden van die buis zijn bekleed met vloeistof. Het mengsel zal in de vloeistof oplossen, maar niet alle stoffen lossen even snel op. De stof die het snelst oplost komt als eerst naar buiten in de detector.

Bij de gaschromatograaf kunnen ook sterk verdunde stoffen goed gedetecteerd worden, zoals bijvoorbeeld een stof in het bloed of in een sloot. Er kunnen zelfs stoffen uit de lucht gedetecteerd worden.