Samenvatting scheikunde H12.3 en H13 (klas 5)

H12§3: Chromatografie

Chromatografie is een verzamelnaam voor een aantal scheidingstechnieken die alle berusten op een verdeling van stoffen in een mengsel over 2 fasen: een stromende fase (mobiele fase) langs een stilstaande fase (stationaire fase).

Vloeistof-vloeistofchromatografie (llc), bijvoorbeeld papierchromatografie. Je gebruikt een strook speciaal filtreerpapier met daarop een mengsel van stoffen. Het filtreerpapier wordt in een loopvloeistof gezet (water + andere stof, bijv. aceton). H₂O (= stationaire fase) hecht zich aan het papier, de andere loopvloeistoffen zijn de mobiele fase.

Principe vd. scheiding met vloeistof als stationaire fase: de oplosbaarheid ve. stof is verschillend. De stof die in contact staat met een stationaire en een mobiele vloeistoffase, zal zich daardoor ongelijkmatig over beide fasen verdelen. Het volgende evenwicht ontstaat A­_m ↔ A_{s ­}met deze evenwichtsvoorwaarde (verdelingsconstante): K = [A_s]/[A_m]. Stof A wordt door de mobiele fase meegenomen naar een nieuwe omgeving waar minder A is. Hierdoor is concentratieverschuiving en zal stof A meer gaan hechten aan de stationaire fase.

R_f-waarde = relative flow = afstand vd. startlijn tot middelpunt (zwaartepunt) ve. stofvlek/afstand vd. startlijn tot vloeistoffront. In dezelfde omstandigheden is de R_f-waarde karakteristiek voor een stof en kan je de R_f-waarde vergelijken met een referentiestof.

Tegenwoordig wordt geen papier meer gebruikt, maar een plastic plaatje met een dunne laag silica (SiO₂), want deze kan veel sneller loopvloeistof opnemen, scherpere scheiding van stoffen en daardoor een sneller evenwicht (dit is dunnelaagchromatografie). Met beide chromatografieën kan je kwalitatieve analyses uitvoeren, maar met dunnelaagchromatografie kan je ook kwantitatieve analyses uitvoeren.

Bij gaschromatografie is draaggas de mobiele fase. De stationaire fase is een capillaire kolom met aan de binnenkant een dunne laag poreus dragermateriaal. Retentietijd (verblijftijd ve. bepaalde stof in de kolom) is te bepalen dmv.:

·         Kolomkeuze; de aard vh. vloeistoffilmpje (stationaire fase)

·         Kolomtemperatuur (hoogte vh. kookpunt vh. gas)

·         Stroomsnelheid vh. draaggas (stoffen die de kolom snel verlaten  hebben een korte retentietijd)

Als het mengsel zowel bestaat uit stoffen met een korte retentietijd als stoffen met een extreem lange retentietijd, is het ondoenlijk de analyse bij constante temperatuur uit te voeren. Dan wordt gebruikgemaakt ve. vooraf ingesteld temperatuurprogramma (van laag naar hoog, zodat bij lage temperatuur de lange retentietijd niet eindeloos is, en bij hoge temperatuur de korte retentietijden samenvallen).

Kwalitatieve analyse: je maakt 2x een chromatogram, 1x normaal en 1x met extra toegevoegd de stof die je denkt dat aanwezig is. Als je het goed hebt, is de piek vd. toegevoegde stof in het 2^e chromatogram groter dan in de 1^e.

Kwantitatieve analyse: afhankelijk vd. gaschromatograaf zal de hoevh. gebruikte stof een grote/kleine/geen piek geven. Om de relatieve gevoeligheid vd. gaschromatograaf te testen, maak je en equimolair (= mengsel met van alle stoffen evenveel mol) mengsel met de interne standaard (= controlestof die je toevoegt) en de te onderzoeken stof. Bekijk de verhouding tussen die pieken en gebruik die factor als correctiefactor.

H13§2: Elektromagnetische straling

Fotonen; kleine energiebundeltjes. Een foton heeft een bepaalde golflengte (afstand vd. top naar de volgende top, λ in m). Frequentie (f) is het aantal trillingen per seconde (s^-1/Hz). c = f * λ (c = lichtsnelheid, 3.0 * 10⁸ m/s). Elke foton heeft fotonenergie (afhankelijk vd. frequentie). E = h * f (h = constante van Planck, 6.63 * 10^-34 J * s). Wanneer atomen fotonen opnemen, komen ze van de grondtoestand in een aangeslagen toestand. Het elektron gaat dan naar een hoger energieniveau. Atomen kunnen alleen fotonen opnemen met een bepaalde fotonenergie (kwantumhypothese van Niels Bohr, energiekwantum). Het elektron kan daardoor maar bepaalde energiewaarden hebben.

Monochromatisch licht: licht met 1 fotonenergie (1 bep. golflengte).

Emissiespectrum: spectrum vd. uitgezonden straling

Absorptiespectrum: spectrum vd. geabsorbeerde straling

Fotochemie: endotherme reactie verkrijgt energie dmv. elektromagnetische straling. 

§3: Spectrofotometrie

IR-spectrometrie: absorptie van straling in het IR-gebied door moleculen. Atoombindingen zijn niet star, ze vibreren (verkorten & verlengen van bindingen (rekvibratie) en bindingshoeken veranderen (buigvibratie)). Deze vibratiebewegingen kennen verschillende energieniveaus die worden weergegeven in een IR-spectrum. Tabel 39B voor de karakteristieke groepen en bijbehorende absorptiegebied.

Transmissie; doorlaatbaarheid.

Colorimetrie; spectrometrische methode die gebruikmaakt vd. absorptie in het zichtbare gebied. Voor kwantitatieve bepaling, registratie met het oog (ontbreken van kleuren).

uv/VIS-spectrum; spectrum in het gebied op de grens van ultraviolet en zichtbaar licht. 

§4: Spectrofotometrie als kwantitatieve analysemethode

Wet van Lambert-Beer; T =I/I₀ = 10^{- ε * c * d} en E = -log(T) dus E = ε * c * d

·         E = extinctie, dit is niet meer dan een getal om van de transmissieformule geen exponentenformule te maken

·         T = transmissie

·         I = intensiteit vd. bundel die uit de cuvet komt

·         ε= molaire extinctiecoëfficiënt

·         c = concentratie vd. stof (tabel 37E)

·         d = weglengte in de cuvet

IR-spectrometrie kwantitatief: dan wordt er niet een geschikt golflengtegebied gekozen, maar 1 bepaalde golflengte waarbij de stof sterk absorbeert. 

§5: Gaschromatografie en massaspectrometrie

Gaschromatografie: zie §12.3

Massaspectrometrie: door een massaspectrometer worden elektronen in de ionisatiekamer op een molecuul afgeschoten waardoor een fragment van het molecuul een ⁺ lading krijgt en zich scheidt van het molecuul. Deze stukken gaan door een magnetisch veld waar een scheiding optreedt naar massa gedeeld door lading (m/z). Ze gaan door een magnetisch veld waar de te zware en te lichte deeltjes uit worden gehaald .Uiteindelijk bereiken de overige deeltjes de detector. Hoe meer deeltjes van hetzelfde fragment met dezelfde lading, des te sterker is het signaal.