Stof (scheikunde)

Voorkomende stoffen in de aardkorst.

Met stof in de chemie bedoelt men meestal een zuivere stof (geen mengsel). Zuivere stoffen kunnen enkelvoudig of samengesteld zijn. Het vormen van een stof uit zijn grondstoffen heet synthese.

Het is niet altijd eenvoudig een precieze definitie te geven van een chemische stof, hoezeer ook het begrip een sleutelrol in de ontwikkeling van de chemie gespeeld heeft, en hoezeer het begrip om die redenen ook vandaag nog in het onderwijs onmisbaar is.

Moleculaire stoffen

Wanneer een stof een moleculaire structuur heeft, liggen de zaken het eenvoudigst. Men bedoelt er dan een materiaal mee dat bestaat uit moleculen die allemaal dezelfde atoomopbouw bezitten. Bijvoorbeeld alcohol bestaat uit moleculen die allemaal twee koolstofatomen, één zuurstofatoom en zes waterstofatomen bestaan, allemaal op dezelfde manier tot een CH₃CH₂OH-eenheid verbonden. Wanneer er ook moleculen met een andere structuur aanwezig zijn spreekt men dan van een onzuiverheid of in extremere gevallen een mengsel. Mengsels kan men dan zien als samengesteld uit meerdere stoffen.

Voor moleculaire stoffen kan men stellen dat de elementen waaruit zij zijn opgebouwd altijd in een strikt vastliggende vaste verhouding (stoechiometrie) voorkomen (2:1:6 voor alcohol bijvoorbeeld).

Inter- en intramoleculaire wisselwerkingen

Meestal maakt men bij dit soort stoffen een strikte scheiding tussen wisselwerkingen tussen de atomen binnen het molecuul en die tussen de moleculen. Tot de eerste worden meestal gerekend de covalente of polaire chemische bindingen, tot de laatste vanderwaalskrachten, de dipolaire wisselwerking en de waterstofbinding. Toch is zelfs hier de scheiding niet geheel scherp te maken. Waterstofbinding kan de sterkte van een zwakke chemische binding bereiken, bijvoorbeeld in het F-H-F^- ion.

Het koken van water wordt meestal gezien als een puur fysische zaak: moleculen H₂O gaan over van een vloeistof naar een gasfase. Het feit dat water een vrij hoog kookpunt heeft vergeleken tot bijvoorbeeld H₂S is echter te danken aan het feit dat de watermoleculen in de vloeistoffase vrij sterk door waterstofbindingen aan elkaar verbonden zijn. In zekere zin is een waterdruppel dus een netwerk van vele los-vast aan elkaar verbonden H₂O eenheden. Of we dit een vrij sterke fysische intermoleculaire wisselwerking of een vrij zwakke (intramoleculaire) chemische binding noemen is een kwestie van smaak. Bij de verdamping van bijvoorbeeld rode fosfor (een oneindig covalent gebonden netwerk) tot P₄-moleculen is dit nog sterker het geval.

Anderzijds zijn er vrij zwakke donor-acceptorbindingen (meestal gezien als intramoleculaire chemische bindingen) die tot de vorming van complexen leiden die vaak alleen in evenwicht met hun samenstellende delen voorkomen. Het is moeilijk te zeggen wat de 'zuivere stof' is in zo'n geval.

Macromoleculaire stoffen

Bij materie die niet is opgebouwd uit relatief kleine, goed gedefinieerde moleculen ligt het beduidend moeilijker. Polymeren zijn daar een goed voorbeeld van. Hoewel een polymeer als polyetheen gezien kan worden als een stof, bestaat de stof vrijwel altijd uit een mengsel van moleculen die een variabele lengte hebben. Strikt genomen is polyetheen dus nooit een zuivere stof, hoewel alle moleculen wel (behoudens de lengte) dezelfde basisstructuur hebben.

Ionogene roosters

Bij vaste stoffen met een roosterstructuur wordt het nog ingewikkelder. In het geval van stoffen met een ionogene opbouw zoals keukenzout die goed beschreven kunnen worden als opgebouwd uit Na⁺ en Cl^--ionen is er nog wel sprake van een strikte stoechiometrie. Het is echter vaak wel mogelijk om bepaalde ionen door andere te vervangen, bijvoorbeeld natrium door kalium zonder dat dat de structuur wezenlijk verandert. Meestal worden dit soort systemen als vaste oplossingen beschouwd. Het is verleidelijk zo'n vaste oplossing een 'mengsel' te noemen, maar er is een wezenlijk verschil tussen een mengsel korrels puur NaCl en puur KCl enerzijds en korrels van een vaste oplossing Na_0.5K_0.5Cl anderzijds. De eenheidscellen van de drie soorten korrels zijn bijvoorbeeld anders en daarmee ook vele andere fysische eigenschappen.

Het is echter ook mogelijk dat er nieuwe structuren ontstaan. Kaliumsulfaat en aluminiumsulfaat geven samen bijvoorbeeld een kaliumaluminiumsulfaat (aluin) dat een andere structuur heeft dan de uitgangsstoffen. In dit geval ligt de samenstelling nog redelijk vast, hoewel kalium gemakkelijk gedeeltelijk door andere alkalimetalen te vervangen is en aluminium juist door bijvoorbeeld ijzer.

Metaalbinding

Bij vele vaste stoffen kunnen nieuwe structuren optreden waarvan de samenstelling niet in één vaste verhouding vastligt. Vooral in het geval van metaal-metaal verbindingen (legeringen) kan men dan vaak beter van fasen dan van verbindingen spreken. Hoewel er verschillende structuren te onderscheiden zijn van fase tot fase, is de elementverhouding van de fase vaak lang niet zo scherp bepaald als bij moleculaire vaste stoffen. Het wordt in dat geval een vrij subjectieve zaak wat men een 'zuivere' stof en wat een 'mengsel' noemt.

Zie ook

• Lijst van stoffen (chemie)
• Zuivere stof
• Mengsel
• Samengestelde stof
• Enkelvoudige stof
• synthese
• CAS-nummers

  Vrije mediabestanden over Chemical substance op Wikimedia Commons