Nova Sk 6vg uitwerkingen PDF

Preview

Summary

een broodje ma piema en patatje ma pang pang...

Description

SCHEIKUNDE 6 VWO | GYMNASIUM UITWERKINGENBOEK AUTEURS Ilse Landa Joris Schouten Bas Zoon EINDREDACTIE Aonne Kerkstra MET DANK AAN A. Breedveld M. Windmeijer

Tweede editie Malmberg ’s -Hertogenbosch www.malmberg.nl/nova-scheikunde

2

Nova

Inhoudsopgave 12 Materialen OLED 1 Van structuur naar eigenschappen 2 Additiepolymeren 3 Condensatiepolymeren 4 Nieuwe materialen

4 4 6 9 12

13 Analysetechnieken Degradatie van schilderijen 1 Analyse en onderzoek 2 Chromatografie 3 Gaschromatografie 4 Massaspectrometrie 5 Titrimetrie

15 15 17 18 20 22

14 Chemie van het leven Bacteriofagen 1 De cel 2 Koolhydraten 3 Vetten 4 Eiwitten 5 Enzymen 6 DNA en RNA

27 28 29 30 33 36 37

15 Industriële chemie De algenfabriek 1 Van grondstof tot product 2 Productieprocessen 3 Energie en industrie 4 Milieueffectrapportage 5 Recycling

39 39 42 44 46 48

3

© Uitgeverij Malmberg

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

12 Materialen OLED Praktijk 1 Samsung heeft vanaf de eerste Galaxymodellen ingezet op OLED-technologie. Apple heeft vanaf de iPhone X OLED -displays gebruikt. Sony brengt pas sinds 2018 een telefoon met OLED -display op de markt. 2

a wit b zwart c Een display mengt de verschillende kleuren licht door elkaar. Bij elk lampje dat extra aangaat, komt er een extra kleur bij. Alle kleuren samen maken wit licht. In een printer absorberen pigmenten bepaalde kleuren licht. Hoe meer pigmenten je door elkaar mengt, hoe meer licht er wordt geabsorbeerd. Als alle licht is geabsorbeerd, krijg je de kleur zwart.

3

Het polymeer moet elektrische stroom kunnen geleiden om de light emitters (emittermoleculen) te kunnen activeren. Lange organische moleculen kunnen stroom geleiden als er een geconjugeerd systeem aanwezig is. In een geconjugeerd systeem kunnen de elektronen van de dubbele bindingen zich verplaatsen, waardoor deze elektronen zich door het molecuul bewegen.

4

a Bij de additiereactie verdwijnt de dubbele binding. In de polymeerketens komen daarom normaal gesproken geen dubbele bindingen voor, of maar één per monomeereenheid, bij 1,4 -additie van het butadieen-type. b

5

a Een QLED-televisie is niets anders dan een lcd -televisie met quantum dots in plaats van kleurenfilters. Een QLED -televisie heeft dus meer weg van een lcd-televisie. b De matrix is in dit geval het kleurenfilter. Bij een OLED -display is deze matrix actief, want zij straalt zelf licht uit. Het kleurenfilter van een lcd -scherm is passief, want het geeft pas licht als er licht op valt.

1

Van structuur naar eigenschappen

Opdrachten 1 a Bijvoorbeeld: een hoge druk - en treksterkte, corrosiebestendig en niet oplosbaar in water. b Bijvoorbeeld: gemakkelijk bewerkbaar, relatief hoge druk - en treksterkte, lage dichtheid. c Dat zijn vooral de chemische eigenschappen: hout is brandbaar. Dat komt de veiligheid niet ten goede. Hout is poreus en hydrofiel. Het kan gaan rotten.

4

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

2

Stroomgeleiding vindt plaats door vrij bewegende geladen deeltjes. Doordat metalen valentieelektronen bevatten die vrij door het metaalrooster kunnen bewegen, is in metalen aan beide voorwaarden voldaan. Ionogene keramiek bevat ook geladen deeltjes die echter niet kunnen bewegen, omdat ze vastzitten in het ionrooster. Covalente keramiek en de meeste polymeren bevatten geen geladen deeltjes die vrij kunnen bewegen.

3

Doordat de twee metaalsoorten een verschillende ionstraal hebben, ontstaat een verstoord metaalrooster. De rijen metaalatomen kunnen dan in het metaalrooster minder gemakkelijk langs elkaar schuiven. Hierdoor kan het materiaal meer kracht weerstaan voordat het vervormt.

4

Carbon is heel licht en sterk, maar ook vrij stijf. Als het een harde klap te verduren krijgt, breekt het. Staal is sterk en enigszins flexibel, het heeft een grotere treksterkte, maar is wel erg zwaar. Het frame van een BMX moet zulke zware klappen opvangen zo dat het van staal is gemaakt. De extra massa neemt men op de koop toe. Voor een wielrenner is het lage gewicht van een carbon frame juist doorslaggevend.

5

a In keramiek bevinden zich ion- en atoombindingen die door het verhitten zijn geoptimaliseerd. Er zijn in keramiek geen deeltjes die langs elkaar heen kunnen schuiven zonder bindingen blijvend te verbreken. In een metaalrooster kunnen de deeltjes langs elkaar schuiven zonder dat de metaalbinding verbreekt. b Metalen zijn gevoelig voor corrosie. Het zijn reductoren en in de buitenlucht bevinden zich altijd oxidatoren, zoals zuurstof en water. Keramiek bestaat uit niet-metalen en/of ionen. In keramiek bevinden zich dus geen/minder sterke reductoren en daardoor is keramiek chemisch stabieler.

6

a Een keramisch materiaal wordt altijd verhit voor het zijn speciale eigenschappen krijgt. Een zout dat niet door verhitting een transformatie heeft ondergaan, is geen keramiek, zelfs niet als het van zichzelf al bijzondere eigenschappen heeft. b Dat kan met behulp van een andere materiaaleigenschap die wel verschilt, bijvoorbeeld de brekingsindex of de dichtheid.

7

a Een thermoplast is een lineair polymeer; de lineaire polymeerketens zijn niet onderling met elkaar verbonden. Een thermoharder is een netwerkpolymeer; de polymeerketens zijn onderling verbonden met crosslinks (atoombindingen). b Doordat de polymeerketens in een thermoplast los van elkaar kunnen bewegen, kan een thermoplast bij verwarming smelten. Een thermoharder kan niet smelten, omdat hij niet uit losse polymeermoleculen bestaat die langs elkaar kunnen bewegen. De polymeerketens zijn onderling met atoombindingen door crosslinks verbonden, hierdoor gaat een thermoharder bij verhitting ontleden. c Een thermoharder kun je niet meer verder verwerken als hij eenmaal is gevormd. Een thermoplast wel; die kun je omsmelten. Een granulaat moet dus een thermoplast zijn. d Dat ligt eraan of je het bekijkt vanuit de microstructuur of vanuit de materiaaleigenschappen van het polymeer. Op microniveau is het een lineaire polymeerketen, dus een thermoplast, maar op macroniveau gedraagt het materiaal zich als een thermoharder, want het materiaal smelt niet meer bij verhitting, maar ontleedt. e M(C2H4) = 2 × 12,01 + 4 × 1,008 = 28,05 g mol–1 M 4,0 10 6  1, 4 105 polymerisatiegraad  UHMWPE  28, 05 M etheen

8

a De kleine moleculen van de weekmaker bevinden zich tussen de lange polymeermoleculen. Hierdoor komen de polymeermoleculen verder van elkaar te zitten en worden de vanderwaalsbindingen zwakker. De polymeerketens kunnen nu gemakkelijker langs elkaar glijden. Op macroniveau betekent dit dat het materiaal zachter en flexibeler is.

5

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

b Bij thermoharders zijn de lange polymeerketens via crosslinks (atoombindingen) met elkaar verbonden. De polymeerketens kunnen daardoor niet langs elkaar schuiven, ook niet met behulp van een weekmaker. c De weekmakers bestaan uit kleine moleculen die uit het polymeer kunnen lekken, zeker wanneer het babyflesje in de magnetron wordt verwarmd. Op deze manier krijgen baby’s met de flesvoeding ook potentieel gevaarlijke stoffen binnen. 9

De belasting van het balkon zal van boven komen. Doordat het balkon aan het uiteinde nergens op rust, zal het uiteinde naar beneden buigen. De grootste trekkracht ontstaat daardoor aan de bovenkant van het balkon. De stalen bewapening zorgt voor vergroting van de trekkracht; de bewapening zal dus boven in de betonvloer moeten worden geplaatst.

10 Polymeren en metalen zijn vervormbare materialen. De microstructuur laat beweging van de polymeerketens ten opzichte van elkaar toe. Daarom kun je de materialen gemakkelijk buigen zonder dat breuk optreedt.

2

Additiepolymeren

Opdrachten 11 a een dubbele binding b Nee, alleen de twee C -atomen aan weerszijden van de dubbele binding van het monomeer komen in de polymeerketen terecht; de overige atomen vormen een zijketen. c Nee, er kunnen alleen C -atomen in voorkomen, omdat steeds de twee C -atomen aan weerszijden van de dubbele binding van het monomeer aan elkaar worden gekoppeld. 12

13 a

6

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

b

c Een repeterende eenheid van acryl bestaat uit drie C-atomen, drie H-atomen en een N-atoom. De molaire massa van één repeterende eenheid van polyetheennitril, C 3H3N, is dus: 3 × 12,01 + 3 × 1,008 + 1 × 14,01 = 53,06 g mol–1 De gemiddelde molaire massa van acryl met een polymerisatiegraad van 5,0∙10 3 wordt dan: 5,0∙103 × 53,06 = 2,7∙105 g mol–1 d Het drievoudig gebonden N -atoom heeft een partiële negatieve lading waardoor het dipooldipoolbindingen met watermoleculen kan aangaan. Acryl is daardoor hydrofieler dan polyetheen. Transpiratievocht kan gemakkelijker hydrofiele kleding passeren dan hydrofobe kleding, waardoor polyacryl comfortabeler draagt dan polyetheen. 14 a Door de hoge temperaturen verdampt de weekmaker uit het materiaal. De polymeerketens kunnen niet meer langs elkaar heen bewegen. Het materiaal wordt harder en brosser en scheurt opeens gemakkelijk. Dit effect zie je vooral optreden bij opblaasspeelgoed voor in het water. b In natuurrubber bevinden zich nog veel dubbele bindingen. Die absorberen gemakkelijk uv-licht en vormen dan radicalen die zorgen voor extra crosslinks en ketenbreuk. Polyetheen bevat alleen enkele bindingen, waardoor dit proces veel minder plaatsvindt. c Rode kleurstoffen absorberen blauw licht. Blauw licht is hoogenergetisch en maakt de stof dus sneller kapot. Blauwe pigmenten absorberen juist rood licht en weerkaatsen blauw licht. Het rode licht bevat minder energie en zal de stof minder snel afbreken. 15 a

b

Als je het tweede monomeer, isopreen, gespiegeld hebt ingebouwd, komt de CH=CH2-groep op het derde C-atoom van de weergegeven polymeerketen terecht. Dat is ook goed. Hetzelfde geldt voor de CH3-groep van het vierde monomeer. Deze groep mag ook op het negende C-atoom van de weergegeven polymeerketen zitten. Spiegeling van het eerste en het derde monomeer geeft ook net een andere structuur. 16 a

b

c De sulfonzuurgroep heeft een OH -groep die waterstofbruggen met watermoleculen kan vormen. Bovendien zal een deel van de sulfonzuurgroepen een H +-ion afstaan door een zuur-basereactie met water. De negatief geladen groep die daarbij ontstaat, kan ion-dipoolbindingen met watermoleculen vormen.

7

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

17

18 a

b

c

d Zwavel wordt veel aangetroffen bij actieve vulkanen. Het stinkt er daardoor vaak naar rotte eieren (H2S). e Door de overmaat aan zwavel worden er zo veel crosslinks gevormd dat de ketens helemaal niet meer kunnen bewegen en het materiaal niet meer vervormbaar is. Er ontstaat geen elastomeer, maar een thermoharder. *19 a

Op manier 2 ontstaat het meer gesubstitueerde en dus het stabielste radicaal. b Omdat de methylgroep van het monomeer steeds aan het radicale C-atoom terechtkomt, op de kop van de groeiende monomeerketen, zullen de methylgroepen steeds op elk tweede C -atoom zitten. 20 a

b Doordat er veel mesomere grensstructuren zijn, is het radicaal stabieler. Bovendien zijn er C - en Natomen met veel zijketens. Radicalen op atomen met veel zijketens zijn ook stabieler. 21 a

8

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

b

c Per 100 g mengsel is 72 g water gebonden. M(H2O) = 18,015 g mol–1

m 72  = 4,0 mol water M 18,015 De overige 100 – 72 = 28 g bestaat uit HEMA. De molaire massa van een monomeereenheid C 6H10O3 bedraagt: 6 × 12,01 + 10 × 1,008 + 3 × 16,00 = 130,14 g mol–1 28 m n  = 0,215 mol monomeereenheden HEMA M 130,14 n

Per monomeereenheid bevinden zich dus gemiddeld

4,0 = 18,59 = 19 watermoleculen in de 0, 215

hydrogel. d

e

f

3

De aanwezige ketendelen in pNIPAM kunnen door de crosslinks niet vrij bewegen ten opzichte van elkaar tijdens het opdrogen. De ketendelen kunnen zich hierdoor niet regelmatig rangschikken, waardoor geen kristallijne gebieden ontstaan.

Condensatiepolymeren

Opdrachten 22 a Tijdens de polymerisatiereactie komt er een klein molecuul vrij, vaak water. Dit water condenseert tijdens de reactie. b In de polymeerketen bevinden zich dan O- of N-atomen.

9

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

c Het monomeer moet (minimaal) twee reactieve groepen hebben die bij een condensatiereactie betrokken kunnen zijn. 23 Een monomeer van een condensatiepolymeer bevat (minimaal) twee reactieve groepen. De polymerisatiereactie kan dus bij elk monomeer beginnen, overal in het reactiemengsel. 24

25 a De getallen 8,6 komen overeen met het aantal C-atomen die de gebruikte monomeren bevatten. Het eerste getal heeft betrekking op het gebruikte diamine, het tweede getal op het gebruikte dizuur. b

c Nylon-8,6 heeft per repeterende eenheid een C=O-groep en een N–H-groep die waterstofbruggen met de watermoleculen kunnen vormen. Tussen deze groepen zitten vrij lange apolaire koolstofketens. Nylon -8,6 zal daarom zeer beperkt in staat zijn water aan te trekken. d Dat kun je zien, want wanneer een aminozuur wordt gebruikt, is de oriëntatie van de amidegroep steeds hetzelfde doordat steeds een kop-staartbinding plaatsvindt. Bij gebruik van een combinatie van diaminen en dizuren zit de amidebinding steeds om en om gespiegeld in de keten. Als je goed kijkt naar de structuur van nylon-8,6 zie je dat de amidegroep steeds om en om gespiegeld zit. 26 a methanol b

c De benzeenring is een starre structuur. Het polymeer zal daardoor stijvere polymeerketens hebben en sneller kristallijne gebieden vormen. Dat leidt tot een sterker materiaal. 27 a PHB wordt gemaakt door een micro-organisme en is dus in elk geval biogebaseerd. De bacterie maakt het molecuul om energie op te slaan, en zal het molecuul dus ook weer kunnen afbreken om de energie weer vrij te kunnen maken. Dan is het zowel biogebaseerd als biodegradeerbaar. b

c Een polymeer van 2 -hydroxybutaanzuur en 4-hydroxybutaanzuur heet ook PHB.

10

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

28 a Doordat crosslinks polymeerketens met atoombindingen aan elkaar koppelen, kunnen ze moeilijker ten opzichte van elkaar bewegen. Bij weinig crosslinks leidt dat tot elasticiteit: de stof keert terug naar zijn oorspronkelijke vorm. De aanwezigheid van veel crosslinks leidt tot een hard en bros materiaal dat breekt voordat het vervormt. Materialen met crosslinks kunnen niet smelten of oplossen, omdat alle ketens aan elkaar vastzitten. b

Een monomeer kan crosslinks vormen tijdens de polymerisatie als er meer dan twee karakteristieke groepen aan het molecuul zitten. Dat is het geval bij de moleculen 2, 3, 5 en 6. 29 a Door het ontdekken van een H-Y-zeoliet die de omzetting van etheen en 2,5-dimethylfuraan in p-xyleen katalyseert b

c In het artikel is sprake van de vorming van een bijproduct. d

e

f

g

h Bio-PET is biogebaseerd, dus gemaakt van hernieuwbare grondstoffen. Maar omdat PET benzeenringen bevat, is het slecht biologisch afbreekbaar. Het is niet biodegradeerbaar en draagt dus bij aan het plastic zwerfafval. Omdat PET een thermoplast is, kunnen PET-flessen wel worden gerecycled.

11

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

30 a Een carbonaation bestaat uit een C-atoom en drie O-atomen. Dit structuurkenmerk ook. b

31 a

b Tussen de polymeerketens kunnen door de aanwezigheid van NH - en C=O-groepen veel waterstofbruggen worden gevormd. c Wanneer het di-isocyanaat dezelfde structuur houdt, moet de alcohol voor de crosslinks zorgen. Het moet een of meer extra OH -groepen bevatten (minimaal drie OH-groepen) om een netwerkpolymeer te kunnen vormen.

4

Nieuwe materialen

Opdrachten 32 Bij tekenpapier liggen de houtvezels totaal willekeurig in alle richtingen. Daardoor is er geen voorkeurscheurrichting. Bij krantenpapier liggen de vezels blijkbaar vooral in dezelfde richting. Het scheuren van krantenpapier gaat alleen goed ‘met de vezels mee’. 33 a

b

c waterstofbruggen en ion-dipoolbindingen d De molaire massa van een monomeereenheid natriumpolyacrylaat, C 3H3O2Na, bedraagt: 3 × 12,01 + 3 × 1,008 + 2 × 16,00 + 22,99 = 94,04 g mol–1 In 10 g natriumpolyacrylaat bevinden zich n 

m 10  = 0,1063 mol monomeereenheden. M 94,04

M(H2O) = 18,015 g mol–1 76 g water komt overeen met n 

m 76  = 4,219 mol water. M 18,015

Per monomeereenheid hebben zich dus gemiddeld

4, 219 = 39,67 = 40 watermoleculen 0,1063

gebonden. e De polymeerketen bestaat uitsluitend uit C -atomen en wordt dus lastig afgebroken. De vele COO –-groepen worden waarschijnlijk wel herkend door de enzymen van bacteriën en schimmels. Hierdoor is natriumpolyacrylaat waarschijnlijk matig biologisch afbreekbaar.

12

Nova

© Uitgeverij Malmberg

H12 Materialen

34 a Het polymeer cellulose bestaat uit veel aan elkaar gekoppelde glucosemoleculen. Per gekoppeld glucosemolecuul zijn er drie OH -groepen aanwezig. Dat betekent dat cellulosemoleculen zeer veel waterstofbruggen kunnen vormen met de watermoleculen. Cellulose kan dus water gemakkelijk aan zich binden. Polystyreen, gemaakt van fenyletheen, kan geen waterstofbruggen vormen. b In hout zitten wel dezelfde absorberende vezels, maar doordat er geen luchtige structuur is, kan het water niet zo diep doordringen in het hout. 35 a

b Doordat in polyethyn om en om dubbele bindingen in de polymeerketen zitten, is er sprake van een geconjugeerd systeem. Dit betekent dat polyethyn elektrische stroom zal kunnen geleiden. c Polymeer A, B en D hebben een geconjugeerd systeem en zullen dus elektrische stroom geleiden. 36 a

CaO(s)  H2 O(l)  Ca(OH) 2 (s)

b Doordat water bij nog niet uitgehard cement komt, kan het materiaal alsnog uitharden en de scheur opvullen. c Als er scheurtjes ontstaan, dringt water binnen tot bij het SAP, waardoor het opzwelt en de scheurtjes afdicht. d Door het ontstaan van de scheur komen de bacteriën in aanraking met water en lucht. e Bacteriën zijn levende organismen. Die kunnen doodgaan. De voedingsbron (ureum) kan opraken, wegspoelen of reageren. 37

Het verschil tussen binnen- en buitendiameter is bij een dun materiaal veel kleiner dan bij een dik materiaal. Daardoor is de trekspanning ook kleiner. 38 a De ionstraal van cadmium en seleen zijn respectievelijk 97∙10–12 en 202∙10–12 m. Dat komt overeen met ongeveer 0,1 en 0,2 nm. In een quantum dot van 10 nm passen dus ongeveer 75 ionen op een rij. b Bij nanodeeltjes zitten er relatief zo veel deeltjes aan het oppervlak dat de afwijkende eigenschappen van die grensdeeltjes de eigenschappen van het materiaal op macroniveau beïnvloeden. 39 a tot de polyamiden of peptiden b Factor 1: de vezels liggen parallel gerangschikt. Daardoor is de afstand tussen de moleculen klein, waardoor de vanderwaalsbinding groot is en de spindraad sterk. Factor 2: de stukjes β-sheet vormen door middel van waterstofbruggen bindingen met β-sheets van andere polymeerketens waardoor de ketens sterk aan elkaar zijn gebonden. c De stukjes keten met de amorfe α-helixgebiedjes kunnen bij trekspanning extra len...