Examen scheikunde havo 2017 1e tijdvak met video-uitleg

Examen scheikunde havo 2017 1e tijdvak met video-uitleg

Vooraf

Dit examen is verwerkt in een arrangement, waarbij de oefening centraal staat.

De antwoorden op de open vragen kun je invullen, zodra je op de knop 'controleer antwoord' drukt, worden de mogelijke antwoorden onder het kopje 'Uitleg' zichtbaar.

Bij de vragen waarbij een berekening wordt gevraagd, kun je het antwoord invullen in de invulbalk. Als je nu op de knop 'controleer antwoord' drukt, krijg je tekst 'Goed' te zien, als het antwoord juist is. Zo niet dat wordt aangegeven dat het antwoord 'fout' is en gelijktijdig zie je de juiste oplossing.

Bij vragen met 2 of meer punten is aangegeven met bolletjes wat de goede deelantwoorden zijn. Op deze manier kun je zelf een inschatting maken van de score die je antwoord oplevert.

De open vragen kun je ook op een stuk papier maken en vervolgens op de knop 'controleer antwoord' drukken. Je kunt dan ook zien of je antwoord goed is.

 

Als Je (type)fouten in het examen opmerkt, of de uitleg bij een bepaalde opgave onvoldoende vindt, dan verzoek ik je een mail te sturen naar dicknaafs@live.nl

 

Dick Naafs, oud-docent scheikunde

 

Wouter Renkema heeft de filmpjes met video-uitleg toegevoegd.

Contrastmiddel voor MRI-scans

MRI staat voor Magnetic Resonance Imaging. Deze techniek wordt in ziekenhuizen gebruikt voor onderzoek aan bijvoorbeeld bloedvaten. Soms gebruikt men voor het maken van een MRI-scan het contrastmiddel OMNISCAN™. Dit wordt in de bloedbaan geïnjecteerd.

OMNISCAN™ bevat gadodiamide. Dit is een verbinding van het element gadolinium (Gd). In die verbinding komen Gd3+ ionen voor. Door de magnetische eigenschappen van Gd3+ ionen geeft de MRI-scan een betere afbeelding. In de natuur komt de isotoop Gd-158 het meest voor.

In een gadodiamide-deeltje is een Gd3+ ion ingekapseld door een organisch deeltje. Zie figuur 2 voor een structuur van een gadodiamide-deeltje.

Gadodiamide is goed oplosbaar in water. De gadodiamide-deeltjes blijven in de oplossing intact en vallen niet uiteen tot ionen.

Gadodiamide kan worden bereid uit gadolinium(III)oxide via de volgende reactie:
2 C16H29N5O8 + Gd2O3 -->  2 GdC16H26N5O8 + 3 H2O

Vrije Gd3+ ionen zijn giftig voor mens en dier. De LD50 voor muizen is 42 mg kg–1.
Gd3+ ionen in gadodiamide-deeltjes zijn veel minder giftig.
De LD50 van Gd3+ ionen in gadodiamide verschilt een factor 100 met de LD50 van vrije Gd3+ ionen.
Voor de mens wordt als veilige dosering van gadodiamide de grens van 0,1 mmol per kg lichaamsgewicht aangehouden.
Hierop is de onderstaande doseringskaart voor OMNISCAN™ gebaseerd.
 
 
Met een berekening kan worden aangetoond dat bij een dosering die op de doseringskaart is vermeld, de veiligheidsgrens niet wordt overschreden.

Men verwacht dat het gebruik van gadodiamide toeneemt. Omdat gadodiamide via de urine wordt uitgescheiden, zal het gehalte aan
gadodiamide in afvalwater toenemen. 
Dit kan voor milieuproblemen zorgen omdat gadodiamide niet in een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) wordt afgebroken.
In een laboratorium werd onderzocht of gadodiamide kan worden verwijderd uit een oplossing door middel van de scheidingsmethode
adsorberen. De conclusie was dat verwijdering niet lukt met deze scheidingsmethode.

In tabel 1 staan gemiddelden van een aantal metingen van het Gd3+ gehalte.

Hoewel nog geen methode bestaat om gadodiamide uit afvalwater te verwijderen, wordt bij RWZI’s al nagedacht over de wijze waarop de eventuele verwijdering kan worden uitgevoerd. Een chemisch technoloog stelt voor om de urine van mensen bij wie gadodiamide is gebruikt, apart te verzamelen en daaruit het gadodiamide te verwijderen.

contrastmiddel voor MRI scans vraag 1 t/m 7

‘Drogen’ van witte olieverf

Olieverf wordt al eeuwen gebruikt voor het maken van schilderijen.
Olieverf wordt gemaakt door pigmentkorrels te mengen met een vloeibaar bindmiddel. Pigmentkorrels geven kleur aan de verf.
Loodwit, Pb3(CO3)2(OH)2, is een wit pigment dat vroeger veel werd gebruikt. Loodwit kan worden opgevat als een mengsel van de zouten lood(II)carbonaat en lood(II)hydroxide. Uit de formule van loodwit kan de molverhouding van deze twee loodzouten worden afgeleid.

Een veelgebruikt bindmiddel in olieverf is lijnolie. Lijnolie is een vloeibaar mengsel van triglyceriden. Triglyceriden zijn tri-esters van glycerol en vetzuren. De koolwaterstofgedeeltes van de vetzuren in lijnolie bevatten veel C=C bindingen. In tabel 1 staat de gemiddelde vetzuursamenstelling van lijnolie.

Het uitharden van olieverf wordt ook wel ‘drogen’ genoemd. Onder invloed van (uv-)licht reageren hierbij C=C bindingen met zuurstof. Bij dit proces ontstaan geleidelijk steeds meer crosslinks. In figuur 1 is de uitharding schematisch weergegeven.

Het volledig uitharden van verf die op basis van lijnolie is gemaakt, kan een flink aantal dagen duren. Een producent van olieverf heeft onderzoek gedaan aan de uitharding. Bij dat onderzoek werd onder andere de verandering van de massa van lijnolie tijdens het uitharden gevolgd. In diagram 1 is het resultaat weergegeven van een onderzoek aan een laagje olieverf met een dikte van 0,254 mm. Deze olieverf was samengesteld uit lijnolie en het witte pigment titaan(IV)oxide. Dit pigment wordt tegenwoordig gebruikt in plaats van het giftige loodwit.

 

video-uitleg drogen van olieverf (vraag 8 t/m 13)

Alginaat

Onder ‘moleculair koken’ wordt verstaan: het toepassen van wetenschap bij voedselbereiding in de keuken. Alginaat wordt in de moleculaire keuken gebruikt om bolletjes te maken die op kaviaar lijken en gevuld zijn met een vloeistof. Bij het doorbijten van de bolletjes komt de vloeistof vrij in de mond. Dat zorgt voor een bepaalde smaaksensatie. Marije wil haar vrienden verrassen met ‘limonadekaviaar’. Zij vindt op internet het volgende recept:

Bij het oplossen van calciumchloride worden ionbindingen verbroken. Er worden ook nieuwe bindingen gevormd.

Natriumalginaat is een natuurlijk polysacharide met de formule Nan(C6H7O6)n. Het monomeer van natriumalginaat heeft dezelfde
basisstructuur als glucose, met in plaats van een -CH2OH groep een -COO– Na+ groep. Hieronder zijn het monomeer waaruit natriumalginaat is opgebouwd en een fragment van natriumalginaat schematisch weergegeven:

Bij het oplossen van natriumalginaat in water komen natriumionen en alginaationen vrij.

Wanneer het mengsel van natriumalginaat en limonadesiroop in de calciumchloride-oplossing wordt gedruppeld (stap 4), vormt zich meteen een dun laagje zogenoemde gel rondom de druppeltjes. De gel bestaat uit alginaationen die door calciumionen als een soort crosslinks zijn verbonden.

Voor de smaaksensatie is het van belang dat de bolletjes niet te laat uit de calciumchloride-oplossing worden geschept (stap 5).
Wanneer te lang wordt gewacht, is de vloeistof binnen in de bolletjes namelijk ook omgezet tot een gel.

Marije leest op internet dat calciumchloride een beetje bitter smaakt en dat in plaats van calciumchloride ook het smaakloze calciumlactaat gebruikt kan worden. Calciumlactaat heeft de formule Ca(C3H5O3)2.

video-uitleg alginaat (vraag 14 t/m 17)

Bio-P

Te veel fosfaat in oppervlaktewater leidt tot een afname van de waterkwaliteit. Een van de oorzaken is het uitspoelen van (kunst)mest
vanaf landbouwgrond.

Rioolwater bevat ook fosforverbindingen die veelal worden aangeduid als fosfaat. In een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) wordt rioolwater gezuiverd. De gezuiverde uitstroom van een RWZI wordt geloosd op het oppervlaktewater. In steeds meer RWZI’s wordt fosfaat biologisch verwijderd met het zogenoemde Bio-P proces. In figuur 1 is dit continuproces schematisch weergegeven.

* slib = waterige biomassa, bestaande uit o.a. bacteriën

In het Bio-P proces wordt gebruikgemaakt van speciale bacteriën. Deze zetten fosfaat om tot polyfosfaat dat zij opslaan als energievoorraad. In het Bio-P proces zijn afwisselend anaerobe (zuurstofloze) en aerobe (zuurstofrijke) omstandigheden nodig.
In de anaerobe tank nemen de bacteriën koolstofverbindingen op uit het rioolwater, zetten die om tot polyhydroxybutyraat (PHB) en slaan het PHB op. Voor de omzetting van koolstofverbindingen tot PHB is energie nodig. De bacteriën halen deze energie uit de afbraak van polyfosfaat tot fosfaat. Het fosfaat wordt uitgescheiden en komt weer in het water terecht.

In de aerobe tank zetten de bacteriën PHB om tot koolstofdioxide en water. De energie die hierbij vrijkomt, gebruiken ze om zich te
vermeerderen. Daardoor neemt het aantal bacteriën toe en dus ook de hoeveelheid slib.
De bacteriën in de aerobe tank nemen fosfaat op en zetten dit om tot polyfosfaat. De hoeveelheid fosfaat die hierbij wordt opgenomen, is veel groter dan door de bacteriën in de anaerobe tank is afgegeven.
De omzettingen die in de bacteriën in de aerobe tank plaatsvinden, zijn hieronder schematisch vereenvoudigd weergegeven:

PHB is een polyester. De structuurformule van een fragment van PHB is hieronder weergegeven:

PHB kan worden beschouwd als een condensatiepolymeer dat is gevormd uit het monomeer C4H8O3.

Voor de omzetting van PHB tot koolstofdioxide en water is zuurstof nodig.

Een gedeelte van het fosfaatrijke slib wordt teruggevoerd naar de anaerobe tank (zie figuur 1). De rest van het slib wordt afgevoerd. In een aantal moderne RWZI’s wordt deze rest gebruikt om fosfaat terug te winnen in de vorm van struviet (MgNH4PO4 . 6H2O), dat als kunstmest kan worden gebruikt. Na een aantal bewerkingen van het slib wordt een geconcentreerde oplossing van magnesiumchloride toegevoegd.
De volgende reactie vindt dan plaats:
Mg2+ + NH4+ + PO43– + 6 H2O → MgNH4PO4.6H2O  reactie 1
                                                           struviet
De vorming van struviet vindt plaats in een licht basisch milieu met een pH van 7,8.

video-uitleg BioP (vraag 18 t/m 24)

Stanyl®

Stanyl is een sterke kunststof die pas bij hoge temperatuur smelt (295 °C). Dit maakt Stanyl geschikt als vervanger van metalen onderdelen in auto’s en in elektronische apparatuur.
Stanyl is een copolymeer dat ontstaat door polycondensatie van twee soorten monomeren.
Een van deze twee is butaan-1,4-diamine, H2N-(CH2)4-NH2.
Hieronder is de structuurformule van Stanyl schematisch weergegeven:

Bij de vorming van Stanyl via polycondensatie ontstaat water als bijproduct.

Het fragment dat in de structuurformule van Stanyl (zie hierboven) tussen de grote haken staat, wordt de repeterende eenheid genoemd. De eigenschappen van een polymeer worden mede bepaald door de gemiddelde molecuulmassa van het polymeer. Een veelgebruikte Stanyl-soort heeft de gemiddelde molecuulmassa 2,0·104 u.

Stanyl is een zogenoemde nylon en is ontwikkeld als kunststof die steviger is en bij een hogere temperatuur kan worden toegepast dan het bekende nylon-6,6. De repeterende eenheid van nylon-6,6 is hieronder weergegeven:

De aantrekkingskracht tussen nylonmoleculen wordt grotendeels bepaald door waterstofbruggen tussen C=O groepen en NH groepen. In figuur 1 is schematisch weergegeven hoe ketens van Stanyl en nylon-6,6 door middel van waterstofbruggen aan elkaar gebonden zijn.

 

Voorwerpen van Stanyl worden geproduceerd met behulp van de techniek spuitgieten. In figuur 2 is een schematische tekening weergegeven van een machine waarmee deze techniek wordt uitgevoerd.

Bij de vultrechter (2) worden Stanylkorrels in de spuitgietmachine gebracht. Deze korrels worden verwarmd en de ronddraaiende schroef (1) zorgt voor verplaatsing van Stanyl. Via de spuitmond (3) wordt Stanyl in een mal (4) geperst zodat het voorwerp in de gewenste vorm stolt. 
De producent van Stanyl adviseert bepaalde temperaturen voor de drie zones die in figuur 2 zijn aangegeven.
Bij die temperaturen verloopt het spuitgieten optimaal.
De producent geeft de volgende temperatuurtrajecten voor de drie zones:
− 80 - 120 °C
− 280 - 320 °C
− 305 - 335 °C
Met behulp van het smeltpunt van Stanyl (295 °C) kan worden afgeleid welk temperatuurtraject bij welke zone hoort.

video-uitleg stanyl (vraag 25 t/m 28)

Bruin worden van appels

Waarom wordt een geschilde appel bruin? Nathalie zoekt het uit en vindt op de website van Food-info: De kleur wordt veroorzaakt door het bruine pigment melanine. Melanine wordt gevormd uit zogenoemde polyfenolen.
Polyfenolen zijn stoffen die fenolgroepen bevatten. De structuurformule van fenol is hieronder weergegeven:

Sommige polyfenolen worden gevormd uit een bepaald aminozuur.

De kleurreactie wordt gekatalyseerd door het enzym fenolase en kan als volgt vereenvoudigd worden weergegeven:

 

De bruinkleuringsreactie vindt plaats doordat bij het snijden van appels plantencellen kapot gaan. Nathalie zoekt naar methodes om de
bruinkleuring te voorkomen. Deze methodes berusten onder andere op de remming van de enzymwerking of het ‘wegnemen’ van zuurstof. Zo is bekend dat koelen en toevoegen van citroensap of suiker de bruinkleuring remmen. Nathalie gaat aan de slag. Ze snijdt appels in partjes en verdeelt ze in vier porties. In tabel 1 zijn haar experimenten samengevat.

Bij experiment 2 wordt water door suiker (sacharose, zie Binas-tabel 67F2 of ScienceData-tabel 13.1 d) gebonden. Hierdoor blijft er te weinig water beschikbaar voor een goede werking van fenolase.

Citroensap (experiment 3) bevat onder andere citroenzuur en vitamine C.
Nathalie onderzoekt welke van deze twee componenten voor de remming van de bruinkleuring zorgt.
Ze heeft de beschikking over:
− appelpartjes;
− citroensap;
− oplossing van citroenzuur (met dezelfde concentratie als in citroensap);
− oplossing van vitamine C (met dezelfde concentratie als in citroensap).
Ze voert twee eenvoudige experimenten uit en trekt daaruit de conclusie dat vitamine C de bruinkleuring volledig remt en dat citroenzuur de bruinkleuring niet remt.

Nathalie leest op internet dat vitamine C reageert met zuurstof. Dat is een redoxreactie, net als reactie 1. In reactie 1 reageert polyfenol als reductor. Ze begrijpt nu waarom vitamine C de bruinkleuring kan remmen.

video-uitleg bruin worden van appels (vraag 29 t/m 35)