Materie en techniek

Inleiding

“Scheikunde of chemie is een natuurwetenschap die zich richt op de studie van samenstelling en bouw van stoffen, de chemische veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden, en de wetmatigheden die daaruit te destilleren zijn.”
(Bron: wikipedia)

Scheikunde is dus de studie naar stoffen.

Wat zijn stoffen eigenlijk? Met stof in de scheikunde wordt iets anders bedoeld dan het woord ‘stof’ in de spreektaal. Het gaat bij scheikunde niet om een bepaald stofje voor kleding, of om huisstof dat opgezogen moet worden met de stofzuiger. In de scheikunde wordt met stof een vorm van materie bedoeld die dezelfde chemische samenstelling heeft: een chemisch "zuivere stof".

Wat ga ik leren?

Aan het eind van dit thema kan ik:

Stoffen

stoffen beschrijven aan de hand van de volgende stofeigenschappen: kleur, geur, oplosbaarheid in water, fase bij kamertemperatuur, elektrische geleiding, kookpunt, smeltpunt, dichtheid, de mate van warmtegeleiding, brandbaarheid en mengbaarheid.
metalen en kunststoffen beschrijven aan de hand van stofeigenschappen.
aan de hand van gevarensymbolen beschrijven welke gevaren het gebruik van bepaalde stoffen met zich meebrengt.

Mengsels

aan de hand van de dichtheid van stoffen beschrijven dat voorwerpen zinken, zweven of drijven in water.
het begrip zuivere stof beschrijven.
een aantal zuivere stoffen herkennen en benoemen.
bekende stoffen in zuivere stoffen en mengsels indelen en van de mengsels kun je de bestanddelen beschrijven.
de volgende mengsels benoemen en beschrijven:
- suspensie,
- oplossing
- legering
- emulsie.

Scheiding

de volgende scheidingsmethodes benoemen en beschrijven: bezinken en afschenken, filtreren en indampen.
beschrijven verwarmen of afkoelen van stoffen faseovergangen kunnen veroorzaken.

Waterzuivering

de productie van drinkwater uit grondwater en oppervlaktewater beschrijven.
van water benoemen waar ik het tegenkom (waaronder kraanwater, regenwater, zeewater, koelwater) en waar ik het voor gebruik.

Wat ga ik doen?

Het thema ‘Materie en techniek’ bestaat uit de volgende onderdelen:

Onderdeel	Beschrijving	Tijd in uren
Inleiding		1
Stoffen	Je ontwerpt kleding voor een brandweerman. Ook geef je aan hoe je een tweetal stoffen van elkaar kunt onderscheiden.	2
Mengsels	Je doet de Eureka-proef van Archimedes na en onderzoekt zo of een kroon van massief goud is.	2
Scheiding	Je scheidt een mengsel van zout, suiker en zand.	2
Waterzuivering	Je bekijkt een filmpje over waterzuivering en geeft schematisch de scheidingsstappen aan.	2
Afsluiting		1
Totaal		10

Stoffen

Inleiding

Ik ben Aristoteles. Ik leef in de 4^e eeuw voor Christus en ik word beschouwd als één van de invloedrijkste natuurfilosofen ooit. Ik veronderstel dat alle materie uit vier elementen is opgebouwd, uit water, vuur, aarde en lucht. Elk van deze elementen kan in een ander worden omgezet.

Eeuwenlang hebben mensen dit een veelbelovend idee gevonden. Als elementen in een ander kunnen worden omgezet dan kan bijvoorbeeld lood veranderd worden in goud! Zogenaamde “alchemisten” hebben eeuwenlang gezocht naar de steen der wijzen, een steen waarmee metalen in goud kunnen veranderen! Met de technieken die ze ontwikkelden en de vragen die ze stelden over materie, waren deze alchemisten de voorlopers van de huidige chemici.

De steen der wijzen is nooit gevonden. Nu weten we dat dit ook niet kan. Een metaal is niet zomaar in goud om te zetten. Eigenschappen (kwaliteiten) van elementen horen echt bij stoffen.

In dit deel leer je daar meer over.

Waarnemen

Zelf ontwerpen

Scheikunde zou je kunnen beschrijven als de studie naar stoffen. Dankzij deze studie, kunnen nieuwe materialen gemaakt worden.

Beter kunstgras voor het voetbalveld bijvoorbeeld, of sterkere en lichtere vliegtuigen. Sneller maken van schaatspakken, lichter maken van fietsen.

Bekijk het volgende filmpje:

Video: Scheikunde - Nieuwe materialen

Waarom zijn die eigenschappen nou zo belangrijk?

Om daar meer over te weten te komen doe je de volgende twee opdrachten:

Stel dat je beschermende kleding ontwerpt voor een brandweerman.
Welke eigenschappen moeten de stoffen hebben waaruit die kleding bestaat?

Doe het volgende:

Maak een schets van de kleding of zoek een afbeelding op van een brandweerman in werkkleding.
Geef op je schets/afbeelding aan uit welke materialen de kleding bestaat.
Licht toe waarom er voor die materialen gekozen is.

Lever je ontwerp in bij de docent.

Verklaren

Beantwoord de vragen

Theorie

Bij scheikunde bestudeer je stoffen en hun eigenschappen.
Verschillende stoffen, hebben verschillende eigenschappen.

Stofeigenschappen

zijn eigenschappen waar je een stof aan kunt herkennen, zoals:

kleur: goud heeft zijn eigen kleur.
geur: benzine kun je ruiken.
oplosbaarheid in water: keukenzout is goed oplosbaar in water.
elektrische geleiding: metalen geleiden elektriciteit.
kookpunt: het kookpunt van alcohol is 78°C
smeltpunt: het smeltpunt van alcohol is -114 °C
warmtegeleiding: metalen geleiden warmte.
brandbaarheid: hout is brandbaar, water brandt niet.
fase bij kamertemperatuur: vast, vloeibaar of gasvormig.
Gewicht, vorm en temperatuur zijn géén stofeigenschappen. Een stof heeft geen vast gewicht, geen vaste vorm en geen vaste temperatuur. Dit zijn geen stofeigenschappen.

Materiaalgroepen

zijn materialen met overeenkomstige eigenschappen.
Twee materiaalgroepen zijn:

Metalen

Metalen voorwerpen glanzen meestal en zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit. Veel metalen kun je magnetisch maken. Metalen hebben meestal een hoog smeltpunt. Voorwerpen die van een metaal gemaakt zijn kun je meestal verbuigen of indeuken, maar zullen niet snel breken. Voorbeelden van metalen zijn ijzer, nikkel, aluminium, koper, etc. Al deze metalen hebben een gemeenschappelijk set stofeigenschappen.
Bijboorbeeld hout is geen metaal, want het heeft deze stofeigenschappen niet.

Kunststoffen

Een kunststof is een stof die niet in de natuur voorkomt. Voorbeelden van kunststoffen zijn plastic, nylon, teflon, keflar.
Voordelen van plastics zijn onder andere dat ze sterk, makkelijk te bewerken en goedkoop zijn. Nadelen van plastics zijn dat het veel energie kost om ze te maken en dat ze niet meer afbreekbaar zijn in de natuur. De grondstof voor plastic is aardolie.

Voor de meeste stoffen geldt dat je geen beschermende maatregelen hoeft te nemen als je met de stof werkt.
Sommige producten kunnen wel gevaarlijk zijn.
Op de verpakkingen van die gevaarlijke stoffen staat dan een gevarensymbool.

Gevarensymbolen

Hieronder zie je een aantal voorbeelden van gevarensymbolen:

Verwerken

Mengsels

Inleiding

Ik ben Archimedes. Ik woon in Syracuse in 220 voor Chr. Ik ben later wereldberoemd geworden als wiskundige. Ook bedacht ik veel oorlogstuig.

Wellicht ken je mijn uitdrukking: “Eureka!” Ik riep “Eureka!” toen ik in bad zat en me ineens de oplossing van een probleem te binnen schoot.

Het ging zo.

De koning had een geschenk gekregen. Een prachtige gouden kroon. Hij vroeg mij te onderzoeken of de kroon wel van massief goud was. Bij het onderzoek moest de kroon natuurlijk in goede staat blijven dus ik kon de kroon niet smelten of uit elkaar gaan halen. Hoe kon ik er achter komen?

Toen ik in een keer in een volle badkuip ging zitten, zag ik dat het water over de rand stroomde.

En toen ineens, had ik de oplossing.

Ik kond de kroon onderdompelen in water, om het volume te bepalen. En de kroon wegen, om het gewicht te bepalen. De verhouding tussen gewicht en volume, de dichtheid, kon ik vergelijken met die van massief goud. Gelijke dichtheid: de kroon is van goud. Ongelijke dichtheid: oei, de kroon is niet van massief goud.

Wat bleek? De dichtheid was niet die van goud.

De goudsmid werd onthoofd.

Wil je meer weten? Bekijk dat de volgende filmpjes.

Video: Wie was Archimedes?
Wet van Archimedes: Kroon van Syracuse

Waarnemen

Verslag schrijven

Je gaat de proef van Archimedes nadoen.
Doe de volgende opdracht.

Archimedes
Kop eraf of niet: Is het goud of is het geen goud?
Je gaat de proef niet nadoen met echt goud, maar met koper.

Je krijgt een materiaal en je krijgt puur koper.
De vraag is: is het materiaal koper of niet.

Ga als volgt te werk:

Bepaal de massa.
Bepaal het volume.
Is het materiaal zuiver koper?
Gaat je kop eraf?

Verwerk het bovenstaande in een verslag van ongeveer één A4’tje.

Verslag schrijven

Een verslag is een goede manier om een onderzoek te beschrijven dat je hebt uitgevoerd.

Tip
Hulp nodig? Bekijk de volgende filmpjes:

Bekijk van dit filmpje het eerste deel. Het gaat om de uitleg van het begrip dichtheid:

Bekijk ook deze filmpjes:

Verklaren

Leg uit wat dichtheid is

Dichtheid
Leg in eigen woorden uit wat dichtheid is. Gebruik voorbeelden.
Je moet ongeveer een kwart tot een half A4’tje tekst hebben.

Theorie

Massa

De massa van een voorwerp bepaal je door het voorwerp te wegen.
Wegen doe je met een weegschaal of met een balans.

Het symbool voor massa is m.

De maat waarin je meet noem je de eenheid.
De eenheid van massa is gram (g) of kilogram (kg).
Er geldt: 1 kg = 1000g

Volume

Een voorwerp, vloeistof of gas heeft een volume.
Het volume is de hoeveelheid ruimte die door het voorwerp, vloeistof of gas wordt ingenomen.
Het symbool voor volume is V.

Om het volume van een voorwerp weer te geven gebruik je als eenheid meestal cm³, dm³ of m³

1 m³ = 1000 dm³
1 dm³ = 1000 cm³

Voor het weergeven van het volume van een vloeistof of gas gebruik je als eenheid meestal liter (L) of (mL).

1 L = 1000 mL
1 L = 1 dm³
1 mL = 1 cm³

Het volume van een vloeistof kun je bepalen met een maatglas of maatbeker. Op het maatglas zie een schaalverdeling. Op die schaalverdeling staat ook de eenheid waarin het maatglas meet.

Bij het aflezen van het maatglas houd je je oog even hoog als het vlakke deel van het wateroppervlak. Door een voorwerp in
een maatglas met een vloeistof te gooien, kun je het volume
van het voorwerp meten.

Dichtheid

De dichtheid van een stof is de massa van 1 cm³ of 1 dm³ van die stof.
Dichtheid geeft je aan in g/cm³ of kg/dm³.
Het symbool voor de dichtheid is ρ (rho).

Omdat de massa van 1 liter water 1 kg is, is de dichtheid van water 1 kg/dm³.

Als je de massa en het volume van een hoeveelheid stof weet, kun je de dichtheid uitrekenen met de formule:

\(p = \frac{m}{v}\)

m is de massa in bijvoorbeeld g of kg
V is het volume in bijvoorbeeld cm³ of dm³ of m³
ρ is de dichtheid in bijvoorbeeld g/cm³ of kg/dm³

Water van 4°C heeft een dichtheid van 1 kg/dm³.

Stoffen met een kleinere dichtheid dan de dichtheid van water blijven drijven op het water.
Stoffen met een grotere dichtheid dan 1 kg/dm³ zinken als je ze in het water gooit.
Een stof zweeft in het water als de dichtheid van de stof gelijk is aan de dichtheid van water.

Verwerken

Scheiding

Waarnemen

Scheid een mengsel van zout, suiker en zand

Je gaat een scheidingspracticum doen.
Je krijgt een mengsel van zout, suiker en zand.
Scheid het mengsel in de zuivere stoffen zout, suiker en zand.

Tip
TIP: doe er eens water bij.
TIP: suiker lost op in alcohol. Zout lost niet op in alcohol.

Verklaren

Verklaar hoe je een mengsel van zout, suiker en zand hebt gescheiden

Je hebt een mengsel van zout, suiker en zand gescheiden in de zuivere stoffen zout, suiker en zand. Hoe heb je dat gedaan?

Beschrijf de scheidingsmethodes die je uitgevoerd hebt.
Beschrijf het verschil in stofeigenschap waardoor een scheiding plaatsvindt.

Theorie

Zuivere stof

Een zuivere stof is in de chemie één chemische stof met een aantal specifieke constante stofeigenschappen, zoals smeltpunt, kookpunt, massadichtheid en oplosbaarheid.

Mengsel

Een mengsel is een verzameling van verschillende stoffen.
Er zijn verschillende soorten mengsels, bijvoorbeeld:

een oplossing: een mengsel van twee stoffen waarbij de verschillende stoffen helemaal door en door gemengd zijn.
een suspensie: een mengsel van een vaste stof in een vloeistof. De vaste stof is niet door en door gemengd. Je krijgt een troebele vloeistof.
een emulsie: een mengsel van twee vloeistoffen. De vloeistoffen zijn niet door en door gemengd.
een legering: een mengsel van twee of meer metalen.

Scheidingsmethoden

Er zijn verschillende scheidingsmethoden om een mengsel van twee stoffen te scheiden.
Voorbeelden van scheidingsmethoden zijn:

Indampen
Door indampen kun je mengsel van een vaste stof en een vloeistof scheiden. Door het mengsel te verwarmen, verdampt de vloeistof. De vaste stof blijft over.
Extraheren
Soms kun je een mengsel van twee vaste stoffen scheiden door water bij het mengsel te gooien. Als één van de twee vaste stoffen oplost in het water houd je de andere vaste stof over.
Filtreren
Een suspensie kun je vaak scheiden door het mengsel te filtreren. De vaste stof blijft op het filter liggen. De vloeistof gaat door het filter heen.
Bezinken en afschenken
In een mengsel van een vaste, niet-oplosbare stof en een vloeistof zal na enige tijd de vaste stof bezinken. Door de vloeistof af te schenken van de vaste stof (ook wel decanteren genoemd) kan het mengsel worden gescheiden.

Fasen

Stoffen kunnen in drie verschillende fasen of aggregatietoestanden voorkomen: als vaste stof, als vloeistof of als gas.
In welke fase de stof voorkomt, hangt af van de temperatuur. Elke zuivere stof heeft zijn eigen smeltpunt en kookpunt.

Is de temperatuur lager dan het smeltpunt dan is de stof een vaste stof.
Is de temperatuur hoger dan het kookpunt dan is de stof gasvormig.
Bij een temperatuur tussen smeltpunt en kookpunt is de stof een vloeistof.

Verwerken

Waterzuivering

Inleiding

Ik ben John Snow en ben in 1813 geboren in York, in Engeland. Ik ben een Brits wetenschapper en ontdek dat de cholera-epidemie van 1854 in Londen wordt veroorzaakt door besmet water uit een bepaalde de waterpomp in de buurt.

Cholera is een ernstige en besmettelijke ziekte. Ik deed onderzoek naar het verspreidingspatroon van de ziekte en deed zo een cruciale ontdekking: ik zag dat er meer cholera voorkwam in huizen die van een bepaalde waterpomp gebruik maakten, dan in andere huizen. Bij nader onderzoek van de pomp bleek dat deze vlakbij een smerige beerput stond waar luiers van baby’s waren gewassen!

Ook in mijn later onderzoek bleek er een verband te zijn tussen de kwaliteit van het bronwater en cholera. Buurten die gebruik maakten van water uit de Theems op plaatsen waar rioolwater stroomde, kenden meer choleragevallen dan buurten die gebruik maakten van schoon bronwater.

De kwaliteit van het bronwater blijkt belangrijk te zijn voor onze gezondheid.

Sindsdien zuiveren we ons drinkwater.

Waarnemen

Geef de scheidingsstappen aan

Bekijk het filmpje:

Ging het te snel?
Bekijk dan de verlengde versie:

Maak een tekening waarbij je de vier scheidingsstappen bij water zuiveren schematisch weergeeft.
Beschrijf kort wat er bij elke stap gebeurt.
Besteed hier ongeveer een half uur aan.

Lever je opdracht in bij de docent.

Verklaren

Theorie

Je moet weten hoe drinkwater wordt geproduceerd uit grondwater en oppervlaktewater.

Bekijk het volgende filmpje:

Video: Drinkwater - Van natuur naar de kraan

Verwerken

Beschrijf de productie van drinkwater uit grondwater

Beschrijf de productie van drinkwater uit grondwater en oppervlaktewater.
Van zuivering tot transport door de waterleiding.
Je kunt zelf beslissen voor welke vorm je kiest.
Dat kan met een tekst, maar ook bijvoorbeeld met een tekening of met een korte animatie.

Besteed er ongeveer een uur aan.

Lever je opdracht in bij de docent.

Afsluiting

Testen

Maak een samenvatting van de leerstof in 1-2 A4’tjes.
Besteed hier ongeveer een uur aan.

Kijk bij elk van de vier hoofdstukken stoffen, mengsels, scheiden en waterzuivering naar de leerdoelen en verwerk alle leerdoelen in je samenvatting.

Wat vond je er van?

Neem de onderstaande zinnen over in je logboek en beantwoord de vragen.

Ik geef het thema "Materie en techniek" het volgende cijfer: ...
Waar heb je veel van geleerd? Schrijf eventueel ook op wat je geleerd hebt.
Waar heb je weinig aan gehad? Wat kan beter?

Examenopgaven

Op deze pagina vind je enkele examenvragen uit examens van vorige jaren.
De vragen sluiten zo goed mogelijk aan bij de onderwerpen van deze opdracht.

Maak bij het beantwoorden ook gebruik van wat je al eerder geleerd hebt.
Als je de vraag niet kunt beantwoorden, probeer het dan later opnieuw.
Nadat je de vragen beantwoord hebt, kun je de vraag zelf nakijken en je score aangeven.

VMBO GT NaSk-1 Eigenschappen van materialen

NaSk-1 Eigenschappen materialen Vraag 21

VMBO GT NaSk-1 Stoffen herkennen

NaSk-1 Stoffen herkennen Vraag 2

VMBO GT NaSk-1 Gevaren van stoffen

NaSk-1 Gevaren van stoffen Vraag 10

Dichtheid

NaSk-1 Dichtheid Vraag 32

Water, water, water

NaSk-2 Water, water, water Vraag 38