Examen scheikunde havo 2019 2e tijdvak met video uitleg

Examen scheikunde havo 2019 2e tijdvak met video uitleg

Vitamine B6

Vitamine B6 speelt onder meer een rol bij de vorming van rode bloedcellen en een goede werking van het zenuwstelsel. De aanduiding ‘vitamine B6’ wordt gebruikt voor een aantal hydrofiele verbindingen die in het lichaam in elkaar kunnen worden omgezet. De namen van twee van deze verbindingen worden afgekort weergegeven met PL en PLP.
De structuurformules van PL en PLP zijn hieronder weergegeven.

 

PL en PLP zijn betrokken bij een bepaalde omzetting die plaatsvindt door reactie van één van beide stoffen met ATP. Hierbij ontstaat de andere stof en ADP. De structuurformules van ATP en ADP staan hieronder.

 

Het menselijk lichaam kan vitamine B6 niet zelf aanmaken. Daarom moet deze vitamine uit voedsel worden opgenomen. De aanbevolen dagelijkse hoeveelheid (ADH) voor vitamine B6 is 1,5 mg.


Op internet zijn verschillende tabellen te vinden met gegevens over de hoeveelheid vitamines in voeding. Goede bronnen van vitamine B6 zijn bijvoorbeeld vlees, bananen en eieren.
Het Voedingscentrum geeft aan dat 100 g banaan 0,291 mg vitamine B6 bevat. De website www.vitamine-info.nl vermeldt dat één banaan 28% van de ADH van vitamine B6 bevat.

Vitamine B6 fungeert als een soort ‘hulpdeeltje’ van het enzym glutaminezuurdecarboxylase (GAD). Wanneer vitamine B6 bindt aan GAD ontstaat een biokatalysator die de ‘decarboxylering’ van het aminozuur glutaminezuur katalyseert. Hierbij wordt uitsluitend glutaminezuur omgezet. Deze decarboxylering is een reactie waarbij één molecuul koolstofdioxide wordt afgesplitst. Er ontstaat dan een stof (gamma-aminoboterzuur) die een rol speelt in het zenuwstelsel.

uitlegfilmpje vitamine B6

Sterretjes

Rond ‘Oud en Nieuw’ worden zogenoemde sterretjes aangestoken. Een sterretje is een soort vuurwerk dat langzaam opbrandt en daarbij wegspringende vonken geeft. Een sterretje bestaat uit een stukje ijzerdraad dat voor een deel is bedekt met een zogenoemde sas.
De sas kan bestaan uit een zuurstofleverende stof (bariumnitraat), een bindmiddel (bijvoorbeeld dextrine), aluminiumpoeder en ijzervijlsel.
Bij een aangestoken sterretje treedt tegelijkertijd een aantal reacties op, waarbij veel energie vrijkomt. De vergelijking van één van de reacties die optreedt wanneer een sterretje wordt aangestoken is hieronder weergegeven:

10 Al + 3 Ba(NO3)2 --> 3 BaO + 3 N2 + 5 Al2O3

Hierdoor ontstaat gas waardoor gloeiende ijzerdeeltjes worden weggeschoten. De voor sterretjes kenmerkende vonken ontstaan door de snelle verbranding van deze wegvliegende ijzerdeeltjes met zuurstof uit de lucht.
 
Wanneer ijzer reageert met zuurstof treedt de volgende exotherme reactie op:

4 Fe + 3 O2 --> 2 Fe2O3

Guus onderzoekt of een sterretje kan branden in een kleine ruimte. Daarom steekt hij een sterretje aan en stopt dat, met de aangestoken kant naar beneden, in een smalle open fles.
Hij doet de volgende waarnemingen: 
a In de fles is slechts enkele seconden een vonkenregen te zien. Daarna niet meer.
b Bij de halsopening komen af en toe vonken uit de fles.
c Het sterretje brandt helemaal ‘op’: de sas is verdwenen.

Het verbranden van ijzerdeeltjes veroorzaakt goudwitte vonken. Het ontstaan van de vonken heeft te maken met de bouw van de elektronenwolk van de aanwezige metaalatomen. Bij toevoer van energie kan een elektron overgaan naar een hogere energietoestand. Dit elektron zal echter snel teruggaan naar de oorspronkelijke energietoestand waarbij de overtollige energie vrijkomt. Een deel hiervan wordt uitgezonden in de vorm van licht.

 


Hierboven is de kern van een ijzeratoom weergegeven met daaromheen een K-, L-, M- en N-schil. De K- en L-schil zijn volledig gevuld, de M-schil van een ijzeratoom bevat 14 elektronen en de N-schil 2 elektronen.

Om vonken met een andere kleur te laten ontstaan kunnen metaalverbindingen aan de sas worden toegevoegd. Ook wordt dan een chloorverbinding toegevoegd, waardoor bij hoge temperaturen metaalchloriden ontstaan die voor de kleureffecten zorgen. Zo kan bijvoorbeeld strontiumcarbonaat worden gebruikt om rode vonken te laten ontstaan.

uitlegfilmpje sterretjes

Croda

Het bedrijf Croda laat zien dat duurzaamheid, innovatie en economische doelen uitstekend samen kunnen gaan:

Een voorbeeld van een onverzadigd vetzuur (regel 2) is hieronder in een vereenvoudigde structuurformule weergegeven:

Het ‘splitsen’ (regels 1 en 2) kan gebeuren door het vet te laten reageren met water.

Alkeenmetathese (regel 11) is een gekatalyseerde reactie die plaatsvindt tussen twee onverzadigde koolstofverbindingen. In deze reactie worden twee dubbele bindingen verbroken en twee nieuwe dubbele bindingen gevormd. Er is sprake van zelfmetathese wanneer als beginstof slechts één soort koolstofverbinding reageert. Het proces van zelfmetathese is in figuur 1 schematisch weergegeven. R1 en R2 stellen verschillende restgroepen voor.

Bij de zelfmetathese van oliezuur (Binas-tabel 67G2 of ScienceData-tabel 13.2g) ontstaat octadec-9-eendizuur (zie figuur 2) en één andere stof (stof X).
Ook uit andere vetzuren kan, door zelfmetathese, octadec-9-eendizuur ontstaan.

 

 

Octadec-9-eendizuur is een hoogwaardig tussenproduct in de polymeerindustrie. Het kan bijvoorbeeld via polycondensatie reageren tot het copolymeer dat is weergegeven in figuur 3. Dit copolymeer speelt een belangrijke rol bij de productie van bijvoorbeeld polyurethanen, die onder meer worden gebruikt in autolakken.

 

In het tekstfragment wordt een aantal aspecten van het productieproces bij Croda genoemd die vergeleken kunnen worden met de uitgangspunten van de groene chemie.

uitlegfilmpje croda

Koele kauwgom

Even lekker een kauwgompje kauwen voor een frisse adem. Maar wat maakt kauwgom nou zo lekker fris? Esther onderzoekt de verfrissende werking van haar favoriete kauwgom ‘Xylifresh menthol ice’. Ze denkt dat menthol zorgt voor een frisse adem. Op de verpakking leest zij de volgende informatie:
SUGAR FREE GUM, GEZOET MET ZOETSTOFFEN.
INGREDIENTEN: ZOETSTOFFEN (XYLITOL 63%, ASPARTAAM 0,1%), GOMBASIS,
AROMA’S, DICALCIUMFOSFAAT 1,3%, STABILISATOR (GLYCEROL), KLEURSTOFFEN
(E141, E171), GLANSMIDDEL, GROENE THEE EXTRACT 0,1%
Op internet ontdekt ze dat menthol een natuurlijke aromatische stof is, die inderdaad bijdraagt aan het verkoelende effect. Dit komt doordat in onze zintuigcellen een eiwit (TRPM8) aanwezig is dat reageert op verandering in temperatuur en waarschuwt voor kou. Merkwaardig genoeg kan niet  alleen kou, maar ook menthol dit eiwit activeren. Een mentholmolecuul past namelijk precies in een holte van TRPM8. De hersenen verwerken dit als een signaal voor kou.
In figuur 1 is in structuurformules weergegeven hoe een mentholmolecuul (vet gedrukt) in de holte van TRPM8 past.

 

Vervolgens ontdekt Esther dat het eigenlijk vooral het hoofdbestanddeel van de kauwgom, xylitol, is dat zorgt voor verkoeling. Deze zoetstof is goed oplosbaar in water (speeksel). Voor het oplossen van xylitol is energie nodig.

Esther merkt dat het verkoelende effect maar enkele minuten duurt. Ze vraagt zich af of de xylitol zo snel uit de kauwgom weg is. Om dit te onderzoeken weegt ze een kauwgompje (1,45 gram), doet het in haar mond en kauwt goed. Om de zoveel tijd haalt ze het kauwgompje uit haar mond, droogt het af en weegt het opnieuw. Haar resultaten zijn weergegeven in figuur 2.

Na vijf minuten is ruim 90% van de xylitol uit het kauwgompje verdwenen.

uitlegfilmpje koele kauwgom

Honing

Honing wordt door bijen gemaakt uit nectar, een suikerrijke vloeistof uit bloemen. Nectar bevat behalve water onder andere sacharose, glucose en fructose. Bijen zetten deze nectar met behulp van enzymen om tot honing, waarbij het massapercentage suikers (koolhydraten) toeneemt.
Daarbij wordt de sacharose grotendeels omgezet tot glucose en fructose. Deze reactie is een hydrolyse.

Honing heeft een antibacteriële werking. Wanneer op de huid rond eenwondje een beetje honing wordt gesmeerd, remt dit de bacteriegroei rond de wond. Door de hoge concentratie suikers drogen de bacteriën uit. Een andere oorzaak van deze ontsmettende werking kan worden
verklaard met de aanwezigheid van het enzym glucose-oxidase in honing. In matig verdunde en enigszins zure honing wordt dit enzym actief. Glucose-oxidase zet glucose met behulp van zuurstof en water om tot gluconzuur (C6H12O7) en waterstofperoxide. Hierbij is zuurstof de oxidator. Het gevormde waterstofperoxide remt de groei van bacteriën.

De bovenstaande oorzaken zijn echter onvoldoende om de ontsmettende werking van honing volledig te verklaren. Bij een onderzoek werd in een bepaald soort honing het eiwit ‘defensine 1’ ontdekt. Bijen gebruiken defensine 1 in hun afweersysteem. Defensine 1 is in de lichtzure honing
(pH = 4) positief geladen. De zijgroepen van bepaalde aminozuren in het eiwit hebben dan een positieve lading. Deze positieve lading is noodzakelijk voor de antibacteriële werking van het eiwit. Schematisch kan het ontstaan van de positieve lading als volgt worden weergegeven:
Defl -NH2 + H+ --> Defl-NH3+

Hieronder is de aminozuurvolgorde in een fragment van dit eiwit weergegeven:

Honing zal na verloop van tijd kristalliseren. Door de honing voorzichtig te verwarmen kan de honing weer kristalvrij worden gemaakt. Wanneer de honing echter enige tijd boven 40 °C is verwarmd, blijkt een groot deel van de antibacteriële activiteit, ook na afkoelen, verloren te zijn gegaan.

uitlegfilmpje honing

Beitsen en verzinken

IJzeren voorwerpen kunnen tegen corrosie worden beschermd door ze te ‘verzinken’. Deze voorwerpen worden eerst enige tijd in een bad met ‘beitszuur’ gehangen om reeds aanwezig roest (Fe2O3.3H2O) te verwijderen. Beitszuur is zoutzuur dat ongeveer 50 gram opgelost HCl per liter bevat. Daarbij treedt een reactie op die hieronder onvolledig is weergegeven:
Fe2O3.3H2O + … H+ → … Fe3+ + … H2O

Na het beitsen worden de ijzeren voorwerpen in een bad met vloeibaar zink gedompeld. Hierdoor wordt een laagje ijzer-zinklegering gevormd op het voorwerp.

Op een website over thermisch verzinken wordt vermeld dat de temperatuur van het zink in het bad ongeveer 400 °C moet zijn. Piet merkt op dat dat niet juist kan zijn en zegt: “een temperatuur van 400 °C is niet hoog genoeg.”

De voorwerpen worden met behulp van gereedschappen uit het beitsbad gehaald en in het zinkbad gedompeld. Het beitsbad raakt daardoor verontreinigd. Hierbij ontstaan ZnCl42– ionen. Wanneer deze ionen niet verwijderd worden, moet het verontreinigde zuur uit het beitsbad worden
afgevoerd als chemisch afval. Daarom wordt het verontreinigde afvalzuur door een zogenoemde selectieve ionenwisselaar geleid. De ZnCl42– ionen worden in de ionenwisselaar gebonden. Voor elk ZnCl42– ion dat wordt gebonden, komen twee OH– ionen vrij.

Het proces dat hiervoor is beschreven kan vereenvoudigd wordenweergegeven met een blokschema. Dit blokschema bevat drie blokken en vijf stofstromen:
- bad met beitszuur
- bad met zink
- ionenwisselaar
A: afvalzuur zonder ZnCl42– ionen
B: afvalzuur met ZnCl42– ionen
C: ijzeren voorwerpen met roest
D: ijzeren voorwerpen zonder roest
E: verzinkte ijzeren voorwerpen

Het afvalzuur waaruit de ZnCl42– ionen zijn verwijderd, kan worden gebruikt voor de productie van ijzer(III)chloridesulfaat (FeClSO4).

Piet vraagt zich af of de in deze opgave beschreven methode waarmee met het afvalzuur wordt omgegaan in overeenstemming is met het cradle-to-cradle principe. Hij vindt op www.duurzaamheid.nl dat de cradle-to-cradle ontwerpstrategie “ervan uitgaat dat alle materialen een
voortdurende en blijvende waarde houden en steeds weer in gesloten kringlopen van productie, gebruik en recycling kunnen worden opgenomen.”

FeClSO4 wordt gebruikt in de afvalwaterzuivering om fosfaationen te verwijderen. De ijzer(III)ionen uit het ijzer(III)chloridesulfaat reageren met de fosfaationen, waarna het fosfaathoudende reactieproduct uit het afvalwater kan worden verwijderd. Het gezuiverde afvalwater wordt uiteindelijk op het oppervlaktewater geloosd.

uitlegfilmpje beitsen en verzinken