Deze opgave gaat over brons, een legering van koper en tin.
In het volgende tekstfragment komen het maken van brons in de oudheid en huidige toepassingen van brons aan de orde.
Lees het tekstfragment en beantwoord vervolgens de vragen.
Malachiet kan worden opgevat als een mengsel van twee zouten.
De vorming van koper uit koper(II)oxide (regels 9 en 10) is een redoxreactie.
Bronssoorten worden, behalve met een aanduiding als CuSn10, ook wel aangeduid met een formule die de atomaire samenstelling van de bronssoort weergeeft, bijvoorbeeld CuxSny.
Brons geleidt elektrische stroom. Om dit te verklaren kan een beschrijving worden gebruikt van het kristalrooster van brons.
Maniok
Maniokmeel (cassavemeel) wordt gewonnen uit de wortelknol van de maniokplant en veel gegeten in Zuid-Amerika en Afrika. Het is een voedingsbron die rijk is aan het koolhydraat zetmeel en weinig eiwit en vet bevat.
In het menselijk lichaam verloopt de afbraak van zetmeel in grote lijnen via twee reactietypen. Glucose is hierbij een tussenproduct.
Bij de productie van maniokmeel gaat men via een speciale methode te werk om een giftige stof die voorkomt in de maniokknol onschadelijk te maken. De knollen worden eerst geschild en gedroogd. Daarna worden ze in stukken gesneden en minstens drie dagen in water gelegd. Vervolgens worden de stukken uit het water gehaald, gedroogd en fijngemalen tot meel.
De giftige verbinding in de maniokknol is linamarine (C10H17NO6). In een molecuul linamarine komt een nitrilgroep (–CN) voor. Bij de hierboven beschreven methode komt een enzym vrij dat linamarine omzet tot glucose en acetoncyaanhydrine. Deze omzetting is in figuur 1 onvolledig weergegeven.
In de vergelijking van figuur 1 wordt uitsluitend een C-O-C-groep verbroken.
Acetoncyaanhydrine ontleedt vervolgens. Hierbij ontstaat onder andere het giftige waterstofcyanide (blauwzuur). Dit verdampt bij de hierboven beschreven methode. Waterstofcyanide heeft de molecuulformule HCN.
In bepaalde delen van Afrika eten sommige bevolkingsgroepen gerechtenbvan maniokmeel dat niet via de bovenbeschreven methode is geproduceerd. Daardoor krijgen deze mensen te veel cyanide (CN–) binnen. Bij hen ontwikkelt zich een aandoening van het zenuwstelsel, konzo genaamd. Konzo kan leiden tot blijvende verlamming. Onder normale omstandigheden kan het menselijk lichaam kleine hoeveelheden CN– onschadelijk maken door het om te zetten tot thiocyanaat (SCN–).
Voor deze omzetting zijn zwavelverbindingen en het enzym rhodonase nodig. Enzymen verlagen de activeringsenergie en versnellen zo de reactie.
Door voorlichting te geven over de juiste productiewijze van maniokmeel wordt geprobeerd de ziekte konzo terug te dringen.
Ook wordt onderzocht of het eten van eiwitten die voldoende zwavel bevatten de ziekte kan voorkomen. Bij dat onderzoek heeft men eerst gekeken naar de bladeren van de maniokplant. Deze bevatten veel eiwitten en worden vaak als bijgerecht gegeten. Bij het onderzoek bestond vooral aandacht voor het gehalte aan één bepaald zwavelhoudend aminozuur dat mensen niet zelf kunnen maken, maar via hun voeding binnen moeten krijgen.
Hard water
Water met een hoog gehalte aan calciumionen noemen we hard water. De hardheid van water wordt vaak uitgedrukt in Duitse hardheidsgraden, °D.
Water met een hardheid van 1,00 °D bevat 7,17 mg Ca2+ per liter.
Leidingwater in Nijmegen bevat 2,2·10–3 mol Ca2+ per liter.
Wanneer hard water wordt verhit, ontstaat een witte aanslag van kalk (CaCO3). Dit ontstaan van kalkaanslag kan met de volgende reactievergelijking worden weergegeven:
Ca2+ + 2 HCO3– --> CaCO3 + H2O + CO2
In apparaten waarin water wordt verwarmd, komt kalkaanslag voor. Deze kalkaanslag moet regelmatig worden verwijderd. Op Wikipedia staat hoe je dit in een elektrische waterkoker kunt doen:
Natuurazijn is een oplossing van azijnzuur in water. Het verwijderen van kalk met behulp van natuurazijn komt neer op de volgende zuur-basereactie: CaCO3 + 2 CH3COOH --> Ca2+ + H2O + CO2 + 2 CH3COO–
Op de website www.VoorOma.nl staat het advies de azijn in de waterkoker even aan de kook te brengen.
Emine berekent op school de reactiewarmte voor de reactie van kalk met azijnzuur. Ze komt uit op ΔE = –1,2 ·104 J per mol CaCO3. Hieronder is een nog onvolledig energiediagram gegeven van deze reactie.
Het verwarmingselement van waterkokers is vaak gemaakt van koper waarop een laagje chroom is aangebracht. Hoewel chroom een onedeler metaal is dan koper, is zo’n verchroomd verwarmingselement toch bestand tegen corrosie.
Door reactie met zuurstof ontstaat namelijk op het chroom een laagje chroomoxide dat verdere aantasting van het chroom verhindert.
Zalmbatterijtje
Zalmen leggen grote afstanden af in rivieren. Om deze verplaatsingen te kunnen volgen, wordt een aantal zalmen voorzien van een zendertje. De energie voor deze zendertjes wordt geleverd door zilveroxidebatterijtjes. De volgende halfreacties vinden plaats bij stroomlevering: Ag2O + H2O + 2 e– --> 2 Ag + 2 OH–
Zn + 2 OH– --> ZnO + H2O + 2 e–
De zilveroxidebatterijtjes zijn te groot en te zwaar voor jonge zalm.
Daarom hebben Amerikaanse onderzoekers een kleiner en lichter batterijtje, een zogenoemd zalmbatterijtje, ter grootte van een rijstkorrel ontwikkeld.
In figuur 1 is de opbouw van het batterijtje schematisch weergegeven.
Het batterijtje wordt als volgt gemaakt:
- Een aluminiumgaasje wordt ingesmeerd met een pasta van carbofluor.
- Dit gaasje wordt tussen twee dunne laagjes polypropeen (PP) gelegd.
- Daarop komt een dun velletje lithium.
- Aan de elektroden (het aluminiumgaasje en het lithiumvelletje) zijn koperdraadjes bevestigd.
- De vier laagjes worden opgerold en in een kokertje gestopt.
- Het kokertje wordt gevuld met elektrolyt en daarna dichtgemaakt.
- Alleen de twee koperdraadjes steken uit het kokertje.
De elektrolyt is een organisch oplosmiddel waarin de stof LiPF6 is opgelost.
LiPF6 bestaat uit twee soorten deeltjes: Li+ en PF6−.
Carbofluor wordt aangeduid met de formule CFx.
In deze formule is x een getal dat kleiner is dan 1,25.
Wanneer het batterijtje stroom levert, treden de volgende halfreacties op: CFx + x e‒ --> C + x F‒
Li --> Li+ + e‒
Figuur 2 toont een microscoopopname van een deel van het laagje polypropeen.
In figuur 2 is te zien dat het polypropeen niet dicht is, maar gaatjes heeft.
Een van de redenen waarom in het zalmbatterijtje lithium wordt gebruikt in plaats van zink is dat 1,00 gram lithium meer elektronen kan leveren dan 1,00 gram zink.
Methaan uit hout
Bij ECN in Petten is een proces ontwikkeld waarbij methaan uit (afval)hout wordt geproduceerd. Sinds 2015 draait er een proeffabriek volgens dat proces. Een essentieel onderdeel van de fabriek is een zogenoemde vergassingsreactor (R1) waarin hout bij ongeveer 850 °C wordt omgezet
tot een mengsel van verschillende gassen.
De warmte die hiervoor nodig is, wordt geleverd door een verbrandingsreactor (R2) die voornamelijk wordt gevoed met hout.
In onderstaand blokschema zijn deze onderdelen van de fabriek vereenvoudigd weergegeven.
Het productgas dat de vergassingsreactor (R1) verlaat, bestaat voor een belangrijk gedeelte uit koolstofmono-oxide en waterstof.
De vorming van deze gassen verloopt volgens reactie 1. In deze reactievergelijking is hout vereenvoudigd weergegeven met de formule C6H10O5. C6H10O5 (s) + H2O (g) --> 6 CO (g) + 6 H2 (g) reactie 1
Behalve CO en H2 bevat het productgas ook CO2, C2H4, C6H6 (benzeen) en hogere koolwaterstoffen (koolwaterstoffen met een groter aantal C-atomen per molecuul).
De hogere koolwaterstoffen worden in een eerste scheidingsruimte (S1) door afkoeling uit het productgas afgescheiden als teer.
De teer wordt naar de verbrandingsreactor (R2) geleid, waar het ook wordt verbrand.
In een tweede scheidingsruimte (S2) wordt het overgebleven productgas verder afgekoeld zodat benzeen als vloeistof wordt afgescheiden. Dit kan worden gebruikt als grondstof in de kunststofindustrie.
Het benzeengehalte van het productgas is afhankelijk van het soort hout dat in de vergassingsreactor (R1) wordt ontleed.
Bij een bepaald soort hout bevat het productgas uit de vergassingsreactor 0,35 volumeprocent benzeen (C6H6).
Het CO uit het productgas wordt in een reactor (R3) omgezet tot methaan.
Deze omzetting wordt met de volgende reactievergelijking weergegeven: CO + 3 H2 --> CH4 + H2O reactie 2
Ook de andere stoffen uit het productgas worden in R3 omgezet tot methaan. Voor al deze omzettingen in R3 is extra waterstofgas nodig.
Hieronder is een nog onvolledig blokschema van het beschreven proces weergegeven. Er ontbreekt een aantal stofstromen.
BioPAD®
Op plaatsen waar wasserijen hebben gestaan, is het grondwater vaak verontreinigd met trichlooretheen (TCE).
De vloeistof TCE wordt gebruikt om bepaalde soorten textiel te reinigen.
In een laboratorium wordt een methode onderzocht om grondwater waarin TCE voorkomt, te zuiveren. BioPAD is het middel dat daarbij een essentiële rol speelt. BioPAD bestaat uit zeer kleine korreltjes van het metaal palladium (Pd) die via een reactie op de buitenkant van bacteriën terecht zijn gekomen. In figuur 1 zijn de vorming van BioPAD (figuur 1A) en het zuiveringsproces (figuur 1B) schematisch weergegeven.
Om BioPAD te vormen (figuur 1A) wordt eerst een oplossing van methaanzuur (HCOOH) toegevoegd aan een suspensie van bacteriën.
Daarna wordt een oplossing van palladiumchloride (PdCl2) toegevoegd.
Onder invloed van enzymen in de bacteriën treedt een reactie op. Hierbij wordt HCOOH omgezet tot CO2 en wordt het metaal palladium gevormd uit Pd2+-ionen.
Het gevormde palladium hecht zich in de vorm van zeer kleine korreltjes (met een diameter van ongeveer 30 nanometer) aan de celwand van de bacteriën. De bacteriën sterven vervolgens af. De celwand blijft echter heel. Tijdens het zuiveringsproces (figuur 1B) wordt H2-gas toegevoegd,
waarbij waterstofatomen zich hechten aan de palladiumkorreltjes.
De vergelijking van de totale reactie die optreedt tijdens het zuiveringsproces (figuur 1B) is hieronder schematisch weergegeven.
Voor de omzetting van TCE tot onder andere ethaan zou ook palladiumpoeder als katalysator gebruikt kunnen worden.
Een belangrijk voordeel van BioPAD als katalysator is dat de Pd-deeltjes niet samenklonteren tot grotere deeltjes.
De zuivering van water dat verontreinigd is met TCE wordt uitgevoerd in een reactor waarin een membraan is aangebracht. De opgeloste stoffen kunnen het membraan passeren, maar BioPAD niet.
Het arrangement Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2022 is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Dick Naafs
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2022-07-24 19:14:31
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Het havo eindexamen scheikunde 3e tijdvak 2022 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
Leerniveau
HAVO 4;
HAVO 5;
Leerinhoud en doelen
Scheikunde;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Studiebelasting
3 uur en 0 minuten
Trefwoorden
biopad, brons, hard water, maniok, zalmbatterijtje
Examen Scheikunde Havo 3e tijdvak 2022
nl
Dick Naafs
2022-07-24 19:14:31
Het havo eindexamen scheikunde 3e tijdvak 2022 is verwerkt in een arrangement. Bij de beantwoording van de vragen is gebruik gemaakt van het correctievoorschrift van de CEVO.
