8. Controlekamer
Na de D-Toets bij de Lift op -2
Je bent nog in de buurt van de Lift op Verdieping -2.
Klik op de wegwijzer voor het vervolg.
Je hebt nu eindelijk de Controlekamer bereikt!
Klik op het stopcontact om je binnenkomst in de Controlekamer te bekijken.
8.1 Bij de lift op -2
Je bent weer bij de Lift aangekomen.
Klik op de afbeelding voor het vervolg.
8.2 Inleiding in flowchemie
Wat is Flowchemie?
Ik wil je helpen om te kunnen werken aan het speciale flowchemie webexperiment.
Daarvoor moet je je er eerst wat meer in verdiepen. Doe dat door onderstaande informatie zorgvuldig te lezen en vervolgens de bijbehorende vragen te beantwoorden.
Flowchemie
In de bulkchemie worden producten gemaakt op grote schaal, zoals de producten die de Virtuele Fabriek ook maakt.
Veel syntheses uit de bulkchemie worden al via een continu proces gedaan.
In de fijnchemie, waar gespecialiseerde producten op kleinere schaal worden geproduceerd (bijv. de productie van geneesmiddelen), wordt veelal nog gewerkt met batchprocessen.
De opkomst en ontwikkeling van microreactoren biedt voor de fijnchemie kansen om over te stappen naar flowchemie, wat tegelijkertijd een duurzamere manier van produceren oplevert.
Bij Flowchemie worden dus microreactoren ingezet.
In de afbeelding hiernaast zie je een voorbeeld van een microreactor, ontwikkeld door het bedrijf FutureChemistry. De hele reactor is ongeveer 5 cm lang, gemaakt van glas, met daarin kleine kanaaltjes, zo dik als een haar. In die kanaaltjes kunnen oplossingen met chemicalien worden gepompt (via de "Inlets"), en waar de oplossingen elkaar tegen komen en verder gaan als één vloeistofstroom, kunnen ze met elkaar reageren.
In onderstaand filmpje bespreekt Prof. Dr. Andreas Kirschning van de Leibniz Universiteit in Hannover de voordelen van flowchemie en zijn visie op de toekomst van flowchemie. Het filmpje is gemaakt om een wetenschappelijk tijdschrift onder de aandacht te brengen met recente ontwikkelingen in flowchemie.
Je moet ook een drietal vragen beantwoorden over het filmpje. Die staan hieronder. Lees voordat je naar het filmpje gaat kijken eerst even de vragen door.
Klik hier voor film.
Beantwoord in je labjournaal de volgende vragen over het filmpje:
- Op welke drie gebieden van chemische synthese heeft flowchemie nu al invloed/voordelen? Vermeld de specifieke voordelen ten opzichte van batchchemie.
- In bepaalde opzichten lijkt flowchemie meer op processen in de natuur dan batchchemie. Beschrijf hoe flowchemie een natuurlijke wijze van produceren nabootst.
- Sommigen beweren dat flowchemie slechts een hype zal zijn, wat denk jij? Beargumenteer je antwoord.
Wellicht heb je moeite met het Engels in het filmpje.
Zorg dat je dan samen met medeleerlingen het filmpje bestudeert. Als je er samen nog niet uit komt, schrijf dan de woorden en/of zinnen die je niet begrijpt, maar die je wel van belang acht om de drie vragen te beantwoorden op in je labjournaal en vraag het je docent of aan mij.
8.3 Inleidend flowexperiment
Reacties in een stromende oplossing, zoals bij flowchemie het geval is, verlopen anders dan in een batchopstelling.
Het lijkt aantrekkelijk om de snelheid van de vloeistofstromen zo hoog mogelijk te houden, want tijd is geld!
Maar je moet er rekening mee houden dat de verschillende vloeistofstromen genoeg tijd moeten krijgen om goed met elkaar te mengen, zodat de reactie volledig kan verlopen.
In het filmpje dat je hier kan vinden, zie je drie, overigens niet mengbare, vloeistoffen en wat er gebeurt als je de stroomsnelheid van de verschillende vloeistoffen varieert, door een grotere tegendruk aan te brengen op één of meer van de stromen ("0" is geen extra tegendruk, "4" is extra tegendruk).
Wat gebeurt er met sneller stromende vloeistoffen t.o.v. langzamer stromende vloeistoffen?
Noteer je antwoord in je labjournaal.
In het filmpje dat je hier kan vinden, zie je dat als twee wel mengbare oplossingen worden gemengd, ze niet gelijk door en door zijn gemengd, wat invloed heeft op het verloop van een reactie.
Wat zou je moeten zien als de vloeistoffen volledig gemengd zouden zijn?
Noteer je antwoord in je labjournaal.
Activiteit
Om inzicht te krijgen in wat er komt kijken bij flowchemie, gaan jullie het volgende experiment doen:
- je gaat bekijken hoe de reactie tussen natronloog en zoutzuur verloopt in een zelfgemaakte flowchemie opstelling, zoals in de afbeelding hiernaast te zien is.
- je gaat daarbij onderzoeken hoe variatie in flowsnelheid het verloop van de reactie beïnvloedt.
Hieronder volgt een globale omschrijving van de werkwijze. Gedetailleerdere informatie over de werkwijze vind je in de bijbehorende handleiding.
In het kort: de flowchemie-opstelling maak je m.b.v. gelatineblaadjes en een kunststof bordje waarop je een Y-vormig profiel hebt geplakt. Hiermee maak je een gelei met een Y-vormig flowkanaal, zoals in de afbeelding.
De gelei plaats je op een aluminium ondergrond en in het uiteinde van de twee korte armen en de lange arm van de Y maak je gaatjes, zodat er vloeistof in en uit kan. Vooraf plaats je in het stuk van het Y-vormige kanaal, waarin beide vloeistofstromen samenkomen, stukjes pH-indicatorpapier.
Met behulp van twee pipetjes laat je in de ene korte arm van de Y natronloog stromen, en in de andere korte arm zoutzuur. Aan de hand van de kleuren van het indicatorpapier is te zien in hoeverre de reactie verloopt.
- je werkt in tweetallen
- elk tweetal maakt twee flowopstellingen
- elk tweetal test eenzelfde standaardconditie (zie de handleiding)
- elk tweetal test 1 variatie (zie de handleiding)
- je maakt foto's van je resultaten en bespreekt de gevonden resultaten in je labjournaal
- elk tweetal krijgt via de docent of PALstudent het resultaat van een ander tweetal en moet achterhalen uit de resultaten wat de variatie was.
Bestudeer nu de handleiding bij het experiment.
Maak met je docent afspraken over wanneer je het experiment dient uit te voeren, met wie en welke variatie jullie moeten doen.
Voer het experiment uit.
Bespreek in je labjournaal de gevonden resultaten als volgt:
Resultaten:
• je noemt welke variaties je hebt getest
• je beschrijft met behulp van je genomen foto's kort en bondig maar nauwkeurig wat je waargenomen hebt bij de standaardconditie en de geteste variatie.
Discussie:
• je noemt de onderzoeksvraag (vanuit de onderzoeksvraag ga je de discussie over de resultaten voeren)
• je analyseert nauwkeurig de resultaten, dat wil zeggen dat je vanuit de resultaten gaat beredeneren wat de juiste conclusie op de onderzoeksvraag is (benodigde reactievergelijkingen van opgetreden reacties altijd vermelden!)
• je beredeneert welke verbeteringen aangebracht kunnen worden aan de flowopstelling.
• je geeft suggesties voor vervolgonderzoek.
Conclusie:
• in één zin beantwoord je de onderzoeksvraag.
Feedback:
Ik lees je analyse van de gevonden resulaten graag in je labjournaal.
Ik ben benieuwd om van je te lezen hoe goed de reactie is verlopen bij de standaardcondities en de geteste variaties
en hoor graag van je welke verbeteringen aan de flowopstelling zouden bijdragen aan een beter verloop van de reactie.
Als ik je analyse gelezen heb, krijg je van mij of van de PALstudent de resultaten van andere medestagiairs.
Ik wil dat je deze in je labjournaal zet en analyseert welke variatie deze medestagiairs hebben getest.
8.4 Het webexperiment methyloranje
De online synthese van methyloranje
Na de inleiding en het zelf doen van een flowexperiment hoop ik dat je je bewuster bent geworden van de uitdagingen van flowchemie.
Ik heb begrepen van Ir. Houtgeest dat zij het toch wel mist, dat prof. Vitriool en Halber Fritz er niet meer zijn om haar te overtuigen van de schoonheid achter de chemie of het belang van duurzaam produceren, en ze wil graag dat jij hun werk aan flowchemie voortzet.
Ir. Houtgeest wil weten hoe de flowsnelheid van de reactanten precies van invloed is op het rendement van een synthese.
Nu is er een bijzondere manier om hier onderzoek aan te doen. De Vrije Universiteit van Amsterdam heeft in samenwerking met het bedrijf FutureChemistry een online webexperiment opgezet, waar je onderzoek aan kunt doen.
Inlezen in het online onderzoek
Het gaat bij het webexperiment om de synthese van methyloranje, een stof, waarvan je de naam wellicht herkent: het is een zuurbase-indicator.
Met behulp van enkele van de producten die jij in je rugzak hebt en de chemicalien uit het pakketje van Halber:
wordt vanuit het kleurloze sulfanylzuur het oranje methyloranje gesynthetiseerd. Door die mooie oranje kleur is de opbrengst goed te meten met behulp van een spectrometer.
Bestudeer de handleiding (manual) om je goed in te lezen in het webexperiment.
Voorbereiding op het online onderzoek
Voordat je daadwerkelijk online je onderzoek mag uitvoeren, moet je met behulp van de handleiding een helder onderzoeksplan opstellen in je labjournaal, waarin je de volgende vragen beantwoordt:
- Wat zijn de reactiestappen in de synthese van methyloranje? Geef de reactievergelijkingen.
- Geef een overzicht van de experimentele opzet van het webexperiment.
- Welke variabelen zijn er en wat is het experimentele bereik van de variabelen?
- Afhankelijke variabelen: welke variabele(n) ga je meten? Leg uit waarom.
- Onafhankelijke variabelen: welke variabele(n) ga je veranderen? Leg uit waarom.
- Constante variabelen: welke variabele(n) houd je constant in het experiment? Leg uit waarom.
- Tot op welke nauwkeurigheid kun je de variabelen instellen en de meetwaarde aflezen?
- Zijn herhaalde bepalingen (in duplo, in triplo) nodig? Leg uit.
- Welke reagentia worden precies gebruikt? Maak een lijst.
- Hypothese: welke resultaten verwacht je? Beargumenteer op basis waarvan je die verwachtingen hebt.
- Controleer als laatste of je onderzoeksplan daadwerkelijk een antwoord zal bieden op de gestelde onderzoeksvraag: leg uit hoe de te meten resultaten leiden tot het antwoord op de onderzoeksvraag.
Feedback:
Laat je docent je onderzoeksplan controleren. Pas als je van je docent goedkeuring hebt, mag je je onderzoek daadwerkelijk gaan uitvoeren.
8.5 Vervolg wegexperiment methyloranje
Heeft je Docent je onderzoeksplan helemaal goedgekeurd? Zo nee, moet je dat eerst laten doen. Zo ja, dan kan het experiment beginnen!
Reserveren
Je dient voor je onderzoek een uur experimenteertijd te reserveren bij een meetopstelling op de VU. Overleg hierover met je docent. In de handleiding op deze website staat hoe dat precies in z'n werk gaat.
Noteer in je labjournaal de datum en tijd die je hebt gereserveerd. Vergeet die tijd niet! Er zijn een heleboel anderen die ook graag onderzoek willen doen aan het webexperiment en het is vervelend als het experiment onnodig niet beschikbaar is.
Uitvoering
- Bereid je onderzoek met behulp van de handleiding goed voor, zodat je precies weet hoe alles werkt, voordat je begint. Stel eventuele vragen tijdig aan je Docent/PALstudent.
- Vergeet niet dat de laatste 5 minuten van het uur gebruikt worden voor het reinigen van het systeem. Je kunt dan niet meer meten!
- Houd tijdens de uitvoering van je online onderzoek in je labjournaal het volgende logboek bij:
Vergeet niet relevante gegevens tijdig op te slaan (meetgegevens voor diagram en snapshot(s) van reactor en eindproduct).
Analyse van de Resultaten
Schrijf in je labjournaal een rapport van je resultaten van het webexperiment.
Doe dit als volgt:
Gevolgde Methode:
• geef aan de hand van je bijgehouden logboek een samenvatting van de procedure van je experiment (relevante instellingen, tijden, etc.)
Resultaten:
• je vermeldt alle wijzigingen ten opzichte van je oorspronkelijke onderzoeksplan. (Wat ging volgens plan, wat niet en hoe heb je dat opgelost/aangepast. Duurde elke stap zo lang als je had verwacht of bleek dit anders te zijn?)
• je beschrijft kort en bondig maar nauwkeurig wat je waargenomen/gemeten hebt.
• je maakt waar mogelijk een tabel van je resultaten en als dat van toepassing is, geef je je resultaten ook in een diagram/grafiek weer.
Discussie:
• je analyseert nauwkeurig de resultaten, dat wil zeggen dat je vanuit de resultaten gaat beredeneren wat de juiste conclusies zijn (benodigde berekeningen en reactievergelijkingen van opgetreden reacties altijd vermelden!)
• komen de resultaten overeen met je hypothese? Bespreek eventuele verschillen. (Je hypothese was ergens op gebaseerd: gelden die aannames nog steeds?)
• je geeft aan wat beter zou kunnen in de gebruikte proefopzet.
• je geeft suggesties voor vervolgonderzoek.
Conclusie:
• in één zin beantwoord je elke deel-onderzoeksvraag.
8.6 Reflectie
Vermeld in je labjournaal de 7 belangrijkste dingen, die je geleerd hebt op Verdieping -2 (zowel opgedane kennis als vaardigheden). Rangschik de geleerde dingen van "meest leuk om te leren" naar "minst leuk om te leren". Geef van de meest leuke en van de minst leuke aan, wat dat nou het meest/minst leuke maakte om te leren.
Ik lees je reflectie-opdracht graag in je labjournaal.
