In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. Wat je leert, pas je toe op een recept voor 'sticky toffee pudding' dat wij versleuteld hebben. Als je de e-klas succesvol afrondt, kun je het recept compleet maken en de sticky toffee pudding bakken.
In een werkdocument vind je vragen en opdrachten, die je in het document zelf of in je schrift kunt beantwoorden (vraag je docent wat je moet doen). In de e-klas zelf vind je informatie en oefeningen, maar je docent zal je ook het een en ander vertellen. Natuurlijk is het zaak daar goed naar te luisteren.
Wat bak jij ervan?
Studiewijzer
Je kunt de studiewijzer gebruiken bij het doorwerken van de e-klas. Op de volgende pagina's kun je vinden wat je moet weten voordat je aan de e-klas begint, en welke leerdoelen je hebt bereikt na afloop. De tabel die op de pagina 'planning' gegeven wordt, kun je gebruiken als richtlijn bij het maken van je eigen planning. Vraag eerst aan je docent wat de bedoeling is. Op de laatste pagina van de studiewijzer kun je lezen hoe je beoordeeld wordt.
Voorkennis
Om deze e-klas goed te kunnen doorlopen moet je de volgende voorkennis beheersen:
alle stof van de derde klas
het periodiek systeem van Mendelejev
de atoomtheorie van Rutherford
de ionentheorie en zoutformules
oplos- en neerslagreactievergelijkingen van zouten
Leerdoelen
Belangrijke begrippen
Deze module staat in het teken van chemisch rekenen. In deze module maak je kennis met een aantal belangrijke chemische begrippen en berekeningen. De voornaamste begrippen zijn:
molecuul- en molaire massa
molvolume
molverhouding
molariteit
significantie
massapercentage en elementenanalyse
MAC waarde en ppm
Leerdoelen
Voor ieder hoofdstuk zijn enkele leerdoelen opgesteld. Die leerdoelen geven aan wat je aan het eind van het hoofdstuk moet weten en wat je moet kunnen. Een overzicht van alle leerdoelen vind je hieronder.
Na hoofdstuk 1 kun je:
op twee manieren de dichtheid experimenteel bepalen
rekenen met dichtheden
eenheden en waarden omrekenen (bijvoorbeeld van kg m-3 naar g cm-3)
werken met machten van tien
omgaan met significante cijfers en op de juiste manier afronden
het verschil tussen meetwaarden en telwaarden uitleggen
Na hoofdstuk 2 kun je:
met behulp van de atoommassa een molecuulmassa of molmassa berekenen
het verband tussen het getal van Avogadro en de atomaire massa-eenheid uitleggen
de definitie van de chemische hoeveelheid (mol) geven
werken met de begrippen mol en molmassa: omrekenen van mol naar gram en omgekeerd
Na hoofdstuk 3 kun je:
de wet van Avogadro en de algemene gaswet uitleggen
het molvolume bij standaardomstandigheden noemen (22,4 dm3 mol-1)
het molvolume experimenteel bepalen
de algemene gaswet toepassen, bijvoorbeeld bij het berekenen van het molvolume bij andere omstandigheden (dit is verdiepingsstof)
rekenen met het molvolume: het omzetten van mol naar dm3 en omgekeerd
rekenen met het "van mol naar en terug schema"
Na hoofdstuk 4 kun je:
de wet van Proust langs experimentele weg bewijzen
de molverhouding afleiden uit een reactievergelijking
uit de molverhouding van een chemische reactie de massaverhouding afleiden
het "van van mol naar en terug schema" toepassen bij het rekenen aan chemische reacties
Na hoofdstuk 5 kun je:
de massapercentages in verbindingen experimenteel bepalen
de massapercentages in verbindingen theoretisch bepalen
met behulp van een elementenanalyse de formule van een stof bepalen
Na hoofdstuk 6 kun je:
werken met de chemische concentratie aanduiding: het begrip molariteit
de molariteit van zowel ‘gewone’ oplossingen als zoutoplossingen uitrekenen
rekenen aan neerslagreacties
je eigen isotone dorstlesser maken aan de hand van een aantal voorgeschreven ingrediënten
Na hoofdstuk 7 kun je:
de begrippen MAC-waarde en ppm uitleggen
rekenen met MAC-waarden en ppm's
een massa of volume ppm berekenen en toepassen
Na hoofdstuk 8 kun je:
op experimentele wijze het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen
een sticky toffee pudding bakken
N a hoofdstuk 9 kun je:
echte chemische rekenhersenkrakers oplossen
Planning en voortgang
Deze e-klas is gemaakt om negen weken te duren, met een totale studielast van 40 slu. Een mogelijke planning is:
week
hoofdstuk (zie de navigatiebalk bovenaan de lesmateriaalpagina's)
1
het recept, de boodschappen en het werkdocument
hoofdstuk 1 - werken met hoeveelheden
2
hoofdstuk 2 - de chemische hoeveelheid
3
hoofdstuk 3 - de algemene gaswet
4
hoofdstuk 4 - rekenen aan reacties
diagnostische toets
5
hoofdstuk 5 - elementenanalyse
6
hoofdstuk 6 - rekenen met concentraties
7
hoofdstuk 7 - a big mac
8
hoofdstuk 8 - een sticky toffee pudding
9
hoofdstuk 9 - de hersenkraker
voorbeeld proefwerkopgaven + eindtoets
Het werkdocument en het recept
Bij deze e-klas hoort een werkdocument, Hierin vind je opdrachten en kun je uitkomsten van experimenten bijhouden. Vraag je docent of je het document moet bijhouden, of dat je bijvoorbeeld de antwoorden in je schrift moet schrijven. Een ander belangrijk document is het recept voor de sticky toffee pudding, Het recept is versleuteld en in de loop van de e-klas ga je het ontcijferen. Ook dit document moet je regelmatig inleveren.
Let op: zorg dat je van alle documenten altijd een extra kopie bewaart op een veilige plek.
Welkom bij 'Wat bak jij er van?', een e-klas over chemisch rekenen.
In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. In de derde klas heb je als het goed is al geleerd dat bij chemische reacties stoffen reageren en ontstaan volgens vaste massaverhoudingen. Verder heb je gewerkt met de wet van behoud van massa. Vooral in de chemische industrie zijn deze berekeningen van groot belang. Je kunt chemische stoffen niet zo maar bij elkaar gooien en hopen dat alles goed gaat. Eigenlijk is het net als bij het bakken van een taart. Je hebt een recept nodig waarin in staat hoeveel van welke ingrediënten je nodig hebt. En verder is het natuurlijk belangrijk hoe je met deze ingrediënten omgaat. Want het bakken van een taart kan nog wel eens mislukken. Daarom is de vraag aan jou: wat bak jij er van? Aan het einde van deze module krijg je hierop een antwoord. Je gaat een overheerlijke sticky toffee pudding bakken. Pas wel op, het is een tamelijk machtig gerecht!
Het recept
Sticky toffee pudding is een typisch Brits dessert. Het bestaat uit een vochtige, sponsachtige cake, gemaakt van een beslag met gepureerde dadels. De sticky toffee saus gaat over de cake heen. Deze Britse klassieker wordt vaak geserveerd met slagroom en/of vanille-ijs. Een machtige hap dus!
Het recept is halverwege de twintigste eeuw uitgevonden in Engeland. Download het recept (in Word) voor een sticky toffee pudding. Lees het recept eens rustig door. Zoals je ziet is het recept 'versleuteld'. In de ingrediëntenlijst zie je waarschijnlijk een aantal vreemd aandoende hoeveelheden. Deze zul je eerst moeten ontcijferen door middel van chemische berekeningen. In deze e-klas leer je hoe je dat moet doen, stap voor stap, ingrediënt voor ingrediënt... Ieder ingrediënt dat je verdient wordt (als afbeelding) bijgeschreven op je boodschappenlijstje. Je boodschappenlijstje is nu nog helemaal leeg. Tijd om aan de slag te gaan dus!
In het werkdocument maak je oefenopgaven en houd je de resultaten van practica en opdrachten bij. Bewaar je werkdocument op een veilige plek waar je het gemakkelijk terug kunt vinden. Het werkdocument wordt ook gebruikt door je docent (of PAL-student) om je vorderingen te bekijken en te beoordelen. Je zult dus af en toe je werkdocument moeten uploaden naar je postbus. Verder kun je het werkdocument goed gebruiken bij de voorbereiding op de eindtoets.
We beginnen met een beknopte herhaling van het chemisch rekenen in de derde klas. Deze berekeningen zijn gebaseerd op twee oude wetten.
Maak opdracht 1 t/m 3 van je werkdocument. Upload je werkdocument vervolgens naar je postbus voor eventuele feedback van docent of PAL-student.
1 Werken met hoeveelheden
bron: fotolia.com
Na dit hoofdstuk kun je:
- op twee manieren de dichtheid experimenteel bepalen - rekenen met dichtheden - eenheden en Binas waarden omrekenen (bv. van kg m-3 naar g cm-3) - werken met machten van tien - goed omgaan met significante cijfers en op de juiste manier afronden - het verschil tussen meetwaarden en telwaarden uitleggen
1.1 Dichtheid
Het recept
In het recept staat dat je voor de sticky toffee pudding stroop en water nodig hebt. Alleen: de hoeveelheden zijn gegeven in grammen! Dat is niet handig. Zie je jezelf al stroop afwegen? Je moet de grammen omrekenen naar milliliters of aantal eetlepels (hoeveel mL is een eetlepel?). Daar heb je het begrip dichtheid voor nodig.
Dichtheid
In de tweede klas heb je geleerd dat de dichtheid een eigenschap van een stof is (en dus niet van een voorwerp). De dichtheid geeft aan hoeveel gram er in één cm³ van die stof zit. Zo is de dichtheid van koper 8,9 g per cm³. Dat wil zeggen: elke cm³ koper heeft een massa van 8,9 gram. De dichtheid heb je nodig om voor de eerste ingrediënten van de sticky toffee pudding de benodigde hoeveelheden om te rekenen. Hoe kun je de dichtheid van een stof bepalen met een experiment? De dichtheid kun je niet direct aflezen van een meetinstrument. Je moet namelijk twee dingen meten: het aantal gram (de massa) en het aantal cm³ (het volume).
Werkdocument opdracht 4 - onderzoek: experimentele bepaling van de dichtheid
Bepaal zo nauwkeurig mogelijk de dichtheid van het metaal aluminium (uitgedrukt in gram per cm³). Bedenk dat je het volume van het blokje aluminium op twee verschillende manieren kunt meten. Probeer dan ook beide manieren uit. Gebruik de hiervoor beschikbare materialen in het lokaal of spullen die je zelf bij je hebt. Noteer de uitkomsten van beide experimenten in het werkdocument.
Bepaal vervolgens de massa van 25 mL water, één van de ingrediënten van de pudding. Gebruik hiervoor achtereenvolgens een bekerglas, een maatcilinder en een volpipet. Bereken hiermee telkens de dichtheid van water. Leg uit welke uitkomst je het meest betrouwbaar lijkt.
Let op: de resultaten van de experimenten heb je nodig bij de volgende twee paragrafen.
bron: webelements.com
Decoderen van het recept: water en stroop
Met de opgefriste kennis over dichtheid is het de hoogste tijd om de eerste ingrediënten voor de pudding te verdienen. Open het recept in Word en 'decodeer' (reken om):
- 59 g donkere stroop in het aantal eetlepels (voor de pudding)
- 39 g donkere stroop in het aantal eetlepels (voor de saus)
- 300,0 g water in het aantal deciliters
Vervang deze hoeveelheden in je recept en vraag aan je docent of je het moet inleveren.
1.2 Significantie en machten van tien
Meten is weten.
Hoe nauwkeuriger je meet, des te meer je weet. In de natuurwetenschappelijke vakken maken we er een gewoonte van om de waarden van gemeten grootheden zó op te schrijven dat je aan het resultaat meteen kan zien hoe nauwkeurig er gemeten is. Nauwkeurigheid wordt uitgedrukt in het aantal cijfers in een meetwaarde. Bijvoorbeeld, als leerling P een stroomsterkte opschrijft van 2,1 A en leerling Q een stroomsterkte van 2,103 A, dan kun je in één oogopslag zien dat leerling Q een nauwkeuriger waarde heeft: deze waarde bevat meer significante cijfers. Het kan zijn dat leerling P heel slordig gemeten heeft, maar het is ook mogelijk dat leerling Q een veel nauwkeuriger instrument heeft gebruikt.
Let op: de nauwkeurigheid van een meting leid je dus af uit het aantal. Het aantal significante cijfers van een meetwaarde is het aantal cijfers zonder op de komma te letten. Nullen aan het begin van een getal tellen niet mee. Dus het getal 0,0000021 bevat slechts twee significante cijfers.
Significantie geeft aan ‘wat je zeker weet’ en ‘wat je moet schatten’. Wanneer je bijvoorbeeld 80,0 mL water afmeet in een maatcilinder van 100,0 mL weet je zeker dat je ongeveer 80,0 mL water hebt; de eerste decimaal achter de komma moet je schatten. De significantie is dus 3.
Significante cijfers
Getallen die iets zeggen over de nauwkeurigheid van een meting noemen we significante cijfers. Als je op een gewone weegschaal staat, kun je jezelf op de kilo nauwkeurig wegen. De weegschaal geeft bijvoorbeeld 68 kg aan. Deze meetwaarde heeft twee significante cijfers. Een digitale weegschaal is wat nauwkeuriger. Je leest bijvoorbeeld 67,7 kg af. Dat zijn drie significante cijfers. Bij het tellen van het aantal significante cijfers moet je altijd van rechts naar links tellen. Kom je verder alleen maar nullen tegen, dan tellen die niet mee. Dat is logisch toch?
Nog twee voorbeelden...
Voorbeeld 1 Een stroomsterkte is 3,6 mA. Dat zijn twee significante cijfers. Deze stroomsterkte kun je ook noteren als 0,0036 A (de komma moet drie stapjes naar links). Er moeten in dit laatste getal dus ook weer twee significante cijfers staan.
Voorbeeld 2 Een stroomsterkte is 7,2 kg. Dat zijn twee significante cijfers. Als je in de derde klas van kg naar g zou omrekenen, dan zou je daar 7200 g van gemaakt hebben. Maar hopelijk begrijp je nu dat dat niet zo maar mag: er staan dan meer significante cijfers, dus je zou denken dat de meting opeens nauwkeuriger geworden is. Daarom moet je een macht van 10 gebruiken: 7,2 kg = 7,2.103 g. Dan staan er nog steeds twee significante cijfers (maar je hebt wel omgerekend).
Combineren van meetwaarden
Je berekent de dichtheid van een stof door de massa en het volume op elkaar te delen. Als je dat doet combineer je eigenlijk twee meetwaarden. Wanneer je twee meetwaarden met elkaar combineert dan moet in de uitkomst ook iets te zien zijn van de nauwkeurigheid van beide meetwaarden. Heb je bijvoorbeeld de massa heel erg nauwkeurig bepaald en het volume ook, dan is de dichtheid ook heel nauwkeurig: er staan veel significante cijfers in de dichtheid. Maar heb je de massa erg nauwkeurig bepaald maar het volume niet, dan is de berekende dichtheid helaas ook niet nauwkeurig.
Bij het combineren van meetwaarden moet je je aan de volgende regels houden:
- De uitkomst van een vermenigvuldiging of een deling mag in niet meer significante cijfers worden gegeven dan de meetwaarde met het kleinste aantal significante cijfers dat je bij de berekening hebt gebruikt.
- Bij het optellen en aftrekken wordt het antwoord in niet meer decimalen geschreven dan het bij de berekening betrokken meetresultaat met het kleinste aantal decimalen.
Werkdocument opdracht 4 - vervolg: experimentele bepaling van de dichtheid
Kijk nog eens naar wat je genoteerd hebt bij de experimenten met aluminium en water. Beantwoord de vragen in het werkdocument.
- Heb je de gemeten massa's op de goede manier (met een verantwoord aantal significante cijfers) genoteerd?
- Heb je de gemeten en of berekende volumes op de goede manier genoteerd?
- Heb je de berekende dichtheden op de goede manier genoteerd?
- Is er verschil in nauwkeurigheid in de dichtheid van het ene en van het andere experiment? Is dat eventuele verschil ook zichtbaar in hoe je de dichtheden genoteerd hebt? Beantwoord deze twee vragen voor zowel aluminium als water!
- De nauwkeurigheid van een meting drukken we uit in het aantal significante cijfers. - Het aantal significante cijfers wordt bepaald door de cijfers waar je zeker van bent plus één, een geschat cijfer. - Nullen aan het einde van een getal zijn significante cijfers. Nullen aan het begin van een getal zijn geen significante cijfers - wanneer je meetwaarden gaat combineren door ze te vermenigvuldigen of te delen, dan bepaalt de meting met het kleinste aantal significante cijfers het aantal significante cijfers van de uitkomst.
1.3 Omrekenen van eenheden
Het recept
In het recept van de sticky toffee pudding staat dat je het volgende nodig hebt: 7,5 10-5 ton zachte boter, 2,00 108 μg zelfrijzend bakmeel en 1,0 10-4 m3 slagroom. Met zulke getallen kun je natuurlijk niet werken. Dat moeten grammen en deciliters worden. In deze paragraaf leer je hoe je eenheden in elkaar om kan rekenen.
Omrekenen
In deze e-klas moet je eenheden in elkaar kunnen omrekenen. Soms doe je dat om heel kleine of heel grote getallen te vermijden. Soms reken je eenheden om in verband met het aantal significante cijfers: 0,00510 kg kun je net zo goed noteren als 5,10 g (niet 5,1 g!). Ook moet je eenheden wel eens omrekenen om een vergelijking te kunnen maken met gegevens uit Binas of van internet. Kijk maar naar het volgende voorbeeld.
Voorbeeld In Binas vind je de dichtheid van aluminium: 2,70.103 kg m-3. Dat staat een beetje raar, maar je moet dat lezen als 2,70 kg/m3. Stel dat je bij het bepalen van de dichtheid van aluminium 2,7 g/cm3 gevonden hebt. Is dat dan gelijk aan de waarde in Binas? Om daar achter te komen kun je het beste de kg vervangen door 1000 g en m3 vervangen door 1000000 cm3. Daarna neem je alle getallen bij elkaar. Je ziet dan dat er dan 'niks' overblijft (eigenlijk het getal 1). Dus:
En, klopte de dichtheid die je in Binas gevonden had met de uitkomst van je metingen?
Decoderen van het recept: de boter, het zelfrijzend bakmeel en de slagroom
Dan is het nu weer tijd om de volgende drie ingrediënten voor de pudding te verdienen. Er worden in het recept namelijk een paar ongebruikelijke eenheden gehanteerd zoals ton, μg en m3. Hiermee valt niet te werken. Open het recept in Word en 'decodeer'...
- 7,5 10-5 ton zachte boter in het aantal gram boter
- 2,00 108 μg zelfrijzend bakmeel in het aantal gram zelfrijzend bakmeel
- 1,0 10-4 m3 slagroom in het aantal deciliter slagroom
Vervang deze hoeveelheden in je recept.
2 De chemische hoeveelheid
bron: videojug.com
Na dit hoofdstuk kun je:
- met behulp van de atoommassa een molecuulmassa of molmassa berekenen - het verband tussen het getal van Avogadro en de atomaire massa-eenheid uitleggen - de definitie van de chemische hoeveelheid (mol) geven - werken met de begrippen mol en molmassa: omrekenen van mol naar gram en omgekeerd - met behulp van het getal van Avogadro en de chemische hoeveelheid een aantal ingrediënten decoderen voor de pudding
2.1 Atoommassa en molecuulmassa
Het recept
Je hebt voor je pudding straks 1,4 1023 moleculen suiker nodig. Die kun je natuurlijk niet één voor één gaan tellen! Dat moet worden omgerekend naar grammen. In deze paragraaf leer je hoe dat moet.
Atoommassa
Zoals de naam aangeeft, is de atoommassa de massa van een atoom, uitgedrukt in atomaire massa eenheden (u). Elk isotoop van een scheikundig element heeft een andere atoommassa. De atoommassa van een element als geheel is gedefinieerd als het gewogen gemiddelde van de atoommassa's van alle natuurlijke isotopen, waarbij de relatieve aanwezigheid (de mate waarin elk isotoop verhoudingsgewijs voorkomt op aarde) de wegingsfactor is. Dit gemiddelde wordt in tabellen meestal aangeven met de relatieve atoommassa. Deze relatieve atoommassa's vind je in Binas-tabellen 40 en 99.
Atomaire massa-eenheid (u)
De atomaire massa-eenheid (u) is een eenheid om atoommassa's en molecuulmassa's in uit te drukken. Omdat atoommassa's zeer klein zijn in vergelijking met de SI-eenheid kilogram, is hiervoor een speciale eenheid gedefinieerd. Deze eenheid is zo gekozen dat de massa van een atoom, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden, zo goed mogelijk het aantal kerndeeltjes (protonen en neutronen) aangeeft. Het is niet helemaal waar, maar voor het gemak gaan wij er vanuit dat een proton dezelfde massa heeft als een neutron en dat de massa van een elektron te verwaarlozen is. De waarde van de atomaire massa-eenheid (u) kun je vinden in Binas-tabel 7.
Molecuulmassa
De molecuulmassa van een stof is de massa van één molecuul van die stof, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u). De molecuulmassa is de som van de atoommassa's van de afzonderlijke atomen waaruit het molecuul is opgebouwd. Omdat de atomen van een element meestal een mengsel zijn van verschillende isotopen, gaat men daarbij standaard uit van de normale verhouding van deze isotopen voor elk element.
Werkdocument opdracht 5 - het verband tussen de atomaire massa-eenheid (u) en het getal van Avogadro (NA)
Soms is het nodig om te rekenen met hele grote of hele kleine getallen. Moleculen zijn erg klein en hebben dus ook een kleine massa. Iedereen — dus jij ook — kent de formule van water. Je gaat zometeen de molecuulmassa van water berekenen. Gebruik de volgende drie stappen:
• stap 1: schrijf de molecuulformule op
• stap 2: zoek de atoommassa’s op
• stap 3: bereken de molecuulmassa
Maak opdracht 5 uit je werkdocument.
HET RECEPT
Het is onmogelijk om ze één voor één te tellen, de 1,4 1023 moleculen suiker. Maar met het verband tussen de atomaire massa-eenheid (u) en het getal van Avogadro (NA) kost het weinig moeite om er achter te komen hoeveel suiker je nodig hebt voor de saus. Open het recept en 'decodeer':
1,4 1023 moleculen suiker in het aantal gram suiker
Vervang deze hoeveelheid in je recept. Weer een stapje dichter bij pudding!
2.2 Molaire massa
Het verband tussen de atomaire massa-eenheid (u), het getal van Avogadro (NA) en de chemische hoeveelheid (mol)
Bekijk de videoclip over mol en molmassa. Hierin wordt uitgelegd wat het verband is tussen massa en mol (denk terug aan werkdocument opdracht 5).
Dan is het nu tijd om zelf te oefenen met de opgavengenerator. Eerst oefen je met het omrekenen van mol naar gram voor het geval de stof een element is. Doe op zijn minst vijf opgaven.
Je gaat nu oefenen met het omrekenen van mol naar gram bij verbindingen. Doe weer op zijn minst vijf opgaven
Vervolgens ga je oefenen met het omrekenen van gram naar mol bij elementen. Doe weer op zijn minst vijf opgaven.
Tot slot oefen je met het omrekenen van gram naar mol bij verbindingen. Doe weer minimaal vijf opgaven
Decoderen van het recept: de suiker, de eieren en de dadels voor de pudding!
Nu je goed geoefend hebt, en het verband tussen mol en massa voor jou geen geheimen meer heeft, is het een fluitje van een cent om het aantal gram suiker te berekenen voor de pudding. Open het recept en 'decodeer':
Verder kun je het getal van Avogadro gebruiken voor het berekenen van het aantal eieren en dadels. Decodeer:
- 3,32 10-24 mol eieren
- 3,32 10-23 mol gedroogde dadels (ontpit)
Vervang deze hoeveelheden in je recept.
3 De algemene gaswet
bron: grenswetenschap.nl
Robert Boyle (1627-1691) was een van de oprichters en boegbeelden van de vermaarde Royal Society. Dit instituut bestaat vierde in 2010 haar 350e verjaardag en is met een slordige 75 Nobelprijswinnaars in haar huidige gelederen nog steeds toonaangevend in de wetenschappelijke wereld. Boyle was een toegewijd empiricus en een van de grondleggers van de moderne wetenschappelijke methode. Zonder overdrijven kan men hem de grootvader van de moderne scheikunde noemen en zijn naam is nog steeds verbonden aan de algemene gaswet. Een man van formaat dus.
Na dit hoofdstuk kun je:
- de wet van Avogadro en de algemene gaswet uitleggen - het molvolume bij standaardomstandigheden noemen (22,4 dm3 mol-1) - het molvolume experimenteel bepalen - de algemene gaswet toepassen, bijvoorbeeld bij het berekenen van het molvolume bij andere omstandigheden (dit is verdiepingsstof) - rekenen met het molvolume: het omzetten van mol naar dm3 en omgekeerd - rekenen met het "van mol naar en terug schema"
3.1 Het verband tussen gasvolume en mol
Bij het bakken van een cake, brood of in dit geval een sticky toffee pudding is een rijsmiddel een onmisbaar ingrediënt. Zonder rijsmiddel krijg je geen lekker luchtig resultaat. De werking van een rijsmiddel is vrij eenvoudig: tijdens het bakken ontstaat een gas, meestal koolstofdioxide. Je moet dus ook leren chemisch rekenen met gassen. Dit doen we in de chemie doorgaans niet met de dichtheid. Bij gassen is de dichtheid namelijk te veel afhankelijk van de temperatuur en de druk. Gassen zetten bijvoorbeeld uit bij een hogere temperatuur, waardoor de dichtheid kleiner wordt.
In het vorige hoofdstuk hebben we geleerd te werken met de chemische hoeveelheid en een verband gelegd tussen de massa en de chemische hoeveelheid (mol). In dit hoofdstuk onderzoeken we het verband tussen volume en de chemische hoeveelheid (mol).
Werkdocument opdracht 6 - verband tussen gasvolume en mol
Open je werkdocument en vul door middel van berekeningen onderstaande tabel in. Wat valt je op?
Open je werkdocument en vul door middel van berekeningen de tabel van opdracht 6 in. Wat valt je op? (Tips: kolom 4 is gewoon de dichtheid. En kolom 6 is 1 gedeeld door kolom 5).
3.2 De wet van Avogadro
Wet van Avogadro
In 1811 formuleerde Amadeo Avogadro de gaswet, ook wel bekend als de Wet van Avogadro. Hij veronderstelde dat een bepaald volume gas een bepaald aantal moleculen - kon bevatten en dat dat aantal onafhankelijk is van het soort gas. Het aantal deeltjes in 1 mol gas moet dan ook constant zijn. Tegenwoordig heeft men bepaald dat bij standaardomstandigheden dit aantal 6,02212.1023 is. Om hem te eren heeft men later dit aantal deeltjes het getal van Avogadro (NA) genoemd. Het getal van Avogadro ben je ook al in hoofdstuk 2 tegengekomen. Bij een andere temperatuur en druk heeft het molvolume een andere waarde. De volgende regels zijn belangrijk:
- Bij gelijke druk en gelijke temperatuur neemt 1 mol van een willekeurig gas hetzelfde volume in. Dit noemen we het molvolume (Vm).
- Bij standaardomstandigheden (T = 273 K en p = po) geldt Vm = 22,4 dm3 mol-1.
Werkdocument opdracht 7 - onderzoek: experimentele bepaling van het molvolume
In het volgende onderzoek gaan we het molvolume bij kamertemperatuur (293 K) bepalen. Je hebt al gezien dat in het recept van de sticky toffee pudding zelfrijzend bakmeel wordt gebruikt. Dit is meel waaraan zuiveringszout is toegevoegd. Daarnaast moet je er nog een eetlepel extra zuiveringszout bij doen. Zuiveringszout ontleedt bij verwarmen in natriumcarbonaat, water en koolstofdioxide. Uit massa- en volume-metingen kun je het molvolume bepalen bij kamertemperatuur. Maak hierbij ondermeer gebruik van het gegeven dat er uit 2 mol natriumwaterstofcarbonaat 1 mol koolstofdioxidegas ontstaat.
Onderzoeksvraag
Wat is het molvolume bij kamertemperatuur (293 K)?
Werkwijze
Weeg ca. 0,5 gram natriumwaterstofcarbonaat zo nauwkeurig mogelijk af (bij voorkeur in drie decimalen). Breng deze hoeveelheid over in een hard glazen Pyrex reageerbuis. Bevestig de reageerbuis in een statief en maak de opstelling zoals hieronder is weergegeven. Gebruik een bekerglas van 1 liter en een maatcilinder van 100 mL. Warm met een kleine blauwe vlam de reageerbuis voorzichtig op en stop met verwarmen als er geen gasontwikkeling meer plaatsvindt. Lees de maatcilinder nauwkeurig af.
Verwerking
Maak nu opdracht 7 uit je werkdocument. Let bij je berekeningen op het aantal significante cijfers!
3.3 De algemene gaswet (verdiepingsstof)
Verband tussen druk, volume, temperatuur en aantal deeltjes
Bekijk onderstaande animatie en maak vervolgens de vragen.
Het verband tussen de druk (in N.m-2), het volume (in m3), de temperatuur (in K) en het aantal deeltjes (in mol) wordt weergegeven in de algemene gaswet:
R is de gasconstante. De waarde van R staat in tabel 7 (Binas). In de chemie gebruiken de gaswet meestal op een andere manier door verschillende omstandigheden met elkaar te vergelijken:
In dat geval kun je ook andere eenheden gebruiken voor de druk en het volume. Onder standaardomstandigheden (p = po en To = 273 K) geldt voor no = 1,00 mol dat Vo = 22,4 dm3. Als je nu het molvolume Vm moet uitrekenen bij dezelfde druk maar een andere temperatuur, bijvoorbeeld 293 K, levert dit op:
waaruit volgt dat Vm = 24,0 dm3.mol-1.
Oefen weer met de opgavengenerator. Oefen eerst met het omrekenen van mol naar volume bij gassen met een temperatuur van 20 ºC. Doe minimaal vijf opgaven.
Vervolgens doe je minimaal vijf opgaven die gaan over het omrekenen van volume naar mol bij gassen met een temperatuur van 20 ºC.
Doe op zijn minst vijf opgaven die gaan over het omrekenen van mol naar volume bij gassen met een andere temperatuur.
Doe op zijn minst vijf opgaven die gaan over het omrekenen van volume naar mol bij gassen met een andere temperatuur.
3.4 Het van mol naar en terug schema
Het schema hieronder is het zogenaamde "van mol naar en terug schema". Hierin staat welke berekening je moet uitvoeren om de ene grootheid in de andere grootheid om te rekenen. Bekijk dit schema goed. Bij de volgende opdracht in het werkdocument moet je dit schema gebruiken.
- de wet van Proust langs experimentele weg bewijzen - de molverhouding afleiden uit een reactievergelijking - uit de molverhouding van een chemische reactie de massaverhouding afleiden - het "van van mol naar en terug schema" toepassen bij het rekenen aan chemische reacties
4.1 Experimentele bepaling van de wet van Proust
Werkdocument opdracht 9 - onderzoek: experimentele bepaling van de wet van Proust
Inleiding: een ode aan Louis Proust De wet van Louis Proust (Frans chemicus die leefde van 1754-1826) zegt dat stoffen met elkaar reageren en ontstaan volgens bepaalde vaste massaverhoudingen. Als je de beginstoffen in een andere massaverhouding bij elkaar voegt, is er altijd een overmaat van één van de stoffen. Voor elke reactie is de massaverhouding weer anders. Dit komt doordat deze massaverhouding feitelijk wordt bepaald door de deeltjesverhouding in de reactievergelijking.
Opdracht Bepaal experimenteel in welke massaverhouding magnesium en zoutzuur reageren en bepaal zo nauwkeurig mogelijk hoeveel cm3 waterstofgas bij de reactie ontstaat. De reactie die optreedt bij het samenvoegen van magnesium en zoutzuur mag je bij deze opdracht weergeven als:
Werkwijze
Weeg ongeveer 120 mg magnesium nauwkeurig in 3 decimalen af (dit is een overmaat) en maak een oplossing van zoutzuur waarin zich 220 mg HCl bevindt. Laat de stoffen met elkaar reageren en zorg dat je het waterstofgas opvangt. Meet als de gasontwikkeling stopt hoeveel cm3 waterstofgas ontstaan is. Spoel het overgebleven magnesium schoon met water, maak het droog en weeg het op de milligram nauwkeurig.
Verwerking
Maak opdracht 9 uit het werkdocument. Let bij je berekeningen op het aantal significante cijfers!
4.2 Molverhouding bij een chemische reactie
Massa en molverhouding
Door experimenten uit te voeren kun je voor iedere reactie de massaverhouding bepalen. Met behulp van de reactievergelijking kun je controleren of dit klopt, want in de reactievergelijking geven de coëfficiënten de molverhouding aan waarin stoffen verdwijnen en ontstaan. In het volgende filmpje krijg je aan de hand van een stappenplan een voorbeeld van het rekenen aan een chemische reactie.
Werkdocument opdracht 10 - videoclip: het stappenplan en een voorbeeld
Bekijk de video over het stappenplan bij het rekenen aan chemische reacties. Neem het stappenplan eerst over in je werkdocument. Je zult het stappenplan heel vaak moeten gebruiken. Bereken vervolgens zelf (aan de hand van het voorbeeld uit de clip) hoeveel dm3 lucht (bij p = po en T = 298 K) nodig is voor de volledige verbranding van 2,50 L benzine, C8H18(l).
- de massapercentages in verbindingen experimenteel bepalen - de massapercentages in verbindingen theoretisch bepalen - met behulp van een elementenanalyse de formule van een stof bepalen - met behulp van het massapercentage het een-na-laatste ingrediënt decoderen voor de pudding
5.1 Massapercentage koolstof in kristalsuiker
Uiteraard is ook suiker één van de ingrediënten van de sticky toffee pudding. Het zit zowel in de pudding als in de saus. Tijdens het maken van de saus laat je de suiker karameliseren. Dat is een nauwkeurig werkje. Als je te sterk verhit zal de suiker namelijk gaan verkolen. We gaan deze vaardigheid oefenen in het nu volgende onderzoek. Daarnaast proberen we langs experimentele weg het massapercentage koolstof te bepalen. Dit doen we zoals gezegd door de suiker te verwarmen en vervolgens te verhitten. Hierbij vindt ontleding plaats. De uitkomst ga je vergelijken met de theoretische waarde. De theoretische waarde van het massapercentage van een element in een verbinding kun je eenvoudig berekenen, als je de formule van de verbinding hebt.
Oefen eerst een paar keer met de opgavengenerator.
Werkdocument opdracht 12 - onderzoek: massapercentage koolstof in kristalsuiker
In dit onderzoek gaan we kristalsuiker verwarmen. Wat gebeurt er precies bij het verwarmen van suiker? In eerste instantie zal de suiker gaan karameliseren: de suiker wordt omgezet tot karamel door verhitting op een laag vuur. Dat vraagt veel precisie omdat karamel oneetbaar wordt als de temperatuur boven de 170°C stijgt. Karamelisering is één van de belangrijkste typen bruinkleuringsprocessen in de levensmiddelenindustrie en leidt tot aangename kleur- en smaakvorming in bijvoorbeeld brood en banket. Ongewenste effecten van karameliseren zijn de geur van verbrande suiker en het zwart worden van levensmiddelen. Bij sterkere verhitting vindt verkoling plaats.
Onderzoeksvraag
Wat is het massapercentage koolstof in kristalsuiker?
Maak een werkplan waarin je beschrijft hoe je het massapercentage koolstof in kristalsuiker gaat bepalen. In je werkplan staat hoe je het probleem gaat aanpakken, en wát en hoe je gaat meten. Voer je werkplan uit.
Verwerking
Maak opdracht 12 uit je werkboek. De formule van kristalsuiker is C12H22O11(s). Maak gebruik van de chatfunctie om je ervaringen met andere groepjes te delen. Let bij je berekeningen op het aantal significante cijfers!
Decoderen van het recept: de saus is af!
Voor de karamelsaus had je nodig:
- 1,4 1023 moleculen suiker
- 15 massa% boter
- 39 g donkere stroop (eetlepel = 15 mL en ρ = 1,3 g cm-3)
- 1,0 10-4 m3 slagroom
Drie van deze vier ingrediënten heb je als het goed is al verdiend. Ga na welke drie dit zijn en bereken hiermee het aantal gram van het nog ontbrekende ingrediënt. Lukt dit? Dan is de saus helemaal af!
5.2 Massapercentage kristalwater in blauwe kopersulfaat
We doen nogmaals een massapercentage-bepaling. Ditmaal met een stof die niet kán verkolen aangezien de stof geen koolstof bevat. Langs experimentele weg gaan we het massapercentage kristalwater in een hydraat bepalen. Dit doen we wederom door de stof te verwarmen. Hierbij verliest het hydraat zijn kristalwater. De uitkomst gaan we weer vergelijken met de theoretische waarde.
Werkdocument opdracht 13 - onderzoek: massapercentage kristalwater in blauw kopersulfaat
Maak een werkplan waarin je beschrijft hoe je het massapercentage kristalwater in blauw kopersulfaat gaat bepalen. In je werkplan staat hoe je het probleem gaat aanpakken, en wát en hoe je gaat meten. Voer je werkplan uit.
Verwerking
Maak opdracht 13 uit je werkdocument
5.3 De CHN microanalyse
Elementenanalyse
In de vorige twee paragrafen heb je geleerd hoe je massapercentages van elementen kunt bepalen langs experimentele weg en hoe je deze kunt vergelijken met de theoretische waarden. Dit wordt ook wel elementenanalyse genoemd. Met behulp van elementenanalyse is het mogelijk om de formule van een stof te bepalen. De stof moet dan wel zuiver zijn. In de praktijk worden de meeste elementenanalyses tegenwoordig gedaan met behulp van zogenaamde atoomspectroscopie.
Atoomspectroscopie
Atoomspectroscopie is de verzamelnaam voor een aantal natuurkundige technieken waarbij met behulp van elektromagnetische straling van verschillende golflengten een elementenanalyse van een monster wordt uitgevoerd. Deze techniek wordt veel toegepast in de scheikunde. Niet de vorm van de moleculen is daarbij het onderwerp van het onderzoek, maar alleen de verhouding waarin de verschillende elementen uit het periodiek systeem voorkomen. Voor de zogenaamde organisch chemici is de elementaire analyse of "EA" bijna altijd een zogenaamde CHN analyse — de bepaling van de massapercentages koolstof, waterstof en stikstof. Deze informatie kan helpen bij het bepalen van de structuur van een onbekende stof of bij het bepalen van de zuiverheid van een stof. Denk hierbij ook aan de aanwezigheid van ongewenste verontreinigingen of giftige stoffen in voedingsmiddelen.
Een praktijkvoorbeeld: de CHN microanalyse van DMF
DMF is een kleurloze vloeistof, en goed mengbaar met water en een groot aantal organische oplosmiddelen. DMF heeft een hoog kookpunt en wordt gebruikt in de productie van acrylvezels en plastics en verder als oplosmiddel bij de productie van geneesmiddelen, pesticiden en kunststoffen. DMF wordt gesynthetiseerd door middel van de reactie van mierenzuur (HCOOH) met dimethylamine. Het oplosmiddel is onderhevig aan bederf en dat is te merken ook: zuivere DMF is geurloos terwijl verouderde DMF vaak een vislucht heeft vanwege de terugvorming van dimethylamine.
Werkdocument opdracht 14 - de CHN microanalyse van DMF
- werken met de chemische concentratie aanduiding: het begrip molariteit - de molariteit van zowel ‘gewone’ oplossingen als zoutoplossingen uitrekenen - rekenen aan neerslagreacties - je eigen isotone dorstlesser maken aan de hand van een aantal voorgeschreven ingrediënten
6.1 De chemische concentratie aanduiding
Molariteit
Er zijn verschillende manieren om van een oplossing de concentratie of het gehalte aan te geven. Op producten kun je aanduidingen vinden als massa- en volumeprocent, maar ook het aantal gram per 100 mL of per 100 g product. Zo bevat bier 5,0 volume% alcohol en zit er in volle melk 4,0 gram eiwit per 100 g. In de chemie werken we liever met een andere concentratie aanduiding: de molariteit (M) oftewel het aantal mol per liter (mol L-1). Bekijk de afbeeldingen hieronder.
bron: sonnykim123.blogspot.com
Voorbeeld 1
De oplosbaarheid van zuurstof in water van 293 K is 1,38.10-3 mol L-1 (zie Binas-tabel 44). We zeggen ook wel dat de oplossing 1,38.10-3 molair is. De zuurstofconcentratie noteren we dan als [O2(aq)] = 1,38.10-3 M. De hoofdletter ’M’ wordt dus niet alleen gebruikt voor molecuulmassa (u) en molmassa (g mol-1), maar ook voor molariteit (mol L-1). Let dus goed op waarvoor de ‘M’ staat.
Maak van elk type opgaven (er zijn drie soorten) in de opgavengenerator minimaal drie opgaven.
De oplosbaarheid van bariumnitraat in water van 298 K is 102 gram per liter. Om de molariteit uit te rekenen moet je van gram naar mol: 102 g ÷ 261,3 g mol-1 = 0,390 mol. De molariteit van de oplossing is dus 0,390 M. Voor de concentratie van de ionen heb je de oplosvergelijking nodig:
Uit één deeltje bariumnitraat ontstaan dus één bariumion en twee nitraationen. De concentratie van de nitraationen is dus twee keer zo groot. Voor de concentraties van de ionen geldt dan:
Oefen weer met de opgavengenerator. De opgeloste stoffen zijn nu in ionen gesplitst. Maak van elk type opgaven minimaal drie sommen.
van gram en volume naar molariteit
van volume en molariteit naar gram
van gram en molariteit naar volume
6.2 Rekenen aan oplossingen
Wat is ook al weer een neerslagreactie?
Bekijk de volgende simulatie.
Kies er twee
Rekenen aan reacties in oplossing
Een van de problemen bij het rekenen met oplossingen is de molverhouding waarin stoffen reageren. Bij neerslagreacties zijn we gewend om de tribune-ionen weg te laten. Als we een aluminiumsulfaat-oplossing laten reageren met een natriumfosfaat-oplossing dan krijgen we:
Hieruit leid je af dat de molverhouding tussen de aluminiumionen en de fosfaationen 1 : 1 is.
Als je echter gaat kijken naar de molverhouding tussen de stoffen aluminiumsulfaat en natriumfosfaat, reageert er feitelijk 0,5 mol Al2(SO4)3 met 1 mol Na3PO4. Om 1 mol Al3+(aq) te krijgen moet je namelijk 0,5 mol Al2(SO4)3 oplossen en om 1 mol PO43-(aq) te krijgen moet je 1 mol Na3PO4 oplossen. De molverhouding tussen aluminiumsulfaat en natriumfosfaat is dus 1 : 2. Het mag eigelijk niet, maar voor het rekenen aan een neerslagreactie is het gemakkelijker om de reactievergelijking in vaste stof notaties weer te geven. Dan krijg je namelijk dit:
Zoals je ziet is hier de molverhouding wel eenvousig af te leiden.
Werkdocument opdracht 15 - rekenen aan oplossingen
Een van de leuke dingen van het vak scheikunde is natuurlijk dat je experimenten uitvoert. Voor dit vak heb je je hersens en je handen nodig. De moderne techniek stelt ons tegenwoordig in staat een echt scheikunde experiment online uit te voeren. Zo'n experiment, waarbij je vanaf elke plek op de wereld een onderzoek doet met behulp van een op afstand bestuurbare experimenteeropstelling heet een 'webexperiment'. Het gaat hier niet om een online animatie of simulatie die een scheikundig experiment moet voorstellen. In een webexperiment heb je met stoffen te maken die echt met elkaar reageren. Maar die stoffen bevinden zich in een meetopstelling in de Vrije Universiteit in Amsterdam.
In de experimenteeropstelling bevindt zich een zogenaamde microreactor. Hieronder zie je een plaatje van de microreactor die in werkelijkheid ongeveer 50 mm lang is. De kanaaltjes in de microreactor hebben een diameter van 0,3 mm.
Inlet 1, 2 en 3 zorgen voor de toevoer van oplossingen van stoffen die met elkaar moeten reageren. De 'outlet' is de uitgang van de microreactor. Daar komt methyloranje uit. Dat druppelt in een erlenmeyer.
In de experimenteeropstelling zijn drie webcams opgenomen die laten zien wat er gebeurt tijdens het webexperiment.
De docent of PAL-student zal jullie het webexperiment demonstreren. Tijdens, en na afloop van het webexperiment, moet je een paar vragen beantwoorden met behulp van berekeningen aan concentraties. Die vragen hebben eigenlijk te maken met deze onderzoeksvraag: heeft de temperatuur invloed op de reactie waarbij methyloranje gevormd wordt? Komt er bijvoorbeeld meer methyloranje uit als ik de temperatuur verhoog? De praktische uitvoering en bijbehorende opdrachten staan in je werkdocument.
Open je werkdocument en verwerk hierin de resultaten en je conclusie(s). Upload vervolgens naar je postbus voor eventuele feedback van docent of PAL-student.
Wil je meer van dit webexperiment weten, lees dan de handleiding (Engelstalig). Misschien vind je dit webexperiment wel zo leuk dat je er in overleg met je docent een praktische opdracht van kunt maken (en wie weet later wel een profielwerkstuk). In dat geval moet je de onderzoeksvraag goed formuleren, bijvoorbeeld zo: 'Wat is het verband tussen de temperatuur tijdens de reactie en de opbrengst (het aantal g per minuut) van het methyloranje?'
Wie weleens sport, weet dat je er verschrikkelijke dorst van kunt krijgen. Je lichaam verliest vocht door zweten, en heeft aanvulling nodig om je lichaamstemperatuur op een gezond niveau te kunnen houden. Tijdens langdurig sportieve inspanningen moet er dus regelmatig worden gedronken. Laten we zeggen ongeveer op een grote bidon per uur voor een goede vochtvoorziening (750-1000 mL per uur en 500 mL in de winter). Behalve water verbruik je tijdens het sporten ook koolhydraten. Die kun je ook aanvullen, maar aan de opname van koolhydraten zit een maximum. Het lichaam neemt niet meer dan 60-80 g koolhydraten op per uur. In een zogenaamde isotone dorstlesser zit ongeveer 60 g per liter - de juiste verhouding water en koolhydraten die je tijdens het sporten nodig hebt. Bij het zweten verlies je ook mineralen; die wil je misschien ook aanvullen.
Overigens, nog afgezien van de koolhydraten en mineralen die je misschien mist, is veel zuiver water drinken tijdens het sporten überhaupt niet zo'n goed idee. Om de concentratie opgeloste stoffen in je lichaam in balans te houden, zul je vrij veel gaan plassen. En dat is nu juist weer niet de bedoeling! Water met een concentratie opgeloste stoffen (zouten en koolhydraten) die lijkt op de concentratie in je lichaam is dan beter. Zo'n concentratie noemen we isotoon.
AA Drink Isotone
Deze isotone dorstlesser is speciaal ontwikkeld voor tijdens het sporten. De samenstelling van AA Isotone is gelijk aan die van je lichaamsvloeistoffen, zodat het niet omgezet hoeft te worden in je maag en de stoffen onmiddellijk opgenomen worden in je bloedbaan. Aan AA Isotone zijn zes belangrijke mineralen toegevoegd: natrium, chloride, kalium, calcium, magnesium en fosfor. Je vult zo het verloren vocht en de mineralen onmiddellijk weer aan.
Samenstelling
AA Isotone bevat onder meer de volgende ingrediënten: water, suiker, glucose, voedingszuur (citroenzuur), citroensap, calciumlactaat, magnesiumlactaat, natriumcitraat, natriumchloride, kaliumcitraat, plantenextract (saffloor) en natriumfosfaat. Hieronder staan enkele gegevens over AA Isotone (bron:aa-drink.com).
Voedingswaarde per 100 mL Energie 92 kJ ( 22 kcal) Vetten 0 g Eiwitten 0 g Verzadigde vetzuren 0 g Koolhydraten 5.7 g (waarvan suikers 5.4 g) Voedingsvezel 0 g Voedingzuur 3.0 g
Voer opdracht 17 in je werkdocument uit: maak je eigen isotone dorstlesser.
7 A Big Mac
bron: thewvsr.com
Na dit hoofdstuk kun je:
- de begrippen MAC-waarde en ppm uitleggen - rekenen met MAC-waarden en ppm's - een massa of volume ppm berekenen en toepassen
7.1 MAC-waarden van ppm's
MAC-waarden en PPM’s
De MAC-waarde is de Maximaal Aanvaarde Concentratie van een schadelijke stof en is gedefinieerd als de maximale concentratie van een gas, damp of nevel of van een stof in de lucht op de werkplek, die bij inademing gedurende de arbeidsperiode in het algemeen geen nadelige gevolgen heeft op de gezondheid van de werknemers en hun nageslacht. De MAC-waarde geldt voor een gezonde volwassen man; vrouwen en mensen met een verlaagde weerstand zijn niet in de overweging meegenomen. Een aantal MAC-waarden staat in Binas-tabel 97A.
Een vaak gehanteerde eenheid voor gassen is ppm: parts per million. Voor vaste stoffen (in de context van luchtvervuiling ook wel fijnstof genoemd) is de eenheid meestal mg m-3. Parts per million (ppm) valt in hetzelfde rijtje als procent ("per honderd") en promille ("per duizend"). Dat wil dus zeggen dat 1 ppm één deel in 1.000.000 is, ofwel duizend keer zo weinig als een promille. Net als bij massapercentage en volumepercentage kun je spreken over massa-ppm en volume-ppm. De (dimensieloze) eenheid ppm wordt vooral veel gebruikt om lage concentraties aan te duiden in de scheikunde en dan in het bijzonder binnen de toxicologie (giftigheidsleer) en de milieukunde. Als je bijvoorbeeld 1 liter (ca. 1 kg, 1.000 g) water drinkt dat met 1 massa-ppm lood verontreinigd is, krijg je in totaal 1 milligram (0,001 g) van het zware metaal naar binnen. Maximaal aanvaarde concentraties van verontreinigingen worden zoals gezegd dikwijls in ppm's uitgedrukt of in eenheden die nog kleiner zijn, zoals ppb (parts per billion) en ppt (parts per trillion).
De Warenwet In de Warenwet staat waar levensmiddelen en andere consumentenproducten aan moeten voldoen. Een product of levensmiddel mag de veiligheid of gezondheid van de consument niet in gevaar brengen. De nieuwe Voedsel- en Warenautoriteit (nVWA) controleert of de regels van de Warenwet worden nageleefd. Bij overtreding van de Warenwet kan de nVWA maatregelen nemen. De nVWA kan bijvoorbeeld een waarschuwing geven of een bestuurlijke boete opleggen. Als er gevaar dreigt voor de consument, kan de nVWA een bedrijf bevelen een product terug te roepen. Het bedrijf moet dit dan melden met een advertentie in de grote landelijke en regionale dagbladen. Ook kan een bedrijf in het uiterste geval een periode worden gesloten.
Meel: de meest belangrijke grondstof voor het bakken van een sticky toffee pudding
Meel of bloem bestaat onder andere uit zetmeel, suikers, eiwitten, water, ascorbinezuur en enzymen. Meel en bloem zijn meestal afkomstig van de tarweplant. De rijpe korrels worden geoogst en later (in stappen) vermalen tot meel of bloem. De meelfabriek voegt aan de meeste bloemsoorten ascorbinezuur toe; maximaal toegestaan is 100 massa ppm.
Maak opdracht 19 in je werkdocument. Maak gebruik van internetbronnen.
Bepaling van de hoeveelheid ascorbinezuur in zelfrijzend bakmeel
Het bepalen van het gehalte ascorbinezuur kan op verschillende manieren, bijvoorbeeld met behulp van DCPIP (NaC12H6Cl2NO2). Deze stof heeft een blauwe kleur. Door de reactie met ascorbinezuur wordt DCPIP ontkleurd. Hierbij reageert één mol ascorbinezuur en met één mol DCPIP. Als praktische opdracht gaat een groepje leerlingen de hoeveelheid ascorbinezuur in zelfrijzend bakmeel bepalen. Omdat ascorbinezuur oplosbaar is in water extraheren zij 25,0 g zelfrijzend bakmeel met water. Na filtratie hebben ze een filtraat met daarin opgelost ascorbinezuur. Vervolgens maken ze een DCPIP-oplossing met een bekende molariteit van 6,34 10-4 M. Tijdens de bepaling blijkt dat het filtraat met daarin opgelost ascorbinezuur in staat was om 18,3 mL DCPIP oplossing te ontkleuren.
Werkdocument opdracht 20 - de hoeveelheid ascorbinezuur in zelfrijzend bakmeel
- op experimentele wijze het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen - een sticky toffee pudding bakken - een sticky toffee saus maken - met behulp van een molberekening het laatste ingrediënt voor de pudding decoderen
8.1 Massapercentage zuiveringszout in bakpoeder
Werkdocument opdracht 21 - onderzoek: massapercentage zuiveringszout in Dr. oetker bakpoeder
Zuiveringszout is het laatste ingrediënt dat je nog nodig hebt voor je recept. Het zorgt er voor dat tijdens het bakproces de sticky toffee pudding lekker luchtig wordt. Helaas is zuiveringszout nog maar nauwelijks te krijgen in de winkel. In plaats daarvan gaan we bakpoeder gebruiken. Dat bevat zuiveringszout, maar niet in zuivere vorm. In het volgende onderzoek gaan we het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder Dr. Oetker bepalen. Zoals je in eerder onderzoek hebt kunnen zien, ontleedt zuiveringszout bij verwarming in natriumcarbonaat, water en koolstofdioxide. Daarnaast bevat Dr. Oetker bakpoeder volgens de verpakking nog wat andere ingrediënten waaronder zetmeel. Houd er rekening mee dat het zetmeel ook kan gaan ontleden tijdens het verhitten.
Onderzoeksvraag
Wat is het massapercentage zuiveringszout in Dr. Oetker bakpoeder?
Werkwijze
Stel eerst de reactieververgelijking op en bepaal de molverhouding waarin zuiveringszout verdwijnt en koolstofdioxide ontstaat. Met behulp van deze molverhouding kun je het massapercentage zuiveringszout in bakpoeder bepalen. Stel eerst je hypothese op, maak dan een werkplan en voer dat uit.
Verwerking
Maak opdracht 21 ik je werkdocument.
HET RECEPT
Je hebt al een paar dingen eerder uitgerekend, zoek nog eens terug:
het molvolume bij de baktemperatuur (200 oC en p=po)
het aantal mol CO2 in 1,5 dm3 tijdens het bakproces
het aantal gram zuiveringszout dat nodig is voor de productie van deze hoeveelheid koolstofdioxide
Bereken met de uitkomst van het experiment het aantal gram Dr. Oetker bakpoeder dat je denkt nodig te hebben. Gelukt? Dan is je recept af en is het eindelijk tijd om te gaan bakken!
8.2 Het bakken van de sticky toffee pudding
Baking time!
Eindelijk is het zover. Je weet nu genoeg over de chemie van bakken, rijsmiddelen, ingrediënten en hoeveelheden om aan de slag te gaan. Wat bak jij er van? We zijn erg benieuwd! Je werkt in tweetallen. Bak de sticky toffee pudding, maak de saus en neem ze de volgende les mee naar school. Maak per tweetal afspraken over wie wat doet (bijvoorbeeld: de één maakt de pudding en de ander de saus). Je kunt de pudding overigens ook van tevoren maken en invriezen. De saus is goed te bewaren in de koelkast. Verder zorgt de docent voor roomijs of slagroom om erbij te serveren! Tijdens het genieten van de pudding gaan we ook nog even kijken naar de....
Eindopdracht: maak je eigen videoclip
Bij de afsluiting van het praktische deel van deze module hoort een feestelijk tintje! Elk baking team maakt een YouTube-video over het bakken van de pudding. In het filmpje moet je ook één van de in de module behandelde begrippen uitleggen, bijvoorbeeld significantie, machten, molmassa of molvolume. Bekijk de leerdoelen in de studiewijzer nog eens voor inspiratie. De video mag maximaal drie minuten duren. Maak gebruik van een digitale camera, je mobieltje of het programma PowerPoint. Bedenk van tevoren welk begrip je precies gaat uitleggen, en hoe je dat wilt doen. Besteed (met zijn tweeën) niet meer dan één uur aan het maken (en eventueel monteren) van het filmpje. En om met Rudolph van Veen van 24 Kitchen te spreken: "Koken hoeft niet lang te duren. Maak het jezelf vooral gemakkelijk, maar maak het wel altijd lekker!"
9 De hersenkraker
bron: sleepwarrior.com
Na dit hoofdstuk kun je:
- echte chemische rekenhersenkrakers oplossen
9.1 Bakken met cement
Ook met cement kun je bakken!
Cement (ontleend aan het Latijnse caementum dat refereert aan het verbinden van gehouwen steen) is een snelhardend bindmiddel gebruikt voor bouwwerken. Cement bestaat uit fijngemalen materiaal dat na mengen met water een min of meer plastische massa vormt, die zowel onder water als in de buitenlucht verhardt en daartoe geschikte materialen aaneen kan kitten tot een ook in water stabiele massa. Het wordt voornamelijk gebruikt als grondstof voor beton en metselspecie. Cement is een zouthydraat.De Grieken waren de eerste bouwers die kalk maakten door het bakken van kalksteen. De Romeinen verbeterden dit bindmiddel door er vulkanische as en baksteenpoeder aan toe te voegen. Dankzij dit bindmiddel konden grote constructies worden gebouwd zoals arena's, baden, amfitheaters of aquaducten, waarvan sommige twintig eeuwen later nog perfect bewaard zijn gebleven.
Soorten cement
De twee belangrijkste soorten cement die tegenwoordig worden toegepast zijn portlandcement en hoogovencement. Portlandcement is een product van het branden van kalksteen en klei in steenkoolovens. Hoogovencement is een type cement met een andere samenstelling dan portlandcement. Bij hoogovencement wordt een afvalproduct van de ijzerproductie (hoogovenslakken) gebruikt. Het uiteindelijke cement bevat uiteraard geen ijzerverbindingen meer (zie de tabel hieronder).
Samenstelling hoogovencement
Calciumoxide (zie tabel) is niet alleen de grootste, maar ook de belangrijkste component van het cement. Calciumoxide is het bindmiddel, dat er voor zorgt dat het cement stevig en hard wordt. Bekijk hieronder de Klokhuis-aflevering over cement.
Calciumoxide kan worden gemaakt van kalksteen of van schelpen, die beide bestaan uit calciumcarbonaat. Kalksteen of schelpen worden in een kalkoven (zie afbeelding) bij een temperatuur tussen 900 en 1100 °C gebrand. Bij het branden wordt calciumcarbonaat (CaCO3) omgezet in calciumoxide (ongebluste kalk) en koolstofdioxide. Bij het metselen reageert het calciumoxide met water – dit is het ‘blussen’ van kalk – en ontstaat er calciumhydroxide (gebluste kalk). Het calciumhydroxide – het feitelijke bindmiddel – gaat vervolgens reageren met kooldioxide (CO2) uit de lucht tot calciumcarbonaat (kalksteen). Daarmee is de zogenaamde kalkcyclus rond. En dan is het nu tijd voor…
De hersenkraker…. de uitdaging!
Men verhit 1000 kg calciumcarbonaat gedurende enige tijd bij ongeveer 1000 oC. Na afloop is er nog 670 kg vaste stof over. Bereken hoeveel kg van welke vaste stof of stoffen er na afloop aanwezig zijn in de overgebleven 670 kg. Vraag je docent hoe je het antwoord moet inleveren?
9.2 Nog even puzzelen
Ben je klaar voor de eindtoets? Of wil je nog even je kennis testen door wat te puzzelen? Ga dan deze uitdaging aan, maar natuurlijk zonder gebruik te maken van de knoppen onder 'reveal'.
Ben je al door de module heen? Heb je sneller gewerkt dan andere leerlingen en smaakt het naar meer? Vraag je docent of PAL-student of je een van de extra opdrachten mag uitvoeren:
Oefenen
We zijn aan het einde gekomen van de e-klas Wat bak jij er van? over chemisch rekenen. Uiteraard hopen we dat na de hersenkraker van daarnet het chemisch rekenen voor jou geen geheimen meer heeft en dat je er wat van bakt op de eindtoets. Je gaat zo beginnen aan de voorbeeld proefwerkopgaven om je goed voor te bereiden op de eindtoets over dit onderwerp.
Succes!
Proefwerkopgaven chemisch rekenen
Maak de vragen hieronder. De antwoorden krijg je van je docent of PAL-student.
Verrijkt uranium
Bij Urenco in Almelo wordt uranium verrijkt. Dat wil zeggen dat het massapercentage van het radioactieve U-235 isotoop wordt verhoogd van de natuurlijke waarde tot 3,5 massaprocent. Dit doet men door eerst van natuurlijk uranium de stof uraniumhexafluoride, UF6(g), te maken. Door deze stof in de gasvorm te ‘centrifugeren' zullen de zware moleculen naar de buitenkant van de centrifuge worden geslingerd. De moleculen met een kleinere massa worden aan de binnenkant ‘afgetapt'.
1. Hoe groot is het natuurlijke percentage U-235?
2. Geef de samenstelling van de kern van het meest voorkomende isotoop van uranium.
3. Bereken hoeveel massaprocent het molecuul UF6, opgebouwd uit U-235, minder is ten opzichte van de gemiddelde molecuulmassa UF6.
Tandpasta
In sommige fluoride tandpasta's is het zout natriumfluoride aanwezig. In merk A zit 0,10 massaprocent fluoride. In merk B zit 2,0 mg natriumfluoride per gram tandpasta.
4. Leg uit in welk van de twee merken het fluoridegehalte het hoogste is.
Molvolume
Het molvolume hangt af van de druk en temperatuur.
5. Bereken met Binas-tabel 12 hoeveel mol H2O zit in 100 cm3 waterdamp bij 373 K en p = po.
6. Bereken met de uitkomst van vraag 5 het molair volume Vm bij 373 K en p = po (heb je deze uitkomst niet, neem als uitkomst: 3,50.10-3 mol).
7. Leg uit waarom de bij vraag 6 berekende Vm groter is dan 22,4 dm3 mol-1.
Vloeibaar schuurmiddel
Een vloeibaar schuurmiddel bevat diverse bestanddelen, waaronder een vaste stof die voor het schurend effect zorgt. Daarnaast bevat het water en zeepachtige stoffen. De vaste stof bestaat voor het grootste gedeelte uit calciumcarbonaat. Als je vloeibaar schuurmiddel in contact brengt met een zure oplossing, ontstaat een gas. Als je de hoeveelheid vrijgekomen gas meet, kun je daaruit met behulp van de reactievergelijking het calciumcarbonaatgehalte bepalen. De reactievergelijking van calciumcarbonaat met azijnzuur is:
Janneke en Mark wegen 0,66 g vloeibaar schuurmiddel af, voegen 30 ml azijnzuuroplossing toe (dit is een overmaat) en vangen het koolstofdioxidegas op.
8. Teken de opstelling die Janneke en Mark bij deze proef gebruiken.
Ze vangen 63 cm3 gas op. Neem aan dat onder deze omstandigheden geldt: Vm = 24,0 dm3 mol-1.
9. Bereken het massa% calciumcarbonaat in het vloeibare schuurmiddel dat Janneke en Mark onderzochten.
Aluin
Aluin heeft de formule KAl(SO4)2•12H2O(s).
10. Bereken het massapercentage kristalwater in aluin.
Zuigelingenvoeding
Op de verpakking van zuigelingenvoeding staat, dat het per drie maatschepjes (één maatschepje = 13,5 g) onder andere bevat:
1,458 gram eiwit
7,790 gram lactose, C12H22O11
3,645 gram vet
0,338 gram water
0,419 mg ijzerionen
11. Bereken het massapercentage eiwit in zuigelingenvoeding.
12. Bereken het massapercentage zuurstof in lactose.
13. Bereken het aantal mmol lactose in drie maatschepjes.
14. Bereken het aantal ijzerionen in drie maatschepjes.
Massapercentage
Een verbinding bestaat voor 60,0 massaprocent uit koolstof, 13,3 massaprocent uit waterstof en de rest uit zuurstof. De molecuulmassa is 120 u.
15. Bepaal door berekening de molecuulformule.
Een zout bestaat voor 80,68 massaprocent uit kwik en voor 6,44% uit zwavel. De rest is zuurstof.
16. Bereken de verhoudingsformule van het zout.
Hydrazine
Op 28 mei 1984 stortte bij het Duitse plaatsje Linz am Rhein een General Dynamics F‑16 gevechtsvliegtuig van de vliegbasis Volkel neer. Bij dit ongeval werden twee mensen op slag gedood. Later bleek dat de tank van 26 liter hydrazine‑70 (70% hydrazine, 30% water) leeggelopen was. Door de vrees voor vergiftiging door het vrijgekomen hydrazine hebben zo'n 380 omwonenden, brandweerlieden en militairen een uitvoerig bloedonderzoek moeten ondergaan.
Hydrazine (N2H4) wordt in de F‑16 gebruikt als brandstof voor de generator van het noodstroomsysteem en is een kleurloze en snel verdampende vloeistof. Het kookpunt van hydrazine is 113,5 oC en bij 52 oC vormt de stof met lucht een explosief gasmengsel. De MAC‑waarde bedraagt 0,1 massa‑ppm, de reukgrens 2 tot 3 massa‑ppm. De MAC‑waarde van hydrazine is laag omdat de stof kankerverwekkend is en zeer reactief is ten opzichte van dierlijk (menselijk) weefsel. Spatten in het oog kunnen blijvende beschadigingen veroorzaken; longen, lever en nieren kunnen worden aangetast.
17. Geef de structuurformule van hydrazine.
Hydrazine kan worden geproduceerd door ammoniak met waterstofperoxide (H2O2) te laten reageren, waarbij ook water ontstaat.
18. Geef de reactievergelijking.
19. Verklaar de zeer goede oplosbaarheid van hydrazine in water.
20. Hoe zou je een hoeveelheid hydrazine snel (vrij) onschadelijk kunnen maken?
Bij sommige stoffen kan door ruiken worden vastgesteld of de MAC‑waarde is overschreden.
21. Geldt dat ook voor hydrazine? Motiveer je antwoord.
De dichtheid van hydrazine‑70 is 1,09 g cm-3.
22. Bereken hoeveel m3 lucht minimaal nodig is (T = 273 K, p = po) om de MAC‑waarde niet te overschrijden als 26 liter hydrazine‑70 verdampt.
Hydrazine wordt ook op grote schaal gebruikt als anticorrosiemiddel in boilers en stoomketels. N2H4 reageert namelijk snel met zuurstof:
N2H4(aq) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(l)
Water waarmee boilers worden gevoed, bevat in de regel 0,010 massa‑ppm zuurstof.
23. Bereken hoeveel ton water van zuurstof kan worden ontdaan met 1,0 kg hydrazine.
Over deze module
Documenten
Docentenhandleidingen en toetsen zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten: zie colofon.
Colofon
Auteurs
Aan deze module hebben de volgende mensen gewerkt:
Auteurs:
Henk Ubbels, Zaanlands Lyceum, Zaandam
Hans van Dijk, Cygnus Gymnasium, Amsterdam
Redactie:
Hanna Westbroek, Vrije Universiteit, Amsterdam
De Praktijk, natuurwetenschappelijk onderwijs, Amsterdam
Technische ondersteuning:
Rob Ouwerkerk, Stedelijk Gymnasium, Haarlem
José Carlos Caballero, Cygnus Gymnasium, Amsterdam
Deze module is onder de volgende Creative Commons licentie gepubliceerd. Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk delen 3.0 Nederland Licentie. Aanvullende informatie vindt u op http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/nl/.
Het arrangement E-klas Wat bak jij ervan? is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-07 15:49:41
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie 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.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
(Scheikunde, VWO 4) In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. Wat je leert, pas je toe op een recept voor 'sticky toffee pudding' dat wij versleuteld hebben. Als je de e-klas succesvol afrondt, kun je het recept compleet maken en de sticky toffee pudding bakken.
Leerniveau
VWO 4;
Leerinhoud en doelen
Schaal, verhouding en hoeveelheid;
Scheikunde;
Chemisch rekenen;
(Scheikunde, VWO 4) In deze e-klas gaan we chemisch rekenen. Wat je leert, pas je toe op een recept voor 'sticky toffee pudding' dat wij versleuteld hebben. Als je de e-klas succesvol afrondt, kun je het recept compleet maken en de sticky toffee pudding bakken.
Werkdocument
