Water, verrassend gewoon!



Dovnload 268.39 Kb.
Pagina11/11
Datum20.08.2016
Grootte268.39 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Informatieblok: Van kanshebber tot verliezer.


Als je een verkeerde wax onder de ski kiest, dan kom je niet vooruit.

De keuze van de wax heeft alles te maken met het “spel van de waterstofbruggen”. Vermengt een wax te snel met de sneeuw, dan sta je stil. Het verschil tussen als 16e eindigen of met een medaille naar huis gaan. Dat overkwam onze enige Nederlandse kanshebber tijdens de afgelopen olympische winterspelen!




De keuze van een goede wax kan je 3% aan snelheidwinst opleveren. Al met al is de keuze van een wax lastig. Je moet rekening houden met luchttemperatuur, type sneeuwkristallen, vochtigheid, weersvoorspelling en de aanleg van de skihelling. Tegenwoordig zijn “fluor-waxen” erg in. Deze zijn namelijk extreem hydrofoob, zodat de afstoting tussen de ski en sneeuw zo groot mogelijk is. Je moet natuurlijk niet met ijsklompen aan je ski’s beneden komen.






§3.3 Water als constructiemiddel.


Sommige zouten blijken ook watermoleculen te kunnen vasthouden. Zij doen dit in de ruimtes tussen de ionen in het kristalrooster. Voorbeelden van deze stoffen zijn kopersulfaat en kristalsoda.
Het verhitten van blauw kopersulfaat, waarbij wit kopersulfaat en waterdamp ontstaat, is een bekende proef uit de derde klas. Wanneer je aan het witte kopersulfaat niet te veel water toevoegt, ontstaat er onder warmteontwikkeling weer vast blauw kopersulfaat. Daarom noemen wij wit kopersulfaat een reagens op water. De reactievergelijkingen zijn als volgt:


verwarmen

CuSO4.5H2O(s) CuSO4(s) + 5 H2O(g)
CuSO4(s) + 5 H2O(l) CuSO4 .5H2O(s)
De onderste reactie noemen we hydratatie. Het blauwe kopersulfaat, CuSO4 .5H2O(s), heet een hydraat. Het zout bevat nu kristalwater.

Informatieblok: Bouwen met kalk.


Een gelijksoortige reactie treedt op bij het harden van gips, cement en beton. De Romeinen gebruikten cement al als bouwmateriaal. Oorspronkelijk werd het bereid door kalksteen te verhitten bij ongeveer 1000C. Hierbij werd kalksteen (CaCO3) omgezet in calciumoxide en koolstofdioxide. Het ontstane calciumoxide werd gemengd met water, waarbij calciumhydroxide ontstond. Deze stof is matig oplosbaar in water. Het “harden” van gebluste kalk, de vloeistof met zowel opgeloste als onopgeloste calciumhydroxide, gebeurt doordat calciumhydroxide met koolstofdioxide uit de lucht weer calciumcarbonaat vormt. Deze eenvoudige cementsoort moet in contact met lucht staan. Binnen in de muur wordt het cement dus niet hard. Hierdoor is de draagsterkte van dit cement niet groot.
Het huidige cement wordt bereid door het verhitten van kalksteen (CaCO3) en aluminosilicaathoudende klei bij ongeveer 1450 oC. Het calciumcarbonaat staat CO2 af en de hele massa smelt gedeeltelijk en vormt uiteindelijk een vast mengsel. Hieraan wordt gips, CaSO4, toegevoegd en het geheel wordt fijn vermalen.

Het “harden” van het huidige cement berust ook op hydratatie, zoals wit kopersulfaat water opneemt. Het “harden” is eveneens een exotherme reactie. Er zijn echter ook verschillen. Het eindproduct bij cement is onoplosbaar in water, dat moet natuurlijk ook. Een voordeel hiervan is dat cement ook kan “harden” onder water. Het harden bij het huidige cement is niet alleen een hydratatie; er treedt ook een andere chemische reactie op: een hydrolyse. Hierbij ontstaan zeer complexe zouten zoals Ca3Si2O5.3H2O samen met Ca(OH)2. Dit proces is ook exotherm.

De Ca3Si2O5.3H2O is voornamelijk de oorzaak van de sterkte van het cement. De geproduceerde warmte kan een probleem zijn. In een koud klimaat zorgt deze warmte er juist voor dat het water niet bevriest tijdens het uitharden; dit zou rampzalig zijn voor het constructiemateriaal. In warme landen brengt men ijzeren pijpleidingen aan in het cement, waar doorheen koelwater wordt gepompt om de ontstane hitte af te voeren. De pijpen worden als versteviging in het cement achtergelaten.


  1. Gips ontstaat wanneer calciumsulfaat per 1 mol calciumsulfaat 2 mol watermoleculen in zijn rooster opneemt. Geef de reactievergelijking voor de vorming van gips.

  2. Geef de reactievergelijking voor de bereiding van het cement in de Romeinse tijd.

  3. Geef de reactievergelijking voor het “oplossen” van calciumoxide in water.

  4. Geef de reactievergelijking voor het harden van cement in de Romeinse tijd.

  5. Leg uit hoe de opname van water in het cement bij het vormen van een hydraat kan bijdragen aan de sterkte van het cement.

  6. In de tekst wordt beweerd dat cement niet oplost in water.Hoe kun je dit verklaren m.b.v. Binas tabel 45A.


Informatieblok: Opgeblazen verrassingen.

Zeepbellen


Om mooie, grote en stabiele zeepbellen te blazen, moet je water, afwasmiddel en glycerine met elkaar mengen in de verhouding 2:1:1. Het mengsel moet geroerd worden en is dan klaar voor gebruik. Van ijzerdraad kun je verschillende vormen (een cirkel, vierkant, een kubus of een spiraal) maken, die je in de zeepoplossing moet dopen. Vervolgens blaas je een zeepbel. Met een rietje of trechter lukt het ook prima. Probeer eens om met een rietje een grote bel te blazen en vervolgens het rietje weer in de zeepoplossing te steken en in de eerste bel een tweede te blazen. Het is mogelijk om de zeepbellen op je hand op te vangen, als je hand nat is gemaakt met een zeepoplossing.








De chemie van een zeepbel.

Natuurlijke zeep bestaat uit C17H35COO-Na+. Wanneer je zeep in water brengt, zal het zich in ionen splitsen. Het negatieve stearaation, C17H35COO- heeft een lange apolaire staart en een kleine polaire kop. Deze kop wordt aangetrokken door het positieve deel van het watermolecuul, maar de lange apolaire staart wil zich het liefst in een micel of aan het oppervlak van het water bevinden. Het oppervlak van het water wordt bedekt met een apolaire laag, die de oppervlaktespanning van het water behoorlijk verlaagt en waardoor de totale oppervlakte ook wordt vergroot.

Wanneer je nu een vorm in de zeepoplossing houdt en een bel blaast, zal er een grenslaag ontstaan die minimaal twee keer de lengte van een stearaation heeft. In de bel met zijn dubbellaag zal het water uitzakken naar beneden. Wanneer aan de bovenkant de laag te dun wordt om de zeepbel te kunnen dragen, zal de bel barsten.

De bellen zullen altijd proberen om het kleinste oppervlak in te nemen door de oppervlaktespanning die in de dubbellaag heerst. Probeer dit eens uit met verschillende vormen, die hierboven genoemd zijn.




  1. Waarom splitsten zeepdeeltjes zich altijd in ionen zodra ze opgelost worden in water?

  2. Kan je een zeepbel maken van zeep en 1-hexanol i.p.v. water. Leg uit waarom wel of niet.



Informatieblok: De nachtmerrie van een driesterrenkok.


Als je slagroom te lang klopt .... dan krijg je boter! Helaas kun je dat proces niet meer omdraaien. Water en vet spelen een hoofdrol in dit keukendrama.

Slagroom bevat ongeveer 36-40% vet, daarnaast nog eiwitten en water. Tijdens het stijfkloppen van de slagroom ontstaat er een schuim van luchtbelletjes en water, dat gestabiliseerd wordt door de eiwitten. Door allerlei reacties van de eiwitten ontstaat er een stabiel laagje rondom het eiwit. Room is stijf te kloppen doordat er een hoge concentratie vet aanwezig is. Het vet klontert samen op de rand van een luchtbelletje en zorgt zo voor een stijf netwerk ter ondersteuning van de eiwitten.



Maar nu gaat het mis! Een duidelijk vaste structuur is ontstaan. Waarschijnlijk heb je te lang geklopt, waardoor de vetbolletjes zijn geknapt of vloeibaar geworden. Je voert immers energie toe bij het roeren, waardoor de slagroom plaatselijk iets warmer wordt. Lecithine komt nu vrij, waardoor de waterlaagjes met daarin eiwit worden verbroken en ervoor zorgen dat de luchtbelletjes instorten. Er is een inversie opgetreden. Slagroom is te beschouwen als een emulsie van vet-in-water (tussen de grote luchtbellen in). Boter is een emulsie van water (en kleine luchtbelletjes) in vet.

Er rest maar één ding: terug naar de winkel en opnieuw slagroom kopen of een spuitbus.


  1. Teken een stukje van een bolletje van water en eiwit in vet. Geef duidelijk de emulgatoren aan, met hun staart en kop.

  2. Om slagroom lange tijd te bewaren, stoppen bakkers er klopvast in. Wat zou in een zakje klopvast zitten en wat is de functie van deze stof(fen)?

  3. Slagroom uit de spuitbus is minder stabiel dan zelf geklopte slagroom. Dit blijkt uit de waarneming dat spuitbusslagroom veel sneller inzakt. Wat is daarvan een mogelijke oorzaak?

  4. De wesp die je gevangen hebt in een fles met limonade, zinkt veel sneller als je er zeep toevoegt. Verklaar dit.

Ten slotte nog een vraag:


?

Een watermolecuul vormt waterstofbruggen met andere moleculen. Het molecuul is dus “verbonden” met andere moleculen. Hoe kun je dit nu rijmen met je kennis over een vloeistof? Hier bewegen de moleculen toch allemaal kris kras door elkaar?






Afsluiting


De afsluiting bestaat uit een aantal opgaven die je voorbereiden op de toets. Daarnaast zijn er enkele opdrachten die je helpen om de leerstof beter te bestuderen.

Voorbeeldvragen voor wat moet je kunnen aan het eind van deze lessenserie:


  1. Waarom is het kookpunt van water hoog? Verklaar dit met behulp van de aanwezigheid van H-bruggen tussen de watermoleculen.

  2. Wat is het verband tussen de eigenschappen polair / apolair en boter?

  3. Waarom kun je met wit kopersulfaat water aantonen?

  4. Wat is de overeenkomst tussen de werking van een emulgator en de werking van een wasmiddel?

  5. Verklaar het verband tussen het feit dat polaire stoffen goed oplossen in polaire oplosmiddelen en de aanwezigheid van waterstofbruggen.

  6. Verklaar de overeenkomst tussen boter en waswerking.



Extra vragen


Opgave 1.

In januari 2002 is er bij Mora in Limburg 800 liter vloeibaar ammoniak vrijgekomen. De brandweer legt bij dergelijke calamiteiten een groot watergordijn aan. Van grote hoogte spuit de brandweer water naar beneden. Ze leggen op die manier een soort haag aan rondom een deel van de fabriek.

  1. Leg uit waarom maar een deel van de fabriek omringd wordt met een watergordijn.

  2. Leg uit, aan de hand van de bindingen tussen de moleculen, waarom het kookpunt van ammoniak (M = 17 u) en methaan (M=16 u) zo ver uit elkaar liggen. Gebruik Binas tabel 12.

  3. Leg uit waarom ammoniak goed oplost in water. Gebruik termen zoals polair, apolair en waterstofbruggen.

  4. Bereken hoeveel liter water er nodig is om alle ammoniak door middel van een watergordijn te verwijderen. Gebruik Binas tabel 44A. Neem aan dat bij het verdampen van ammoniak het gasvolume ongeveer 200 keer groter wordt dan het oorspronkelijke volume.


Opgave 2.

Ethanol lost zowel op in water als in heptaan, C7H16 (wasbenzine).

  1. Geef in een tekening weer hoe de ethanolmoleculen en watermoleculen in een ethanol-oplossing zijn gemengd. Teken van beide soorten minstens vier moleculen.

  2. Geef in een tekening weer hoe ethanol- en heptaanmoleculen in een oplossing zijn gemengd. Teken van beide soorten minstens vier moleculen.

  3. Geef de structuurformule van 1-hexanol.

  4. Leg uit wat beter met water zal mengen: ethanol of 1-hexanol.


Opgave 3.

Neem onderstaande tabel over en vul deze verder in:


stof

molecuulformule

Polaire stof

Ja of nee?



H-bruggen

Ja of nee?



Vanderwaalsbinding

Ja of nee?



water













pentaan













ethaanamine













1-butanol













1,2,3- propaantriol














Opgave 4.

Een synthetische zeep is natriumdodecylbenzeensulfonaat:



Leg uit waarom deze stof dezelfde eigenschappen heeft als natuurlijke zeep.
Opgave 5.

Als antivriesmiddel in auto’s wordt vaak 1,2-ethaandiol gebruikt.

    1. Leg uit dat 1,2-ethaandiol zich goed mengt met water.

    2. Teken vier moleculen 1,2-ethaandiol en vier moleculen water en geef duidelijk aan wat de oorzaak is dat beide stoffen goed met elkaar mengen.

    3. Leg uit wat er met het smeltpunt van het mengsel gebeurt ten opzichte van zuiver water.

    4. Leg uit waarom water nu niet bevriest bij 0C. Leg dit uit met behulp van je antwoord op vraag b.



Opdrachten ter verwerking van de basiskennis.


Afhankelijk van je docent kun je onderstaande opdrachten uitvoeren:
Opdracht 1.

Beantwoord nu alle vragen die door jullie gesteld zijn na aanleiding van de demonstratieproeven 1 t/m 8.


Opdracht 2.

Maak een ‘brainmap’ aan de hand van de belangrijkste termen uit de basiskennis. Een brainmap is niets anders dan een manier om allerlei begrippen met elkaar te verbinden. Uit onderzoek blijkt dat je hersens ook op deze manier verbanden vastleggen. Een brainmap maken, helpt je dus met het verwerken van de leerstof. Je docent heeft een voorbeeld. Een brainmap of begrippennet maken doe je als volgt:



  • Werk met een groepje van twee tot vier medeleerlingen.

  • Schrijf op wat naar jullie mening de twaalf belangrijkste begrippen zijn uit deze leerstof.

  • Schrijf elk van deze twaalf begrippen apart op een papier te grootte van ongeveer 1/8 A4.

  • Op een postervel ga je de begrippen zodanig rangschikken dat je deze onderling kunt verbinden met een lijn. Deze lijn is het verband tussen beide begrippen.

  • Omschrijf elk verband in jullie eigen woorden.

  • Plak alles vast, trek de definitieve strepen en zet enkele termen bij de lijnen die de verbanden vormen tussen de begrippen.


Opdracht 3.

Maak een spiekbriefje. Het is de bedoeling dat je dit bij je proefwerk mag houden. Er mag van alles op komen te staan. Het mag echter niet meer zijn dan één zijde van een A4-tje. Zet er eventueel voorbeelden bij zodat het begrijpbaar blijft. Opmerking: In de praktijk blijkt dat je vooral veel hebt aan het maken van zo’n spiekbriefje. Het proefwerk zal uiteraard nieuwe toepassingen behandelen en deels toepassingsvragen bevatten. Maak het spiekbriefje dus zelf, vergelijk het eventueel met anderen en zorg dat je goed begrijpt wat er op staat!

Lever het briefje in tijdens de les voor de toets!
Opdracht 4.

Maak een proefwerkopgave voor je docent waarin één van de onderstaande verbanden verklaard moet worden:



  • Waarom apolaire terpentine of verfverdunner niet door de gootsteen weggespoeld mag worden.

  • Waarom vet je fiets of scooter beschermt tegen roestvorming bij vochtig weer.

  • Waarom het apolaire verenkleed van watervogels zo goed beschermd tegen kou en waarom deze eigenschap zeer slecht uitkomt bij een ramp met een olietanker.

Je docent heeft een kleine handleiding voor het maken van goede proefwerkopgaven.

De diagnostische toets

De diagnostische toets bestaat uit een serie beweringen. Kruis in de kolommen ernaast aan of deze juist of onjuist zijn. De letter die je daarbij omcirkelt, vormt samen met de andere letters een slogan.




Uitspraak

Juist

Onjuist

Dat een waterstraal omgebogen kan worden, komt doordat water een apolaire stof is.

A

W

Schoon drinkwater voorkomt dat epidemieën uitbreken.

A

K

IJs kan branden.

T

R

Waterstof is een polaire stof.

D

E

We hoeven ons geen zorgen te maken om schoon drinkwater, er is water genoeg.

E

R

Waterstofbruggen zijn een zwakkere binding dan een atoombinding.

I

W

Het natuurlijke broeikaseffect wordt veroorzaakt door koolstofdioxide.

A

S

Propaan heeft een lager kookpunt dan 1-propanol doordat er sterkere bindingen tussen de 1-propanol-moleculen aanwezig zijn.

B

T

Het kookpunt van water is zo hoog doordat er sterke bindingen in een molecuul water aanwezig zijn.

E

R

Boter ontmengt snel omdat water en vet niet met elkaar mengen.

R

O

Een molecuul water is te beschouwen als een dipool.

O

V

Een molecuul dat als emulgator functioneert, bestaat uit een polair en apolair deel.

D

U

En ionbinding is ook een polaire atoombinding.

U

N

Moleculen die een amino-groep bevatten, zijn polair.

O

R

Vetten lossen niet op in vloeibaar ammoniak omdat ammoniak een apolair oplosmiddel is.

E

D

Een polaire atoombinding ontstaat doordat het ene atoom harder trekt aan een elektronenpaar dan het andere atoom.

I

N

Vetten zijn hydrofoob.

G

?

Als je de slogan niet geheel goed hebt, dan moet je voor de vragen die je niet goed hebt beantwoord, de tekst nog eens bestuderen.






1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina