opgave 2Stroom uit straling
tekstfragment 1
Amerikaanse onderzoekers maken zeer kleine apparaatjes die straling omzetten
in elektriciteit en bij uitstek geschikt zijn voor het leveren van stroom aan micro-
processoren. Hieronder wordt de werking van zo’n apparaatje uitgelegd.
In het apparaatje ligt een dun nikkelplaatje dat uit Ni-63 atomen bestaat, onder
het vrij hangende einde van een siliciumplaatje. Bètadeeltjes1) springen
spontaan over van het nikkel naar een stukje koper aan de onderkant van het
siliciumplaatje (tekening 1).
Door de lading die daardoor in het koper ontstaat, buigt het vrije einde van het
siliciumplaatje door naar het nikkelplaatje (tekening 2). Wanneer koper en nikkel
elkaar raken (tekening 3), stromen de elektronen terug in het dunne plaatje en
springt het stukje silicium, met het stukje koper daaraan vast, als een zwiepende
duikplank weer omhoog (tekening 4).
De ontstane trillingen worden daarbij omgezet in een elektrische stroom.
Het proces (1 tot en met 4) zal zich herhalen totdat alle Ni-63 kernen één
bètadeeltje hebben uitgezonden. Dan bestaat het dunne plaatje niet meer uit
nikkel maar uit een ander element.
noot 1 bètadeeltje: energierijk elektron dat ontstaat wanneer een neutron in de kern van het atoom
wordt omgezet in een proton en zo'n energierijk elektron.
naar: Technisch Weekblad
72pHeeft het koperplaatje in de situatie van tekening 2 een positieve of een
negatieve lading? Motiveer je antwoord.
82pUit hoeveel protonen en hoeveel neutronen bestaat de kern van een atoom van
het nikkel dat in het apparaatje wordt gebruikt?
Noteer je antwoord als volgt:
aantal protonen: …
aantal neutronen: …
92pLeid uit tekstfragment 1 af uit welk element het dunne plaatje bestaat wanneer
alle Ni-63 kernen één bètadeeltje hebben uitgezonden.
opgave 3Spijsvertering
Ons voedsel bestaat voor een deel uit eiwitten. Deze eiwitten worden bij de
spijsvertering gehydrolyseerd tot aminozuren. Deze hydrolyse begint in de
maag. De maaginhoud is zuur doordat cellen in de maagwand 0,17 M zoutzuur
afscheiden.
102pGeef de [H+] en de pH van het zoutzuur dat door de cellen in de maagwand
wordt afgescheiden.
Noteer je antwoord als volgt:
[H+] = … mol L–1
pH = …
In het zure milieu van de maag begint het enzym pepsine met de hydrolyse van
de eiwitten uit ons voedsel. Bij deze hydrolyse worden peptidebindingen
verbroken.
111pGeef aan hoe het komt dat een kleine hoeveelheid van het enzym pepsine in
staat is een groot aantal peptidebindingen te verbreken.
Aan het gedeeltelijk verteerde voedsel dat uit de maag komt, wordt in de
twaalfvingerige darm onder andere sap uit de pancreas (alvleesklier)
toegevoerd. Het pancreassap bevat opgeloste zouten en een aantal enzymen.
Waterstofcarbonaationen in het pancreassap zorgen ervoor dat het maagzuur
wordt geneutraliseerd.
122pGeef de reactievergelijking van de neutralisatie van het zuur uit de maag door
waterstofcarbonaationen.
De enzymen in het pancreassap zorgen er samen voor dat de eiwitten volledig
gehydrolyseerd worden. Een van de enzymen die in pancreassap voorkomt, is
trypsine. Door trypsine kan de peptidebinding tussen arginine (Arg) en
alanine (Ala) worden verbroken. Hieronder is een fragment van een eiwit
weergegeven waarin een Arg – Ala deel voorkomt.
HN
NH
2
H
H
2
H
2Op de uitwerkbijlage is een deel van de reactievergelijking van de hydrolyse van
de peptidebinding tussen Arg en Ala weergegeven. De structuurformule van het
Arg – Ala deel van het eiwit en de reactiepijl zijn al gegeven.
133puitwerkbijlageMaak op de uitwerkbijlage de reactievergelijking van de hydrolyse van de
peptidebinding tussen Arg en Ala af. Gebruik daarbij structuurformules.
Alle aminozuren hebben een carboxylgroep (-COOH) met zure eigenschappen
en een aminogroep (-NH2) met basische eigenschappen. Een
aminozuurmolecuul kan dus zowel een H+ afstaan (en een negatieve lading
krijgen) als een H+ opnemen (en een positieve lading krijgen). In een leerboek
worden de vormen van een aminozuur en zijn ionen als volgt weergegeven:
H
tekening 3
Bij pH = 6,0 heeft het aminozuur leucine een NH3+ groep en een COO– groep,
zoals is weergegeven met tekening 2. In de twaalfvingerige darm is de pH
ongeveer 8. Als gevolg daarvan komt leucine in een andere vorm voor.
143pMoet de vorm waarin leucine voorkomt bij een pH van ongeveer 8 worden
weergegeven zoals in tekening 1 of zoals in tekening 3? Geef een verklaring
voor je antwoord.
opgave 4Azijnsoorten
Er zijn verschillende oplossingen bekend die azijnzuur (ethaanzuur, CH3COOH)
bevatten. Hieronder worden vier soorten genoemd.
Azijn is een oplossing die 4,0 gram azijnzuur per 100 mL bevat. Het is als een
kleurloze maar ook als een bruine vloeistof te koop. In het laatste geval is
karamel toegevoegd. Is het azijnzuur verkregen uit alcohol (de zogenoemde
natuurlijke methode) dan gebruikt men wel de aanduiding “natuurazijn”.
Dubbele azijn bevat ten minste 8,0 gram azijnzuur per 100 mL. Het wordt onder
andere gebruikt als schoonmaakazijn.
Kruidenazijn is een azijn waaraan een natuurlijk extract van één of meer kruiden
is toegevoegd. In plaats van het extract kunnen ook blaadjes en/of takjes van
het kruid worden toegevoegd.
Azijnessence is een vloeistof die 80 gram azijnzuur per 100 mL bevat.
152pBereken de molariteit van het azijnzuur in azijn.
Bij de productie van azijn volgens de natuurlijke methode wordt uitgegaan van
zwak-alcoholische vloeistoffen. Azijnzuurbacteriën zorgen voor de omzetting van
alcohol tot azijnzuur. De reactie die optreedt, is een redoxreactie waarbij
zuurstof de oxidator is. Bij deze reactie ontstaat behalve azijnzuur uitsluitend
water.
161pGeef de vergelijking van de halfreactie van zuurstof.
Een voorbeeld van een kruidenazijn is dragonazijn. Deze kan worden bereid
door zogenoemd dragonextract toe te voegen aan natuurazijn. Dragonextract is
een heldere oplossing die wordt verkregen uit het kruid dragon door gebruik te
maken van de scheidingsmethode extraheren.
172pBeschrijf hoe de extractie kan worden uitgevoerd om dragonextract te verkrijgen.
Azijnzuur kan op verschillende manieren langs chemische weg worden gemaakt.
Bij een bepaalde methode gaat men uit van calciumcarbide (CaC2). Door
calciumcarbide onder de juiste omstandigheden met water te laten reageren,
ontstaan vast calciumhydroxide en ethanal (C2H4O). Om vervolgens azijnzuur te
verkrijgen, laat men het ontstane ethanal met zuurstof reageren.
183pGeef de vergelijking van de reactie van calciumcarbide met water waarbij
calciumhydroxide en ethanal ontstaan.
Uitgaande van azijnessence kan door het toevoegen van water dubbele azijn
worden verkregen.
192pBeschrijf hoe je 1,0 liter dubbele azijn verkrijgt met een azijnzuurgehalte van
8,0 g per 100 mL, wanneer je uitgaat van azijnessence.
opgave 5Houtas
Het gebruik van fossiele brandstoffen leidt tot een toename van de concentratie
van koolstofdioxide in de atmosfeer. Omdat men aanneemt dat dit leidt tot een
versterkt broeikaseffect, wordt voortdurend gezocht naar alternatieve
brandstoffen.
Hout, verkregen door bosbouw, is een mogelijk alternatief. Bij bosbouw worden
de gekapte bomen vervangen door jonge aanplant. De energievoorziening uit
hout kan dan ‘CO2-neutraal’ genoemd worden. Hout bestaat voor het grootste
deel uit cellulose (een polymeer van glucose) en water.
203pGeef de reactievergelijking van de volledige verbranding van cellulose.
Gebruik (C6H10O5)n als formule voor cellulose.
Bij de verbranding van hout blijft altijd een hoeveelheid as over. De
samenstelling van de as hangt onder andere af van de houtsoort en van de
temperatuur tijdens de verbranding. Wanneer deze temperatuur onder 600 oC
blijft, bestaat de as voornamelijk uit calciumcarbonaat. Ook kan een hoeveelheid
kaliumcarbonaat aanwezig zijn.
In Scandinavië, waar hout een veel gebruikte brandstof is, wordt onderzoek
gedaan naar het effect van de temperatuur tijdens de verbranding op de
samenstelling van de as. Daarbij wordt het hout eerst verbrand bij een
temperatuur onder 600 oC. Na afkoelen (waarbij de as wat water opneemt) wordt
een afgewogen hoeveelheid van ongeveer 50 mg van de verkregen as in een
oven geplaatst. De temperatuur van de oven wordt daarna in ongeveer
70 minuten verhoogd van 20 oC tot 1200 oC. Tijdens het opwarmen wordt de
massa van de vaste stof voortdurend gemeten. Op deze manier is de as
onderzocht die is ontstaan bij de verbranding (bij een temperatuur onder 600 oC)
van eikenhout. In diagram 1 is het resultaat van dit onderzoek weergegeven.
diagram 1
De massa-afname is het gevolg van drie processen:
− In de eerste 5 minuten verdampt het water dat tijdens het afkoelen was
opgenomen.
− Na ongeveer 10 minuten (bij ongeveer 650 oC) begint de ontleding van
calciumcarbonaat:
CaCO3 → CaO + CO2
− Na ongeveer 20 minuten is alle calciumcarbonaat ontleed.
− Na ongeveer 35 minuten (bij ongeveer 900 oC) begint de ontleding van
kaliumcarbonaat tot kaliumoxide en koolstofdioxide.
Uit diagram 1 kan worden afgeleid hoeveel koolstofdioxide is ontstaan bij de
ontleding van het calciumcarbonaat in de as. Met de gevonden hoeveelheid
koolstofdioxide en de reactievergelijking van de ontleding van calciumcarbonaat
kan vervolgens het massapercentage calciumcarbonaat in de onderzochte as
worden berekend.
211pLeid af, met behulp van diagram 1, hoeveel mg CO2 is ontstaan bij de ontleding
van het CaCO3 in de onderzochte as.
223pBereken het massapercentage CaCO3 in de as die in de oven werd geplaatst.
Nadat de temperatuur (na ongeveer 70 minuten) op 1200 oC is gekomen, laat
men de rest van de as van het eikenhout afkoelen. Daarna wordt de
samenstelling van deze asrest bepaald. Deze blijkt voornamelijk te bestaan uit
calciumoxide. Kaliumoxide blijkt niet voor te komen in de asrest. En ook kalium
komt niet voor. Dat de asrest geen kaliumoxide en geen kalium bevat, kan
worden verklaard met behulp van gegevens uit de Binas-tabellen 40A en 42A.
232pGeef deze verklaring en noem daarbij de gegevens uit de genoemde
Binas-tabellen.
As die is ontstaan in de verbrandingsoven van een elektriciteitscentrale bestaat
voornamelijk uit calciumoxide. Deze as kan worden gebruikt om de pH van zure
grond te verhogen. Calciumoxide reageert daarbij met de aanwezige H+ ionen.
243pGeef de vergelijking van deze reactie.
opgave 6Permanganaatfontein
Loes en Mathijs gaan als praktische opdracht een proef demonstreren op de
open dag van hun school. Op het internet vinden ze het volgende voorschrift.
voorschrift
De permanganaatfontein Vul een reageerbuis voor driekwart met 0,50 M oxaalzuuroplossing. Zuur de oplossing aan door 2 mL 2 M zwavelzuur toe te voegen. Laat een korreltje kaliumpermanganaat vallen in de verkregen oplossing. Na enige tijd ontstaat een fontein van paarse permanganaatsporen. naar: www.chemie.uni-ulm.de/experiment/edm0306.html
Loes maakt 100 mL 0,50 M oxaalzuuroplossing. Op het etiket van de pot met
oxaalzuur staat H2C2O4.2H2O geschreven.
253pBereken hoeveel gram H2C2O4.2H2O Loes moet afwegen voor de bereiding van
100 mL 0,50 M oxaalzuuroplossing.
Loes vult een reageerbuis voor driekwart met de oxaalzuuroplossing en voegt
2 mL 2 M zwavelzuur toe. Voorzichtig laat Mathijs een korreltje
kaliumpermanganaat, KMnO4, in de reageerbuis vallen. Ze zien dat het
zinkende korreltje een paars spoor achterlaat: een deel van het
kaliumpermanganaat lost op. Het paarse spoor verdwijnt vrijwel direct omdat er
een redoxreactie optreedt. Loes en Mathijs vinden in Binas de vergelijkingen van
de halfreacties:
oxidator: MnO4– + 8 H+ + 5 e– → Mn2+ + 4 H2O
reductor: H2C2O4 → 2 CO2 + 2 H+ + 2 e–
263pLeid met behulp van de bovenstaande vergelijkingen van de halfreacties de
vergelijking van de totale redoxreactie af.
Het koolstofdioxide dat bij de reactie ontstaat, is in het begin nog niet te zien. Bij
het kaliumpermanganaatkorreltje dat op de bodem ligt, zien Loes en Mathijs een
paars wolkje ontstaan. Na enige tijd is een duidelijke gasontwikkeling waar te
nemen bij het kaliumpermanganaatkorreltje. Het kaliumpermanganaat lost op en
het ontstane paarse wolkje wordt door het opstijgende gas meegenomen. Af en
toe wordt ook het korreltje even door de gasstroom opgetild en valt daarna weer
terug. Ook hierbij ontstaat een paars spoor. Het lijkt op een fontein. De
gasontwikkeling gaat steeds sneller. Als het kaliumpermanganaat op is, stopt de
gasontwikkeling.
Loes en Mathijs vragen zich af waarom de gasontwikkeling steeds sneller gaat.
Op de open dag zouden zij hierover vragen kunnen krijgen.
Zij bedenken twee hypothesen:
I door de reactie stijgt de temperatuur in de reageerbuis;
II de Mn2+ ionen, die zijn gevormd bij de reactie, zorgen voor het toenemen
van de reactiesnelheid.
272pLeg uit met behulp van het botsende-deeltjes-model dat hypothese I een
verklaring zou kunnen zijn voor het toenemen van de reactiesnelheid.
Ze besluiten hypothese II te onderzoeken. Daarom voegen zij aan de
oxaalzuuroplossing een stof toe voordat ze het korreltje kaliumpermanganaat
erin laten vallen.
282pGeef de naam van een stof die zij kunnen toevoegen en leg uit waarom deze
stof geschikt is om hypothese II te onderzoeken.
opgave 7Oude kanonskogels
tekstfragment 1
1 In 1976 was de Britse chemicus Bob Child bezig met het onderzoeken 2 van voorwerpen uit het wrak van de Coronation. In het ruim van dit in 3 1691 gezonken oorlogsschip waren onder meer tientallen kanonskogels 4 gevonden die met een cementachtige korst bedekt waren. Toen hij deze 5 korst met een hamer kapotsloeg, begon een aantal kogels spontaan te 6 gloeien. Daarbij begon het houten bureaublad waarop ze lagen, te 7 roken. 8 In 2001 onderzochten Child en zijn collega Rosseinsky dit verschijnsel 9 opnieuw en kwamen tot de volgende verklaring. Nadat de Coronation 10 was gezonken, roestten de ijzeren kogels in het zoute water als gevolg 11 van een reactie met zuurstof en water bijna helemaal door. Hierdoor 12 zetten de kogels uit waardoor ze een kleinere dichtheid kregen. De 13 doorgeroeste kogels zakten geleidelijk weg in het zand op de zeebodem. 14 Dit zand reageerde met de buitenkant van de kogels en vormde een 15 luchtdichte korst. In de loop der eeuwen zette organisch materiaal, dat 16 ook in de doorgeroeste kogels was ingesloten, het ijzerroest weer om tot 17 ijzer. Doordat het volume dat door de korst was ingesloten gelijk bleef, 18 ontstonden er holle ruimtes op de plaats waa
Het is bekend dat de aanwezigheid van zout in het water (regel 10) waarin ijzer
roest, het roesten van ijzer versnelt. Aad wil dit met een proefje aantonen.
292pBeschrijf een proefje waarmee Aad kan aantonen dat de snelheid van het
roesten van ijzer toeneemt door de aanwezigheid van zout in water. Noem
daarbij ook de waarneming(en) waaruit hij zijn conclusie kan trekken.
302pStel aan de hand van gegevens uit de regels 10 en 11 de reactievergelijking op
voor het roesten van ijzer. Gebruik voor roest de formule Fe(OH)3.
Een mogelijke formule van het materiaal waaruit de cementachtige korst
(regel 4) bestaat, is Fe2(Si4O10)(OH)2. Dit zout bevat onder andere Si4O104–
ionen.
312pLeid af wat de lading van de ijzerionen in Fe2(Si4O10)(OH)2 is.
De reactie die wordt beschreven in de regels 15 tot en met 17 is een
redoxreactie.
322pIs het organisch materiaal bij deze reactie de oxidator of de reductor? Geef een
verklaring voor je antwoord.
332pLeid uit tekstfragment 1 af of de reactie die plaatsvindt na het kapotmaken van
de cementachtige korst een endotherme of een exotherme reactie is.
Noteer je antwoord als volgt:
In de tekst staat dat ………………………………, dus de reactie is …………...
H
H
CH 
CH 
Arg 
Ala
