CO 2 box

Handleiding CO2- box
HAVO/ VWO
Inleiding
Over CO2
Overal en altijd is er koolstofdioxide, ofwel CO2, in de lucht. CO2 is een chemische verbinding
tussen koolstof en zuurstof. Het is de plant die de CO2 uit de lucht grijpt en deze chemische
verbinding splitst. Na splitsing houdt de plant de koolstof bij zich zodat hij kan groeien en de
zuurstof geeft hij af, de lucht weer in. Dit is zeer nuttig want wij mensen hebben zuurstof nodig om
te leven. Wij nemen de zuurstof op door te ademen en maken er weer CO2 van.
Naast dit natuurlijke proces is er ook maatschappelijk veel te doen over CO2. Zo heeft iedereen
wel eens gehoord over de opwarming van de aarde, het zogenaamde “broeikaseffect”. Door de
industrialisatie (hoofdzakelijk verbranding van fossiele brandstoffen) bestaat de lucht, in
verhouding tot vroeger, uit steeds meer CO2 deeltjes. De wetenschap is er sterk van overtuigd dat
de toename van CO2 in de lucht te maken heeft met het opwarmen van de aarde. CO2 wordt
daarom ook wel een broeikasgas genoemd.
Belang van kennis over CO2
Omdat CO2 een belangrijke rol in ons leven speelt, is het van belang dat mensen een goed begrip
krijgen aangaande de processen waarbij CO2 betrokken is. Het behoort tot de basiskennis. Het
ideale moment, om mensen te informeren, gedurende de middelbare school periode is. “De
Toekomst ligt bij de Jeugd!”, zoals men vaak zegt.
Daarnaast leert men het meest effectief wanneer verschillende zintuigen tegelijk worden
geprikkeld. Luisteren en lezen zijn de meest gebruikte methodes, maar zien en voelen vormen een
goede aanvulling. Vandaar dat het belangrijk is dat middelbare school leerlingen kunnen
experimenteren (zien en voelen) met processen waarbij CO2 betrokken is.
Hiervoor is de CO2- box ontwikkeld, een box waarmee leerlingen de hoeveelheid CO2 in de lucht
(en de temperatuur), binnen in de afgesloten box, kunnen meten. Processen zoals fotosynthese
kunnen aan de hand van de CO2- box worden geïllustreerd en verduidelijkt.
Over de handleiding
Deze handleiding bevat voorbeelden van experimenten, bedoelt ter aanvulling op de algemene
leerstof. De docent behoort de leerling zelf van enige achtergrondinformatie te voorzien. De
onderwerpen van de experimenten zijn over het algemeen bedoeld voor leerlingen van het HAVO/
VWO (onder- en bovenbouw).
Naast voorbeelden van experimenten zijn per onderwerp ook enkele weetjes bijgevoegd. Dit zorgt
ervoor dat de leerling de theorie beter in zijn context kan plaatsen.
Inhoudsopgave
Titel
Pagina
Titelpagina……………………………………………………………………………………….
1
Inleiding………………………………………………………………………………………….
2
Inhoudsopgave………………………………………………………………...........................
3
Introductie CO2-box…………………………………………………………………………….
4
Introductie Coach 5…………………………………………………………………………….
6
Experimenten (overzicht experimenten)……………………………………………………...
8
Plant………………………………………………………………………………………………
9
Algen (Wad)……………………………………………………..............................................
10
Dag/ nacht……………………………………………………………………………………….
11
Vuur……………………………………………………………………………………………….
12
Plant met dier……………………………………………………………………………………
13
Graszode…………………………………………………………………………………………
14
Cactus……………………………………………………………………………......................
15
Temperatuuroptimum…………………………………………………………………………..
16
Referenties……………………………………………………………………..........................
18
Met dank aan…………………………………………………………………………………….
18
3
Introductie CO2- box
De CO2- box (zie Figuur 1) is een opstelling om te
onderzoeken hoe de hoeveelheid CO2 in de lucht veranderd
gedurende processen zoals fotosynthese en verbranding.
In het volgende gedeelte wordt verteld hoe zelf een CO2- box
in elkaar te zetten, met voor de duidelijkheid een
bouwtekening.
Figuur 1 De CO2- box.
De CO2- box zelf maken:
Belangrijke eigenschappen voor de CO2- box zijn:
- Luchtdicht;
- Transparante/ Lichtdoorlatende bovenzijde; en
- Groot genoeg (er moet een plant in passen)
1. Neem een grote bak, bijvoorbeeld een cementbak. Een bak die in
ieder geval groot genoeg is om er planten in te zetten.
2. Doe hier een plexiglas deksel op en zorg daarbij dat de bak
luchtdicht is.
Benodigdhede
n
Grote bak
Plexiglas deksel
Klemmen
CO2- sensor
Temperatuursensor
Aansluitpaneel
Lamp
Ventilator
Coach 5
Het luchtdicht maken van de bak kan met een rubberstrip op de bovenrand van de cementbak.
Vervolgens kan de deksel met klemmen op de CO2- box worden vastgeklemd. Op deze wijze is de
deksel gemakkelijk op en af de cementbak te halen.
3. Maak twee gaten in de zijkant van de bak voor de CO2- sensor en voor de
temperatuursensor. Plaats vervolgens de sensoren in deze twee gaten.
Om de bak luchtdicht te houden kun je een rubberen stop gebruiken. Steek hier vervolgens de
sensor doorheen.
4. Sluit de sensoren aan op het aansluitpaneel (interface/ coach lab) die vervolgens weer
aangesloten is op de computer.
5. Plaats boven de bak een lamp die veel licht geeft, bijvoorbeeld een kweeklamp. Zorg
ervoor dat de lamp ongeveer 1,5 meter verwijderd is van de box omdat het anders te warm
wordt in de box.
Als het te warm in de box wordt kan de plant niet meer fotosynthetiseren. Zorg er daarom voor dat
de temperatuur onder de ± 30 ˚C blijft.
6. Plaats een ventilator in de box, zodat de lucht (CO2 en O2) in de box goed verdeeld blijft.
Voor de bedrading kun je gaatjes maken en vervolgens afplakken met tape.
7. Zet de computer aan en start het programma Coach 5. De handleiding voor het programma
Coach 5 is onder het kopje ‘Introductie Coach 5’ te vinden.
4
Bouwtekening voor de CO2- box:
5
Introductie Coach 5
Coach 5 is een computerprogramma dat gebruikt wordt bij
experimenten die een onderdeel vormen van vakken zoals biologie,
natuurkunde en scheikunde. Één van de toepassingen van Coach 5
is meten (inclusief de meting analyseren). Aangezien deze
handleiding specifiek is gericht op Coach 5 aangaande de CO2-box,
wordt er niet ingegaan op de andere toepassingen (zie de online
coach 5 handleiding).
Coach 5 en de CO2- box:
Benodigdhede
n
Met Coach 5 kun je veranderingen in de hoeveelheid CO2 in de lucht en
de temperatuur in beeld brengen in de vorm van een grafiek. Dit doe je
op de volgende manier:
1. Zet de computer aan (PC met Windows).
Voor de stappen 2 t/m 5 zijn beeldweergaven te bekijken in Figuur 3
(volgende pagina).
PC met Windows
Coach 5
Aansluitpaneel
(interface)
CO2- sensor
Temperatuursensor
2. Start Coach 5 via: Start (Windows Startmenu) > Programma’s > Coach 5 > Meten en
analyseren.
Voor de volgende stappen moet er op iconen geklikt worden. Deze
iconen samen met hun betekenis staan in Tabel 1 op een rijtje. In
de stappen wordt door een ‘*’ verwezen naar Tabel 1.
Open project
3. Kies het project * ‘2a experimenten voor biologie’.
4. Kies de activiteit * ’00 meten algemeen’.
5. Open ‘Instellingen CO2- box’ via: Bestand > Resultaat >
Openen.
Open activiteit
Er verschijnt een schematische weergave van het aansluitpaneel,
zoals weergegeven in Figuur 2 (volgende pagina).
Start meting
Ga terug
Toon paneel
6. Kijk of de temperatuur ± 22˚C (kamertemperatuur) is en de
CO2- gehalte op ± 400 ppm (de aardatmosfeer bevat
tegenwoordig ± 383 ppm CO2).
Resultaat openen
Resultaat opslaan
Printen
Tabel 1 Iconen met hun betekenis
in Coach 5.
6
Figuur 2 Beeld met schematische weergave van het aansluitpaneel.
Figuur 3 Beeldweergaven voor de stappen 2 t/m 5.
7
Experimenten
Het volgende gedeelte zal voorbeelden van experimenten voor de CO2- box en het programma
Coach 5 bevatten. Aan de hand van deze experimenten kunnen leerlingen meer duidelijkheid
vergaren over natuurlijke processen waarbij verandering in de hoeveelheid CO2 in de lucht
plaatsvindt.
Naast de experimenten zijn er gele tekstblokken bijgevoegd die extra informatie geven. Op deze
wijze is de theorie beter in zijn context te plaatsen.
Overzicht experimenten
In onderstaande tabel is een overzicht van de experimenten gegeven. Naast de experimenten
wordt aangegeven voor welke niveau het experiment bedoeld is, hoelang het experiment duurt en
welke voorkennis de leerling moet hebben voor het uitvoeren van het experiment. De voorkennis
dient door de docent verschaft te worden.
8
9
1
0
1
1
1
2
De Salp behoort tot de manteldieren en
komt in grote getale voor in
wereldzeeën. Grote kolonies zoals
hierboven produceren veel ontlasting
(bevatten koolstof) dat in kleine zware
bolletjes naar beneden zinkt. Zo wordt
de koolstof uit de koolstofkringloop
gehaald. Dit zou eventueel een positief
effect kunnen hebben op het
broeikaseffect.
1
3
Plant
Achtergrond
Bij fotosynthese gebruiken planten energie uit licht om
suikermoleculen te maken van koolstofdioxide en water. In
scheikundige formule ziet dat er als volgt uit:
6 CO2 (koolstofdioxide) + 6 H2O (water) + Licht ↔ C6H12O6
(suiker) + 6 O2 (zuurstof)
De geproduceerde zuurstof zorgt ervoor dat er leven op
aarde mogelijk is. Door de zuurstof kunnen wij en andere
dieren namelijk ademen. Bij het ademen verbruiken wij
Figuur 4 De koolstofdioxide
kringloop.
zuurstof, en produceren koolstofdioxide. Vervolgens neemt de plant
de koolstofdioxide weer op en is het cirkeltje rond (zie Figuur 4).
Doel
De afname van het CO2- gehalte in de lucht (door fotosynthese) in
beeld krijgen.
Extra benodigdheden
Plant (Spathiphyllum)
Spathiphyllum staat bekend als
een goede luchtzuiveraar. Dit is
aangetoond door NASA.
Experiment
1. Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder het
kopje ‘Introductie Coach 5’.
2. Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het kopje
‘Introductie CO2- box’.
3. Plaats de plant Spathiphyllum in de box.
4. Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C)
Het grootste levende ding op
en de CO2- gehalte (ppm).
aarde is de kunstmamoetboom
5. Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box en
genaamd “Hyperion”. Deze
zet de lamp samen met de ventilator aan.
boom is 115,5 meter lang.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan ± 30 ˚C wordt
en de potgrond een beetje vochtig is. Op deze manier kan
de plant optimaal fotosynthese uitvoeren.
6. Laat het experiment 1 tot 1,5 uur lopen.
7. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de
temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
1
4
Algen (wad)
Achtergrond
Bij laagwater vallen grote delen van de Waddenzee droog en
komen er een hoop algen naar boven om gebruik te maken van
het zonlicht. Deze kleine onzichtbare plantjes zorgen met elkaar
voor heel wat CO2 afname door fotosynthese.
Algen worden gegeten door
Wadpieren. Elke wadpier
filtert 25 kilo wad per jaar!
Doel
Laten zien dat er veel algen leven in en op het wad en dat zij
fotosynthese bedrijven op grote schaal.
Extra benodigdheden
Plak wad (uit een slikkig gedeelte, geen zand)
Experiment
1. Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder
het kopje ‘Introductie Coach 5’.
2. Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het kopje ‘Introductie CO2- box’.
3. Plaats de plak wad in de box.
4. Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
5. Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box, zet de lamp samen met de ventilator
aan.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan ± 30 ˚C. Op deze manier kunnen de algen optimaal
fotosynthese uitvoeren.
6. Laat het experiment 1 tot 1,5 uur lopen.
7. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
Ook al zijn ze microscopisch
klein, toch zijn sommige
algen heel mooi.
1
5
Dag/ Nacht
Achtergrond
Voor fotosynthese is licht nodig, vandaar dat er ’s nachts geen fotosynthese plaatsvindt.
6 CO2 (koolstofdioxide) + 6 H2O (water) +
Licht ↔ C6H12O6 (suiker) + 6 O2 (zuurstof)
Hierboven in de scheikundige formule is te zien dat de CO2 afname dus voornamelijk overdag
plaatsvindt, aangezien er ’s nachts geen licht is.
Doel
Laten zien dat fotosynthese afhankelijk is van licht (dag/ nacht).
Extra benodigdheden
Plant (Spathiphyllum), kleed/ plank
Experiment
1. Open het programma Coach 5 zoals
beschreven onder het kopje ‘Introductie
Coach 5’.
2. Maak de CO2- box gereed zoals
beschreven onder het kopje ‘Introductie
CO2- box’.
3. Plaats de plant Spathiphyllum in de box.
4. Schrijf de beginwaardes op voor de
temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
5. Start de meting, plaats de deksel op de
CO2- box, zet de lamp samen met de
ventilator aan.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan
± 30 ˚C wordt en de potgrond een beetje vochtig
is. Op deze manier kan de plant optimaal
fotosynthese uitvoeren.
6. Laat het experiment 8 uur lopen.
7. Doe de lamp na 4 uur uit en verduister de CO2- box (kleed/ plank).
8. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
1
6
Vuur
Achtergrond
Bij verbranding van brandstoffen (bijvoorbeeld een kaars)
wordt O2 omgezet in CO2, ofwel het omgekeerde proces
van fotosynthese.
Doel
Laten zien dat bij verbranding CO2 vrijkomt.
Wij mensen verbruiken jaarlijks
veel brandstoffen om aan onze
energiebehoefte te voldoen. Wij
verbruiken per seconde duizend
vaten olie.
Extra benodigdheden
Waxinelichtje, aansteker/ lucifer
1.
2.
3.
4.
5.
Experiment
Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder
het kopje ‘Introductie Coach 5’.
Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het
kopje ‘Introductie CO2- box’.
Plaats het waxinelichtje in de box (voor de ventilator) en
steek hem aan.
Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C) en
de CO2- gehalte (ppm).
Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet te warm wordt.
6. Laat het experiment 15 minuten lopen.
7. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
Opwarming van de aarde
zorgt voor meer bosbranden
die weer voor meer CO2 in de
atmosfeer zorgen. Zoals hier
in Australie.
1
7
Plant met dier
Achtergrond
Dieren kunnen geen zuurstof produceren. Zij verbruiken O2
en stoten CO2 uit. Dit noem je respireren. Doordat planten
fotosynthetiseren en dieren respireren houden ze de
hoeveelheid zuurstof en koolstofdioxide in evenwicht.
Doel
Laten zien dat dieren respireren, ofwel O2 verbruiken en
CO2 uitstoten.
Bij hyperventilatie daalt de
concentratie CO2 in je bloed
waardoor je bloed zuurder wordt. Dit
kun je oplossen door meer CO2 in te
ademen door in een broodzakje te
ademen.
Extra benodigdheden
Sprinkhaan/ huiskrekel, plant (Spathiphyllum)
Experiment
1. Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder
het kopje ‘Introductie Coach 5’.
2. Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het
kopje ‘Introductie CO2- box’.
3. Plaats de plant (Spathiphyllum) en de dieren in de box.
4. Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C) en
de CO2- gehalte (ppm).
5. Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box, zet de
lamp aan.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan ± 30 ˚C en de potgrond een
beetje vochtig is. Op deze manier kan de plant optimaal fotosynthese
uitvoeren en blijven je dieren leven.
6. Laat het experiment 1 tot 1,5 uur lopen.
7. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur
(˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
1
8
Graszode
Achtergrond
Ook gras is een plantensoort, die overigens veel voorkomt in de
natuur. Veel oppervlaktes worden tegenwoordig bedekt met gras
(parken, voetbalvelden en tuinen). In een graszode zitten niet alleen
grasplantjes, maar ook bacteriën en schimmels.
Bovenop zit het gras dat en onder in de bodem zitten de schimmels
en bacteriën.
Een van de grootste en
snelst groeiende
grassoorten (10 cm/dag)
is bamboe.
Doel
Laten zien dat ook gras fotosynthetiseert en dat de
geproduceerde zuurstof wordt gebruikt door andere
organismen zoals bacteriën en schimmels door respiratie.
Extra benodigdheden
Graszode
1.
2.
3.
4.
5.
Experiment
Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder het kopje ‘Introductie Coach 5’.
Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het kopje ‘Introductie CO2- box’.
Plaats de graszode in de box.
Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box, zet de lamp samen met de ventilator
aan.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan ± 30 ˚C wordt en de graszode een beetje vochtig is.
Op deze manier kan het gras optimaal fotosynthese uitvoeren.
6. Laat het experiment 1 tot 1,5 uur lopen.
7. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
Gras is een vrij jonge
plantenfamilie.
Dinosaurussen
hebben nooit op gras
gelopen!
1
9
Cactus
Achtergrond
Cactussen behoren tot de zogenaamde CAM- planten (Crassulacean Acid Metabolism). Deze
planten slaan ’s nachts CO2 op gedurende de koele periode van de dag. Zo voorkomen ze
uitdroging door verdamping via de huidmondjes. Overdag gebruiken ze het opgeslagen CO2 voor
de fotosynthese.
Doel
Laten zien dat cactussen tot de CAM- planten behoren en hun fotosynthese hebben aangepast
aan droge omstandigheden.
Extra benodigdheden
Cactus, kleed/ plank
Experiment
1. Open het programma Coach 5 zoals
beschreven onder het kopje ‘Introductie
Coach 5’.
2. Maak de CO2- box gereed zoals
beschreven onder het kopje ‘Introductie
CO2- box’.
3. Plaats de cactus in de box.
4. Schrijf de beginwaardes op voor de
temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
5. Start de meting, plaats de deksel op de
CO2- box, zet de lamp samen met de
ventilator aan.
Zorg ervoor dat de CO2- box niet warmer dan
± 30 ˚C wordt en de potgrond een beetje vochtig is.
Op deze manier kan de plant optimaal
fotosynthese uitvoeren.
6. Laat het experiment 8 uur lopen.
7. Doe de lamp na 4 uur uit en verduister de CO2- box (kleed/ plank).
8. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
De “Saguaru” cactus
wordt wel 15 meter
hoog!
2
0
Temperatuuroptimum
Achtergrond
Alle biologische en scheikundige processen hebben een
bepaalde temperatuur waarbij het proces het snelst gaat:
het optimum. Zo geldt dit ook voor fotosynthese. Dit is
niet voor alle planten dezelfde temperatuur. Sommige
planten kunnen enorm goed tegen koude
omstandigheden en sommige juist tegen hele warme.
Bij te warme omstandigheden heeft
de Eucalyptus boom een handig
trucje achter de hand. Hij draait zijn
bladeren een halve slag zodat het
meeste licht langs het blad gaat.
Doel
Inzichtelijk maken dat planten een temperatuuroptimum hebben voor het proces fotosynthese en
achterhalen wat het temperatuuroptimum is door de grafiek (met verkregen metingen) te
transformeren.
Extra benodigdheden
Plant (Spathiphyllum)
Experiment
Open het programma Coach 5 zoals beschreven onder het kopje ‘Introductie Coach 5’.
Maak de CO2- box gereed zoals beschreven onder het kopje ‘Introductie CO2- box’.
Plaats de plant (Spathiphyllum) in de box.
Schrijf de beginwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte (ppm).
Start de meting, plaats de deksel op de CO2- box, zet de lamp aan.
Hang de lamp na 10 minuten i.p.v. 1,5 meter op ongeveer een 0,5 meter. Zodat de box
warmer wordt dan 30 ˚C.
7. Laat het experiment 1 uur lopen.
8. Stop de meting en schrijf de eindwaardes op voor de temperatuur (˚C) en de CO2- gehalte
(ppm).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2
1
Uitwerking
Bekijk de grafiek en meet de hellingshoek zoals hieronder staat beschreven op verschillende
punten (Figuur 5). Waar de hellingshoek het grootst is, vindt de meeste fotosynthese per
tijdseenheid plaats. Zet vervolgens de hellingshoek tegen de temperatuur uit in een grafiek. Nu is
te zien bij welke temperatuur de plant het beste fotosynthetiseert.
Figuur 5 Bereken voor zo veel mogelijk punten de hellingshoek (links) en zet die vervolgens weer uit tegen
de temperatuur (rechts). Het optimum is de temperatuur waarbij de plant het beste fotosynthetiseert.
2
2
Referenties
-
http://www.rug.nl/sciencelinx/schoolco2web/index
-
http://nl.wikipedia.org/wiki/Koolstofdioxide
-
http://nl.wikipedia.org/wiki/Fotosynthese
-
Coach 5 Handleiding online
Andere handige sites:
-
http://educatie-en-school.infonu.nl/werkstuk/19010-invloed-lichttemperatuur-opsnelheid-fotosynthese.html
-
http://www.science.uva.nl/institutes/cma/lesmateriaal/coach6/itforus/itforus_fotosynt
hese_&_respiratie.pdf
-
http://www.plantscafe.net/en/experiments/
Met dank aan
Menno Keij, Bert Kers, Henk Jansen en Wim Klaassen.
2
3