miniprofielwerkstuk 5 vwo

MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
(Op de studiemiddagen van 9 en 16 december) gaan jullie werken aan een
miniprofielwerkstuk voor de vakken scheikunde en biologie. Het is de bedoeling dat jullie
leren om zelf een onderzoeksvraag (en eventueel deelvragen) op te stellen, vervolgens
onderzoek te doen om antwoord te vinden op deze vraag en tenslotte dit alles in een verslag te
zetten.
Bij de beoordeling zal, naast het opstellen van de onderzoeksvraag en de verslaglegging, ook
gelet worden op de praktische vaardigheden, zelfstandigheid en samenwerking (zie hieronder
ook voor de beoordelingsnormen).
Voor het mini-pws heb je de keuze uit vijf onderwerpen, het ene onderwerp is wat meer
gesloten dan het andere (dat betekent dat voorgeschreven is wat je moet doen) en het ene
onderwerp is wat moeilijker dan het andere. Bij alle onderwerpen staat aangegeven hoe open
of gesloten het is en wat de moeilijkheidsgraad is.
De vijf onderwerpen zijn:
A
bepaling van het zuurstofgehalte in water
B
onderzoek aan grond
C
bepaling van maagzuurbeperkende stoffen in Rennies
D
onderzoek aan het enzym peroxidase
E
onderzoek aan gist
Hierbij hebben jullie op papier de vijf onderwerpen gekregen. Lees ze door en bepaal voor
jezelf wat je het leukst lijkt om te doen.
Het mini-pws doe je in groepjes van twee personen (drie personen is eventueel, na overleg
met de docent, mogelijk).
Beoordeling:
de onderzoeksvraag met hypothese (1 punt)
beschrijving van de werkwijze met meetmethode (1 punt)
resultaten en verwerking van de resultaten (2 punten)
conclusie en discussie (2 punten)
praktische uitvoering van de experimenten (2 punten)
samenwerking (1 punt)
zelfstandigheid (1 punt)
Deze beoordeling telt mee als P-opdracht voor biologie (behalve voor de leerlingen die geen
biologie 2 hebben) en voor scheikunde.
Het definitieve verslag moet uiterlijk ingeleverd worden op (vrijdag 14 januari om 16.00
uur.)
MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
Onderwerp A: ONDERZOEK NAAR WATERKWALITEIT
soort onderzoek: hangt van de keuze af (half open tot open)
moeilijkheidsgraad: vrij moeilijk (vooral lastig rekenwerk)
Inleiding
Hoewel water maar één soort stof is, komen er op aarde verschillende soorten water voor: zeewater,
rivierwater, drinkwater, afvalwater etc. Elke soort water wordt voor verschillende doelen gebruikt.
Een goede kwaliteit van het water is voor de mens van levensbelang. Vandaar dat er veel onderzoek
gedaan wordt aan de verschillende soorten water. Bij dit onderzoek ga je zelf de waterkwaliteit
onderzoeken. Je mag zelf een keuze maken, maar hieronder zullen we één onderwerp verder
uitwerken: onderzoek naar het zuurstofgehalte in water.
Zuurstof is één van de belangrijkste stoffen op aarde voor verreweg het meeste leven. Het aantal
organismen dat zonder zuurstof weet te overleven is beperkt. Zelfs de meeste dieren die in het water
leven kunnen niet zonder zuurstof. Het zuurstofgehalte van water is dan ook een belangrijke indicator
voor de waterkwaliteit. Er treedt vissterfte op als de zuurstofconcentratie lager is dan ca. 5 mg per
liter. Het water gaat stinken door de anaërobe afbraakproducten (vetzuren, alcoholen, waterstofsulfide,
etc.).
Het zuurstofgehalte in water kan men laten stijgen door het water te beluchten (bijv. door middel van
een watertrap), door het rioolwater dat in de rivier terecht komt te zuiveren of door de lozingen op de
rivier te beperken. Lozingen die het zuurstofgehalte in water verlagen zijn bijvoorbeeld industriële
lozingen van koelwater. Ook het water dat vanuit landbouwgronden via sloten in de Dommel terecht
komt verlaagt het zuurstofgehalte. Dit wordt veroorzaakt door het in dit water aanwezige fosfaat en
nitraat, afkomstig van de gebruikte kunstmest. Deze stoffen zorgen namelijk voor een overdadige
algengroei waardoor na afsterving van deze planten een zuurstoftekort in het water ontstaat.
Onderzoek
Hieronder staan een aantal mogelijke onderzoeken die je kan doen als je het zuurstofgehalte in water
wil gaan bepalen. Je mag ook een eigen onderzoek bedenken. Bedenk bij het opstellen van je
onderzoek ook welk water je wilt gaan onderzoeken.
Overigens mag je ook een ander wateronderzoek doen, maar dat moet je dan wel zelf bedenken (je
mag natuurlijk wel overleggen met je docent)
Laat je plan controleren door de docent voor je het gaat uitvoeren.
Deelonderzoek 1
Onder andere de zuurstofconcentratie is bepalend voor het leven in water. Onderzoek wat de
zuurstofconcentratie is in de verschillende waters in de omgeving en zoek uit of deze concentratie
voldoende hoog is of juist onrustbarend laag.
Deelonderzoek 2
De oplosbaarheid van zuurstof in water blijkt afhankelijk te zijn van, onder andere, de temperatuur.
Onderzoek hoe de oplosbaarheid van zuurstof afhankelijk is van de temperatuur.
Deelonderzoek 3
Eigen onderzoeksvraag
Op internet zijn vele watersites te vinden.
Hieronder enkele interessante sites:
www.riza.nl
www.waterland.net
www.aqualarm.nl (op deze site kan je actuele gegevens over waterkwaliteit vinden)
Bepaling zuurstofgehalte in water
Je gaat hieronder een titratie uitvoeren. Het is handig om van tevoren §13.5 van chemie sk
deel 2 een keer doorgelezen te hebben en met je docent besproken te hebben voor je de
daadwerkelijke titratie gaat uitvoeren.
-
Doe in een erlenmeyer nauwkeurig afgemeten 200 mL water (je mag ervan uitgaan dat de
dichtheid van het water 1 gram/mL is).
Voeg aan deze monsteroplossing 2 mL mangaanchloride oplossing (25 massa-%) en 2 mL
natronloog (25 massa-%).
De volgende reacties vinden nu plaats:
Mn2+ + 2 OH-  Mn(OH)2
4 Mn(OH)2 + O2  4 MnO(OH)
-
+
2 H2 O
Schud de monsteroplossing goed en laat de oplossing een paar minuten staan.
Voeg nu 8 mL fosforzuuroplossing (40 massa-%) toe om een zuur milieu te creëren.
Schud de oplossing weer en wacht weer enkele minuten.
Voeg aan de oplossing een overmaat vast kaliumjodide (minimaal 0,2 g) toe.
Het kaliumjodide zal oplossen en het jodide ion reageert in zuur milieu met MnO(OH):
2 MnO(OH) + 2 I- + 6 H+ Mn2+ + I2 + 4 H2O
-
Vul een buret met 0,01 M natriumthiosulfaatoplossing. Deze oplossing zal je eerst zelf
moeten maken en de concentratie moet je nauwkeurig weten.
Neem nu nauwkeurig 80 mL van de monsteroplossing en voeg hieraan een klein beetje
zetmeeloplossing toe zodat de oplossing blauw gekleurd is.
Druppel nu voorzichtig de natriumthiosulfaatoplossing erbij totdat de blauwe kleur precies
verdwenen is.
Lees af hoeveel mL van de natriumthiosulfaatoplossing je hebt toegevoegd. Bereken
hieruit het zuurstofgehalte van de oplossing.
Voer voor de nauwkeurigheid de titratie twee keer uit.
MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
Onderwerp B: ONDERZOEK AAN GROND
soort onderzoek: vrij gesloten
moeilijkheidsgraad: sommige proefjes zijn makkelijk, een aantal zijn wat lastiger. Voor
sommige onderdelen is de theorie van hoofdstuk 9 (chemie sk deel 1)
nodig
Inleiding
De bovenste laag van de planeet aarde is de aardkorst. Deze korst bestond vele miljoenen
jaren geleden uit harde rots. Door verwering van dit harde gesteente werd dit veranderd in
kleinere delen. Deze kleinere delen kunnen door wind, water of ijs worden verplaatst.
Hierdoor zijn nu grote delen van de aarde bedekt door los materiaal: grond.
Je kunt zien dat grond uit verschillende vaste bestanddelen bestaat. Tussen de gronddeeltjes
zitten ruimtes (“poriën”) . Deze poriën kunnen gevuld zijn met water of met lucht. De
vochtigheid van de grond wordt hierdoor voor een groot deel bepaald.
De vaste bestanddelen kunnen afkomstig zijn van het harde gesteente. Ze worden dan
minerale bestanddelen genoemd. Het kunnen ook verteerde resten van planten of dieren zijn,
meestal humus genoemd.
De bovenste laag materiaal is natuurlijk van belang voor de groeiende plant. Hier “zitten” de
stoffen die de plant nodig heeft. Die laag, 1 a 2 meter dik noemen we wel de bodem. De
minerale bestanddelen die in de bodem voorkomen zijn afkomstig van het harde gesteente.
Het zijn verbindingen waarin vooral de elementen silicium en zuurstof voorkomen, naast
aluminium, calcium, magnesium, kalium en natrium.
In humus (daarin bevinden zich voornamelijk de organische verbindingen) vinden we de
noodzakelijke voedingsstoffen voor de planten, onder meer nitraat, fosfaat, sulfaat, carbonaat
en ammoniumionen.
Daarnaast heeft de grond een zekere zuurgraad afhankelijk van de samenstelling van de
grond, de zuurgraad (pH) wordt bepaald door het aantal H+ (H3O+) ionen per liter water.
Omdat ook een aantal H+ ionen geadsorbeerd zijn aan de grond zal voor de pH verschil
uitmaken of je de grond eerst met een KCl-oplossing schudt of alleen met zuiver water.
Onderzoek
In dit onderzoek aan grond ga je bepalen wat het watergehalte van de grond bij de school is.
Daarnaast bepaal je het organische stofgehalte, de zuurgraad, de bufferende capaciteit (met
behulp van coach 5) en het ijzer(III) gehalte in de grond. Overigens mag je proefjes
vervangen door een eigen onderzoek. Bespreek deze dan wel eerst met de docent.
Voor het onderzoek heb je voldoende grond nodig (minimaal 1/2 kilo). Je mag zelf bepalen
waar je de grond vandaan wilt halen. Bewaar de grond in een gesloten plastic zak om
uitdrogen te voorkomen. Voer met de grond de onderstaande opdrachten uit. Maak zelf een
planning wanneer wat gedaan moet worden.
Opdrachten bij het grond onderzoek
Opdracht A: Bepaling van het watergehalte in de grond
Weeg nauwkeurig ongeveer 5 gram grond af en verdeel dit goed over een glazen
petrischaaltje. Markeer het met je naam en zet het in een oven, gedurende 1 week bij 110o C .
Weeg het weer bij kamertemperatuur.
Opdracht B: Bepaling van het organische stofgehalte in grond
Weeg 2 porties van circa 5 grond nauwkeurig af en voeg bij elke portie 5 ml 1,0 M HCl.. Als
er geen gas meer ontwijkt als je nog wat HCl toevoegt spoel je beide mengsels met water.
Giet het water af, zonder grond te verliezen en spoel nogmaals. Nadat de waterlaag weer
afgegoten is worden beide porties van de overblijvende vaste stof gedurende een week
gedroogd bij 110o C.
De volgende week wordt het eerste portie gewogen. Het tweede portie wordt gewogen en
overgebracht in een (vooraf gewogen) porseleinen kroes en met een brander uitgestookt.
Weeg het tweede portie steeds na zo'n 10 minuten stoken (en afkoelen!!). Als de massa niet
(nauwelijks) meer afneemt bepaal je de massa van de uitgestookte grond.
Opdracht C: Bepaling van de pH van je grond.
Maak een 1:1 slurrie van grond en water. Neem 50 gram grond en 50 gram water en meng
deze. Meet vervolgens de pH met pH papier of pH meter.
Vaak wordt ook de pH(KCl) bepaald van grond. Dit is de pH van een 1:1 slurrie van grond en
een KCl-oplossing van 0,10 M. Bepaal ook de pH(KCl) van jullie grond.
Verklaar optredende verschillen (lees de inleiding hiervoor nog een keer door).
Opdracht D: Bepaling van het bufferend vermogen van grond
Voer het experiment uit met behulp van coach 5.
Het programma en het experiment staan op de computer in het beta-lab. Zie bijlage grond als
buffer.
Opdracht E: Bepaling van het ijzer(III)ionengehalte in de grond
Voor het maken van de ijkreeks hebben we een oplossing nodig met [Fe3+] = 1ּ10-4 molּL-1.
Maak in 9 identieke reageerbuizen de volgende oplossingen klaar:
buisnr. ijzeropl (mL)
1
1,0
2
2,0
3
3,0
4
4,0
5
5,0
6
6,0
7
7,0
8
8,0
9
9,0
KSCN-opl (mL)
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
water (mL)
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
-
[Fe3+] (molּL-1
Schud 20 gram grondmonster met 50 ml water gedurende ongeveer 1 minuut in een
erlenmeyer. Door bezinken en/of filtreren moet je 10 ml van een zo helder mogelijke vloeistof
krijgen. Doe 8,0 mL van de oplossing in een identieke reageerbuis als de ijkreeks. Voeg
hieraan 1,0 mL 1M zoutzuur en 1,0 mL kaliumthiocyanaatoplossing, KSCN.
Vergelijk de roodkleuring met de ijkreeks en bepaal hieruit het Fe3+-gehalte in de grond.
MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
Onderwerp C: ONDERZOEK NAAR MAAGZUURBEPERKENDE
STOFFEN
soort onderzoek: gesloten
moeilijkheidsgraad: niet zo moeilijk (wel wat lastig rekenwerk), maar je moet zelfstandig
hoofdstuk 9 (van chemie sk deel 1) doornemen
Inleiding
Van alle geneesmiddelen die in Nederland geslikt worden staan de maagzuur beperkende
stoffen met afstand op de eerste plaats. Rond de 650 miljoen gulden wordt er jaarlijks aan
deze medicijnen besteed. Het is dan ook niet verwonderlijk dat er regelmatig nieuwe
producten bijkomen, zowel producten die via de drogist verkocht mogen worden als
producten die alleen via de apotheker te krijgen zijn.
Alle maagzuurbeperkende stoffen hebben tot doel te vermijden dat brandend maagzuur
optreedt, een situatie waarbij het maagzuur in de slokdarm komt hetgeen een zeer pijnlijke
affaire is. Dit wordt gedaan door de overdosis maagzuur die in de maag aanwezig is af te
breken. Hiertoe zitten er in maagzuurbeperkende stoffen basische bestanddelen die reageren
met het maagzuur.
Op de bijsluiter van het geneesmiddel staat wat de samenstelling ervan is. Het doel van deze
praktische opdracht is te onderzoeken of deze samenstelling correct is.
Onderzoek
Bij dit onderzoek ga je onderzoeken of de aangegeven hoeveelheid maagzuurbeperkende stof
in een Rennie klopt. Daartoe moet je onderstaande stappen uitvoeren:
- bepaal via de bijsluiter welke maagzuurbeperkende stof(fen) in een Rennie zitten en
hoeveel hiervan in één tablet zit.
- bereken het aantal mol zuur dat kan reageren met deze hoeveelheid maagzuurbeperkende
stoffen.
-
Door het langzaam toevoegen van een hoeveelheid zuur met bekende concentratie kan de
hoeveelheid maagzuurbeperkende stoffen met behulp van een titratie bepaald worden. Echter
doordat de reactie van het tablet met het zuur niet zo snel gaat, wordt de titratie op een iets
andere manier toegepast. We voegen een overmaat zuur toe dat alle maagzuurbeperkende
stoffen daarmee zullen reageren tot zij op zijn. Vanwege de overmaat zuur is er dan nog
steeds een hoeveelheid zuur over. Deze overmaat titreren we met een base totdat de oplossing
pH neutraal is.
- vermaal in een mortier een Rennie tablet
- doe het poeder in een bekerglas en voeg hieraan ongeveer, maar wel nauwkeurig
afgemeten!!, een drievoudige overmaat zoutzuur (bereken zelf hoeveel dit ongeveer zal
zijn).
- voeg enkele druppels van de indicator fenolftaleïen toe (zoek uit welke kleuromslag je kan
verwachten). Waarom fenolftaleïen gebruikt wordt en niet broomthymolblauw hoef je nu
nog niet te weten.
titreer de oplossing met natronloog. Bepaal zelf de concentratie die het natronloog moet
hebben, zodat je ongeveer 15 mL van het loog moet toevoegen om een kleuromslag te
krijgen.
- voer de proef nog twee keer uit.
-
bereken het gemiddelde aantal mol base en bereken hieruit of de samenstelling van de
Rennie zoals op de bijsluiter staat correct is.
Bij dit onderzoek hoort ook een stukje theorie.
Zoek uit:
- wat is brandend maagzuur.
- wanneer ontstaat brandend maagzuur en wat gebeurt er dan precies.
- andere informatie over maagzuur.
MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
Onderwerp D: ONDERZOEK NAAR HET ENZYM PEROXIDASE
soort onderzoek: open (je mag dus in grote mate zelf bepalen hoe je het onderzoek aanpakt)
moeilijkheidsgraad: niet zo moeilijk
Inleiding
Enzymen zijn belangrijke stoffen omdat ze er voor zorgen dat bioprocessen met voldoende
snelheid kunnen verlopen bij betrekkelijk lage temperaturen. Peroxidase is de naam voor het
enzym dat de ontleding van waterstofperoxide (H2O2) in water en zuurstof versnelt.
Waterstofperoxide is een zeer agressieve stof die sterk oxiderend werkt. Het ontstaat als
bijproduct van de fotosynthese maar komt ook in dierlijk weefsel in tamelijk grote
concentraties voor. Een reden voor de agressiviteit van het waterstofperoxide ligt in de
zwakke O-O binding. Deze wordt gemakkelijk verbroken waarbij dan H-O. radicalen
ontstaan. Deze radicalen zijn vermoedelijk één van de oorzaken van de veroudering van de
cel. Des te korter stoffen als waterstofperoxide bestaan des te beter is dat; peroxidase zorgt
daar voor. In de lever van de mens en verschillende dieren bevindt zich het peroxidase dat er
voor zorgt dat er geen ophoping van waterstofperoxide ontstaat. In aardappelen komt het
enzym peroxidase ook in grote hoeveelheden voor. Bij dit onderwerp voor het
miniprofielwerkstuk wordt onderzoek gedaan aan het peroxidase in aardappelen.
Onderzoeksgebieden
Door verschillende deelonderzoeken uit te voeren proberen we gezamenlijk een beter beeld te
krijgen van het enzym peroxidase. Kies als groepje van twee personen één van de
deelonderzoeken uit en stel zelf een onderzoeksplan met onderzoeksvraag op. Laat dit plan
controleren door de docent voor je het gaat uitvoeren.
Deelonderzoek 1
Biokatalysatoren hebben in het algemeen een temperatuursoptimum. We onderzoeken de
temperatuurafhankelijkheid van het enzym.
Deelonderzoek 2
Waterstofperoxide kan de cel binnendringen. Is de mate van reageren evenredig met het
beschikbare oppervlak?
Deelonderzoek 3
Katalysatoren worden alleen gebruikt maar niet verbruikt. Hoe is het verband tussen de
hoeveelheid enzym en de hoeveelheid waterstofperoxide die door het enzym per seconde kan
worden omgezet?
Deelonderzoek 4
Eigen onderzoeksvraag.
Beschikbaar is:
- 30% waterstofperoxide oplossing
- 3 % waterstofperoxide oplossing
- aardappelen
- rasp
- het gangbare glaswerk
MINIPROFIELWERKSTUK 5 VWO
Onderwerp E: ONDERZOEK AAN GIST
soort onderzoek: open
moeilijkheidsgraad: niet zo gemakkelijk
Inleiding
Gisten zijn eencellige micro-organismen met een grootte van circa 0,005-0,020 mm. Anders
dan bacteriën hebben gistcellen hun DNA in de celkern opgeborgen; dat hebben zij gemeen
met planten, dieren en mensen, waardoor zij ingedeeld zijn bij de eukaryote organismen. Al
vele duizenden jaren spelen gisten een belangrijke rol in het leven van de mens. De oudst
bekende vorm van gistgebruik is de spontane omzetting van granen in bier en van druiven in
wijn. Daarnaast wordt gist al eeuwen ingezet voor het laten rijzen van brooddeeg;
aanvankelijk werd hiervoor de gist gebruikt die overbleef na de biergisting, maar sinds het
eind van de negentiende eeuw wordt bakkersgist in toenemende mate gekweekt.
Gist wordt ook gegeten. Als vitaminesupplement zijn er gisttabletten en als broodbeleg is er
gistpasta (marmiet) te koop. Gist in de vorm van gistextract wordt als hartige smaakstof
toegevoegd aan veel voedingsmiddelen, vooral aan soepen en sauzen.
Dankzij het onderzoek van Louis Pasteur (1822-1895) werd duidelijk dat tijdens de
wijngisting een toename optrad van het gewicht van de gist die gekoppeld was aan een
toename van de hoeveelheid geproduceerde koolstofdioxide. Hieruit concludeerde hij dat er
een chemische omzetting plaats vond.
Verder onderzoek toonde aan dat gistcellen verantwoordelijk zijn voor de omzetting van
suikers in alcohol en koolstofdioxide. Tevens bleken extracten van gistcellen ook andere
chemische reacties te katalyseren. De hiervoor verantwoordelijke stoffen werden enzymen
genoemd, wat in het Grieks “in gist” betekent.
Alle tot nu toe bekende gistsoorten zijn in staat om tenminste één suiker, bijvoorbeeld glucose
of fructose, te gebruiken als enige bron van koolstof en energie. In aanwezigheid van zuurstof,
dus bij de dissimilatie van de gist worden de suikers geheel omgezet in water en
koolstofdioxide. Er wordt zoveel energie geproduceerd dat de gistcellen zich snel kunnen
vermeerderen. Bij de alcoholische vergisting worden de gistcellen bij afwezigheid van
zuurstof gedwongen om de suikers maar gedeeltelijk af te breken om in hun energiebehoefte
te voorzien, dit levert echter veel minder energie op, als bijproducten ontstaan alcohol en CO2
Bij de biergisting moet eerst het zetmeel uit de granen omgezet worden in suikers voordat de
alcoholvergisting kan beginnen. Brouwerijen houden hun speciale giststammen geheim,
omdat deze voor de speciale smaakcomponenten in het bier zorgen, doordat er bij de
vergisting ook kleine hoeveelheden van bijproducten ontstaan. Wil je alcoholvrij bier maken
dan moet je het wort bij 1oC laten vergisten. Bij wilde gistingen, waarbij ook gisten uit de
lucht meedoen, zoals bij het lambiekbier, ontstaan ook allerlei zuren, zoals appelzuur en
melkzuur, die effect hebben op de smaak en misschien ook op de verdere vergisting.
In de alternatieve voedingsmiddelenindustrie worden aan gist diverse gunstige eigenschappen
toegedicht, zoals: rijk aan vitamine B-complex, goed voor een gave huid en glanzend haar. De
gist moet echter altijd de maag passeren voordat de gunstige stoffen in het bloed kunnen
worden opgenomen. Verliest gist dan niet zijn werking? Zou marmiet op het brood nog een
gistende werking hebben, op het brood of in de maag? Kan je nog wel achter het stuur na het
eten van een boterham met marmiet?
Onderzoek
De werking van gistcellen wordt beïnvloed door een aantal factoren (zie ook je biologie
boek). Bij dit miniprofielwerkstuk ga je van één van deze factoren onderzoeken hoe de
werking van gist daarvan afhangt. Je mag zelf bepalen welke.
Ook de manier waarop je de werking van gist gaat meten mag je zelf bepalen. Hieronder staan
een aantal mogelijkheden:
- de toename van de concentratie alcohol (meting van de dichtheid)
- de toename van de hoeveelheid gas (het gas opvangen, of met stijgende gistbolletjes of
gistpapiertjes).
- de toename van de temperatuur (met een temperatuursensor en coach5). Zie bijlage
gistactiviteit.
Formuleer een onderzoeksvraag en stel een onderzoeksplan op. Laat dit door je docent
controleren. Na goedkeuring ga je je experiment uitvoeren.