studierichtingen\Chemie-1992-070A.wpd - VVKSO
advertisement
VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR ONDERWIJS Guimardstraat 1 - 1040 BRUSSEL LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS CHEMIE Derde graad TSO Brussel - Licap - D/1992/0279/070A - september 1992 3 INHOUD LESSENTABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 STUDIEPROFIEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 PROFIEL VAN DE LEERLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 PROFIEL VAN DE LERAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 DE GEÏNTEGREERDE PROEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 LEERINHOUDEN, LEERPLANDOELSTELLINGEN EN DIDACTISCHE WENKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica Elektriciteit/Elektronica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica - Fysica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica - Laboratorium ................... 24 TV Toegepaste biochemie/Toegepaste biologie Algemene biologie Biochemie/Microbiologie Laboratorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 TV Toegepaste chemie - Analytische chemie (theorie) . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 TV Toegepaste chemie - Analytische chemie (laboratorium) . . . . . . . . . . . . . 53 TV Toegepaste chemie - Chemische technologie (theorie) . . . . . . . . . . . . . . . 59 TV Toegepaste chemie - Chemische technologie (laboratorium) .......... 77 ................. 81 TV Toegepaste chemie - Organische chemie (laboratorium) . . . . . . . . . . . . . 91 BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 TV Toegepaste chemie - Organische chemie (theorie) 7 4 LESSENTABEL 1ste lj. CHEMIE 1 Basisvorming AV AV AV AV AV AV AV Godsdienst Aardrijkskunde Frans Geschiedenis Lichamelijke opvoeding Nederlands Wiskunde 2de lj. 12 12 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 Voor de leerlingen die een studierichting kiezen die één of meer vakken omvat die ook voorkomen in de basisvorming, vervallen deze vakken in de basisvorming. Deze vakken worden in het studierichtingsgedeelte steeds aangeduid met (*). 2 Optie 2.1 Studierichting (fundamenteel gedeelte) AV TV TV TV 2.2 Wiskunde (*) Elektriciteit/Toegepaste fysica Elektriciteit/Elektronica (x) Fysica (x) Laboratorium (x) Toegepaste biochemie/Toegepaste biologie Algemene biologie (x) Biochemie/Microbiologie (x) Laboratorium (x) Toegepaste chemie Analytische chemie (x) Chemische technologie (x) Laboratorium (x) Organische chemie (x) 1 2 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 2 2 8 2 2 2 8 2 Complementair gedeelte: maximum 22 22 3 4 3 3 1 2 14 14 4 4 - Te kiezen uit de vakken en/of de specialiteiten opgesomd in het Besluit van de Vlaamse regering van 5 juni 1989 tot vaststelling van de algemene vakken, de kunstvakken, de technische vakken en de praktische vakken, voor zover het vakken en specialiteiten betreft waarvoor het Besluit van de Vlaamse regering van 14 juni 1989, zoals gewijzigd, bekwaamheidsbewijzen vastlegt in de derde graad.. - Wanneer in het complementair gedeelte één of meer vakken gekozen worden die ook voorkomen in de basisvorming of in het fundamenteel gedeelte dan vervallen deze vakken niet in de basisvorming, noch in het fundamenteel gedeelte. - Pedagogische aanbeveling: AV Engels 2 2 _______________________________ (x) Voor deze vakken is het leerplan in deze brochure opgenomen. 5 1 STUDIEPROFIEL Deze "nieuwe" studierichting in de structuur SO/'89 vervangt de vroegere (type-I en type-II) TSO- studierichtingen: 'Industriële chemie', 'Farmaceutische chemie', 'Biochemie'. De vakken Toegepaste chemie, Toegepaste biologie/biochemie, Toegepaste fysica in de lessentabel Chemie-TSO tonen aan dat gestreefd wordt naar de integratie van de drie vroegere studierichtingen. 1.1 Algemeen profiel van de studierichting Chemie-TSO Deze studierichting is een wetenschappelijk-technische studierichting, dit wil zeggen dat het curriculum ervan rekening houdt met: - wetenschapsbeoefening en het verwerven van natuurwetenschappelijke kennis (wetenschappen!); - toepassingen van de natuurwetenschappen (techniek!); - een algemeen inzicht verwerven in de samenhang tussen natuurwetenschappen, techniek, industrie en maatschappij (algemene vorming!). Chemie-TSO is vooral bedoeld als een studierichting met eigen finaliteit. Ze biedt echter ook een voorbereiding op verdere studies in het hoger onderwijs, in de eerste plaats het hoger onderwijs van het korte type, bij voorkeur richtingen met een uitgesproken natuurwetenschappelijk karakter zoals technisch hoger onderwijs (Chemie, Biochemie, Procestechnieken, Milieuzorg ...) en paramedisch hoger onderwijs (Farmaceutische en biologische technieken, Klinische chemie, Verpleging ...). Voor de afgestudeerden van de studierichting Chemie TSO is een directe tewerkstelling mogelijk. Er kunnen twee duidelijke functieprofielen vooropgezet worden: - operator (procesoperator): deze functie betekent onder leiding chemische, fysico-chemische en aanverwante processen kunnen opvolgen, zowel op chemisch als op regeltechnisch vlak; - lab-technicus (laborant): deze functie betekent zelfstandig chemische routinewerkzaamheden (b.v. staalname, analyse, kwaliteitscontrole ...) kunnen uitvoeren. Deze beroepsprofielen veronderstellen een brede algemene opleiding en een algemene technische vorming die de kandidaten voorbereidt op diverse loopbanen in diverse types van de chemische industrie, in allerlei instellingen, diensten of ondernemingen waar chemisch onderzoek en chemische controle aan bod komen. Belangrijk hierbij is het verwerven van inzichten, vaardigheden en attitudes die essentieel zijn voor de latere beroepsuitoefening. Echte specialisatie is dus niet aangewezen in deze studierichting, deze situeert zich best na het 2de leerjaar van de 3de graad. 1.2 Algemene doelstellingen van de studierichting in het perspectief van deze beroepsprofielen 1.2.1 ALGEMENE KENNIS IN FUNCTIE VAN HET BEROEP - Taalvaardigheid: . receptieve vaardigheden: lezen en begrijpen van teksten in het Nederlands en in het Engels, . productieve vaardigheden: mondeling en schriftelijk rapporteren. 6 - Wiskunde, fysica en biologie: ondersteunende functie voor de chemisch-technische vakken. - Begrippen van meet- en regeltechniek met integratie van de informatica. - Begrippen van maatschappelijke vorming (doorheen allerlei Algemene vakken aan te brengen). 1.2.2 NOODZAKELIJKE BEROEPSGERICHTE KENNIS - Basisbegrippen van algemene chemie. - Toegepaste chemie: . stofeigenschappen, . analysetechnieken (klassieke en instrumentele methodes), . procestechnieken. - Opstellen, bedienen en onderhoud van basisapparatuur. - Het kunnen lezen van schema's en operatiesystemen. 1.2.3 VEREISTE PERSOONLIJKHEIDSKENMERKEN EN VAARDIGHEDEN - Nauwgezet en met zorg werken. - Creativiteit in verband met technische verbeteringen, praktische werkwijzen. - Verantwoordelijkheidsbesef: het permanent naleven van veiligheids- en beschermingsmaatregelen. - Sociale vaardigheid: het soepel kunnen werken in teamverband met zowel arbeiders, collega's als hi3rarchische meerderen. - Bereidheid tot navorming om de snelle technologische evoluties op te volgen. - Bereidheid tot het eventueel functioneren in een ploegenstelsel. 2 PROFIEL VAN DE LEERLING Deze studierichting is aangewezen voor leerlingen die minder theoretisch aangelegd zijn en meer gericht zijn op het praktische en de directe maatschappelijke toepassingen van de wetenschap. Het spreekt vanzelf dat zij een brede algemene interesse moeten hebben voor toegepaste chemie, wetenschappelijk onderzoek, industriële processen en laboratoriumwerk. Dit vereist: - een specifieke interesse en ook voldoende motorische aanleg om accuraat met stoffen om te gaan, waarnemingen te verrichten en experimenten uit te voeren en apparaten te bedienen; - voldoende begaafdheid om via een concrete benadering toch allerlei theoretische begrippen, concepten, theorieën en de wetenschappelijke symbolentaal van de verschillende natuurwetenschappelijke vakken te begrijpen; 7 - voldoende aanleg voor (toegepaste) wiskunde; - voldoende taalbeheersing met het oog op communicatie en rapportering. 3 PROFIEL VAN DE LERAAR Naast de vele professionele (pedagogisch-didactische) en persoonlijke eigenschappen die iedere goede leraar kenmerken, moet de leraar in de studierichting Chemie-TSO uitblinken in volgende aspecten: - geduld opbrengen zodat de leerlingen tijd krijgen om de begrippen te verwerven; - een typische technische didactische leermethode aanwenden waarbij de unieke kansen van de wisselwerking theorie-laboratorium benut worden; Dit veronderstelt een intense samenwerking tussen de leraars theorie en laboratorium. Beide vakken zouden best door dezelfde leraar gegeven worden!, - enthousiasme en "liefde" voor het vak kunnen overbrengen op de leerlingen; - bereidheid tot vakspecialisatie en het volgen van de evoluties in de vakkendomeinen; - goede contacten leggen en onderhouden met de plaatselijke industrie en ondernemingen. 4 BEGINSITUATIE De leerlingen komen uit verschillende studierichtingen van de 2de graad maar bij voorkeur uit de TSOstudierichtingen 'Techniek-wetenschappen' of 'Biotechniek' en uit de ASO-studierichtingen met een maximumpakket natuurwetenschappen in het fundamenteel gedeelte of aangevuld in het complementair gedeelte. Men dient er rekening mee te houden dat deze leerlingen uit ASO-richtingen slechts een geringe labervaring en experimenteervaardigheid hebben opgedaan, zodat een initiatie en een progressieve kennismaking met labmateriaal en labtechnieken aangewezen is. De leerlingen, afkomstig uit andere TSO- of ASO-studierichtingen hebben een behoorlijke achterstand opgelopen in alle natuurwetenschappelijke vakken (Biologie, Chemie en Fysica). In individuele gevallen kan de schooldirectie een overgang naar de studierichting Chemie-TSO toestaan voor erg gemotiveerde leerlingen die bereid zijn, in overleg met de vakleraren, de ontbrekende noodzakelijke voorkennis bij te werken. 5 DE GEÏNTEGREERDE PROEF Het vak Chemische technologie is er op gericht de wisselwerking aan te tonen tussen technologie en wetenschappelijk werk. Deze wisselwerking vormt de basis voor de industriële wereld. De hoofddoelstellingen bij de vorming van technici in de chemie zijn: - het bijbrengen van methoden en technieken uit de chemische en aanverwante bedrijven voor wat het theoretisch aspect betreft; - het aanleren van praktische opdrachten met niet alleen het verwerven van zin voor nauwkeurigheid, orde en netheid maar ook van een goede mentale vaardigheid. In die optiek kan de geïntegreerde proef, georganiseerd in het tweede leerjaar van de derde graad, benaderd worden. Een theoretische studie van een chemisch of aanverwant technologisch probleem zou omkaderd moeten worden door zelfstandig uit te voeren praktische opdrachten. 8 Praktisch wordt van de leerlingen verwacht dat zij: - contacten kunnen leggen met de chemische industrie in de omgeving om het gekozen onderwerp concreet te leren kennen en voldoende documentatie te verzamelen, - vaktechnische literatuur kunnen opsporen, raadplegen en gebruiken, - een chemo-technisch werk zelfstandig kunnen lezen, begrijpen en synthetiseren, - processchema's kunnen interpreteren en opstellen, - met vakgenoten een gefundeerd gesprek kunnen voeren over een bestudeerd onderwerp. Een volwaardige geïntegreerde proef verloopt in vijf fasen: literatuuronderzoek, opstellen van een werkplan, praktische uitvoering, opmaak van een schriftelijk rapport en een mondelinge presentatie. De keuze van het onderwerp wordt bij voorkeur vastgelegd in het begin van het 2de leerjaar van de 3de graad. Bij de bepaling van de opdracht dient een persoonlijk voorstel van de leerling kans te krijgen. Een voorkeur voor een bepaald onderwerp als gevolg van een speciale interesse, vakantiejob of stage mag gestimuleerd worden indien deze keuze haalbaar is (niet te theoretisch en praktisch realiseerbaar wat betreft nodige en beschikbare apparatuur). De concrete opdracht wordt bij voorkeur zo vroeg mogelijk vastgelegd zodat de leerlingen reeds het nodige documentatiemateriaal kunnen opzoeken en verzamelen. De praktische uitwerking van het onderwerp gebeurt later in het schooljaar vermits de leerlingen de nodige vaardigheden moeten beheersen omtrent analysetechnieken en te gebruiken apparatuur. De hoeveelheid tijd die voor de proef voorzien wordt, is afhankelijk van de omvang van de opdracht. Lesuren Analytisch en/of Organisch laboratorium gedurende een periode van de 2de en/of 3de trimester zijn aangewezen. Een onderwerp kiezen waarbij een groot aantal labtechnieken aan bod komen zal moeilijk zijn. Toch moet het labwerk steeds een essentieel bestanddeel zijn van de geïntegreerde proef. Louter theoretische uitdieping van een onderwerp is niet te controleren naar zijn authenticiteit. Inhoudelijk kan het behandelde onderwerp veelzijdig benaderd worden. Toepassing en interpretatie van verbanden, grafieken en formules van zowel wiskundige als fysische aard kunnen worden gekoppeld aan chemie-inzichten. Diverse onderwerpen kunnen aan bod komen. Het onderwerp wordt eerst theoretisch uitgediept. Documentatie in het Nederlands of in een vreemde taal (b.v. Engels ...) wordt opgespoord en gelezen. Daarna wordt een tijdschema opgesteld om de labproeven te kunnen uitvoeren. Tijdens het 3de trimester wordt het rapport verder afgewerkt en uiteindelijk ook mondeling toegelicht voor de eigen klasgroep (gedurende b.v. een twintigtal minuten). Een aanvullende evaluatie kan gebeuren door mondelinge presentatie van het onderwerp voor een jury van leraars, eventueel aangevuld met externe deskundigen. Eén van de leraars zal als mentor fungeren en ter beschikking staan om uitleg en bijsturing te geven. Tevens wordt voorgesteld om een vijftal lesuren van de Chemische Technologie te besteden aan de praktische begeleiding van de geïntegreerde proef. Tijdens het eerste lesuur wordt bijvoorbeeld klassikaal uitleg verstrekt over de doelstellingen, eisen, documentatiebronnen, praktische regelingen, de evaluatieprocedure ... van de proef. De volgende vier lesuren zullen worden gebruikt in functie van de verdere praktische uitwerking. De bij de proef horende specifieke labproeven worden opgevolgd door de leraar onder wiens supervisie deze labactiviteiten ressorteren. 9 Nabije begeleiding door één van de leraars is nodig om de opdracht in goede banen te leiden. Nochtans moeten de leerlingen beseffen dat ze best zoveel mogelijk zelf het initiatief nemen. Ze werken productief voor wat opzoekingswerk betreft (theoretische benadering, bibliotheekbezoek, eventueel persoonlijk contact met de industrie). De uitvoering van de opdrachten heeft een meer reproductief karakter. De leerlingen doen zeker niet aan "research". Uit het aanbod van bestaande technieken en recepten maken ze een verantwoorde keuze. Een verzorgd eindrapport, onder de vorm van bijvoorbeeld een syllabus van ongeveer 20 bladzijden is wenselijk. Zulk een rapportering leert veel over het inzicht in het behandelde onderwerp en vergt van de leerlingen een grote inspanning om de bevindingen, voorzien van de nodige commentaar, op een duidelijke, overzichtelijke en leesbare manier weer te geven. Hierbij mag een foutloos en correct taalgebruik geëist worden. 6 LEERINHOUDEN, LEERPLANDOELSTELLINGEN EN DIDACTISCHE WENKEN 10 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica Elektriciteit/Elektronica 1 1ste en 2de leerjaar: 1 uur/week BEGINSITUATIE De leerlingen komen uit verschillende studierichtingen van de 2de graad, maar bij voorkeur uit de studierichting Techniek-wetenschappen TSO of Biotechniek TSO en uit ASO-studierichtingen met Wetenschappen in de benaming. Elektriciteit en elektronica is voor hen nieuw en hun belangstelling voor deze vakken staat in functie van de toepassingen ervan in hun later beroep. Ze vertonen dan ook soms meer interesse voor het gebruik van een technisch toestel dan voor het fysisch fenomeen dat erachter schuilt. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen Het vak Elektriciteit/Elektronica moet evenals Fysica, waarmee het verwant is, een bijdrage leveren tot de integrale vorming van de leerlingen door het aanbrengen van feitenkennis en inzicht bij het behandelen van de leerstof. Er moet bovendien op gewezen en aangetoond worden hoe fysische wetten in verband met de leerstof geïntegreerd worden in technische toepassingen, waardoor de leerlingen beter voorbereid worden op de hedendaagse technologische maatschappij. De basiskennis Elektriciteit/Elektronica moet deze leerlingen toelaten in hun vervolgstudie hoger onderwijs van het korte type (b.v. graduaat chemie) met kans op succes te volgen. 2.2 Leerplandoelstellingen 2.2.1 COGNITIEF - Vertrouwd geraken met de basisbegrippen en -wetten uit de elektriciteit waarmee men in het beroepsleven zal werken of die nuttig zijn voor de eventuele verdere studie. - Inzicht verwerven in de verwerkte leerstof met het oog op toepassingen in de praktijk of bij het uitvoeren van laboratoriumproeven. - Gegevens en eigenschappen van elektrische en elektronische componenten in de voorhanden zijnde documentatie (leerboek en databladen) opzoeken. - Een goede basiskennis in verband met de elementaire bouwstenen (diode, transistor, logische poort) uit de elektronica aanleren en tevens het gebruik ervan in eenvoudige schakelingen (gelijkrichter, versterker, poortschakeling) kennen. 2.2.2 AFFECTIEF De wijze waarop de leerstof wordt aangebracht, kan bijdragen tot het ontwikkelen van waardevolle houdingen zoals: - belangstelling voor wetenschappen en techniek en voor hun betekenis in de samenleving opbrengen; 11 - leergierigheid en drang naar inzicht bij het zoeken naar de verklaring van de werking en de bruikbaarheid van een technisch toestel of installatie verwerven; - kritisch zijn door een rationele analyse te maken van een technisch probleem vooraleer een oplossing te overwegen en te kiezen; - doorzettingsvermogen en zin voor creativiteit bij het zoeken naar de oplossing van een probleem opbrengen. 2.2.3 PSYCHOMOTORISCH Het helpen bij de uitvoering van demonstratieproeven en metingen geeft de leerlingen de kans tot het ontwikkelen van hun motoriek. 2.3 Uitbreidingsdoelstellingen De studie van de analoog-digitaal convertor en van de operationele versterker moet, indien nodig, toelaten de leerlingen in contact te brengen met elementen die gebruikt worden in de moderne elektronische meeten regeltechniek. De gebruiker van deze apparatuur is in het algemeen niet geïnteresseerd in de inwendige structuur maar alleen in de functie ervan. De basisschakelingen en de eigenschappen van de operationele versterker moeten dan ook op een proefondervindelijke manier (demonstratieproeven) worden aangebracht. 3 LEERINHOUDEN EERSTE LEERJAAR: ELEKTRICITEIT 1 ELEKTRODYNAMICA 1.1 Elektrische ladingen 1.1.1 Atoomstructuur en elektrische lading 1.1.2 Krachtwerking, wet van Coulomb 1.2 Het elektrisch veld (Uitbreiding) 1.2.1 Begrippen veldsterkte en veldlijnen 1.2.2 Verband tussen veldsterkte en veldlijnen 1.3 De elektrische potentiaal (Uitbreiding) 1.3.1 Potentiële energie en potentiaalverschil 1.3.2 Afleiden van de formule 1.4 De elektrische stroom 1.4.1 Stroomsterkte - conventionele stroomzin 1.4.2 Spanningsbron - spanning 12 1.5 De elektrische weerstand 1.5.1 De wet van Ohm 1.5.2 De wet van Pouillet 1.5.3 Schakeling van weerstanden 1.6 Energie en vermogen 1.6.1 Joule-effect en toepassingen 1.6.2 Veiligheidsaspecten 1.7 Laden en ontladen van een condensator 2 ELEKTROMAGNETISME 2.1 Het magnetisch veld 2.1.1 Permanente en elektromagneten 2.1.2 Verklaring van het magnetisme 2.2 Elektromagnetische krachtwerking 2.2.1 Magnetische inductie en de Lorentzkracht 2.2.2 Toepassing: principe van de elektrische motor 2.3 Magnetisch inductieverschijnsel 2.3.1 De magnetische inductieflux 2.3.2 Wet van Lenz: fluxverandering als oorzaak van spanning 2.3.3 Toepassing: de elektrische generator TWEEDE LEERJAAR: ELEKTRONICA 1 DE HALFGELEIDERWEERSTANDEN 1.1 Halfgeleiders - intrinsieke en extrinsieke halfgeleiding 1.2 Passieve niet-lineaire componenten 1.2.1 NTC- en PTC-WEERSTANDEN: uitvoeringsvormen, weerstandtemperatuurkarakteristiek, toepassingen 1.2.2 VDR-WEERSTAND: uitvoeringsvormen, spanning-weerstandkarakteristiek, toepassingen 1.2.3 LDR-WEERSTAND: uitvoeringsvorm, weerstand-belichtingkarakteristiek, toepassingen 13 2 DE HALFGELEIDERDIODE 2.1 De PN-overgang met en zonder uitwendige spanningsbron 2.2 De diode en de diodekarakteristiek 2.3 Toepassingen van de diode als stroomventiel en als gelijkrichter 3 DE BIPOLAIRE TRANSISTOR 3.1 De bouw van de transistor en het transistoreffect 3.2 De stromen in de transistor 3.3 De fundamentele transistorschakelingen 3.4 De transistorkarakteristieken in de GES 3.5 De transistor als wisselspanningversterker 3.6 De Schmitt-trigger als AD-convertor (Uitbreiding) 4 DE OPERATIONELE VERSTERKER (UITBREIDING) 4.1 Eigenschappen van de ideale OP-AMP: open-lusversterking, bandbreedte, ingang- en uitgangimpedantie 4.2 Studie van de versterkers met ideale OP-AMP 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 De inverterende versterker De niet-inverterende versterker De spanningsvolger De inverterende sommeerversterker De verschilversterker 5 DIGITALE TECHNIEKEN 5.1 De diode en de transistor als schakelaar 5.2 Algebra van Boole 5.2.1 Wetten en eigenschappen van de Booleaanse algebra 5.2.2 Dualiteitswetten van de Morgan 5.2.3 Toepassingen op de eigenschappen en op de wetten 5.3 Logische poortschakelingen 5.3.1 Inleidende begrippen: logische poort, waarheidstabel, impulsdiagram 5.3.2 De EN, OF, NIET, NEN, NOF, EX-OF en EX-NOF poorten 14 - Schema, verklaring - Waarheidstabel - Definitie, formule, impulsdiagram, symbool 5.3.3 Toepassingen op de logische hoofdpoorten 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene opmerkingen We mogen aannemen dat deze leerlingen het vak Elektriciteit/Elektronica ervaren als een ondersteuningsvak voor hun toekomstige activiteiten in de chemische industrie. Vandaar dat bij het behandelen van de leerstof het accent mag liggen op het aanbrengen van basiskennis en -vaardigheden die nodig zijn op elektrisch gebied voor de nijverheid. We zullen dan ook in de mate van het mogelijke de wiskundige bewijsvoering beperkt houden en zonodig vervangen door minder abstracte redeneringen aangepast aan het niveau van de leerlingen. Daarom zal het aanbrengen van basisbegrippen, wetmatigheden en principes van deze leerstof doelbewust proefondervindelijk gebeuren. Daarbij kan de leraar een beroep doen op manuele of minimaal op de mentale medewerking van de leerling. Het gebruik van het SI-eenhedenstelsel is wettelijk verplicht. Bij vermelding van een grootheid uit de leerinhouden wordt verwacht dat men de SI-eenheid aangeeft. Voor het gebruik van de namen van grootheden en de symbolen ervan evenals hun eenheden verwijzen we naar de Belgische normen die hieromtrent zijn uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wenden tot BIN (Belgisch Instituut voor Normalisatie), Brabançonnelaan 29, 1040 Brussel, Tel. (02)734 92 05. Het rekenen met maatgetallen en het vaststellen van het aantal beduidende cijfers in het resultaat mag stilaan als verworven beschouwd worden. Leraars die hier enig tekort vaststellen, zullen bij het uitvoeren van rekenproblemen er de nodige aandacht aan schenken. Het gebruik van audiovisuele media zoals de retroprojector en de video, zal ons onderricht efficiënter en aanschouwelijker maken, evenals de computer die stilaan een vaste plaats heeft verworven in het klaslokaal. Voor die proeven waarbij het gebruik van de computer een meerwaarde biedt als automatische gegevensgaring, grafische voorstellingen, snelle verwerking van meetgegevens enz. wordt het computergebruik aanbevolen. Veiligheid is in het belang van iedereen. De gevaren in verband met elektriciteit situeren zich vooral op het gebied van aanraking (elektrische schok) en overstroom (brandgevaar). Die twee sleutelbegrippen in verband met de elektrische veiligheid moeten daarom de nodige aandacht krijgen. Om te helpen bij het opmaken van de jaarplanning kan volgende tijdbesteding richtinggevend zijn. EERSTE LEERJAAR: ELEKTRICITEIT Elektrodynamica 15 uur: Elektrische ladingen De elektrische stroom De elektrische weerstand Energie en vermogen Condensator 3 uur 2 uur 5 uur 3 uur 2 uur 15 Elektromagnetisme 10 uur: Het magnetisch veld Elektromagnetische krachtwerking Magnetisch inductieverschijnsel 2 uur 4 uur 4 uur TWEEDE LEERJAAR: ELEKTRONICA Halfgeleiderweerstanden 5 uur De halfgeleiderdiode 3 uur De bipolaire transistor 7 uur Digitale technieken 10 uur 4.2 Bijzondere opmerkingen EERSTE LEERJAAR 1 ELEKTRODYNAMICA 1.1 Bij het 'opwekken' van ladingen wordt beklemtoond dat een voorwerp een lading krijgt als gevolg van een herverdeling van ladingen. De bouw van het atoom kan hier een verklaring brengen. Lading stroomt niet overal doorheen. Er zijn geleiders en isolatoren zowel bij vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. 1.2 Het begrip elektrische stroom wordt in de meest algemene zin ingevoerd (namelijk als verplaatsing van ladingen). Hierbij definieert men de stroomsterkte en behandelt men de conventionele stroomzin. Opdat ladingen zouden bewegen in een geleidende kring, is er een toestel nodig dat de nodige energie voorziet voor de elektronenverplaatsing. Zo'n toestel wordt (bij voorkeur) spanningsbron genoemd. Spanning is de grootheid die 'oorzaak' is van het bewegen van ladingen en dus oorzaak van de elektrische stroom. 1.5 De verhouding van de spanning over een schakelelement en de stroomsterkte erdoor, definieert men als de weerstand van een schakelelement. Een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm, is een weerstand waarbij die verhouding constant is. De vervangingsweerstand en de stroom- en spanningswetten moeten zeker experimenteel benaderd worden. Bij een parallelschakeling vestigt men de aandacht op het feit dat men meerdere verbruikers kan aansluiten op een spanningsbron, zonder dat ze elkaar beïnvloeden. Het is niet de bedoeling vrij ingewikkelde netwerken te behandelen of wetten van Kirchhoff te gebruiken om ingewikkelde netwerken op te lossen. 1.6 Met de kWh-meter kan gemakkelijk het energieverbruik en het vermogen van een elektrisch toestel nagemeten worden. Veiligheidsaspecten die aan bod kunnen komen zijn: smeltveiligheden, aarding, lekstroomschakelaar, elektrische isolatie ... 1.7 De oscilloscoop of de computer zijn de aangewezen toestellen om de laad- en ontlaadkromme van een condensator visueel voor te stellen. Het opnemen van een punt-per-punt karakteristiek in dit verband kan in de laboratoriumpraktijk gebeuren. 16 2 ELEKTROMAGNETISME 2.1 De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich, maar is opgenomen om de elementaire begrippen in verband met het magnetisme aan te brengen. Elektromagnetisme moet in zijn breedste betekenis worden geïnterpreteerd, dit wil zeggen een elektrische stroom veroorzaakt een magnetisch veld. Met behulp van dit verschijnsel wordt het magnetisme van de materie verklaard. 2.2 Dat het magnetisch veld niet overal even krachtig is, kan experimenteel worden geïllustreerd via de krachtwerking op een stroomvoerende geleider. Die krachtwerking geeft aanleiding tot de invoering van de magnetische inductie B. De waarde van de magnetische inductie kan mogelijk experimenteel geïllustreerd worden (een Hall-sonde aangesloten op de PC kan hierbij een nuttig instrument zijn). Als toepassingen op de magnetische krachtwerking kan men zich beperken tot de draaispoelampèremeter en de elektrische motor. 2.3 Experimenteel wordt aangetoond dat een fluxverandering een spanning genereert. De generator is één van de belangrijkste toepassingen. TWEEDE LEERJAAR 1 HALFGELEIDERWEERSTANDEN 1.1 Valentie-elektronen (elektronen op de buitenste schil van een atoom) spelen een belangrijke rol in de elektrische leiding van de vaste stof. Met behulp van de kristalstructuur van een halfgeleider-materiaal (silicium, germanium) wordt het specifiek geleidingsmechanisme zowel bij de zuivere halfgeleider (intrinsieke geleiding) als bij de gedopeerde halfgeleider (extrinsieke geleiding) verklaard. 1.2 De invloed van de temperatuur op een geleider heeft andere gevolgen dan op een halfgeleider. Dit verklaart tevens de werking van de PTC en de NTC. De werking van de andere niet-lineaire componenten gebeurt via het structuurmodel van de halfgeleidermaterie. 2 DE HALFGELEIDERDIODE 2.2 De werking van de diode gebeurt door middel van de vooraf besproken PN-overgang. Als toepassingen wordt naast de klassieke gelijkrichting ook een toepassing van de iode als stroomventiel (stroomdoorgang in één zin) besproken. 3 DE BIPOLAIRE TRANSISTOR 3.1 De samenstelling van de transistor kan langs experimentele weg opgezocht worden. De voorwaarden waaraan de bouw van een transistor moet voldoen, dienen besproken te worden. Men kan het transistoreffect eveneens proefondervindelijk aantonen en verklaren. 17 3.5 Als belangrijke toepassing van de transistor in een GES wordt de wisselspanningsversterker besproken. De rol van ieder element in de schakeling dient kort te worden verklaard. De werking van de wisselspanningsversterker kan daarna op een aanschouwelijke manier (met behulp van een oscilloscoop) geverifieerd worden. 4 DIGITALE TECHNIEKEN 4.1 De werking van de diode en de transistor als contactloze schakelaar wordt gedemonstreerd en verklaard. Voor de transistor wordt de schakelkarakteristiek gegeven en toegelicht. 4.2 De wetten en eigenschappen van de algebra van Boole en de wetten van de Morgan moeten gezien worden als een hulpmiddel om elektrische of elektronische netwerken tot een minimaal aantal onderdelen te beperken. Men moet dus vermijden dit als een zuiver wiskundig onderwerp te behandelen. 4.3 Vooraleer tot de bespreking van de logische poorten over te gaan, is het nuttig en gewenst dat men in het kort enkele basisbegrippen zoals logische poort, waarheidstabel en impulsdiagram definieert en dit met enkele voorbeelden illustreert. Bij de symbolische voorstelling van de logische poorten gebruikt men steeds hun I.E.C.-symbool. Bij de toepassing op de logische poorten kan men met behulp van de theorema's van de Morgan alle schakeloefeningen met NEN of NOF-poorten laten uitvoeren. Naast het oplossen van de gebruikelijke schakelproblemen moet ook het omzetten van een eenvoudige prozatekst naar een formule en schema worden ingeoefend. 18 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica Fysica 1 1ste leerjaar: 2 uur/week 2de leerjaar: 1 uur/week BEGINSITUATIE De leerlingen die deze studierichting volgen, vormen een heterogene groep voor wat betreft hun vooropleiding Fysica. Bovendien bestaat een gelijknamige studierichting niet in de tweede graad TSO. De meeste leerlingen hebben in de tweede graad een voorkennis over de structuur van de materie, optica, de gaswetten en warmte. Voor enkelen kan het nodig zijn de begrippen arbeid, energie en vermogen door inhaallessen te remediëren. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen Men mag niet uit het oog verliezen dat het fysica-onderricht niet enkel bestaat in het overbrengen van feitenkennis. Het moet tevens toelaten om inzicht te verwerven in de wetenschappelijke denk- en werkmethode die gevolgd wordt om bepaalde wetmatigheden te achterhalen bij een fysisch verschijnsel. Het fysica-onderricht heeft ook een algemeen vormende functie. Na hun opleiding moeten de leerlingen in staat zijn om de sociale betekenis van wetenschap en technologie te beoordelen. 2.2 Leerplandoelstellingen 2.2.1 COGNITIEF - De belangrijke begrippen en fundamentele wetten van de fysica bijbrengen. Begrippen uit de mechanica en de optica ondersteunen, respectievelijk de Industriële analyse en de Analytische chemie. - Een wetenschappelijke denk- en werkmethode ontwikkelen om via waarneming en proefneming te komen tot een verklaring of het vastleggen van wetten. - De verworven kennis toepassen in nieuwe concrete situaties of bij het oplossen van vraagstukken. - Het ordenend, verklarend en voorspellend karakter van eenvoudige fysische modellen en theorieën leren doorzien. 2.2.2 AFFECTIEF Naast het ontwikkelen van cognitieve vaardigheden moet het fysica-onderricht ook bijdragen tot het verwerven van volgende waardevolle attitudes. - Belangstelling wekken voor wetenschap en techniek en de rol die zij vervullen in onze samenleving. - Leergierigheid en drang naar inzicht nastreven bij het zoeken naar een verklaring van waargenomen verschijnselen. - Zin voor relativering, waardoor het essentiële van het bijkomstige kan onderscheiden worden bezitten. 19 - Doorzettingsvermogen bij het oplossen van problemen opbrengen. - Bereid zijn tot objectiviteit en breeddenkendheid door een eigen verworven mening te herzien tegenover nieuwe onweerlegbare feiten. - Kritisch leren zijn tegenover een zelf gevonden of door anderen vooropgestelde oplossing. 2.2.3 PSYCHOMOTORISCH Het helpen bij het uitvoeren van demonstratieproeven geeft de leerlingen de kans op het ontwikkelen van hun motoriek. 2.3 Uitbreidingsdoelstellingen Fysica kan leren inzien hoe complex de werkelijkheid is. Er is nooit een absolute zekerheid en steeds meer geperfectioneerde modellen zijn mogelijk. Modellen worden verworpen, verbeterd of verfijnd. Het leren inzien dat fysica de voedingsbron is voor de techniek, waardoor men een inzicht verkrijgt in de betekenis van de fysica voor onze cultuur en samenleving. 3 LEERINHOUDEN EERSTE LEERJAAR 1 MECHANICA 1.1 Bewegingsleer 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 Rust en beweging, relatieve beweging, referentiestelsel, afgelegde weg, tijdsverloop De eenparig rechtlijnige beweging, begrip snelheid, grafische voorstelling De eenparig veranderlijke beweging, begrip versnelling, grafische voorstelling De valbeweging, begrip valversnelling Krachtenleer 1.2.1 Begrip kracht, statische en dynamische werking van een kracht, samenstellen van krachten, beginselen van Newton 1.2.2 Gravitatiekracht, zwaartekracht en gewicht 1.2.3 Arbeid, vermogen en energie, behoud van energie 1.2.4 Evenwichten, moment van een kracht 2 OPTICA 2.1 Herhaling van terugkaatsingswetten bij vlakke en gebogen spiegels 2.2 Breking van het licht 2.2.1 Brekingswetten 2.2.2 Totale terugkaatsing, grenshoek, refractometer 20 2.2.3 Doorgang van lichtstralen door geometrische figuren met vlakke grensvlakken 2.2.4 Doorgang van lichtstralen door lenzen (soorten lenzen, beeldvorming, afleiden van de lenzen- en vergrotingsformule, sterkte van een lens) 2.3 Optische instrumenten bijvoorbeeld de microscoop, de prismaspectroscoop, de spectrofotometer 2.4 Kleurenleer, kleurenschifting TWEEDE LEERJAAR 1 TRILLINGEN en GOLVEN 1.1 De eenparige cirkelvormige beweging 1.1.1 Begrippen cyclus, periode en frequentie 1.1.2 Baansnelheid en hoeksnelheid 1.1.3 Centripetale kracht 1.2 De harmonische trilling 1.2.1 Bewegingsvergelijking 1.2.2 Grafische voorstelling en voorstelling met fasoren 1.3 Samenstelling van trillingen (Uitbreiding) 1.4 Lopende golven 1.4.1 Begrip 1.4.2 Afleiden van de formule 1.4.3 Eigenschappen van lopende golven: terugkaatsing, buiging, interferentie en breking 1.5 Staande golven Begrip en voorstelling, buiken en knopen, eigenfrequentie, resonantie Aan de leraars wordt de keuze gelaten 2 en/of 3 te behandelen, maar bij voorkeur 3. 2 GELUID 2.1 Waarneming en aard van het geluid 2.2 Kenmerken van het geluid: toonhoogte, toonsterkte, toonkleur 2.3 Doppler-effect 3 FYSISCHE OPTICA 3.1 Natuur van het licht 21 3.2 Interferentie van het licht 3.3 Polarisatie van het licht 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene opmerkingen We mogen aannemen dat voor deze groep leerlingen het vak Fysica niet echt dient als voorbereiding op hun verdere loopbaan. Evenwel zal Fysica hen de nodige voorkennis en inzicht bezorgen om technische toepassingen te analyseren en meetapparatuur te gebruiken. Daar deze studierichting slechts 3 u./w. Wiskunde per leerjaar in de basisvorming bevat, is en formele behandeling van de leerstof fysica minder efficiënt. Het is dan ook aangewezen demonstratieproeven maximaal in de lessen te integreren. Dit kan ook de motivatie en de leergierigheid bevorderen. Voor zo'n experimentele aanbreng is bijvoorbeeld de bewegingsleer uitstekend geschikt, hierbij zal ook de kwalitatieve interpretatie van de bijhorende grafieken voorop staan, evenzo in alle leerstofpunten waar grafische voorstellingen aan de orde zijn. De wisselwerking tussen theorie en experiment vormt bovendien een goede illustratie van de denk- en werkmethode van de fysica. Het gebruik van het SI-eenheidstelsel is wettelijk verplicht. Bij vermelding van een grootheid bij de leerinhouden wordt verwacht dat men de SI-eenheid aangeeft. Voor het gebruik van de namen van grootheden en de symbolen ervan evenals hun eenheden verwijzen we naar de Belgische normen die hieromtrent zijn uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wenden tot BIN (Belgisch Instituut voor Normalisatie), Brabançonnelaan 29, 1040 Brussel, tel. (02)734 92 05. Het rekenen met maatgetallen en het vaststellen van het aantal beduidende cijfers in het resultaat mag stilaan als verworven beschouwd worden. Leraars die hier enig tekort vaststellen, zullen bij het uitvoeren van rekenproblemen er de nodige aandacht aan schenken. Zeker is dat binnen enkele jaren de computer niet meer weg te denken is in het fysicalokaal. Door het navormingsproject 'Integratie van de informatica in de fysica', georganiseerd door het NVKSO heeft het gebruik van de computer onder andere voor demonstratieproeven een grote sprong voorwaarts gemaakt. Voor de proeven waar het gebruik van de computer een meerwaarde biedt zoals automatische gegevensgaring, grafische voorstellingen, verwerking van meetgegevens enz. wordt het gebruik van de computer aanbevolen. Veiligheid is in het belang van iedereen. Veiligheidsaspecten bij het manipuleren van stoffen, het gebruik van apparatuur of het uitvoeren van demonstratieproeven zijn essentieel en moeten in de lessen de volle aandacht krijgen. Om te helpen bij het opmaken van de jaarplanning kan volgende tijdbesteding richtinggevend zijn. Eerste leerjaar 1 Mechanica 1.1 Bewegingsleer 1.2 Krachtenleer + _ 14 uur + _ 18 uur 2 Optica: + _ 15 uur 22 Tweede leerjaar 1 Trillingen en golven 2 Geluid of fysische optica 4.2 ± 16 uur ± 9 uur Bijzondere opmerkingen EERSTE LEERJAAR 1 MECHANICA 1.1 Bij de studie van de bewegingen worden de wetmatigheden afgeleid door middel van demonstratieproeven. Bijzondere aandacht gaat hierbij uit naar het tekenen, het herkennen en het interpreteren van de verschillende diagrammen. Bij het oplossen van eenvoudige vraagstukken worden die zoveel mogelijk in een concrete context geplaatst zodanig dat er interesse wordt opgewekt. 1.2 De bespreking van de beginselen van Newton bieden opnieuw een uitstekende gelegenheid om aan te sluiten bij toepassingen uit de chemische technologie. Door de drie beginselen hebben we een verklaringsschema voor de mechanica. Het traagheidsbeginsel verklaart de eenparige beweging, het tweede beginsel de eenparige veranderlijke beweging en het beginsel van actie en reactie zegt ons dat krachten steeds paarsgewijze optreden. Uit de gravitatiewet van Newton toegepast op de aarde en een voorwerp in haar nabijheid halen we g. Hierop volgt een bespreking van de factoren waarvan g afhangt. Het onderscheid tussen gravitatiekracht, zwaartekracht en gewicht zullen hier duidelijk gemaakt worden. De wet van het behoud van energie laat toe toepassingen uit de bewegingsleer met energiebeschouwingen op te lossen. Evenwichten enhet begrip moment van een kracht kunnen best behandeld worden in functie van praktische toepassingen. 2 OPTICA Voor wat betreft de breking van het licht kunnen de brekingswetten formeel afgeleid worden vermits dezelfde wetten reeds in het 1ste leerjaar van de 2de graad proefondervindelijk werden afgeleid. De kleurenleer dient behandeld te worden met het oog op het verstaan van de stralengang in een spectrofotometer. TWEEDE LEERJAAR Trillingen en golven 1.2 De bewegingsvergelijking van de harmonische trilling wordt afgeleid met behulp van de projectie op een as van een eenparig bewegend punt op een cirkel. In sommige gevallen is het hier nuttig enkele begrippen uit de goniometrie te herhalen. 23 De voortplanting van een storing in een middenstof noemen we een golf. Om dit te illustreren is een lange veer zeer geschikt. De rimpeltank is het hulpmiddel bij uitstek om de eigenschappen van golven aan te tonen. Onder grafische voorstelling wordt het y(t)-diagram (sinusoïde) verstaan en met fasor wordt de ronddraaiende vector bedoeld. 2 Geluid is een mechanisch verschijnsel (ontstaan) en de voortplanting geschiedt slechts door een middenstof. Basisbegrippen die moeten aangebracht worden zijn onder andere voortplantingssnelheid, toonsterkte en toonhoogte. Bij het begrip toonsterkte kan de decibel als eenheid van geluidsniveau worden gedefinieerd. De technische toepassingen van ultratonen kunnen hier besproken worden bijvoorbeeld het het ultrasonisch reinigen. Bij het behandelen van het Doppler-effect kan het gebruik van de multanova/speedgun (snelheidscontrole) verklaard worden. Debietmetingen in de chemische technologie zijn hierop een mooie toepassing. 3 Bij voorkeur wordt Fysische Optica behandeld. Dit leerstofonderdeel is van nut in de Analytische Chemie wanneer spectrofotometrische technieken behandeld worden. 24 TV Elektriciteit/Toegepaste fysica Laboratorium 1 1ste leerjaar: 1 uur/week 2de leerjaar: 1 uur/week BEGINSITUATIE De meeste leerlingen hebben reeds kennis gemaakt met het uitvoeren van eenvoudige proeven, hetzij in beperkte mate via leerlingenproeven, hetzij uitgebreider via één of andere vorm van laboratoriumwerk. Men mag daarom aannemen dat de leerlingen nu in staat zijn om met een wat uitvoeriger opstelling en apparatuur te werken dan in de voorbije jaren en dit betreft zowel proeven in verband met Fysica als proeven in verband met Elektriciteit-Elektronica. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen Het uitvoeren van proeven kan bijdragen tot een goede beeldvorming van de experimentele basis waarop de natuurkundige en technische kennis berust. Indien de proeven goed op het niveau van de leerlingen zijn afgestemd, kan het uitvoeren van experimenten motiverend werken en de Fysica, Elektriciteit en Elektronica voor hen aantrekkelijk maken. Ook kan het samenwerken met anderen aan een proef stimulerend werken en een nuttige ervaring zijn. 2.2 Leerplandoelstellingen 2.2.1 COGNITIEF - Kennis maken met en leren van de natuurwetenschappelijke methode van probleemoplossen door het uitvoeren van een geschikt experiment. - Natuurkundige verschijnselen isoleren en idealiseren om de invloed van een aantal factoren te kunnen nagaan. - De begripsvorming ondersteunen door het concreet maken van een fysisch begrip of het verifiëren van een aangeleerde wet. - Technisch-wetenschappelijk inzicht verwerven in de aangeleerde leerstof en in contact komen met methodes van het technologisch onderzoek. - Meetresultaten en karakteristieken interpreteren en kritisch beoordelen. verwoorden in begrijpelijke taal. 2.2.2 Bovendien de resultaten AFFECTIEF - Een accurate waarneming en een zorgvuldige verslaggeving bevorderen. - Doorzettingsvermogen aankweken bij het uitvoeren van experimenten tot een bepaalde methode op punt staat en men bevredigende resultaten bereikt. - Nauwkeurigheid aanleren bij het uitvoeren van metingen en berekeningen. 25 - Ordelijkheid bijbrengen bij het opstellen van een verslag over de uitgevoerde proeven. - Samenwerken met anderen in groepsverband met de nodige verantwoordelijkheidszin en dienstbaarheid. 2.2.3 PSYCHOMOTORISCH - Experimentele vaardigheden ontwikkelen zoals het bedienen van meetapparatuur, het maken van proefopstellingen enzoverder. - Een elektrische of elektronische schakeling met behulp van een getekend schema realiseren. 2.3 Uitbreidingsdoelstellingen Het werken met concreet materiaal op hoog niveau moet de leerlingen in staat stellen hun eigen mogelijkheden te verkennen in functie van hun plaats in het latere beroepsleven. Praktische oefeningen in de digitale techniek dragen bij om doelgericht, algoritmisch te leren denken, ook de zin voor het zoeken naar methodische oplossingen wordt erdoor aangescherpt en vervangt dikwijls intuïtieve gissingen. 3 LEERINHOUDEN EERSTE LEERJAAR Proeven die onder andere aan bod kunnen komen 1.1 Bewegingen: EVRB met vo = 0: valbeweging EVRB met vo … 0: voorwerp rolt van een helling ERB: speelgoedauto - elektrisch wagentje samengestelde beweging: helling + horizontale 1.2 Tweede beginsel van Newton: F = m.a 1.3 Behoud van energie: verschillende mogelijkheden 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Verifiëren van de wetten van de breking Planparallelle plaat, kleurafhankelijkheid Prisma Kleurenschifting Bepalen van brandpuntsafstand van een lens 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Vermogen en energie meten van toestel met kWh-meter (prijs bepalen) Metingen op samengestelde kringen (serie, parallel, samengesteld) Metingen van wet van Ohm: controle van volt- en ampèremeter aan de hand van berekeningen Brug van Wheatstone (of ohmmeter) om inw. weerstand te bepalen van een ampèremeter Opstellen van laad- en ontlaadkromme van een condensator 26 TWEEDE LEERJAAR Proeven die onder andere aan bod kunnen komen 1.1 Proef van Kundt 1.2 Proef van Melde - staande golven 1.3 Proef in verband met centripetale kracht 2.1 Opmeten van temperatuur-weerstandkarakteristiek bij NTC- en PTC-weerstanden 2.2 Karakteristiek opstellen bij VDR- en LDR-weerstand 2.3 Karakteristiek opstellen van diode bij sillicium, germanium en LED 2.4 Enkel- en dubbelfasige gelijkrichter 2.5 Spanningsverdubbeling en -vermenigvuldiging 2.6 Studie van transistor - transistoreffect en transitorstromen (GBS) 2.7 Karakteristieken bij GES 2.8 Instelling van transistor in GES en statisch en dynamisch gedrag 2.9 Bepalen van stroomversterkingsfactor en belastingslijn 2.10 Proeven op combinatorische logica 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene opmerkingen Indien nodig kan om praktische redenen de laboratoriumoefeningen gedurende 2 lesuren om de 14 dagen gegeven worden. De taak van de leerkracht bestaat erin de proeven en de metingen voor te bereiden zowel op theoretisch als op praktisch vlak en ook uit het begeleiden van de leerlingen en het controleren van hun werk. Wil men met deze werkvorm de gestelde onderwijsdoelen bereiken, dan moet men zorgen voor een goede practicumorganisatie (materiaal, ruimte, tijd), een optimale leerlingenbegeleiding en een eisen van nauwkeurige resultaatverwerking (tabellen, grafieken, besluiten). Belangrijk is ook dat de mogelijkheid wordt opengelaten voor een nabespreking over de resultaten van de uitgevoerde proef. Men moet bijzondere aandacht besteden aan het naleven van de nodige veiligheidsvoorschriften dit bij het manipuleren van bepaalde apparatuur of bij het gebruik van elektrische toestellen. Een regelmatige controle van de elektrische verbindingssnoeren gebeurt vanzelfsprekend. Zeer in het bijzonder wijzen we erop dat leerlingen bij practicum in open-kring-situaties slechts mogen werken met een maximale spanning van 24 V (spanningen van 0 tot 24 V noemt men veiligheidsspanningen). Men laat om begrijpelijke redenen ook nooit de leerlingen alleen achter in het laboratorium tijdens het uitvoeren van proeven. De reglementeringen in verband met veiligheid kan men vinden in: ARAB - Algemeen reglement voor de arbeidsbescherming, AREI - Algemeen reglement op de elektrische installaties, VLAREM - Vlaams reglement op milieuvergunningen. Een laatste en concrete niet te missen inlichting betreft het antigifcentrum: Adres: J. Stallaertstraat 1, bus 15, 1060 Brussel, tel. (02)345 45 45 alleen te gebruiken voor dringende noodhulp, tel. (02)344 15 15 te gebruiken voor administratie en inlichtingen. 27 4.2 Bijzondere opmerkingen Voor het practicum zal steeds een geschreven verslag gemaakt worden, gaande van de ingevulde instructiefiche tot het verslag horend bij een volledig open opdracht. Een goed verslag zal over het algemeen volgende elementen bevatten: - formulering van de doelstellingen van de proef, - meetopstelling en materiaal, - werkwijze, - meetresultaten in overzichtelijke tabellen, - verwerking van de meetresultaten met aandacht voor de beduidende cijfers, - grafiek(en), - besluiten (verwoording, formule, wet). De verslagen van practica kunnen als huiswerk beschouwd worden. Een volwaardig laboratoriumpracticum zal minimaal één lesuur duren. Om laboratoriumpractica optimaal te laten renderen mag de klasgroep niet te groot zijn: de praktijk wijst uit dat 16 leerlingen in dat verband een absoluut maximum is. 28 TV Toegepaste biochemie/Toegepaste biologie Algemene biologie Biochemie/Microbiologie Laboratorium 1 1ste leerjaar: 1 uur/week 2de leerjaar: 1 uur/week 2de leerjaar: 1 uur/week BEGINSITUATIE De leerlingen komen uit verschillende studierichtingen van de tweede graad maar bij voorkeur uit de studierichting Techniek-wetenschappen of Biotechniek en uit ASO-studierichtingen met Wetenschappen in de benaming. Dit kan zorgen voor een heterogene groep, wat de achtergrondkennis betreft voor het vak Biologie. Het aantal uren Biologie in de tweede graad ziet eruit als volgt: ASO Techniekwetenschappen Biotechniek 1 0 of 1 1 + 1 lab 1 + 1 lab 2 + 3 lab 2 + 3 lab Tweede graad eerste leerjaar tweede leerjaar - In de eerste graad heeft de leerling door macroscopische en microscopische observatie een inzicht verworven in de structuur van zaadplanten en gewervelde dieren met inbegrip van de mens. Daarna worden de levensverrichtingen zoals voeding, ademhaling, uitscheiding, transport en voortplanting behandeld. De bouw en de functies van de organen die bij deze verrichtingen een rol spelen worden onderzocht. Men probeert ook inzicht te verwerven in de relatie tussen de organismen en hun milieu door de studie van een aantal belangrijke milieukenmerken zoals licht, temperatuur, zuurstofgehalte ... Indien geen twee maar slechts één uur Biologie in het tweede leerjaar wordt ingericht, bestudeert de leerling de functies hoofdzakelijk bij de mens en is het inzicht beperkter. Indien de leerling in het tweede leerjaar de basisoptie Techniek-wetenschappen volgde dan worden daar in het vak Natuurwetenschappen (5 uur per week) een aantal biologische items behandeld. - Na de tweede graad wordt het verschil in verworven leerinhouden en vaardigheden nog groter. In het eerste leerjaar gaat de leerling proefondervindelijk na hoe planten, dieren en mensen reageren op een veranderend milieu en hij onderzoekt hoe deze reacties worden gecoördineerd. In het tweede leerjaar leert de leerling enkele belangrijke criteria hanteren van classificatie voor planten en dieren en hij ervaart dat deze criteria niet absoluut zijn. Tevens onderzoekt de leerling de verschillende mogelijkheden waardoor organismen van een zelfde of verschillende soort met elkaar in relatie staan. Zo stelt hij vast dat die relaties noodzakelijk zijn voor een evenwicht in de natuur en dat menselijk ingrijpen dit evenwicht kan verstoren. 29 - Indien de leerlingen in de tweede graad de basisoptie Techniek-wetenschappen volgden, dan werd een bijkomend labuur gegeven afgestemd op de theorie. Indien de leerlingen in de tweede graad de basisoptie Biotechniek volgden,dan diepten zij de basisleerstof uit in een extra uur biologie. Daarnaast hebben deze leerlingen 3 uur Lab biotechniek en Chemische uitrustingen waarin een aantal biologische items werden bestudeerd en bepaalde vaardigheden verworven. - Voor leerlingen die in de tweede graad een niet- wetenschappelijke richting volgen, valt de leerstof van het tweede leerjaar volledig weg. Dit kan leiden tot leerstofhiaten, tot het verliezen van de voeling met het vak en het onderbreken van de beoefening van het wetenschappelijk werk en het wetenschappelijk denken. De leraar van de derde graad moet zich sterk bewust zijn van deze heterogene voorgeschiedenis voor het vak biologie. 2 ALGEMENE DOELSTELLINGEN 2.1 Het verwerven van fundamentele biologische inzichten - De eenheid van de levende wezens zien in hun complexiteit. - Basiskennis verwerven over: celstructuur, delingswijzen, voortplanting van de mens, erfelijkheidswetten, microbiologie, eenvoudige biochemische processen. 2.2 Het beheersen van een aantal technieken - Kennis maken met basistechnieken die in de Laboratoria voor microbiologie en/of biochemie gebruikt worden. - Inzicht verkrijgen in de functie en het belang van de gebruikte technieken en veiligheidsvoorschriften. - Biologische gegevens vastleggen in tabellen, grafieken of schetsen en deze kunnen interpreteren. 2.3 Het verwerven van een verantwoorde attitude ten overstaan van de levende natuur - Verantwoordelijkheid voor het leven: inzicht in seksuele en relationele ontwikkeling verwerven - Milieuverantwoordelijkheid: strikt hanteren van veiligheidsvoorschriften in de laboratoria. 30 3 LEERINHOUDEN EERSTE LEERJAAR 1 CELSTRUCTUUR 1.1 Microscopische waarneming van de cel Vorm en afmetingen 1.2 Algemene submicroscopische morfologie van de cel (plantaardige en dierlijke cellen) - celwand - cytoplasma . celmembraan . mitochondrium . vacuole . lysosoom . ribosoom . centrosoom - centriolen . plastide . golgi-apparaat . endoplasmatisch reticulum - Kern . belang-functie . bouw kernmembraan kernplasma chromatine netwerk 2 CELDELINGEN 2.1 De mitosedeling - Verloop - Kenmerken - Chromosomen . bouw . eigenschappen . eenvoudige chemische structuur 2.2 De meiosedeling - Verloop - Kenmerken 3 VOORTPLANTINGSWIJZEN 3.1 De ongeslachtelijke voortplanting - Definitie - Voorbeelden 31 3.2 De geslachtelijke voortplanting - Algemene definitie - Geslachtelijke voortplanting bij de mens . anatomie van het mannelijk en vrouwelijk geslachtsapparaat . hormonale cycli en regelingen . bevruchting . verloop van de zwangerschap . geboorte . factoren die de vruchtbaarheid beïnvloeden 4 ERFELIJKHEID 4.1 Variabiliteit - Interspecifieke verschille Intraspecifieke verschillen: oorzake Modificaties Begrippen fenotype en genotype 4.2 Overervaringsmechanismen 4.2.1 MONOHYBRIDE KRUISING - Begrippen homozygoot en heterozygoot - Mendels hypothesen . uniformiteit . reciproke kruising . dominantie - Werk na Mendel . intermediaire overerving . multipele allelen: genotypische bepaling van de bloedgroep . genotypische bepaling van de resusfactor . biomedische problemen in verband met transfusie en zwangerschap 4.2.2 DIHYBRIDE KRUISING - Onafhankelijke genen - Erfelijkheid van de geslachtsbepaling en geslachtsgebonden erfelijkheid (Daltonisme en hemofilie) 4.3 Wijziging van de erfelijke aanleg 4.3.1 SELECTIE 4.3.2 MUTATIE - Genoommutaties, chromosoommutaties, genmutaties - Mutagene factoren 32 TWEEDE LEERJAAR Er werd in geen apart leerplan voorzien voor het Laboratorium dat in de derde graad 1 uur per week beslaat. De leerplancommissie is van oordeel dat de oefeningen best zo dicht mogelijk bij de theorie aansluiten, meer nog, het vertrekpunt moeten vormen voor de theoretische cursus. Daarom werden bij een groot aantal leerstofpunten practica voorzien. De volgorde van het leerplan wordt best aangehouden omdat men moet rekening houden met de voorkennis van chemie uit het vak organische chemie. De lessen Microbiologie en de Laboratoriumoefeningen worden best gegroepeerd in een pakket van 2 opeenvolgende lesuren. Eventueel kan 1 lesuur theorie dan af en toe gecombineerd worden met 1 uur praktijk voor het controleren en bespreken van resultaten. Vermits theorie en praktijk één geheel vormen is het dus ook even noodzakelijk dat beide door één leerkracht gegeven worden. De inhouden van de aangegeven practica zijn slechts aanbevelingen, het staat de leerkracht vrij andere practica in te voeren. Er moet wel over gewaakt worden, dat het totaal aantal lessen gelijk verdeeld wordt tussen theorie en laboratoriumoefeningen. 1 MICROBIOLOGIE 1.1 Inleiding Practicum: microscopische waarneming van enkele micro-organismen die gedurende de cursus aan bod zullen komen 1.2 De bacteriën 1.2.1 MORFOLOGIE EN STRUCTUUR VAN BACTERIEN 1.2.2 PRACTICUM Microscopie met kleuringen van bacteriën 1.2.3 INDELING VAN BACTERIEN NAAR DE VORM Coccen, bacillen, spirillen 1.2.4 VERMENIGVULDIGING - MUTATIE - SELECTIE - SPORENVORMING Vermenigvuldiging, verschillende fasen van de levenscyclus Mutatie, selectie en aanpassingen aan het milieu Sporenvorming 1.2.5 PRACTICUM: KWEKEN VAN BACTERIEN Sterilisatietechnieken: autoclaaf, droge warmte, bunsenbrander (filtreren, alcohol, controle) Steriel werken 33 Bereiding van voedingsbodems: bijvoorbeeld: broth, agar, schuine agar... Enten Groeibeoordeling: koloniekenmerken op voedingsbodems 1.2.6 GROEIVOORWAARDEN Het gedrag van bacteriën tegenover temperatuur, zuurstofbeschikbaarheid, zuurtegraad, osmotische druk 1.2.7 PRACTICUM Hier kunnen een aantal technieken getoond of uitgevoerd worden zoals: - invloed van fysische en chemische factoren, - bioreactor of fermentator (aëroob of anaëroob), - anaërobic GasPack jar: voor het op een zeer eenvoudige wijze anaëroob kweken van micro-organismen. 1.2.8 (UITBREIDING) BESPREKING VAN EEN TYPEGROEP BACTERIEN TE KIEZEN UIT Bodembacteriën, ziekteverwekkende bacteriën, bacteriën in de voeding, bacteriën in afvalwater, nuttige en schadelijke bacteriën 1.2.9 PRACTICUM Aansluitend bij de gekozen typegroep wordt een practicum uitgewerkt. Bijvoorbeeld: bacteriën in voedingsstoffen, kwaliteitscontrole van voedingsstoffen, bacteriën in de bodem ... Tijdens deze laboratoriumoefeningen kunnen volgende microbiologische technieken aan bod komen: - het filtreren doorheen membranen, - het maken van verdunningsreeksen, - het tellen van kolonies, - ... 1.3 De fungi 1.3.1 Bouw en voortplanting van enkele types, bijvoorbeeld: gisten, schimmels op brood ... 1.3.2 Practicum: kweken van schimmels, microscopisch onderzoek 1.4 De virussen 1.4.1 Bouw en algemene kenmerken van de virussen, vermenigvuldiging 1.4.2 Practicum: modelbouw van de virale symmetrievormen. 1.5 Pathogeen vermogen en immuniteit van micro-organismen 1.5.1 Begrippen: besmetting, pathogeen vermogen, infectie 1.5.2 Verdediging tegen infecties Voorkomen en bestrijden van infecties: fysische en chemische middelen Vormen van immuniteit 34 1.5.3 Practicum: invloed van chemische factoren op de groei van micro-organismen. zoals de invloed van antibiotica, sulfanilamiden, ontsmettingsvloeistoffen. 2 DYNAMISCHE BIOLOGIE Proeven De basisstructuren van aminozuren, sacchariden en vetten werden in de lessen organische chemie behandeld. 2.1 De bouw van eiwitten, DNA en RNA 2.1.1 Eiwitten: herhaling van de peptidebinding en de ruimtelijke structuur van eiwitten. 2.1.2 Structuur van nucleïnezuren De DNA - helix Basensequentie Vorming van DNA en RNA Soorten RNA 2.1.3 Practicum: modelbouw van DNA of eiwitten 2.2 De biosynthese van eiwitten 2.3 Enzymen 2.3.1 Actief centrum en specificiteit 2.3.2 Denaturatie, remming van de enzymwerking, activering 2.3.3 Coënzym - apo-enzym 2.3.4 Classificatie van enzymen (uitbreiding) 2.3.5 Practicum: facoren die de enzymatische werking beïnvloeden - of - enzymatische eigenschappen van bacteriën 2.4 Energie van de biochemische reactie 2.4.1 Anabolisme en katabolisme 2.4.2 Heterotrofie en autotrofie 2.4.3 Practicum: enkele factoren die fotosynthese beïnvloeden 2.4.4 Vrijmaken van energie Aërobe vrijzetting Anaërobe vrijzetting 2.4.5 Practicum: alcoholische gisting - destillatie van alcohol 2.4.6 ATP - ADP 35 2.5 Stofwisseling van polysacchariden, eiwitten en vetten (Uitbreiding) 2.6 Aanvullende practica: bepaling van bloedgroepen, bezoek aan een klinisch laboratorium 4 LEERPLANDOELSTELLINGEN EERSTE LEERJAAR 1 CELSTRUCTUUR Micropreparaten of microdia's observeren en zo goed mogelijke natekenen. Het verschil verwoorden tussen plantaardige en dierlijke cellen. De cel als morfologische basiseenheid identificeren. De functionele bouw van een aantal celstructuren bespreken in functie van de latere leerinhouden. (b.v. celwand, mitochondriën, ribosomen, kern ...). Een overzicht geven van de voor de levensactiviteiten noodzakelijke celstructuren. De functionele bouw van de kern omschrijven. 2 CELDELINGEN De verschillende stadia van de mitosedeling op micropreparaten en microdia's herkennen en beschrijven. Verwoorden wat chromosomen zijn. De bouw en eigenschappen van chromosomen verwoorden. De mitosedeling inpassen in de celcyclus. Argumenteren waarom de mitosedeling identieke cellen oplevert. Voorbeelden geven waarbij een mitosedeling tot vegetatieve voortplanting kan leiden. (De klonering knopvorming bij gisten ...) De betekenis van de meiose bij geslachtelijke voortplanting verwoorden. De stadia van de meiosedeling beschrijven en schematisch voorstellen. Aantonen dat meiosedeling erfelijk verschillende cellen oplevert. De meiosedeling vergelijken met de mitosedeling voor wat betreft het aantal en de samenstelling van de chromosomen. Een onderscheid maken tussen haploïde en diploïde cellen. 36 3 VOORTPLANTINGSWIJZEN Een inhoud geven aan het begrip ongeslachtelijke voortplanting en enkele moderne toepassingen geven. Een inhoud geven aan het begrip geslachtelijke voortplanting. De verschillen tussen geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting verwoorden. Een inhoud geven aan de begrippen primaire en secundaire geslachtskenmerken. Op een schema van een vrouwelijk en mannelijk voortplantingsstelsel van de mens de voornaamste structuren aanwzijzen en benoemen. De betekenis van de voornaamste structuren in het voortplantingsproces omschrijven. De begrippen hormonale klier en de algemene werking van een hormoon toelichten. Gelijkenissen en verschillen bij zaadcelvorming en eicelvorming verwoorden. De hormonale regeling van de menstruele cyclus beschrijven. Het theoretisch moment van de eisprong en van de vruchtbare periode bij de vrouw bepalen. Het verloop van coïtus en bevruchting omschrijven. Op een schema van een baarmoeder met foetus de belangrijkste structuren aanduiden en de functie verwoorden. Normale verschijnselen bij zwangerschap en geboorte beschrijven. De voornaamste middelen voor de regeling van de vruchtbaarheid beschrijven. De aard van het regelend effect van die middelen aangeven. Een biomedisch probleem rond vruchtbaarheid benaderen zoals: kunstmatige inseminatie, in-vitro-fertilisatie, sexueel overdraagbare aandoeningen ... 4 ERFELIJKHEID 4.1 Variabiliteit Aan de hand van enkele voorbeelden het verschijnsel variabiliteit binnen het soort beschrijven en interpreteren. Het begrip modificatie omschrijven en illustreren met voorbeelden. Een inhoud geven aan de begrippen fenotype en genotype. 37 4.2 Overervingsmechanismen De hypothesen van Mendel afleiden uit de beschrijving van experimenten. De begrippen homozygoot, heterozygoot, gen, allel, dominante en reciproke overerving omschrijven. De resultaten van mono- en dihybride kruisingen verklaren en symbolisch voorstellen. De overerving van bloedgroepen bespreken. Aangeven dat het geslacht erfelijk bepaald is. Het begrip geslachtsgebonden erfelijkheid omschrijven en toepassen in voorbeelden van Daltonisme en hemofilie. 4.3 Wijziging van de erfelijke aanleg Het begrip selectie omschrijven en illustreren met voorbeelden. De begrippen modificatie en mutatie omschrijven en vergelijken. Aan de hand van voorbeelden de begrippen genoommutatie, chromosoommutatie en genmutatie omschrijven en vergelijken. Enkele mutagene factoren aangeven en in verband brengen met het milieu. Het belang van mutatie en selectie verwoorden. TWEEDE LEERJAAR De cursief gedrukte doelstellingen verwijzen naar practica die de leraar kan wijzigen. 1 MICROBIOLOGIE 1.1 Inleiding Door microscopische waarneming enkele groepen micro-organismen, die gedurende de cursus aan bod zullen komen, herkennen. Uitgaande van de microscopische waarneming een inhoud geven aan het begrip micro-organisme. 1.2 De bacteriën Een schematische voorstelling van de bacteriële cel tekenen en de functie van de delen noteren. Vormen van bacteriën op basis van microscopische waarnemingen herkennen. Een kleuring van bacteriën uitvoeren. Op een groeicurve de verschillende fasen van de levenscyclus aanduiden en het belang van de exponentiële fase benadrukken. 38 Een inhoud geven aan de begrippen mutatie en selectie. (Herhaling). Het verband tussen mutatie en selectie verwoorden. (Herhaling). Oorzaak en betekenis van sporenvorming verwoorden. Sterilisatie-, kweek- en bewaartechnieken toepassen en uitleggen. Minimaal één volledige voedingsbodem door het afwegen en samenvoegen van de componenten samenstellen. De betekenis van de samenstellende componenten bespreken. Steriel overenten en pipetteren. Het uitzicht van een kolonie beschrijven. De gedragingen van bacteriën tegenover temperatuur, zuurstofbeschikbaarheid, zuurtegraad en osmotische druk uitleggen. De invloed van deze factoren experimenteel aantonen. De invloed van een typegroep van bacteriën in een bepaald medium experimenteel onderzoeken of technieken toepassen zoals membraanfiltratie, verdunning en telling. 1.3 De fungi De bouw en de voortplanting van schimmels en gisten aan de hand van een aantal typerende voorbeelden weergeven. Gisten en schimmels kweken, microscopisch onderzoeken en hun toepassing in de industrie illustreren. 1.4 De virussen Aan de hand van een model of figuren de belangrijkste verschillen tussen een bacterie en een virus opnoemen als bouw, grootte, levenswijze ... 1.5 Pathogeen vermogen en immuniteit Een inhoud geven aan de begrippen besmetting, infectie, pathogeen vermogen en virulentie. De invloed van verschillende chemische middelen ter bestrijding van micro-organismen bespreken en experimenteel aantonen. Het begrip immuniteit inhoud geven. Een inhoud geven aan de begrippen vaccin, serum, antistof-antigeen ... 39 2 DYNAMISCHE BIOLOGIE 2.1 De bouw van eiwitten, DNA en RNA Een peptidebinding aanwijzen en de ruimtelijke bouw van eiwitten toelichten. De bouwstenen van RNA en DNA in een schematische voorstelling aanwijzen en benoemen. 2.2 De biosynthese van eiwitten De duplicatie van DNA en de transscriptie in RNA uitleggen. De rol van DNA en RNA in de eiwitsynthese omschrijven. 2.3 Enzymen Een inhoud geven aan de begrippen die gebruikt worden bij de enzymwerking. De bouw en werking van een enzyme verduidelijken met behulp van een modelvoorstelling. Factoren die de enzymatische werking beïnvloeden, experimenteel aantonen. 2.4 Energie van de biochemische reactie Het onderscheid tussen anabolisme en katabolisme verwoorden. Het onderscheid tussen een heterotroof en een autotroof organisme aan de hand van een voorbeeld illustreren. Factoren als temperatuur, lichtintensiteit, CO2-concentratie ... op de fotosynthese-intensiteit experimenteel aanduiden. Het proces van het anaëroob en aëroob vrijmaken van energie op een eenvoudige wijze weergeven. De schematische voorstelling van ATP en de rol als universele energiedrager in een eenvoudig reactieschema weergeven. 5 DIDACTISCHE WENKEN EERSTE LEERJAAR 1 CELSTRUCTUUR Aan de hand van micropreparaten, microdia's van elektronen-microscopisch fotomateriaal kunnen de verschillende celstructuren worden aangebracht. Er wordt niet ingegaan op de structuur van DNA. Het chromatine netwerk kan vergeleken worden met een snoer van opeenvolgende pakketjes genetisch materiaal. Bij de bespreking van het celmembraan is het nuttig bepaalde begrippen zoals osmose, diffusie en plasmolyse terug op te frissen, aan de hand van demonstraties, met het oog op de verdere leerstof, (2de leerjaar). 40 2 CELDELINGEN Met behulp van microdia's en schetsen kunnen de leerlingen inzien dat de celdeling voor de vorming van de gameten (meiose) anders verloopt dan de mitose. 3 VOORTPLANTINGSWIJZEN De benadering van de ongeslachtelijke voortplanting moet zeer beperkt gezien worden en zich vooral toespitsen op enkele toepassingen zoals klonering, knopvorming bij gisten ... Het deeltje over geslachtelijke voortplanting moet vooral een algemeen vormende waarde hebben in het kader van de relationele ontwikkeling van de leerlingen. Daarom staat de mens centraal en wordt de menselijke voortplanting uitvoerig behandeld. Tijdens een korte herhaling (cf. eerste graad) worden de bouw en structuuraanpassingen van het geslachtsapparaat bij de man en de vrouw behandeld (primaire en secundaire geslachtskenmerken). Dit kan gebeuren aan de hand van modellen, diapositieven en schetsen. De opvallende periodiciteit in de eicelvorming en de continuïteit in de zaadcelproductie worden in het licht van de hormonale regeling behandeld. Om in deze lessen de nadruk te kunnen leggen op de hormonale regeling van de voortplanting bij man en vrouw is het aangewezen de begrippen endocriene klier en hormoon terug op te frissen. (Leerstof eerste leerjaar van de tweede graad). De hormonale regeling kan aangebracht worden aan de hand van een overzichtelijk schema waarop naast elkaar de hypofyse-afscheidingen en de veranderingen in de eierstok en de baarmoeder zijn weergegeven. Men kan met de leerlingen de verschillende methoden bespreken om het theoretisch moment van de eisprong en aldus de vruchtbare periode bij de vrouw te bepalen. In een onderwijsleergesprek wordt de betekenis van de geslachtsgemeenschap en bevruchting vanuit wetenschappelijk en menselijk standpunt belicht. Hoewel het niet de bedoeling is de kiembladvorming te beschrijven, is het toch aan te raden, de ontwikkeling van embryo en foetus in grote lijnen weer te geven. Aan de hand van schema's en audiovisuele middelen wordt de innesteling van het embryo besproken. Ook de vruchtvliezen, de moederkoek en de navelstreng worden gesitueerd. Het verloop van zwangerschap en geboorte worden beschreven en eventueel met videomateriaal geïllustreerd. In onze huidige samenleving is het belangrijk dat de meest voorkomende middelen tot regeling van de vruchtbaarheid op een vakkundige en verantwoorde wijze worden besproken en dat men tevens wijst op de betrouwbaarheid, de voor- en nadelen van deze methoden. Op dezelfde manier kunnen sommige biomedische problemen zoals kunstmatige inseminatie, in-vitrofertilisatie, seksueel overdraagbare aandoeningen ..., aan bod komen vanuit een wetenschappelijk en ethisch standpunt. 41 4 ERFELIJKHEID 4.1 Variabiliteit Via observatie en experimenten, zoals het meten van de lengte van bonen, bladeren ..., wordt de variabiliteit binnen de soort besproken. Aan de hand van onder andere de proef van Bonnier wordt gezocht naar een verklaring voor die verschillen. Men komt tot de vaststelling dat de uiteindelijke uitingsvorm (fenotype) beïnvloed wordt door milieufactoren, erfelijke aanleg (genotype) en een samenspel tussen milieufactoren en erfelijke aanleg. Zo geeft men het begrip modificatie een inhoud. 4.2 Overervingsmechanismen Uitgaande van nauwkeurige beschrijvingen van de experimenten van Mendel kan men diens redenering, die geleid heeft tot formulering van zijn hypothesen, overdoen en de begrippen homozygoot, gen, allel, dominante en reciproke overerving inhoud geven. Toepassingen op intermediaire overerving en onafhankelijke genen laten toe het inzicht in de overervaringsmechanismen te verfijnen. Bespreking van de overerving van de bloedgroepen bij de mens laat toe de begrippen antigen-antistof aan te brengen. In deze context kunnen biomedische problemen rond transfusie en zwangerschap besproken worden. Door vergelijkingen van karyogrammen van de mens komt men tot de vaststelling dat mannelijke en vrouwelijke cellen verschillen in één chromosomenpaar. De geslachtschromosomen worden met de letter X en Y aangeduid; ze worden besproken naar verschillen in bouw. Door Daltonisme en hemofilie als voorbeelden uit te werken, kunnen leerlingen begrijpen dat de localisatie van een gen op een differentieel deel van het X-chromosoom andere kansen op het voorkomen van de aandoening heeft bij mannen dan bij vrouwen. 4.3 Wijziging van de erfelijke aanleg Aan de hand van voorbeelden wordt het onderscheid gemaakt tussen modificaties en mutaties. Met behulp van karyogrammen worden enkele mutaties besproken (genoommutatie, chromosoommutatie). Met een onderwijsleergesprek kan gezocht worden naar oorzaken (b.v. delingsfouten). Uitgaande van ziektebeelden bij de mens (gebruiken van kranteknipsels) wordt ook de genmutatie aangebracht. Er wordt gewezen op de milieufactoren die eventueel de mutatiefrequentie kunnen opdrijven en op de gevolgen hiervan voor het individu (mutatie in lichaamscellen) of voor de nakomelingen (mutatie in voortplantingscellen). Men kan hierop verder bouwen om het belang van mutatie en selectie op de evolutie van soorten te behandelen. Het is evenwel niet de bedoeling diverse evolutietheorieën uitgebreid te behandelen. 42 TWEEDE LEERJAAR 1 MICROBIOLOGIE Voor de inleidende microscopie-oefening kan men micro-organismen terugvinden in: - bacteriën: tandbeslag, kaamvlies, yoghurt ... - schimmels: op brood, fruit ... - bakkersgist. Bacteriën worden bestudeerd met microscopen die uitgerust zijn met immersie-olie-objectieven. Tijdens het leergesprek over de bouw en andere theoretische aspecten van micro-organismen, maakt men bij voorkeur gebruik van transparanten, wandplaten ... Voor de gramkleuring van bacteriën kan men een set aanschaffen bij verschillende firma's. Steriliteitscontrole van voedingsbodems is als volgt mogelijk: het mee steriliseren van een capsule met resistente sporen van bijvoorbeeld Bacillus subtilis (Merck nr. 10649). Indien ze na sterilisatie en enten op de voedingsbodem opnieuw kolonies vormen, dan wijst dit op slechte sterilisatie. Als men een voedingsbodem samenstelt, heeft men de keuze uit een algemene, een verrijkte, een selectieve ... Maak die keuze in functie van een volgend practicum. Firma's voor chemicaliën beschikken over gespecialiseerde catalogi met beschrijvingen van voedingsbodems, kleurstoffen, indicatoren, testen ... Bij het aanschaffen van materiaal voor sterilisatie- en kweektechnieken gebruikt men best een combinatiemodel van broed- en droogstoof met een temperatuurbereik van ongeveer kamertemperatuur tot 250EC. Een extra temperatuurbeveiliging en tijdsklok zijn aan te raden. De autoclaaf wordt best elektrisch verwarmd. Drukkookpannen worden ontraden. Pipetten en petriplaten in plastiek kunnen in steriele verpakking aangekocht worden. Glazen pipetten kan men gewikkeld in aluminiumfolie steriliseren in een droogstoof en steriel bewaren zolang ze in de aluminiumfolie zitten. Wil men op zeer eenvoudige wijze het anaëroob kweken van micro-organismen illustreren, dan kan men gebruik maken van een "anaërobic gaspack jar". Deze is te verkrijgen bij gespecialiseerde firma's. Voor het bepalen van het totale aantal bacteriën in voedingswaren, lengt men 10 g van het te onderzoeken voedsel aan tot 100 ml. Vervolgens legt men een verdunningsreeks aan waarbij men telkens 1 ml samenvoegt met 9 ml fysiologische oplossing. Ofwel gebeurt dit via de entplaatmethode (0.1 ml op de oppervlakte van de plaat) ofwel volgens de gietplaatmethode (1 ml verdunning waarover men de voedingsbodem giet). Na 24 tot 48 uur telt men het aantal kolonies. Telt men tussen 30 en 300 kolonies, dan zijn dit betrouwbare resultaten en kan men het aantal bacteriën in het voedsel berekenen. Als synthese kan men een hygiënogram maken van bijvoorbeeld een grootkeuken ... Opgepast: voor het kweken van schimmels en gisten gebruikt men best aangepaste voedingsbodems. 43 Leerlingen kunnen een virusmodel zelf maken door een patroon van een virus uit te knippen, te plakken en te plooien. 2 DYNAMISCHE BIOLOGIE 2.1 - 2.2 De bouw en biosynthese van eiwitten Samen met de leerlingen of in practicumvorm wordt een model opgebouwd van eiwitten, DNA en RNA. Hierdoor verkrijgen de leerlingen inzicht in de structuren van de stoffen. Eventueel kan ook gebruik gemaakt worden van video-opnames en opbouwtransparanten om het dynamische aspect van de eiwitsynthese te verduidelijken. 2.3 Enzymen Het begrip specificiteit kan met een inleidende proef verduidelijkt worden: zo produceren gisten wel CO2 uit glucose maar niet uit zuiver zetmeel. De specificiteit kan nu verklaard en geïllustreerd worden aan de hand van transparanten van het sleutelslot-model. De factoren die de enzymatische werking beïnvloeden worden in het lab onderzocht en nadien klassikaal verklaard, verwijzend naar de eigenschappen van eiwitten. 2.4 Energie van de biochemische reactie Het is niet de bedoeling de begrippen anabolisme en katabolisme sterk theoretisch te onderbouwen. De les kan een synthese vormen van de geziene stofwisselingsprocessen gedurende de voorbije jaren. Wie een practicum wenst te organiseren over fotosynthese zal de begrippen autotrofie en heterotrofie voldoende diepgang moeten geven. Uitgaande van een demonstratieproef of practicum worden de begrippen aërobe en anaërobe ademhaling verduidelijkt. Daarna wordt de vraag gesteld onder welke vorm die energie tussen de geziene biochemische processen uitgewisseld wordt. De omzetting tussen ATP EN ADP wordt nu aangebracht. 2.5 Stofwisseling van polysacchariden, eiwitten en vetten Wie bij de uitwerking van de jaarplanning meer nadruk wenst te leggen op Biochemie kan één of meerdere stofwisselingsprocessen behandelen. 2.6 Aanvullende practica In het eerste leerjaar van de derde graad werden de bloedgroepen theoretisch behandeld. De leraar krijgt nu de kans dit te illusteren met een practicum of een bezoek aan een klinisch laboratorium. Het bedoelde practicum kan gegeven worden aan de hand van testkits die in de handel verkrijgbaar zijn. 44 TV Toegepaste chemie Analytische chemie (theorie) 1 1ste en 2de leerjaar: 2 uur/week BEGINSITUATIE In de tweede graad werd reeds de basis gelegd van de algemene structuur van de materie, de chemische reactie, de kennismaking met stofklassen, het rekenen in de chemie, de belangrijkste reactiesoorten. Dit vak Analytische Chemie kan echter voor de leerlingen als een nieuw onderdeel beschouwd worden. Het laboratoriumwerk, gericht op de chemisch-technische toepassingen, wordt veel belangrijker en omvangrijker dan in de tweede graad. Deze leerlingen vertonen meestal meer interesse voor het omgaan met apparaten en stoffen (labwerk) dan voor het chemisch-theoretische aspect, dat er achter schuilt. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen 2.1.1 COGNITIEF In deze studierichting is het vak Analytische chemie een belangrijke vormingscomponent om de leerlingen inzicht te doen verwerven in de praktische toepassingen van de Labpraktijk, om het verband te leggen tussen praktische methoden en de basiskennis van de chemie. Dit theoretisch vak is dan ook te zien als complementair aan Lab-analytische chemie en vice versa. In de chemie neemt het Analytische lab een belangrijke plaats in. Het is dan ook erg zinvol dat de leerlingen op dit vlak goed voorbereid zijn, niet alleen wat betreft de praktische werkmethoden, maar dat zij ook bekwaam zijn de theoretische inzichten en verworven kennis in andere gelijkaardige, al of niet concrete, situaties toe te passen of te gebruiken bij het oplossen van problemen. De leerlingen moeten hun zin voor relativering ontwikkelen, om het essentiële van het bijkomstige te kunnen onderscheiden, het gegeven probleem juist te kunnen inschatten en de verkregen resultaten correct te interpreteren. De leerlingen moeten vertrouwd worden met technieken en procedures en getraind worden in het opzoeken van gegevens en eigenschappen van chemische stoffen, van materialen, van apparaten. 2.1.2 AFFECTIEF Het leervak kan ook bijdragen tot het verwerven van volgende waardevolle attitudes: Doorzettingsvermogen en creativiteit bij het oplossen van gestelde problemen; Leergierigheid en drang naar inzicht bij het zoeken naar een verklaring van de waargenomen fenomenen en de bruikbaarheid van de werkmethoden en van de apparatuur. Een kritische houding ontwikkelen ten aanzien van de gebruikte methoden of oplossingen door een rationele analyse van het chemisch-technisch probleem. 45 2.1.3 PSYCHOMOTORISCH Dit aspect komt sterk aan bod in Lab analytische chemie. Ook het assisteren bij demonstratieproeven biedt de leerlingen de kans op het ontwikkelen van hun motorische vaardigheden. 2.2 Leerplandoelstellingen 2.2.1 - De elektronenconfiguratie van een atoom opzoeken in het periodiek systeem der elementen. Aan de hand van de formules de stoffen indelen in stofklassen en van de veel voorkomende stoffen de naam en de formule opschrijven. De begrippen mol, molaire massa, molaire concentratie kennen en in oefeningen toepassen. Het begrip reactiesnelheid duidelijk en bondig omschrijven en de invloedsfactoren aan de hand van het botsingsmodel verklaren. Van een gegeven reactie de evenwichtsconstante schrijven. De grootte van de evenwichtsconstante interpreteren in verband met de ligging van het evenwicht. Het verschuiven van het reactie-evenwicht door invloedsfactoren voorspellen. 2.2.2 - De sterkte van de elektrolyten in verband brengen met het dissociatie-evenwicht. Het begrip pH definiëren. Uit de gegeven concentratie van H+- en OH- de pH berekenen en omgekeerd. De pH-formules voor sterke en zwakke elektrolyten afleiden en toepassen. De pH-formules van amfolyten en buffers hanteren in oefeningen. 2.2.3 - Het verloop van pH-titratiecurven van sterk zuur met sterke base, van sterk zuur met zwakke base en omgekeerd, berekenen. Geschikte zuur-base-indicatoren kiezen uit het verloop van de titratiecurven. Het verband tussen zuursterkte, beginconcentratie en pH-sprong bij een titratiecurve aangeven. Het begrip normaliteit kennen en in oefeningen toepassen. 2.2.4 - De begrippen - verzadigde en onverzadigde oplossing, oplosbaarheid en oplosbaarheidsproduct omschrijven. Vanuit oplosbaarheid S van een stof het oplosbaarheidsproduct Ks van die stof berekenen en omgekeerd. De invloedsfactoren op de oplosbaarheid in verband brengen met het verschuiven van het dynamisch reactie-evenwicht. (principe van Le Chatelier) Begrippen in verband met gravimetrie, onder andere colloïdale neerslag, uitvlokken, coprecipitatie, homogene precipitatie ... omschrijven. Methoden en werkwijzen kennen voor het berekenen van bijvoorbeeld het gehalte aan een bepaalde stof uit de verkregen resultaten. 2.2.5 - Een neerslagtitratiecurve berekenen. Het equivalentiepunt bij een neerslagtitratie bepalen door gebruik te maken van één van de titratiemethoden. 46 2.2.6 - De begrippen centraal ion, ligand, coördinatiegetal ... verduidelijken aan de hand van de chemische formule van een complexe verbinding. De stabiliteit van een complexe verbinding weergeven in een evenwichtsconstante. De stabiliteit van complexe verbindingen vergelijken aan de hand van de constanten en kunnen toepassen in complextitraties. 2.2.7 - De begrippen oxidatie, reductie, oxidator, reductor definiëren. Een redoxreactie opstellen. Aantonen dat het kwalificeren van een stof als oxidator of reductor een relatieve betekenis heeft en beïnvloed kan worden door pH, concentratie, temperatuur en reagens. Berekeningen uitvoeren met de Nernst-vergelijking, onder andere de reële potentiaal. De bouw van een referentie- en een meetelektrode voorstellen en de bijhorende halfreactie schrijven. De normaliteit van een oxidator- respectievelijk reductoroplossing in een gegeven reactie berekenen. 2.2.8 - Een redoxtitratiecurve berekenen en het verband tussen het verschil in E0-waarde van de 2 redoxsystemen en de grootte van de potentiaalsprong bespreken. De keuze van de redoxindicator aan de hand van de titratiecurve verantwoorden. 2.2.9 - De begrippen geleidbaarheid, specifieke geleidbaarheid, equivalente geleidbaarheid, beweeglijkheid van de ionen omschrijven. Factoren, die de specifieke geleidbaarheid beïnvloeden, aangeven en bespreken met het oog op een conductometrische titratie. Bij de elektrolyse van een oplossing het oxidatie- en reductieproces aanwijzen en de bijhorende halfreacties schrijven. In een oplossing van kationen de volgorde, waarbij de metalen worden afgezet, bepalen met behulp van de tabel met redoxpotentialen. Het principe van de potentiometrie in verband brengen met de wet van Nernst. Aan de hand van een gemeten potentiaalverschil van een oplossing ten overstaan van een referentieelektrode de onbekende concentratie van de stof in de oplossing berekenen. 2.2.10 - De begrippen golflengte, frequentie, energie van het licht, emissie en absorptie van straling, het elektromagnetisch spectrum definiëren. De wet van Lambert-Beer schrijven in symbolenvorm, de betekenis van de symbolen kennen en de geldigheid van de wet bespreken. Het basisschema van de colorimeter tekenen, de verschillende onderdelen benoemen en hun functie aangeven. De verschilpunten tussen colorimetrie en spectrometrie opnoemen. Bij de spectrometrische technieken het verschil in gebruik van IR-, zichtbare -, UV-straling aan de hand van een typevoorbeeld aanduiden. 47 2.2.11 2.3 - De begrippen uit de chromatografische technieken definiëren: onder andere stationaire fase, lopende fase, Rf-waarde, verdelingscoëfficient, adsorptie ... In de onderscheiden chromatografische technieken de voorgaande begrippen aanduiden. Van een gegeven chromatogram de Rf-waarde berekenen. Kwalitatieve en kwantitatieve mogelijkheden van de onderscheiden chromatografische technieken aangeven. De begrippen ionenuitwisselaar als stof en zijn werking omschrijven aan de hand van een voorbeeld. Uitbreidingsdoelstellingen De bronspanning kunnen berekenen van een oplossing tegenover verschillende referentie-elektroden. De evenwichtsconstante van een gegeven redoxreactie berekenen en beoordelen en hieruit de ligging van het evenwicht bepalen. 3 LEERINHOUDEN 3.1 Herhaling en uitbreiding 3.2 3.3 3.4 - Atoombouw Periodiek systeem der elementen met lange perioden Chemische bindingen Stofklassen; ook naamvorming Rekenen in de chemie: mol, molaire massa, molair gasvolume, concentratie Reactiesnelheid en invloedsfactoren Drijfveren van een chemisch proces: exotherme en endotherme reacties; gedwongen en spontane reacties; aflopende en onvolledige reacties Evenwichtsconstante, omzettingsgraad of rendement, verschuiving van het chemisch evenwicht Elektrolyten Sterke en zwakke elektrolyten Dissociatie-evenwicht van water (Kw) Definitie van pH Zuren en basen volgens Brønsted Sterkte van zuren en basen (Kz, Kb) pH-berekeningen van oplossingen van sterke zuren, sterke basen, zwakke zuren, zwakke basen, amfolyten Bufferoplossingen Aflopende zuur-basereacties Zuur-base-titraties Zuur-base stoechiometrie en oefeningen pH-titratiecurven en toepassingen Mogelijkheden en beperkingen van zuur-base-volumetrie Neerslagvorming en oplosbaarheid Oplosbaarheid S en oplosbaarheidsproduct (Ks) Factoren die de oplosbaarheid beïnvloeden Principe van de gravimetrie 48 - Mogelijkheden en beperkingen van de gravimetrische methode gefractioneerde precipitatie Zuiverheid van en behandelen van neerslag 3.5 - Neerslagtitraties Principe Titratiecurven en toepassingen Titratiemethoden volgens onder andere Mohr, Volhard,... 3.6 - Complextitraties Soorten complexen Vorming en stabiliteit Kc Principe van complextitraties Toepassing: titraties met EDTA 3.7 - Redoxreacties Definities van oxidatie, reductie, oxidator, reductor, redoxkoppel Redoxreactievergelijking en stoechiometrie Normpotentiaal en redoxpotentiaal van redoxkoppels Referentie- en meetelektrodes Vergelijking van Nernst en toepassingen Aflopende redoxreacties 3.8 - Redoxtitraties Redoxtitratiecurven en toepassingen Mogelijkheden en beperkingen van de methode Voorbeelden: onder andere permanganometrie, jodometrie, cerimetrie 3.9 - Elektrochemische technieken Conductometrie (elektrische geleiding) Elektrolyse Potentiometrie Coulometrie (U) 3.10 - Spectroscopische technieken Begrippen in verband met licht: golflengte, frequentie, energie, absorptie, emissie, elektromagnetisch spectrum Wet van Lambert-Beer Colorimetrie: zichtbaar spectrum Spectrofotometrie: zichtbaar, UV en IR Verduidelijking van de bouw en het werkingsprincipe van de beschikbare apparatuur, bijvoorbeeld vlamfotometrie, atomaire absorptiespectrometrie, fluorescentiespectrometrie 49 3.11 4 4.1 Fysico-chemische scheidingsmethoden Chromatografie: principe, soorten Ionenuitwisseling: principe Elektroforese (U) DIDACTISCHE WENKEN Algemene opmerkingen Rekening houden met het leerlingenprofiel (minder theoretisch aangelegd/meer gericht op het praktische) en ook met het oog op een efficiënte koppeling tussen de theorielessen en het Laboratorium, dient de theoretische leerstof zeer concreet te worden aangeboden door middel van: P allerlei ondersteunende audiovisuele hulpmiddelen zoals transparanten wandplaten, dia's, film, video, computersimulaties ... , P molecuulmodellen, dynamische modellen, schema's van de bouw en werking van de apparatuur ... , P demonstatie-experimenten voor die leerstofpunten die niet direct in het practicum aan bod komen of als noodzakelijke ondersteuning van aansluitende practica. Het is dus evident dat ook de theorielessen plaatsvinden in een daartoe aangepast vaklokaal met de nodige uitrusting zoals: P beschikbaarheid van A.V."hardware" (overheadprojector, diaprojector, videorecorder, tv, computermet meetomgeving), en de erbij horende "software" (transparanten, diaseries, videobanden, films, computerprogramma's ...), P projectiemogelijkheid (projectiewand / lokaalverduistering), P wandkaarten (o.a. periodiek systeem van de chemische elementen ...), P volledig uitgeruste demonstratietafel voor de leerkracht, P uitgebreide en vlot toegankelijke documentatie: bijvoorbeeld toepassingen van de analytische chemie, analyse-apparatuur ... Daar Analytische chemie, naast Organische chemie en Chemische technologie voor deze leerlingen een belangrijk facet is van het studierichtingsgedeelte is het nuttig en nodig dat niet enkel concrete, praktische vaardigheden worden aangeleerd in het lab, maar dat ook de theoretische achtergrond besproken wordt. Er zal dan ook getracht worden om het doel van, het waarom van, de beperkingen van de verschillende analysemethoden grondig en inzichtelijk te bespreken. In de mate van het mogelijke zal de leerstof van beide facetten (theorie en lab) van Analytische chemie op elkaar worden afgestemd, niet alleen wat betreft de terminologie, maar ook wat betreft het tijdstip. Daarom is het erg zinvol beide vakken in eenzelfde leerjaar aan dezelfde leerkracht toe te wijzen. Indien dit niet mogelijk is zullen de betrokkenen met elkaar overleg dienen te plegen en erg nauw met elkaar moeten samenwerken. Het gebruik van SI-eenhedenstelsel is wettelijk verplicht. Bij vermelding van een grootheid uit de leerinhouden wordt verwacht dat men de SI-eenheid aangeeft. Omwille van het nog steeds courante gebruik van vroegere eenheden in de industrie is het nuttig ook deze te vermelden, maar ook hun relatie met de SIeenheden aan te geven. 50 Het rekenen met maatgetallen en het vaststellen van het aantal beduidende cijfers in het resultaat mag stilaan als verworven beschouwd worden. Leerkrachten die hier enig tekort vaststellen, zullen bij het uitvoeren van rekenproblemen er de nodige aandacht aan schenken. Het gebruik van audio-visuele media zoals retro-projector en video zal het onderricht efficiënter en aanschouwelijker maken. Ook de computer, die stilaan een plaats begint te verwerven in het klaslokaal, kan nuttig gebruikt worden daar waar hij een meerwaarde geeft, zoals voor snellere verwerking van meetgegevens, automatische gegevensgaring via interfacing, grafische voorstellingen van de gegevens, vergelijking van gegevens via grafische voorstellingen .... Om te helpen bij het opmaken van de jaarplanning kan volgende tijdsbesteding richtinggevend zijn: 1ste leerjaar: herhaling en uitbreiding elektrolyten zuur-base-titraties neerslagvorming- Gravimetrie neerslagtitraties complextitraties ±8 ± 10 ±8 ± 12 ±8 ±6 uur uur uur uur uur uur 2de leerjaar: ±8 ±8 ± 10 ± 18 ± 10 uur uur uur uur uur 4.2 Bijzondere opmerkingen 4.2.1 - - redoxreacties redoxtitraties elektrochemische technieken spectrometrische technieken fysico-chemische technieken HERHALING EN UITBREIDING Het is niet de bedoeling alle leerstofpunten onder dit punt vermeld achtereenvolgens te behandelen en af te werken. Het ligt veeleer voor de hand die leerstofpunten op het geschikte moment aan te brengen, indien leemten in de vooropleiding van de leerlingen dit vereisen. Gezien de atoombouw, het periodiek systeem van de elementen en de chemische bindingen slechts summier aan bod kwamen in de verschillende richtingen van de 2de graad is een herhaling en uitdieping zeker gewenst als uniforme basis voor de chemie. Bij de behandeling van de atoombouw moet het atoommodel uitgebreid worden tot het Bohr-Sommerfield model (subniveaus), zonder echter kwantumgetallen en orbitalen te bespreken. Uit het periodiek systeem van de elementen kan de elektronenconfiguratie van het atoom afgelezen worden. Aan de hand van dit model is het mogelijk het periodiek verloop van fysische en chemische eigenschappen van enkelvoudige stoffen te verklaren. Met behulp van eenvoudige regels kan de geometrie van covalente moleculen worden bepaald aan de hand van de Lewis-formule. Bij de chemische verbindingen is het aangewezen onder andere ook de ternaire ionverbindingen, de covalente bindingen van het donor-acceptortype, de metaalbinding te bespreken. Er moeten duidelijke regels worden afgesproken tussen de leerkrachten in verband met naamvorming. @ Als voorstel: voor metaalverbindingen wordt de oxidatietrap alleen vermeld, indien er meerdere mogelijkheden zijn, bijvoorbeeld ijzer-II-chloride en ijzer-III-chloride ten overstaand van aluminiumchloride. Voor covalente verbindingen worden de Latijnse telwoorden of numerieke voorvoegsels gebruikt indien er ook hier meerdere mogelijkheden zijn, bijvoorbeeld koolstofmonoxide en koolstofdioxide ten overstaand van waterstofcarbonaat. Leerlingen moeten ook gaandeweg vertrouwd worden met triviaalnamen om in catalogi en op etiketten een stof terug te kunnen vinden. 51 - - - Het is niet de bedoeling om alle formules en namen vooraf te geven. De te kennen stoffen en dus ook de namen nemen progressief toe in de loop van de twee jaren. Bij rekenen in de chemie is het zinvol de aandacht te vestigen op het onderscheid tussen M voor molaire massa van een zuivere stof en M voor molaire concentratie van een oplossing. In de meeste gevallen zal dit onderscheid uit de context blijken, indien eenheden en maatgetallen accuraat en systematisch gebruikt worden; bijvoorbeeld molaire massa M g/mol, molaire concentratie: a M= a mol/l. Andere concentratie-eenheden dan molaire concentratie (mol/l) worden eveneens gedefinieerd en het gebruik ervan geillustreerd: g/l, massaprocent, volumeprocent, ppm, ppb, en andere Het begrip normaliteit wordt best aangebracht bij punt 3.3 Zuur-base-titratie. Voor drijfveren van chemische reacties worden de begrippen entropie, enthalpie, vrije energie van Gibbs niet vermeld. Door temperatuursmetingen bij spontane en gedwongen reacties kunnen de begrippen 'lage energie-inhoud' en grote wanorde' als drijfveren worden afgeleid. Specifieke voorbeel den van exotherme processen zijn voldoende bekend, evenals processen met toenemende entropie. Als voorbeeld van een spontaan endotherm proces met gasontwikkeling kan hier vermeld worden: ijzerIII-nitraat.hydraat (8,1 g) en natriumcarbonaat.hydraat (8,6g) geeft een temperatuursdaling van ca 10 EC met CO2-gasontwikkeling. Het begrip reactiesnelheid moet als basis dienen voor het formuleren van de evenwichtsvoorwaarde bij omkeerbare reacties. 4.2.2 - De pH-formules voor sterke en zwakke zuren en basen zullen afgeleid worden om de geldigheid en de beperktheid van de formules te bespreken. De eigenschappen van amfolyten en bufferoplossingen (ook hun samenstelling) zullen bij voorkeur experimenteel worden aangebracht. In de pH-formules voor deze stoffen zal men deze eigenschappen duiden. Deze formules dienen wel in toepassingen te functioneren. 4.2.3 - - ZUUR-BASE-TITRATIES Naar aanleiding van de bespreking van de titraties is het aangewezen hier het begrip normaliteit in te voeren. Minstens één titratiecurve stapsgewijs berekenen en construeren. 4.2.4 - ELEKTROLYTEN NEERSLAGVORMING, OPLOSBAARHEID EN GRAVIMETRIE Bij de factoren, die de oplosbaarheid beïnvloeden, kunnen de complexen met hun datieve-covalente binding besproken worden. Systematische naamvormingsregels voor complexen moeten niet gegeven worden; alleen de namen van de besproken complexen. Om het principe van gefractioneerde precipitatie aan te brengen is het niet nodig de volledige H2Smethode uit te werken. Het is veeleer zinvol de belangrijkste neerslaggroepen -hydroxiden, halogeniden, sulfiden- te bespreken. De behandeling van een neerslag: coprecipitatie, wassen ... kan beter in het lab worden uitgewerkt. Zo kunnen de onvermijdelijke wachttijden bij deze analysetechniek nuttig worden besteed. Aan de hand van voorbeelden en toepassingen kunnen de beperkingen van de methode worden besproken. 52 4.2.5 - Naast de in de leerinhoud vermelde titratiemethoden volgens Mohr, Volhard kan ook de methode volgens Fajans worden besproken. Bij voorkeur zal die methode worden besproken die ook in het lab gebruikt wordt. Omwille van de toxiciteit van de cyanide-verbindingen en uit milieu-overwegingen wordt de Liebig-methode best niet meer gevolgd. 4.2.6 - - - - - SPECTROSCOPISCHE TECHNIEKEN Voor de begrippen in verband met licht kan verwezen worden of samengewerkt worden met Toegepaste Fysica 1ste leerjaar. Daarom zal meestal een korte herhaling volstaan van de begrippen: golflengte, frequentie, energie van het licht, spectrum, emissie, absorptie ... De uitbreiding naar andere spectroscopische technieken in verband met bouw en werkingsprincipe zal afhankelijk zijn van de beschikbare apparatuur en van wat in de bedrijven in de omgeving aanwezig is. De opsomming in de leerstofafbakening kan dus aangepast worden. Bij de bespreking van absorptie- en emissiespectra is de theoretische behandeling van begrippen als hoofd- en subenergieniveaus, grond- en aangeslagen toestand op zijn plaats. 4.2.10 - REDOXTITRATIES Het is zinvol de berekeningen uit te voeren die leiden tot een redoxtitratiecurve, uit deze curve de eindpuntsbepaling af te leiden en de keuze van de redoxindicator te bespreken. Ook hier kan zinvol verwezen worden naar de analogie en de verschillen met de zuur-base en de neerslagtitraties. 4.2.9 - REDOXREACTIES Het opstellen van een redoxreactievergelijking kan op verschillende manieren gebeuren; zowel via de combinatie van de halfreacties, als via de volledige stapsgewijze uitwerking. Het kan zinvol zijn beide methoden aan te wenden. De factoren, die de potentiaal van een redoxkoppel beïnvloeden, kunnen experimenteel worden aangebracht - potentiaal bij verschillende concentraties, potentiaal bij verschillende temperaturen - om de wet van Nernst te bespreken. 4.2.8 - COMPLEXTITRATIES Zoals reeds vermeld moeten de systematische naamvormingsregels voor complexen niet gegeven worden; alleen de namen van de besproken complexen. Het is zinvol de berekeningen bij EDTA-titratie in analogie te brengen met die bij de zuur-base- en de neerslagtitraties. Indien een andere complextitratie in het lab zou worden aangewend, bijvoorbeeld Votocek, is het aangewezen deze te bespreken. 4.2.7 - NEERSLAGTITRATIES FYSICOCHEMISCHE TECHNIEKEN Het principe van ionenuitwisseling kan het best verklaard worden aan de hand van het ontharden van water. Eventueel kan een scheiding van Co en Ni in ertsen worden uitgevoerd. Bij chromatografie is het nuttig om de twee werkzame mechanismen - verdeling en adsorptie - aan te brengen. Het mechanisme van de verdeling,op basis van de verdelingswet van Nernst, kan ook experimenteel aangetoond worden met de extractie van I2 uit water met hetzij chloroform, hetzij hexaan. Het mechanisme van de adsorptie, op basis van de wetten van Langmuir en Freundlich, kan eveneens experimenteel geïllustreerd worden door de adsorptie van kleurstof op een wollen draad. 53 TV Toegepaste chemie Analytische chemie (laboratorium) 1 1ste en 2de leerjaar: 4 uur/week BEGINSITUATIE De meeste leerlingen hebben reeds kennis gemaakt met het uitvoeren van eenvoudige proeven, hetzij in beperkte mate via leerlingenproeven, hetzij uitgebreider via één of andere vorm van laboratoriumwerk, hetzij via assistentie bij demonstratieproeven. Men mag daarom aannemen dat de leerlingen in staat zijn om op basis van een mondelinge toelichting of geschreven opdracht uitvoeriger opstellingen op te bouwen en uitgebreidere werkmethoden voor chemische reacties uit te voeren. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen Het uitvoeren van experimenten en opdrachten in een chemisch lab, om zowel kwalitatieve als kwantitatieve gegevens te verzamelen omtrent chemische stoffen en processen, kan bijdragen tot de kennis van de materie, tot het inzicht in de samenhang tussen de fysische en chemische verschijnselen. Het kan stimuleren tot het verwerven van de theoretische achtergronden van de werkmethoden, en tot het onderkennen van de complexiteit, de selectiviteit en de gevoeligheid van de analysemethoden. Bovendien kan het samenwerken met anderen, het uitwisselen van gegevens en het confronteren van visies en resultaten een nuttige ervaring zijn. 2.2 Leerplandoelstellingen 2.2.1 - De veiligheidsvoorschriften bij het werken met en het omgaan met stoffen en materialen kennen. Het principe van de gebruikte apparatuur aangeven en de toestellen voor de juiste toepassin-en gebruiken. De methoden en werkwijzen bij het nemen van monsters kennen en met een voorbeeld omschrijven. De meetresultaten ordelijk noteren, leren interpreteren en kritisch beoordelen. Voor de gebruikte kwantitatieve technieken, onder andere zuur-base volumetrie, gravimetrie, neerslagtitraties, complextitraties, redoxtitraties ... vanuit de meetwaarden de onbekende concentratie van een oplossing of de hoeveelheid van een stof of het gehalte van een stof in een mengsel berekenen. De resultaten van de uitgevoerde analyses in een begrijpelijke en duidelijke taal verwoorden en ermee een correct rapport opstellen. Vanuit een gegeven proefbeschrijving tot een zelfstandige uitvoering komen wat betreft apparatuur, gebruikte stoffen, veiligheidsvoorschriften en daarvan een ordelijk rapport opstellen. 2.2.2 - COGNITIEF AFFECTIEF Het bevorderen van een exacte en nauwkeurige waarneming en een zorgvuldige en ordelijke verslaggeving. Het aankweken van nauwkeurigheid bij het maken van berekeningen, bij de praktische handelingen van wegen, afmeten enz.. 54 - Het aanleren van ordelijkheid bij het opstellen van apparatuur voor en doordachte voorzichtigheid bij het uitvoeren van chemische reacties en bij analytische bepalingen. Het streven naar zelfstandig en in teamverband werken met de nodige verantwoordelijkheidszin en dienstbaarheid. 2.2.3 2.3 3 3.1 3.2 - PSYCHOMOTORISCH De gebruikte analysetechnieken, onder andere zuur-base volumetrie, gravimetrie, neerslagtitraties, complextitraties, redoxtitraties ... met de nodige zorg, met de nodige nauwkeurigheid en correct uitvoeren. De gebruikte apparatuur en glaswerk op de correcte manier en voor de gepaste toepassingen gebruiken en het met zorg en netheid onderhouden. De veiligheidsvoorschriften bij het omgaan met apparatuur en met chemische stoffen gepast toepassen. De beschikbare experimenteertijd optimaal verdelen en benutten. Vanuit een gegeven proefbeschrijving tot een zelfstandige opbouw van apparatuur komen, op een correcte wijze de chemische reacties uitvoeren, en daarover een ordelijk rapport opstellen. Uitbreidingsdoelstellingen Leren omgaan met geavanceerde apparaten, zoals automatische buretten en pipetten. De computer bij automatische gegevensgaring en automatische processturing integreren. Scheiding van anionen en kationen volgens verschillende analysetechnieken omschrijven en uitvoeren. LEERINHOUDEN Inleidende lessen: lab-instructies Afspraken maken over veilig gedrag in lab, afvalverwijdering, labschrift en rapportering Gebruik van analytische balans Volumetrisch glaswerk ijken Oplossingen en verdunningen berekenen en bereiden Concrete foutenanalyse Chemisch evenwicht Illustreren van de invloedsfactoren (Le Chatelier) 3.3 Omslaggebied van zuur-base-indicatoren 3.4 Bufferoplossingen 3.5 - Berekenen en bereiden Eigenschappen onderzoeken pH-titratiecurven Berekenen en bereiden Factoren onderzoeken 55 3.6 - Zuur-base volumetrie Primaire standaard en standaardoplossingen Toepassingen van zuur-base-volumetrie (min 2) Zuur-base volumetrie in niet-waterig midden (U) 3.7 - Gravimetrie Door vervluchtigen of neerslaan 3.8 - Neerslagtitraties Toepassingen van onder andere Mohr, Volhard ... 3.9 - Complextitraties Standaard EDTA-oplossing Complextitratie met EDTA 3.10 - Toepassingen van onder andere permanganometrie, chromatometrie, jodometrie 3.11 - Spectroscopische technieken Naar keuze analytische toepassingen via colorimetrie of via spectrometrie Standaardijklijn opnemen 3.13 - Elektrochemische technieken Potentiometrische titraties Elektrolyse Conductometrie Coulometrie (amperometrie) (U) 3.12 - Redoxreacties-redoxtitraties Chromatografie Papierchromatografie Dunne laagchromatografie Kolomchromatografie Gaschromatografie (U) 3.14 Toepassingen van de chemische analyse Toepassingen van de chemische analyse, geïntegreerd in de uitwerking/uitvoering van het persoonlijk eindwerk of geïntegreerde proef. 3.15 Specifieke methoden/technieken/apparatuur/automatische gegevensgaring ... Gebruikt in de Analytische chemie, waarmee kennis wordt gemaakt tijdens bedrijfsbezoeken, stages .... 56 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene opmerkingen De taak van een leerkracht bestaat erin de proeven en de metingen voor te bereiden zowel op theoretisch als op praktisch vlak en ook uit het begeleiden van de leerlingen en het controleren van hun werk. Wanneer men de gestelde onderwijsdoelen wil bereiken, dan moet men zorgen voor een goede practicumorganisatie wat betreft het materiaal, de stoffen, de ruimte en de tijdsbesteding. Men moet ook zorgen voor een optimale leerlingenbegeleiding wat betreft toezicht en controle op het werk en de eis tot juiste en gerichte waarnemingen, nauwkeurige metingen en correcte verwerking van de resultaten. Men moet bijzondere aandacht besteden aan het naleven van de nodige veiligheidsvoorschriften bij het omgaan met apparatuur en glaswerk, bij het manipuleren met chemische stoffen, met betrekking tot het verwijderen of het verzamelen van afval, bij het gedrag in het lab. Men zal er onder andere nauwlettend op toezien dat leerlingen niet eten in het lab. Ook is het om begrijpelijke redenen aangewezen leerlingen niet alleen in het lab achter te laten. De reglementeringen in verband met veiligheid kan men vinden in: ARAB - Algemeen reglement voor de arbeidsbescherming, AREI - Algemeen reglement op de elektrische installaties, VLAREM - Vlaams reglement op milieuvergunningen. Gegevens in verband met gevaren bij het gebruik van chemische stoffen vindt men onder andere in: Chemiekaarten, Veiligheidsinstituut Amsterdam, Veiligheidskaarten chemie voor secundair onderwijs, LCML, Diepenbeek. Nuttige kennis is ook het bestaan van het antigifcentrum: Adres: J. Stallaertstraat 1, bus 15, 1060 Brussel, Tel: (02)345 45 45 voor dringende noodhulp, Tel: (02)344 15 15 voor administratie en inlichtingen. Om te helpen bij het opmaken van de jaarplanning kan volgende tijdsbesteding richtinggevend zijn: 1ste leerjaar: inleidende lessen chemisch evenwicht zuur-base-indicatoren bufferoplossingen pH-titratiecurven zuur-base-volumetrie gravimetrie neerslagtitraties complextitraties ± 12 ± 8 ± 8 ± 12 ± 12 ± 16 ± 12 ± 8 ± 8 2de leerjaar: ± 16 uur redoxtitraties elektrochemische technieken potentiometrie elektrolyse conductometrie spectroscopie chromatografie geïntegreerde opdracht bedrijfsbezoeken en andere ± 8 ± 8 ± 12 ± 16 ± 8 ± 16 ± 16 uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur uur 57 4.2 Bijzondere opmerkingen Om een continuïteit in de beoordeling van het labwerk mogelijk te maken, is het erg zinvol en handig de leerlingen een labschrift in plaats van losse bladen te laten bijhouden, waarin zij de gegevens - waarnemingen, opstellingen, gebruikt materiaal, berekeningen - omtrent de uitgevoerde experimenten zorgvuldig, overzichtelijk en netjes noteren. Van de experimenten en opdrachten zal steeds een geschreven verslag gemaakt worden. Dit kan een ingevulde instructiefiche zijn tot een volledig en omstandig verslag bij een volledig open opdracht. Een goed verslag zal over het algemeen volgende elementen bevatten: - een goede titel, - formulering van de doelstellingen van de proef , - weergave van de opstelling, het gebruikte materiaal en de stoffen, - werkwijze, - waarnemingen in juiste bewoordingen, - meetresultaten nauwgezet en exact genoteerd, - verwerking van de meetresultaten en berekeningen met aandacht voor de beduidende cijfers, - formulering van de besluiten. De verslagen kunnen ook als huistaak beschouwd worden. De oplossingen, die in het 1ste leerjaar bij de aanvang van het schooljaar voor de inoefening van concentratie-uitdrukkingen bereid worden, zullen zo veel mogelijk verder gebruikt worden in de loop van het schooljaar. Het is ook zinvol bij nieuwe lab-opdrachten tijd te voorzien om de leerlingen zelf de nodige oplossingen te laten berekenen en te laten bereiden. pH-berekeningen, bereiden van oplossingen, bespreken van de indicatorkeuze kunnen en worden best tot één opdracht geïntegreerd. Bij de zuur-base-titratie kan NaOH-oplossing worden gestandaardiseerd ten overstaan van oxaalzuur of KHftalaat, HCL-oplossing ten overstaan van borax of TRIS (trihydroxymehtylamine). Zinvolle 'alternatieve' zuur-base-analysen zijn onder andere ammoniakbepaling, azijnzuur in huishoudazijn, acetylsalicylzuur in aspirine, citroenzuur in fruitsap, fosforzuur in cola, vetzuren in zuivelproducten, een mengsel van OH- en carbonaten, de molaire massa van een binair organisch zuur ... Als voorbeelden van gravimetrische toepassingen: onder andere onderzoek van hydraten, selectief neerslaan van Ni, Fe. De onvermijdelijke wachttijden bij de gravimetrische analysetechnieken kunnen, in overleg met de theorie-leraar, nuttig besteed worden voor de bespreking van de methode, maken van vraagstukken, en dergelijke. Indien het niet mogelijk is een exact kwantitatieve elektrolyse uit te voeren, is het toch mogelijk het principe ervan kwalitaitef te illustreren. Een bezoek aan een elektrolysehal van een metallurgisch bedrijf is niet alleen verrijkend, maar ook indrukwekkend. De moeilijkheid bij het bepalen van het equivalentiepunt van een neutralisatie- of neerslagreactie bij gekleurde oplossingen is te omzeilen door een conductometrische bepaling. 58 De aankoop van een spectrofotometer is meer verantwoord dan deze van een colorimeter, indien tot aankoop moet worden beslist. Toch zijn enkele interessante colorimetrische bepalingen het vermelden waard zoals de bepaling van ijzer in onder andere bodem, klankband of van zink in pleisters. Bedrijfsbezoeken zijn wenselijk om leerlingen de mogelijkheden van de moderne analyse-apparatuur te tonen met daaraan gekoppeld de gegevensverwerking door de computer en daaruit de automatische sturing van chemische processen. 59 TV Toegepaste chemie Chemische technologie (theorie) 1 1ste en 2de leerjaar: 2 uur/week BEGINSITUATIE Voor elke leerling is dit een nieuw vak. Van de leerlingen die in de derde graad Chemie kiezen wordt verondersteld dat zij een aantal basisbegrippen van de chemie kennen zoals atoombouw, chemische functies, mol, pH, enkele ionen- en redoxreacties. De leerlingen die een te geringe voorkennis chemie bezitten dienen speciaal bijgewerkt te worden. Er wordt zeker verwacht dat de leerlingen belangstelling hebben voor dit vak, omdat het functioneel is voor hun later beroep. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen Het vak "Chemische technologie" moet bij de leerlingen volgende attitudes, activiteiten en interessen opwekken. - Chemie ervaren als een belangrijk element van de intellectuele en technologische vorming en meer specifiek als basiskennis voor het begrijpen van de vele toepassingen in verband met industrie, gezondheid, milieu ... - De relatie tussen enerzijds Chemie en anderzijds Fysica en Biologie waarnemen en begrijpen. - Door een combinatie van Chemie, Fysica en Biologie denkpatronen verwerven om zich in verschillende omstandigheden te kunnen aanpassen aan de hedendaagse technologische werksituaties (automatisatie, computergebruik ...). - De theoretische kennis toepassen in de laboefeningen en tevens beschouwen als voorbereiding op eventuele hogere studies van het korte type. De theorie dient daarom zoveel mogelijk gecoördineerd te worden met de laboefeningen. - Door de sterke oriëntatie naar de praktijk, tot inzicht komen dat de samenwerking tussen technisch en wetenschappelijk werk bepalend is voor de industriële wereld. - Opwekken en cultiveren van verantwoordelijksheidszin voor het vrijwaren en beschermen van het leefmilieu. Inzien dat een reeks milieuproblemen kunnen voorkomen worden door het voorzien van preventieve maatregelen, terwijl een degelijke procesbegeleiding en -controle veel problemen kan vereenvoudigen of vermijden. - Daar de technologie en vooral de chemische technologie sedert enkele decennia ons leven en onze leefomgeving grondig beïnvloeden is het pedagogisch en didactisch belangrijk en zelfs noodzakelijk in de lessen Chemische technologie met deze enorme evoluties rekening te houden en het begrip "veiligheid" in de meest brede betekenis aan bod te laten komen. Zowel socio-economisch als financieel heeft het denken en handelen omtrent veiligheid een enorme draagkracht. 60 Daarom dringen industriëlen, politici en bedrijfsgeneesheren aan op een nauwere samenwerking met scholen, directies, leerkrachten en bevoegde instanties teneinde de toekomstige chemici en technici reeds voor hun werkelijke beroepstaak in te lichten over en vertrouwd te maken met gevaarlijke toestanden en handelingen. 2.2 Leerplandoelstellingen DEEL I: PRODUCTIETECHNIEKEN 1 2 3 4 5 - MECHANISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Het doel, de werking, de bruikbaarheid en de toepassingen van elk apparaat gebruikt als mechanische scheidingstechniek weergeven. Een gedetailleerde tekening of een figuur van de apparatuur en werkingsschema analyseren en weergeven onder vorm van een eenvoudige schets. THERMISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Het onderscheid aangeven tussen enkelvoudige en meertrapsverdamping. Aan de hand van kook- en evenwichtsdiagrammen het verloop van de destillatie bespreken en aantonen hoe dergelijke evenwichten technologisch tot stand komen in de kolom. Bij zowel vaste stof-vloeistof als bij vloeistof-vloeistofextractie de factoren die de fase-overgangen beïnvloeden bespreken WARMTETRANSPORT De verschillende vormen van warmtetransport onderscheiden. Formules voor warmteoverdracht evenals de betrokken SI-eenheden van de verschillende grootheden beheersen. TRANSPORT VAN VLOEISTOFFEN EN GASSEN Volgende theoretische begrippen uit de hydraulica beheersen: theorema van Bernouilli, wet van Castelli, laminaire- en turbulente stroming, getal van Reynolds, snelheidsverliezen en weerstandsverliezen in leidingen. Een centrifugaalpomp beschrijven, niet alleen constructief maar eveneens pompgegevens verklaren. De algemene gaswetten toepassen op de compressiecyclus. MEETTECHNIEKEN Drukmetingen: onderscheid in bruikbaarheid en toepassingen tussen vloeistofmanometers en drukdoosmanometers, het gebruik van de eenheden goed beheersen. Debietmetingen: metingen gesteund op veranderlijke doorlaat, verdringing en statische metingen onderscheiden. Niveaumetingen: de fysische achtergrond van de apparatuur verklaren. Temperatuurmetingen: de fysische achtergrond verklaren voor de verschillende types berustend op uitzetting, op elektrische verschijnselen en op straling. 61 6 - REGELTECHNIEKEN Basiskennis over veel gebruikte begrippen en toestanden uit de meet- en regeltechniek weergeven. Het werkingsprincipe van de meest gebruikte apparaten omschrijven. Leren preventief denken in verband met mogelijke meet- en regelfouten veroorzaakt door de apparatuur. Dergelijke fouten leren opmerken, interpreteren en eventueel herstellen. DEEL II. TOEGEPASTE TECHNOLOGIEËN 7 8 9 10 11 - ENERGIETECHNOLOGIE: AARDOLIE De theorie over het ontstaan van aardolie formuleren. De voornaamste vindplaatsen van aardolie aanduiden op kaart. Het principe van de gefractioneerde destillatie van aardolie uitleggen. (Zie ook productietechnieken) Chemische transformatietechnieken zoals kraking en reforming kennen. Een overzicht geven van de belangrijkste aardoliederivaten en hun toepassingen. Het octaangetal van benzinesoorten omschrijven. Inzicht omtrent het verloop, beïnvloeding en toepassingen van verbrandingsprocessen verwerven. ENERGIETECHNOLOGIE: KERNCHEMIE De voornaamste kernfysische grondslagen en begrippen op een eenvoudige wijze weergeven. De eenheden van radio-activiteit, expositie en geadsorbeerde dosis kennen. Principes van detectiemethoden formuleren onder meer de Geiger-Mullerteller. Het gebruik van radio-activiteit in diverse domeinen llustreren. MILIEUTECHNOLOGIE: WATER De kringloop van water weergeven. Het vitale belang van water in ons leven schetsen. Inzien dat het gebruik van water leidt tot een hoeveelheid afvalwater. Methoden voor zuivering van afvalwater en productie van drinkwater uitleggen. MILIEUTECHNOLOGIE: LUCHT EN/OF BODEM De samenstelling van lucht en/of bodem kennen. Voorbeelden van verontreinigingen vermelden en mogelijkheden tot detectie en zuivering aangeven. ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: METALEN In het Periodiek Systeem de metalen aanduiden en het verband geven tussen het metaalkarakter en de elektronenconfiguratie. Een overzicht geven van de verschillende bewerkingen die worden toegepast bij de verwerking van een erts tot het betreffende metaal. Voor de bereiding van ijzer de werking van een hoogoven kunnen beschrijven. De verschillende processen voor de bereiding van staal beschrijven. Van de gekozen bereiding van een non-ferrometaal de chemische reacties weergeven en de technische uitvoering beknopt beschrijven. 62 12 13 14 15 - 16 - ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: NIET-METALEN Inzichtelijk het productieproces van veel gebruikte producten uit het lab of uit het dagelijks leven weergeven. Productieschema's lezen. ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: OLIEN EN VETTEN Verschillende soorten oliën en vetten opnoemen en hun samenstelling kennen. Mogelijke chemische omzettingen formuleren. Een gegeven productieschema om te komen tot een fles tafelolie, een vlootje margarine of een potje smeervet toelichten. De verschillende fysische constanten en chemische kengetallen om vetstoffen te identificeren herkennen en interpreteren. ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: MACROMOLECULEN Het begrip kunststof omschrijven. De structuur (thermoplasten, thermoharders, elastomeren), de basisreacties (polymerisatie, polycondensatie, polyadditie), de eigenschappen en de bruikbaarheid van een aantal kunststoffen omschrijven. De voornaamste verwerkingsmethoden zoals extruderen, spuitgieten, kalanderen en schuimen in een productieschema weergeven en uit een gegeven schema afleiden. VOEDINGSTECHNOLOGIE De betekenis van de voedingsstoffen inzien en daaruit de noodzakelijke voedselbestanddelen vaststellen. Het ontstaan van voedingsstoffen zoals door fotosynthese uitleggen. De enzymewerking als essentieel voor de vertering omschrijven. Een schematisch overzicht geven van de inwerking van verteringssappen op de voedselbestanddelen. Het nut van de kwaliteitscontrole llustreren. Van een of meer voedingsstoffen de technologie van de bereiding weergeven. Mogelijkheden zijn: @ de suikerfabricage: zowel het chemisch proces als de verschillende technische stappen nodig om tot een degelijk eindproduct te komen schematisch weergeven; @ de zuivelbereiding in al zijn verschillende fasen schetsen; de enzymatische werking op sacchariden en eiwitten kunnen uitleggen; @ De bier- of wijnbereiding: een schematisch overzicht geven van het ganse proces. De chemische aspecten van de alcoholische gisting in een reactievergelijking weergeven. BIOTECHNOLOGIE Begrippen als enzymen, nucleïnezuren, mutaties, bacteriën omschrijven. Het principe van de biotechnologie schematisch weergeven. Inzien dat moderne biotechnologie staat voor het geïntegreerd aanwenden van biochemie, moleculaire genetica, microbiologie en procestechnologie. Toepassingen uit enkele gebieden zoals landbouw, veeteelt, farmaceutische industrie, geneeskunde illustreren. 63 3 LEERINHOUDEN INLEIDING - Wat is chemische technologie? Veiligheidstechnologie Richtlijnen in verband met de omgang met veel gebruikte chemische producten en labmateriaal DEEL I: PRODUCTIETECHNIEKEN 1 2 3 4 5 - MECHANISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Scheiding vast-vloeibaar Scheiding vloeistof-vloeistof Scheiding vast-gas THERMISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Verdamping Destillatie Extractie WARMTETRANSPORT Types van warmte-overdracht Warmte-uitwisselaars TRANSPORT van VLOEISTOFFEN en GASSEN Theoretische begrippen Centrifugaalpompen Verdringerpompen Compressoren Vacuümpompen Leidingen en toebehoren MEETTECHNIEKEN Drukmetingen Debietmetingen Niveaumetingen Temperatuursmetingen 6 REGELTECHNIEKEN - Opbouw van een automatische regelkring Het regelend apparaat : regelventiel Zenders (transmitters) Schrijvers Instelapparaat Regelaar 64 DEEL II: TOEGEPASTE TECHNOLOGIEËN 7 8 9 - ENERGIETECHNOLOGIE: AARDOLIE Ontstaan, voorkomen, opsporen en winning Samenstelling, transport Raffineren Bespreking van bijvoorbeeld benzine ENERGIETECHNOLOGIE: KERNENERGIE Natuurlijke radioactiviteit Kunstmatige radioactiviteit Eenheden - Veiligheidsnormen Detectie en meting van radioactiviteit Vrijmaking van kernenergie Toepassingen MILIEUTECHNOLOGIE: WATER Ontleding van water als mengsel Drinkwater Afvalwater 10 MILIEUTECHNOLOGIE: LUCHT en/of BODEM 11 ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: METALEN 12 - - 13 14 - Metallurgie ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: NIET-METALEN Zwavelindustrie: S-winning/recuperatie, bereiding, kenmerken en gebruik Stikstofindustrie: . NH3 : CO2/CO-extractie, bereiding, kenmerken en gebruik . HNO3 : bereiding, kenmerken en gebruik . N-meststoffen : bereiding en andere soorten meststoffen Chloorindustrie: . NaCl : bereiding, toepassingen (b.v. soda) . Chloor : bereiding, kenmerken en gebruik ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: OLIEN en VETTEN Chemie van de vetten Winnen van oliën en vetten Bewerkingen in deze industrie Onderzoeken ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: MACROMOLECULEN Natuurlijke macromoleculaire stoffen Half-synthetische macromoleculaire stoffen Kunststoffen : structuur, basisreacties, eigenschappen, verwerkingsmethoden enz. 65 15 - 16 17 - VOEDINGSTECHNOLOGIE Studie van de voedingswaren en voedselbestanddelen Enzymewerking bij vertering van het voedsel Kwaliteitscontrole van voedingswaren Technologie van enkele voedingsmiddelen: suikerbereiding zuivel alcoholische gisting BIOTECHNOLOGIE Omschrijving Herhaling van inleidende begrippen: nucleïnezuren, duplicatie D.N.Z., erfelijkheid, eiwitsynthese, mutaties (in afspraak met Biologie) Toepassingsgebieden: geneeskunde, landbouw, industrie van afvalzuivering, waspoeders en andere DIVERSE TECHNOLOGIEEN Een verantwoorde keuze kan gemaakt worden tussen onderwerpen als verfindustrie, farmaceutische industrie, medische analysen, cosmetica, zepen en detergenten, bouwmaterialen, landbouw ... OPMERKINGEN - Naast de inleiding zijn de zes onderwerpen van deel I (productietechnieken) verplichte leerstof, die evenwel niet als zelfstandig geheel moet worden aangeboden. Deel I kan en mag geïntegreerd worden in een of andere toegepaste technologie uit deel II. Van de elf vermelde onderwerpen uit deel II, genummerd van 7 t.e.m. 17, worden er minstens zes behandeld. De keuze ervan kan mede bepaald worden door de aanwezigheid van bepaalde industrieën in de brede regio rond de school doch het is aanbevolen een zo gevarieerd mogelijke keuze van de verschillende technologieen aan bod te laten komen. - Om overlapping te vermijden of om te voorkomen dat belangrijke aspecten niet aan bod zouden komen, moeten de verschillende leerkrachten concrete afspraken maken. Zo wordt de rubriek organische industriele technologieen gegeven in samenspraak met de leerkracht Organische chemie. De rubrieken Voedingstechnologie en Biotechnologie worden in samenspraak met de leerkracht Biologie bestudeerd. 4 DIDACTISCHE WENKEN Rekening houdend met het leerlingenprofiel (minder theoretisch aangelegd/meer gericht op het praktische) en ook met het oog op een efficiënte koppeling tussen de theorielessen en het laboratoriumwerk, dient de theoretische leerstof zeer concreet te worden aangeboden door middel van: - allerlei ondersteunende audiovisuele-middelen zoals transparanten, dia's, film, video, computersimulaties ... - molecuulmodellen, dynamische modellen, schema's van de bouw en werking van apparatuur ... - demonstratie-experimenten voor die leerstofpunten die niet direct in het practicum aan bod komen of als primaire ondersteuning van aansluitende practica. Het is dus evident dat ook de theorielessen plaatsvinden in een daartoe aangepast vaklokaal met de nodige uitrusting onder andere: - projectiemogelijkheid, - beschikbaarheid van audiovisuele-"hardware" (overheadprojector, diaprojector, videorecorder-tv, computer..) - demonstratietafel voor de leerkracht. 66 4.1 Algemene wenken Het vak Chemische technologie moet door de leerlingen ervaren worden als zeer belangrijk voor hun toekomstige activiteiten in de chemische industrie. Vandaar dat bij het behandelen van de leerstof het accent mag liggen op het aanbrengen van kennis en vaardigheden die nodig zijn op professioneel vlak. De leerstof zal vooral de interesse en de motivatie van de leerlingen moeten aanscherpen. Een geestdriftig en geordend leergesprek is de aangewezen didactische weg om motivatie op te wekken. Dit leergesprek vertrekt gemakkelijker vanuit de realiteit dan vanuit een tekst. De leerstofonderwerpen kunnen nogal abstract zijn. Daarom is het aangewezen het Lab voortdurend te laten aansluiten bij de theorie. Ook bedrijfsbezoeken kunnen op een concrete wijze de leerinhouden illustreren en verruimen. Het gebruik van audio-visuele middelen zoals transparanten, dia's, film, video, computersimulaties helpen de leerstof aanschouwelijker en efficiënter aan te bieden. Veiligheid is belangrijk. Daarom moet grondig worden ingegaan op zowel veilige werkomstandigheden (werkplaatsen, werkmethoden) als op veilige omgang met producten. De onderwerpen 1 tot en met 6 zijn zeer theoretisch en zullen daarom best geïntegreerd worden in toegepaste technologieën. Zo kunnen bij het onderwerp aardolie (7) verschillende productietechnologieën (1,2,3) aan bod komen en gelijktijdig worden besproken. Om de leerinhouden in de jaarplanning te plaatsen is de volgende indeling richtinggevend. * Eerste leerjaar: 2 uur per week - * Inleiding Onderwerpen 1 tot en met 4 Energietechnologie: aardolie Milieutechnologie Voedingstechnologie ± 4 ± 20 ± 10 ± 10 ± 6 uur uur uur uur uur ± 20 ± 7 ± 8 ± 10 ± 5 uur uur uur uur uur Tweede leerjaar: 2 uur per week - Onderwerpen 5 en 6 Energietechnologie: kernenergie Anorganische industriële technologie Organische industriële technologie Keuze-onderwerp Deze uurverdeling is enkel een model daar een verschillende keuze tussen de verschillende onderwerpen kan gemaakt worden. Om de keuze tussen de onderwerpen te verantwoorden, is het goed eerst het beoogde profiel te toetsen aan een aantal criteria. Welke soorten jobs vinden de afgestudeerden van onze school? Komen ze onmiddellijk na hun studies SO in een taak of gaan ze vooral verder studeren in hoger onderwijs? Welke industrietakken in de regio bieden aan onze leerlingen misschien de beste kansen? Daaruit zal men dan een schoolprofiel destilleren dat de leerlingen zoveel mogelijk kansen biedt voor een interessante tewerkstelling of verdere loopbaan. 67 Bij de keuze van de onderwerpen kan ook de interesse en de vakkennis van de leerkracht een rol spelen, waardoor hij of zij de leerstof met veel enthousiasme en deskundigheid kan overbrengen zodat de studiemotivatie bij de leerlingen zal toenemen. De gekozen onderwerpen worden dan sterk uitgediept en eventueel worden de andere onderwerpen uit de productietechnieken hierbij ingesloten. 4.2 Specifieke wenken INLEIDING - Aan de hand van enkele voorbeelden wordt verduidelijkt wat met chemische technologie bedoeld wordt, namelijk kennis en gebruik van technieken teneinde nieuwe chemische stoffen te ontwikkelen of producten te bereiden die weer als basisgrondstof voor andere chemicaliën dienen. Men toont aan dat een geheel van bewerkingen nodig is zowel van chemische, biologische als van fysische aard. - Een concreet voorbeeld wordt volledig voorgesteld uitgaande van een logische en begrijpbare opsomming van de verschillende bewerkingen die gedurende het proces plaatsvinden. Systematisch wordt een verband gelegd wordt tussen de fysische en chemische bewerkingen en de nodige apparaten. Om het totale procesverloop overzichtelijk en inzichtelijk aan te brengen kunnen processchema's, blokvoorstellingen of flow-diagrammen getoond worden. Gebruik van dergelijke schema's dient daarenboven voortdurend in de leerstof geïntegreerd te worden. - Veiligheidstechnieken en daaraan gekoppelde reglementeringen zijn gebaseerd op positief wetenschappelijke kennis. De vakken Chemie, Fysica en Biologie in het algemeen en de Chemische Technologie in het bijzonder bieden bijgevolg de noodzakelijke wetenschappelijke basis voor vele begrippen in verband met veiligheid en gezondheid. De mogelijkheden van deze vakken voor de vorming terzake liggen voor het grijpen, wanneer theoretische beschouwingen geïllustreerd worden met voorbeelden uit de praktijk. Deze positief wetenschappelijke kennis is ook noodzakelijk voor de ecologische vorming, die trouwens zeer verwant is met de veiligheids- en gezondheidsvorming. - Algemene informatie, voorschriften, reglementeringen, handleidingen, preventieve en curatieve ingrepen zijn te vinden in: 1 2 3 4 ARAB: Algemeen reglement op de arbeidsbescherming, AREI: Algemeen reglement op de elektrische installaties, VLAREM: Vlaams reglement op milieuvergunningen, Chemiekaarten: Gegevens voor veilig werken met chemicaliën, Kluwer Editorial, Excelsiorlaan 18, Zaventem, Veiligheidskaarten chemie voor het secundair onderwijs: Vereniging wetenschappelijk onderwijs Limburg, Universitaire Campus, 3610 Diepenbeek, Koninklijke Vlaamse Chemische Vereniging: Veiligheid in de schoollaboratoria, V. Mestdagt, Groot Begijnhof 6, 3000 Leuven, Uitgaven van het Commissariaat-Generaal voor de bevordering van de arbeid, Belliardstraat 51, 1040 Brussel, - gevaarlijke stoffen en preparaten, herken ze, bescherm u, - gevaarlijke stoffen preparaten, risico's en veiligheidsaanbevelingen door etikettering, 5 6 7 68 8 Publicaties van de Nationale Vereniging tot voorkoming van arbeidsongevallen (NVVA), Gachardstraat 88, Bus 4, 1050 Brussel: - Chemie en veiligheid, - Gevaarlijke producten, - Veiligheid in een oogopslag, - Hoe gevaarlijke producten herkennen? 9 Uitgave van het Anti-gifcentrum van België, J. Stallaertstraat 1, bus 15, 1060 Brussel, - In geval van vergiftiging : Weet wat u moet doen. Deze werken dienen regelmatig geraadpleegd te worden in functie van de verschillende lesonderwerpen. DEEL I: PRODUCTIETECHNIEKEN In het eerste leerjaar van de derde graad kan men best de eerste 4 onderwerpen bespreken. Aan de verschillende onderwerpen kan volgende inhoud gegeven worden. 1 - MECHANISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Scheiding vast-vloeibaar: - bezinking, - filtratie, - centrifugaalscheiding Scheiding vloeistof-vloeistof: - bezinking, - centrifuge van Laval Scheiding vast - gas: - bezinking, - cycloon, - natte stofafscheiding (Scrubbers), - elektrostatisch (Cottrell)= uitbreiding Aan de hand van een eenvoudige schets worden de verschillende apparaten besproken. 2 THERMISCHE SCHEIDINGSTECHNIEKEN Verdamping Volgende begrippen die het verdampingsproces bepalen, komen aan bod: verdampen, condenseren, verdampingsenthalpie, Kestmer-Robert verdampen, meertrapsverdamping. Ook de eigenschappen van stoom worden best besproken. Stoom is immers de voornaamste energiebron in een petrochemisch bedrijf. Enkelvoudige verdampers en het energiebesparend multiple verdampingssysteem met vooruit- en achteruitvoeding kunnen eveneens aan bod komen. In optie kan overwogen worden om via eenvoudige materiaal- en energiebalansen de nodige hoeveelheid stoom te berekenen voor een enkelvoudige indamper evenals de oppervlakteberekening uit te voeren. Destillatie Theoretische begrippen en wetten worden toegelicht vooraleer destillatiemethoden als enkelvoudige destillatie, evenwichtsdestillatie, rectificatie, vacuümdestillatie besproken worden. De verschillende soorten destillaties worden geïllustreerd met toepassingen in de industrie. Er kan belang gehecht worden aan de technologie van de rectificeerinrichtingen (vulmaterialen, "bubble caps", sieve trays ...) Factoren zoals theoretische plaat, H.E.T.P. en reflux kunnen aan bod komen. 69 Extractie De theoretische begrippen dienen eerst toegelicht te worden evenals de soorten extracties en de voornaamste extractietoestellen. De verdelingswet van Nernst voor extractie (nodige hoeveelheid solvent en aantal extracties) kan zeer mooi gevisualiseerd worden in labproeven. Eventueel kan door middel van een driehoeksfasediagramma het verloop van een vloeistof/vloeistofextractie besproken worden. 3 WARMTETRANSPORT - De 3 vormen van warmteoverdracht (geleiding, stroming, straling) worden door middel van formules uitgewerkt. Nadruk wordt gelegd op de geleidings- en stromingscoëfficienten. Deze zijn belangrijk voor het warmtetransport doorheen ovenwanden, buizen, vloeistoffen en gassen. - Warmte-uitwisselaars: als types kunnen pijp- en platenwarmteuitwisselaars besproken worden. Gelijken tegenstroom bij warmteuitwisselaars worden vergeleken alsook het gemiddeld temperatuursverloop in een warmte-uitwisselaar. Als aanvulling op de toestellen kunnen eenvoudige materiaal- en warmtebalansen opgesteld worden, die toelaten de oppervlakte van het toestel in te schatten. Bij dit onderwerp is aandacht voor de isolatie van leidingen eveneens belangrijk. 4 TRANSPORT VAN VLOEISTOFFEN EN GASSEN Theoretische begrippen De begrippen druk, laminaire- en turbulente stroming, debiet, manometrische opvoerhoogte, maximale zuighoogte en pompvermogen komen aan bod evenals pomp- en leidingskarakteristieken. De wetten van Pascal en van Archimedes en het theorema van Bernouilli passen in dit onderwerp. Aandacht kan besteed worden aan drukverliezen in leidingen. Centrifugaalpompen Bijzondere aandacht wordt besteed aan centrifugaalpompen. Deze worden immers veel gebruikt in de petrochemie. Van deze pompen kunnen de constructie, de pompgegevens en de kavitatie behandeld worden. Verdringerpompen Zuiger-, plunjer- en membraanpompen kunnen aan bod komen. Compressoren Bij het gastransport door middel van compressoren wordt de compressiecyclus (PV diagrammen) besproken met onderscheid tussen isotherme- en adiabatische compressie. Als types kunnen zuiger-, membraan, schoepen-, roots- en turbocompressoren aan bod komen. Vacuümpompen De vloeistof- en dampstraalpomp, de draaischijf- en Rootspomp en/of de vloeistofringpomp kunnen besproken worden. 70 Leidingen en toebehoren Er wordt een overzicht gegeven van leidingen en toebehoren zoals verbindingen van leidingen, afsluitorganen, kondenspotten en veiligheidskleppen. Voor informatie hieromtrent wordt verwezen naar videobanden en bepaalde stoomcursussen beschikbaar in bedrijven. 5 MEETTECHNIEKEN Drukmetingen De theoretische begrippen, U-manometers en mechanische drukmeters komen hier aan bod. Debietmetingen Massa- en volumedebiet kunnen worden behandeld. Verschillende mogelijkheden kunnen aan bod komen zoals: - metingen gesteund op drukverschil (veranderlijke doorlaat): diafragma, venturi, Pitotbuis, - verdringers onder andere rotameters, en turbinetellers, - statische metingen: inductieve, ultrasone meting. Niveaumetingen Direkte metingen (peilglas, vlotter), indirecte metingen (borrelbuis, balg en membraan) en capacitieve, ultrasonemetingen kunnen worden besproken. Temperatuursmetingen Thermokoppels en weerstandsthermometers waaronder de Pt100 worden hier behandeld. 6 REGELTECHNIEKEN Opbouw van een automatische regelkring Aan de hand van een blokschema wordt de regelkring uitgelegd. Elk onderdeel kan in detail besproken worden. Het regelend apparaat of regelventiel Kv-waarde en soorten ventielen zoals kegelventiel, Saunders ventiel, Camplex ventiel en vlinderklep kunnen aan bod komen. Zenders (transmitters) Behalve de omschrijving worden kenmerken en eisen van de transmitter aangebracht. Als soorten kan de pneumatische transmitter en de elektrische transmitter besproken worden. Het "vaan-tuit" systeem kan als voorbeeld behandeld worden. Algemeen kunnen bepaalde regelprocessen aan de hand van regelschema's besproken worden waarbij druk, temperatuur-, debiet- en niveaumetingen benut worden. 71 DEEL II: TOEGEPASTE TECHNOLOGIEËN 7 ENERGIETECHNOLOGIE: AARDOLIE Vermits in de lessen Organische chemie voorkennis kan gegeven zijn, dient eventuele overlapping vermeden te worden door overleg tussen de betrokken leraars. Aardolie ligt aan de basis van een aantal stoffen, die door destillatie en andere productieprocessen worden verkregen. In dit onderwerp kunnen worden besproken: - het ontstaan, de detectie en de winning van aardolie, - de samenstelling en het transport van aardolie, - het raffineren van aardolie: destillatie, kraking, treating, - benzine : bereiding en octaangetal. Bij de verschillende technieken kunnen ook een aantal derivaten worden besproken. Interessant in dit verband zijn de TV-schooluitzendingen waarin de petrochemie uitvoerig werd toegelicht. Bij Petrofina is eveneens documentatiemateriaal en een videomontage te verkrijgen. Bovendien aanvaarden sommige raffinaderijen bezoek van scholen en kan bij aanvraag het diensthoofd veiligheid de leerlingen in de specifieke veiligheidstechnologie inleiden. 8 ENERGIETECHNOLOGIE: KERNCHEMIE Uitgangspunt vormt de ontdekking van de natuurlijke radio-activiteit door Becquerel en het baanbrekend werk van de Curie's. Hierop kan de studie volgen van de aard en de eigenschappen van deze stralingen. Een bondige herhaling van de atoombouw met inbegrip van de eigenschappen van de elementaire deeltjes en het begrip isotoop is aan te bevelen. De natuurlijke transmutaties kunnen worden verklaard uitgaande van de onstabiliteit van bepaalde kernen die spontaan deeltjes uitzenden. Radio-actieve reeksen worden als illustratie aangebracht. Halveringstijd, een typische eigenschap van een radio-isotoop, wordt verduidelijkt met een praktische toepassing bijvoorbeeld ouderdomsbepaling van fossielen. Kranteknipsels zoals in verband met de ramp te Tsjernobyl kunnen worden gebruikt als uitgangspunt om grootheden te concretiseren en eenheden van activiteit, expositie en geadsorbeerde dosis aan te brengen. Men kan de kernsplitsing van uranium bespreken. Hierop aansluitend kunnen gecontroleerde en nietgecontroleerde kettingreacties behandeld worden met als toepassing respectievelijk de kernreactor en de atoombom. Men moet kernfusie vermelden en bondig vergelijken met kernfissie. Een bezoek aan een kerncentrale kan de leerstof concretiseren. 9 MILIEUTECHNOLOGIE: WATER Dit onderwerp kan sterk uitgediept worden. Dit gebeurt best in samenspraak met de leerkrachten Analytische chemie (theorie en laboratorium). 72 Volgende inhouden kunnen uitgewerkt worden: - de kringloop van het water: neerslag, grondwater, oppervlaktewater, zeewater, - de hardheid van het water: definitie, uitdrukkingvormen, soorten (tijdelijk en blijvend), nadelen, ontharding, bepaling van de hardheid door complexometrie (EDTA), Wartha-Pfeiffer, - gedemineraliseerd water en ionenuitwisselaars, - drinkwater: begrip drinkwater, bereiding van drinkwater: klaren en filtreren (vlokmiddelen), ontdoen van CO2, Fe, Mn, steriliseren met chloor en ozon, - afvalwater: soorten verontreinigingen (chemisch, thermisch,biologisch), zuurstofgehalte (BOD, COD en KMnO4), micro-organismen (anaërobe - aërobe bacteriën), - zuiveringsstation: schema, mechanische zuivering (rooster, zandvanger, snijrooster, beluchten, bezinken), biologische zuivering, chemische zuivering. Een bezoek aan een waterzuiveringsstation wordt aanbevolen. 10 MILIEUTECHNOLOGIE: LUCHT EN/OF BODEM Dit onderwerp kan sterk uitgediept worden. De samenstelling en verontreinigingen van lucht en/of bodem kunnen worden besproken en aansluiten bij lab-analysen. 11 ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: METALEN Bij elke industriële bereiding zal men volgende aspecten aan bod laten komen: de grondstof, fysische bewerkingen en chemische processen die leiden tot de eindproducten/halffabrikaten/materialen. Het kan ook interessant zijn om te vertrekken van de grondstof en te komen tot het afgewerkt product en de toepassingen in het dagelijkse leven. Voorbeelden hiervan zijn sommige plastics en kunstmest. Voor industriële procédés en toepassingen kan de leerstof met beeldmateriaal concreet gemaakt worden. Bedrijfsbezoeken zijn aanbevolen, maar men zal vooraf met zorg die items uitkiezen waarbij leerlingen iets kunnen leren. Sterk geautomatiseerde industrieën, waarbij alleen een controlekamer en een wirwar van buizen te zien zijn, met vaak een overlast aan lawaai die uitleg onmogelijk maakt, lonen niet echt de moeite. Een korte herhaling van het Periodiek Systeem en het verband tussen elektronenwolk en stofeigenschappen is aangewezen. Het is niet nodig de leerlingen een uitgebreide studie over ersten te geven. Men kan zich beperken tot de ijzerertsen en enkele voorbeelden van ertsen van non-ferrometalen. Voor de bespreking van nonferrometalen kan een keuze gemaakt worden afhankelijk van industrie in de omgeving van de school. De algemene bewerkingen uit de metallurgie worden zo visueel mogelijk voorgesteld. De chemische aspecten worden bestudeerd aan de hand van een voorbeeld. De studie van de hoogovens kan worden beperkt tot een schematisch overzicht van de bouw en een verklaring van de chemische reacties. De verschillende technieken in de bereiding van staal kunnen onderling vergeleken worden. 12 ANORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: NIET-METALEN Voor zwavel kan men de winning behandelen uit fossiele brandstoffen en uit aardlagen volgens het Frasch procédé. Als voorbeeld van een basisgrondstof kan de zwavelzuurproductie worden behandeld. Hier worden de reactie-omstandigheden besproken die de evenwichtsreactie beïnvloeden zoals temperatuur, concentratie, druk en katalysator. 73 Aan de basis van de stikstofindustrie ligt de ammoniakbereiding uit distikstof en diwaterstof. De reactieomstandigheden worden eveneens besproken. Bij salpeterzuur kan men tevens de aspecten sterk zuur en oxidatiemiddel illustreren met als voorbeeld het zogenaamde koningswater, oxidatiemiddel voor edele metalen. Voor de alkali- en chloorindustrie is natriumchloride de basisgrondstof, die gewonnen wordt uit zoutmijnen en uit zeewater. Andere toepassingen van NaCl zijn het gebruik als bewaarmiddel en smaakstof en als onthardingsmiddel van water. Langs elektrolytische weg wordt natriumhydroxide, dichloor en diwaterstof verkregen. Men kan het principe vermelden van de verschillende soorten elektrolysecellen en de technologische aspecten van één cel verder uitwerken. De basisgrondstof die hieruit verkregen wordt, is waterstofchloride. Hiervan kunnen veel afgeleide producten en toepassingen behandeld worden zoals bleekmiddelen, onkruidverdelgers, zwembadontsmetting en zeepbereiding. Waterstofbereiding door kraken van aardgas kan eveneens aan bod komen. 13 ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: OLIEN EN VETTEN Met voorbeelden uit het dagelijks leven kunnen het fysisch onderscheid tussen oliën en vetten, het bestaan van dierlijke en plantaardige vetstoffen, de oxidatie van onverzadigde triglyceriden en het smelttraject aangebracht worden. De relatie tussen vetverbruik enerzijds en gezondheid anderzijds zal de meeste leerlingen zeker interesseren. Een algemeen overzicht van de verschillende bewerkingen nodig voor de winning van olie en vet kan opgesteld worden. Van de gebruikelijke apparatuur wordt een schema gegeven. Voor het fysisch onderzoek is overleg met de leraar Fysica nodig en wordt tevens verwezen naar het Laboratorium organische en/of chemische technologie. Een bedrijfsbezoek is aangewezen. Een overzicht van de leerstof kan zijn: - chemie van de vetten: @ samenstelling van oliën en vetten, @ indeling van oliën en vetten, @ smelttraject van oliën en vetten, @ reacties van oliën en vetten: E hydrogenering van onverzadigde triglyceriden; E oxidatie van onverzadigde triglyceriden; E hydrolyse van oliën en vetten - verzeping, - Winnen van oliën en vetten: @ grondstoffen, @ fysische bewerkingen: persen, extraheren, uitsmelten, @ raffineren: ontzuren, drogen, bleken, ontgeuren, - Vetindustrie: @ margarinebereiding, @ fabricage van vetzuren en glycerine, @ fabricage van metaalzepen, - Onderzoek van oliën en vetten: @ fysisch onderzoek van oliën en vetten: dichtheid, brekingsindex, viscositeit, 74 @ chemische kengetallen: zuurgetal, verzepingsgetal, Reichert-Meissl-Wollny-getal, Polenske-getal en joodgetal. Voor de chemische kengetallen wordt een verband gelegd met versheid en samenstelling. 14 ORGANISCHE INDUSTRIELE TECHNOLOGIE: MACROMOLECULEN Dit onderwerp sluit aan bij een aantal items die in organische chemie aan bod komen. Daarom zal dit best slechts de tweede helft van het tweede jaar van de derde graad gepland worden. Als inleiding worden een aantal natuurlijke macromoleculaire stoffen hernomen. Dan volgen de halfsynthetische macromoleculaire stoffen om tenslotte te komen tot de kunststoffen. Aanschouwelijk materiaal is hier zeker aangewezen en veelvuldig beschikbaar. Volgende inhouden kunnen worden besproken: - gebruik van kunststoffen als lichte materialen (auto's) en geschikt voor massaproductie, - structuur van kunststoffen: thermoplasten (amorf - kristallijn), thermoharders en elastomeren, - basisreacties: monomeer, polymerisatie, polycondensatie, polyadditie, copolymeren, - eigenschappen van kunststoffen: fysische, chemische en elektrische, beinvloeding door atmosferische omstandigheden, - toevoegingen aan kunststoffen: als bescherming, weekmakers, vulstoffen, - voornaamste verwerkingsmethoden: extruderen (profielen en flessen, extrusievormblazen), spuitgieten (allerlei gebruiksvoorwerpen), kalanderen (folie), schuimen. Door de Federatie der Chemische Nijverheid en bepaalde chemische bedrijven wordt bruikbaar lesmateriaal ter beschikking gesteld. Videomateriaal is eveneens beschikbaar (Bouwstenen van de chemie en de TV-schooluitzending: polymeren 1989). 15 VOEDINGSTECHNOLOGIE Met een schema, een videovoorstelling of een voedingsmiddelentabel kan de noodzaak van de voeding geïllustreerd worden samen met de noodzakelijke voedselbestanddelen. De enzymewerking bij de vertering wordt aangetoond door proeven en in overleg met de leraar Biologie verder uitgewerkt in het lab. Hierbij kan intracellulaire vertering door middel van lysosomen besproken worden. Een schematisch overzicht van de inwerking van de spijsverteringssappen op de voedselbestanddelen kan worden gegeven. Het biochemisch proces van de vertering wordt schematisch en symbolisch voorgesteld. Het enzymologisch proces bij vele bereidingen wordt aangetoond zowel door opsomming als bij een eventuele bereiding van kaas, bier of wijn in het lab. De kwaliteit van de voedingswaren kan door allerlei voorbeelden in vraag gesteld worden. Verbruikersprogramma's op TV, tijdschriften en laboratoriumproeven kunnen helpen om een bewuster koopgedrag aan te leren. De technologie van enkele voedingsmiddelen wordt beschreven. 75 1 Suikerbereiding Voorbewerkingen, suikerwinning, suikerraffinaderij en melasseverbruik kunnen schematisch besproken worden en met aanschouwelijk materiaal kan het bereidingsproces gevisualiseerd worden. Hierbij kan men ook fysische scheidings- en zuiveringstechnieken bespreken. (Zie deel I: Productietechnieken) Analysen van suiker kunnen ook in het lab uitgevoerd worden. De suikerfabrieken stellen veel educatief materiaal ter beschikking. Zo heeft de Suikerfabriek van Tienen een speciale koffer met stalen. Ook een bezoek aan een suikerfabriek is aan te raden. 2 Zuivel Melkproductie, samenstelling van melk, technologie van de zuivel (standaardisatie, homogenisatie en bewaringsprocédés) en zuivelverwerkingen (kaas, boter, yoghurt, poedermelk) kunnen worden uitgewerkt. Ook in de zuiveltechnologie worden een aantal productietechnieken toegepast. (Zie onderwerp 4, transport van vloeistoffen) Analysen van zuivelproducten kunnen worden besproken en aangevuld met lab-onderzoek (zowel fysisch, chemisch als microbiologisch). Al deze items kunnen schematisch gevisualiseerd worden. Documentatiemateriaal is verkrijgbaar bij de Nationale Zuiveldienst, Froissartstraat 95-99, 1040 Brussel en bij de Promotiedienst Melk, Leuvense plein 4, 1000 Brussel. 3 Alcoholbereiding Grondstoffen, gisting en concentratie, mouterij en brouwerij, wijnbereiding ... kunnen worden behandeld. Van dit onderwerp is vrij gemakkelijk documentatie te bekomen via de handel, wijn- en bierverenigingen en via de grote brouwerijen. Het is aan te bevelen de leerlingen zelf de documentatie en eventueel didactisch materiaal te laten verzamelen. Het zo goed mogelijk visualiseren van de technische kant van het onderwerp stimuleert de leerlingen meer interesse te tonen voor dit aspect. Een bezoek aan een brouwerij, bij het einde van de lessenreeks, is aangewezen. Met wat extra inzet buiten de normale lesuren kan worden overwogen met de klas een kleine hoeveelheid bier te brouwen of wijn te maken. De nodige materialen en grondstoffen hiervoor zijn in de handel eenvoudig verkrijgbaar. 16 BIOTECHNOLOGIE Moderne biotechnologie staat voor het geïntegreerd aanwenden van biochemie, microbiologie en procestechnologie. Hierdoor ontstaan tal van tewerkstellingskansen in diverse onderzoekslaboratoria van de landbouw, veeteelt, farmaceutische industrie, geneeskunde ... In deze context is de keuze van dit onderwerp dan ook verantwoord. Bij aanvang van dit onderwerp is het wenselijk een aantal begrippen uit de celleer en microbiologie te herhalen. In samenspraak met de leerkracht Biologie zal de Biotechnologie best gegeven worden op het einde van het tweede leerjaar van de derde graad. Als inleiding en tevens als herhaling van een aantal begrippen is een bezoek aan het "Biogenium" Atomium - Brussel zeker aan te bevelen. Het onderwerp kan eveneens aanschouwelijk ingeleid of afgesloten worden door een video over Biotechnologie te tonen (cursus van Teleac : biotechnologie of video van Gist-Brocades). 76 Lab-proeven zijn klassikaal niet mogelijk. Interesse en motivatie kan worden opgewekt door verwezenlijkingen van de biotechnologie uit te leggen. Voorbeelden hiervan zijn: - gistcellen die vaccins produceren; - micro-organismen die enzymen produceren om eiwitten af te breken (cf. wasmiddelenindustrie), om toxische zware metalen uit tanks en oppervlaktewaters te verwijderen, om olievlekken op zee af te breken; - gedresseerde bacteriën om radio-actief materiaal te verwijderen uit kernreactoren; - bacteriën die insuline produceren; - bacteriën die groeihormonen produceren, die voordien slechts door de menselijke hypofyse geproduceerd werden, zodat amper één zesde van alle pati@nten met hypofysair nanisme kon worden behandeld; - planten die zelf gif produceren om rupsen te verdelgen; - de studie van genetisch materiaal van plant, dier of mens, eventueel gekoppeld aan genetische manipulatie. Als documentatie is de folder van de Kredietbank aan te bevelen: J.T. Club - Kredietbank, Grote Markt 19, 1000 Brussel. Ook in Natuur en Techniek en Eos magazine is interessante documentatie te vinden. Bezoek aan een dergelijk onderzoekslab is aan te bevelen. 17 DIVERSE TECHNOLOGIEËN De leerlingen hebben in het eerste leerjaar van de derde graad al een aantal basisbegrippen van de procestechniek en de chemisch-technologische bewerkingen bestudeerd. Tijdens de lessen Chemische technologie van het eerste en het tweede leerjaar van de derde graad werden reeds een aantal voorbeelden uit de chemische industrie chemisch en technisch besproken. Het keuze-onderwerp kan dan op eenzelfde stramien behandeld worden als de andere besproken onderwerpen. Dit kan ook een richtlijn zijn voor de geïntegreerde proef. Soms is het keuze-onderwerp zelf het onderwerp van de geïntegreerde proef ... 77 TV Toegepaste chemie Chemische technologie (laboratorium) 1 1ste leerjaar: 1 uur/week 2de leerjaar: 2 uur/week BEGINSITUATIE Het vak "Laboratorium Chemische Technologie" is nieuw. Bovendien kunnen de leerlingen van de richting Chemie een sterk verschillende achtergrond hebben. Wel zullen de meesten die deze richting kiezen reeds kennis gemaakt hebben met eenvoudige laboratoriumproeven. Men mag daarom aannemen dat de leerlingen nu in staat zijn om met een wat uitvoeriger opstelling en apparatuur te werken. Enkele uitzonderingen hierop moeten speciale aandacht krijgen. 2 2.1 DOELSTELLINGEN Algemene doelstellingen Het uitvoeren van proeven draagt bij tot het verwerven van inzicht in de experimentele basis waarop de kennis van de chemie berust. Indien de proeven goed op het niveau van de leerlingen zijn afgestemd, kan het uitvoeren ervan motiverend werken en de technologie van de chemie aantrekkelijk maken. 2.1.1 COGNITIEF Kennis maken met en het leren van methoden van probleemoplossen door het uitvoeren van een geschikte proef. De omstandigheden waarin een chemisch proces zich afspeelt, leren isoleren en idealiseren. Ondersteuning geven aan de begripsvorming door het concreet maken van chemische reacties die zich afspelen in een aantal toepassingen rondom ons. Inzicht verwerven in de aangeleerde leerstof en in contact komen met methodes van het technologisch onderzoek. Processchema's lezen. Meetresultaten interpreteren en kritisch beoordelen. De resultaten in een begrijpelijke taal verwoorden. De onderzoeksmethode met behulp van een getekend overzichtsschema beoordelen. De computer in lab-activiteiten integreren. 2.1.2 AFFECTIEF Lab-opgaven zelfstandig uitvoeren. Een positief-wetenschappelijke probleemaanpak verwerven. Een accurate waarneming en een zorgvuldige verslaggeving bevorderen. 78 Doorzettingsvermogen aankweken bij het uitvoeren van proeven tot een bepaalde methode of bereiding op punt staat en bevredigende resultaten worden bereikt. Gedane vaststellingen logisch beredeneren Nauwkeurigheid bij het uitvoeren van metingen en berekeningen aanleren. Ordelijkheid bijbrengen bij het opstellen van een verslag over de uitgevoerde proef. Samenwerken met anderen in groepsverband met de nodige verantwoordelijkheidszin en dienstbaarheid. Een individuele en collectieve milieuverantwoordelijkheidszin verwerven. Veiligheidsvoorschriften respecteren, zowel voor zichzelf als voor de anderen en voor het gehele lab. 2.1.3 PSYCHOMOTORISCH Ontwikkelen van allerhande experimentele vaardigheden vereist bij het maken van proefopstellingen en het bedienen van apparatuur. Kleine onderhouds- en herstellingswerken in verband met gebruikte apparatuur uitvoeren. Leren ervaren wat een experiment aan praktische organisatie betekent. Accuraat een procedure uitvoeren en rapporteren. 2.2 Uitbreidingsdoelstellingen Het laboratoriumwerk kan de leerlingen in staat stellen hun eigen mogelijkheden te verkennen. Opzoeken van geschikte technische uitvoeringen kan hen helpen om doelgericht te leren denken in functie van hun plaats in het latere beroepsleven. 3 LEERINHOUDEN Respectievelijk 1 en 2 lestijden in het eerste en tweede leerjaar van de derde graad. De lab-proeven moeten zo gekozen zijn dat zij optimaal aansluiten bij de theorie om deze te ondersteunen of bij te werken. De proeven zijn dus afhankelijk van de gekozen onderwerpen. Productietechnieken De onderwerpen, die hier bestudeerd worden, zullen meestal geëntegreerd worden in de toepassingsgebieden. Voorbeelden: - destillatie: differentiele destillatie, rectificatie en stoomdestillatie kunnen aan bod komen in de onderwerpen energietechnologie, voedingstechnologie en diverse technologieën; - extractie en centrifugatie kunnen geïntegreerd worden in de onderwerpen voedingstechnologie, biotechnologie en organische industriële technologie; - dichtheidsmetingen, temperatuurmetingen, transporten kunnen ingelast worden in de hoofdstukken voedingstechnologie en industriële technologie. 79 Toegepaste technologie In de verschillende toepassingsgebieden kunnen volgende productietechnieken of proeven gepast uitgevoerd worden, in: - energietechnologie: destillatie, extractie, viscositeitsmetingen ... - milieutechnologie: gebruik van meet- en regelapparatuur, centrifugatie ... - voedingstechnologie: enzymebepalingen, zuivelbereidingen (yoghurt, kaas), zuivelonderzoek (kaas, melk, boter), bier en/of wijnbereiding. - organische industriële technologieën: vetextractie uit noten, kleurstoffen uit planten, zeepbereiding, cosmeticabereiding, bepaling van lipiden, bepaling van eiwitten, vervaardigen van kunststoffen. - diverse technologieën of bij de geïntegreerde proef: proeven die aansluiten bij dit onderwerp. Zelfstandig werk (zie punt De geïntegreerde proef) Bedrijfsbezoeken 4 DIDACTISCHE WENKEN In het eerste leerjaar van de derde graad hebben de leerlingen veel Laboratorium in hun lessenpakket, namelijk Analytische chemie, Organische chemie, Chemische technologie en Fysica. Om overlapping te vermijden dienen de lableraars onderling duidelijke afspraken te maken in verband met de algemene inleidingslessen. Specifieke inleidingslessen worden door de betrokken leraar gegeven. Om praktische redenen zal het " Lab Chemische Technologie" best gedurende 2 lesuren om de 14 dagen gegeven worden in het eerste leerjaar van de derde graad. In het tweede leerjaar wordt het bij voorkeur gedurende 4 lesuren om de 14 dagen gegeven. Coördinatie tussen de verschillende onderdelen van het leerplan onderstelt dat de leraar Technologie bij de keuze van de proeven afspraken maakt met de andere collega's Wetenschappen, bijvoorbeeld met de leraar Biologie in verband met enzymebepalingen, met de leraar Lab Analalytische Chemie in verband met wateranalysen, met de leraar Lab Organische Chemie in verband met vetbepalingen, bereiden en onderzoek van kunststoffen en zepen. Zowel op theoretisch als op praktisch vlak zal de leraar de proef voorbereiden en ook de leerlingen begeleiden en controleren tijdens hun labwerk. Wil men met deze werkvorm de gestelde onderwijsdoelen bereiken, dan moet men streven naar een goede practicumorganisatie (materiaal, ruimte, tijd), een optimale leerlingenbegeleiding en een nauwkeurige resultaatverwerking (tabellen, grafieken, schema's, besluiten). Belangrijk is ook dat de mogelijkheid wordt gegeven voor een nabespreking over de resultaten van de uitgevoerde proef of bereiding (degusteren van kaas, wijn of bier). Bij de keuze van de onderwerpen dient nagegaan te worden of de infrastructuur en lab-uitrusting voldoende conform zijn met de vereisten van de leerplaninhouden. Verzorgde contacten met de plaatselijke industrie kunnen resulteren in het verwerven van afgeschreven apparatuur die nog nuttige diensten kan bewijzen. Bijzondere aandacht dient te worden besteed aan het naleven van de nodige veiligheidsvoorschriften zowel bij het manipuleren van bepaalde apparatuur als bij het gebruik van reagentia. 80 De reglementeringen in verband met veiligheid moeten in het lab steeds zichtbaar beschikbaar te zijn onder vorm van: - wandplaten in het lab, - chemiekaarten, - cursus: Veiligheidstechnologie (zie inleiding theorie), - adres en telefoonnummer van het Antigifcentrum, J. Stallaertstraat, 1, bus 15, 1060 Brussel, tel: (02)345 45 45 bij dringende noodhulp, tel: (02)344 15 15 voor inlichtingen en administratie. Deze werken dienen regelmatig, in functie van de verschillende lesonderwerpen, te worden geraadpleegd. Uiteraard kan de leraar steeds meer specifieke toelichtingen opsporen. Zo kan voor de bespreking van aardolie extra informatie in verband met veiligheid bekomen worden bij het diensthoofd veiligheid van een raffinaderij. Bij een bedrijfsbezoek kan eveneens de dienst veiligheid en milieu worden aangesproken. Meestal zijn die mensen gewoon om opleidingen te geven in die sector wat voor de leerlingen zeker interessant kan zijn. 81 TV Toegepaste chemie Organische chemie (theorie) 1 1ste en 2de leerjaar: 2 uur/week BEGINSITUATIE Leerlingen die in de 2de graad Chemie gekregen hebben met de lessentabel (1-1) hebben slechts elementair kennis gemaakt met enkele verbindingsklassen van de organische chemie (Koolwaterstoffen, Alcoholen, Carbonzuren). Hierbij kwamen vooral aspecten van de chemische binding, de formule- en naamvorming en de studie van enkele fysische en chemische eigenschappen aan bod. Deze voorkennis kan worden beschouwd als een voldoende inleiding op de algemene en systematische studie van koolstofverbindingen in de 3de graad. 2 DOELSTELLINGEN 2.1 Algemene doelstellingen 2.1.1 COGNITIEVE In deze studierichting is het vak Organische chemie een belangrijke vormingscomponent. In dit vak moet een bijzondere aandacht besteed worden aan de wijze waarop in de chemie empirisch feitenmateriaal wordt verzameld en hoe hieruit volgens één of meer fasen van de natuurwetenschappelijke onderzoeksmethode concepten,wetten en theorieën worden afgeleid. Het verzamelen van het feitenmateriaal gebeurt onder diverse specifieke vormen: experimentele waarneming in het Laboratorium Organische chemie of via demonstratieproeven, waarnemingen in de natuur en in het alledaagse leven, door middel van audiovisuele hulpmiddelen of met tabellenboeken, naslagwerken en/of geïnformatiseerde databanken. De leerlingen moeten zo een gefundeerde kennis verwerven over de verschillende stofklassen, de verschillende reactiesoorten en reactiemechanismen en de belangrijkste toepassingen van de organische chemie. In de toepassingsdomeinen dient de aandacht vooral te gaan naar de impact van de koolstofchemie op allerlei facetten van ons dagelijks leven (b.v.: voeding, kleding, gezondheid, woningbouw, energie, huishoudelijke stoffen, gebruiksvoorwerpen en materialen ...), maar ook naar de relatie met de chemische industrie, het milieu, de ontwikkeling van nieuwe technologieën (b.v. biotechnologie, nieuwe materialen ...). In het bijzonder moet ook gestreefd worden naar overleg en integratie met de andere vakken zoals Analytische chemie, Biochemie en Chemische technologie om complementair en interactief bepaalde toepassingen van de chemie te benaderen en uit te diepen. Dit is vooral belangrijk in de lab-activiteiten. Dit vak biedt ook een verrijkende visie op allerlei processen die in de levende natuur plaatsgrijpen en verschaft inzicht in de problematiek van bewaking en bewaring van het leefmilieu, de noodzaak tot milieuvriendelijke industriële processen en de zorgzame omgang met grondstoffen en afgewerkte producten. 82 2.1.2 AFFECTIEVE Het vak Organische chemie kan ook bijdragen tot het verwerven van de volgende attitudes: - objectiviteit bij het kritisch analyseren en gebruiken van experimenteel verkregen feitenmateriaal - doorzettingsvermogen en creativiteit bij de studie van ingewikkelde stofstructuren en reactiepatronen - leergierigheid bij het zoeken naar informatie en het verwerven van kennis en inzicht - verwondering bij de concretisering van de chemie in het dagelijks leven en bij de ontdekking van de harmonie en de complexiteit die schuilen in de structuur van de levende materie - kritische houdingen durf bij de vorming van een eigen oordeel ten aanzien van allerlei meningen die opgedrongen worden door reclame en media 2.1.3 PSYCHOMOTORISCHE Dit aspect komt vooral aan bod in de laboratoriumactiviteiten. Motorische vaardigheden kunnen ook ontwikkeld worden door de leerlingen te laten meehelpen bij demoexperimenten of bij de materiële voorbereiding van theorielessen en practica. 2.2 Leerplandoelstellingen ALGEMENE LEERPLANDOELSTELLINGEN 1 Koolstofverbindingen onderscheiden uitgaande van hun molecuulstructuur: . onvertakte / vertakte, . verzadigde / onverzadigde, . monofunctionele / polyfunctionele, . acyclische / cyclische, . carbocyclische / heterocyclische. 2 Koolstofverbindingen benoemen met hun systematische naam en de structuurformules ervan weergeven. 3 Functionele groepen in moleculen herkennen. Het verband aangeven tussen de aanwezige functionele groep en typische fysische en chemische eigenschappen van de stof. 4 De belangrijkste reactiesoorten en reactiemechanismen in de koolstofchemie herkennen en toepassen. 5 De belangrijkste grondstoffen en synthesewegen in de koolstofchemie kennen. Een algemeen overzichtschema van elementaire omzettingen tussen de verschillende stofklassen leren gebruiken. 6 Eenvoudige bereidingsmethoden voor organische stoffen kennen alsook methodes voor hun identificatie en hun afzondering uit een natuurlijk mengsel of uit een reactiemengsel. 7 Kennismaken met de belangrijkste toepassingen van koolstofverbindingen en hun impact op het alledaagse leven aangeven. 8 Veilig leren omgaan met organische stoffen. 83 SPECIFIEKE LEERPLANDOELSTELLINGEN 1 1.1 De belangrijkste monofunctionele verbindingsklassen van de koolstofchemie herkennen. (aanvullend op Chemie 2de graad) 1.2 Koolstofverbindingen met hun structuurformule weergeven en met hun systematische naam benoemen. 1.3 Ketenisomeren, plaatsisomeren, functie-ïsomeren, geometrische isomeren en optische isomeren herkennen en onderscheiden. 1.4 Sigma- en pi-bindingen onderscheiden in molecuulskeletten. 1.5 Vanuit gegeven elektronenstructuurformules van het Lewistype de ruimtelijke bouw van moleculen afleiden. 1.6 Het dipoolkarakter van moleculen in verband brengen met de aanwezigheid van gepolariseerde bindingen en met de geometrie van de moleculen. 1.7 Uit de molecuulbouw het type van intermoleculaire krachten (vanderwaalskrachten / dipoolinteracties / waterstofbruggen) afleiden en de daarmee verbonden fysische eigenschappen. 1.8 Intramoleculaire karakteristieken (aanwezigheid van zwakke bindingen / elektrisch geladen plaatsen tengevolge van gepolariseerde bindingen of delokalisatie van elektronen) in verband brengen met de chemische reactiviteit van de stof. 1.9 Chemische reacties onderscheiden volgens de radicalaire, nucleofiele of elektrofiele aard van de reactieve deeltjes. 1.10 Veranderingen in de molecuulskeletten ingevolge chemische reacties voorstellen met structuurformules en tevens visualiseren met stereomodellen. 1.11 Een overzichtschema van elementaire synthesewegen om organische stoffen in elkaar om te zetten gebruiken. 1.12 Bij de omzetting tussen de verschillende stofklassen inzien dat in de synthese van organische stoffen rekening moet worden gehouden met allerlei facetten zoals: - reactiviteit en selectiviteit van de reagentia, - economische rendabiliteit, - een milieuverantwoord productieproces. 2 Bij de behandeling van elke stofklasse dient telkens rekening te worden gehouden met de bovenstaande specifieke doelstellingen. Hieronder volgen nog enkele doelstellingen die typisch zijn voor elke stofklasse. 84 2.1 - - 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 - Koolwaterstoffen De volgende types van koolwaterstoffen onderscheiden: @ onvertakte en vertakte, @ verzadigde en onverzadigde, @ acyclische en cyclische. De volgende fysische eigenschappen verklaren: @ evolutie van de smelt- en kookpunten in de homologe reeksen van de KWS, @ oplosbaarheid in solventen en hun bruikbaarheid als oplosmiddel. De belangrijkste chemische eigenschappen van KWS kennen: @ verbranding / degradatiereacties (kraken), @ substitutie (verzadigde KWS), @ elektrofiele additie / polymerisatie (onverzadigde KWS). Etheen en propeen omschrijven als belangrijke basisproducten in de organische synthese. Aardolie en aardgas omschrijven als belangrijke grondstoffen van KWS. Halogeenderivaten De reactiviteit van primaire, secundaire en tertiaire halogeenkoolwaterstoffen onderscheiden en vergelijken. (nucleofiele substitutie en eliminatie) De omzetting van een halogeenkoolwaterstof in een zeer reactief Grignardreagens met nucleofiel karakter aangeven. De halogeenkoolwaterstoffen omschrijven als belangrijke tussenproducten in de organische synthese. Het gebruik als oplosmiddelen toelichten. Alcoholen De reactiviteit van primaire, secundaire en tertiaire alcoholen onderscheiden en vergelijken. (Reducerend vermogen / zuurkarakter / eliminatiereacties) De alcoholen toelichten als belangrijke tussenproducten in de organische synthese. Het gebruik van alcoholen als brandstoffen, oplosmiddelen ... toelichten, bijvoorbeeld methanol, ethanol, 1,2-ethaandiol, glycerol ... Ethers Het verschil in reactievermogen tussen acyclische en cyclische ethers onderscheiden. Carbonylverbindingen Het verschil in reactievermogen tussen aldehyden en ketonen onderscheiden. De nucleofiele additiereacties bij carbonylverbindingen verklaren. Toepassingen van onder andere methanal en propanon (aceton) vermelden. De structuur van mono- en disacchariden onderscheiden (o.a. aldosen en ketosen, optische isomeren, D-en L-vormen, hemi-acetaalvorming). Het al of niet reducerend vermogen van suikers verklaren. Carbonzuren en derivaten Het zuurkarakter van de carbonzuren omschrijven. De optische activiteit bij hydroxyzuren toelichten. De vorming van de verschillende derivaten (esters, zuuranhydriden, zuurhalogeniden) verklaren. 85 2.7 2.8 2.9 3 De structuur van de lipiden toelichten en hun omzetting tot zepen verklaren. Plantaardige en dierlijke vetten en oliën omschrijven als belangrijke grondstoffen in de organische chemie. Aminen De reactiviteit van primaire, secundaire en tertiaire aminen en kwaternaire ammoniumzouten onderscheiden. Het basisch karakter van aminen toelichten. Gevolgen van het zuur-basekarakter van aminozuren verklaren (inwendige zoutvorming, amfolytgedrag , zwitterion, peptidebinding). De vorming van amiden verklaren. Nitrilen De nucleofiele additiereacties bij nitrilen toelichten: bijvoorbeeld hydrolyse en hydrogenering. De nitrilen omschrijven als belangrijke tussenproducten in de organische synthese. Aromatische verbindingen De specifieke chemische eigenschappen van benzeen (elektrofiele substitutiereacties) correleren met de specifieke structuur van deze stof. De vereenvoudigde systematische naamvorming toepassen op gesubstitueerde benzeenringen en benzeenderivaten door onder andere gebruik te maken van de voorvoegsels: ortho, meta, para. Een verklaring geven voor het richtende effect van aanwezige substituenten op verdere substitutie (oriëntatieregels). Kennismaking met enkele eenvoudige heterocyclische verbindingen met O- of N-atomen. (Uitbreiding) POLYFUNCTIONELE KO0LSTOFVERBINDINGEN / MACROMOLECULEN 3.1 - Het voorkomen, de structuur, de eigenschappen en de toepassingen toelichten van enkele belangrijke polysacchariden. (b.v. cellulose, zetmeel) - De polycondensatie van aminozuren tot polypeptiden (eiwitten) omschrijven. 3.2 - De methodes toelichten voor de bereiding van: @ halfsynthetische kunststoffen (cellulose / cellulosederivaten), @ synthetische kunststoffen (polymerisatie / polycondensatie / polyadditie). - De eigenschappen van kunststoffen (thermoplasten / thermoharders / elastomeren) correleren met de structuur van de monomeren en de mogelijkheid tot netvorming. 3 LEERINHOUDEN 3.1 Algemeenheden - Wat is organische chemie? Het C-atoom als basiselement. Koolstofverbindingen (structuurformules / isomerie / geometrie / dipoolkarakter). 86 - 3.2 Classificatie van de koolstofverbindingen (functionele groepen). Schematische behandeling van de volgende punten die ook geïntegreerd kan worden in de studie van de verschillende stofklassen: @ algemene principes van nomenclatuur, @ belangrijke molecuulparameters in verband met de fysische eigenschappen, @ belangrijke molecuulparameters in verband met de chemische eigenschappen, @ overzicht van de belangrijkste reactiesoorten en mechanismen in de organische chemie, @ grondstoffen en synthesewegen in de organische chemie. Stofklassen in de koolstofchemie - De samenhang tussen de verschillende stofklassen van de koolstofchemie wordt ge@llustreerd aan de hand van een algemeen schema: Synthesewegen in de koolstofchemie. - Bij elke stofklasse komen de volgende aspecten aan bod: - formule- en naamvorming, - voorkomen, laboratoriumbereiding en industriële winning (cf. syntheseschema), - fysische eigenschappen in relatie tot de structuur, - chemische eigenschappen in relatie tot de structuur, - belangrijke stoffen en hun toepassingen in het dagelijks leven en in de industrie. 3.2.1 KOOLWATERSTOFFEN 3.2.1.1 Verzadigde KWS: ALKANEN / CYCLOALKANEN 3.2.1.2 Onverzadigde KWS: ALKENEN / ALKYNEN 3.2.1.3 Industriële KWS: aardolie, aardgas 3.2.2 HALOGEENDERIVATEN VAN DE KWS 3.2.3 ALCOHOLEN (Alkanolen / Alkaanpolyolen) 3.2.4 ETHERS (Alkoxyalkanen / Epoxyethers) 3.2.5 CARBONYLVERBINDINGEN (Aldehyden / Ketonen) SACCHARIDEN (mono- en disacchariden) 3.2.6 CARBONZUREN (mono- en dicarbonzuren) DERIVATEN : hydroxyzuren / esters, lipiden, zepen / zuuranhydriden / zuurhalogeniden. 3.2.7 AMINEN (aminozuren) / AMIDEN 3.2.8 NITRILEN 3.2.9 AROMATISCHE VERBINDINGEN - Benzeen en derivaten - Heterocyclische verbindingen met O- of N-atome. (Uitbreiding) 3.3 Polyfunctionele koolstofverbindingen - macromoleculen 3.3.1 Natuurlijke macromoleculen ( polysacchariden / eiwitten) 3.3.2 Synthetische macromoleculen (polymerisatie / polycondensatie / polyadditie) 87 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene wenken Rekening houden met het leerlingenprofiel (minder theoretisch aangelegd/meer gericht op het praktische) en ook met het oog op een efficiënte koppeling tussen de theorielessen en het laboratorium, dient de theoretische leerstof zeer concreet te worden aangeboden door middel van: P allerlei ondersteunende audiovisuele hulpmiddelen zoals transparanten, wandplaten, dia's, film, video, computersimulaties ... P molecuulmodellen, dynamische modellen, schema's van de bouw en werking van apparatuur ... P demonstatie-experimenten voor die leerstofpunten die niet direct in het practicum aan bod komen of als noodzakelijk ondersteuning van aansluitende practica, P stoffenverzamelingen waarop kwalitatieve vergelijkende waarnemingen uitgevoerd kunnen worden in verband met de (vooral fysische) eigenschappen van de organische stoffen. Het is dus evident dat ook de theorielessen plaatsvinden in een daartoe aangepast vaklokaal met de nodige uitrusting zoals: P beschikbaarheid van audiovisuele-"hardware" (overheadprojector, diaprojector, videorecorder-TV, computer-met meetomgeving) en de erbij horende "software" (transparanten, diaseries, videobanden, films, computerprogramma's ...), P projectiemogelijkheid (projectiewand / lokaalverduistering), P wandkaarten (o.a. periodiek systeem van de chemische elementen ..., P volledig uitgeruste demonstratietafel voor de leerkracht, P uitgebreide en vlot toegankelijke documentatie: bijvoorbeeld toepassingen van de chemie, chemische actualiteiten, allerlei illustratiemateriaal ... - 4.2 Experimenten met enig risico (wat betreft werkwijze, het gebruik van gevaarlijke chemicaliën, dure apparatuur ...) worden in principe als demonstratie-experiment uitgevoerd door de leerkracht. Eventueel kan de leraar een dergelijk experiment ook uitvoeren tijdens een laboratoriumlestijd. Specifieke wenken Leerstofrubriek 3.1 Algemeenheden - Er dienen concrete afspraken te worden gemaakt met de leerkrachten van de andere chemie-vakken over de inhoud en de diepgang van de verdere studie van de atoom- en molecuulbouw. - De betekenis en het gebruik van kwantumgetallen is geen verplichte leerstof. De leerlingen moeten wel de uitgebreide elektronenconfiguratie (met subniveaus) begrijpen en kunnen hanteren. - Het golfmechanisch (of orbitaal-)atoommodel wordt best beperkt en functioneel behandeld als een mogelijk verklarend model voor de ruimtelijke posities van de bindingspartners. - Het principe van de atoombinding wordt verfijnd met de kwalitatieve modelverklaringen van "overlapping" (d.w.z. het in elkaar doordringen) van atoomorbitalen. - Het onderscheid in overlapping bij een F-binding en een B-binding moet duidelijk vermeld worden, evenzo dat de B-binding steeds een supplementaire binding is, dit wil zeggen een bijkomende binding tussen twee atomen die ook reeds door een F-binding aan elkaar gekoppeld zijn. 88 - In plaats van het hybridisatietype kan ook het "sterisch getal" worden gebruikt om snel bij een centraal atoom de ruimtelijke positie van de bindingspartners te achterhalen. Zo wijst bijvoorbeeld een sterisch getal gelijk aan 4 op een tetraëdrische (driedimensionele) omringing, een sterisch getal gelijk aan 3 op een trigonale (tweedimensionele) structuur en een sterisch getal gelijk aan 2 op een lineaire (ééndimensionele) structuur. Het sterisch getal van een centraal atoom kan eenvoudig uit de Lewisformule van een stof worden afgeleid. Het is gelijk aan de som van het aantal bindingspartners én het resterende aantal vrije elektronenparen van het beschouwde atoom. - Lewisformules kunnen als uitgangspunt fungeren voor de bepaling van de geometrie, de eventuele dipooleigenschappen en de reactiviteit van moleculen. - Het begrip isomerie kan progressief geïllustreerd en vervolledigd worden doorheen de cursus (b.v. cis/trans-isomerie bij onverzadigde verbindingen, optische isomerie bij de sacchariden ...). - De classificatie van de koolstofverbindingen, de soorten stofklassen met hun functionele groep en de systematische benaming van de koolstofverbindingen kunnen eerst algemeen aan bod komen. Later bij de afzonderlijke studie van elke stofklasse kan dieper ingegaan worden op de onderlinge samenhang tussen de stofklassen, de fysische en chemische eigenschappen van de stoffen en voorbeelden van stoffen met ingewikkelder structuur en naam. - De samenhang tussen de verschillende stofklassen van de koolstofchemie wordt voortdurend geïllustreerd aan de hand van een algemeen schema "synthesewegen in de koolstofchemie". - In verband met de fysische eigenschappen kunnen de volgende molecuulparameters aan bod komen: molecuulmassa, molecuulvorm, dipoolkarakter, waterstofbruggen. - In verband met de chemische eigenschappen kunnen de volgende molecuulparameters behandeld worden: aanwezigheid van zwakke bindingen of van elektrisch geladen plaatsen in de molecule tengevolge van polarisatie-effecten of van een delocalisatie van elektronen door substituenteffecten (inductief en mesomeereffect). - De belangrijkste reactietypes in de koolstofchemie kunnen worden besproken vanuit het oogpunt "graad van aantasting van het substraat": degradatiereactie, additie, eliminatie, substitutie, omlegging, polymerisatie, condensatie ... - De belangrijkste reactiemechanismen kunnen worden onderscheiden naargelang van het type deeltje dat het substraat aanvalt: nucleofiele, elektrofiele en radicalaire reacties. Bijvoorbeeld: nucleofiele en elektrofiele additiereacties, substitutiereacties, eliminatiereacties ... Het is de bedoeling deze mechanismen uit te werken voor een beperkt aantal goed gekozen voorbeelden van chemische reacties. Men dient dus niet van elke reactie het mechanisme te bespreken; soms moet de nadruk worden gelegd op andere facetten van het chemisch proces, bijvoorbeeld de stoëchiometrie / reactie-energie / katalyse / reactie-omstandigheden / rendement / ... - Sacchariden, aminozuren, peptiden en eiwitten zullen worden behandeld in coördinatie met het vak Biochemie. Dit impliceert duidelijke afspraken wat betreft timing en uitwerking van de leerstof. - Analoog zal het leerpunt "synthetische macromoleculen" behandeld worden in coördinatie met het vak Chemische technologie. Leerstofrubrieken 3.2 en 3.3: Stofklassen in de koolstofchemie - Bij de studie van de stofklassen zal men zoveel mogelijk gebruik maken van typevoorbeelden uit het dagelijks leven. Er moet ook ruime aandacht besteed worden aan de alledaagse toepassingen van deze stoffen. 89 - Bij behandeling van de stofklassen zal de hoofdaandacht gaan naar de herkenning van de organische stofklassen op basis van structuurformules en typische eigenschappen en naar de onderlinge samenhang van de stofklassen via eenvoudige synthesewegen. - Bij de behandeling van organische reacties en hun symbolische voorstelling zal vooreerst aandacht gegeven worden aan de optredende skeletveranderingen in het aangevallen substraat en pas in tweede instantie aan de aard van de intermediaire reagerende deeltjes en de ermee gepaard gaande elektronenverschuivingen in de betrokken reagentia. - De behandeling van de aromatische, polyfunctionele en macromoleculaire stoffen mag beperkt blijven tot een elementaire kennismaking met de structuur en de belangrijkste skeletonderdelen van dergelijke moleculen. Ingewikkelder structuurmodellen van bijvoorbeeld polysacchariden, eiwitten en andere macromoleculen kunnen wel bij wijze van illustratie getoond worden, maar hoeven niet verklaard te worden. - Optische isomerie kan bijvoorbeeld aan bod komen bij de behandeling van de gluciden. Dit kan echter beperkt blijven tot het aanduiden van een verband tussen het aantal asymmetrische koolstofatomen en het aantal spiegelbeeldisomeren. De achtergronden van het verschijnsel van optische activiteit (o.a. de draaiing van het polarisatievlak) moeten niet echt gekend zijn. - Voor elke te behandelen stofklasse kunnen bijvoorbeeld de volgende aspecten aan bod komen: @ bereiding van deze stoffen in het laboratorium en in de industrie, @ kenmerkende eigenschappen gerelateerd aan de functionele groep, @ plaats in het syntheseschema, @ belangrijkste stoffen van de stofklasse, @ belangrijkste toepassingen in de industrie en in het dagelijks leven. Als toepassingen kunnen worden vermeld. 2.1 Koolwaterstoffen - Alkanen: petroleumchemie - Alkenen: bouwstenen voor kunststoffen - Alkynen: ethyn om te lassen 2.2 Halogeenalkanen: oplosmiddelen, CFK's 2.3 Alcoholen: methanol, ethanol, glycerol, glycol 2.4 Ethers: oplosmiddellen (diethylether) 2.5 Carbonylverbindingen (Aldehyden en Ketonen): methanal (formol), aceton Sacchariden: optische isomeren, D- en L-vormen, hemi-acetaalvorming. 2.6 Carbonzuren: azijnzuur, benzoëzuur als conserveringsmiddel, acetylsalicylzuur 2.7 Aminen en amiden: kleurstoffen, kunststoffen 2.8 Nitrilen: synthese carbonzuren 2.9 Benzeen en derivaten: voedseladditieven, insecticiden (D.D.T.) Structuur / mesomerie / nomenclatuur van aromatische verbindingen 90 Elektrofiele substitutie van benzeen en derivaten (halogeneren, sulfoneren, nitreren, alkyleren, acyleren) Reacties op de functionele groepen van de benzeenring (reductie, oxidatie), Vergelijken van de aromatische verbindingen met hun alifatische analogen, Bijvoorbeeld: fenol ten overstaan van alcohol, aniline ten overstaan van amine. 91 TV Toegepaste chemie Organische chemie (laboratorium) 1 1ste leerjaar: 3 uur/week 2de leerjaar: 2 uur/week BEGINSITUATIE De meeste leerlingen hebben reeds enige ervaring met chemie-practica opgedaan in de chemielessen van de 2de graad. Men mag daarom aannemen dat de leerlingen in staat zijn om op basis van een geschreven handleiding en/of een mondelinge toelichting eenvoudige activiteiten in het chemie-practicum uit te voeren, bijvoorbeeld laboratoriumopstellingen opbouwen, veilig omgaan met chemicaliën, bepaalde lab-technieken uitvoeren, chemische reacties uitvoeren ... 2 DOELSTELLINGEN (ALGEMENE EN LEERPLANDOELSTELLINGEN) De laboratoriumactiviteiten moeten bijdragen tot een praktische kennis van de chemie en tot meer inzicht in de samenhang tussen de verschillende vakken. Het praktisch werk moet stimuleren om ook de theoretische achtergronden van de gebruikte werkmethoden en de apparatuur te verwerven. Het samenwerken met anderen, het uitwisselen van gegevens en de confrontatie van visies en resultaten moeten een realistisch beeld geven van de latere professionele werkomstandigheden. 2.1 Cognitieve Routine labwerkzaamheden zelfstandig uitvoeren en op een praktische wijze kennismaken met allerlei aspecten in het domein van de: - synthese van organische stoffen, - identificatie van organische stoffen, - rendementsbepaling van chemische processen, - afzondering van producten uit een natuurlijke grondstof of uit een reactiemengsel, - veilige omgang met organische stoffen. De theoretische achtergronden van een werkmethode of van een lab-instrument aangeven en ze voor de juiste toepassingen gebruiken. Labtechnieken leren toepassen en het labinstrumentarium leren hanteren. Experimentele werkwijzen leren omzetten in een schematisch werkplan en het lab-werk zorgvuldig leren uitvoeren. De resultaten van het experimenteel werk ordelijk noteren, leren interpreteren, kritisch evalueren en verwerken tot een duidelijk rapport. Uit een werkwijze afleiden welke technieken, welk materiaal en welke werkomstandigheden (o.a. veiligheidsvoorzieningen) noodzakelijk zijn om zelfstandig een stof te bereiden, te zuiveren en/of te identificeren. Scheidings-, identificatie- en doseringstechnieken leren toepassen op bekende producten uit het dagelijks leven (in overleg met het vak Analytische chemie!) Door kwalitatieve technieken de belangrijkste functionele groepen van organische stoffen identificeren. 92 2.2 Affectieve De resultaten van experimenteel werk kritisch beoordelen. Op een ordelijke, nauwkeurige en stipte wijze efficiënt leren experimenteren en op een correcte wijze notities en verslagen maken. Zelfstandig leren werken, maar ook bereid zijn om met de nodige verantwoordelijkheidszin en inzet in teamverband te werken. 2.3 Psychomotorische De laboefeningen met de nodige zorg nauwkeurig uitvoeren en de waarnemingen mondeling en schriftelijk rapporteren. Beheersing verwerven bij het opstellen van de apparatuur en bij het uitvoeren van chemische reacties. De veiligheidsvoorschriften en -maatregelen bij het omgaan met apparatuur en chemicaliën in acht nemen. De beschikbare experimenteertijd optimaal indelen en aanwenden. 3 LEERINHOUDEN De laboratoriumactiviteiten Organische chemie dienen in nauwe samen- en wisselwerking te verlopen met de laboratoriumoefeningen van analytische chemie en chemische technologie. De inhouden van de practica Organische chemie worden zo gekozen en gepland dat zij optimaal aansluiten bij de theoretische cursus Organische chemie. De volgende inhouden kunnen onder andere aan bod komen: 3.1 - Organisatie en veiligheid in het labo: kennismaking met de uitrusting, informatiebronnen, veiligheidsvoorschriften. 3.2 Kwalitatieve bepaling van de atoomsoorten ( C, H, O, N, X, S ...) in organische stoffen 3.3 Uitvoering van belangrijke fysico-chemische labtechnieken zoals: - kristalliseren, - destilleren, - drogen, - bepaling van stofconstanten (Ts ;Tk ; brekingsindex; ...), - extractie (b.v. Soxhlettapparaat): - chromatografie, - doseertechnieken (in overleg met het Labo Analytische chemie). 3.4 Synthesen ter ondersteuning van de theorie: - substitutiereacties, - additiereacties, - eliminatiereacties, - redoxreacties. 93 3.5 Bereiding van - esters, - amiden, - zuurhalogeniden, - zepen en detergenten, - polymeren. 3.6 Diazotering 4 DIDACTISCHE WENKEN 4.1 Algemene wenken 4.1.1 Er moet worden gestreefd naar een goede coördinatie tussen de theorielessen en de laboratoriumsessies. Men kan daartoe naar eigen inzicht de volgorde van de leerinhouden enigzins aanpassen. Voor de leerlingen die Chemie aanvatten zijn de kennismaking met het laboratorium, het laboratoriummateriaal en de veiligheidsvoorschriften zeer belangrijk. Kennismaking met het laboratorium kan inhouden: de werking van een brandblusapparaat, de juiste benaming van apparatuur, het reinigen van glaswerk, de glasbewerkingen, het werken met een bunsenbrander, de veiligheidsvoorschriften leren raadplegen, het leren lezen en interpreteren van chemische informatie op etiketten, in stoffenfiches, in tabellenboeken. Het periodiek systeem van de elementen, lijsten met gevaarsymbolen en de R- en S-zinnen moeten beschikbaar gesteld worden of permanent zichtbaar opgehangen worden. Veiligheidsfiches moeten actief gebruikt worden in het laboratorium. De leraar moet de experimentele waarneming als uitgangspunt nemen, waarbij de leerlingen kritisch en objectief wetenschappelijke waarnemingen leren verrichten en verwerken. De leerlingen moeten zoveel mogelijk zelf het experiment plannen, uitvoeren, waarnemingen noteren en indien mogelijk interpreteren, rapporteren. Zoveel mogelijk zullen correlaties gezocht worden met de Analytische chemie, ook moeten afspraken worden gemaakt met de vakken Biochemie en Chemische technologie. 4.1.2 Zie ook de algemene/bijzondere opmerkingen bij de didactische wenken van het vak Laboratorium analytische chemie: - organisatie van het practicum / veilgheidsadviezen (4.1), - suggesties voor het maken van een verslag van de lab-activiteiten (4.2). 4.2 Specifieke wenken Extractie bijvoorbeeld: Vet uit noten of voedingsproducten. Teerproducten uit sigaretten (ethanolreflux). Kristallisatie bijvoorbeeld: Omkristaliseren van benzoëzuur of adipinezuur in water. Destillatie bijvoorbeeld: Gewone en gefractioneerde destillatie van wijn. Stoomdestillatie van sinaasappelschillen, lavendel, muskaatnoot. Drogen, bijvoorbeeld: Met CaCl2 of MgSO4. 94 Bepaling stofconstanten, bijvoorbeeld: Smeltpunt met smeltmicroscoop of Thielebuis. Brekingsindex met refractometer. Substitutie, bijvoorbeeld: Bereiding alcohol uit halogeenalkaan. Bereiding ethoxyethaan uit ethanol. Bereiding halogeenalkaan uit een tertiair alcohol. Additie, bijvoorbeeld: Grignardreactie. Broomadditie op alkeen en alkyn. Eliminatie, bijvoorbeeld: Bereiding alkeen uit dihalogeenalkaan (etheen uit 1,2-dibroomethaan). Bereiding alkeen uit alcohol. Hydrolyse, bijvoorbeeld: Alkeen omzetten tot een alcohol. Bereiding ethyn uit calciumcarbide. Oxidatie, bijvoorbeeld: Oxidatie van een alkeen. Oxidatie van een alcohol. Oxidatie van een aldehyd. Verbranding van alkaan (aardgas) of (zelf bereid) alkeen. Bereiding van: P Esters, bijvoorbeeld: Ethylacetaat / aspirine. P Amiden, bijvoorbeeld: Aceetamide. P Zuurhalogeniden, bijvoorbeeld: Acetylchloride. P Zepen en detergenten, bijvoorbeeld: Vet of olie met hydroxide. Hoger alcohol met waterstofsulfaat en neutraliseren. Kleurstoffen, bijvoorbeeld: Bereiding van een kleurstof (methyloranje). (diazotering) P 95 7 BIBLIOGRAFIE 7.1 Elektriciteit/Toegepaste fysica - Elektriciteit/Elektronica - CUPPENS, J., SAEYS, H., Analoge techniek, operationele versterkers in de lineaire IC-elektronica. Brugge, Die Keure. - CUPPENS, J., SAEYS, H., Halfgeleider bouwstenen, karakteristieken en toepassingen, 1A en 1B. Brugge, Die Keure. - CUPPENS, J., SAEYS, H., VANDEHEEDE, H., Digitale technieken, combinatorische en sequentiële logica, 1A. Brugge, Die Keure. - CUPPENS, J., DE KEYSER, C., Vermogenselektronica. Antwerpen, De Sikkel. - DEVOS, R., EERLINGEN, K., POLLEFLIET, J., Inleiding tot de industriële elektronica. Asto. - STANDAERT, K., Gedifferentieerd leerpakket Elektriciteit 1A en 1B. Antwerpen, Standaard. - TIJMENSEN, J.A., TAKEN, B., Natuurkunde voor het MLO2. Utrecht/Antwerpen, Heron Reeks, Bohn, Scheltema en Holkema. 7.2 Elektriciteit/Toegepaste fysica - Laboratorium - DE LAENDER, H., Proefondervindelijke Natuurkunde 4W. Werkschrift. Brugge, De Garve. - DE LAENDER, H., Proefondervindelijke Natuurkunde 2. Werkschrift. Brugge, De Garve. - MASSCHELEIN, J.C., Practicumboek Natuurkunde. Appeldoorn, Van Walraeven. - VANDEN HEEDE, H., Digitale Technieken, Practicum en oefeningen. Brugge, Die Keure. - Werkgroep Natuurkunde, Natuurkunde 3. Lier, Van In. 7.3 Toegepaste biochemie/Toegepaste biologie - Algemene biologie/Microbiologie - Biochemie - Laboratorium Men dient er zich van bewust te zijn dat bij het verschijnen van dit leerplan (1993) er geen enkel leerboek was uitgegeven dat de leerstof uit dit leerplan volledig weergeeft. Diverse hoofdstukken kunnen evenwel in de hieronder geciteerde leerboeken en naslagwerken teruggevonden worden. Sommige van de vermelde werken zijn jammer genoeg niet meer te verkrijgen in de boekhandels, maar kunnen in een goede, wetenschappelijke bibliotheek ontleend worden. Handboeken - Biologie (deel 5: Levensprocessen; deel 6: Leven in Evolutie). Antwerpen, Standaard. - Bioskoop (delen 5 en 6 in voorbereiding). Kapellen, De Nederlandse Boekhandel/Pelckmans. - De Levende Materie - Algemene Biologie. Antwerpen, De Sikkel. - Macro/Micro in de biologie (delen 5 en 6). Deurne, Plantijn. - Planten, Dieren en ook Mensen. Lier, Van In. 96 Naslagwerken: Celbiologie, voortplanting en erfelijkheid - COKELAERE, M., FRYS, J.P., Menselijke erfelijkheid. Gent, Aurelia Materia Medica. - COKELAERE, M., Erfelijkheid, voortplanting en contraceptie bij de mens. Gent, Aurelia Materia Medica. - DE DUVE, C., De levende cel, deel 1 en 2. Maastricht/Brussel, Natuur en Techniek. - KUHN, A., Inleiding tot de erfelijkheidsleer. Antwerpen/Utrecht, Het Spectrum. - SALOME, A.J., e.a, Functionele anatomie. Leiden, Spruyt, Van Mantgem en De Does bv. - SUZANNE, C., Menselijke Genetica. Malle, De Sikkel. - VANDEREYCKEN, W., LAMBRECHTS, G., Sexualiteit en identiteit bij adolescenten. Leuven, Acco. - VAN DER PLUYM, J.E., e.a, Biothema (6 delen). Zutphen, Thieme. - Vliebergh-Sencie-leergangen, Biologie. Voortplanting en erfelijkheid (1983) Menselijke erfelijkheid (1981) Microbiologie (1989) Celmetabolisme (1988) Biotechnologie (1985) Deze syllabi zijn bestelbaar bij: Aggregatie HSO Biologie, Naamsestraat 61, 3000 Leuven. Naslagwerken: Biochemie en Microbiologie - DRESSLER, D., POTTER, H., Enzymen. Gangmakers van de natuur. Maastricht/Brussel, Natuur en Techniek. - EYSSEN, H., Algemene medische microbiologie. Deel 1: Algemene begrippen over bacteriën Deel 2: De antibiotica Deel 3: Immunologie Leuven, Acco. - ROSSEEL, W., Microbiologie. Gent, Aurelia Paramedica. - SCHLEGEL, Algemeine microbiologie. Stuttgart, Georg Thieme Verlag. - SMET, C., LAMBERS, P., Biochemie. Antwerpen/Utrecht, Bohn, Scheltema en Holkema. - VAN DEN TWEEL, J.G. et al., Immunologie. Het menselijk afweersysteem. Maastricht/Brussel, Natuur en Techniek. - VERBIST, J., Algemene Microbiologie voor laboratoriumassistenten. Deel II De micro-organismen. Leuven, Acco. - VERNIEST R.W.H., VIVEZ, B.P., Begrippen over microbiologie. Gent, Aurelia Paramedica. 97 Diensten - Software - C.O.M. (Centrum voor onderwijsmedia), Koningsstraat 138, 1000 Brussel. Deze dienst ontleent of kopieert diverse videobanden uit de reeksen van de schooltelevisie (Mendelwetten, eiwitsynthese ...). Ook een beperkt aanbod van didactische software is er voorradig (Mutaties ...). De catalogi zijn op eenvoudige vraag te verkrijgen. - BORIN VAN LOO: DNA: The marvellous molecule. Een eenvoudig papieren plooimodel van DNA, enkele nucleotiden en een bacteriofaag. verkrijgen bij 'Boekhandel Bioserv - Spoorweglaan 5, B 9880 Aalter. - Kind en Gezin De provinciale diensten kunnen in de telefoongids teruggevonden worden. Bij deze dienst kan men over het onderwerp voortplanting diareeksen, videobanden en sets contraceptiva ontlenen. - LABSOFT 2.0 INVENTA.: P. Thuysbaertlaan 1, 9160 Lokeren. Bestellen van de interface die door de Dienst informatica van het NVKSO ondersteund wordt. 7.4 Te Toegepaste chemie - Analytische chemie (theorie en laboratorium) - ALTMAN, Toegepaste analytische chemie. Amsterdam, Agon Elsevier. - BERNARD, CHAYON, Modern methods of chemical analysis. London, McGraw Hill-Book cy, 1965. - BIERMANS, PYRA, SCHUYTEN, Analytische Scheikunde, deel 1 & 2. ASTO. - BOKHORST, POORTVLIET, Scheikunde voor analisten. Groningen, Wolters (1967). - BOOSTER, Statistische methoden voor het laboratorium. Amsterdam, Agon, Elsevier. - BOLSSENS, Inleiding tot de kwantitatieve analytische chemie. Amsterdam, Agon, Elsevier. - College chemistry, Schaums outline series - DEN BOEF, Theoretische grondslagen van de analyse in waterige oplossingen. Amsterdam, Agon Elsevier, 1968. - DINGEMANS, Elektrochemie. (1964). - DONBROW, Instrumental methods in analytical chemistry, deel 1 en 2. London, Pitman and sons lmtd, 1967. - EWING, Instrumental methods of chemical analysis. New York, McGraw Hill Cy, 1960. - FREEZE, Elektrochemische analysemethode. Amsterdam, Agon, Elsevier. - GALAN, Analytische spectrometrie. Amsterdam, Agon, Elsevier. - GUILBAULT, HARGIS, Intrumental analysis manual of modern experiments. New York, M Dekker Inc, 1970. - HAMILTON, SIMPSON, Calculations of analytical chemistry. London, Intern. Student ed. 98 - KOLTHOF, SANDELL, MECHAN, BRUCHENSTEIN, Quantitative chemical analysis. CollierMcMillan, 1969. - LAMMENS, Fysico- en elektrochemische laboratoriumexperimenten. Leuven, Acco. - Leerboeken Chemie SO van de Vlaamse Educatieve Uitgeverijen (zie catalogi van deze uitgeverijen). - MEYERS, Analytische aspecten van de klinische chemie, deel 1 en 2. Amsterdam, Agon, Elsevier. - PLASCHKE, BARNARD, STURROCK, Quantitative analytical chemistry, vol 1 & 2, (1969). - Skoog and West, Fundamentals of analytical chemistry, (1963). - STAHL, Chromatografische en microscopische analyse van drogerijen. Antwerpen, Standaard. - STREBINGER, Practicum kwalitatieve chemische analyse. De Techniek. - VALVEKENS, Chromatografie, deel 1 & 2. KVTIM. - VAN DUIN, Analytische vraagstukken. Antwerpen, Agon Elsevier. - VISSER, Structuurophelderingen van organische verbindingen met behulp van spectrometrische methoden. Antwerpen, Agon Elsevier. - VOGEL, Quantitative inorganic analysis. London, Longmans, 1961. - VOGEL, Macro and semimicro qualitative inorganic analysis. London, Longmans. - WALTON, REYES, Modern chemical analysis and instrumentation. New York, M Dekker Inc., 1974. Aanvullingen (laboratorium) - The testing of water. Merck. - Komplexometrische Bestimmungsmethoden mit Titriplex. Merck. - NBN 463 Gravimetrische bepaling Mn in gietijzer, staal, ijzer. - NBN 291 Gravimetrische bepaling van S in legeringen. - NBN 562 Titrimetrische bepaling van Cr in legeringen. - NBN B-12-205 Titrimetrische bepaling van magnesiagehalte Portlandcement. - NBN 515 Colorimetrische bepaling van nitreuze N in water. - NBN T-91-302 Colorimetrische bepaling van Cu in water. 7.5 Toegepaste chemie - Chemische technologie (theorie en laboratorium) - Alles weten over margarine. Antwerpen, Union N.V. - Badger Bauchero Introduction to Chemical Engineering. 99 - BEERNAERT, S., Waterbevoorrading - verontreiniging - zuivering. Monografieën Leefmilieu nu. Antwerpen - Amsterdam, De Nederlandse Boekhandel. - Bier uit eigen brouwerij. Antwerpen, Vogel, Kosmos. - BROLSMA, H., Regeltechniek. Techn. uitg. Stam N.V.. - COOL, Y.C., Regeltechniek. Delta Press. - De grote petrochemische bedrijven beschikken over videomateriaal in verband met het ontstaan, opsporen en winnen van aardolie. - DE LOORE, G., PYRA, A., VANDESYPEN, S., Beginselen uit de chemische technologie. Deel 1: Scheidingstechnieken. - DE WEERDT, D., Introductie productie arbeiders eerste fase. BAYER. - De werking van de kernreactor. Info Ebes, Elektrabel - DOUCET, Warmteoverdracht. Leuven, Acco. - Experimentell Schulchemie: verschillende delen. Aulis verlag Deubner & Co, Köln. 1977. Herausgegeben von Bukatsch / Glöckner. - FAST, J.D., Energie uit atoomkernen. Maastricht, Uitgave van Natuur en Techniek. - Folders van Ministerie van Landbouw, dienst informatie. Bolwerklaan 21, 13de verdiep, Manhattan Center, Office Tower, 1210 Brussel, tel. (02)211 72 11. - Folders van Vlaams voorlichtingscentrum voor de voeding, Kortenberglaan 176, 1040 Brussel, tel. (02)733 84 54. - Folder: Biotechnologie, uitgave K.B. - Gezonde voeding, BRT-Instructieve omroep, 10 TV programma's met begeleidende brochure. D/1984/0372/25. - JONGKIND, M.S., Niveaumetingen. Educaboek, Stam. - Kunststoffen vandaag en morgen (april 86). Uitgegeven door Fechiplast bij de Federatie der Chemische Nijverheid, Maria-Louiza Square,49, 1040 Brussel. Verantwoordelijke uitgever: DANO E. - Leerboeken chemie voor secundair onderwijs van de Vlaamse Educatieve uitgeverijen (zie catalogi van deze uitgeverijen). - NAUTKA, Grondslagen van de regeltechniek. Utrecht, Prisma. - SANDERS, G.J., Druk- en drukverschilmetingen. Stam. - TORREMAN, Inleiding Procestechnische berekeningen. Delta Press. - T.V.-cursus: Teleac: Biotechnologie. - VAN HAUTE, A., Waterbehandeling. Uitgeverij Antwerpen, Dienst Opleiding Antwerpen - Amsterdam, Standaard Wetenschappelijke 100 - VANROY, T., Chemische technologie: Industriële processen: Kunststoffen. Leuven, Acco. - VANROY, T., Chemische technologie: Industriële processen, (4delen). Leuven, Acco. - VANSANT, F., B1- en B2-cursus chemische technologie. Antwerpen, BASF. - VAN SCHAIK, J., Brouw bier voor je plezier. Boxtel, De kleine aarde. - Videoreeks Bouwstenen van de chemie, BRT-Schooluitzendingen. - Video's over de verschillende destillaties bestaan eveneens. - Vliebergh-cursus - Leuven, 1989 - Biotechnologie. - VOETS, J.P., Micro-organismen ten dienste van milieusanering. Antwerpen - Amsterdam, De Nederlandse Boekhandel. - WERTWIJN, Apparaten voor de Procesindustrie. 7.6 Monografieën Leefmilieu nu. Toegepaste chemie - Organische chemie (theorie) - Collected experiments, Chemistry Student Book / Teachers Guide , Nuffield Advanced Science project. - FIESER, F., FIESER, M., Organic Chemistry. Reinhold Publ. Co, 1963. - Handbook of chemistry and Physics. CRC Press Inc. Cleveland Ohio U.S.A., ISBN 0-8493-0458-X (58th edition). - HENDRICKSON, J.B., CRAM, D.J., HAMMOND, G.S., Organic Chemistry. 3e ed., Mc Graw Hill, 1970. - Internationale projecten zoals SATIS, SALTERS CHEMISTRY, CHEMCOM, e.a. - KARRER, P., Lehrbuch der Organischen Chemie. Zutphen, Thieme Verlag, 1964. - Kunststoffen vandaag en morgen, Federatie van de Belgische Chemische Nijverheid, Brussel. - Leerboeken Organische Chemie van de Vlaamse Educatieve Uitgeverijen. (Zie catologi van deze uitgeverijen). - LEWIS, M., WALLER, G., Advancing Chemistry. Oxford University Press, 1982, ISBN O 19 914083-9. - MORRISEN, R.T., Organic Chemistry. Allyn and Bacon, 1976. - MARCH, J., WILEY, J. a.s., Advanced Organic Chemistry. 1984, ISBN O 471 85472-7. - SELLINGER, B., Chemistry in the marketplace, a consumer guide. Harcourt Brace Jovanovich Publishers, Australia, Fourth Edition 1991, ISBN O 7295 0334-8. - SOLOMONS, T.W.G., WILEY, J. a.s., Organic Chemistry. 101 - Tijdschriften inzien / uitlenen / kopiëren: Ministerie van Onderwijs - Bestuur Gemeensch. Diensten Koningsstraat 150 1000 Brussel (tel. (02)210 53 80). - WILLIAMS, D.H., FLEMING, I., Spectroscopic methods in organic chemistry. London, McGraw-Hill. - WINDHOLZ, M., e.a., The Merck Index. Merk & Co, Inc Rahway, N.J. U.S.A. 1983, ISBN 911910-27-1. AUDIOVISUELE HULPMIDDELEN - Video / film / ..: Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Departement Onderwijs, Centrum voor Informatie en documentatie, Koningstraat 150, 1000 Brussel. BRT- Schooluitzendingen, Omroepcentrum, August Reyerslaan 52, 104O Brussel. Onder andere: Bouwstenen der chemie (videoreeks) Chemie : methoden en technieken (videoreeks). - Transparanten: Transparancies to educate: Organische chemie, C.C.R.I. Numéro 1796, 7550 Hengelo, Nederland. Nuffield Chemistry tekeningen voor transparanten. MD Transparante Chemie, Diesterweg Salle Verlag, Frankfurt am Main. Griffin Aidio Visual Aids o.a. Carbon bonding / industrial chemistry / principles of spectrophotometry / industial processes Phywe Göttingen / Plantin en Moretuslei Antwerpen o.a. Atombau und Chemische Bindung / Typen chemischer Reaktionen / Reaktionsmechanismen 7.7 Toegepaste chemie - Organische chemie (laboratorium) - Chemical demonstrations, 3 Volumes, Bassam Z. Shakhashiri, the University of Wisconsin press, ISBN 0-299-08890-1 (v 1), 0-299-10130-4 (v 2), 0-299-11950-5 (v 3). - Collected experiments, Chemistry Student Book / Teachers Guide, Nuffield Advanced Science project. - Handbook of chemistry and Physics, CRC Press Inc. Cleveland Ohio U.S.A., ISBN 0-8493-0458-X (58th edition). - JUST, M. e.a., Chemische Schulexperimente. Band 4 Organische Chemie, Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin, 1977, Bestell-Nr: 7067747. - LION, P., Travaux pratiques de chimie organique. Paris, Dunod. 102 - MAN, F.G., SAUNDERS, B.C., Practical Organic Chemistry. London, Longmans. - Phywe, Göttingen, Duitsland / Antwerpen - Die Chemie in Versuchen; Teil 2: Organische Chemie, Flügel, R. - Fachkunde in Versuchen, o.a. Kunststoffe / Projekte Chemie Aspirine. - Versuchseinheiten Chemie, o.a. Farbe und Farbstoffe / Dünnschicht-Chromatographie. - Techniques and Experiments for Organic Chemistry, Allon and Bacon, Inc. - VOGEL, A., A Textbook of macro- and semi-micro qualitative organic analysis. Longmans, 1958. - VOGEL, A., A Text-Book of Practical Organic Chemistry. Including Qualitative Analysis, Longmans, 1959. - Werkboeken bij de theorieboeken Organische Chemie van de Vlaamse Uitgeverijen: zie catalogi uitgeverijen. - WINDHOLZ, M. e.a., The Merck Index. Merk & Co, Inc Rahway, N.J. U.S.A. 1983, ISBN 911910-27-1.
