Untitled - 10voordeleraar

Kennisbasis
docent scheikunde
master
3 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Voorwoord
Wat ligt er aan de basis van echte kennis? Ervaring, inzicht, maar vooral ook: samenwerking.
Kennis wordt nooit alleen gemaakt.
Zo is ook deze Kennisbasis er gekomen. Hierin staat de basiskennis die iedere startbekwame
leraar aan het einde van de opleiding minimaal dient te beheersen. Dat begon in 2009 bij de
lerarenopleidingen voor het primair en voortgezet onderwijs, voor een groot aantal vakken.
Vervolgens zijn de andere lerarenopleidingen aan de slag gegaan om hun eigen kennisbasis te
beschrijven. En afgelopen jaar heeft een grote groep docenten van de lerarenopleidingen met
veel enthousiasme hard gewerkt aan het beschrijven van deze nieuwe set van kennisbases.
Hun concept is weer door inhoudelijke experts (deskundigen per vakgebied) bestudeerd en
waar nodig van aanwijzingen voorzien. Met inzet van zoveel betrokken mensen wordt dit
eindresultaat breed gedragen. Nu dit product er ligt zullen lerarenopleidingen aan de slag
gaan met het gebruik van deze kennisbases in de opleidingen.
Al dat werk heeft ook nog iets anders opgeleverd. De auteurs zijn uitgedaagd hun eigen kennis
te overzien, te beschrijven en te toetsen aan de expertise van hun collega’s elders in het land.
Dat bracht collega’s van diverse instellingen met elkaar in contact. Dat bood gelegenheid om
met vakgenoten te discussiëren en daarmee hun eigen expertise aan te scherpen. Hoewel
niet in kennisbases uit te drukken mag deze opbrengst beslist niet worden vergeten: ervaring
en inzicht groeien zelf ook door samenwerking.
Velen uit de sector zijn zo op enigerlei wijze betrokken bij de ontwikkeling en implementatie
van de kennisbasis of bij het construeren van de kennistoetsen. Door het harde werk en de
grote betrokkenheid van al deze mensen tonen de lerarenopleidingen dat ambitieuze doelstellingen, in combinatie met nauwe samenwerking en kennisuitwisseling, kunnen resulteren
in nieuwe kwaliteit: een vaste basis onder goed gedeelde kennis. Een kwaliteitsslag die de
nieuwe generatie leraren degelijk zal voorbereiden op hun toekomst als pedagoog, zodat
men met recht kan zeggen: Een tien voor de leraar!
Ik dank allen die hieraan hebben bijgedragen.
dr. Guusje ter Horst
voorzitter HBO-raad
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 4
Inhoud
1. Algemene inleiding
6
2. Preambule
10
3. Kennisbasis Scheikunde
13
1. Analytische chemie
16
2. Anorganische chemie
20
3. Biochemie
22
4. Chemische binding
24
5. Chemische technologie
26
6. Fysische chemie
28
7. Organische chemie
32
8. Chemisch practicum
34
9. Vakdidactiek
34
10. Wetenschappe-lijke grondslagen en ontwikkelingen
5 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
36
1. Algemene inleiding
Doelen
De voorliggende kennisbasis vormt een systematische beschrijving van de vakinhoudelijke en
vakdidactische kennis en vaardigheden waarover studenten beschikken aan het eind van hun
hbo-masteropleiding tot bevoegd docent scheikunde in het voorbereidend hoger onderwijs
(havo en vwo). Het belangrijkste doel van de kennisbasis is om studenten, lerarenopleiders,
verwante opleidingen, het werkveld en de samenleving duidelijkheid te verschaffen over de
‘body of knowledge’. De kennisbasis is verder geschikt als referentiekader voor leerplanontwikkeling, als instrument voor kwaliteitszorg, en desgewenst als inhoudelijk raamwerk voor
samenwerking tussen hbo-masteropleidingen.
De algemene inleiding geeft achtergrondinformatie over:
t de positionering van de hbo-masteropleidingen leraar vho;
t de totstandkoming van de kennisbases binnen het landelijke project Werken aan Kwaliteit
(WAK);
t de ijkpunten voor de inhoudelijke keuzes bij de samenstelling van de kennisbases.
Positionering van de hbo-masteropleidingen leraar vho
In Nederland bestaan twee routes die leiden naar een bevoegdheid voor het eerstegraads gebied.
t De universitaire route: aansluitend aan het behalen van een Master of Arts/Science volgt
een student een eerstegraads opleiding in voltijd. De vakinhoudelijke kennis verwerft de
student binnen een wetenschappelijke opleiding. Daarna maakt hij zich (vak)didactische en
onderwijskundige kennis eigen tijdens de (meestal eenjarige) universitaire lerarenopleiding.
t De hbo-route: een tweedegraads bevoegde docent volgt, na zijn hbo-bacheloropleiding en
meestal na enige jaren werkervaring, een driejarige eerstegraads hbo-masteropleiding in
deeltijd. Binnen de hbo-masteropleiding worden vakinhoudelijke, (vak)didactische en
onderwijskundige kennis in samenhang verworven. Het geheel van de vakinhoudelijke en
vakdidactische kennis van de student is beschreven in de kennisbases voor de bacheloren de masteropleidingen.
Beide routes leiden tot hetzelfde civiele effect, namelijk een bevoegdheid voor de bovenbouw van het vho (havo en vwo).
Totstandkoming van de kennisbasis hbo-masteropleidingen leraar VHO
De kennisbases van de hbo-masteropleidingen vormen een onderdeel van het project ‘Werken
aan Kwaliteit’ (WAK). Dit project is ontstaan als uitwerking van de ‘Kwaliteitsagenda voor het
opleiden van leraren 2008-2011’ van toenmalig staatssecretaris Van Bijsterveldt en valt onder
verantwoordelijkheid van de HBO-raad. De uitkomsten van het project zijn daarnaast beïnvloed
door beleidsmatige ontwikkelingen, zoals het advies ‘Kwaliteitsborging van het eindniveau van
aanstaande leraren’ van de Onderwijsraad en de aanbevelingen voor een toekomstbestendig
hoger onderwijs van de commissie Veerman.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 6
1
De activiteiten in het WAK-deelproject waren erop gericht om in onderlinge samenwerking de
kwaliteit van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis van toekomstige eerstegraadsleraren
te versterken. De uitkomsten vormen een gemeenschappelijk kader dat recht doet aan het
eigen karakter van hbo-masteropleidingen. Het kader legt een brede, gemeenschappelijke basis
vast, maar biedt opleidingen leerplanruimte voor eigen indeling, inkleuring en aanvullingen.
Het deelproject ging van start in februari 2010 en heeft kennisbases gerealiseerd voor de
volgende schoolvakken:
t Nederlands, Engels, Frans, Duits, Spaans, Fries;
t wiskunde, scheikunde, natuurkunde, biologie;
t geschiedenis, aardrijkskunde, maatschappijleer, algemene economie, bedrijfseconomie,
godsdienst/levensbeschouwing.
Alle kennisbases zijn opgezet volgens een gezamenlijke, vaste indeling, die voortbouwt op
de indeling van de kennisbases voor de bacheloropleidingen van tweedegraads leraren. Elke
kennisbasis benoemt de vakinhoudelijke en vakdidactische domeinen en subdomeinen, licht
deze toe, formuleert de bijbehorende indicatoren (eindtermen) voor het masterniveau, en
geeft per subdomein voorbeelden van kenmerkende toetsvragen en opdrachten.
Elke kennisbasis is samengesteld door een redactieteam bestaande uit lerarenopleiders van alle
hogescholen die de betreffende hbo-masteropleiding aanbieden. Een projectleider bewaakte
de voortgang en zorgde voor afstemming samen met de voorzitters van de redactieteams en
het landelijk overleg van de ADEF-werkgroep hbo-masteropleidingen.
Redactieteams hebben een conceptversie van de kennisbasis beschikbaar gesteld voor commentaar door de vakgroepen in de hogescholen. De herziene versie van de kennisbasis is
vervolgens ter legitimatie voorgelegd aan een onafhankelijk panel met vertegenwoordigers uit
wetenschap, docenten uit het vho en vakverenigingen. De commentaren van de panels zijn
verwerkt in de eindversies van de kennisbases.
De namen van de leden van het redactieteam en de namen van de leden van het legitimeringspanel staan vermeld bij de kennisbasis. Een geaccordeerd verslag van het gesprek tussen
redactieleden en het panel is beschikbaar.
Kaders en bronnen voor de kennisbases
Voor een systematische beschrijving van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis en
vaardigheden vormt competentie 3 uit de wet Beroepen in het Onderwijs (BiO) het uitgangspunt: de bevoegde leraar vho kan theoretische, methodische en praktische kennis over het
schoolvak tijdig en gepast inzetten in beroepspraktijk.
De kennisbases geven een overzicht van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennisdomeinen
in de opleidingen. De gekozen (sub)domeinen weerspiegelen die van de leerinhoud van het vho.
Daarnaast bieden ze voldoende aangrijppunten om de ontwikkelingen in de wetenschappelijke
discipline een belangrijke plaats te geven in de opleiding. De indicatoren en de voorbeeldvragen
en -opdrachten tonen een niveau dat duidelijk uitstijgt boven het niveau van de voorafgaande
bacheloropleiding.
7 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Een leraar vho begeleidt leerlingen op weg naar hoger onderwijs. Mede daarom is aandacht
voor wetenschap en onderzoek belangrijk in een hbo-masteropleiding. De betekenis ervan vormt
een kenmerkend onderscheid met de voorafgaande bacheloropleiding. Er is in de kennisbasis
voor gekozen het vakgerichte onderzoek niet in een apart domein onder te brengen. Het doen
van vakgericht onderzoek kan immers in elk domein tot uitdrukking komen. Het is de verantwoordelijkheid van een opleiding de plaats van vakgericht onderzoek te expliciteren in het
eigen leerplan. De keuze om het domein ‘Wetenschappelijke grondslagen en ontwikkelingen’
op te nemen, benadrukt het belang dat de hbo-masteropleidingen hechten aan kennis van en
inzichten in de wijze waarop in het eigen vakgebied aan kennisontwikkeling werd en wordt
gedaan. Het doen van onderzoek is evenwel geen doel op zichzelf, maar een middel dat
studenten in staat stelt ontwikkelingen in de wetenschappelijke wereld ten aanzien van hun
vakgebied te duiden en daaraan als leraar vho binnen het schoolvak betekenis te geven.
N.B. Onderzoek in de hbo-masteropleidingen is breder dan het terrein van de eigen discipline.
Het betreft ook vraagstukken die betrekking hebben op ontwikkeling en duurzame innovatie
in de eigen onderwijspraktijk. De hierbij behorende vormen van onderzoek worden aangeduid
als praktijkgericht onderzoek en behoren niet direct tot de vak- en vakdidactische kennisbases.
De kennisbases van de hbo-masteropleidingen zijn tot stand gekomen onder invloed van een
aantal richtinggevende documenten.
t De wet Beroepen in het Onderwijs (BiO) en de beschrijving daarin van de leraar vho, die in
staat is om ‘leerlingen te introduceren in de kennis, principes, onderzoekswijzen en toepassingen van de wetenschappelijke discipline(s) waaraan het schoolvak is gerelateerd.’
t De zeven onderwijscompetenties voor de leraar vho, zoals beschreven door de Stichting
Beroepskwaliteit Leraren. De competentiebeschrijvingen plaatsen de vakinhoudelijke en
vakdidactische domeinen van de kennisbasis in een context van beroepshandelingen.
t De Dublin-descriptoren, die in Europa worden gehanteerd als kwalificaties voor het niveau
van onder meer masteropleidingen. De Dublin-descriptoren impliceren onder meer de
noodzaak van kennis van onderzoeksmethoden en kennis van de wetenschapsfilosofische
achtergronden van het vakgebied.
t De kennisbasis van de voorafgaande bacheloropleiding, die de voorkennis definieert
van de instromende studenten in de masteropleiding.
t De eindtermen van het betreffende schoolvak in havo en vwo, die onder meer van
invloed zijn op de keuze van domeinen binnen het wetenschappelijk vakgebied.
t De brochure ‘Vakinhoudelijk Masterniveau’ van de Interdisciplinaire Commissie
Lerarenopleidingen (ICL), waarin per vakgebied het vakinhoudelijke masterniveau van
de universitaire lerarenopleidingen wordt beschreven.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 8
1
Een leven lang leren
De diplomering van de student vormt het eindpunt van de opleiding en een beginpunt van het
levenslang verder leren. De Commissie Veerman adviseert om via een ruim aanbod van masteropleidingen een Leven Lang Leren te bevorderen. De masteropleidingen zijn een goed voorbeeld van wat de Commissie voor ogen staat, want zij bieden leraren doorgroeimogelijkheden
tijdens hun loopbaan. Op de leraren en op de school als goed werkgever rust vervolgens de
verantwoordelijkheid om voort te bouwen aan de professionele ontwikkeling waarvoor de
kennisbasis per vakgebied één van de pijlers vormt.
Drs. A.W. van der Stouwe
Projectleider kennisbasis hbo-masteropleidingen leraar vho
9 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
2. Preambule
Inleiding kennisbasis hbo-masteropleiding scheikunde
Voor u ligt de kennisbasis hbo-master docent scheikunde. Deze kennisbasis verwijst naar het
geheel van kennisvereisten, zowel vakkennis als (vak)didactische kennis, waaraan een startbekwame eerstegraads leraar scheikunde moet voldoen. Het beheersen van de kennisbasis
scheikunde voor de master is een voorwaarde voor het competent handelen van de afgestudeerde leraar VHO. De kennisbasis biedt opleidingen de ruimte om het leerplan zelf in te
delen, in te kleuren en aan te vullen.
Er wordt geen onderwijskundige kennis beschreven en er wordt ook niet ingegaan op stage
en het uitvoeren van een praktijkonderzoek.
De kennisbasis is afgestemd op de leerinhouden van de bovenbouw van het voortgezet
onderwijs, de reguliere examenprogramma’s van het voortgezet onderwijs (CEVO syllabus
centraal examen 2011 voor havo en vwo), de kennisbasis leraar scheikunde hbo-bachelor en
op belangrijke ontwikkelingen zowel in het vakgebied (bijvoorbeeld biotechnologie) als binnen
het scheikundeonderwijs (Nieuwe Scheikunde).
Relatie met kennisbasis tweedegraad
Het niveauverschil tussen een startbekwame leraar hbo-master (eerstegraads) en startbekwame
leraar hbo-bachelor (tweedegraads) uit zich onder meer in het verbreden en verdiepen van
de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis van een tweedegraads leraar tot masterniveau.
Van een tot master opgeleide docent wordt verwacht dat hij/zij verantwoordelijkheid neemt
met betrekking tot de ontwikkeling en innovatie van het beleid en de onderwijspraktijk binnen
de vaksectie en de school. Daarnaast mag van de eerstegraads leraar een groter zelfsturend,
onderzoekend, probleemoplossend en reflecterend vermogen worden verwacht.
Bij het opstellen van de kennisbasis is het redactieteam er vanuit gegaan dat de masterstudent
bij aanvang van de studie de kennisbasis bachelor docent scheikunde beheerst, zowel vakinhoudelijk als vakdidactisch. Beide kennisbases zijn te vinden op: www.kennisbasis.nl.
Relatie met vakinhoudelijke voorkennis van studenten in de
universitaire lerarenopleidingen
In de brochure Vakinhoudelijk Masterniveau worden voor de universitaire lerarenopleidingen
scheikunde de kern- en subdomeinen van de vakinhoudelijke kennis opgesomd. Daarover moet
een student bij instroom beschikken. Het doel van deze instroomeisen is anders dan dat van
de domeinen in de kennisbases van de hbo-masteropleidingen. Die dienen als referentiekader
voor de leerplanontwikkeling en kwaliteitszorg van de opleidingen zelf. Voor een volledige
vergelijking is het nodig de domeinen van de universitaire lerarenopleidingen te vergelijken
met de domeinen van de kennisbases van zowel de master- als de bacheloropleiding scheikunde die de student heeft doorlopen.
Indeling kennisbasis
De kennisbasis master is ingedeeld in de tien domeinen: analytische chemie, anorganische
chemie, biochemie, chemische binding, chemische technologie, fysische chemie, organische
chemie, chemisch practicum, vakdidactiek en wetenschappelijke grondslagen & ontwikkelingen.
De meeste domeinen bestaan uit diverse subdomeinen. In totaal bestaat de kennisbasis uit
32 subdomeinen.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 10
2
De gehanteerde domeinen binnen de kennisbasis hbo-master docent scheikunde zijn internationaal herkenbaar. De domeinindeling wijkt af van de domeinenindeling (21) binnen de
kennisbasis hbo-bachelor docent scheikunde en vertoont meer overeenkomst met de kerndomeinen van de Universitaire Lerarenopleidingen (ULO’s). Zeven van de 21 domeinen van
de kennisbasis bachelor zijn subdomeinen binnen de kennisbasis master. Dat de (sub)domeinindeling van de kennisbasis van de bachelor en de master van elkaar verschillen, sluit niet uit
dat een combinatie van beide opleidingen doorlopende leerlijnen heeft. De structuur van de
kennisbasis staat los van de structuur van het leerplan.
De kennisbasis bevat een overzicht van de cognitieve kennis in tien domeinen (kolom 1) die
iedere startbekwame leraar voor het eerstegraads gebied tijdens de opleiding heeft doorlopen. In de tweede kolom van de kennisbasis zijn bij elk domein de bijbehorende subdomeinen
weergegeven. Deze subdomeinen zijn geoperationaliseerd door het benoemen van concepten
in de derde kolom. Al deze concepten worden behandeld. Opleidingen hebben de vrijheid om
accenten te leggen. De bij elk vakspecifiek domein (1 t/m 7) aangeduide kennisbasis wordt
grotendeels gedekt door de inhoud en het niveau van de boeken zoals vermeld in de tabel
achter de kennisbasis. Daarmee is tevens de niveauaanduiding van de diverse concepten
vastgelegd. De meeste boeken worden ook in het universitaire scheikundeonderwijs gebruikt.
Een opleiding is uiteraard vrij in de keuze van de leermiddelen. In kolom vier is van de meest
omvattende concepten een gedragsindicator geformuleerd; deze benoemd meetbaar gedrag.
Deze kolom pretendeert niet om de kennisbasis volledig te dekken en kan dus niet gebruikt
worden als integrale uitwerking van alle domeinen. In de vijfde kolom zijn tenslotte voorbeeld
toetsvragen opgenomen om een aantal indicatoren nader te operationaliseren. Deze toetsvragen zijn vooral gericht op beheersing van vakkennis. Vanwege het voorgeschreven format
van de kennisbasis en de daardoor beperkte ruimte zijn de voorbeeldvragen contextarm.
Practicum
Formeel kunnen praktische vaardigheden in een laboratorium niet in een kennisbasis worden
opgenomen. Ze zijn er wel aan elkaar gerelateerd. Toch heeft het redactieteam ze als apart
domein in de kennisbasis opgenomen. Immers: geen scheikunde zonder practicum. Essentieel
voor het masterniveau is dat er binnen de practica veel aandacht is voor de diverse instrumentele analysetechnieken en voor praktisch onderzoek. Het niveau is vergelijkbaar met
de vakgerelateerde theoretische onderwerpen binnen de masteropleiding. Een deel van het
practicum is vakdidactisch gericht.
Didactische implicaties
Een kennisbasis is niet gekoppeld aan een didactisch concept en legt niets vast met betrekking
tot programmaopbouw en studielast. De opleiding is daarvoor zelf verantwoordelijk en stelt
een curriculum vast dat volledig recht doet aan de kennisbasis én in overeenstemming is met
het eigen didactisch concept en profilering.
De onderlinge samenhang tussen de diverse domeinen dient daar waar mogelijk aangebracht
te worden door ‘domeinoverstijgend’ en contextrijk onderwijs aan te bieden (bijvoorbeeld:
chemische technologie-organische chemie-katalyse).
Een van de uitgangspunten van de kennisbasis is dat de startbekwame leraar hbo-master
scheikunde een reëel beeld heeft van de actuele wetenschappelijke en technologische
11 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
ontwikkelingen en zowel van het vak scheikunde als van het beroeps- en maatschappelijk
perspectief van het vak. Een ander uitgangspunt is dat de startbekwame eerstegraads
leraar vakinhouden die de opleiding aanbiedt kan vertalen naar het vwo-niveau.
Net als bij de kennisbasis van de bachelor heeft de afgestudeerde master een gedegen vakkennis en een goed beeld van de concept/contextbenadering. Onder deze benadering wordt
scheikundeonderwijs verstaan dat uitgaat van maatschappelijke, experimentele en theoretische
contexten. De contexten fungeren als brug tussen alledaagse werkelijkheid en de scheikundige
concepten die aan het vak ten grondslag liggen. Hoewel niet expliciet in de kennisbasis aangeven, staan veel concepten in de context van toepassingen in het dagelijkse leven. De concept/
contextbenadering komt ook aan de orde bij vakdidactiek en het chemisch practicum.
Onderzoek
Een onderzoekende houding en beheersing van onderzoeksvaardigheden is voor een eerstegraads leraar van wezenlijk belang in het licht van ‘een leven lang leren’ en de noodzakelijk
continue professionalisering gedurende de beroepsloopbaan. Een eerstegraads docent dient
via een systematische, onderzoeksmatige benadering vraagstukken in de eigen beroepspraktijk op te pakken en kan daardoor een bijdrage leveren aan de schoolorganisatie als geheel.
Het uitvoeren van een praktijkonderzoek gericht op een vraag uit de beroepspraktijk, inclusief
literatuuronderzoek, vormt geen onderdeel van de kennisbasis scheikunde, maar het is wenselijk om onderzoek in de opleiding een plaats te geven.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 12
3. Kennisbasis scheikunde
Analytische chemie
1.1
Algemene begrippen
1.2 Atoomspectrometrie
1.3 Molecuulspectrometrie en structuuropheldering
1.4 Chromatografie
16
16
16
16
18
Anorganische chemie
2.1
Structuur
2.2 Zuur-base
2.3 Redoxreacties
2.4 Katalyse
20
20
20
20
20
Biochemie
3.1
Eiwitten
3.2 Nucleïnezuren
22
22
22
Chemische binding
4.1 Kwantumtheorie
4.2 Atoomstructuur
4.3 Molecuulstructuur
24
24
24
24
Chemische technologie
5.1
Massa- en energiebalansen
5.2 Industriële processen
26
26
26
Fysische chemie
6.1
Oplossingen
6.2 Thermodynamica
6.3 Chemisch evenwicht
6.4 Zuur-base
6.5 Oplosbaarheid van zouten
6.6 Elektrochemie
6.7 Reactiekinetiek
28
28
28
28
30
30
30
30
Organische chemie
7.1
Naamgeving
7.2 Reacties en reactiecondities
7.3 Reactiemechanismen
7.4 Polymeerchemie
32
32
32
32
32
13 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Chemisch practicum
8.1 Synthetiseren, meten, onderzoeken
34
34
Vakdidactiek
9.1
Eindexamens
9.2 Concept-in-context
9.3 Bovenbouwdidactiek
34
34
34
34
Wetenschappe-lijke grondslagen en ontwikkelingen
10.1 Ontwikkeling van de chemie
10.2 Filosofie van de chemie
36
36
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 14
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 1
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke
en industriële contexten waarbinnen de analytische chemie een rol
speelt (bijvoorbeeld voedingsmiddelenindustrie, forensische chemie,
biomedische instellingen).
Analytische
chemie
1.1
Algemene begrippen
1.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
wisselwerking EM-straling en materie (zoals breking en brekingsindex,
reflectie, verstrooiing, polarisatie, foto-elektrisch effect), spectra,
emissie/absorptie bij atomen en moleculen, elektronen-, vibratie- en
rotatieniveaus.
De startbekwame docent kan:
1.1.1
de begrippen breking, reflectie, verstrooiing, polarisatie en foto-elektrisch
effect omschrijven en er berekeningen mee uitvoeren;
1.1.2 atoom- en molecuulspectra van elkaar onderscheiden en de verschillen
verklaren.
1.1.1
Een lichtbundel met een intensiteit van 1.000 eenheden valt door een
cuvet, gevuld met ethanol. De waarden van de brekingsindex zijn:
materiaal
n
lucht
1,00
glas
1,52
alcohol
1,36
Bereken de intensiteit van de bundel nadat deze de cuvet verlaten heeft.
1.1.2
1.2 Atoomspectrometrie
1.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
theoretische achtergronden en instrumentatie van diverse vormen van
AAS (vlam en grafietoven), storingen bij de meting en correcties hiervoor,
verschillende analysevormen (zoals standaard additie) en analytische
parameters bij de meting (zoals detectiegrens).
De startbekwame docent kan:
1.2.1 schematisch de opbouw van een AAS spectrometer omschrijven en de
werking van de componenten uitleggen;
1.2.2 een onderbouwde keuze maken tussen de verschillende AAS-methoden,
rekening houdend met het soort monster, mogelijke storingen en detectiegrenzen;
1.2.3 met een meetreeks een lineaire regressieanalyse uitvoeren en daarmee
de monsterconcentratie berekenen, zowel met vergelijkingsstandaarden
als met standaardadditie.
Het spectrum van natriumatomen en dat van een moleculaire stof verschilt aanzienlijk.
a. Geef een (globale) schets van deze twee spectra. (Details als exacte
golflengtes en vorm mag je negeren.)
b. Geef een verklaring voor de verschillen tussen deze spectra.
1.2.2 Een docent doet een meting van het gehalte chroom in een monster
staal en vraagt zich af of het aanwezige ijzer de bepaling niet stoort.
Leg duidelijk uit waarom de aanwezigheid van Fe geen probleem is voor
de meting van chroom.
1.2.3 Voor de bepaling van het zinkgehalte in een geneesmiddel lost men van
het monster 150,7 mg op in een maatkolf van 250 mL, die wordt aangevuld. Hieruit pipetteert men 10 ml in een maatkolf van 100 mL. Daarna
wordt telkens 10 mL van de verdunde monsteroplossing in maatkolven
van 100 mL gepipetteerd, waaraan telkens een wisselend volume zinkstandaard van 5,00 mg.mL–1 wordt toegevoegd. Deze worden aangevuld
met demiwater de extinctie wordt gemeten.
nr
Vstand (mL)
E
1
0,00
0,157
2
10,0
0,260
3
15,0
0,311
4
20,0
0,358
5
25,0
0,429
a. Leg uit waarom deze werkwijze betere resultaten zal opleveren dan
een normale ijkreeks.
b. Bereken het Zn-gehalte in het geneesmiddel in mg/kg.
1.3 Molecuulspectrometrie en structuuropheldering
1.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
t UV-VIS:
theoretische achtergronden, instrumentatie (bijvoorbeeld diode array
detector), kwantitatieve analyse en toepassingen;
t IR:
theoretische achtergronden (waaronder mechanische en kwantummechanische modellen), instrumentatie (waaronder FTIR), toepassingen
en kwalitatieve analyse (organische verbindingen);
t NMR:
theoretische achtergronden (waaronder kwantum- en klassieke model),
instrumentatie en kwalitatieve analyse met behulp van 1H NMR-spectra
voor kwalitatieve analyse;
De startbekwame docent kan:
1.3.1 schematisch de opbouw van een UV-VIS/FTIR/NMR/MS spectrometer
omschrijven en de werking van de componenten uitleggen;
1.3.2 bepalen of een analytisch probleem met behulp van UV-VIS spectrometrie op te lossen is;
1.3.3 een IR/NMR-spectrum zodanig analyseren dat gecombineerd met
andere spectrometrische methoden een complexe verbinding kan
worden geïdentificeerd;
1.3.4 een eerste orde NMR-spectrum interpreteren aan de hand van chemical
shift en spin-spin opsplitsing;
1.3.5 omschrijven wat de aard van massaspectra is, en hoe deze worden
gebruikt om stoffen te identificeren.
1.3
Een verbinding heeft molecuulformule C6H12O2. Bijgevoegd zijn de
H- NMR en IR-spectra.
Bepaal de structuurformule van de verbinding. Geef de gevolgde weg
duidelijk weer. Verifieer je structuurformule door zoveel mogelijk
absorptiepieken van de spectra toe te kennen (chemical shifts en
golfgetallen) en opsplitsingen van NMR-pieken te verklaren.
1
1.3.4 Geef een zo goed mogelijke voorspelling van het proton-NMR-spectrum
van p-ethoxymethylbenzeen.
Geef aantal pieken, wijze van opsplitsing en schatting van chemical shifts.
t MS:
aard moleculaire massaspectra, ionenbronnen (elektronen-impact en
chemisch) met bijbehorende spectra, bouw massaspectrometer, identificatie van zuivere stoffen en van mengsels (GC-MS, CE-MS, tandem MS).
15 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 16
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 1
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke
en industriële contexten waarbinnen de analytische chemie een rol
speelt (bijvoorbeeld voedingsmiddelenindustrie, forensische chemie,
biomedische instellingen).
Analytische
chemie
1.4 Chromatografie
17 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
1.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
theoretische grondslagen (zoals verdelingsconstante en retentiefactor), kwaliteit van een chromatografische analyse (waaronder
kolomefficiency en van Deemtervergelijking), kwantitatieve analyse
(diverse methodes en interne standaard methode);
t
t
Gaschromatografie:
instrumentatie, kwalitatieve en kwantitatieve analyse, moderne
ontwikkelingen;
t
Vloeistofchromatografie:
kolomefficiency en deeltjesgrootte bij HPLC, bouw HPLC-apparatuur,
ionchromatografie.
De startbekwame docent kan:
1.4.1 de basisbegrippen van de chromatografie omschrijven en de belangrijkste invloeden op de kwaliteit van een chromatografische scheiding
benoemen;
1.4.2 onderdelen van een GLC en HPLC benoemen en de werking toelichten;
1.4.3 het werkingsprincipe en toepassingen van diverse vloeistofchromatografische methodes omschrijven;
1.4.4 kwantitatieve chromatografische analyses uitvoeren en daarin diverse
parameters en rekenmethodes hanteren;
1.4.5 uitleggen in welke gevallen een keuze voor een chromatografische
meetmethode gerechtvaardigd is.
1.4.1
Twee componenten P (M = 2500 g·mol–1) en Q (M = 180 g·mol–1) worden
(achtereenvolgens) ingespoten op dezelfde kolom. De retentietijden van
P en Q verschillen weinig.
a. Schets twee grafieken van H tegen u, één voor stof P en één voor stof Q.
Geef in elke grafiek aan hoe de bijdrage is van:
- Eddy diffusie
- longitudinale diffusie
- massatransport
Schets ook de resulterende curve.
b. Voor welke component wordt de kleinste optimale flow gevonden?
Leg uit door welke invloed(en) dit komt.
1.4.4 Voor een chromatografische bepaling van het gehalte hexabromofeen
in tandpasta gaat men als volgt te werk:
* er wordt een interne-standaardoplossing gemaakt door 300 mg
acetonitril (component I.S.) op te lossen in dimethylformamide (DMF)
en aan te vullen tot 150 mL.
* voor het bepalen van de ijkfactoren wordt (met een microbalans)
29,73 mg hexabromofeen (component H) afgewogen in een maatkolfje
van 10 mL. Hierbij wordt 5 mL interne-standaard-oplossing gepipetteerd. Dan wordt aangevuld met dimethylformamide.
Men injecteert van deze oplossing 3 L en neemt een chromatogram
op. De integratiehoogten van de pieken (= evenredig met oppervlak)
zijn als volgt:
- component I.S.:
39,2 mm
- component H:
28,2 mm
* van het monster tandpasta weegt men 5,698 gram af en pipetteert
hierbij:
- 5 mL interne-standaardoplossing
- 4 mL DMF
- 1 mL methanol (om de polariteit te verhogen)
Men homogeniseert het geheel en centrifugeert. Van de heldere
bovenstaande vloeistof injecteert men 3 L en men neemt een
chromatogram op. De integratiehoogten zijn:
- component I.S.:
37,2 mm
- component H:
28,8 mm
a. Welke eisen moet men stellen, in z’n algemeenheid, aan de interne
standaard?
b. Bereken het gehalte hexabromofeen in de tandpasta in massa-%.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 18
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 2
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke
en industriële contexten waarbinnen de analytische chemie een rol
speelt (bijvoorbeeld voedingsmiddelenindustrie, forensische chemie,
biomedische instellingen).
Anorganische
chemie
2.1 Structuur
2.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
kristalstructuur van zouten en legeringen (zoals eenheidscel, projectie,
bolstapelingen omringingsgetal, holten), polymorfie, roosterenthalpie,
Born-Haber cyclus, Born-Mayer, Kapustinskii, trends in het periodiek systeem, (thermische) stabiliteit, oplosbaarheid, defecten, energiebandtheorie.
De startbekwame docent kan:
2.1.1 kristalstructuur van zouten, metalen en legeringen karakteriseren;
2.1.2 Born-Haber cyclus opstellen, interpreteren en vergelijken met
empirische waarden;
2.1.3 de roosterenthalpie met de Born-Mayer en de Kapustinskii vergelijking
berekenen en kan de relatie tussen de roosterenthalpie, (thermische)
stabiliteit en oplosbaarheid van ionogene stoffen verklaren;
2.1.4 de energiebandtheorie toepassen en verklaren.
2.1.1 In onderstaande figuur is een deel van de
kristalstructuur van de stof AxByCz afgebeeld.
a. Hoeveel complete eenheidscellen zie je in de structuur?
b. Teken de eenheidscel in projectie. Gebruik kleuren
en geef duidelijk aan wat A, B en C is.
c. Bepaal de formule van AxByCz. Laat duidelijk zien
hoe je tot het antwoord komt.
C
2.1.4 Als je aan zeer zuiver silicium (hoofdgroep 4)
zeer kleine hoeveelheden van de ‘dope’ arseen
A
toevoegt (hoofdgroep 5) ontstaat er een n-type
semiconductor.
Leg uitgebreid uit, aan de hand van een tekening,
wat een n-type semi-conductor is (de s- en p-band
mag je als bekend veronderstellen) en waardoor
de geleiding tot stand komt. Denk daarbij aan:
- waarom noemt men het een n-type semiconductor?
- de energie en de naam van de diverse banden;
- band gap;
- de mate van vulling van de diverse banden;
- de invloed van arseen op de geleiding.
2.2 Zuur-base
2.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
diverse zuur-base theorieën, verdelingsdiagram meerwaardige zuren,
oplosmiddel levelling, niet-waterige oplosmiddelen, structuur en reactiviteit/sterkte, vrije energie en Kz, regels van Pauling, trends in het periodiek
systeem.
De startbekwame docent kan:
2.2.1 de zuur-base theorieën omschrijven en toepassen;
2.2.2 zuren op sterkte categoriseren op basis van structuurtheorie;
2.2.3 het verband leggen tussen Kz, Kb en het oplosmiddel en er berekeningen
mee uitvoeren;
2.2.4 trends in het periodiek systeem verklaren met zuur-base theorieën.
B
2.2.1 Geef bij de onderstaande reacties aan wie van de reactanten het
Lewiszuur en wie de Lewis base is. Als er meer zuren/basen zijn, maak dan
onderscheid door nummering, bijvoorbeeld Lewis zuur 1 en Lewis zuur 2.
a. OH-(aq) + CO2 (aq)
HCO3–(aq)
b. AsF + SbF
[AsF ]+[SbF ]–
3 (g)
5 (l)
2
6
(s)
2.2.2 Gegeven zijn de oxozuren H2CrO4 en HMnO4.
a. Laat door een andere schrijfwijze zien dat H2CrO4 en HMnO4 oxozuren zijn.
b. Teken de structuurformule van beide zuren en leg duidelijk uit welke van de
zuren het sterkst is.
Een student heeft een kaliumnitraatoplossing en een koper(II)nitraatoplossing
van dezelfde molariteit.
Gegeven: ionstralen K+ 138 pm en Cu2+ 73 pm.
c. Verklaar welke van beide oplossingen de laagste pH heeft. Licht je antwoord
toe met behulp van structuurformules.
2.3 Redoxreacties
2.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
disproportionering, complexering, oplosbaarheidsproduct en standaard
celpotentiaal, relatie E-pH, elektrochemische diagrammen zoals: Latimer,
Pourbaix.
De startbekwame docent kan:
2.3.1 de wiskundige relatie tussen potentiaal en pH afleiden en kan E-pH
diagrammen analyseren;
2.3.2 elektrochemische diagrammen interpreteren, analyseren en verklaren
en er berekeningen mee uitvoeren.
2.3.1 In een galvanische cel (T = 35°C) treden de volgende halfreacties op:
Al(OH)4–(aq) + 3eAl(s) + 4OH–(aq)
2H O + 2eH
+ 2OH–
2
(l)
2 (g)
(aq)
Leid een zo’n eenvoudig mogelijke formule af voor de berekening van de celpotentiaal ( E) als functie van de pH op het moment dat de partiële druk van
waterstofgas 5,00 bar bedraagt en de concentratie van het Al(OH)4--ion gelijk
is aan 0,500 mol.L–1. De pK w bedraagt 13,65.
Noteer voldoende tussenstappen.
2.3.2 Tengevolge van een lozing van
afval komen Fe(III)-ionen in water terecht.
Bestudeer het Pourbaix-diagram en
beantwoord onderstaande vragen.
a. Verklaar of ijzer voornamelijk als Fe(II) aanwezig kan zijn in zuurstofrijk water van pH 2.
b. Leg uit of ijzer(III)hydroxide aanwezig kan
zijn in zuurstofarm water van pH = 4 met
daarin reducerende (organische) stoffen?
2.4 Katalyse
2.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
t Algemeen:
algemene begrippen, katalyse en duurzame chemie, parameters voor
milieueffecten en efficiency, katalytische cycli vs. stoechiometrische
reacties, energiewinst en milieu;
t Homogene katalyse metaalcomplexen, elementaire stappen,
industriële toepassingen;
t Heterogene katalyse:
Langmuir-Hinshelwood en Eley-Rideal kinetiek, actieve site,
modelsystemen, promotors, modifiers, vergiften, toepassingen.
19 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
De startbekwame docent kan:
2.4.1 diverse parameters bij het gebruik van katalysators in duurzame
productie omschrijven (bijvoorbeeld atoomeconomie);
2.4.2 bij industriële voorbeelden de verschillen tussen stoechiometrische
en gekatalyseerde processen duidelijk omschrijven;
2.4.3 belangrijke begrippen en theorieën hanteren bij de homogene en
heterogene katalyse (waaronder elementaire reacties en LangmuirHinshelwood kinetiek).
2.4.1 Bifenyl kan o.a. op de volgende manieren worden gemaakt:
2C6H5Br + Cu
C6H5-C6H5 + CuBr2 (85 % opbrengst)
Pd/C
C6H5-C6H5 + 2HBr (98 % opbrengst)
2C6H5Br + H2
a. Bereken voor beide reacties de E-factor.
b. Bereken voor beide reacties de atoomeconomie.
c. Doe een uitspraak over de voordelen van de gekatalyseerde reactie. Betrek
er principes uit de groene chemie bij.
2.4.2 Gegeven het BHC Ibuprofen proces waarin de 6-staps Boots synthese
(klassiek) en de 3-staps BHC synthese zijn opgenomen. w
Benoem de verschillen tussen deze twee syntheseroutes vanuit het oogpunt
van duurzaamheid.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 20
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 3
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld vanuiteenlopende
contexten waarbinnen de biochemie functioneert zoals gezondheid,
voedselproductie, biotechnologie, farmaceutische industrie.
Biochemie
3.1 Eiwitten
3.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
ontwikkeling biochemie, primaire t/m quaternaire structuur, zuiveringstechnieken eiwitten, Edman degradatie, immunologische technieken,
peptidesynthese (solid phase methoden), karakteriseren en identificeren,
structuuropheldering, enzymen (zoals enzymsubstraat complex, active
site, kinetiek).
De startbekwame docent kan:
3.1.1 de diverse eiwitstructuren en zuiveringstechnieken van eiwitten
omschrijven en verklaren;
3.1.2 karakteriseringtechnieken toepassen om de eiwitstructuur op te
helderen/bevestigen;
3.1.3 het mechanisme van de enzymkatalyse omschrijven, de factoren die
van invloed zijn op het mechanisme verklaren en daarmee kinetische
berekeningen uitvoeren.
3.1.3 Salicylaat remt de katalytische activiteit van glutamaat dehydrogenase:
Substraat
concentratie (mM)
1.5
Product per minuut, mg
Zonder salicylaat
0,21
Product per minuut, mg
Met salicylaat
0.08
2.0
0,25
0.10
3.0
0.28
0.12
4.0
0.33
0.13
8.0
0.44
0.16
16.0
0.40
0.18
a. Bepaal het type remming m.b.v. een grafiek.
Neem aan dat de concentratie salicylaat constant wordt gehouden op 40 mM.
b. Bereken de KM en Vmax van het enzym.
c. Wat geeft de KM van een enzym aan?
d. Hoe kun je KM gebruiken als je in een productieproces een enzymatische
omzetting willen toepassen?
Enzymen kunnen ook worden geremd (of gestimuleerd) door producten die in
de keten van reacties van het metabolisme voorkomen.
e. Geef een voorbeeld van feed-back remming en feed-forward stimulatie in de
glycolyse en leg aan de hand van dit voorbeeld uit wat het nut van deze
manieren van regulering is.
f. Noteer de snelheid van een enzymreactie als functie van de substraatconcentratie.
g. Wat is de relatie tussen KM en [S] als een enzymreactie op 80% van de Vmax
verloopt?
3.2 Nucleïnezuren
21 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
3.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
DNA-replicatie, genexpressie/genetische code, in vitro DNA-synthese,
elektroforese, relatie tussen structuur en functie, biotechnologie, recombinant DNA-technologie (zoals PCR, sequencing).
De startbekwame docent kan:
3.2.1 de DNA-replicatie, genexpressie en in vitro DNA-synthese omschrijven en
toepassen;
3.2.2. recombinant DNA-technologie omschrijven en toelichten en de maatschappelijke betekenis ervan voor de samenleving onderbouwen met voorbeelden.
3.2.1 Een stuk mRNA bevat de sequentie GCG-GUA, wat codeert voor de
aminozuur sequentie Ala-Val.
a. Beschrijf de structuur van het tRNA dat nodig is voor de vertaling van deze
twee codons. Wat zijn sequenties van de anticodons op de twee tRNA’s?
b. Waar vindt de vertaling van mRNA naar eiwit plaats? Leg uit in welke stappen de eiwitsynthese plaatsvindt en wat rol van mRNA en tRNA hierin is.
Naast GUA bestaan er nog drie andere codons die ook voor het aminozuur
valine coderen. Het zogenaamde codongebruik verschilt van organisme tot
organisme.
c. Hoe zal de frequentie van het gebruik van de verschillende codons voor
valine verschillen in algen die groeien in hete bronnen en algen die groeien
in de poolgebieden?
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 22
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 4
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van de bijzondere wijze
waarop de chemische structuurtheorie een context vormt voor de
natuurkundige kwantummechanica.
Chemische binding
4.1 Kwantumtheorie
4.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
oude kwantumtheorie (Planck-kwantisatie, golf-deeltje dualiteit, fotoelektrisch effect, elektrondiffractie, Bohr-atoom, de Broglie-relatie,
onzekerheidsprincipe van Heisenberg), moderne kwantumtheorie
(Schrödingervergelijking, Born-interpretatie), deeltje-in-een 1,2,3 D doos,
gekwantiseerde vibratie, tunneleffect, de kwantummechanische verklaring
van atoom- en molecuulspectra.
De startbekwame docent kan:
4.1.1 de Schrödingervergelijking van een 1D deeltje-in-een-doosje model
oplossen;
4.1.2 de ontwikkeling van de kwantumtheorie omschrijven en toelichten en de
voornaamste concepten en experimenten op een juiste en begrijpbare
manier verwoorden naar collega-docenten en bovenbouwleerlingen.
4.1.1 We proberen de elektronenstructuur van het O2-molecuul te begrijpen in
termen van de theorie voor ‘meer deeltjes in een 3D-doos’. Als model voor de
elektronenwolk van dit molecuul nemen we een doosje dat even hoog als
breed is maar met een lengte anderhalf keer daarvan. Het doosje is gevuld
met de 12 valentie-elektronen die twee O-atomen samen leveren. We verwaarlozen de elektrostatische wisselwerking tussen de elektronen.
a. Geef de kwantummechanische behandeling van dit modelsysteem: de laagste acht 1-electrontoestanden (M.O.’s), de bijbehorende energieniveaus en
de bezetting daarvan met de twaalf elektronen in de grondtoestand.
b. Laat zien hoe dit simpele model al leidt tot de paramagnetische eigenschappen van het O2-molecuul.
4.1.2
a. Leg in eigen woorden uit wat het Heisenberg onzekerheidsprincipe inhoudt.
Ga ook kort in op de rol die dit principe speelt, zowel op atomair als op
macroscopisch niveau.
b. Leg op een duidelijke manier uit waarom de toestand n = 0 niet bestaat voor
een deeltje-in-een-doosje model.
c. Beschrijf kort een experiment dat duidelijk laat zien dat energie van atomen
gekwantiseerd is.
4.2 Atoomstructuur
4.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
H-achtige atomen (orbitalen, kwantumgetallen, energieën, overgangen),
meer-elektron atomen (orbital-benadering Hartree, Aufbau-principe,
elektronenconfiguraties), Koopmansbenadering, atoomeigenschappen
en periodiek systeem.
De startbekwame docent kan:
4.2.1 de structuur/bouw van het waterstofatoom en meer-elektron atomen
vergelijken en verklaren;
4.2.2 met behulp van de elektronenconfiguratie verbanden leggen tussen de
positie van een element in het periodiek systeem en zijn eigenschappen.
4.2.1
a. Bereken de energieën van de eerste vijf toestanden van het waterstofatoom
in eV en geef die weer in een energiediagram.
b. Beredeneer aan de hand van de formule voor de energie in welke toestand
de energie nul zou zijn en geef deze toestand ook in het energiediagram
weer.
c. Bereken de golflengte van het uitgezonden foton als het elektron in een
waterstofatoom van de tweede aangeslagen toestand terugvalt tot de
grondtoestand.
Bij meer-elektron atomen wordt het oplossen van de Schrödingervergelijking
gecompliceerder doordat niet alleen de interactie(s) tussen elektron(en) en
kern, maar ook interacties tussen elektronen onderling een rol gaan spelen.
De Hartree benadering houdt rekening met deze extra elektron-elektron interacties en maakt het mogelijk een voorstelling te maken van de orbitalen van
meer-elektron atomen.
d. Noem één verschil en één overeenkomst tussen de orbitalen in een waterstofatoom en de Hartree orbitalen in meer-elektron atomen.
Hier onder zijn vier orbitalen afgebeeld.
e. Welke kwantumgetallen horen bij deze vier orbitalen?
4.3 Molecuulstructuur
4.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
molecuul-orbitaal theorie (H2-molecuul, H2+-ion), Linear Combination of
Atomic Orbitals model (homonucleaire en heteronucleaire tweeatomige
moleculen), Valence Bond-model (H2-molecuul, twee- en meeratomige
moleculen), geconjugeerde systemen, aromaticiteit, polyatomige moleculen.
De startbekwame docent kan:
4.3.1 de atoombindingstheorieën (MO en VB) interpreteren, toepassen,
onderling vergelijken en combineren.
4.3.1
We beschouwen het cyanide ion (CN-).
a. Teken het orbitaalcorrelatiediagram voor CN- waarin voor stikstof en koolstof de 1s, 2s, en 2p orbitalen opgenomen zijn. Je mag hierbij aannemen dat
de energieniveaus van de 1s en de 2s orbitalen ver uit elkaar liggen. Dit geldt
ook voor de energieniveaus van de 2s en de 2p orbitalen.
b. Label de molecuulorbitalen (volgens de LCAO-methode) en bereken de
bandorde van CN-.
c. Teken het Lewis diagram van CN-.
d Verklaar waarom het klassieke valence bond-model de binding in CN- niet
goed kan beschrijven.
Pauling ontwikkelde het concept hybridisatie om de binding in moleculen, die
atomen uit de tweede periode van het periodiek systeem bevatten, te beschrijven.
e. Wat is de hybridisatie van koolstof en van stikstof in CN-?
f. Maak een schets die de locatie en geometrie van de verschillende orbitalen
van CN- laat zien. Voor de duidelijkheid, hoef je van de gehybridiseerde orbitalen alleen de grootste lob weer te geven.
g. Geef alle orbitalen het juiste label én geef aan tot wat voor type binding
(niet-bindend, -binding of -binding) ze leiden.
23 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 24
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 5
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke
en industriële contexten waarbinnen de chemische technologie een rol
speelt (bijv. maakindustrie, duurzaamheid, kenniseconomie).
Chemische
technologie
5.1 Massa- en energiebalansen
5.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
blokschema, begrippen (zoals recycle, spui, conversie), massabalansen,
energiebalansen, P&ID-diagrammen.
De startbekwame docent kan:
5.1.1 van een productieproces het blokschema opstellen en daarmee massaen energiebalansen van fysische en chemische processen opstellen en
uitwerken.
5.1.1 Etheenoxide is een belangrijke grondstof voor de vervaardiging van harsen,
plastics en harde autolakken. Het wordt vervaardigd door de reactie van
etheen (C2H4) met zuurstof: 2 C2H4 + O2
2 C2H4O
Bij een enkelvoudige reactie van de stoechiometrische hoeveelheden etheen
en zuurstof wordt slechts 50% omgezet. Daarom wordt een deel van de uit de
reactor komende gassen gerecirculeerd. Het andere deel wordt als product
afgevoerd. De overall omzetting van het proces is 75%. Het blokschema van
dit proces is weergeven infiguur 1.
Figuur 1. Blokschema voor de reactie van etheen met zuurstof.
a. Bereken de samenstelling van stroom 4 en vul de onderstaande tabel in
voor stroom 4:
Etheenoxide
(mol%)
Etheenoxide
(mol)
1
Zuurstof
(mol%)
3
Zuurstof
(mol)
Etheen
(mol)
3
Etheen
(mol%)
Totaal
(mol)
Stroom
1
-
2
3
4
5
X
b. Stel een volledige molbalans op door de bovenstaande tabel compleet te
maken. Neem hierbij aan dat de totale recyclestroom uit x mol bestaat en
druk alle andere, nog in te vullen, molstromen uit in x. (De zwart gemaakte
hokjes hoef je niet in te vullen)
De recycleverhouding is de verhouding tussen de hoeveelheden recycle en
afgevoerde producten.
c. Welke recycleverhouding moet men instellen om een overall omzetting van
75% te verkrijgen?
d Leg uit om welke reden men een recyclestroom gebruikt in een procesinstallatie en wat dit te maken heeft met duurzame chemische productie.
5.2 Industriële processen
25 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
5.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
warmtewisselaars, industriële scheidingsmethoden (waaronder destillatie/rectificatie, extractie), chemische reactoren (CSTR, batch reactor en
PFR)
(alles kwalitatief) en hun plaats in het totale productieproces.
De startbekwame docent kan:
5.2.1 de bouw en de werking van op industriële schaal toegepaste
apparatuur/reactoren tekenen, omschrijven en verklaren;
5.2.2 voor- en nadelen van verschillende typen reactoren noemen en in
concrete (productie)gevallen beredeneren welk type daarvoor het
meest geschikt is.
5.2.1
a. Teken het schema van een destillatiekolom. Benoem de onderdelen en leg
hun functie uit.
Bij een continue rectificeerkolom wordt de vloeistof van de onderste
schotel continu door een reboiler gepompt die met stoom wordt verwarmd.
De hoeveelheid stoom wordt door een geregelde klep bepaald.
b. Leg uit wat er met deze hoeveelheid stoom moet gebeuren als de onderste
schotel te veel vloeistof bevat.
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 26
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 6
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van het speciale karakter
van de fysische chemie als methode om op kwantitatieve wijze de relaties
te leggen tussen concepten en contexten.
Fysische chemie
6.1 Oplossingen
6.2 Thermodynamica
6.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
samenstelling mengsels, Wet van Raoult, colligatieve eigenschappen
(zoals verlaging dampspanning, osmotische druk), Wet van Henry, colloïdale oplossingen, destillatie en fasediagrammen.
6.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
eerste hoofdwet, warmtecapaciteit (cp, cv), enthalpie, entropie (statistische interpretatie), reversibele processen ideale gassen (isotherme
expansie/compressie, adiabatische expansie/compressie), tweede
hoofdwet, Carnot-cyclus, irreversibele processen, Clausius-ongelijkheid,
derde hoofdwet, spontaniteit, thermochemie (zoals berekeningen, wet
van Hess), relatie temperatuur en G.
6.1.1
berekeningen uitvoeren aan de samenstelling van mengels en kan met
de Wet van Raoult en de Wet van Henry en deviaties van deze wetten
verklaren;
6.1.2 de colligatieve eigenschappen verklaren en er berekeningen mee
uitvoeren;
6.1.3 L-G fasediagrammen van een ideale oplossing, minimum- en maximum
azeotroop interpreteren en relateren aan enkelvoudige en gefractioneerde
destillaties.
De startbekwame docent kan:
6.2.1 thermodynamische concepten omschrijven en toepassen;
6.2.2 de eerste, tweede en derde hoofdwet van de thermodynamica omschrijven,
toepassen, interpreteren en numeriek toepassen op concrete systemen;
6.2.3 thermochemische berekeningen ( H, S, G, wet van Hess, spontaniteit) uitvoeren aan chemische reacties en fysische processen en kan de
resultaten evalueren.
6.1 In bekerglas A bevindt zich 600 mL van een fructoseoplossing. In bekerglas B bevindt zich 100 mL van een
fructose-oplossing met een andere concentratie dan
die in bekerglas A.
Een student plaatst beide bekerglazen in een vat. Het vat wordt afgesloten.
Na een tijd heeft zich een evenwicht ingesteld. Op dat moment blijkt dat het
volume in bekerglas A met 200 mL is afgenomen. Het volume van de oplossing
in bekerglas B is toegenomen met 200 mL. Uit een analyse van de inhoud van
bekerglas A, bij evenwicht, blijkt dat de fructoseconcentratie 1,5 mol.L-1
bedraagt en dat de dichtheid gelijk is aan 1,10 g.mL-1 .
De temperatuur is constant en bedraagt 26 °C. De dampdruk van zuiver
water bij 26 oC is gelijk aan 25,2 mmHg.
a. Bewijs dat bij evenwicht geldt dat de molfractie fructose in bekerglas A
hetzelfde is als in bekerglas B.
b. Bereken de fructoseconcentratie (mol.L-1 ) in oplossing B bij aanvang van
het experiment.
c. Bereken de dampdruk (Pa) van water in het vat als het evenwicht zich
heeft ingesteld.
6.2
Opgave 1
In een cilinder met wrijvingsloze zuiger bevindt zich 2 mol stikstofgas (ideaal
gas) met een druk van 2 atm en een temperatuur van 100oC. De soortelijke
warmte bij constante druk van stikstofgas bedraagt 28,58 J.mol-1.K-1.
Het gas ondergaat de volgende toestandsveranderingen:
1. het expandeert reversibel bij constante temperatuur totdat het volume is
verdubbeld.
2. vervolgens wordt het gas isobaar afgekoeld tot het oorspronkelijke volume.
3. ten slotte wordt de zuiger vastgezet en het gas verwarmd tot de oorspronkelijke druk weer wordt bereikt.
Bereken voor het totale proces: w, q, U, H en S.
Opgave 2
a. Er is lang gedacht dat alleen exotherme processen spontaan verlopen.
Verklaar conceptueel waarom het oplossen van ammoniumchloride in water
een endotherm proces is dat bij kamertemperatuur toch spontaan verloopt.
b. Licht het ‘vastvriezen’ van een evenwicht toe in stappen van thermodynamische en kinetische stabiliteit.
6.3 Chemisch evenwicht
6.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
empirische en thermodynamische evenwichtsconstante, reactiequotiënt,
relatie tussen vrije energie en gasdruk, evenwichtsconstante en reactiequotiënt, evenwichtsberekeningen en verschuivingen, kinetische en
thermodynamische stabiliteit, principe van Le Châtelier, Van ’t Hoffvergelijking.
De startbekwame docent kan:
6.3.1 berekeningen met vrije energie in relatie met gasdruk, reactiequotiënt
en evenwichtsconstante uitvoeren;
6.3.2 berekeningen aan homogene en heterogene evenwichten uitvoeren
en de resultaten evalueren;
6.3.3 met het reactiequotiënt verklaren in welke richting een evenwicht
verschuift onder invloed van een verstoring van dat evenwicht.
6.3.2 Beschouw het volgende evenwicht:
CH4 (g) + H2O (g) K = 5,56.106 (T = 600 K)
CO (g) + 3H2 (g)
Men voegt H2 en CO in de molverhouding 3:1 in een vooraf geëvacueerd vat.
Na instellen van het evenwicht bij 600 K bedraagt de totaaldruk 1,50 atm.
Bereken de partiële druk (atm) van waterstofgas in het evenwichtsmengsel.
Het is verplicht daar waar mogelijk verwaarlozingen te maken en deze achteraf te controleren.
6.3.3 In een vat met een beweegbare zuiger bevindt zich een evenwichtsmengsel van waterstof, ammoniak en stikstof. De partiële drukken zijn respectievelijk 2,0 atm, 3,0 atm en 1,0 atm. Elise onderneemt, telkens uitgaande van
het bovenstaande evenwicht, de volgende acties:
I ze halveert zeer snel het volume van het vat onder isotherme omstandigheden.
II ze voegt onder isotherme omstandigheden snel helium toe totdat de partiele druk van het helium 1,5 atm bedraagt.
a. Schets, uitgaande van het eerste evenwicht, in één grafiek het verloop van:
- de partiële druk van stikstof in de tijd, én
- de partiële druk van ammoniak in de tijd
ten gevolge van actie I.
b. Hoe verschuift het evenwicht ten gevolge van actie II? Verklaar je antwoord
toe met behulp van het reactiequotiënt.
27 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 28
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 6
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van het speciale karakter
van de fysische chemie als methode om op kwantitatieve wijze de relaties
te leggen tussen concepten en contexten.
Fysische chemie
6.4 Zuur-base
6.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
omslagtraject indicator, verwaarlozingsregel, pH berekeningen aan titratiecurven zo nodig met massa- en ladingsbalans (waaronder van zwakke
zuren/basen, meerwaardige zwakke zuren/base, buffers, amfolyten).
De startbekwame docent kan:
6.4.1 pH-berekeningen uitvoeren en gemaakte verwaarlozingen begripsvol
toepassen en verantwoorden en de resultaten evalueren;
6.4.2 het verloop van de titratiecurven verklaren.
6.4.1 Kinine (C20H24N2O2) is een tweewaardige base
en heeft een bittere smaak. De molaire massa
HO
N
bedraagt 324,4 g.mol-1.
In frisdranken zoals tonic en bitter lemon is kinine
O
het ingrediënt dat verantwoordelijk is voor de bittere
smaak.
N
Kinine ioniseert in water in twee stappen.
De baseconstante (Kb) van kinine bedraagt 3.31.10-6 en de baseconstante van
het geconjugeerde zuur van kinine bedraagt 1,35.10-10 (alles bij 25 oC).
Een student lost 1,622 gram kinine op in 100,0 mL water en titreert met een
0,1000 M HCl-oplossing.
Bereken de pH in het eerste eindpunt. Kies beargumenteerd de juiste
verwaarlozingen om de vergelijking op te lossen.
6.5 Oplosbaarheid van zouten
6.5 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
oplosbaarheidsproduct, verwaarlozingsregel, gelijknamig-ioneffect,
invloed pH, selectieve precipitatie, complexvorming.
De startbekwame docent kan:
6.5.1 berekeningen uitvoeren met het oplosbaarheidproduct, aan selectieve
precipitatie en met de vormingsconstante van complexe ionen en kan
gemaakte verwaarlozingen verantwoorden;
6.5.2 berekenen en verklaren wat de invloed is van het gelijknamig-ioneffect
en van de pH op de oplosbaarheid van zouten.
6.5.1 Aan 3,00 liter 0,0110 M zinknitraatoplossing wordt vast kaliumhydroxide
toegevoegd totdat de pH van het evenwichtsmengsel 13,90 bedraagt (T = 25 oC).
Het volume van de zinknitraatoplossing verandert hierdoor niet. Het oplosbaarheidsproduct van zinkhydroxide bedraagt 4,00.10-17 en de vormingsconstante van het zinkaat ion (Zn(OH)42-) is gelijk aan 5,35.1014.
Het is het verplicht eventuele gemaakte verwaarlozingen achteraf te controleren.
a. Toon door berekening aan dat er geen neerslag van zinkhydroxide ontstaat.
Tip: maak de aanname dat er wel een neerslag van zinkhydroxide ontstaat
en laat vervolgens door berekening zien dat deze aanname onjuist is.
b. Bereken, bij evenwicht, het aantal mol Zn2+ in het mengsel. Laat duidelijk
zien hoe je tot het antwoord komt!
6.6 Elektrochemie
6.6 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
vrije energie, evenwichtsconstante en celpotentiaal, thermodynamische
cyclus, elektrische arbeid, wet van Nernst, elektrochemische cellen,
celnotatie, moderne batterijen, brandstofcellen, wet van Faraday,
elektroden, elektrometallurgie.
De startbekwame docent kan:
6.6.1 het volledige ladingstransport in galvanische cellen omschrijven en
verklaren;
6.6.2 berekeningen uitvoeren met de wet van Nernst en de resultaten evalueren.
6.6 Oplossingen van VO2+ en van V3+ worden toegepast in een zogenaamde
vanadiumcel. Deze galvanische cel kan als volgt schematisch worden weergegeven:
Pt(s) | V2+(aq) , V3+(aq) || VO2+(aq) , H3O+(aq) , VO2+(aq) | Pt(s)
De zoutbrug bevat ammoniumchloride. De standaard reductiepotentiaal van
V3+/ V2+ bedraagt –0,255 V en die van VO2+/ VO2+ (in zuur milieu) is 0,991 V.
a. Noteer de vergelijking van de beide halfreacties. Geef daarbij duidelijk aan
wat de kathode- respectievelijk anodereactie is.
b. Verklaar zo specifiek mogelijk hoe het totale ladingstransport in deze cel
tot stand komt.
c. De energiedichtheid van de vanadiumcel is relatief laag. Leg uit wat
verstaan wordt onder energiedichtheid.
d. Leid in stappen een zo’n eenvoudig mogelijk formule af om de celpotentiaal
van deze galvanische cel bij 25 oC cel te berekenen.
Men heeft een nog ongebruikte vanadiumcel ([V3+] = [VO2+] = 0 mol.L-1)
waarvan de vloeistofvolumes in beide halfcellen even groot zijn. De beginconcentratie (mol.L-1) van VO2+ is hetzelfde als die van V2+. Men laat de cel enige
tijd stroom leveren. Op het moment dat de stroomlevering wordt gestopt blijkt
25,0% van het V2+ te zijn omgezet. De pH in de VO2+-halfcel is gebufferd op 2,00.
e. Bereken de celpotentiaal (mV) van de vanadiumcel op het moment dat de
stroomlevering wordt gestopt.
6.7 Reactiekinetiek
6.7 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
reactiesnelheid, (geïntegreerde) snelheidswetten, reactieorde (eerste,
tweede en gebroken), verband tussen reactiemechanismen, reactiesnelheid en reactieorde, steady state benadering, effect temperatuur,
reactiedynamiek.
De startbekwame docent kan:
6.7.1 voor een eerste- en tweedeorde reactie snelheidswetten afleiden en
de orde bepalen a.d.h.v. meetgegevens;
6.7.2 via verschillende benaderingswijzen de volgende verbanden leggen:
tussen reactiemechanisme en de snelheidsvergelijking en tussen de
reactiesnelheidsconstante en de activeringsenergie.
6.7.1
P+Q
Een reactie bestaat uit twee elementaire stappen:
k2
k1
k2
R + S (snel evenwicht)
U
(traag)
R+T
a. Noteer de vergelijking van de overall reactie.
b. Leid de vergelijking voor de reactiesnelheid af, uitgaande van de traagste
stap.
c. Leid de vergelijking voor de reactiesnelheid af met behulp van de steady
state benadering.
d. Onder welke voorwaarde(n) zijn de uitkomsten van onderdelen b en c aan
elkaar gelijk?
Neem aan dat deze reactie verloopt van nul tot duizend seconden. Daarna is
alles omgezet.
e. Schets in een grafiek de concentratie van het intermediair R tegen de tijd
(0 tot 1000 s). Leg uit waarom je grafiek die vorm heeft.
29 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 30
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Vakdomein 7
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van:
maatschappelijke en industriële contexten waarbinnen de organische
chemie een rol speelt bijvoorbeeld nanotechnologie, farmacologie,
polymeerchemie.
Organische
chemie
7.1 Naamgeving
7.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
systematische namen, IUPAC regels voor naamgeving, triviale namen
(zoals de alkylhalogenides, aromaten, ethers/sulfiden, alkanolen/thiolen,
carbonylverbindingen, alkaanzuren, esters, amiden).
De startbekwame docent kan:
7.1.1 zowel de systematische naam (IUPAC regels) als een eventueel veel
gebruikte triviale naam toekennen aan verbindingen uit de meest
voorkomende families van organische stoffen.
7.1 a. Geef de structuurformule van:
9-(2,6,6-trimethylcyclohexenyl)-3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraeen-1-ol.
b. Geef de IUPAC naam van de volgende verbinding:
7.2 Reacties en reactiecondities
7.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
(aromatische) substitutiereacties, eliminatiereacties, additiereacties,
herschikkingen, hydrogeneringen, oxidaties, reducties en condensatiereacties met bijbehorende reactiecondities (zoals aan: alkylhalogenides,
aromaten, ethers, alkanolen, alkaanthiolen, alkaanzuurderivaten).
De startbekwame docent kan:
7.2.1 een juiste reactievergelijking met de juiste reactiecondities noteren voor
diverse reacties;
7.2.2. uitgaande van een gegeven uitgangsstof en reactieproduct een reactieschema, over minimaal drie reactiestappen opstellen en verklaren.
7.2 Laat zien hoe je de onderstaande transformaties kan bewerkstelligen? In
alle gevallen zijn er meer dan één reactiestap nodig.
a.
b.
c.
d. Laat met behulp van een reactieschema zien hoe je –enkel uitgaande
van diëthylmalonaat (V) en natriumethoxide (C2H5ONa) en één willekeurige
andere verbinding– kan komen tot heptaan-1,7-dizuur (VI).
[Hint: diëthylmalonaat speelt een dubbelrol!]
(Je hoeft dus geen mechanismen uit te werken.)
VI
7.3 Reactiemechanismen
7.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
reactiemechanisme van nucleofiele substituties SN1/SN2, eliminaties
E1/E2/E1cB (alkylhalogenides), reactiemechanisme van nucleofiele substituties (zoals ethers, epoxiden, alkanolen), reactiemechanisme van
elektrofiele/nucleofiele aromatische substituties (richtend effect substituenten, Friedel Crafts-acylering en –alkylering), reactiemechanisme van
nucleofiele addities (alkanalen, alkanonen), reactiemechanisme van
nucleofiele substituties (alkaanzuren en -derivaten), reactiemechanisme
van condensatiereacties (zoals aldolcondensatie, claisencondensatie).
De startbekwame docent kan:
7.3.1 het reactiemechanismen van syntheses op een juiste manier weergeven;
7.3.2 van een niet eerder besproken reactietype een gefundeerd voorstel
geven voor het reactiemechanisme.
V
7.3.2 De Robinson-annulering laat toe via de vorming van C-C-bindingen
in enkele stappen polycyclische moleculen te construeren.
a. Welk bicyclisch keton III kan worden verkregen worden via de Robinsonannulering uitgaande van 2-methyl-1,3-cyclopentaandion (IV) en
3-methyl-3-buteen-2-on (V)?
IV
V
b. Geef het mechanisme van de reactie in stappen weer.
7.4 Polymeerchemie
7.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:
polymerisatiereacties (diverse mechanismen), copolymeren, vertakte
polymeren, stereochemie, tacticiteit, biologisch afbreekbare polymeren,
fysische eigenschappen, supramoleculaire chemie.
De startbekwame docent kan:
7.4.1 verbanden leggen tussen de chemische structuur van een polymeer en
de fysische eigenschappen, en kan deze verbanden verklaren;
7.4.2 uitgaande van gegeven uitgangsstoffen het polymere reactieproduct
noteren en het bijbehorende reactiemechanisme opstellen en verklaren.
7.4 Kevlar, I, is een sterke vezel die ontstaat uit tereftaloylchloride (benzeen-1,4dicarbonyl-dichloride), II, en para-fenyleendiamine (benzeen-1,4-diamine), III.
II
III
I
a. Welk type polymerisatie (additie-, condensatie- of ringopenings-) is
verantwoordelijk voor de vorming van Kevlar, I? Motiveer je antwoord.
b. Laat met pijlen die de elektronenflow aangeven zien hoe de twee
beginstoffen met elkaar reageren.
c. Geef de structuur van Kevlar (teken minstens drie monomeereenheden).
31 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 32
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
Vakdomein 8
8.1 Synthetiseren, meten, onderzoeken
8.1 De startbekwame docent beheerst de volgende (analyse)technieken:
titrimetrische bepaling (zoals pH, redox, geleidbaarheid, Karl-Fischer),
spectrofotometrische bepaling (AAS/VES, UV-VIS), organische synthese
gekoppeld aan IR, chromatografische bepaling (HPLC, GC), IP-coach.
De startbekwame docent kan:
8.1.1 laboratoriumwerkzaamheden overzichtelijk, nauwkeurig, in een adequaat
tempo en efficiënt uitvoeren;
8.1.2 elektrochemische analysetechnieken, experimenten met IP-coach, AAS/
VES-, UV-VIS-, HPLC/GC-, IR-analyses en organische syntheses uitvoeren
en in verslagen vastleggen;
8.1.3 met behulp van wetenschappelijke tijdschriften literatuuronderzoek
uitvoeren;
8.1.4 bij een bepaalde context chemisch onderzoek voorbereiden, uitvoeren
en de resultaten in één eindverslag vastleggen inclusief reflectie op het
proces.
8.1.2 Voer de onderstaande experimenten uit en verwerk de meet- en analysegegevens in een verslag.
a. Bepaal het watergehalte in een hydraat met behulp van Karl-Fischer.
b. Bepaal met behulp van AAS het zinkgehalte in haar.
c. Bepaal met behulp van GC (interne standaard methode) het xyleengehalte
in thinner.
d. Bepaal met behulp van HPLC het cafeïnegehalte in cola.
e. Bepaal met behulp van UV-VIS het mangaangehalte in staal.
f. Synthetiseer dibenzylideenaceton (dibenzalaceton) en controleer de
zuiverheid met behulp van een smeltpuntbepaling en IR.
g. Voer met IP-coach een zelfgekozen kinetiek experiment uit.
Chemisch
practicum
Aan de hand van een (zelfgekozen) contextrijk onderwerp een chemisch
onderzoek uitvoeren op het niveau van de gerelateerde chemiecursussen.
8.1.3 en 8.1.4 Bij de context melk komen uit literatuuronderzoek door de
student bijvoorbeeld de volgende experimenten naar voren:
a. Spectrofotometrisch het calciumgehalte bepalen in melk met behulp van
murexide;
b. Bepaling van het natriumgehalte in melk door middel van VES;
c. Bepaling van het vitamine B12-gehalte in melk met behulp van HPLC;
d. Bepaling van het lactosegehalte in melk door middel van Luff-Schoorl;
e. De identificatie van aminozuren in melk door middel van TLC;
f. Het bepalen van het vetgehalte in melk met behulp van extractie (Soxhlet).
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
Vakdomein 9
9.1 Eindexamens
9.1 De startbekwame docent heeft kennis van:
havo/vwo-examenprogramma’s en CvE-syllabi en kan op effectieve wijze
oplosstrategieën en antwoordmodellen gebruiken bij de beantwoording
van eindexamens.
De startbekwame docent kan:
9.1.1 overtuigend aantonen dat hij in staat is een vwo eindexamen met een
goed tot uitstekend resultaat te maken.
9.1.1 Maak de volgende VWO-examenopgaven:
a. ‘Absint’ , VWO eindexamen 2009 scheikunde 1, tijdvak II;
b. ‘Brons’, Eindexamen VWO Scheikunde 1-2 2008 tijdvak II;
c. ‘Biobrandstofcel’, Eindexamen VWO Scheikunde 1-2 2009 tijdvak I.
9.2 Concept-in-context
9.2 De startbekwame docent heeft kennis van:
context, concept/contextbenadering, context based chemistry learning,
Nieuwe Scheikunde, overzichtsprogramma/representatief programma,
literatuuronderzoek, micro/macro concept, formal curriculum/operational
curriculum, chemical literacy/STS approach.
De startbekwame docent kan:
9.2.1 uiteenzetten hoe Nieuwe Scheikunde tot stand komt en hoe hij zich
daartoe verhoudt;
9.2.2 de uitgangspunten van de concept/contextbenadering en zijn professionele opvattingen daarover omzetten in een opzet van een module.
9.2 Elke student levert een dossier in met daarin de volgende twee, voldoende
uitgewerkte, producten:
- een essay van ten minste 1.500 woorden waarin je, in een lopende tekst en
aan de hand van ten minste één citaat uit elk van de ter beschikking
gestelde bronnen aangeeft wat jouw vakdidactische opvattingen zijn over
Nieuwe Scheikunde en de concept/contextbenadering;
- een globale opzet voor een (nog niet ontwikkelde) module voor havo-4. De
opzet bestaat uit een beschrijving van de context die in de module aan de
orde is, een beschrijving van de concepten die in die module aan de orde
zouden komen, een beschrijving van de relatie tussen die concepten en de
kernconcepten (zie Commissie vernieuwing scheikunde havo en vwo, 2003)
en een passende uitwerking van leerlingmateriaal van één les.
9.3 Bovenbouwdidactiek
9.3 De startbekwame docent heeft kennis van en vaardigheid in:
chemisch rekenen en tenminste één van de volgende keuzeonderwerpen:
profielwerkstuk, IPcoach, PTA, didactiek van elektrochemie, didactiek
van reactiekinetiek, (digitale) leermiddelen, demonstratieproeven,
misconcepten, ANW, NLT.
De startbekwame docent:
9.3.1 ontwerpt en presenteert een oplosstrategie voor een chemisch rekenvraagstuk dat gerelateerd is aan de leerstof tweede fase VO;
9.3.2 verricht literatuuronderzoek betreffende één keuzeonderwerp, ontwerpt
hier onderwijs op en past het product toe in de eigen lespraktijk, evalueert
het en stelt het bij.
9.3 In de bovenbouw havo/vwo wordt een aantal specifieke vaardigheden op het
gebied van vakdidactiek gevraagd (vakinhoudelijk, met betrekking tot procedures,
met betrekking tot onderzoeksvaardigheden en het volgen van nieuwe ontwikkelingen). Werk daartoe in tweetallen de volgende opdrachten uit:
- ontwerp en presenteer een oplosstrategie voor een complex contextrijk
rekenvraagstuk (bijvoorbeeld redox, zuur/base).
- werk een aantal werkvormen uit voor leerlingen van de bovenbouw havo/
vwo, rekening houdend met een eventuele vervolgopleiding.
- ontwikkel een of meer lessen voor de bovenbouw met gebruik van een
smartboard.
- vergelijk een aantal schoolboeken die in de bovenbouw havo/vwo gebruikt
worden en breng de didactische concepten die hierin naar voren komen in
beeld. Doe een uitspraak over de voor- en nadelen van de verschillende
benaderingen.
- werk aan de hand van een literatuurstudie een aantal misconcepten uit volgens een voorgeschreven format.
Behalve het werken aan een eigen onderwerp heeft ieder tweetal de opdracht
een ander tweetal te begeleiden door het geven van feedback op gemaakte
producten.
Vakdidactiek
33 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 34
3
Domeinen
Subdomeinen
Omschrijvingen en/of toelichtingen
Indicatoren masterniveau
Kenmerkende voorbeeldvragen
Vakdomein 10
10.1 Ontwikkeling van de chemie
10.1 De startbekwame docent heeft kennis van:
- de historische ontwikkeling van alchemie tot moderne chemie en
chemische technologie;
- de actuele ontwikkelingen aan het front van de moderne chemie en
chemische technologie, inclusief de wijze waarop het wetenschappelijk
onderzoek plaatsvindt.
De startbekwame docent kan:
10.1.1 de chemische leerstof in een historische context plaatsen;
10.1.2 aandacht schenken aan doorbraken en trends in de moderne chemie
aan de hand van berichtgeving in de media (tijdschriften, wetenschapsbijlagen, TV, en dergelijke).
10.1.1
a. Schets de belangrijkste verschillen tussen de flogistontheorie en Lavoisier’s
zuurstoftheorie
b. Laat de opvallende isomorfie zien tussen de flogistontheorie en de moderne
redoxtheorie.
Wetenschappelijke grondslagen
en ontwikkelingen
10.1.2 Recent werd in Science de ontdekking aangekondigd van een nieuwe
levensvorm. Daarin zou alle fosfor door arseen zijn vervangen.
a. Leg uit waarom dit in principe denkbaar is.
b. Geef kritiek op de onderzoekstechniek.
c. Geef kritiek op de omgang met de media.
10.2 Filosofie van de chemie
10.2 De startbekwame docent heeft kennis van:
- de belangrijkste concepten en opvattingen in de hedendaagse
wetenschapsfilosofie;
- de voor het onderwijs meest relevante onderwerpen op het
gebied van de grondslagen van de chemie.
Analytische
chemie
Skoog, Holler, Crouch, Principles of
Instrumental Analysis, 6e druk.
Anorganische
chemie
Biochemie
Chemische
binding
Chemische
technologie
Fysische
chemie
De startbekwame docent kan:
10.2.1 vruchtbaar gebruik maken van algemene begrippen als: objectivisme,
subjectivisme, empirisme, rationalisme, positivisme, realisme,
falsificationisme, reduceerbaarheid et cetera, en deze in verband
brengen met problemen op het specifieke gebied van de grondslagen
van de chemie;
10.2.2 correct omgaan met modeldenken en met de rol daarvan bij het
wetenschappelijk verklaren van verschijnselen.
Organische
chemie
x
Shriver, Atkins, Inorganic Chemistry, 5e druk.
x
Rothenberg, Catalysis, concepts and Green
Applications, 1ste druk.
x
Berg, Tymoczko & Stryer, Biochemistry
6e druk.
McMurry, Organic Chemistry, 7e druk.
Redactie
Pierre Heldens
Fontys Hogescholen
Guido Mollen
Fontys Hogescholen
Legitimeringspanel
drs. J.N.W.M. Deuss
x
Bepro, Procestechnologie deel 3 en 4 voor
het beroepsonderwijs
Oxtoby, Gilles & Campion, Principles of
Modern Chemistry, 6e druk.
10.2
a. Leg uit hoe een empirische wetenschap als de chemie inmiddels al een
eeuw tamelijk zeker meent te mogen geloven in het bestaan van atomen.
Welke rol heeft in dit proces de ontwikkeling van de tastmicroscopen
gespeeld?
b. De claim wordt wel gehoord dat de kwantummechanica het antwoord op
elk chemisch probleem in principe zou kunnen berekenen. Zou daarmee de
chemie ook in principe tot de natuurkunde zijn gereduceerd?
c. Waarom biedt het hybridisatiemodel geen echte verklaring voor de geometrie van moleculen? Betrek ook het begrip ‘misconcept’ in je antwoord.
d. Hoeveel stoffen zitten in een mengsel bereid uit het oplossen van wat
keukenzout en salpeter in water? Licht je antwoord duidelijk toe.
adviseur scheikunde (bachelor-opleiding) aan de Technische
x
x
docent Grondslagen van de chemie (master-opleiding) en studieUniversiteit Eindhoven (TU/e)
x
drs. H.J. de Gruijter
x
gepensioneerd lerarenopleider, NVOX eindredacteur scheikunde
professor dr. G. van Koten Universiteitshoogleraar Universiteit Utrecht, Honorary Distinguished,
professor University of Cardiff, lid van de KNAW, voormalig voorzitter
van de Stuurgroep Nieuwe Scheikunde (OCW)
drs. A.J. Mast
directeur van Stichting C3 (heden), (voorheen) docent scheikunde en
natuurkunde op vwo en havo, docent op hbo en wo, lerarenopleider,
auteur lesmateriaal en lesmethoden, voorlichter
professor dr. E.W. Meijer universiteitshoogleraar TU/e, hoogleraar Organische Chemie TU/e)
dr. ir. M.R. Meijer
vakgroep chemiedidactiek (FIsme/UU) en docent sk Newmancollege
te Breda
35 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde
Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 36
Colofon
Kennisbasis docent scheikunde master
Vormgeving
Elan Strategie & Creatie, Delft
Omslagontwerp
Gerbrand van Melle, Auckland
www.10voordeleraar.nl
© HBO-raad, vereniging van hogescholen
2011/2012
37 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde