Toets Modellen voor Binding

Toets Modellen voor Binding
Verdampingstijden eerlijk vergelijken
Je hebt een proef uitgevoerd waarbij je de verdampingstijden van een druppel water en
een even grote druppel, wasbenzine met elkaar vergeleek. Je moest dit verschil in
verdampingstijd verklaren met een (deeltjes)model. Er was ook een derde vloeistof, maar
die laten we buiten beschouwing. Water bleef bij deze proef als een druppel op de
glasplaat liggen. De druppel benzine liep uit.
Water heeft onder gelijke omstandigheden een langere tijd nodig om te verdampen dan
benzine. Het niet-uitlopen van de waterdruppel verlengt de verdampingstijd van het water
echter nog extra. Het was dus geen eerlijke vergelijking.
1p
1
Leg uit waardoor het niet-uitlopen van de waterdruppel een extra lange verdampingstijd
van de waterdruppel ten opzichte van de wel uitgelopen benzinedruppel veroorzaakt.
Alain en Berdien, twee leerlingen, hebben een oplossing voor het probleem van de
oneerlijke vergelijking bedacht. Zij hebben die oplossing geïnspireerd op wat er bij het
afwassen van bijvoorbeeld borden gebeurt. Als je de borden zou afwassen in water zonder
zeep (afwasmiddel), zouden ze veel minder snel drogen. Met afwasmiddel vormt het water
een mooi dun laagje en drogen de borden snel. Daarom voeren ze hun proef uit met water
waaraan ze wat afwasmiddel hebben toegevoegd. En inderdaad, de verdampingstijden
liggen nu veel dichter bij elkaar. Hun leraar zegt echter: ”Dat hebben jullie mooi bedacht.
Maar nu kunnen jullie niet meer de bedoelde verklaring geven voor het verschil tussen de
verdampingstijden”
2p
2
1p
3
Geef de naam van het aspect van het (deeltjes)model dat het verschil tussen de
verdampingstijden van water en benzine verklaart en leg uit waarom na toevoegen van
zeep aan het water deze verklaring niet meer gegeven kan worden.
Beschrijf van de proef een betere aanpassing, die een oplossing inhoudt voor het
probleem van de niet-uitlopende waterdruppel die een oneerlijke vergelijking
veroorzaakte.
Stapels Guanosine
In de bijlage is een artikeltje afgedrukt uit C2W, het tweewekelijks blad voor chemici.
Het artikel is dus in vaktaal geschreven. Lees het artikel.
Het onderzoek van Bert Meijer kan van belang zijn voor andere wetenschappers. Op twee
plaatsen in het artikel wordt dit belang aangegeven. Geef dit belangrijkste aan door de
hiertoe vijf belangrijkste woorden van het artikel te citeren.
2p
4
Geef het belang van het in de bijlage beschreven onderzoek voor andere wetenschappers
aan door middel van het citeren van de vijf daarvoor belangrijke woorden uit het artikel.
Geschikte ionen voor de stabilisatie van een quadruplex zijn kaliumionen. Lithiumionen
zijn niet geschikt voor de stabilisatie van G-quadruplexen.
2p
5
Waarom zullen lithiumionen niet geschikt zijn voor het stabiliseren van G-quadruplexen?
Onderbouw je antwoord met gegevens uit Binas.
Als je de illustratie goed bekijkt, zie je dat de H-bruggen niet op de normale manier
worden aangegeven. H-bruggen komen volgens Lewis tot stand door een
aantrekkingskracht tussen een niet-bindend (vrij) elektronenpaar van het ene molecuul en
een δ+-gedeelte van een (ander) molecuul. Deze laatste soort binding kun je ook een datieve
covalente binding noemen. Dat is een soort atoombinding die tot stand komt door het geven
Binding 12-04-2010 vdefs
van een heel elektronenpaar afkomstig van één atoom. Dat elektronenpaar is daarna het
gemeenschappelijke elektronenpaar van de ontstane atoombinding.
Hier gebeurt dat onder andere tussen een van de beide niet-bindende elektronenparen van
het zuurstofatoom en een waterstofatoom van een ander guanosinemolecuul. Om je te
oriënteren op een van de volgende vragen, ga je eerst alle niet-bindende elektronenparen
aangeven. Je mag hiervoor de structuurformule van het eenvoudigere guanine (tabel 70A)
gebruiken in plaats van guanosine.
2p
6
Neem uit BINAS tabel 70A de structuurformule van guanine over en teken daarin ook alle
niet-bindende elektronenparen.
1p
7
Markeer op de bijlage de H-bruggen die in de afbeelding met een streep zijn aangegeven in
plaats van op de voor H-bruggen normale manier met een stippellijn.
Door het maken van een datieve covalente binding tussen een O-atoom en een H-atoom,
zijn deze atomen niet meer neutraal.
1p
8
Leg uit wat de grootte en soort van de formele ladingen zijn die deze H-atomen en
O-atomen door de vorming van deze datieve covalente binding gekregen hebben.
Gezien deze lading valt er via het O-atoom geen bijdrage te verwachten in de binding van
het guanosinemolecule met het centrale ion. Toch valt er op basis van de
elektronenformule een andere, effectieve bijdrage van dit zuurstofatoom aan de binding
met het centrale ion te verwachten.
1p
9
Leg aan de hand van de elektronenformule uit dat er toch nog binding verwacht mag
worden tussen het zuurstofatoom en het centrale M+-ion.
In dubbelstrengs-DNA zijn de nucleïnebasen zoals guanine gekoppeld via fosfaatachtige
groepen en suikerachtige groepen. Zie tabel 70C2. Van dit soort binding is tussen
quadruplexen geen sprake. Je kunt je afvragen hoe de binding tussen de quadruplexen
onderling -dus “loodrecht op het papier”- dan wel tot stand komt. Zie voor een impressie
van de stapeling van quadruplexen figuur 1. Daarin stellen de cirkels de vlakke
quadruplexen voor zoals er ééntje in het artikel gedetailleerder is getekend.
1p
10 Geef aan hoe de binding tussen de quadruplexen onderling tot stand zou kunnen komen.
Figuur 1. Impressie van de stapeling van quadruplexen
Binding 12-04-2010 vdefs
BIJLAGE
Bron:C2W Illustratie naar ALBERT GROENENDAAL
STAPELS GUANOSINE
De aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ionen kan de zelfassemblage van
supramoleculaire nanostructuren heel nauwkeurig sturen, zo melden Bert Meijer (TU/e) en
collega’s in Nature Chemistry. Ze toonden het aan met guanosine als modelmolecuul. Dit
ribonucleoside vormt in groepjes van vier zogeheten G-quadruplexen, die als het ware de
aanzet zijn tot vierstrengs-DNA. Zo’n quadruplex wordt gestabiliseerd door een kation (vaak
kalium) dat opgesloten zit in het hart. Het bijbehorende anion bevindt zich aan de buitenkant
en is wél gevoelig voor zijn omgeving. Door te spelen met de polariteit van het oplosmiddel
kun je de vorming van de quadruplexen bevorderen of juist afremmen. Meijer is inmiddels
zover dat hij selectief stapels van 8, 12, 16,of 24 guanosinemoleculen kan laten ontstaan.
H
R
N
N
N
R
H
N
N
H
N
O
O
H
H
H
N
M
N
H
O
O
N
N
N
R
N
H
H
N
N
+
N
N
H
N
N
N
R
H
Guanosine-quadruplex
Binding 12-04-2010 vdefs
N
H
Toets Modellen voor binding – beoordelingsmodel
1
maximumscore 1
De oppervlakte van de niet-uitgelopen waterdruppel is kleiner dan die van de uitgelopen
benzinedruppel (zodat de verdamping trager gaat).
of
Het raakoppervlak met de warmtebron van de niet-uitgelopen waterdruppel is kleiner dan die
van de uitgelopen benzinedruppel zodat de warmteoverdracht geringer is (zodat de
verdamping trager gaat).
2
maximumscore 2
H-bruggen / Waterstofbruggen.
Zeepionen verbreken ( voldoende ) H-bruggen tussen de watermoleculen
3
1
1
maximumscore 1
Het antwoord moet tegemoet komen aan het probleem van de onvergelijkbare afmetingen
van de oppervlakken.
Bijvoorbeeld:
door een reageerbuis (bijna) tot de rand (geen “kop” erop) te vullen met water en een buis
met benzine evenzo.
Stapels Guanosine
4
maximumscore 2
 Zelfassemblage
 supramoleculaire
 nanostructuren
 sturen
Eén van deze vier woorden mag afwijken / ontbreken
Vierstrengs-DNA
1
1
5
maximumscore 2
 Lithiumionen zijn kleiner dan kaliumionen/ de afstand tot het centrale ion zal te groot
worden
1
 De onderbouwing uit Binas kan berusten op tabel 40A (ionstralen) of 99 (aantal schillen)
of 22 (drie categorieën ionisatie-energieën bij K en slechts één bij Li)
1
6
maximumscore 2
Naast de gegeven twee niet-bindende (vrije) elektronenparen op het O-atoom
• op alle vijf N-atomen één niet-bindend elektronenpaar
Per fout 1 punt aftrek
Binding 12-04-2010 vdefs
2
7
maximumscore 1
acht stuks
Opmerking: vier stuks: geen punten toekennen.
8
maximumscore 1
Een juiste uitleg komt er op neer dat een (niet-bindend) elektronenpaar gedeeld wordt met
waterstof / Er is een half (niet-bindend) elektronenpaar verschoven van zuurstof naar
waterstof. Er zit nu een elektron meer op de H: de H is 1- geladen. En er zit een elektron
minder op de O: de O is 1+ geladen.
Opmerking: Volledige berekening van de aantallen elektronen in de buitenste schil van
zuurstof en die in waterstof ook als een juiste uitleg aanrekenen.
9
maximumscore 1
Via zijn andere / overgebleven niet-bindend elektronenpaar
10
maximumscore 1
Het juiste antwoord komt neer op: Sommige “ H-bruggen” hebben losgelaten en zijn naar
boven of naar beneden gedraaid en hebben zo een nieuwe partner gevonden.
Binding 12-04-2010 vdefs