W18 Houben deel 1

Nieuwe Scheikunde
Het nieuwe programma moest
 Uitgaan van een context-concept
benadering
Laten zien dat bij wetenschappelijk
onderzoek geen scheidslijnen tussen de
betavakken bestaan.
Nieuwe Scheikunde
Maar ook
• Nadruk leggen op leren begrijpen van de
chemie,
meer expliciet:
• de chemische denkwijze aanleren: heen
en weer denken tussen macrowereld en
deeltjesmodel.
• Leiden tot een meer logische ordening van
de vakbegrippen
jiggling and wiggling
Feynman doet in 1963 een veel geciteerde
uitspraak:
"Everything that living things do can be
understood in terms of the jiggling and wiggling
of atoms"
Erg overmoedig.
Museumstukken
Uit een cursus Molecular Dynamics
Even though we know matter consists of
interacting particles in motion at least since
Boltzmann in the 19th century, many still think
of molecules as rigid “museum models”.
Museumstukken?
Voorbeeld Klas 3
verbrandingsreacties, vuur ….
Bv hout verbrandt
Daar valt veel over te vertellen.
We leren onze leerlingen in ieder geval de
reactievergelijking:
C6H10O5 + 6 O2  6 CO2 + 5 H2O
Feynmann over vuur
Hij probeert die opvallende verschijnselen van vuur
te begrijpen door zich voor te stellen wat er gebeurt
met die atomen.
Verder is hij niet bang om te simplificeren: koolstof
en zuurstofatomen houden van elkaar.
Feynman_Fun_to_Imagine_2_Fire.mp4
internetadres
http://www.youtube.com/watch?v=ITpDrdtGAmo
Feynman focust op wat hij ziet en wat hij
zich daarbij kan voorstellen
• Macro: brand, vuur, warmte, nieuwe stoffen
• Micro: warmtebeweging, botsen, nieuwe
combinaties mogelijk, atomen met voorkeur
Vragen voor docenten bij verhaal
• Welk verhaal hoort in de derde klas: eerste,
tweede, alle twee, of… ?
• Welk is “moeilijker”, welk is “chemischer”?
• Welk verhaal biedt mogelijkheden om te
redeneren, te verklaren, argumenteren
• Welk verhaal biedt mogelijkheden om vragen
te stellen
Lucifer
Hoe krijg je hout aan het branden? Hoge Temperatuur
Zijkant lucifersdoosje bevat fosfor: fosforatomen bij elkaar
Luciferkop bevat kaliumchloraat:
kalium-, chloor- en
zuurstofatomen bij elkaar.
Zuurstof- en fosfor-atomen “zitten verkeerd“,
willen heel graag bij elkaar.
• Actie: kop met fosfor langs zijkant lucifersdoosje schuren.
• Wrijving geeft warmte, warmte zorgt voor meer beweging en
botsingen.
• Fosfor en zuurstof kunnen bij elkaar komen, knallen op elkaar,
veel warmte, heet..
• Door de hitte reageren nu ook hout en zuurstof  Nog heter
• Vuur!
kettingreactie lucifers
• kettingreactie lucifers
internetadres
kettingreactie lucifers
Vragen voor leerlingen bij het verhaal:
1.
Hoe kan de ene lucifer de andere aansteken?
Als je een brandende lucifer met de kop omhoog houdt, gaat die uit. Hier branden ze allemaal helemaal
af.
2.
Waarom gaat een brandende lucifer die je met de kop omhoog houdt uit?
3.
Waarom branden de lucifers hier wel helemaal af.
Als het vuur dooft blijven zwarte stompjes over.
4.
Uit wat voor materiaal bestaan die zwarte stompjes.
5.
Er zit fosfor op de zijkant van het lucifersdoosje.
Waarom geen koolstof? Ideeën?
6.
Er zit gemalen glas in de luciferkop en op de rand van het luciferdoosje, waarom?
7.
..
8.
..
Is een kaars gewoon?
• Bekijk een brandende kaars goed of stel je
hem voor
• Welke veranderingen neem je waar in en rond
de pit?
• Beschrijf die veranderingen in termen van
bewegende deeltjes.
• Wat zegt de vlam over het
verbrandingsproces? (Zie volgende dia’s)
Feynmann pleit voor
heen en weer denken
Feynman Denken in deeltjes
(Drie items)
Internetadres http://www.youtube.com/watch?v=v3pYRn5j7oI
Jiggling en wiggling
50 Jaar later is Feynman’s jiggling and wiggling
herontdekt door de biochemici:
Molecular dynamics: met behulp van computers
berekenen hoe een systeem van deeltjes
verandert ten gevolge van het bewegen en
botsen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de
mechanica én chemische binding.
Eenvoudig model
• een koperatoom
hecht zich aan een
koper-rooster
• Let op de tijdschaal:
10-12 seconde
Molecular dynamics
Molecular dynamics probeert
mbv van de bewegingswetten
en bindingsmodellen te
berekenen hoe
atomen/moleculen bewegen
en zich ordenen.
Met name
Hoe gaat het vouwen van
eiwitten in zijn werk?
Vouwen eiwit
• Eiwit vouwen
Protein_Folding-1.flv (lokaal)
• Watermoleculen niet weergegeven
Internetadres:
http://futuristicscitech.com/nanotechnology/proteinfolding/simulation-of-millisecond-protein-folding-ntl9-fromfoldinghome/
Zelforganisatie dubbellaag
• spontaneous self-assembly of dendrimeric
surfactant molecules in water studied with
coarse grain molecular dynamics.
• Bilayer_formation_through_molecular_self-assembly.mp4
• De simulatie wordt circa vier miljard keer
trager weergegeven dan het werkelijke proces
volgens de berekening zou duren.