Zeevissen - Nieuwe scheikunde

ZEEVISSEN NRC 24‐01‐2009 1 2 3 Zeevissen blijken zo veel kalk-korrels uit te scheiden, dat ze 3 tot 15 procent bijdragen aan
de kalkproductie in de oceaan. De vissen maken de kalkkorrels als ze zeewater drinken
(Science, 16 januari).
4 5 6 7 8 9 10 Dat zeevissen stukjes kalk uit-poepen was al een tijdje bekend. In 1991 ontdekte Pat Walsh
de steentjes bij een kikvorsvis (Op-sanus bèta) uit Caraïbische wateren en suggereerde dat
die kalk-brokjes een niet te negeren bron zouden kunnen zijn van kalk in de zee. Een groep
van Britse, Amerikaanse en Canadese wetenschappers, onder wie Walsh zelf, heeft nu
uitgerekend hoe groot de bijdrage van de been-vissen kan zijn en komt op een forse
bijdrage. De belangrijkste producenten van kalk (CaCO3) in zee en op de oceaanbodem
blijven algen, met hun kalk-skeletjes.
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 De zoutwatervissen dragen bij door hun waterhuishouding. Het
lichaam van zeevissen is minder zout dan zeewater. Dat stelt hen voor
een probleem: ze verliezen continu vocht door osmose, vooral via de
kieuwen. Osmose is het verschijnsel dat watermoleculen van een
oplossing met heel weinig zoutionen willen 'verhuizen' naar een
oplossing met veel zoutionen. Op een membraan (zoals de meeste
celwanden) dat wel water, maar geen zouten doorlaat, ontstaat druk.
Er kwelt water uit de cellen. De vissen moeten dus drinken. Maar er is
alleen zeewater om te drinken. Ook dan speelt osmose de vissen
parten, want het opnemen van dat zeewater wordt verhinderd doordat
het water in de darmen zouter (ofwel rijker aan ionen) is dan het lijf.
Kalkkristalletjes uit
Dat is de oorsprong van de kalkdeeltjes. Beenvissen (zowat alle vissen,
vissenpoep lijken
sprekend op kalkop haaien en roggen na) scheiden in hun darmen actief bicarbonaat
afzettingen in de
2+
2+
(HCO3 ) uit, waardoor de calcium- en magnesiumionen (Ca en Mg )
Sargassozee, waarvan
de herkomst tot nu toe
neerslaan als kristallen. Dat verlaagt de osmotische waarde van het
een raadsel was.
water en het vermindert de kans op nierstenen. De kristallen (kalk met
veel magnesium) verlaten het lichaam in de poep of als slijmerige
korrels. De onderzoekers deden aquariumexperimenten met de bot, een Europese platvis
(Platichthys flesus) en schatten de hoeveelheid vis in zee met ecologische modellen. Zo
berekenden ze dat, voorzichtig geschat, 3 tot 15 procent van alle kalkproductie in zee van de
beenvissen komt. Die vissenkalk draagt ook nog eens onevenredig bij aan de zuurgraad van
de ondiepe oceaan. Want kalk met veel magnesium, zoals uit de vissendarm komt, lost
gemakkelijk op. Die buffert zo de zuurgraad en is een bron van carbonaat.
34 Hester van Santen
1. In kalk komen calciumionen voor. Hoeveel protonen en hoeveel elektronen komen
voor in het calcium-ion?
2. Leg aan de hand van tabel 45 van binas uit dat de uitspraak “Beenvissen (zowat alle
vissen, op haaien en roggen na) scheiden in hun darmen actief bicarbonaat (HCO3-)
uit, waardoor de calcium- en magnesiumionen (Ca2+ en Mg2+) neerslaan als
kristallen.” Regels 22 t/m 25 Op zijn minst vreemd te noemen is. Bicarbonaat is een
gebruiksnaam voor waterstfocarbonaat-ionen.
zeevissen 2010-02-08 hdefc.doc
Het verdwijnen van water uit de darmen van de vis zorgt voor een toenemende concentratie
van ionen in de darm. Als er voldoende water verdwijnt zullen er zouten neerslaan, de kalk in
de poep van de vis.
Bicarbonaat ionen (waterstofcarbonaationen HCO3-) kunnen met elkaar reageren waarbij het
carbonaation ontstaat. Deze carbonaationen zullen met magnesium of calcium neerslaan.
3. Het waterstofcarbonaation kan zowel H+ donor als H+ acceptor zijn.
Geef de reacties waarbij het waterstofcarbonaat-ion als H+ donor en acceptor
optreedt. Noteer je antwoord als volgt:
Reactie als donor:
Reactie als acceptor:
4. Geef de vergelijking van de reactie waarbij uit waterstofcarbonaationen en
calciumionen het calciumcarbonaat ontstaat
De ontstane carbonaat-ionen kunnen met zowel de calcium- als de magnesiumionen een
neerslag vormen. De oplosbaarheid van deze twee zouten is echter niet hetzelfde, de een
zal eerder neerslaan dan de ander.
In bron 1 is weergegeven hoe de concentraties van calcium en magnesiumionen in de
oplossing afhangen van de concentratie carbonaationen Voor het beantwoorden van de
volgende vraag gaan we er vanuit dat de concentratie carbonaationen in de darmen van
zeevissen overal gelijk is.
5. Leg aan de hand van de grafieken in bron 1 uit dat de concentratie magnesiumionen
ca 1,4•103 keer zo groot mag zijn dan die van de calciumionen voor er een neerslag
ontstaat. Vermeld in je antwoord de gegevens uit bron 1 die je gebruikt hebt.
De concentraties van de magnesium en calciumionen in zeewater zijn vermeld in tabel 64A
van BINAS.
6. Bereken voor zeewater de concentraties van magnesiumionen en calciumionen in
mol/L. Leg vervolgens uit waarom, ondanks de hogere concentratie
magnesiumionen, de poep van de vissen voornamelijk uit calciumcarbonaat ontstaat.
( Neem aan dat de invloed van de osmose in de darmen op alle ionconcentraties een
gelijke invloed heeft)
De door vissen uitgepoepte kalk draagt door zijn bufferende werking volgens het artikel ook
bij aan de zuurgraad van het ondiepe water. ( regels 31 – 33)
7. Beschrijf een experiment waarmee je kunt onderzoeken dat de vissenpoep als buffer
werkt.
8. Leg uit of de aanwezigheid van extra carbonaat de zuurgraad zal verhogen of
verlagen.
De regels 1-33 zijn niet erg duidelijk. Waarom draagt vissenkalk onevenredig bij aan de
zuurgraad van zeewater? Waarom is de relatie tussen zuurgraad en vissenpoep ( een
mengsel van CaCO3 en MgCO3) een andere dan die tussen zuurgraad en aanwezig
kalksteen. (vrijwel alleen CaCO3)? Wat gebeurt er met die zuurgraad?
9. Herschrijf de regels 31-33 zodanig dat de hierboven genoemde vragen niet meer
opgeroepen worden.
zeevissen 2010-02-08 hdefc.doc
Bron 1
Concentratie magnesiumionen als functie carbonaation concentratie.
[Mg2+]•10 ‐2 mol/L [CO32‐]•10 ‐6 mol/L Concentratie calciumionen als functie carbonaat-ion concentratie.
[Ca2+]•10 ‐5 mol/L [CO32‐]•10 ‐6 mol/L zeevissen 2010-02-08 hdefc.doc
Antwoordmodel
Opg 1 2pt
• Aantal protonen = atoomnr = 20
• Aantal electronen = protonen – 2
1pt
1pt
Opg 2 2pt
Volgens ( opmerking 1 in) tabel 45 van BINAS zijn waterstofzouten over het algemeen goed
oplosbaar in water. Volgens de regels 22 t/m 25 ontstaat een neerslag, dan is er sprake van
een slecht oplosbaar zout.
• Waterstofzouten o.h.a. goed oplosbaar
1pt
• Regel 22-25 neerslag = slecht oplosbaar
1pt
Opg 3 3pt
Reactie als donor.
Reactie als acceptor
•
•
•
Reactive donor
Reactie acceptor,
CO2 na de pijl
HCO3- Æ H+ + CO32HCO3- + H+ Æ H2O + CO2
H+ voor de pijl en H2O na de pijl
1pt
1pt
1pt
Opg 4 3pt
2HCO3- + Ca2+ Æ CaCO3 + H2O + CO2
• Ca2+ voor de pijl en CaCO3 na de pijl
• H2O en CO2 na de pijl
• Juiste coëfficiënten
1pt
1pt
1pt
Opg 5 3pt
• Juiste manier aflezen [Mg2+] en [Ca2+]
• Bij dezelfde [CO32-]
• [Mg2+] delen door [Ca2+] Î conclusie quotiënt ≈ 1,4•103
1pt
1pt
1pt
Opg 6 4pt
• Berekenen concentraties:
•
•
•
[Ca2+] 0,410 delen door 40,08 en
[Mg2+] 1,304 delen door 24,31
1pt
2+
2+
[Mg ] delen door [Ca ] = 5,36•10-2/ 1,02•10-2 ≈ 5
1pt
De oplosbaarheid van magnesiumcarbonaat is ongeveer
1400keer groter dan die van calciumcarbonaat de concentratie
van de magnesiumionen is echter maar 5x zo groot
1pt
De concentratie magnesiumionen is niet hoog genoeg om ook
in hoge mate neer te slaanÆ dus voornamelijk calciumcarbonaat 1pt
De verhouding tussen magnesium en calciumionen hoeft niet expliciet uitgerekend te
worden. Indien uit het antwoord blijkt dat de leerling dit verhoudingsverschil herkent mogen
de punten bij aandachtsbolletjes 2 en 3 worden toegekend
zeevissen 2010-02-08 hdefc.doc
Opg 7
•
•
•
•
•
3pt
Neem een hoeveelheid vissenpoep en breng dit in water en roer .
Meet de pH van het ontstane mengsel
Voeg een kleine hoeveelheid zuur toe en meet de pH
Voeg een kleine hoeveelheid base toe en meet de pH
Vergelijk de pH van de oorspronkelijke oplossing met die na het toevoegen
van zuur en base (de laatste twee moeten nagenoeg gelijk zijn aan de
oorspronkelijke om het ene buffer te laten zijn)
Per ontbrekende stap -1pt
Opg 8 2pt
• Het carbonaat is een base
• Het zal H+ wegnemen dus de pH zal stijgen / zuurgraad hoger
1pt
1pt
Opg 9 4pt
De vissenkalk bevat naast calciumcarbonaat ook het beter oplosbare magnesiumcarbonaat.
Hierdoor zal de [CO32-] in het zeewater groter zijn dan in een situatie waarin alleen CaCO3
beschikbaar is van de kalksteenbodem. De bufferende werking neemt hierdoor toe ( er kan
meer H+ opgenomen worden) . De pH zal door invloeden van buiten minder snel dalen.
•
•
•
•
Inzicht dat het aanwezige magnesiumcarbonaat voor
hogere [CO32-] zorgt.
Toename van de buffercapaciteit
Minder snelle daling pH
Chemisch correct beschreven /correct Nederlands
zeevissen 2010-02-08 hdefc.doc
1pt
1pt
1pt
1pt