Superslurpers, nu nog beter!

Superslurpers, nu nog beter!
Centrum voor Didactiek van
Wiskunde en Natuurwetenschappen
Sectie Chemiedidactiek
Superslurpers, nu nog beter!
Augustus 2003
Document # 02-01
Superslurpers, nu nog beter!
Centrum voor Didactiek van
Wiskunde en Natuurwetenschappen
Sectie Chemiedidactiek
1
Superslurpers, nu nog beter!
Superslurpers, nu nog beter! Handleiding voor leerlingen
Versie 2.4, augustus 2003, document # 02-01
Gepubliceerd en gedistribueerd door
Universiteit Utrecht
Centrum voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen
Sectie Chemiedidactiek
Princetonplein 5
3584 CC Utrecht
Nederland
Telefoon:
Fax:
E-mail:
Internet:
030-2533980
030-2537494
[email protected]
www.chem.uu.nl/chemdid/
Auteurs
Kitty Jansen
Aonne Kerkstra
Marijn Meijer
Supervisie
Albert Pilot
Eindredactie
Marleen Slob
Deze 2e versie van Superslurpers is een ingrijpende bewerking van het lespakket
Superslurpers dat in mei 2001 is uitgegeven door de Stichting Leerplan Ontwikkeling uit
Enschede.
© 2002, 2003 Universiteit Utrecht, Sectie Chemiedidactiek, Utrecht.
Alle rechten voorbehouden. Mits deze bron wordt vermeld is het toegestaan om zonder
voorafgaande toestemming van bovenstaande uitgever deze uitgave geheel of gedeeltelijk
te kopiëren dan wel op andere wijze te verveelvoudigen. De Sectie Chemiedidactiek stelt
het op prijs geïnformeerd te worden over het gebruik van deze uitgave en de ervaringen
die ermee zijn opgedaan.
2
Superslurpers, nu nog beter!
Inhoudsopgave
Inleiding
5
Hoe nu verder?
8
Bijlage 1: Wat voor soort stoffen zitten er eigenlijk in wegwerpluiers?
8
1.1
Alkanen
8
1.2
De systematische naamgeving
10
1.3
Alkenen
13
1.4
Carbonzuren
15
1.5
Additiereactie bij alkenen
17
1.6
Additiepolymerisatie
17
Bijlage 2: Hoe werkt een wegwerpluier precies?
De plas wordt wel opgenomen maar komt er niet meer uit,
hoe kan dat?
21
2.1
Inleiding
21
2.2
Osmose
22
2.3
Hydratatie
25
Bijlage 3: Zijn er nog ander toepassingen met absorberende stoffen?
26
Keuzeopdracht 1: Superslurpers in de tuinbouw.
27
Keuzeopdracht 2: Blijven baby’s billetjes echt droog?
28
Keuzeopdracht 3: Helpen superslurpers bij brand?
28
Keuzeopdracht 4: Wegwerpluiers, nu nog beter en droger!
29
Keuzeopdracht 5: Nog andere toepassingen?
29
Keuzeopdracht 6: Verbranden of recyclen?
30
3
Superslurpers, nu nog beter!
4
Superslurpers, nu nog beter!
Inleiding
Mevrouw Cornelia Hansop uit Vlissingen is zwanger van haar eerste kind. Samen met
haar man bereidt ze de komst van de baby zo goed mogelijk voor. Haar moeder vertelt
vaak hoe dat ging bij Cornelia’s geboorte. Toen waren er bijvoorbeeld alleen nog maar
katoenen luiers. Zo’n luier werd na gebruik gewassen en daarna weer gebruikt. Dat
wassen was geen fijne bezigheid en nam veel tijd in beslag.
Wetenschappers hebben hier in 1976 een oplossing voor gevonden: de wegwerpluier. De
eerste generatie wegwerpluiers had nog een losse plastic strikslip. De opmars van de
wegwerpluier kwam pas goed op gang met de introductie van Pampers, de eerste
broekluier. Deze luier bestond uit een plastic velletje aan de buitenkant, een vocht
absorberende vulling in het midden en een waterafstotende laag aan de binnenkant. De
absorberende vulling zorgt ervoor dat de wegwerpluier veel vocht kan opnemen én
vasthouden. Het is een echte superslurper, ofwel een superabsorberende stof. Pampers
waren een groot succes en al snel kwamen er concurrenten met Libero en Huggies op de
markt.
Vandaag de dag kiezen de meeste mensen voor wegwerpluiers (80-85%). Tussen de 1520% kiest voor wasbare luiers.
1. Noem een aantal voor- en nadelen van katoenen luiers.
2. Noem een aantal voor- en nadelen van wegwerpluiers.
3. Aan welke eisen moet een goede luier voldoen?
Ze zijn natuurlijk wel erg gemakkelijk in het gebruik, die wegwerpluiers, maar ze leveren
veel afval op. En wat gebeurt er als de volgeplakte luiers via het afval in de
verbrandingsoven terechtkomen? Worden de luiers wel milieuvriendelijk verbrand? Wat
voor soort stoffen zitten er eigenlijk in wegwerpluiers?
In figuur 1 zie je uit welke onderdelen een moderne wegwerpluier bestaat.
Figuur 1: een wegwerpluier.
Wegwerpluiers zijn hoofdzakelijk gemaakt van verschillende soorten koolwaterstoffen.
Koolwaterstoffen bevatten, zoals de naam al aangeeft, de elementen koolstof en
waterstof.
In de reclame zie je dat de plas door de luier wordt opgenomen, de luier blijft droog
aanvoelen. Hoe kan dat eigenlijk, vraagt mevrouw Hansop zich af. Verder zijn er in de
supermarkt zoveel verschillende soorten luiers te koop. Welke moet ze kiezen? Zijn er ook
nog wasbare luiers te koop?
Mevrouw Hansop weet met al deze vragen niet zo snel raad en besluit om de redactie van
het Albert Heijn-tijdschrift Allerhande een brief te schrijven.
5
Superslurpers, nu nog beter!
Allerhande
Postbus 1234
1500 AA Zaandam
Vlissingen, 1 februari 2002
Geachte redactie,
Over enkele maanden verwachten mijn man en ik ons eerste kind. In het Albert Heijn-filiaal bij ons
in de buurt worden verschillende merken wegwerpluiers verkocht. Van de reclame op de televisie
weet ik dat deze luiers grote hoeveelheden vocht kunnen absorberen zonder dat de billetjes van de
baby nat worden.
Mijn man en ik proberen zoveel mogelijk milieuvriendelijke producten te kopen. Wij lazen bij
http://www.milieuloket.nl/ dat sommige mensen zich nogal kritisch hebben uitgelaten over het
gebruik van wegwerpluiers. Maar zijn wasbare luiers wel zoveel milieuvriendelijker dan
wegwerpluiers?
Wij komen er niet uit. Daarom wil ik u een aantal vragen stellen:
1. Wat voor soort stoffen zitten er eigenlijk in wegwerpluiers?
2. Hoe worden de absorberende stoffen gemaakt?
3. Hoe werkt een wegwerpluier precies? De plas wordt wel opgenomen maar komt er niet meer
uit, hoe kan dat?
4. Zijn er nog andere toepassingen met absorberende stoffen?
5. Is hergebruik van de luiers mogelijk? Zo ja waar kan ik ze dan inleveren?
Alvast bedankt voor uw antwoord.
Met een vriendelijke groet,
Cornelia Hansop
Wegwerpdreef 24
4380 AK Vlissingen.
Binnen veertien dagen krijgt mevrouw Hansop bericht van Allerhande.
Geachte mevrouw Hansop,
Zaandam, 12 februari 2002
Wij hebben contact gezocht met de leveranciers van onze wegwerpluiers. Zij hebben
geprobeerd uw vragen zo volledig mogelijk te beantwoorden. Hier volgt de verkorte tekst.
Het maken van superabsorberende stoffen
Wegwerpluiers bestaan voor een bepaald deel uit superabsorberende stoffen. Deze stoffen
ontstaan bij de destillatie van aardolie. Bij de gefractioneerde destillatie van aardolie krijgt
men verschillende fracties die mengsels van koolwaterstoffen bevatten. Een deel van deze
fracties wordt vervolgens gekraakt, waarbij moleculen met een kleiner aantal koolstofatomen
ontstaan. De meeste van deze koolwaterstoffen behoren tot de homologe reeksen van de
alkanen en de alkenen.
6
Superslurpers, nu nog beter!
Bij de synthese van superabsorberende stoffen (superslurper) gaat men uit van propeen.
Propeen wordt in aanwezigheid van zuurstof en een katalysator omgezet in propeenzuur:
H
H
H
C
C
C
H
H
O2
H
katalysator
H
H
C
C
H
C
O
OH
Via een additiereactie kan met een polymerisatie het product polypropeenzuur (polyacrylzuur)
gesynthetiseerd worden.
Het ontstane polyacrylzuur wordt nu met natronloog geneutraliseerd tot pH 6-7. Hierbij
ontstaat het geneutraliseerde polyacrylzuur, dat natriumpolyacrylaat wordt genoemd. Dit
polymeer heeft de superabsorberende eigenschappen die u in wegwerpluiers aantreft.
De werking van superabsorberende stoffen.
Superabsorberende stoffen zijn materialen die, ook tegen de druk in, veel meer vocht kunnen
opnemen én vasthouden dan gewone absorberende aanrechtdoekjes en keukenrollen.
De superslurper neemt via osmose (een begrip uit de biologie) een grote hoeveelheid
lichaamsvocht op. Daarbij worden de natriumionen, die opgesloten zitten in de holtes tussen de
polymeerketens, gehydrateerd en komen ze op enige afstand van de negatief geladen ionen te
zitten. Deze negatief geladen groepen zullen elkaar afstoten. De polymeerketens gaan zich
hierdoor strekken. Daardoor wordt het oppervlak groter en kan er meer vocht door de poriën
heen worden opgenomen en vastgehouden. Er ontstaat een zogenaamde hydrogel.
De absorptiecapaciteit van wegwerpluiers waarin superslurpers worden toegepast is
tegenwoordig zó goed, dat baby’s nauwelijks meer natte billetjes krijgen.
Andere toepassingen van absorberende stoffen.
Superslurpers of hydrogels worden niet alleen in luiers toegepast. Ze komen ook voor in
maandverband en incontinentieluiers. Daarnaast worden ze op verschillende manieren
toegepast in de cosmetica. Denk hierbij aan haargel. Ook in de tuinbouw worden superslurpers
gebruikt en zelfs als brandwerend materiaal zijn ze bruikbaar.
Nadere uitleg vindt u in de drie apart toegevoegde bijlagen.
In de hoop dat wij U hiermee van dienst zijn geweest, verblijven wij,
met een vriendelijke groet,
namens het redactieteam van Allerhande,
Carolien Vermans.
7
Superslurpers, nu nog beter!
Hoe nu verder?
Na het lezen van deze briefwisseling zal het jullie nog even onduidelijk zijn als daarvoor.
Wat zijn superslurpers? Hoe worden absorberende stoffen gemaakt? Wat is de werking
van een wegwerpluier? Bovendien worden niet alle vragen van mevrouw Cornelia Hansop
beantwoord; zij is immers ook geïnteresseerd in de verwerking van de wegwerpluier.
In de brief van Allerhande zijn de onbekende begrippen vet gedrukt. Deze begrippen zijn
voor jullie in de aparte bijlagen uitgewerkt. De leerstof die in deze bijlagen wordt uitgelegd,
is de kennis die jullie na afloop van deze lessenserie moeten beheersen. Jullie hebben
deze kennis ook nodig om aan het eind van dit project over superslurpers een eigen
onderzoek te kunnen doen over één van de vele aspecten van superslurpers.
Voordat jullie aan de theorie beginnen, gaan jullie eerst een praktische opdracht uitvoeren.
Praktische opdracht 1
Een superslurper kan een aantal keren zijn eigen gewicht aan vocht opnemen én
vasthouden.
In deze opdracht ga je onderzoeken of dit klopt voor de toepassing van
superslurpers in wegwerpluiers.
1.
Ontwerp een proef om te onderzoeken hoeveel gram gedemineraliseerd water een
stukje wegwerpluier kan absorberen.
Gebruik voor je werkplan het werkblad “absorptievermogen”.
2.
Maak een verslag.
Bijlage 1
Wat voor soort stoffen zitten er eigenlijk in
wegwerpluiers?
Aardolie wordt wel ‘de machine van de twintigste eeuw’ genoemd, terwijl voor de
aardbewoners uit dat tijdvak al de benaming ‘koolwaterstofmens’ is bedacht. Olie en gas
zijn koolwaterstoffen. Van ruwe olie worden niet alleen maar brandstoffen gemaakt. De
chemische industrie gebruikt de van olie gemaakte grondstoffen voor een oneindig grote
variatie aan oplosmiddelen, verf, vezels, kunstmest, rubbers, geneesmiddelen,
kunststoffen, enzovoort. Olie en gas spelen dus een belangrijke rol in ons dagelijks leven.
In wegwerpluiers zijn verschillende soorten kunststoffen verwerkt. En wil je de werking van
superslurpers in luiers kunnen begrijpen dan is enige kennis van koolwaterstoffen en
andere organische stoffen noodzakelijk. Bij de destillatie van aardolie ontstaan
verschillende fracties die koolwaterstoffen bevatten. De eenvoudigste koolwaterstoffen zijn
de alkanen.
1.1
Alkanen
(Bron: CHEMIE VWO bovenbouw scheikunde 1 deel 1, blz. 101-119, Wolters Noordhoff,
1998)
Koolwaterstoffen bevatten de elementen C en H. Een deelverzameling van deze groep zijn
de alkanen. Dat zijn koolwaterstoffen die voldoen aan de algemene formule CnH2n+2. Als
een groep aan een algemene formule voldoet, zegt men dat deze groep een homologe
reeks vormt. Binnen zo’n homologe reeks hebben de stoffen vrijwel gelijke chemische
eigenschappen. In figuur 2 staan de molecuulformules en de namen van de eerste acht
alkanen. Deze namen en molecuulformules moet je uit het hoofd kennen.
8
Superslurpers, nu nog beter!
molecuulformule
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
naam
methaan
ethaan
propaan
butaan
pentaan
hexaan
heptaan
octaan
kookpunt
in ºC
- 161
- 88
- 42
0
+ 36
+ 69
+ 99
+ 126
Figuur 2: gegevens van enkele alkanen
4.
5.
6.
Icosaan is een smeermiddel. Het is een alkaan met 20 koolstofatomen.
Geef de molecuulformule van icosaan.
a. Welk verband kun je afleiden tussen de hoogte van het kookpunt van een alkaan
en de grootte van de moleculen?
b. Wat kun je zeggen over de grootte van de vanderwaalsbinding en de grootte van
de alkaanmoleculen?
In tabel 103B zijn de numeriek voorvoegsels genoemd.
Geef de naam van C10H22.
Structuurformules
In methaan, CH4, zijn de bindingen tussen het C-atoom en de 4 H-atomen gelijkwaardig.
De hoeken tussen de H-C-H zijn gelijk, 109,5º. Op deze manier zijn de vier atoomresten
zo ver mogelijk van elkaar verwijderd.
De H-atomen bevinden zich op de hoekpunten van een denkbeeldig tetraëder, ook wel
regelmatig viervlak genoemd (zie figuur 3).
Het maken van een ruimtelijke tekening levert bij het groter worden van het aantal Catomen steeds meer problemen op. Vandaar dat er structuurformules worden ingevoerd.
Hoeken die 109,5º zijn, worden in de structuurformule als 90º getekend. Voor de
duidelijkheid tekenen wij de koolstofketen meestal recht.
Figuur 3: de ruimtelijke structuur van methaan
9
Superslurpers, nu nog beter!
De meest gebruikelijke schrijfwijze voor de structuurformule van butaan is:
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
H
De ‘recht’ getekende structuurformule is de meest overzichtelijke. Voortaan teken je alle
structuurformules zo.
Opm.: In de antwoordenbladen wordt nogal eens de volgende korte notatie gebruikt voor
een structuurformule: CH3 —CH2 —CH2 —CH3, maar dit is een onduidelijke
structuurformule.
In de reeks van de alkanen zijn er vanaf C4H10 bij dezelfde molecuulformule meerdere
structuurformules mogelijk.
7.
Teken naast de structuurformule van butaan nog een structuurformule die eveneens
voldoet aan C4H10.
Deze twee gevonden structuurformules stellen dan ook twee verschillende stoffen voor.
Wij noemen beide stoffen isomeren. Als bij één molecuulformule twee of meer stoffen
horen, spreken wij van isomerie.
Isomeren hebben dezelfde molecuulformule, maar verschillende structuurformules.
Het zijn dan ook verschillende stoffen met verschillende fysische eigenschappen.
8.
Men onderscheidt vertakte en onvertakte alkanen.
Geef aan de hand van je antwoord op vraag 7 een voorbeeld van een alkaan met
een vertakte en een alkaan met een onvertakte structuurformule.
Eerder heb je al de namen geleerd van een aantal alkanen met een onvertakte keten.
Maar hoe zou je de alkanen met een vertakte keten moeten noemen?
Internationaal zijn er afspraken gemaakt voor de naamgeving. Men noemt dit de
systematische naamgeving. Deze naamgeving is gebaseerd op de structuurformule.
1.2
De systematische naamgeving
De regels voor het opstellen van de systematische naam van een stof zijn als volgt:
1. Zoek de langste onvertakte koolstofketen in het molecuul. Wij noemen dit de
‘hoofdketen’. De naam van de hoofdketen is de ‘stamnaam’.
2. Kijk welke atomen of atoomgroepen (behalve de H-atomen) aan de hoofdketen vast
zitten. Voor deze zijgroepen leer je een aantal namen (zie figuur 4).
3. Kijk aan welk C-atoom van de hoofdketen zich de zijgroepen bevinden.
Dit geven wij in de naam met een plaatsnummer aan, het nummer moet zo laag
mogelijk zijn.
Zijn er meer zijgroepen aanwezig, dan moet de som van de nummers zo laag mogelijk
zijn.
10
Superslurpers, nu nog beter!
structuurformule
zijgroep
-F
-Cl
-Br
-I
-CH3
-CH2—CH3
-CH2—CH2—CH3
-CH—CH3
|
CH3
naam
fluor
chloor
broom
jood
methyl
ethyl
propyl
(1-methylethyl)
Figuur 4: namen van zijgroepen aan de hoofdketen
Voorbeeld 1
Geef de systematische naam van de stof met de volgende structuurformule:
H
1.
2.
3.
9.
H
H
H
Cl
H
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
De onvertakte hoofdketen bestaat uit 5 C-atomen. De stamnaam is dus pentaan.
De zijgroep is een chlooratoom. Dit wordt aangegeven met het voorvoegsel chloor. De
naam wordt dan chloorpentaan.
Het chlooratoom is aan het tweede C-atoom gebonden.
De systematische naam wordt dan: 2-chloorpentaan.
Geef de systematische namen van de volgende stoffen.
a.
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
Br
CH3 H
H
H
H
b.
H
10.
a.
b.
H
H
H
H
C
C
C
C
H
Cl
Br
H
H
De volgende namen zijn fout. Teken eerst de structuurformule en geef vervolgens de
juiste systematische naam.
4-joodbutaan
5-chloor-3-fluor-3-joodhexaan
11
Superslurpers, nu nog beter!
Voorbeeld 2
Geef de systematische naam van de stof met de volgende structuurformule:
H
1.
2.
3.
Br
H
H
H
C
C
C
C
Br
CH3 H
H
H
De stamnaam is butaan.
De zijgroepen zijn twee Br-atomen en één methylgroep. Voor de beide Br-atomen
wordt het Griekse telwoord di gebruikt.
De beide Br-atomen zitten aan het eerste C-atoom en de methylgroep aan het tweede
C-atoom.
De systematische naam wordt dan: 1,1-dibroom-2-methylbutaan.
11.
a.
b.
c.
d.
e.
Geef de structuurformules van de volgende stoffen.
2,2,3-trichloorpentaan
hexafluorethaan
3,4-diethyl-3-methylhexaan
propylheptaan; leg uit waarom hier geen plaatsnummer nodig is.
4-(1-methylethyl)octaan
12.
Geef van elk van de volgende stoffen de systematische naam.
a.
H
CH3
H
H
H
C
C
C
C
CH3
H
CH3
H
H
b.
H
H
H
H
CH3
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
CH3
H
H
H
c.
H
H3C
H
CH
H
H
C
C
C
CH3 H
H
Br
12
Superslurpers, nu nog beter!
13.
a.
b.
14.
a.
b.
Er zijn stoffen waarbij het plaatsnummer kan worden weggelaten.
Een voorbeeld is ethylpentaan. Waarom kan hier het plaatsnummer worden
weggelaten? Teken de structuurformule.
Mag dat ook bij methylpropaan? En bij methylbutaan? Teken de structuurformules.
Geef de structuurformules en de systematische namen van alle isomeren die
voldoen aan:
C5H12
C6H14
1.3
Alkenen
Een andere deelverzameling van de koolwaterstoffen wordt gevormd door de alkenen.
Deze groep van stoffen vormt een homologe reeks met de algemene formule CnH2n. Deze
stoffen blijken andere chemische eigenschappen te hebben dan de alkanen.
Demonstratieproef 1: een aantoningsreactie
a.
Doe in een reageerbuis een paar mL hexaan(l). Doe in een tweede reageerbuis
enkele mL’s hexeen(l). Aan beide buizen wordt een beetje broomwater toegevoegd.
De buizen worden met een kurk afgesloten en even geschud.
Wat zie je ogenblikkelijk na het schudden?
b.
Doe met behulp van een spatel wat dieetmargarine in een reageerbuis. Voeg een
beetje broomwater toe. Doe een kurk op de buis en schud krachtig.
Wat zie je nu?
Bij het eerste proefje is hexaan met hexeen vergeleken. Alkenen hebben de kenmerkende
eigenschap dat ze snel met broom reageren. Hexeen is gebruikt als voorbeeld van een
alkeen. De formule van hexaan is C6H14 en die van hexeen is C6H12.
Ten opzichte van alkanen missen alkenen twee H-atomen in het molecuul. Dit kun je
verklaren door aan te nemen dat in het molecuul van een alkeen een dubbele binding
tussen de C-atomen voorkomt: C=C. Wij noemen de koolwaterstoffen met een dubbele
binding tussen twee C-atomen in de moleculen ook wel onverzadigde koolwaterstoffen;
ze zijn niet verzadigd met waterstofatomen. Dit in tegenstelling tot de verzadigde
koolwaterstoffen, waarbij in de moleculen alleen enkelvoudige C—C bindingen
voorkomen.
Broomwater is een reagens op een onverzadigde verbinding. Vandaar dat in het tweede
proefje broomwater werd ontkleurd, want zoals je van de reclame weet bevat een
dieetmargarine meervoudige onverzadigde vetzuren.
Bij de alkenen is de dubbele binding een karakteristieke groep. Bij de naamgeving van de
alkenen ga je precies zo te werk als bij de alkanen. De dubbele binding in de koolstofketen
geef je aan door het achtervoegsel –een in plaats van –aan. De plaats van de dubbele
binding geef je aan met een plaatsnummer net zoals bij de zijgroepen. Dit plaatsnummer
geeft het koolstofatoom aan waar de dubbele binding begint; bijvoorbeeld 2-buteen (zie
figuur 5).
13
Superslurpers, nu nog beter!
MolecuulFormule
naam
structuurformule
H
C
etheen
C2H4
H
C
H
H
H
C
propeen
C3H6
H
H
C
C
H
H
H
1-buteen
C4H8
C
H
H
H
C
C
C
H
H
H
2-buteen
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
Figuur 5: enkele voorbeelden van alkenen
15.
Leg uit waarom bij propeen geen plaatsnummer voor de dubbele binding hoeft te
worden aangegeven.
16.
a.
b.
c.
Geef de structuurformules voor de volgende stoffen.
2-penteen
2,3-dimethyl-1-buteen
1,3-butadieen
17.
Hoe kun je met een proefje snel onderzoeken of zich in een voorraadpot een alkaan
of een alkeen bevindt?
18.
Geef de structuurformules en de systematische namen van de isomere alkenen die
voldoen aan de molecuulformule C5H10.
19.
Geef de systematische namen van de volgende stoffen.
a.
b.
H
H
H
H
H
C
C
H
CH3
H
C
C
C
C
H
H
Br
H
C
C
H
H
14
Superslurpers, nu nog beter!
Zoals je al eerder hebt gezien, ontstaan bij de destillatie van aardolie verschillende
fracties. Iedere fractie heeft zijn eigen toepassing.
De vraag naar meer brandstoffen voor auto’s neemt vandaag de dag nog steeds toe. Er is
dus meer benzine nodig dan voor de destillatie uit ruwe olie is te halen. Daarom is men
gaan zoeken naar een methode om ook uit de zware fracties benzine te maken. In de
petrochemische industrie doet men dat via een ontledingsreactie met een zeoliet als
katalysator. Het idee daarbij is dat de grote moleculen waaruit de koolwaterstoffen van de
zware fracties bestaan, in kleinere moleculen worden ‘gekraakt’. Naast alkanen ontstaan
er dan alkenen. Sommige alkenen zijn weer de grondstof voor bijvoorbeeld superslurpers.
Demonstratieproef 2: kraken van een zware aardoliefractie
Doe in een reageerbuis van moeilijk smeltend glas ongeveer 3 gram van een zware
fractie. Voeg eveneens 3 gram van de katalysator zeoliet Y toe. De buis wordt afgesloten
met een kurk waardoorheen een gasuitleidbuisje steekt. De buis wordt vastgeklemd in een
statief.
a.
De zware fractie met de katalysator wordt zachtjes verhit en de ontwijkende damp
wordt opgevangen in een erlenmeyer.
Schenk een beetje broomwater in de erlenmeyer en schud het geheel goed.
Als er geen gassen meer ontwijken, wordt de erlenmeyer vervangen door een
reageerbuis waarin de naftafractie wordt opgevangen.
Vergelijk de geur hiervan met de zware fractie.
b.
c.
Katalysator
Een katalysator is een hulpstof bij een chemische reactie. Het is meestal een
korrelvormige stof die de snelheid van een reactie vergroot zonder daarbij verbruikt te
worden. Een katalysator kan daardoor meerdere malen worden gebruikt. Een katalysator
is meestal selectief, d.w.z. dat hij slechts één reactie bevordert.
20.
Een voorbeeld van kraken is de omzetting van octadecaan, C18H38(s), in onder
andere octaan en één ander product.
Geef de vergelijking voor dit kraakproces in molecuulformules.
21.
Bij het kraken van een alkaan kan nooit alleen een mengsel van alkanen ontstaan.
Laat dit zien aan de hand van de reactievergelijking in molecuulformules voor de
ontleding van C10H22. Neem aan dat dit in pentaan en in één andere stof ontleedt.
22.
In de natuur komt de koolwaterstof squaleen, C30H50,voor. Een molecuul van deze
stof heeft een aantal dubbele bindingen.
Bereken hoeveel dubbele bindingen dat zijn per molecuul.
1.4
Carbonzuren
Bij de synthese van onze superslurper gaat men uit van propeen. Propeen wordt in de
aanwezigheid van zuurstof en een katalysator omgezet in propeenzuur:
H
H
H
C
C
C
H
H
O2
H
katalysator
H
H
C
C
H
C
O
OH
15
Superslurpers, nu nog beter!
Propeenzuur behoort tot de alkeenzuren en deze zijn een deelverzameling van de
carbonzuren.
Carbonzuren worden gekenmerkt door een karakteristieke groep, de carboxylgroep:
O
C
OH
De carboxylgroep schrijft men vaak als – COOH.
Het koolstofatoom van de COOH groep heeft altijd plaatsnummer 1.
De alkeenzuren zijn afgeleid van een andere deelverzameling van de carbonzuren: de
alkaanzuren.
molecuulformule Naam
structuurformule
H
Methaanzuur
(mierenzuur)
HCOOH
C
O
OH
H
ethaanzuur
(azijnzuur)
CH3COOH
H
C
H
O
OH
H
propaanzuur
C2H5COOH
C
H
H
C
C
H
H
C
O
OH
Figuur 6: enkele voorbeelden van alkaanzuren
Als er in een molecuul twee carboxylgroepen voorkomen, spreken we van een di-zuur.
Een voorbeeld is ethaandizuur (oxaalzuur), HOOC—COOH.
23.
a.
b.
c.
Geef de structuurformules van de volgende stoffen.
butaanzuur
propaandizuur
2-buteenzuur
24.
Geef de systematische namen van de volgende stoffen.
a.
b.
H
Cl
C
H
C
O
O
OH
HO
C
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
C
O
OH
16
Superslurpers, nu nog beter!
1.5
Additiereactie bij alkenen
Al eerder in deze module hebben we gebruik gemaakt van het feit dat alkanen niet en
alkenen wel snel met broom reageren. Kennelijk is de aanwezigheid van een dubbele C=C
binding in de moleculen noodzakelijk voor deze reactie. Bij de reactie van bijvoorbeeld
broom met hexeen blijkt maar één reactieproduct te ontstaan.
Hierbij nemen wij aan dat het broommolecuul in zijn geheel door een hexeenmolecuul
wordt gebonden, waarbij één nieuw molecuul ontstaat.
Dit type reactie heet een additiereactie. Additie betekent toevoeging. Aan een
onverzadigde koolwaterstof kan nog iets worden toegevoegd, waardoor hij verzadigd
wordt.
De mogelijkheid om aan bijvoorbeeld een propeenmolecuul nog een stof toe te voegen,
verklaren wij met de dubbele binding tussen de koolstofatomen. Eén van de twee
gemeenschappelijke elektronenparen in de dubbele binding kan ‘open springen’. Het is ‘de
zwakste schakel’ in het molecuul. Hierdoor kunnen de beide koolstofatomen ieder een
ander atoom aan zich binden.
Uit propeen en broom ontstaat op deze manier 1,2-dibroompropaan.
H
C
H
H
H
+ Br
C
H
Br
H
H
. .C
. .
Br Br
C
H
H
H
H
C
C
H
Br Br
Tussenprodukt
Behalve broom kunnen bijvoorbeeld ook fluor, chloor, jood, waterstof en water worden
geaddeerd door alkenen.
25.
Uit welke waarneming is af te leiden dat er een reactie is opgetreden tussen broom
en een alkeen?
26.
Geef de reactievergelijking in structuurformules voor de volgende additiereacties.
Geef tevens de systematische namen van de reactieproducten.
Jood met 2-penteen
Een overmaat broom met 1,3-hexadieen
Waterstof met propeenzuur
Leg uit dat bij a, b en c verzadigde verbindingen zijn ontstaan.
a.
b.
c.
d.
27.
Bij de additie van waterstofchloride aan 1-buteen ontstaan twee reactieproducten.
Geef de structuurformules en de namen van beide reactieproducten.
1.6 Additiepolymerisatie
Hightech onderdelen kom je overal tegen, bijvoorbeeld in een vliegtuig, televisie, laptop of
in je mobieltje. Maar je verwacht ze niet in luiers, maandverband of keukenrollen.
Toch presenteren de fabrikanten van luiers en maandverband hun producten graag als
hightech. Niet helemaal onterecht, want de moderne wegwerpluier zit op z’n minst
ingenieus in elkaar. Aan de binnenkant zit een vettige laag geperforeerd plastic dat de plas
doorlaat en voorkomt dat deze terugloopt. De urine wordt vervolgens opgenomen door
een laag samengeperste cellulose die de vloeistof transporteert naar een kernlaag met
17
Superslurpers, nu nog beter!
een superabsorberende polymeer, de zogenaamde superslurper. Ongeveer zes gram
van zo’n superabsorberend polymeer is in staat om twee babyplasjes tegen te houden. De
superslurpers worden gemaakt van in water oplosbaar polyacrylzuur.
Een polymeer is een macromolecuul, waarbij in dit geval algauw zo’n 20.000 C-atomen in
een lange keten aan elkaar vast zitten (zie figuur 7). Polymeren worden gemaakt via
additiepolymerisatie.
Als een alkeen met een halogeen reageert, vindt er een additiereactie plaats. Wij nemen
aan dat de dubbele binding in het alkeenmolecuul ‘openspringt’ en dat de halogeenatomen
zich aan de koolstofatomen binden.
Hoe ontstaan polymeren?
Bij het kraakproces van een zware aardolie fractie ontstaan onder andere alkenen, die
grondstoffen zijn voor het synthetiseren van onder meer
plastics. Plastics zijn kunststoffen die uit zeer lange
moleculen zijn opgebouwd, vaak macromoleculen
genoemd. Een macromolecuul bestaat uit duizenden Catomen, die in een lange keten aan elkaar vast zitten.
Voorbeelden van macromoleculaire stoffen zijn:
polypropeen PP (bierkratje), polyvinylchloride PVC
(regenpijpen), nylon (kleding), rubber (autobanden),
cellulose (keukenrol), polyacrylzuur (superslurpers).
Figuur 7: een eenvoudige voorstelling van een polymeermolecuul
De meeste plastics kun je maken uit één eenvoudige grondstof. Zo’n beginstof heet een
monomeer. Bij het ontstaan van een macromolecuul koppelen heel veel moleculen van
het monomeer aan elkaar. Er ontstaat dan een polymeer (poly betekent veel). Deze
reactie noemen wij een polymerisatiereactie. Zo kan uit het monomeer propeen het
polymeer polypropeen ontstaan. De naam van het polymeer is dus afgeleid van het
monomeer.
Propeenmoleculen bevatten allemaal een C=C binding. Tijdens de reactie kan de dubbele
binding in de propeenmoleculen ‘openspringen’. De koolstofatomen krijgen hierdoor de
mogelijkheid om nieuwe atoombindingen te vormen met andere propeenmoleculen,
waarna de moleculen aan elkaar koppelen.
Deze polymerisatiereactie is een voorbeeld van additiepolymerisatie.
18
Superslurpers, nu nog beter!
In figuur 8 is dit in structuurformules weergegeven.
H
n
C
.C
H
n
C
H
H
H
H
.C
.
H
CH3
en dit wordt:
CH3
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
CH3
H
CH3 H
CH3 H
C
H
.
CH3
Figuur 8: dit stukje polypropeen is opgebouwd uit vier eenheden
In een reactievergelijking met structuurformules is het handig om alle atomen en
atoomgroepen die aan de C-atomen van de dubbele binding zijn gekoppeld, naar boven of
naar onderen te tekenen.
Vaak schrijf je het verkorte reactieschema zó op:
n
H
H
H
H
C
C
C
C
H
CH3
H
CH3
n
Hierbij stelt n een groot getal voor. Dit getal is minstens 10.000 monomeren. Afhankelijk
van de reactieomstandigheden ontstaan er polypropeen moleculen met een verschillende
ketenlengte. De toepassingen zijn dan ook verschillend.
In werkelijkheid vouwen de lange ketens zich op, zoals spaghetti opgevouwen op je bord
ligt, zie figuur 11.
28.
Bij kamertemperatuur is propeen een gas en is polypropeen vast. Hoe is dit verschil
te verklaren?
Zoals eerder vermeld, worden superslurpers gemaakt uit polyacrylzuur. Dit wordt
gevormd uit het monomeer acrylzuur:
H
H
C
H
C
COOH
De systematische naam is propeenzuur.
29.
a.
b.
Acrylzuur polymeriseert op dezelfde manier als propeen.
Teken een stukje polyacrylzuur dat tenminste uit 4 monomeer-moleculen is gemaakt.
Geef het verkorte reactieschema weer.
19
Superslurpers, nu nog beter!
Het ontstane polyacrylzuur wordt nu met natronloog geneutraliseerd tot pH 6-7. Hierbij
ontstaat het geneutraliseerd polyacrylzuur, dat natriumpolyacrylaat wordt genoemd (zie
figuur 9).
H
H
C
C
H
COOH
NaOH
oplossing
n
H
H
C
C
H
- +
COO Na
n
Figuur 9: de bereiding van natriumpolyacrylaat uit polyacrylzuur.
Het ontstane natriumpolyacrylaat, met zijn negatief geladen groepen, blijkt
superabsorberende eigenschappen te hebben en wordt daarom gebruikt in luiers en
maandverband.
Om het water en alle andere stoffen die in urine en bloed zitten nog beter vast te houden,
wordt tijdens het polymerisatieproces een paar procent van een andere stof aan het
monomeer acrylzuur toegevoegd. Daardoor vindt vernetting van het polymeer plaats: de
ketens worden op bepaalde plaatsen aan elkaar ‘geknoopt’. Op die manier ontstaat er in
het polymeer een netwerk met veel holtes waardoor het vocht nog beter wordt
vastgehouden (zie figuur 10).
Figuur 10: schematische voorstelling van een netwerk polymeer.
30.
Bezoek op het internet de site: http://www.psrc.usm.edu/macrog/index.htm
‘The Macrogalleria a Cyberwonderland of Polymer Fun’
Ga naar level one: Polymers are Everywhere.
Gegeven: diaper = luier.
a.
Bezoek de winkel Pasteur’s Family Pharmacy.
Zoek hier twee artikelen uit en geef aan welke polymeren daarin verwerkt zijn.
Geef van deze polymeren ook de structuurformules.
Geef aan welke van deze polymeren additiepolymeren zijn; geef van deze
polymeren de structuurformules van het monomeer.
Surf naar de ‘acrylate family’ en zoek uit in wat voor artikelen het polymeer
polymethylmethacrylaat wordt toegepast.
b.
c.
d.
20
Superslurpers, nu nog beter!
Bijlage 2
Hoe werkt een wegwerpluier precies?
De plas wordt wel opgenomen maar komt er niet meer uit, hoe
kan dat?
2.1
Inleiding
Superabsorberende stoffen zijn materialen die, ook tegen de druk in, veel meer vocht
kunnen opnemen én vasthouden dan gewone absorberende aanrechtdoekjes en
keukenrollen.
Het superabsorberende polymeer dat in luiers en maandverband is verwerkt, wordt
gemaakt uit polyacrylzuur. De superabsorberende eigenschap ontstaat als het
polyacrylzuur wordt geneutraliseerd (pH 6-7) met natronloog (zie figuur 9). In feite is het
polymeer dan een zout geworden, waarin de negatief geladen ionen een ionbinding
vormen met de Na+ ionen.
Via osmose kan de superslurper een grote hoeveelheid lichaamsvocht opnemen. Daarbij
worden de natriumionen, die opgesloten zitten in de holtes tussen de polymeerketens,
gehydrateerd en komen ze op enige afstand van de negatief geladen ionen te zitten.
Deze negatief geladen groepen zullen elkaar afstoten (zie figuur 11). De polymeerketens
gaan zich hierdoor strekken. Daardoor wordt het oppervlak groter en kan er meer urine
door de poriën worden opgenomen en vastgehouden. Er ontstaat een zogenaamde
hydrogel. Een hydrogel is een vaste stof die elastisch is en gemakkelijk vervormbaar. Na
vervorming veert hij weer terug zoals rubber. Een hydrogel kan een aantal keren zijn eigen
massa aan vocht opnemen. De luierfabrikanten brengen de superabsorberende
polymeren tegenwoordig in een dun laagje aan. De absorptiecapaciteit is zelfs zó goed,
dat baby’s nauwelijks meer natte billetjes krijgen.
Figuur 11: de werking van een luier.
21
Superslurpers, nu nog beter!
Praktische opdracht 2
Zoals je zelf al hebt onderzocht kan een superslurper een aantal keren zijn eigen
gewicht aan vocht opnemen.
Voor wegwerpluiers is het belangrijk dat ze snel een zo groot mogelijke hoeveelheid
urine op kunnen nemen. Het is dus nuttig om te weten waarin urine verschilt van
gewoon water.
Over de samenstelling van urine kun je het een en ander vinden in tabel 82E2 van
Binas.
De zuurgraad - de pH waarde - van urine blijkt te liggen tussen de 4,5 en de 8,5.
1.
Onderzoek of de grootte van het absorptievermogen (de opnamecapaciteit) van
wegwerpluiers afhangt van:
- de aanwezigheid van opgelost natriumchloride in urine;
- de zuurgraad van urine.
Gebruik voor je werkplan het werkblad “vergelijking absorptievermogen”.
Opm: Bij dit onderzoek moet je de proeven uit beide praktische opdrachten eerlijk met
elkaar kunnen vergelijken. Waar moet je dus op letten?
Noem enkele maatregelen.
2.
Maak een verslag van de uitgevoerde proeven.
2.2
Osmose
(Bron: Biologie voor jou VWO B1, blz. 31-36, Malmberg,1999).
De opname van vocht door superabsorberende polymeren is gebaseerd op de osmotische
waarde van opgeloste stoffen in urine/ bloed. Maar wat is de osmotische waarde? Daarom
zullen we eerst aantal basisbegrippen uitleggen.
Concentratie
Een oplossing bestaat uit water met daarin een opgeloste stof. De concentratie van een
oplossing kan worden uitgedrukt in bijvoorbeeld gram per liter (gL-1) of in massaprocenten.
Een 5% suikeroplossing betekent dat er 5 gram suiker is opgelost in 95 gram water, met
als gevolg dat er 100 gram oplossing ontstaat.
Diffusie
Diffusie betekent in de scheikunde en in de biologie spontane menging van stoffen. Dit
gaat vrij snel in de gasfase en minder snel in de vloeistoffase. Diffusie komt tot stand
doordat moleculen van gassen en vloeistoffen kunnen bewegen. Diffusie leidt tot een
gelijkmatige verdeling van de moleculen over de beschikbare ruimte. Als je een schepje
suiker in de thee doet, zal de suiker ook zonder dat je roert na verloop van tijd oplossen.
De thee smaakt dan overal even zoet. Overal heerst dezelfde suikerconcentratie. Diffusie
treedt dus op als er sprake is van een verschil in concentratie in een oplossing.
Diffusie kan ook optreden als vloeistoffen gescheiden zijn door een membraan (wand)
waar alle moleculen doorheen kunnen gaan. Zo’n membraan heet doorlatend of
permeabel (zie fig. 12). Een poreuze aardewerk bloempot is permeabel.
Sommige membranen hebben poriën die zo klein zijn, dat alleen watermoleculen er
doorheen kunnen gaan. De moleculen van de in het water opgeloste stoffen kunnen niet
door deze membranen heen. Deze membranen heten halfdoorlatend of semi-permeabel
(zie fig. 13) Een voorbeeld uit het dagelijks leven is de ademende regenkleding (Goretex).
22
Superslurpers, nu nog beter!
Figuur 12: diffusie door een
permeabel membraan.
Figuur 13: door een semi-permeabel membraan
kunnen alleen watermoleculen.
31.
In figuur 14 is een bak getekend die door een permeabele wand in twee gelijke delen
is verdeeld. Links bevindt zich een suikeroplossing van 4% en rechts een
suikeroplossing van 8%.
a.
In welk deel van de bak bevinden zich de meeste suikermoleculen, direct na het
vullen van de bak?
Bewegen er suikermoleculen door de permeabele wand? Zo ja, in welke richting?
In welk deel van de bak bevinden zich de meeste watermoleculen, direct na het
vullen van de bak?
Bewegen er watermoleculen door de permeabele wand? Zo ja, in welke richting?
Wat wordt na enige tijd de suikerconcentratie in de gehele bak?
b.
c.
d.
e.
32.
In figuur 15 is een bak getekend die door een semi-permeabel membraan in twee
gelijke delen is verdeeld. Links bevindt zich een suikeroplossing van 4% en rechts
een suikeroplossing van 8%.
a.
Bewegen er suikermoleculen door het semi-permeabel membraan? Zo ja, in welke
richting?
In welk deel van de bak bevinden zich de meeste watermoleculen, direct na het
vullen van de bak?
Bewegen er watermoleculen door het semi-permeabel membraan? Zo ja, in welke
richting?
In welk deel van de bak zal het vloeistofniveau na geruime tijd stijgen? maak hiervan
een tekening.
Hoe verandert de concentratie van de suikeroplossing in de linkerbak?
Hoe verandert de concentratie van de suikeroplossing in de rechterbak?
Verwacht je dat de concentratie aan beide zijden van het semi-permeabel
membraan gelijk wordt?
Leg je antwoord uit.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
23
Superslurpers, nu nog beter!
Figuur 14: permeabel membraan.
Figuur 15: semi-permeabel membraan.
Osmose
Osmose treedt op als twee oplossingen met een verschillende concentratie van elkaar
gescheiden zijn door een zogenaamd semi-permeabel membraan. Door dit membraan
kunnen alleen watermoleculen (zie figuur13). Door osmose treedt er waterverplaatsing op
van de oplossing met de laagste concentratie naar de oplossing met de hoogste
concentratie. Hierdoor daalt de concentratie van deze laatste oplossing. Doordat er uit de
oplossing met de laagste concentratie water weggaat, stijgt de concentratie van deze
oplossing.
De osmotische waarde van een oplossing wordt bepaald door de concentratie van de
opgeloste stoffen. Hoe hoger de concentratie van een bepaalde oplossing is, des te hoger
is de osmotische waarde (zie Binas tabel 76). De osmotische waarde van een oplossing is
afhankelijk van het aantal opgeloste deeltjes per volume-eenheid. Dit is vooral van belang
bij stoffen die in water in ionen splitsen. Keukenzout - natriumchloride(s) - valt in water
uiteen in ionen.
33.
a.
b.
Geef de vergelijking voor het oplossen van keukenzout.
Geef de vergelijking voor het oplossen van natriumcarbonaat(s).
Glucose, C6H12O6(s), is een moleculaire stof en valt in water niet uiteen in ionen, er
ontstaat C6H12O6(aq).
34.
Drie oplossingen worden gemaakt door evenveel ‘deeltjes’ van respectievelijk
glucose, natriumcarbonaat en natriumchloride in een gelijk volume water op te
lossen.
Leg uit welke oplossing de hoogste osmotische waarde heeft.
Als een natriumchloride-oplossing en een glucose-oplossing gescheiden zijn door een
semi-permeabel membraan, treedt osmose op (zie Binas tabel 76).
Samengevat:
Osmose is te omschrijven als de verplaatsing van water door een semi-permeabel
membraan, van een plaats met een lage osmotische waarde -, een lage concentratie
opgeloste stof - naar een plaats met een hogere osmotische waarde - een oplossing
met een hogere concentratie.
24
Superslurpers, nu nog beter!
Maar hoe zit dat nou in superslurpers?
35.
Waterlock is een merknaam voor een waterabsorberend polymeer.
Lees het onderstaande stukje vertaalde tekst aandachtig door. In dit artikel wordt
uitgelegd hoe de werking van een superslurper is.
(Bron: http://showcase.netins.net/web/growingtrees/waterlock.htm )
Natriumpolyacrylaat is een polymeer met een zeer bijzondere eigenschap: het
is in staat om 825 keer zijn eigen gewicht aan water te absorberen. In de
huidige dunne, superslurpende wegwerpluiers wordt gebruik gemaakt van
deze eigenschap.
Deze eigenschap is te verklaren met behulp van het principe van osmose:
diffusie van deeltjes door een membraan, waardoor concentratieverschillen
worden opgeheven. Het watermolecuul heeft een buitenzijde die doorlaatbaar
is voor watermoleculen en een binnenzijde, vol met natrium, zodat er een hoge
natriumconcentratie binnenin het molecuul is ten opzichte van de
natriumconcentratie in het water.
Omdat de natriumionen door de aantrekkende krachten niet uit het molecuul
kunnen ontsnappen, komen er door de osmotische druk watermoleculen
binnen. Hierbij wordt de natriumionenconcentratie verlaagd en zal het verschil
met de natriumionenconcentratie in het water kleiner worden. De toevoeging
van een zoutoplossing aan het polymeer, dat zich volgezogen heeft met water,
verhoogt de natriumionenconcentratie van het water. Het gevolg is dat er
water uit het polymeernetwerk zal stromen in een poging om de beide
natriumionenconcentraties binnen en buiten het netwerkpolymeer even groot
te maken.
a.
b.
c.
In regel 6 staat: ‘Het watermolecuul heeft een buitenzijde, die doorlaatbaar is voor
watermoleculen en….’
Welke informatie in deze zin is onjuist?
In regel 7 staat: ‘en een binnenzijde vol met natrium’.
Leg uit in welke vorm dit ‘natrium’ voorkomt.
Waarom vloeit er bij een stukje natriumpolyacrylaat, dat verzadigd is met water, bij
toevoegen van een zoutoplossing water uit het natriumpolyacrylaat?
2.3 Hydratatie
Als een zout in water oplost worden de vrij bewegende ionen door watermoleculen
omringd. Chemici spreken dan van hydratatie. Dit wordt later dit jaar in je boek uitvoerig
behandeld.
In figuur 16 wordt een voorbeeld gegeven.
Figuur 16: een gehydrateerd chloride ion
25
Superslurpers, nu nog beter!
Bijlage 3
Zijn er nog andere toepassingen met absorberende stoffen?
Absorberende stoffen - superslurpers - worden niet alleen in luiers toegepast. Ze komen
ook voor in keukenrollen, maandverband en incontinentieluiers. Daarnaast worden ze op
verschillende manieren toegepast in de cosmetica. Denk hierbij aan haargel. Ook in de
tuinbouw worden superslurpers gebruikt en zelfs als brandwerend materiaal zijn ze
bruikbaar.
Keus genoeg om nog eens een eigen onderzoekje te doen.
Praktische opdracht 3
Kies één van de keuzeopdrachten, die op de volgende pagina’s staan.
Werkplan
Na je keuze lever je z.s.m. een werkplan in bij je docent en/of TOA. Dit werkplan moet
eerst goedgekeurd worden voordat je met je eigen onderzoek begint.
Presentatievorm
Een poster met bijbehorend verslag.
Poster:
*
De poster moet op een afstand van 1à 2 meter goed leesbaar zijn.
*
Waar gaat de poster over? Dit moet zichtbaar worden gemaakt door een pakkende
tekst, een fraaie illustratie of een in het oogspringend plaatje.
*
De boodschap moet blijven hangen: weet ik na het één keer, binnen één minuut, wat
de boodschap is? En weet ik dat een uur later nog?
*
Gebruik een groot, duidelijk leesbaar lettertype.
*
Er moet contrast zijn tussen voor- en achtergrond.
*
De poster is overzichtelijk, dat wil zeggen op een duidelijke en logische manier
ingedeeld.
*
De poster heeft een goede vlakverdeling.
*
De foto’s, tekeningen en schema’s zijn overzichtelijk en verhelderend.
*
De poster ziet er verzorgd uit.
Verslag:
*
Een inleiding met de probleemstelling.
*
De onderzoeksvraag.
*
De resultaten nader uitgewerkt.
*
Een duidelijke koppeling naar de theorie van de werking van superslurpers om de
resultaten te verklaren.
*
Conclusie.
*
Discussie en verbeterpunten van je proef.
*
Gebruikte bronnen.
26
Superslurpers, nu nog beter!
Keuzeopdracht 1: Superslurpers in de tuinbouw.
Lees het onderstaande artikel door. (Bron: http://www.watersorb.com)
A little water-absorbing polymer is better than no polymer at all
Application rates of the polymer vary due to type of soil, region and type of plant.
Generally, clay soils require less polymer and sandy soils require more. Arid regions
and areas subject to heat and drought require more polymers. Wet, cool regions
require fewer polymers, however polymers in these regions are very beneficial for
planting on slopes. All rates are an approximation and with experience the planter
will determine the rates for their individual needs and conditions. When applying dry
water absorbing polymer, the main thing to remember is more isn’t always better.
The polymer should be worked into the ground to provide equal distribution. Some
polymer users have been known to plant annuals on top of an ample amount of
polymer without working it in the soil, and after the first rain, find the plant out of the
ground and a large lump of jelly-like substance (hydrated polymer) in its' place. If
hydrated polymer is allowed to remain above the ground, sunlight will hasten the
breakdown to its primary elements of carbon dioxide, ammonia and water.
Gegeven:
- Application rates: dosering
- Arid: droog, onvruchtbaar
- Drought: droogte
- Approximation: benadering
- Annuals: eenjarigen
- Jelly-like: gelatinepudding-achtige
- Hydrated: gehydrateerd
- Breakdown: afbraak
Volgens deze reclame voor watersorb wordt door het toevoegen van een hoeveelheid
superslurpers aan de grond de capaciteit om water vast te houden verbeterd, waardoor
het minder vaak nodig is om de planten water te geven. In de tekst staan enkele
aanwijzingen voor het gebruik van de superslurpers.
Bedenk een onderzoeksvraag en ontwerp een proef om deze te onderzoeken. Minimaal
drie van de volgende aspecten moeten een rol spelen in je eigen onderzoek:
•
•
•
•
•
•
•
•
Verschillende soorten grond.
De diepte waarop de superslurpers zijn ingegraven.
De verdeling van de superslurpers door de grond.
De frequentie van het water geven van de planten.
De absorberende capaciteit van de superslurpers in combinatie met
kunstmest.
Het herhaaldelijk opnemen en afstaan van water door de superslurpers.
Kunnen planten op alleen superslurpers groeien?
Eigen ideeën voor onderzoek.
27
Superslurpers, nu nog beter!
Keuzeopdracht 2: Blijven baby’s billetjes echt droog?
Voor verschillende leeftijdsgroepen baby’s bestaan er verschillende luiers. Een baby van
18 maanden plast per keer meer dan een baby van 8 maanden. De billetjes van de baby
moeten droog blijven. Hiertoe zit er in een luier een aangepaste hoeveelheid superslurper
en een drooghoudlaagje dat de plas doorlaat en voorkomt dat deze terugloopt. De
snelheid waarmee een superslurper de plas absorbeert, speelt hierin natuurlijk ook een
rol.
Een superslurper is in staat om een grote hoeveelheid vocht te absorberen op basis van
het verschil in osmotische waarde. Kan de superslurper het vocht weer afstaan? Dit
betekent dat de osmotische druk of moet worden overwonnen of kleiner gemaakt moet
worden.
Bedenk een onderzoeksvraag en ontwerp een proef om dit te onderzoeken. Minimaal drie
van de volgende aspecten moeten in je eigen onderzoek voorkomen:
•
•
•
•
•
•
•
Werkt het drooghoudlaagje in beide richtingen?
De relatie tussen de aanwezigheid van opgeloste zouten en de grootte van
de osmotische druk.
Is het mogelijk om met zout het vocht weer uit de luier te halen?
Zo ja, hoeveel gram zout is er dan nodig?
De grootte van de tegendruk bij een bepaalde luiersoort
De relatie tussen het gewicht van de baby (de leeftijd van de baby) en de
grootte van de tegendruk die uitgeoefend moet worden op de luier.
De relatie tussen de opnamesnelheid van de plas door de luier en de maat
van de luier.
Eigen ideeën.
Keuzeopdracht 3: Helpen superslurpers bij brand?
Toevallig merkte een brandweerman in Florida bij het bestrijden van een huisbrand dat de
luiers in de vuilnisbak niet verbrand waren. Naar aanleiding hiervan ontwierp hij een
brandbestrijdingsmiddel: “Barricade-Fire Blocking Gel” met superslurpers als basis.
In de zuidelijke staten van de VS, waar elk jaar bosbranden woeden, hebben de
brandweerauto’s het middel standaard bij zich. Door het blusmiddel te mengen met water
kunnen zij het op de huizen spuiten die door brand bedreigd worden. Het middel blijft tot
36 uur werkzaam en kan tot een aantal dagen na de brand gemakkelijk met een
waterstraal worden verwijderd. Wanneer het te lang blijft zitten, droogt het uit en kan het
de houtlagen eronder aantasten.
Bron: www.barricadegel.com/
Bedenk een onderzoeksvraag en ontwerp een proef om dit blusmiddel te onderzoeken.
Minimaal drie van de volgende onderdelen moeten een rol spelen in je eigen onderzoek:
•
De manier van blussen met behulp van de superslurper. Hoe wordt de
superslurper aangebracht?
•
Toon aan dat het blusmiddel werkt op een aantal verschillende materialen.
•
De duur van de werkzaamheid.
•
Het gemak van het verwijderen.
•
Eigen ideeën
Of: ontwerp een “blusser” die door particulieren is te gebruiken.
28
Superslurpers, nu nog beter!
Keuzeopdracht 4: Wegwerpluiers, nu nog beter en nog droger!
Deze opdracht wordt door 2 à 3 groepjes van twee leerlingen uitgevoerd.
Voordat een kind zindelijk is, heeft het zo’n 7000 wegwerpluiers gebruikt. Er is dus een
enorme markt voor wegwerpluiers. Je hoeft alleen maar naar de reclames op televisie te
kijken of langs de schappen in de supermarkten te lopen om te zien dat er keuze genoeg
is: Pampers, Huggies, Up & Go, huismerk, noem ze maar op.
Een nieuw merk probeert een plaatsje op de markt te veroveren. De leverancier wil een
pakkende naam voor zijn luiersoort en een aantrekkelijke verpakking met daarop de
pluspunten van zijn luier in vergelijking met andere luiersoorten.
Maak een goede taakverdeling voor de verschillende groepjes.
De eerste opdracht is het doen van een vergelijkend prijs/ kwaliteit onderzoek tussen vier
verschillende merken luiers. Maak hiervoor een werkplan.
Let hierbij op de volgende aspecten:
•
•
•
•
•
•
De snelheid van het opnemen van de plas.
De hoeveelheid op te nemen plas.
Lekmogelijkheden.
Bewegingsvrijheid.
De prijs.
Eigen ideeën.
De tweede opdracht is het bedenken van een nieuwe naam en het ontwerpen van een
verpakking.
Let hierbij op de volgende aspecten:
•
•
•
Het geheel moet duidelijk leesbaar zijn.
De verpakking moet aantrekkelijk zijn.
De pluspunten van deze luier volgen uit de resultaten van een vergelijkend
prijs/ kwaliteit onderzoek. Deze resultaten moeten op de verpakking staan.
Keuzeopdracht 5: Nog andere toepassingen?
Door hun enorme absorptievermogen zijn superslurpers ook geschikt voor andere
toepassingen. Zo experimenteert men op dit moment met het transport in het lichaam van
medicijnen, verpakt in een gel van een soort superslurper. Er zijn misschien nog wel veel
meer toepassingen te bedenken.
Een paar mogelijkheden:
•
Zitten er superslurpers in haargel?
•
Zou het mogelijk zijn om een ruimte vochtvrij te houden met behulp van
superslurpers? Kun je dezelfde hoeveelheid superslurpers dan blijven
gebruiken?
•
Is een superslurper in staat om alcohol of wasbenzine uit water te halen?
•
Misschien kun je zelf nog een toepassing bedenken waarbij het belangrijk is
om watervrij te werken.
Bedenk naar aanleiding hiervan een onderzoeksvraag en ontwerp een proef om deze te
onderzoeken.
29
Superslurpers, nu nog beter!
Keuzeopdracht 6: Verbranden of recyclen?
In wegwerpluiers bevinden zich een aantal hoogwaardige uitgangsstoffen:
superabsorberende polymeren (SAP), cellulose en een aantal kunststoffen.
Als de luiers gebruikt zijn worden ze weggegooid in de vuilnisbak. Vaak komen ze dan in
de vuilverbrandingsoven.
Wat gebeurt er in de verbrandingsoven?
Bedenk een onderzoeksvraag en ontwerp een proef om dit te onderzoeken.
In de jaren tachtig is men begonnen met een recycleproject, waarvan het doel drieledig
was:
1.
Het ontwikkelen van een proces dat het recyclen technisch mogelijk maakt;
2.
Het opzetten van een inzamelsysteem bij een aantal instellingen;
3.
Bewijzen dat de teruggewonnen producten ook daadwerkelijk in hoogwaardige
toepassingen kunnen worden ingezet.
Bedenk een onderzoeksvraag en ontwerp een experiment om deze doelen uit te werken.
Denk hierbij aan de volgende aspecten:
•
•
•
•
•
Het bedrijf dat het afval ophaalt levert materialen aan de zorginstellingen.
Deze materialen moeten aan een aantal voorwaarden voldoen;
Informatie over het recyclingproces verzamelen
(bijv.: http://www.knowaste.org).
Is er een mogelijkheid om het verwerkingsproces of onderdelen daarvan na
te bootsen op school?
Kun je van luiers papier maken?
Een beargumenteerde mening geven over de zin of onzin van het recyclen
van luiers.
30