Lesmateriaal – Pagina 14 – Scheikundejongens

Profielwerkstuk onderwerpen

We kregen de vraag “wat is nou een leuk onderwerp voor een profielwerkstuk over scheikunde?” Natuurlijk zijn wij de beroerdste niet, dus hier een lijstje met leuke experimenten — dat vinden wij in ieder geval — waar goed een profielwerkstuk omheen te bouwen is.

Synthese (maken)

Synthese van / onderzoek naar magnetische vloeistoffen
Synthese van kleurstoffen of luminescerende stoffen
Synthese van pijnstillers: aspirine, paracetamol, benzocaine
Synthese van geurstoffen / esters
Groeien van kristallen
Synthese van silly putty

Hoewel bovenstaande onderwerpen onder “maken” staan, betekent dat niet dat je helemaal niets hoeft te meten. Als je iets hebt gemaakt, wil je daarna ook weten hoe zuiver het is. Denk bijvoorbeeld aan analyses met infraroodspectroscopie, gaschromatografie, dunnelaagchromatografie of NMR.

Analyse (meten)

Oppervlaktespanning / kritische micel concentratie bepalen (denk ook aan dingen als zeep, teflon, speciale planten)
Chemiluminescentie: werking van luminol, katalysatoren hiervoor vergelijken
Bepalen aspartaamgehalte in frisdranken
Bepalen cafeïnegehalte in koffie, thee, cola, …
Bepalen theobromine/cafeïne in chocolade
Bepalen alcoholgehalte in zelfgebrouwen bier (of wijn)
Bepalen ijzer-, chroom-, aluminium-, koper-, nikkel-, calcium-, magnesium-, natriumgehaltes, etc in voeding, staal of leidingwater
Bepalen fosforzuurconcentratie in cola, fanta en andere dranken
Aantasting van tanden door cola of andere zure dranken
Bepalen nicotinegehalte in sigaretten(rook) of nicotinekauwgom
Bepalen capsaïcinegehalte in verschillende soorten rode peper
Bepalen kininegehalte in tonic
Bepalen fluoridegehalte in tandpasta
Maken van/onderzoek naar zonnebrandcreme
Kleuren in vuurwerk
Viscositeit

Bepalingen van biologisch actieve stoffen zoals cafeïne of aspartaam kun je ook goed combineren met een onderzoek naar de werking/bijwerkingen ervan, bijvoorbeeld als je je profielwerkstuk zowel over scheikunde als biologie doet. Dat geldt ook voor de synthese van pijnstillers.

Er zijn ook dingen die je vooral niet moet doen:

‘Onderzoek naar DNA’: te algemeen en te lastig
‘Onderzoek naar kanker’: idem
Ingewikkelde (meerstaps) syntheses
Onderzoek naar explosieven
Het Miller-Urey experiment
Onderzoek naar stamcellen

Zorg dat je jezelf gerichte vragen stelt. Een vraag zoals “wat zijn de effecten van feromonen?’’ is te algemeen. Het aantal feromonen is te groot om op te noemen, en ze hebben allemaal verschillende effecten. Hoe kun je zo’n vraag dan ooit beantwoorden?

Tot slot: wanneer je er niet uit komt, je toffe experiment niet op school kunt uitvoeren of je een analyse niet op school kunt doen, neem contact op met de profielwerkstukken hulp Scheikunde aan de Universiteit Utrecht of check google voor een universiteit in de buurt. Ze helpen graag!

edit: omdat dit bericht zo populair is, hebben we een speciale profielwerkstuk-pagina met meer en uitgebreidere suggesties aangemaakt.

Dihydrogeen monoxide (DHMO)

Eerlijk als we zijn, zouden we iedereen graag willen waarschuwen voor het volgende. In 1990 al is er opgeroepen tot een verbod op dihydrogeenmonoxide (DHMO) door Eric Lechner, Lars Norpchen and Matthew Kaufman en sindsdien is er maar weinig gebeurd. De Scheikundejongens vinden dat er na al die jaren meer ondernomen had moeten worden en beginnen de strijd opnieuw. Hier de Nederlandse vertaling van het eerste officiele waarschuwingsbericht.

Dihydrogeen monoxide (DHMO) is een van de gevaarlijkste industriële chemicaliën en oplosmiddelen. Elk jaar worden miljoenen tonnen van deze gepolariseerde chemicaliën in de atmosfeer geloosd door industrie, auto’s en raket uitlaten. Een artikel over het onderwerp schrijft (vertaalt):

“Dihydrogen monoxide is kleurloos, geurloos, smaakloos en dood duizenden mensen elk jaar weer. De meeste van deze doden zijn te wijten aan inhalatie per ongeluk van DHMO, maar de gevaren van dihidrogen monoxide eindigen hier niet. Langdurige blootstelling aan zijn vaste vorm heeft ernstige weefsel beschadigingen tot gevolg. Symptomen van het binnenkrijgen van DHMO kunnen o.a. overmatig zweten en urineren zijn en mogelijk ook een opgeblazen gevoel, misselijkheid en overgeven.”

Het artikel gaat verder door om ook gevaarlijke verhogingen in bloed plasma niveaus en zelfs de dood als symptomen op te geven. Er zijn echter nog veel meer gevaren aan DHMO:

Vaak gevormd in industriële processen waar wordt gewerkt meest gevaarlijke zuren en de meeste corrosieve basen die er bestaan, vormt DHMO, ook bekend als Hydroxyl Zuur, een hoofdbestanddeel van zure regen. Zure regen tast bomen, gebouwen, en historische monumenten aan. Bovendien accelereert DHMO corrosie en roesten van vele metalen.

DHMO is een hoofdfactor in het zogenaamde ‘versterkte broeikas-effect’. Het is een sterk broeikasgas.

Zelfs met het gewone, onedele metaal natrium reageert DHMO agressief. Het veroorzaakt dat de combinatie, zelfs al op kamertemperatuur, spontaan en explosief ontvlamt.

Contact met gasvormige vormen van DHMO veroorzaakt ernstige brandwonden.

Kleurloos, geurloos en smaakloos maakt de damp van DHMO bijna ondetecteerbaar

In grote hoeveelheden kan het planten ervan weerhouden voedingsstoffen op te nemen en in grotere, doch nog steeds veel voorkomende, hoeveelheden loogt het actief voedingsstoffen uit de wortels van planten. In beide gevallen dood de chemicalië de plant.

Van weefsel monsters, welke waren geplaatst in DHMO, is bekend dat zij in veel gevallen spontaan barsten waardoor zij celfragmenten achterlieten die sterke overeenkomsten vertonen met kanker cellen en zelfvernietigende cellen. Onbalans in de niveaus van DHMO, waar er minder van aanwezig is dan het scenario waar cellen ontploffen, leid ertoe dat een weefsel monster zijn normale functie stopt, zelfs bij kleine hoeveelheden DHMO, en afsterft. Voedingsstoffen kunnen niet worden getransporteerd en vele celprocessen kunnen niet plaatsvinden, zelfs als de concentraties laag zijn.

De chemische eigenschappen van DHMO maken het een hoofdfactor in bodemerosie van ontboste gebieden.

DHMO is zo wijdverspreid in ons milieu dat het zelfs gevonden wordt in Arctisch en Antarctisch ijs.

Miljoenen tonnen van deze gevaarlijke industriële stof worden routinematig geloosd in onze oceanen en waterwegen door industrie, rioolwater zuiveringen, en storm overlopen. In feite zijn rioolwater zuiveringen zo ontworpen dat DHMO ongehinderd door alle filters kan lopen zonder eruit te worden gefilterd.

Honderden zwemmers, scheepsopvarenden, en vissers overlijden elke zomer als gevolg van blootstelling aan DHMO in het water. Er zijn bewijzen welke aantonen dat de consumptie van alcohol de risico’s van DHMO ernstig vergroot. Het primaire gevaar is de inhalatie van DHMO tijdens zwemmen.

Boten, weerstations, en zelfs enkele huizen zijn tegenwoordig uitgerust met apparatuur om DHMO concentraties in de atmosfeer te kunnen meten terwijl die stijgt en daalt over de periode van luttele uren. Als DHMO concentraties te hoog worden nemen veel zeilers actie door luiken te sluiten, zeilen te strijken, en binnenin de boot te blijven totdat het gevaar geweken is.

DHMO word gebruikt in de distributie en applicatie van pesticiden. Zelfs na herhaaldelijk uitspoelen en wassen van de oogst is deze nog steeds verontreinigd met DHMO.

Langdurige blootstelling aan DHMO’s vaste vorm kan ertoe leiden, dat weefsel dat door DHMO word beschadigd, moet worden geamputeerd.

De giftige stof wordt gebruikt in zowel nucleaire energieopwekkingcentrales en in vele gruwelijke dierproeven.

In verscheidene studies bevatte bijna elk monster van met kanker besmet weefsel alarmerend hoge concentraties DHMO.

Nog een citaat over het onderwerp:

“De Europese overheid heeft geweigerd om de productie, distributie en gebruik van deze schadelijke chemicalië uit te bannen vanwege haar: ‘belang voor economische gesteldheid van de Europese Unie.’ Sterker: de marine en verschillende andere Europese defensie organisaties voeren experimenten uit met DHMO en ontwerpen multi-miljoenen kostende apparaten om DHMO te kunnen controleren en gebruiken in oorlogssituaties.”

Stop de industrie van het vernietigen van het milieu door het vrijlaten van DiHydrogen MonOxide! Er zijn verscheidene organisaties op het internet te vinden waarbij je je kan aansluiten als je het ook oneens bent met wat er gebeurt rondom DHMO. Nu is je tijd om te helpen!
Coalition to Ban DHMO
211 Pearl St.
Santa Cruz CA, 95060

Meer (Engelse) informatie en reacties op dit onderwerp vind je op deze site. Het originele, officiële document vind je hier. Check ook het bericht van de ‘Ban DHMO’ website. Bovenstaande vertaling is gemaakt door Olaf Zalm. Tot slot nog een interview.

Vul je eigen waterstofballon

Zet de veiligheidsbril maar op, knoop je labjas dicht en trek handschoenen aan. Het is tijd voor wat haardkoor chemie. We gaan namelijk onze eigen Hindenburg maken. Hopelijk zonder de bijbehorende vlammenzee. Dat moet haast ook wel, want waterstof brandt met een onzichtbare vlam.

Ter zake. In deze doe het jezelf gaan we een ballon vullen met waterstof. Dit betekent dat we op een of andere manier waterstof moeten produceren. Dat kan natuurlijk met elektrolyse, maar dat is saai, langzaam en de kans dat je thuis een toestel van Hofmann hebt staan is ook klein. Tijd voor iets spectaculairders.

Let op: er staat niet voor niets aan het begin van dit stukje dat je een veiligheidsbril op moet zetten. Onderstaande reacties zijn enorm exotherm en je wilt echt geen kokende zuren of basen in je oog, op je handen of op je kleren. Scholieren: vraag je docent om hulp.

Hindenburg zeppelin gevuld met waterstof. Hetgeen dat je ziet branden is vooral de coating van de ballon, omdat het waterstof veel te vluchtig is en brandt met een kleurloze vlam.

Calciumhydride

Calciumhydride, CaH₂, is een metaalzout dat soms wordt gebruikt wanneer er iets moet worden gedroogd. Het reageert zeer heftig met water, waarbij waterstof ontstaat:

CaH₂ (s) + 2 H₂O (l) → Ca²⁺ + 2 OH^– + 2 H₂ (g)

Uitvoering: Breng in een afzuigerlenmeyer, rondbodemkolf of iets anders met twee openingen een flinke hoeveelheid water (maar niet teveel, anders spettert er allemaal water de ballon in). Voeg een brokje calciumhydride toe, maar doe de ballon er nog niet direct op. Er zit nu namelijk nog allemaal lucht in, en dat wil je niet in de ballon hebben. Maak als de reactie afgelopen is de ballon vast en voeg nog een stukje calciumhydride toe. Houd de ballon goed vast terwijl je de stop er snel op doet.

De reactie verloopt heel snel, dus het geheel vereist enige oefening.

Aluminium en natronloog

Wellicht heb je geen calciumhydride bij de hand. Een alternatieve methode is om natronloog te laten reageren met aluminium:

2 Al (s) + 6 OH^– → 2 AlO₃^3- + 3 H₂ (g)

Deze reactie verloopt een stukje langzamer dan de vorige. Daardoor kun je gewoon wat natronloog in een erlenmeyer doen, aluminium erbij en rustig de ballon erop zetten.

Natronloog (1 — 4M) heeft je docent scheikunde ongetwijfeld staan. Aluminium kun je halen uit bijvoorbeeld de onderkant van een blikje frisdrank of aluminiumfolie. Deze reactie werkt overigens ook met zoutzuur.

Voor de slimmeriken: de reactie is inderdaad hetzelfde als de beruchte crofty bomb.

De klassieker: zink en zoutzuur

De oldskool methode om op labschaal waterstof te maken, is met zink en zoutzuur:

Zn (s) + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂ (g)

Niet alleen is zink goedkoper dan aluminium, ook komt er bij deze reactie minder warmte vrij. Samen met het toestel van Kipp was dit vroeger dan ook een gemakkelijke manier om ter plekke waterstofgas of CO₂ te maken — dit laatste maak je door soda in plaats van zink te nemen.

Zetten jullie wel “scheikundejongens.nl” op jullie ballon als jullie hem oplaten?

Kristallen kweken

Tijd voor weer een leuke doe-het-jezelf. In deze post gaan we je uitleggen hoe je zelf een kristal kunt maken. Maar eerst zullen we uitleggen wat een kristal nu eigenlijk is, en wat daar zo bijzonder aan is.

In ons dagelijkse leven komen we drie soorten stoffen tegen: vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. In vloeistoffen en gassen bewegen de moleculen of atomen kriskras door elkaar: er is alleen maar wanorde. In een vaste stof bewegen de moleculen niet meer kriskras door elkaar, ze staan stil. Voor een vaste stof zijn er in principe twee vormen: kristallijn en niet-kristallijn. Een niet-kristallijne vaste stof heeft nog wel de wanorde van de vloeistof, maar de moleculen/atomen bewegen niet meer. Niet-kristallijne vaste stoffen worden ook wel eens een glas of amorfe vaste stof genoemd. Voorbeelden van een glas zijn ‘gewoon glas’ (duh! Zoals in ruiten en theeglazen), plastics, hars en lijm.

In een kristal zitten de moleculen niet alleen stil, ze zijn ook nog eens netjes geordend zoals op het plaatje hiernaast. Dit plaatje stelt een kristal van keukenzout (NaCl) voor. De paarse bolletjes zijn de Na⁺ ionen, de groene de Cl^– ionen. Niet alleen keukenzout vormt kristallen, ook suiker (kandijsuiker) of water kunnen dat (dan noemen we het sneeuw, zie afbeelding hieronder). Een leuk feitje: kristalglas is helemaal geen kristal, maar amorf glas wat mooi glinstert doordat het een hoge brekingsindex heeft. Dit laatste wordt bereikt door toevoeging van veel loodoxide. En lood is altijd giftig. Eet dus geen kristalglas.

Gelukkig hoef je helemaal niet te wachten tot het weer gaat sneeuwen voordat je weer plezier kunt hebben met kristallen. Je kunt namelijk ook zelf een kristal groeien. Het makkelijkste gaat dit met een aluin, een groep van zouten waarvan kaliumaluminiumsulfaat [KAl(SO₄)₂] de bekendste is. Aluin is te koop bij elke lokale drogist: het wordt gebruikt als bloedstelpend middel tegen bijvoorbeeld scheerwondjes.

Je eigen kristal groei je als volgt:

Eerst verwarm je wat water (het liefst demiwater). Hierin los je zoveel mogelijk aluin op.
Als er niets meer oplost, voeg je nog een beetje extra water toe en filtreer je eventuele restjes aluin of stofjes eruit. Dit kan bijvoorbeeld met een koffiefilter.
Nu laat je de oplossing een paar dagen staan met een deksel er losjes op (de deksel is tegen stof). Als de oplossing afkoelt, kan er gaandeweg steeds minder aluin opgelost blijven en krijg je allemaal kleine kristallen.
Haal de kristalletjes uit de oplossing (bijvoorbeeld met een koffiefilter, in elk geval niet met je vingers) en zoek de grootste uit. Deze ga je nu verder groeien. Je maakt weer een verzadigde aluinoplossing, en legt het kristal daar in. Je kunt ook een touwtje om het kristal binden en het kristal mooi in het midden van de oplossing hangen, maar dan krijg je wel een touwtje in het kristal.
Wanneer de oplossing afkoelt, zal het kristal steeds verder aangroeien. Dit proces kun je een aantal keer herhalen, en zo kun je hele grote kristallen groeien.

Het is bij het aangroeien van kristallen heel belangrijk dat je zorgt dat er geen stofjes in de oplossing komen. Anders zal het kristal gaan groeien op het stof, in plaats van op het kristal dat je al had. Dek de oplossing dus goed af. Het is tegelijk ook belangrijk dat je het groeien niet doet in een afgesloten potje, want dan kan het potje breken wanneer de oplossing afkoelt.

Voor meer details en voor foto’s, check thuisexperimenteren.nl

Veel succes met het groeien van je kristal! We zijn benieuwd naar jullie resultaten, dus laat een reactie achter. Scheikundejongens houden van reacties.

Wolfram|Alpha

Wie het Internet in de gaten heeft gehouden — vooral de Blogosphere — kan het niet ontgaan zijn dat er een nieuwe ‘computational knowledge engine’ online is (dus géén zoekmachine). De makers van het fantastische programma Mathematica hebben een machine die alleen feiten geeft. Wolfram|Alpha. Geen vervanger van Google dus, maar een aanvulling. Hieronder de plug-in voor op je site.

Voor wie is Wolfram|Alpha? Men geeft ons scheikundigen, de volgende voorbeelden. Alle bèta-wetenschappers en alle anderen die met getallen, formules en grootheden te maken hebben, zullen blij zijn. Het gebruik is gratis en voor iedereen die op zoek is naar ‘high-level’ kennis.

Maar werkt het nou een beetje? Nee, natuurlijk niet. Niet fantastisch in ieder geval. Je moet goed weten wat de zoekmachine allemaal kan verwerken. “Houdt mijn oma van koekjes” is niet alleen lastig omdat het Nederlands is (de zoekmachine is Engels), maar ook omdat Wolfram|Alpha jouw oma niet kent (koekjes kent de zoekmachine wel). Wolfram|Alpha weet gelukkig wel het antwoord op De Vraag. Van meer chemisch nut is bijvoorbeeld het zoeken van alle isomeren van C₁₀H₂₂, het opzoeken van fasediagrammen of het vergelijken van de kookpunten van stikstof en zuurstof. De zoekmachine kan je ook vertellen hoeveel cafeïne er in cola, koffie en thee zit.

De eerste bug die wij vonden, is dat geconcentreerd H2SO4 18 molair is (dit klopt inderdaad), maar dat Wolfram|Alpha tegelijk aangeeft dat een oplossing van H2SO4 niet meer dan 10,3 M kan zijn. Vreemd. Ook aardig is dat de zoekmachine je kan vertellen hoe je een 1 M oplossing van hexaan in water kunt maken, terwijl hexaan helemaal niet oplost in water.

Zaken waarvan ik heel blij ben dat ze ‘in ontwikkeling’ zijn: de Schrödinger vergelijking en MSDS (veiligheidsinformatie voor chemicaliën). Als je nog meer dingen tegenkomt die niet of niet goed werken, laat het ons weten.

We moeten goed in de gaten houden dat Wikipedia en YouTube de eerste paar maanden ook niet zoveel voorstelden, maar als dit uitontwikkeld is, ben ik heel erg benieuwd naar het resultaat. Wij zijn bijvoorbeeld erg benieuwd of er een Nederlandse versie komt. Hoe dan ook, wij zijn nu al fan.