Antwoorden

(Alleen beschikbaar voor docenten)

Hier vind je de antwoorden op de vragen in het stappenplan.

Stap 1: Alcohol

1.1 Klik op de woorden om uit te zoeken wat organische verbinding, hydroxylgroep en koolstofketen betekenen.

Organische verbinding: Een chemische verbinding die minstens één koolstofatoom (C-atoom) bevat.

Hydroxylgroep: Een functionele groep die bestaat uit een zuurstof- (O) en een waterstofatoom (H). Deze groep wordt ook wel de OH-groep genoemd.

Koolstofketen: Een keten van koolstofatomen, vaak omringd door waterstofatomen.

1.2 Welke namen van koolstofketens ken je nog meer?

Methaan, ethaan, propaan, butaan, pentaan, hexaan, heptaan, octaan

1.3 Kijk goed naar de namen van de alcoholen. Welke overeenkomsten zie je? En welke verschillen zijn er?

Overeenkomst: De koolstofketen blijft gewoon hetzelfde heten, gebaseerd op het aantal C-atomen in de keten.

Verschillen: Er is één H-atoom vervangen door een OH-groep. Alle namen eindigen op -ol.

1.4 Teken de structuurformule van butanol en hexanol.

 

 

Stap 2: Alcoholconsumptie

2.1 Bereken hoeveel liter (let op!) ethanol er in de fles rum zit verwerkt.

750 ml x 79%  ( 750 / 100 x 79 ) = 592,5 ml alcohol = 0,5925 L alcohol

2.2 Leg het verschil uit tussen massapercentage en volumepercentage.

Massapercentage is het gedeelte van een stof dat wordt gegeven in procenten ten opzichte van de volledige massa. Het volumepercentage is het gedeelte van een stof dat wordt gegeven ten opzichte van het volledige volume. Voorbeeld: Als het massapercentage van wijn 12% alcohol is, bestaat 12% van de volledige massa uit alcohol. Als het volumepercentage 12% is, bestaat 12% van het volledige volume uit alcohol.

2.3 Noem de 11 gevolgen van alcohol op je lichaam, die in het filmpje genoemd worden.

  1. Je raakt je sociale rem kwijt, die in het voorste gedeelte van je hersenen wordt geregeld, dus je bent bijvoorbeeld minder verlegen.
  2. Je hartslag en ademhaling versnellen na de eerste paar glazen. Als je door blijft drinken zullen je hartslag en ademhaling vertragen, krijg je het warm en zullen je pupillen verwijden. 
  3. Je wordt licht in je hoofd en je ogen gaan dwalen.
  4. Je blijft drinken omdat alcohol verslavend is.
  5. Je raakt verslaafd aan het sociale aspect van alcohol: een feestje is niet meer leuk zonder alcohol.
  6. Je krijgt een kater, die zich uit in misselijkheid, hoofdpijn, moe en chagrijnig zijn.
  7. Je nieren gaan harder werken, dus raak je meer vocht kwijt. Hierdoor kan je uitgedroogd raken.
  8. Je reactievermogen gaat achteruit. 
  9. Als je te veel drinkt kan je ademhaling stoppen, waardoor je in een coma raakt.
  10. Alcohol stimuleert de eetlust, maar vermindert de smaak van eten. 
  11. Wanneer je drinkt is je lichaam bezig de alcohol te verwerken, waardoor het eten dat je binnenkrijgt niet op de juiste manier verwerkt wordt. Hierdoor slaat je lichaam meer vet op en kan je dikker worden.

2.4  Zoek in de tabel hieronder op wat de gevolgen zijn.

0.5: Je polsslag en ademhaling versnellen. Je krijgt een warm gevoel. Smaak, reuk en gezichtsvermogen gaan achteruit en je voelt minder pijn. Je eetlust neemt toe en je moet vaker plassen.

0.78 en 1.31: Stemming en gedrag veranderen duidelijk. Je overschat jezelf. Je geheugen, reactiesnelheid en coördinatie verminderen en het beoordelen van situaties gaat moeilijker. Links en rechts van je gezichtsas neem je steeds minder waar (tunneleffect).

Stap 3: Fermenteren

3.1 Voor de bereiding van alcohol wordt melasse gebruikt. Melasse is een bijproduct van van de suikerbietenindustrie en  bevat veel glucose. Hoe kan je aan onderstaande afbeelding zien dat melasse een bijproduct is?

De afbeelding is een uitgebreidere weergave van een blokkenschema, omdat er niet alleen blokken in staan, maar tekeningen van de productiestappen. Toch gelden hier dezelfde regels als bij een simpel blokkenschema: De pijlen die vanuit een blok (onderdeel van de productielijn) naar buiten (onder) lopen, zijn bijproducten. Vaak geven deze lijnen de afvalstoffen aan, maar houd er rekening mee dat de ‘afval’ in dit geval ook een nuttig bijproduct kan zijn. 

3.2 In het hoofdstuk over naamgeving heb je ook de scheikundige formules voor glucose, koolstofdioxide en ethanol geleerd. Geef deze drie formules en stel de reactievergelijking op waarbij glucose met behulp van gist wordt omgezet in ethanol en koolstofdioxide.

         gist
C6H12O6 ——-> 2 CO2 + 2 C2H6O  
Let erop dat je deze formule nog kloppend moet maken door de stoffen achter de pijl maal twee te nemen.

3.3 PROEF: Fermenteren van witte kool tot zuurkool

Beschrijf de handelingen die je hebt gedaan, zoals de hoeveelheid kool, zout en eventueel water dat je hebt toegevoegd. Maak elke dag, inclusief de eerste dag, een foto van het proces en beschrijf wat je ziet. Probeer aan de hand van de kennis die je nu hebt, te verklaren waarom je die veranderingen waarneemt.

Houd gedurende een week een logboek bij met daarin alle waarnemingen zoals geur, kleur en smaak. Probeer ook zelf al te bedenken wat deze waarnemingen kan veroorzaken. Alle bevindingen worden in de les besproken en uitgelegd. 

Stap 4: Destilleren

4.1 Scheidingsmethoden berusten op een verschil in stofeigenschappen. Op welke stofeigenschap worden stoffen gescheiden wanneer je een mengsel door een filter laat lopen?

Filtreren berust op het verschil in deeltjesgrootte. Een korrel zand past niet door je filter, maar een watermolecuul wel. Hetzelfde gebeurt als je pasta of groenten afgiet in een vergiet; de pasta kan niet door de gaatjes, maar het water wel. 

4.2 Zoek in de BINAS de tabel ‘Gegevens van vloeistoffen’ op. Let op verschillende versies voor vmbo/havo/vwo. Tip: In het register (achter in het boek) kun je zoeken op ‘kookpunt’, het nummer van de tabellen waarin kookpunten staan, staan achter het gezochte woord. Wat is het kookpunt van water? En die van ethanol?

Water: 373 K
Ethanol: 351 K

4.3 Het kookpunt wordt niet gegeven in graden Celsius, maar in Kelvin. Je hebt geleerd hoeveel Kelvin gelijk is aan 20 graden (kamertemperatuur) en nul graden Celsius (vriespunt). Reken de kookpunten om naar graden Celsius.

0 graden C = 273 K
20 graden C = 293 K
373 K = 100 graden C (water)
351 K = 78 graden C (ethanol)

4.4 Welke stof zal het eerst gaan koken, en dus verdampen, wanneer je het mengsel verwarmt?

Het laagste kookpunt, dus ethanol.

4.5 Hierboven zie je een tekening van een destillatie-opstelling. Het mengsel wordt verwarmd, waardoor één van de stoffen verdampt. Door het gas door een gekoelde buis te leiden, wordt de (nu zuivere) stof weer vloeibaar. Hoe noem je de overgang van gas naar vloeistof?

Condenseren

4.6 Welke stof blijf er in de verwarmingsmantel achter als redisu en welke stof wordt het destillaat?

Water blijft achter als residu en ethanol is het destillaat

Stap 5: Blokschema

5.1 Zoals je al bij Stap 3: Fermenteren gelezen hebt, worden melasse  en gist bij elkaar gedaan, waarna de fermentatie plaatsvindt. Het mengsel van stoffen wordt vervolgens gedestilleerd. Hierbij wordt zuiver ethanol verkregen. De bijproducten (afvalstoffen) worden opgeslagen en dienen als beginstof voor andere producten, net als melasse een bijproduct/afvalstof was in de suikerproductie.

Blokschema

5.2 De fabriek waar deze alcohol gemaakt wordt, koopt de melasse in van een suikerfabrikant. In de toekomst wil de eigenaar zelf suikerbieten gaan verbouwen om zo goedkoper aan melasse te komen. Aan het bestaande proces wordt dus ook nog eens het oogsten van de suikerbieten, het wassen, en het vermalen ervan toegevoegd. Geef het blokschema voor dit nieuwe productieproces.

Blokschema 2

Stap 6: Testen en zuiveren

6.1 Lees de tekst onder het kopje ‘What is aging?’. Lukt het niet om de tekst in het Engels te lezen dan kan je sommige woorden, of de hele tekst, (laten) vertalen of laat een klasgenoot je helpen. Probeer in enkele zinnen samen te vatten wat aging is en wat het doel ervan is.

Aging is het opslaan van gedestilleerde stoffen in (vaak houten) vaten voor een bepaalde tijd. Het laten staan vermindert sterke smaken en voegt subtiele smaken vanuit het hout toe. 

6.2 Lees de tekst onder het kopje ‘What effect does aging have on liquor?’ en leg uit waarom de vier flessen whiskey, in de afbeelding hiernaast, verschillen van kleur. Op welke stofeigenschappen zullen ze nog meer van elkaar verschillen?

Wanneer de alcohol is gedestilleerd, is het kleurloos. De meest linker fles bevat alcohol dat nog niet in een vat heeft gezeten. De andere flessen hebben (van links naar rechts) kort, middellang en lang liggen rijpen (aging) en verschillen daarom van kleur. Ze zullen ook verschillen van smaak. Soms kan het laten liggen van de drank ook voor een hoger alcoholpercentage zorgen. 

6.3 Hoe kan de drank, dat een vloeistof is, toch door een gaschromatograaf geleid worden?

Door de drank te verwarmen, zullen het verdampen. Het vrijgekomen gas kan door de chromatograaf geleid worden. 

6.4 Bekijk onderstaand chromatogram. Piek A is de piek die hoort bij ethanol. Op de x-as vind je de tijd en op de y-as de intensiteit van de stof door de detector (hoogte van de piek). Een respons van 1 staat gelijk aan 5 volumeprocent ethanol. Lees de hoogte van de piek af en bepaal het volumepercentage van de geteste drank.

De piek geeft een respons van 14. 
14 x 5% = 70 volumeprocent ethanol

Stap 7: Ureum

7.1 Met welke formule kan je de pH ook alweer berekenen?

 – log [H+]
Neem de -log van de concentratie H+

7.2 Gedurende de reactie moet de pH dus rond de 6,5 gehouden worden. Ethanol is een amfoteer. Ureum is een zuur. Zoek in de encyclopedie op wat een amfoteer is en leg uit waarom een zuur aan de oplossing wordt toegevoegd om de pH stabiel te houden.

Een amfoteer is een stof die zich zowel als een zuur als een base kan gedragen. In een zuur milieu, zoals in dit geval, zal ethanol zich als een base gaan gedragen. Wanneer er meer ethanol (dus base) vrijgekomen is, kan er zuur toegevoegd worden om de pH weer te neutraliseren. De pH van 6,5 ligt iets onder de neutrale pH van 7, dus er zal altijd een licht zuur milieu zijn. 

7.3 Reken uit hoeveel Liter urine een volwassen man van 80 kg mag drinken, voor hij de LD50-grens bereikt heeft. Je mag ervan uit gaan dat één kg urine gelijk is aan één Liter.

Per kg lichaamsgewicht mag je 8,5 gram ureum binnen krijgen. Voor een man van 80 kg is dat (80 x 8,5) 680 gram ureum. Omdat maar 2% van onze urine bestaat uit ureum moet je deze massa nog x 50 doen om aan de juiste massa urine te komen. 50 x 680 gram = 35000 gram = 34 kg = 34 Liter urine. De man mag 34 Liter urine drinken voor hij de LD50-grens bereikt. 

Stap 8: Milieu 1

8.1 Lees het artikel over koelwater en bekijk het filmpje. Bedenk voor beide manieren van koelwatergebruik een gevolg voor het milieu, dat nog niet genoemd is in het artikel.

Wanneer het rivierwater opwarmt, leidt dit tot zuurstofgebrek in het water en uiteindelijk tot vissterfte. De tweede manier van afkoelen voorkomt dat het warme water terugkomt in de rivier, maar warmt wel de omgevende lucht en aarde op, wat veel verschillende gevolgen kan hebben zoals het smelten van ijskappen en het uitsterven van sommige diersoorten.  Kijk maar eens op: http://wibnet.nl/natuur/klimaatverandering/10-verrassende-gevolgen-van-de-opwarming-van-de-aarde. 

Stap 9: Milieu 2

9.1 Bekijk deze website over het gevaar van koolstofdioxide in afgesloten ruimtes. Hier wordt uitgelegd waarom het niet verantwoord is om enkel het zuurstofgehalte te meten. Kijk goed naar de grafiek onder aan het artikel en geef aan waarom een zuurstofgehaltemeter niet volstaat.

Een zuurstofgehaltemeter zal pas af gaan wanneer de concentratie zuurstof onder de 19,5% komt. Zoals te zien is in de grafiek doet een hoge dosis van koolstofdioxide het zuurstofgehalte niet genoeg terugdringen om het alarm af te laten gaan. Het koolstofdioxidegehalte kan dus tot boven de dodelijke concentratie komen, zonder dat iemand het merkt. 

9.2 Bonusvraag: Op de website (en in de afbeelding) staat meerdere malen een verkeerde definitie. Kan je deze vinden?

Koolstofdioxide is niet ‘zwaarder’ dan lucht, het heeft een grotere dichtheid. 

9.3 Welke maatregelen kan een werkgever nemen om de veiligheid van de werknemers te garanderen?

De werkgever kan koolstofdioxidegehaltemeters plaatsen, zodat er een alarm af gaat wanneer het gehalte te hoog dreigt te worden. Deze moeten dan laag aan de grond worden geplaatst, omdat gas een hogere dichtheid heeft dan lucht. Ook moet ervoor gezorgd worden dat de ruimtes waar werknemers aan het werk zijn, goed geventileerd worden om ook lage concentraties te voorkomen. Het plaatsen van waarschuwingsbordjes in de ruimtes waar een koolstofdioxidebron zit, kan zorgen voor meer alertheid onder werknemers. 

Stap 10: Van gist tot mest

10.1 Op deze website vind je een digitaal periodiek systeem. Zoek in het periodieke systeem het element stikstof op. Met welke letter wordt stikstof afgekort? En welk atoom nummer heeft het?

N, nummer 7

10.2 Onder welke groep (beige blok) valt de dode gist?

Dode gist valt binnen het blok afbraak (schimmels en bacteriën)

10.3 Je kan bovenstaande afbeelding aflezen als een blokschema met in de beige blokken de (typen) stoffen en op de pijlen het proces. Beschrijf wat er met de stikstof, afkomstig uit dode gist, gebeurt voor het weer opgenomen kan worden door planten.

De dode schimmels en bacteriën worden door ammonificatie omgezet in ammonium. Daarna wordt het ammonium door nitrificatie (met behulp van nitrificerende bacteriën) omgezet in nitriet en nitraat. Daarna splitst het pad zich in meerdere richtingen:

Door assimilatie komt het nitraat terecht in planten, dieren, schimmels en bacteriën, die weer af worden gebroken als ze dood gaan. Dan begint bovenstaand proces opnieuw.

Het nitraat kan door denitrificerende bacteriën (omgekeerd van nitrificerend) omgezet worden in elementair stikstof dat zich in de lucht bevindt. Vervolgens kunnen sommige bacteriën de stikstof fixeren en in een vorm omzetten die zich in de grond bevindt en planten weer kunnen gebruiken of het wordt omgezet in ammonium, waar bovenstaand proces weer opnieuw begint. 

 

Advertenties