Video

Start

Chemische industrie, wat is dat nou eigenlijk? Je hebt vast wel eens proefjes gedaan of gezien waarbij beginstoffen door chemische veranderingen werden omgezet in een eindproduct (denk bijvoorbeeld aan de demoproef waarbij ammoniak en zoutzuur ‘omgezet’ worden in het snoeppoeder salmiak). Veel bedrijven doen dit ook, maar dan op veel grotere schaal. Dit noemen we chemische industrie. Een ander voorbeeld hiervan is de productie van alcohol.

In deze WebQuest kom je vanalles te weten over alcohol, hoe het gemaakt wordt en wat de effecten hiervan zijn op mens en milieu. De komende lessen loop je door 10 stappen heen, waarbij je vragen beantwoordt over verschillende onderdelen van en in het productieproces van alcohol. Na het doorlopen van de stappen kies je in groepje één van deze 10 stappen uit, waar je een posterpresentatie over gaat houden. Wat je hiervoor moet doen vind je onder het kopje ‘Afsluiting’ aan het einde van de pagina.

Nieuwsgierig geworden? Ga gauw aan de slag!

Klik op ‘Stap 1’ om te beginnen, of klik na deze pagina op de pijl naar links. Veel plezier!

Advertenties
Status

Stap 1: Alcohol

Als we het over alcoholproductie hebben, denken we al gauw aan de kratten bier en flessen sterke drank die in de winkel staan. Toch is alcohol niet één specifieke stof, maar een verzamelnaam voor een groep scheikundige stoffen met een specifieke groep.

Op Wikipedia kan je snel uitleg vinden over allerlei onderwerpen, maar moet je wel weten waar je naar zoekt (en rekening houden met de betrouwbaarheid van de schrijvers). Wanneer je bij Google ‘alcohol’ in typt, kom je al gauw op deze pagina, waar Wikipedia je de keus geeft uit twee onderwerpen:

Alcohol

1.1 Open de pagina en klik op alcohol (stofklasse). Op de pagina die opent, staan veel moeilijke woorden, maar geeft wel de informatie die je verder nodig hebt. Volgens Wikipedia is een alcohol een organische verbinding tussen een hydroxylgroep en een koolstofketen. Klik op de woorden om uit te zoeken wat organische verbinding, hydroxylgroep en koolstofketen betekenen.

Nu we de bouwstenen van een alcohol weten, kunnen we gaan kijken naar verschillende alcoholen. In de afbeelding hieronder zie je drie verschillende alcoholen: methanol, ethanol en propanol.

alcohols

Tijdens de lessen over de naamgeving in de scheikunde heb je de namen geleerd van verschillende koolstofketens, namelijk methaan, ethaan, propaan en zo door.

1.2 Welke namen van koolstofketens ken je nog meer?

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

1.4 Teken de structuurformule van butanol en hexanol.

Afbeelding

Stap 2: Alcoholconsumptie

Als we in de winkel alcohol kopen, kopen we dus drinken waar ethanol in verwerkt is. Deze groep drinken, ook wel drank genoemd, kan je indelen in twee categorieën, volgens de pagina over alcoholische drank:

  1. Zwak alcoholische dranken hebben een volumepercentage van minder dan 15% ethanol, zoals bier en wijn.
  2. Sterk alcoholische dranken hebben een volumepercentage van meer dan 15% ethanol, zoals whisky, cognac en rum.

2.1 Je vader heeft voor zijn verjaardag een fles rum gekregen. Nieuwsgierig kijk je op het etiket. De fles van 750 ml bevat 79% (volumeprocent) alcohol. Op de website van snapput.nl staat een uitlegvideo met oefenvragen over massaprocent en volumeprocent. Dit soort sites zijn speciaal gemaakt voor het aanbieden van uitleg en oefenmateriaal over verschillende onderwerpen. Ook het niveau is aangegeven. Bekijk de video en bereken hoeveel liter (let op!) ethanol er in de fles rum zit verwerkt.

2.2 Leg het verschil uit tussen massapercentage en volumepercentage.

Naast uitlegvideo’s op hulpsites of op YouTube, gemaakt door docenten en studenten, zijn er ook educatieve programma’s die aan de hand van leuke proeven uitleg geven over wetenschappelijke onderwerpen. Je hebt vast wel eens gekeken naar Proefkonijnen of het Klokhuis. In een aflevering van Spuiten en Slikken over alcohol, wordt de werking van alcohol op je lichaam getest.

Bekijk het filmpje:

//commons.wikimedia.org/wiki/File:Bastiaan_says_cheers_with_alcohol_-_Drugslab.webm?embedplayer=yes

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

2.4 Gedurende het experiment wordt zijn promillage gemeten. De waarden zijn na een kwartier 0.5, na 40 minuten 0.78 en na 100 minuten 1.31. Zoek in de tabel van deze pagina of hieronder op wat de gevolgen zijn. Probeer dit dus niet thuis! 

Onderstaande informatie is een indicatie voor een ervaren drinker. Mensen die niet regelmatig drinken én jongeren, kunnen bij veel minder glazen een veel sterker effect verwachten.

1-3 glazen (0 – 0,5 promille): Ontspannen – ontremd – vrolijk

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.

 
3-7 glazen (0,5 tot 1,5 promille): Aangeschoten
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 ).
 
7-15 glazen (1,5 tot 3 promille): Zat – dronken
Alle eerder genoemde effecten versterken. Ook ga je je overdreven emotioneel gedragen en je zelfkritiek verdwijnt. Je gezicht wordt rood, zwelt op en je pupillen vergroten. Je kan misselijk worden en braken.
 
15-20 glazen (3 tot 4 promille): Laveloos
Je zintuigen verdoven en je bent in de war en afwezig; wat je hoort en ziet dringt nauwelijks tot je door.
 
20-25+ glazen (4 promille en hoger): Knock-out
Je ademhaling en polsslag vertragen zo sterk dat je in coma kunt raken en zelfs kunt doodgaan: je ademhaling stopt of je krijgt een hartstilstand.-Met een glas wordt een standaardglas bedoeld. Bij de beschrijving gaan we ervan uit dat je de genoemde aantal glazen binnen een paar uur drinkt. De effecten die hierboven staan beschreven kunnen verschillen per persoon. Dit is onder andere afhankelijk van geslacht, gewicht, leeftijd en hoe je je op het moment van drinken voelt.

 

Aside

Stap 3: Fermenteren

Zoals je misschien al in stap 2 hebt opgemerkt, wordt alcohol gemaakt door gist. Gist is een eencellige schimmel. Zo’n proces waarbij organismen zoals bacteriën, schimmels en gisten worden gebruikt om levensmiddelen te maken, wordt fermenteren genoemd. Wanneer gist in aanraking komt met suiker, of glucose, produceert deze ethanol.

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, van deze pagina, zien dat melasse een bijproduct is?

Afbeeldingsresultaat voor alcohol uit gist en suiker

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

Fermenteren werd vroeger ook wel gebruikt om groenten langer te kunnen bewaren. Vraag je ouders of grootouders maar eens of ze het nog kennen. Een van de bekendste gefermenteerde groenten is zuurkool. Lees op onderstaande website het fermentatieproces van zuurkool door, waarna je het zelf gaat proberen.

https://www.kokenmetkennis.nl/fermenteren-van-kool-verrot-lekker/

3.3 PROEF: Fermenteren van witte kool tot zuurkool

Koop een witte kool en snij hem in fijne stukjes van ongeveer een halve centimeter. Stop de gesneden kool in een glazen pot en druk het iets aan. Voeg per kilo kool ongeveer 30 gram zout toe aan de pot en roer het geheel een beetje om. Dek het mengsel af met magnetronfolie (niet luchtdicht) of gebruik een weck-pot deksel en laat het bij kamertemperatuur staan. Als er na een paar uur nauwelijks water vrij is gekomen, voeg dan nog iets water toe tot de kool goed onder water staat en voeg iets meer zout toe (3 gram per 100 ml toegevoegd water). Laat dit mengsel ongeveer 7 dagen staan. Proef op de 7e dag de kool. Als je hem goed genoeg vindt, zet het dan in de koelkast. Je kan de kool dan die dag of één van de dagen erna opeten. Is de kool nog niet zuur genoeg? Laat het dan nog enkele dagen staan bij kamertemperatuur, maar proef regelmatig.

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.

Quote

Stap 4: Destilleren

Wanneer gist zijn werk heeft gedaan, is er een mengsel ontstaan waarin zich alcohol bevindt, maar hoe haal je deze er nou uit? Een vaste stof en vloeistof (suspensie) kan je scheiden door het bijvoorbeeld door een filter te gooien. Twee vloeistoffen kun je vaak scheiden door middel van destillerenDestilleren  en filtreren zijn beide scheidingsmethoden. Op deze website vind je nog meer verschillende scheidingsmethoden.

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

Destilleren berust op het verschil in kookpunt. Stel, je hebt een mengsel van water en ethanol*. Klopt het dat deze twee vloeistoffen een verschillend kookpunt hebben? In de BINAS vind je allerlei gegevens over stoffen.

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?

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. Voor een ezelsbruggetje, kijk hier.

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

Destilleren

4.5 Hierboven zie je een tekening van een destillatie-opstelling (hier vind je een meer uitgebreide tekening met de namen erbij). 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?

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

* sterk versimpeld voorbeeld 

Link

Stap 5: Blokschema

Naast destilleren moet de alcohol nog veel meer stappen doorlopen voor het in de winkel komt te staan. Om het productieproces wat overzichtelijker weer te geven, kan je een blokschema maken. In een blokschema staat precies welke stoffen er bij een reactie betrokken zijn en wat er met deze stoffen gebeurt.

5.1 Bekijk het filmpje over het maken van een blokschema en maak een schema voor het productieproces van alcohol. Maak vervolgens van onderstaande beschrijving een blokschema. Let goed op wat er in de blokken en op de pijlen moet staan en waar ze heen lopen! Alle schuingedrukte woorden moeten erin voorkomen.

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 afvalstoffen worden opgeslagen en dienen als beginstof voor andere producten, net als melasse een bijproduct/afvalstof was in de suikerproductie*.

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 suiker te kunnen gaan gebruiken. 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*. Let op dat er nu suiker wordt gebruikt!

* De gegeven productieprocessen zijn een sterk versimpelde weergave van het werkelijke productieproces

 

Stap 6: Testen en zuiveren

barrelsNatuurlijk is het productieproces van alcohol, zoals het in de winkel staat, een stuk ingewikkelder dan het proces dat we tot nu toe gezien hebben. Het juiste volumepercentage alcohol moet gevonden worden en er wordt flink geëxperimenteerd met geur-, kleur- en smaakstoffen. Zelfs de vaten waarin de alcohol ligt opgeslagen, dragen bij aan de uiteindelijke smaak van het product. Het bedrijf heeft dan ook veel (vrijwillige) proefpersonen die nieuwe producten mogen testen (proeven!) op onder andere geur en smaak.

Soms lukt het niet om een juiste Nederlandse (internet)bron te vinden dat duidelijk antwoord geeft op je vraag. Het soms jaren laten staan van alcoholische dranken in vaten, om de smaak te verbeteren, noemt men rijpen (maar als je op ‘rijpen’ zoekt, vind je niet wat je zoekt). In het Engels noemen ze dit aging, omdat de drank ‘ouder wordt’. Deze website kan je kort alles vertellen over aging en welk effect het heeft op de drank.

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 door een vertaalsite of laat een klasgenoot je helpen. Probeer in enkele zinnen samen te vatten wat aging is en wat het doel ervan is.

whiskey.jpg

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 drank goed genoeg smaakt, kan het in flessen worden gedaan en komt er een etiket op. Bij whiskey gebeurt dit vaak nog met de hand. Op het etiket komt het volumepercentage ethanol in de drank te staan, voor het verkocht mag worden. De drank wordt dus nog één laatste keer getest om nauwkeurig het juiste percentage ethanol te bepalen. Dit gebeurt door middel van een gaschromatograaf.

gaschromatograaf

Chromatografie is een scheidingsmethode, net als filtreren  en destilleren, dat berust op het verschil in aanhechtingsvermogen. Het gas wordt door een lange buis (kolom) geleidt waar een ‘drager’ in zit. Stoffen die goed blijven hechten aan de drager, zullen dus later bij de detector komen. Uiteindelijk krijg je een afbeelding met verschillende pieken, een chromatogram. Door de pieken kan achterhaald worden wat de concentratie van een bepaalde stof is, die weer omgerekend kan worden naar het juiste percentage.

6.3 Hoe kan de drank, dat een vloeistof is, toch door een gaschromatograaf 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.

 

chromatograaf