Hoofdstuk 7, 8 en 9

ANW Hoofdstuk 7

1. - Plaats van de chemie in de historie. Chemie is er altijd geweest bijv. bier brouwen, kaas, brood, yoghurt bereiden en metaal uit erts winnen. - Element is een bouwsteen - Wetenschap probeert fundamentele bouwstenen te ontdekken. (oerelementen) - Model is een zo goed mogelijke nabootsing van de werkelijkheid - Omgang met modellen in de wetenschap: proberen de werkelijkheid zo goed mogelijk na te bootsen dus steeds bijstellen of vervangen.

2a. Ontwikkeling van de elementenleer van Empedocles naar Aristoteles. - 495-435 jaar v. Chr., Empedocles (kwalitatieve natuuropvatting) stelt de elementen vuur, water, lucht en aarde in plaats van de oerbeginselen. · vuur (warm, droog) · water(koud, vochtig) · lucht (warm, vochtig) · aarde(koud, droog) - 460- 370 v. Chr., Democrites (kwantitatieve natuuropvatting) stelt atomen uit dezelfde stof bestaan en alleen verschillen in grote, vorm en massa. Al het bestaande ontstond door samenvoeging van atomen en vergaat door het uiteenvallen van die atomen, atomen zij steeds in beweging volgens een algemene natuurwet. - 384-322 v Chr. Aristoteles, elementen zijn niet te splitsen stoffen en dragers van fundamentele eigenschappen koud, warm, droog en vochtig.

b. - Alchemie, het ene element is om te zetten in het andere: transmutatie(=omzetting) van bijv. lood en zink in goud. - Steen der wijze behalve goud een materiaal om zieke te genezen en oudere te verjongen. - Levenselixer, aqua vitae middel om onsterfelijkheid te bereiken, bereid door destillatie van vergiste suikeroplossingen.

c. Destilleren door verdamping en condensatie stoffen scheiden. In onze tijd toegepast in productie van medicijnen en aardolie industrie.

3a. Ontwikkeling van de Chemie. - 384-322 v Chr., Aristoteles elementen zijn niet te splitsen delen waarin andere stoffen worden opgesplitst en dragers van fundamentele eigenschappen. - 1493-1541 Paracelsus, grondlegger Iatrochemie experimenten met geneeskrachtige eigenschappen van zwavel, kwik en arsenicum . - 1627-1691 Boyle, elementen zijn enkelvoudige stoffen die niet meer verder te ontleden zijn. Vuur past als element niet meer in de oude theorie van de vier basiselementen. - 1660- 1734 Stahl, Flogiston theorie…(zie onder) - 1733- 1804 Priestley, ontdekt een bepaalde stof als bestanddeel van lucht(later zuurstof genoemd) - 1743-1794 Lavoisier, verenigde de elementen opvatting van Boyle met nieuwe ideeën over de aard van gassen in de lucht: nieuwe verbrandingstheorie, zuurstof is een gas dat nodig is bij verbranding. Dit verwerpt de flogiston theorie. b. - Iatrochemie is medische chemie, een medicijn is een hulpmiddel om het lichaam als chemisch systeem gezond te maken. Er moet evenwicht zijn in de tria prima (zwavel, kwik en salmiak) - overeenkomst Iatrochemie en alchemie beide gaan uit van een bepaald evenwicht tussen stoffen/sappen. - Verschil iatrochemie en alchemie: iatrochemie gaat uit van evenwicht tussen zwavel, kwik en salmiak; alchemie gaat uit van vier lichaamsvochten bloed, slijm, gele gal en zwarte gal.

c. - Flogiston theorie, bij verbranding ontwijkt uit de stof de flogiston d.w.z. een bepaald deel dat licht en onzichtbaar is en dat in stoffen voorkomt. - De flogiston theorie werd verworpen, omdat de verandering van massa tijdens een reactie er niet mee kon worden uitgelegd. Bijv. als een metaal met zuurstof reageert word het zwaarder, terwijl er toch flogiston uit verdwijnt(Priestley ontdekker zuurstof als bestanddeel van lucht). Later kwam daar de verbrandingstheorie van Lavoisier bij: massa toename bij verbranding van een metaal is precies gelijk aan de massa afname van de verbruikte lucht, bij verbranding is air vital, zuurstof nodig. 4a. In de oudheid won men ijzer uit ijzererts in een oven van klei. Daarin werd ijzererts gedaan samen met houtskool. De tovenaar riep de goden aan en strooide er toverpoeder over.

b. Zie videobladen

c. Permanenten = 20 % tot 30 % van de zwavelbrugverbindingen van de eiwitten ( keratine) worden verbroken en opnieuw gevormd. Rubberband wordt gevulkaniseerd = omvormen van zwavelbruggen. Dus bij permanenten worden de eiwitten omgevormd en bij een rubberband word het rubber omgevormd.

d. Apollo 13: · aan boord zijn 2 zuurstoftanks, 2 waterstoftanks en 3 brandstofcellen die elektriciteit moeten opwekken. · Om zuurstof uit de tank te krijgen moet deze m.b.v. verwarmingselementen worden verhit tot maximaal 27 C · Beveiliging werkt niet en temperatuur loopt op tot 540C, explosie dreigt, want · Aanwezig: Ø brandstof ( brandstofcel met waterstofgas, dat reageert met zuurstof en dan elektriciteit oplevert) Ø zuivere zuurstof Ø warmte. 5a. - Atoommodel Dalton (1766- 1844): atomen verbinden zich altijd in de eenvoudigste verhouding tot moleculen & gasvormige elementen zijn opgebouwd uit 1-atomige deeltjes ( dus dacht hij water is HO bestaande uit H en O ; klopt niet nu weten we H2O

voor tekening zie boek

- Atoommodel van Thomson (1852- 1940): Elektronen (negatief geladen) maken deel uit van een atoom. Krentenbolmodel: positieve lading heeft zich als een bolvormig geheel verspreid; negatieve elektronen zijn daarbij aanwezig als krenten in een krentenbol

Voor tekening idem

- Atoommodel van Rutherford ( 1871-1937) Atoom is een vrijwel leeg iets; in de kern zit gehele positieve lading in de protonen en vrijwel gehele massa; elektronen bewegen zich in het atoom om de kern heen

Tekening idem

- Atoommodel van Bohr (1885-1914) Electron heeft kwantum ( hoeveelheid ) aan energie. Elektron gaat via bepaalde banen rondom de kern; hoe verder van de kern af, hoe gemakkelijker elektron kan worden vrijgemaakt

Tekening idem

Chadwick (1891- 1974) ontdekt neutronen
Schrodinger (1887-1961)

Tijdsbalk
1803 Dalton zoekt naar verklaring voor verschillende dichtheden in gassen en ontwikkelt zijn atoommodel om t te kunnen verklaren
1897 Thomson ontdekt elektron en stelt vernieuwd atoommodel op waarin elektronen in het atoom zijn verdeeld als krenten in krentenbol
1911 Rutherford stelt nieuw atoommodel op waarbij atoom is opgebouwd uit kleinen massieve kern met daaromheen bewegende elektronen in een ijle ruimte
1913 Bohr stelt vernieuwd atoommodel op waarbij elektronen bepaalde banen krijgen toegewezen

b. Ontwikkeling van het periodiek systeem van de elementen · Meyer 1830-1895) en Mendelejev (1834-1907 bedachten onafhankelijk van elkaar een systeem om elementen logisch in te delen. · Ze gingen uit van experimentele gegevens en hadden geen theoretische ondersteuning. · Hun basis was de periodieke terugkeer van dezelfde chemische eigenschappen van elementen. · Moseley (1887-1915) via atoommodel rangschikt hij de elementen naar kernlading

c. Ontwikkeling van atoommodel: o Dalton: zoekt verklaring voor verschillende dichtheden van gassen, ontwikkelt atoommodel
o Thomson ontdekt elektron……..krentenbolmodel
o Rutherford atoom is opgebouwd uit kleine massieve kern met eromheen bewegende elektronen
o Bohr wijst electronen bepaalde banen rond de kern toe
o Chadwick bewijst dat naast protonen in de atoomkern ook neutrale deeltjes voorkomen: neutronen
o Schrodinger en Heisenberg: kwantummechanica
Nog steeds ontdekking van nieuwe deeltjes: quarks, gluonen.

ANW Hoofdstuk 8

1.a. · Steentijd : vuurstenen bijltjes en pijlpunten · Kopertijd: waarschijnlijk bij toeval ontdekt dat uit malachiet door vermenging met houtskool in een oven koper kon worden gewonnen/ zuiver koper te zacht, dus ongeschikt voor werktuigen · Bronstijd: koper + tin geeft hard metaal dat werd toegepast voor werktuigen en oorlogstuig · Ijzertijd: gewonnen uit ijzererts, chinese techniek/ ijzererts + steenkool= gietijzer, toegepast in ploegscharen, messen, bijlen, beitels, zagen, pannen · Stoomtijdperk: stoommachines in fabrieken · Olietijd: allerlei toepassingen van olie

1.b. Ontwikkeling van gebruik van metalen: · Aanvankelijk koper, niet geschikt voor gereedschappen, want te zacht. · Gemengd met tin werd legering brons gevonden, hard en geschikt voor werktuigen en oorlogstuig · Volgende metaal: ijzer met steenkool voor gietijzer: ploegscharen, messen, bijlen, beitels, zagen, pannen · Gietijzer met lucht uit blaasbalg brengt koolstofpercentage omlaag en maakt staal voor zwaarden en smeedijzer voor bruggen…. Pas in 19de eeuw industriële staalproductie
1.c. · Legering= mengsel van metelen · Legering brons bestaat uit koper en tin · Percentage koolstof in ijzer regelt men door er lucht in te blazen tijdens het vervaardigen van ijzer uit malachiet in een oven

1.d. Goud wordt gewonnen uit gouderts door · het fijngemaakte erts tot een slib te maken · dit slib over koperen platen met koper/kwik-legering voeren · kwik houdt goud vast in vorm van goud amalgaam · goudamalgaam wordt van platen gekrabt · dmv. Destillatie wordt kwik verwijderd · ruw goud blijft over en wordt omgezet in zuiver goud

1.e. Aluminium: · is een onedel metaal dat als element o.a. voorkomt in bauxiet · vroeger werd het uit bauxiet gewonnen door reactie met natrium · tegenwoordig: elektrolyseproces van gesmolten aluminiumoxide

Aluminium pas bekend sinds 100 jaar, want niet als zuiver metaal te vinden in de natuur, wel als element in bijv. bauxiet

1.f. Toepassingen van aluminium (licht en sterk, corrosiebestendig, goed el. geleidend): · als constructiemateriaal · in vliegtuigen · als raamkozijnen · als hoogspanningsleidingen

2.a. Ontwikkeling van de kleurstof indigo van natuurproduct tot synthetische stof: · veelgebruikte blauwe kleurstof, oud handelsproduct van India · in Middeleeuwen als ruilmiddel in specerijenhandel met Indonesië · Arabische kooplieden brachten met indigo geverfde katoen in Europa · 17de eeuw ontwikkeling indigoteelt in West Indie · 18de eeuw Europees handelsverbod op indigo om eigen markt van blauwe kleurstof “wede” te beschermen · 19de eeuw opbloei indigo handel omdat er meer vraag was dan wede kon leveren · eind 19de eeuw hoogtepunt indigo-industrie in India · sterk uitbreidende katoenindustrie in Engeland en vraag naar betere kleurstoffen was slecht voor bloeiende indigo-industrie · 1856 ontdekt Perkin toevallig tijdens het maken van kinine tegen malaria de kleurstof aniline of mauveine · naftaleen bleek tijdens onderzoek basis te zijn voor mauveine en indigo · enerzijds pogingen om natuurlijke kleuren op te helderen, anderzijds pogingen om synthetische kleurstoffen te maken (goedkoper) · 1896 · BASF brengt synthetisch indigo op de markt; genadeslag Indiase indigo0industrie

2.b. Ontwikkeling van natuurlijke kleurstoffen naar synthetische kleurstoffen · natuurlijke kleurstoffen voorzagen in behoefte om katoen, wol, linnen te verven · door industrialisatie ontwikkelt zich katoenindustrie en vraag naar betere goedkopere kleurstoffen stijgt · industrialisatie: ontwikkeling ijzer/staalindustrie+ hoog verbruik steenkool….. “afvalproduct” steenkoolteer (start chemische industrie) blijkt geschikt voor destillatie: veel nieuwe kleurstoffen

3.a. Klassieke biotechnologie: methode van productie van stoffen m.b.v. (micro-)organismen en enzymen
Toepassingen klassieke biotechnologie: Voedingsmiddelenindustrie
geneesmiddelenindustrie
Moderne biotechnologie: · Naast maken van stoffen door micro-organismen en enzymen: · is er gericht ontwerpen van micro-organismen via DNA-technieken · en beheersen van processen
Toepassingen moderne biotechnologie: Voedingsmiddelen en wasmiddelenindustrie
geneesmiddelenindustrie : Ø hormoon cytokine tegen beenmergproblemen Ø eiwit lactoferrine voor medicijnen tegen darminfecties

3.b. Genetische modificatie= Bij genetische modificatie wordt erfelijk materiaal veranderd om planten, dieren, bacteriën, schimmels of gisten andere eigenschappen te geven
Mening: · Genetische modificatie is aan de ene kant een grote stap vooruit in de ontwikkeling van de mens: allerlei problemen kunnen worden opgelost, bijv. de productie van cytokine door een bacterie, zodat mensen met een beenmergafwijking kunnen worden geholpen. · Aan de andere kant geeft genetische modificatie ook gevaren: doorkweken van 1 bepaald ras van een gewas, kunnen op den duur alle andere verloren gaan en wie weet verlies je dan ook erfelijk materiaal, dat je in een later stadium wel weer nuttig zou kunnen gebruiken.

3. c. Fermentatieproces van grondstof tot product = micro-organismen worden gebruikt om stoffen zonder zuurstof (=anaëroob) om te
zetten in andere stoffen
Dit gebeurt in 2 fasen: 1. treedt vermenigvuldiging van micrio-organismen op
2. op grote schaal specifieke omzettingen zodat product ontstaat

3.d. Genetische erosie · Door genetische aanpassingen kan men rassen kweken, die hoogwaardiger zijn en daarom andere rassen verdringen · Door verdringing neemt verscheidenheid van erfelijk materiaal sterk af · (leidt tot kwetsbaarheid van dat ene ras, want als daar dan een virus in komt heb je niets meer als alternatief)

3.e. Ethische aspecten in de moderne biotechnologie · Mag je wel ingrijpen in de natuur · Waar ligt de grens · Waar leggen we de grens · Kunnen we nog wel zonder

4. Brandstofcel= soort batterij
Werking · in de brandstofcel zitten elektroden waartussen spanningsverschil kan bestaan · er is een stof elektrolyt aanwezig waar doorheen geladen deeltjes kunnen bewegen · toegevoerde brandstof wordt omgezet in elektriciteit en uitlaatgassen
Toepassingsmogelijkheden · mobiele toepassingen: bijv. in bussen bestel- en personenauto’s · stroomvoorziening in ruimteschepen · stationaire toepassingen voor microwarmte/krachtsystemen: opwekking op kleine schaal, bijv. binnenshuis

Hoofdstuk 9

1.a. Geschiedenis van het winnen en gebruiken van aardolie en aardgas · 4000 voor chr. Soemeriers in Mesopotamie vonden olie en gas bij sijpelplaatsen · 615 na Chr. Aardolie en aardgasputten in Japan: gas via bamboebuizen naar zoutwinningsinstallaties voor verdamping pekelMiddeleeuwen in Europa: aardolie als smeermiddel voor wagenwielen en als geneesmiddel · 1859 eerst olieboring in Titusville, Amerika, (Ted Drake )start olie-industrie: vooral voor lampolie · nu: wereldwijde aardolieproductie

1.b.Onze huidige energiebehoefte wordt voorzien door · aardolie. · Na energiecrisis jaren “70 onderzoek naar nieuwe energiebronnen: biobrandstoffen, zonne-energie en windenergie · kernenergie · waterkracht · kolen

1.c. Winning van brandstoffen uit aardolie
1. verwerking van ruwe aardolie is gefractioneerde destillatie
2. vacuümdestillatie: verkrijgen van benzine
3. kraken: bijmaken van benzine door grote moleculen te kraken+ontstaan van grondstoffen voor het maken van kunststoffen

1.d. Mogelijkheden van duurzame energieontwikkelingen
Bij duurzame energieontwikkeling is het voordeel dat ervan bij te maken is; het raakt niet op. Bijv. wind, fotovoltaisch, thermische zonnewarmte, aardwarmte, koude- en warmteopslag aquifers,warmtepompen,waterkracht, afval en biomassa.

2.a. Ontwikkeling van kunststoffen van cellulose tot kunststofvezels · 1886 Gebr. Hyatt : kunststoffen uit polymere materialen: celluloid voor filmindustrie uit cellulose

· 1892 De Chardonnet start fabriek waar uit cellulose ( organische materiaal) kunstvezels worden gesponnen. Nu: Tencel sterk verbeterde kwaliteit kunstvezel uit organisch materiaal · WOI ontwikkeling kunstrubber · 1930 eerste synthetische vezel: polyamide of nylon, start petrochemische industrie · 1938 –1940 Du Pont in Amerika ontwikkelt nylon kousen · Tegenwoordig: ook de synthetische vezels: polyestervezels en polyacrylvezels · Nu: Tencel sterk verbeterde kwaliteit kunstvezel
Nomex, brandwerende vezel, aramide

2.b. Verwerking van kunststofafval · Vooral storten en verbranden · Weinig hergebruik, want alleen bij geschikte kunststof mogelijk · Energieterugwinning door verbranding

Typen afbreekbare kunststoffen: 1. biopolymeren
2. synthetische polymeren

3a. Ontwikkeling van kunstmest · 19de eeuw: besef dat planten voedingselementen nodig had: stikstof, fosfor, kalium en zwavel, chilisalpeter uit Chile, salpeter uit India en guano ( vogelpoep ) uit Peru · chilisalpeterexport naar Duitsland tijdens WOI stopgezet ( ook te gebruiken voor explosieven) · Dld ontwikkelt zelf: ammoniak uit waterstof en stikstof · Na WOI ammoniak en salpeterzuur in kunstmeststoffen

3.b. Bij onze moderne manier van telen van landbouwgewassen is het gebruik van gewasbeschermingsmiddelen “noodzakelijk”: want er is een streven naar een zo groot mogelijk opbrengst, daar kan men geen ziektes bij gebruiken

3.c. Soorten gewasbeschermingsmiddelen · Herbiciden: tegen onkruid · Insecticiden: tegen insekten · Fungiciden: tegen schimmels · Nematiciden: tegen bodemaaltjes · Mollusciciden: tegen slakken · Rodenticiden: tegen ratten en muizen

4.a. Toename welvaart gaat gepaard met toename hoeveelheid afval, want… Als de welvaart toeneemt, worden er meer producten geproduceerd. Die productie geeft afval, maar het steeds weer nieuwe producten aanschaffen nog voor de oude zijn versleten levert ook afval op. Bovendien leveren veel aangeschafte producten afval in de vorm van verpakkingsmateriaal

4,b, Mogelijke gevolgen van de toename hoeveelheid afval agv welvaartstoename · Ontbossing in Europa in de 17de eeuw: hout gekapt voor ijzerproductie · Hout vervangen door steenkool: ook weer vervuiling · Groei chemische industrie brengt afvalstoffen mee: Ø Bewust: kunstmest en gewasbescherming Ø Neveneffect: uitstoot verbrandingsgassen/productie van afvalwater/vaste afvalstoffen Ø Als ongeluk:ongewenste milieuramp · Zure regen/smogvorming en broeikaseffect · Verontreiniging oppervlaktewater en grondwater

4.c. Manieren om hoeveelheid ontstane afval te verminderen · recycling: hergebruiken zodat kringlopen gesloten kunnen worden en uitputting van grondstoffen wordt tegengegaan · bijv.glas en blik opnieuw gebruiken/energie die vrijkomt bij verbranding van kunststof gebruiken voor opwekken van elektriciteit

4.d. Duurzaam betekent: · proces vindt duurzaam plaats: gebruikt geen fossiele grondstoffen · proces levert duurzame producten op: producten gaan langer mee