ANORGANISCHE STOFKLASSEN

Transcriptie

1 ANORGANISCHE STOFKLASSEN 1. ATOMEN STRUCTUUR VAN HET ATOOM DE ELEKTRONENCONFIGURATIE STOFFEN EN MENGSELS ZUIVERE STOFFEN Soorten zuiveren stoffen Indeling van de enkelvoudige zuivere stoffen De naam van zuivere stoffen SOORTEN MENGSELS BINDINGEN COVALENTE BINDING De binding Molecuulrooster Atoomrooster IONBINDING De binding Ionrooster METAALBINDING FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN STOFFEN ENKELVOUDIGE ZUIVERE STOFFEN METALEN EDELGASSEN NIET-METALEN SAMENGESTELDE STOFFEN ZUREN ZOUTEN BASEN OXIDEN...35 Anorganische stofklassen / p.1 van 37 / versie 2020

2 ORGANISCHE STOFKLASSEN 1. INLEIDING VOORSTELLING VAN ORGANISCHE VERBINDINGEN ORGANISCHE STOFKLASSEN REACTIETYPES IN DE ORGANISCHE CHEMIE HET BEGRIP POLARITEIT KOOLWATERSTOFFEN ALKANEN ALKENEN ALKYNEN CYCLISCHE KOOLWATERSTOFFEN BROEIKASGASSEN EN DE KLIMAATOPWARMING ALCOHOLEN KETONEN ALDEHYDEN CARBONZUREN ESTERS HALOGEENALKANEN...37 Organische stofklassen / p.1 van 38 / versie 2020

3 KUNSTSTOFFEN 1. INLEIDING DE SYNTHESE VAN KUNSTSTOFFEN SOORTEN KUNSTSTOFFEN THERMOPLASTEN Structuur en eigenschappen Voorbeelden THERMOHARDERS Structuur en eigenschappen Voorbeelden ELASTOMEREN Structuur en eigenschappen Voorbeeld KUNSTSTOFFEN EN NANOTECHNOLOGIE BIOPLASTICS DEFINITIE SOORTEN EN TOEPASSINGEN MICROPLASTICS...18 Kunststoffen / p.1 van 21 / versie 2020

4 BIOCHEMISCHE STOFFEN 1. PROTEÏNEN AMINOZUREN STRUCTUUR VAN EIWITTEN DENATURATIE SACHARIDEN MONOSACHARIDEN DISACHARIDEN POLYSACHARIDEN LIPIDEN SOORTEN LIPIDEN DE REINIGENDE WERKING VAN ZEPEN...15 Biochemische stoffen / p.1 van 15 / versie 2020

5 WAT JE MOET WETEN OVER DIT DOCUMENT Dit document is 1 hoofdstuk uit de cursus Natuurwetenschappen: deel chemie voor de derde graad Economie-wiskunde, Humane wetenschappen, Latijn-Wiskunde, Moderne talen-wiskunde, Economie-moderne talen en Latijn-Moderne Talen. De volledige cursus wordt verkocht door Edulogos cvba-vso en kost 30 euro. De cursus Natuurwetenschappen 3A: deel chemie kan alleen legaal worden gekocht via: Opgelet: De cursus van iemand anders kopen, heeft belangrijke nadelen. 1) Je loopt het risico dat je een verouderde cursus koopt. Die is dan niet in overeenstemming met de recentste vakfiche. 2) Je krijgt geen gratis updates, verbeteringen en aanvullingen. 3) Je kan geen aanspraak maken op de hulp die inbegrepen zit in de prijs voor de cursus. 4) Je hebt geen toegang tot het extra materiaal dat beschikbaar is via de site. Houd ook rekening met het volgende. Het geld dat Edulogos verdient met de verkoop van de cursussen wordt niet uitgekeerd aan de medewerkers. Het wordt volledig gebruikt om nieuwe cursussen te maken, bestaande cursussen aan te passen aan de nieuwe vakfiches en de site te onderhouden. Door dit document te verkopen of het te kopen van iemand anders, beperk je de mogelijkheden van Edulogos om al die zaken te kunnen blijven doen. Dit document is bovendien auteursrechtelijk beschermd. Dit betekent dat je het niet mag verkopen of doorgeven zonder toestemming te vragen. Als uitkomt dat je dit toch doet, kan dit ernstige gevolgen hebben. Meer uitleg hierover vind je in de gebruiksovereenkomst: Biochemische stoffen / p.2 van 15 / versie 2020

6 1. PROTEÏNEN (EIWITTEN) Eiwitten of proteïnen zijn complexe macromoleculen. Het zijn polypeptiden (= een keten van aan elkaar gekoppelde aminozuren) die op een speciale manier gevouwen zijn. De vouwing komt tot stand door de interactie van de aminozuren waaruit het polypeptide bestaat. Eiwitten zijn van cruciaal belang. Zonder eiwitten zou er geen leven mogelijk zijn. DNA is een eiwit en alle enzymen en hormonen die het normale werking van het lichaam mogelijk maken, zijn eiwitten AMINOZUREN Een aminozuur is een organische verbinding met een carboxylgroep (-COOH) en een aminogroep (-NH2). Er is een centraal C-atoom dat bij alle aminozuren op dezelfde manier gebonden is: - 1 binding met de carboxylgroep - 1 binding met de aminogroep - 1 binding met een H-atoom Er blijft dan telkens nog 1 binding over. De verschillen tussen de aminozuren ontstaan dus door die ene binding (= de R-groep - R van rest). Die rest kan gewoon H zijn, maar ook meer of minder complexe koolstofketens die naast H en C ook nog O, N of S kunnen bevatten. Voor het menselijk leven zijn 20 aminozuren belangrijk. Ze zijn allemaal cruciaal voor het goed functioneren van het lichaam. Op basis van hoe het lichaam aan de aminozuren komt, wordt een onderscheid gemaakt tussen essentiële en niet-essentiële aminozuren. Essentiële aminozuren zijn aminozuren die het lichaam niet zelf kan bouwen en die dus moeten worden opgenomen via de voeding. Bij een normaal voedingspatroon is het geen probleem in de behoeften aan essentiële aminozuren te voorzien. Bij bijzondere lichamelijke toestanden (ernstig zieken, probleem met opname van voedingsstoffen uit de darmen) of afwijkende voedingsgewoonten (bv. vegetarisme) kan er wel een probleem ontstaan. Er zijn 9 essentiële aminozuren: histidine, lysine, tryptofaan, fenylalanine, leucine, isoleucine, threonine, methionine en valine. Niet-essentiële aminozuren kunnen in de lever uit andere aminozuren worden gevormd. Wanneer we over aminozuren spreken of schrijven, gebruiken we ofwel de volledige naam ofwel een code (3 letters). Biochemische stoffen / p.3 van 15 / versie 2020

7 Biochemische stoffen / p.4 van 15 / versie 2020

8 1.2. STRUCTUUR VAN EIWITTEN Primaire structuur: polypeptide Elk aminozuur heeft een carboxylgroep en een aminogroep. Een polypeptide ontstaat wanneer een carboxylgroep (van een aminozuur) een binding aangaat met een aminogroep (van een ander aminozuur). Er ontstaat een binding tussen CO en NH en er wordt een molecule water afgesplitst (het is dus een condensatiereactie). De typische CO-NH-binding noemen we een peptidebinding. Een binding van twee aminozuren leidt tot een dipeptide. Een binding van drie aminozuren tot een tripeptide,... Korte ketens noemen we oligopeptiden. Pas wanneer er een keten ontstaat met tientallen aminozuren spreken we van een polypeptide. Het aantal polypeptideketens dat met 20 aminozuren kan worden gevormd is in theorie oneindig (oneindig omdat er geen grens staat op de lengte van de keten). Een polypeptide is technisch gezien nog geen eiwit. Polypeptiden worden omgevormd tot eiwitten. Ze vormen de primaire structuur van een eiwit. Secundaire structuur: geplooid polypeptide De aminozuren in een polypeptide kunnen onderling binden. Tussen bepaalde aminozuren ontstaan dan sterke, covalente disulfidebindingen of waterstofbindingen. Dit zijn crosslinks. Door deze crosslinks wordt het polypeptide dubbel geplooid en gaat de eiwitstreng zich dubbel plooien. Deze geplooide versie van de aminozuurketen is de secundaire structuur van het eiwit. Vaak neemt deze secundaire structuur een specifieke vorm aan, zoals een bèta-plaat of een alfahelix. Links zie je een alfa-helix (een soort schroevendraaier) en rechts een bèta-plaat (een soort golfplaat). Biochemische stoffen / p.5 van 15 / versie 2020

9 Tertiaire structuur: vele keren plooien Binnen een eiwitstreng vormen zich meestal tal van bèta-platen en alfa-helices. De volledig gevouwen aminozuurketen noemt men de tertiaire structuur. Quaternaire structuur: samenwerking Sommige soorten eiwitten kunnen wanneer ze volledig geplooid zijn, samenklitten met andere eiwitten. Ze vormen dan een complex. Dit complex is de quaternaire structuur van eiwitten. Samengevat primaire secundair tertiair quaternair Biochemische stoffen / p.6 van 15 / versie 2020

10 1.3. DENATURATIE De normale vorm waarin een proteïne voorkomt, noemen we de natieve conformatie van het eiwit. In bepaalde omstandigheden kan de correcte vouwing verloren gaan. We spreken dan van denaturatie van het eiwit. Denaturatie ontstaat wanneer de crosslinks tussen de aminozuren breken. Dit kan zich voordoen bij een stijging van de temperatuur, een verandering van de ph of door ziekte (bv. de ziekte van Kreuzfeld-Jacob). Het verschijnsel denaturatie verklaart waarom hoge koorts zo gevaarlijk is. Bij een te hoge lichaamstemperatuur gaan soms essentiële eiwitten denatureren, met mogelijk de dood tot gevolg. 2. SACHARIDEN (KOOLHYDRATEN) Sachariden worden ingedeeld in drie groepen: monosachariden disachariden polysachariden 2.1. MONOSACHARIDEN Monosachariden bestaan uit 5 of 6 koolstofatomen in een ringstructuur. Glucose, fructose, galactose (en ribose) zijn monosachariden. Ze hebben een identieke brutoformule: C6H12O6, maar de ruimtelijke schikking van de atomen in de molecule verschilt: de drie monosachariden zijn dus isomeren van elkaar. Door de structuurverschillen hebben ze ondanks hun identieke samenstelling, andere eigenschappen. De belangrijkste functie van de drie monosachariden is energie leveren. galactose fructose glucose ribose 2.2. DISACHARIDEN Disachariden bestaan uit twee monosachariden (twee dezelfde of twee verschillende). maltose glucose + glucose Maltose ontstaat bij afbraak van zetmeel door het enzym maltase. Voor de productie van bier wordt maltose gewonnen uit het zetmeel in gekiemde gerst. Door de maltose te laten gisten ontstaat alcohol. Biochemische stoffen / p.7 van 15 / versie 2020

11 sacharose glucose + fructose Sacharose is de klassieke suiker gewonnen uit suikerriet en suikerbieten. Het wordt overal ter wereld als zoetmiddel gebruikt. Sacharose is een belangrijke bron van energie. lactose glucose + galactose Lactose komt van nature voor in melkproducten en is voornamelijk een energiebron. Lactose wordt afgebroken door het enzym lactase. Mensen die lijden aan lactose-intolerantie hebben een gebrek aan dit enzym. Lactose die niet (correct of voldoende) wordt afgebroken leidt tot allerlei gezondheidsproblemen. Disachariden zijn opgebouwd uit isomeren van monosachariden en zijn dus op hun beurt isomeren. Ze hebben allemaal dezelfde brutoformule: C12H22O11. maltose 2.3. POLYSACHARIDEN Polysachariden zijn macromoleculen. Ze bestaan uit zeer lange ketens van aan elkaar gekoppelde (identieke of niet-identieke) monosachariden. Het zijn dus biopolymeren. Ze kunnen 1 lange keten vormen of vertakt zijn. Ze zijn onoplosbaar in water en hebben geen zoete smaak Zetmeel Zetmeel (molecuulformule: (C6H10O5)n ) is een verzamelnaam voor complexe glucosepolymeren. Zetmeel komt in de natuur voor in planten, waar het als voedselreserve dient. Het wordt in de plant bewaard in korrels. Het witte schuim dat komt bovendrijven als je aardappels gekookt hebt, is zetmeel. Zetmeel speelt een belangrijke rol in de voeding. Het is een zeer goede bron van koolhydraten. Zetmeel komt voor in twee vormen: onvertakt (= amylose) en vertakt (= amylopectine). Amylose Biochemische stoffen / p.8 van 15 / versie 2020

12 Amylose is 1 lange keten gevormd uit 600 tot 1000 moleculen glucose. De keten heeft de vorm van een spiraal of een veer. 20 tot 28% van het zetmeel in maïs, aardappelen, is amylose (de rest is amylopectine). Amylose lost slecht op in warm water. Amylopectine Amylopectine is een lange keten met vertakkingen om de 24 tot 30 glucosemoleculen. Een keten kan tussen en glucosemolecule bevatten. Amylopectine lost vrij goed op in warm water. Het wit schuim dat ontstaat wanneer je aardappels kookt, is amylopectine Glycogeen Glycogeen is een sterk vertakte keten die bestaat uit glucosemoleculen. Glycogeen komt voor in dierlijke cellen en doet dienst als reserve-energiebron. Glycogeen wordt voornamelijk opgeslagen in de lever en in de spieren. glycogeen Biochemische stoffen / p.9 van 15 / versie 2020

13 Cellulose De celwanden van planten bestaan uit cellulose. Het zijn heel stevige vezels die grote trekkrachten aankunnen. De molecule bestaat uit onvertakte ketens glucosemoleculen. Die ketens liggen netjes naast elkaar en binden aan elkaar via waterstofbruggen. Mensen kunnen cellulose niet verteren (= afbreken tot kleinere elementen). Toch is het belangrijk om cellulose op te nemen via de voeding. Cellulose trekt water aan en zwelt op in de darm, waardoor de darmwerking gestimuleerd wordt. Daarnaast kan cellulose binden met schadelijke stoffen (bv. galzouten, teveel aan cholesterol) en voorkomen dat die door het lichaam opgenomen worden. 3. LIPIDEN (OLIËN EN VETTEN) De lipiden zijn een heterogene groep moleculen die niet oplossen in water, maar wel goed oplossen in alcohol en andere apolaire organische stoffen (bv. benzeen). Ze spelen een belangrijke rol in de biochemie (bv. transport en opslag van energie, component van celmembranen,...). De belangrijkste bronnen van lipiden zijn vetten en oliën. Vetten zijn meestal van dierlijke oorsprong en zijn vast bij kamertemperatuur. Oliën daarentegen zijn van plantaardige oorsprong en zijn over het algemeen vloeibaar bij kamertemperatuur SOORTEN LIPIDEN Oliën en vetten zeer goed kennen structuur Oliën en vetten zijn opgebouwd uit triglyceriden. Een triglyceride is een molecule glycerol gekoppeld aan drie vetzuren. Glycerol: C3H5(OH)3 Biochemische stoffen / p.10 van 15 / versie 2020

14 Vetzuren zijn organische carbonzuren met een keten van ten minste twee koolstofatomen en een carboxylgroep (COOH). Vetzuren worden op diverse manieren ingedeeld: - verzadigd of niet - essentieel of niet verzadigde en onverzadigde vetten Verzadigde vetten: glycerol + verzadigde vetzuren Onverzadigde vetten: glycerol + onverzadigde vetzuren Bij verzadigde vetzuren vertonen de C-atomen (behalve de C van de carboxylgroep) uitsluitend enkelvoudige bindingen. boterzuur Bij enkelvoudig onverzadigde vetzuren is er 1 C-atoom met een dubbele binding. elaïdinezuur Bij meervoudig onverzadigde vetzuren zijn er minstens 2 C-atomen met een dubbele binding. linolzuur Biochemische stoffen / p.11 van 15 / versie 2020

15 Onverzadigde vetten (uit planten en vis) zijn gezonder dan verzadigde vetten (uit vlees, zuivel en eieren). Verzadigde vetten hebben de neiging zich af te zetten tegen de wand van bloedvaten waardoor die almaar nauwer worden en uiteindelijk zelfs volledig kunnen verstoppen. Essentiële vetzuren zijn vetzuren die het lichaam niet zelf kan aanmaken. Die vetzuren moeten via de voeding worden opgenomen. Linolzuur en alfa-linoleenzuur zijn essentiële vetzuren Functies van vetten en belang in de voeding Vetten zorgen onder meer voor een energiereserve. Wanneer we een korte inspanning leveren, worden de suikers gebruikt als energieleveranciers. Bij aangehouden inspanningen volstaan de suikers niet en wordt vet gebruikt om energie te produceren (vet levert per gram 9 kcal energie). Vet blijft relatief lang in de maag en geeft daarom voor langere tijd een verzadigd gevoel. Bepaalde vitamines lossen alleen op in vetten (A, D, E en K). Ze kunnen dus ook alleen via vetten worden opgenomen en getransporteerd. Daarnaast zorgt onderhuids vet voor isolatie. Het vet helpt dus mee om de lichaamstemperatuur op peil te houden. Cellen hebben vetzuren nodig als bouwstenen en vetzuren beschermen cellen tegen ongewenste indringers. Vetzuren zijn ook essentieel voor de goede werking van ogen, hersenen en spieren. Ten slotte heeft vet een beschermende functie. Tere organen zijn omgeven door een laag vet om schokken op te vangen en het vet uitgescheiden door de talgklieren in de huid beschermen huid en haar tegen uitdroging. Vetten zijn op zichzelf niet ongezond. Ze worden ongezond wanneer ze in te grote hoeveelheden worden opgenomen en wanneer voornamelijk verzadigde vetten worden genuttigd. Biochemische stoffen / p.12 van 15 / versie 2020

16 Fosfolipiden Fosfolipiden bestaan uit glycerol + 2 vetzuren + 1 fosfaatgroep. 1 vetzuur is dus vervangen door een fosfaatgroep. Die fosfaatgroep kan op zijn beurt gebonden zijn met kleinere moleculen. fosfatidylcholine Een fosfolipide heeft door zijn samenstelling een polair en een apolair deel. Hierdoor hebben fosfolipiden dezelfde eigenschappen als zeepmoleculen. Ze maken de vermenging van olie en water mogelijk (= emulgerende werking). Fosfolipiden zijn essentiële delen van de membranen van cellen. We spreken daarom van structurele lipiden (het zijn bouwelementen) Wassen Wassen bestaan uit monoalcoholen en monocarbonzuren met lange C-ketens. Bijenwas, het vettig laagje op veren van vogels,... bestaan hoofdzakelijk uit wassen. cetylpalmitaat Glycolipiden Glycolipiden zijn lipiden die een of meer suikers bevatten Terpen Terpen zijn organische moleculen afgeleid van isopreen (2-methyl-1,3-butadieen), een organische verbinding met als brutoformule C5H8. Ze zijn meestal van plantaardige oorsprong en hebben een karakteristieke geur en/of smaak. Biochemische stoffen / p.13 van 15 / versie 2020

17 isopreen isopreen limoneen beta-caroteen Steroïden De basisstructuur van steroïden bestaat uit een gecondenseerd ringsysteem van drie cyclohexaanringen en een cyclopentaanring. brassicasterol Een belangrijk steroïde is cholesterol. Cholesterol is een vetachtige stof die het lichaam nodig heeft als bouwsteen van celmembranen, hormonen (type steroïden progesteron, oestrogeen, testosteron), vitamine D en gal. Het lichaam maakt zelf cholesterol (voornamelijk in lever, maar ook in kleine hoeveelheden in de bijnieren, de darmen en de testes). De productie van cholesterol behoort tot de taken van het endoplasmatisch reticulum. Cholesterol wordt ook rechtstreeks opgenomen via de voeding. Biochemische stoffen / p.14 van 15 / versie 2020

18 cholesterol Prostaglandines Prostaglandines bestaan uit: een cyclopentaanring een zijketen met 7 C-atomen nog een zijketen met 7 C-atomen met op het einde daarvan een carboxylgroep Prostaglandines komen voor in bijna alle weefsels en lichaamsvochten en hebben allerlei functies, bv. regelen van de bloeddruk en helpen bij de bloedstolling. Prostaglandines hebben ook een invloed op het hormonale systeem DE REINIGENDE WERKING VAN ZEPEN zie Organische stofklassen punt BRONNEN K. Bruggemans en Y. Herzog, Organische chemie. Chemie 6+ (Pelckmans) Bio voor jou 5 leerboek (Van In) Biogenie 5.2. (De Boeck) C. Belk en V. Borden, Biology. Science for Life (Pearson, 2009) Biochemische stoffen / p.15 van 15 / versie 2020

19 DUURZAAMHEID EN VEILIGHEID 1. INLEIDING URBAN MINING CRADLE TO CRADLE VEILIGHEID H- EN P-ZINNEN H-zinnen P-zinnen VEILIGHEIDSPICTOGRAMMEN...14 Duurzaamheid en veiligheid / p.1 van 15 / versie 2020

20 ENZYMEN 1. BOUW EN WERKING INVLOED OP DE WERKING VAN ENZYMEN BELANG VAN ENZYMEN SPIJSVERTERING De delen van het spijsverteringsstelsel De vertering: algemeen De vertering van koolhydraten De vertering van proteïnen De vertering van lipiden FOTOSYNTHESE CELADEMHALING...9 Enzymen / p.1 van 9 / versie 2020

21 CELADEMHALING EN FOTOSYNTHESE 1. STOFWISSELING KATABOLISME ANABOLISME ATP GISTING MELKZUURGISTING In de spieren Melkzuurbacteriën ALCOHOLGISTING CELADEMHALING OXIDATIE VAN GLUCOSE OXIDATIE VAN VETZUREN OXIDATIE VAN AMINOZUREN FOTOSYNTHESE LICHTREACTIE DONKERREACTIE REACTIES HERKENNEN DE RELATIE TUSSEN CELADEMHALING EN FOTOSYNTHESE...14 Celademhaling en fotosynthese / p.1 van 15 / versie 2020

22 EIWITSYNTHESE 1. HERHALING: OPBOUW DNA EN RNA EIWITSYNTHESE TRANSCRIPTIE TRANSLATIE HET BELANG VAN DE EIWITSYNTHESE OEFENINGEN...11 Eiwitsynthese / p.1 van 12 / versie 2020

23 CHEMISCH REKENEN 1. DE MASSA VAN EEN ATOOM MOLAIRE MASSA CONCENTRATIE CHEMISCH REKENEN OEFENINGEN OPLOSSINGEN...10 Chemisch rekenen / p.1 van 14 / versie 2020

24 REACTIESNELHEID EN CHEMISCH EVENWICHT 1. REACTIESNELHEID WAT IS DE REACTIESNELHEID? CHEMISCHE REACTIE EN ENERGIE Warmte Arbeid Inwendige energie Activeringsenergie HET BOTSINGMODEL DE REACTIESNELHEID BEÏNVLOEDEN Invloed van de concentratie Invloed van de druk Invloed van de temperatuur Invloed van een katalysator Invloed van de verdelingsgraad van de reagentia Invloed van licht TOEPASSING: ROETFILTER Fijn stof roet De roetfilter OEFENINGEN HET CHEMISCH EVENWICHT EVENWICHTSREACTIES Wat is een evenwichtsreactie? Het tegengestelde van de evenwichtsreactie: de aflopende reactie Kenmerken van evenwichtsreacties Heterogeen en homogeen evenwicht TOEPASSINGEN Oplaadbare batterijen Brandstofcellen...22 Reactiesnelheid en chemisch evenwicht / p.1 van 23 / versie 2020

25 ph EN BUFFERMENGSELS 1. DE ph VOORBEELDEN VAN OPLOSSINGEN EN HUN ph DIVERSEN ONDERHOUDSPRODUCTEN BUFFERMENGSELS OEFENINGEN...9 ph en buffermengsels / p.1 van 10 / versie 2020