HANDBOEK NIEUWE SCHEIKUNDE 3 VWO GYMNASIUM

Transcriptie

1 ANDBOEK NIEUWE SEIKUNDE 3 VWO GYMNASIUM

2 NIEUWE SEIKUNDE 3 VWO GYMNASIUM AUTEUR: T. DE VALK MET MEDEWERKING VAN:. OUSEN Bij Nova hoort een epack met elektronische informatie. Je hebt de epack niet per se nodig, maar via de computerlessen zul je de stof sneller begrijpen en zal het leren makkelijker gaan. Je kunt je epack bestellen via DERDE DRUK MALMBERG S-ERTOGENBOS

3 VOORWOORD Beste leerling, Vorig jaar heb je kennisgemaakt met het vak nask. Dat vak heeft zowel natuurkundige als scheikundige aspecten. In dit boek krijg je een vervolg op de scheikundige aspecten van het vak nask. Scheikunde lijkt een ver-van-mijn-bedvak. Toch is het dat niet. Scheikunde speelt een belangrijke rol in heel veel processen die je dagelijks om je heen ziet. Veel producten kunnen niet zonder scheikunde gemaakt worden. Scheikunde oefent op veel maatschappelijke terreinen invloed uit: van kleding tot mobiele telefoon, van parfum tot kauwgom; scheikunde speelt een hoofdrol. Nova Nieuwe Scheikunde bestaat uit een handboek (dit boek), een opdrachtenboek, een epack en een uitwerkingenboek. In het handboek staat de theorie die je gaat bestuderen. Je wordt vanuit je handboek naar de vragen in je opdrachtenboek verwezen. De vragen zijn opgesplitst in leerstofvragen, die vaak letterlijk in de theorie staan, en toepassingsvragen. Ieder hoofdstuk bevat een deel Basisstof en een deel Extra basisstof. In iedere paragraaf van de Basisstof is aan het einde Plus-stof opgenomen. Deze stof kan verdieping maar ook verbreding van de Basisstof geven. De toepassingsvragen van de Basisstof moeten alle leerlingen maken. De Extra basisstof bestaat uit een paragraaf waarin de theorie van het hoofdstuk via een toepassing nog eens extra wordt belicht. De Plus-stof en de Extra Basisstof plan je in overleg met je docent(e) in. Ook kun je hiervoor advies krijgen op basis van de Adviestoets (epack). Op de epack is voor ieder hoofdstuk een instaptoets opgenomen. De leerdoelen kun je via computerles ook deels achter de pc behalen. Ook is er de Test Jezelf uit je opdrachtenboek opgenomen als elektronische Adviestoets. Op basis van de score berekent de computer welke vervolgroute in jouw specifieke geval het meest geschikt is. Als laatste bevat de epack een begrippenlijst. De epack is niet noodzakelijk om scheikunde 3 vwo/gymnasium goed af te ronden. In het algemeen helpt het je echter wel de stof sneller te begrijpen. We wensen je veel plezier met Nova Nieuwe Scheikunde! De auteur 3

4 INOUDSOPGAVE Voorwoord 3 1 Stoffen 1 Nieuwe stoffen, nieuwe materialen 8 2 Zuivere stoffen en mengsels 12 3 Soorten mengsels 15 4 Mengsels scheiden 20 5 Achter je pc 25 6 Extra basisstof: elium 26 2 Stoffen en reacties 1 Stoffen verhitten 30 2 Ontleden 32 3 hloor en het milieu 37 4 Moleculen, een model voor stoffen 41 5 Moleculen en atomen 44 6 Achter je pc 51 7 Extra basisstof: Diamantsynthese 52 3 hemische reacties 1 Reactiesnelheid en energie-effect 56 2 Reacties en moleculen 60 3 oeveel stof ontstaat en verdwijnt? 66 4 Explosief materiaal 70 5 Achter je pc 74 6 Extra basisstof: De ruimte in 75 4 De aarde als energieleverancier 1 Aardgas 80 2 Steenkool en aardolie 83 3 Verbranden 86 4 Langzame verbrandingen 90 5 Achter je pc 93 6 Extra basisstof: Blokhut explodeert 94 4

5 5 Aardolie en aardolieproducten 1 Aardolie 98 2 Molecuulbouw en isomerie Kunststoffen maken Kunststoffen gebruiken Achter je pc Extra basisstof: Kauwgum Metalen 1 IJzer maken Metalen en legeringen Aluminium en koper maken Metalen hergebruiken Achter je pc Extra basisstof: Aluminium van koninklijke gasten tot weggooiblikjes Voeding en hygiëne 1 Brandstoffen in voeding Bouwstoffen voor je lichaam onserveren van voedsel Persoonlijke hygiëne Schoonmaakmiddelen in huis Achter je pc Extra basisstof: Spieren en spierverzuring Atomen, radioactiviteit en periodiek systeem 1 Atoombouw Radioactiviteit De massa s van atomen et periodiek systeem Achter je pc Extra basisstof: Buitenaardse scheikunde 172 Vaardigheden 174 Trefwoordenregister 187 5

6 We danken onze welvaart en luxe grotendeels aan aardolie. Aardolie levert de brandstof voor ons vervoer. En uit aardolie maken we talloze andere stoffen. Kunstvezels voor warme kleding, geneesmiddelen, cosmetica, kunststof voor je computer en mobieltje, nieuwe materialen voor sport en ontspanning, enzovoort. Basisstof 1 Aardolie Molecuulbouw en isomerie Kunststoffen maken Kunststoffen gebruiken 107 Achter je pc 5 Achter je pc 111 Extra basisstof 6 Kauwgum

7 Aardolie en aardolieproducten 97

8 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 1 Aardolie Aardolie wordt vanuit de diepte van de aarde omhoog gepompt. oe kun je hieruit andere stoffen maken, zoals benzine? tabel 1 kooktrajecten van enkele aardoliefracties fractie kooktraject ( ) gas 160 tot 20 benzine 20 tot 150 nafta 150 tot 180 kerosine 180 tot 230 dieselolie 230 tot 330 stookolie 330 tot 370 residu boven 370 Stoffen maken uit aardolie Als je aan aardolie denkt, denk je het eerst aan benzine, diesel, stookolie en dergelijke. Aan brandstoffen dus. Maar ook stoffen als plastics, wasmiddelen en kleurstoffen zijn uit aardolie gemaakt. Aardolie is een mengsel van vele duizenden stoffen. Om uit aardolie stoffen en producten te kunnen maken, moet je aardolie bewerken. Daartoe wordt de aardolie eerst gedestilleerd. Destillatie van aardolie In een olieraffinaderij wordt de aardolie door middel van destillatie in acht fracties gescheiden. Fractie betekent: een deel van. Benzine en dieselolie zijn voorbeelden van fracties. Duizenden stoffen scheiden in acht fracties betekent natuurlijk dat fracties mengsels zijn. Een fractie heeft dus geen kookpunt, maar een kooktraject (tabel 1). Omdat aardolie wordt gescheiden in fracties, noem je deze destillatie ook wel gefractioneerde destillatie. Destillatietoren De destillatie vindt plaats in torens van 30 tot 40 m hoog. De temperatuur onder in de destillatietoren is hoog, omdat daar de hete aardolie (in dampvorm) wordt aangevoerd. De hete gassen stijgen de toren in, koelen daarbij af en condenseren op een bepaalde hoogte. Vluchtige stoffen condenseren boven in de destillatietoren. Vluchtige stoffen zijn stoffen die lage kookpunten hebben. Naarmate de vluchtigheid van stoffen afneemt, condenseren ze lager in de kolom (afbeelding 1). De gecondenseerde stoffen worden in speciale bakken opgevangen en afgetapt. Die bakken heten schotels. Boven in de kolom worden de stoffen opgevangen die niet condenseren. Die gassen worden gebruikt als flessengas en lpg (autobrandstof). Onder in de kolom blijft het residu achter. Dat is een dikke, stroperige, zwarte massa. Daaruit wordt stookolie voor schepen, dakbedekking en asfalt gemaakt (afbeelding 2). In afbeelding 1 zie je bij sommige fracties het woord chemie. Die fracties worden door de chemische industrie gebruikt om producten te maken als plastics, verf, kleurstoffen, lijmen, geneesmiddelen, bestrijdingsmiddelen, oplosmiddelen, enzovoort. 98

9 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten gas flessengas chemie afbeelding 1 de destillatie van ruwe aardolie in fracties benzine autobenzine nafta kerosine kraken kunststofchemie vliegtuigbrandstof plastics gasolie diesel petroleum ruwe aardolie zware destillaten huisbrandolie smeerolie stookolie kaarsen was cosmetica chemie brandstof elektriciteitscentrales wegen dijkbekleding daken residu asfaltbitumen ontinu proces De destillatie van aardolie zoals die in een olieraffinaderij wordt uitgevoerd, is een continu proces. Dat wil zeggen: de destillatie gaat onafgebroken door. Voortdurend wordt hete aardolie in de destillatietoren gebracht en voortdurend worden fracties opgevangen. Voordelen van zo n continu proces zijn dat je voortdurend (continu) kunt produceren en dat het product een constante samenstelling (kwaliteit) heeft. Bovendien is er weinig mankracht nodig: continue processen zijn voor een groot deel geautomatiseerd. afbeelding 2 Asfalt is een aardolieproduct. Verder bewerken Proef 1 De verkregen aardoliefracties zijn nog geen eindproducten. De fracties moeten eerst nog verder bewerkt worden. Diesel- en stookolie bijvoorbeeld, bevatten veel zwavelverbindingen. Bij de verbranding daarvan ontstaat zwaveldioxide SO 2 (g), dat bijdraagt aan zure regen. Voordat stookolie als brandstof gebruikt wordt, wordt het daarom eerst worden ontzwaveld. De benzinefractie is niet zonder meer geschikt als brandstof voor benzinemotoren. De benzinefractie wordt eerst ontzwaveld, daarna nog verder 99

10 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten gezuiverd en bewerkt, totdat de (koolwaterstof)samenstelling verkregen is die geschikt is als autobrandstof (afbeelding 3). afbeelding 3 verschillende soorten autobrandstoffen Stoffen in aardolie Aardolie bestaat voornamelijk uit koolwaterstoffen. Koolwaterstoffen bestaan uitsluitend uit de elementen koolstof en waterstof ( x y ). Veel koolwaterstoffen voldoen aan de algemene formule n 2n+2. Deze groep stoffen heet alkanen (tabel 2). Enkele bekende alkanen zijn methaan, 4 (g), pro paan, 3 8 (g), butaan, 4 10 (g), en octaan 8 18 (l). Methaan is het brandbare bestanddeel van aardgas. Propaan en butaan vind je in sigarettenaanstekers en ze worden als flessengas gebruikt. Octaan is een bestanddeel van benzine. tabel 2 enkele alkanen stof molecuulformule kookpunt ( ) smeltpunt ( ) methaan 4 (g) ethaan 2 6 (g) propaan 3 8 (g) butaan 4 10 (g) methylpropaan 4 10 (g) (isobutaan) pentaan 5 12 (l) hexaan 6 14 (l) heptaan 7 16 (l) octaan 8 18 (l) Maak nu de opgaven. Plus Kerosine Tussen de VS en Europa vliegen dagelijks meer dan zeshonderd passagiersvliegtuigen (afbeelding 4). Die verbruiken zo n 120 miljoen liter kerosine per dag. In de tank van een Boeing 747 gaat ongeveer liter kerosine. Grote vliegtuigen vliegen op een hoogte met een buitentemperatuur waarbij er ijs-kerosine ontstaat: de kerosine begint te stollen. Daarom wordt de kerosine verwarmd, zodat die vloeibaar blijft. afbeelding 4 Boeing

11 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 2 Molecuulbouw en isomerie In afbeelding 5 zie je een molecuul van een stof op verschillende manieren afgebeeld. Weet je welk molecuul hier wordt weergegeven? Structuurformules Aan een molecuulformule kun je zien welke atoomsoorten en hoeveel atomen van elke soort in een molecuul voorkomen. Maar je kunt niet zien welke atomen aan elkaar gebonden zijn. Je kunt moleculen ook weergeven met structuurformules (afbeelding 6). De streepjes tussen de elementsymbolen geven aan welke atomen aan elkaar gebonden zijn. Uit de structuurformule van bijvoorbeeld methaan kun je afleiden dat alle vier de -atomen aan het -atoom gebonden zijn. O afbeelding 5 Welk molecuul wordt hier weergegeven? methaan ethaan propaan butaan afbeelding 6 de structuurformules van methaan, ethaan, pro paan en butaan Ruimtelijke bouw In afbeelding 7 zie je ruimtelijke tekeningen van enkele alkaanmoleculen. In bijvoorbeeld de ruimtelijke tekening van het methaanmolecuul zie je dat de vier -atomen alle gebonden zijn aan het -atoom. Dat aan elkaar gebonden zijn heet een binding. De vier -atomen zijn op een regelmatige manier gerangschikt rond het -atoom (afbeelding 8). Met een ruimtelijke tekening krijg je een redelijk beeld van de ruimtelijke bouw van een molecuul. 4 : methaan 2 6 : ethaan afbeelding 7 de ruimtelijke tekeningen van methaan, ethaan en propaan 3 8 : propaan De Nederlander J.. van t off (afbeelding 9) was de eerste chemicus die voorstelde dat moleculen een ruimtelijke structuur moesten hebben. 101

12 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten Met papieren modellen stelde hij de moleculen voor (afbeelding 10). De eerste Nobelprijs voor de chemie werd in 1901 uitgereikt aan Van t off. afbeelding 8 In het 4 -molecuul zijn de -atomen op een symmetrische wijze (tetraëder) verbonden met het -atoom. afbeelding 9 J.. van t off ( ) afbeelding 10 de papieren molecuulmodellen van Van t off Isomeren Proef 2 In aardolie komen vele duizenden verschillende koolwaterstoffen voor. Er bestaan zoveel verschillende koolwaterstoffen door een bijzondere eigenschap van koolstof. Koolstofatomen kunnen namelijk makkelijk lange ketens vormen. Bovendien kunnen in die koolstofketens vertakkingen voorkomen. In een vertakte keten liggen de koolstofatomen niet allemaal op één rij. Daardoor kun je met hetzelfde aantal - en -atomen vaak verschillende moleculen bouwen. Afbeelding 11 toont de structuurformules en ruimtelijke tekeningen van twee moleculen die beide voldoen aan de formule In de ene tekening liggen de vier -atomen op één rij. In de andere tekening zie je een vertakking: de vier -atomen liggen niet op één rij. Een -atoom is gebonden aan het tweede -atoom van de koolstofketen. Verschillende moleculen betekent verschillende stoffen. Omdat het verschillende stoffen zijn, hebben ze verschillende namen: butaan (onvertakt) en methylpropaan (vertakt). In tabel 2 ben je deze stoffen al tegengekomen. Verschillende stoffen met dezelfde molecuulformule, maar met een verschillende structuurformule, heten isomeren. Als het aantal koolstofatomen in een keten toeneemt, wordt het aantal isomeren groter. Zo zijn er drie verschillende stoffen met dezelfde molecuulformule 5 12 (tabel 3). Omdat de drie stoffen dezelfde molecuulformule hebben, moeten de verschillende eigenschappen verklaard worden uit de verschillen in ruimtelijke bouw. Er zijn achttien isomeren met de molecuulformule En er zijn meer dan vierduizend verschillende stoffen met de molecuulformule Behalve waterstof kunnen ook andere atomen, zoals O, N, S, F en l, aan koolstof binden. Door deze extra mogelijkheden bestaan er miljoenen verschillende koolstofverbindingen. Koolstofverbindingen vormen driekwart van alle stoffen die ons bekend zijn. 102

13 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten afbeelding 11 ruimtelijke tekeningen en de structuurformules van de twee isomeren met molecuulformule 4 10 tabel 3 pentaan en zijn isomeren formule naam kookpunt ( ) smeltpunt ( ) structuurformule 5 12 pentaan methylbutaan dimethylpropaan Maak de opgaven. Plus eci, een kunstzinnig molecuul Iedere stof heeft zijn eigen unieke eigenschappen. Die eigenschappen zijn vastgelegd in de samenstelling en bouw van de moleculen. Om inzicht te krijgen in de molecuulbouw, en daarmee in de stofeigenschappen, worden modellen gebruikt. Bedenk echter dat zo n model een vereenvoudigde weergave is van de werkelijke molecuulbouw. Wetenschapper en computerkunstenaar Mike ann verbeeldt en verwoordt zijn visie op molecuulmodellen op gehele eigen wijze in zijn werk eci n est pas une molecule (afbeelding 12). Dit kunstwerk was te zien op de internettentoonstelling Molecular Graphics Art Show. afbeelding 12 eci is geen molecuul. 103

14 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 3 Kunststoffen maken Er is een soort bruislijm die de politie kan gebruiken om criminelen te vangen. Deze kleefstof is een kunststof. Weet je hoe kunststoffen gemaakt worden? Van aardolie naar kunststoffen et merendeel van de aardoliefracties wordt gebruikt als brandstof. Sommige fracties kun je ook voor andere toepassingen gebruiken. Bijvoorbeeld om kunststoffen te maken. In paragraaf 2 heb je gezien dat koolstofatomen makkelijk langere ketens kunnen vormen. Er kunnen zelfs koolstofketens gevormd worden die uit duizenden koolstofatomen bestaan. Dergelijke grote moleculen heten macro moleculen. Kunststoffen bestaan uit macromoleculen (afbeeldingen 13 en 14). afbeelding 13 de structuurformule van een deel van het macromolecuul polyetheen afbeelding 14 een deel van het macromolecuul polyetheen Kraken en polymeriseren Voor het maken van kunststoffen wordt vooral de naftafractie gebruikt. De fractie nafta is een mengsel van koolwaterstoffen met molecuulformules variërend van 4 10 tot Uit deze moleculen kunnen macromoleculen gemaakt worden. Dat gebeurt in twee stappen: kraken en polymeriseren. Kraken Proef 3 Eerst wordt de nafta gekraakt. Kraken betekent in stukken breken. Door de nafta sterk te verhitten, breken grotere koolwaterstofmoleculen in stukken en ontstaan kleinere moleculen. Dit heet thermisch kraken en het gebeurt 104

15 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten zonder dat er zuurstof aanwezig is. Ook kan het kraken plaatsvinden in aanwezigheid van een katalysator. Je spreekt dan van katalytisch kraken. Voorbeeld: als je pentaan kraakt, ontstaan propaan en etheen. in woorden: pentaan propaan + etheen in formules: 5 12 (g) 3 8 (g) (g) et gevormde etheen is geen alkaan. Een etheenmolecuul ( 2 4 ) heeft evenveel -atomen als een ethaanmolecuul ( 2 6 ), maar minder waterstofatomen. In afbeelding 15 zie je dat de binding tussen de -atomen in een etheenmolecuul bijzonder is. Tussen de -atomen staan twee streepjes. Dat wordt een dubbele binding genoemd. afbeelding 15 de structuurformule van etheen Alkenen Proef 4 De stof etheen is een voorbeeld van een monomeer. Monomeer is de algemene naam voor de beginstof die gebruikt wordt bij het maken van kunststoffen. Van etheen kun je de kunststof polyetheen maken. Ook propeen en chlooretheen (vinylchoride) zijn voorbeelden van monomeren (afbeelding 16). Daarvan worden de kunststoffen polypropeen respectievelijk polyvinylchloride (pvc) gemaakt. propeen Polymeriseren Proef 5 Monomeermoleculen zijn kleine moleculen. Onder bepaalde omstandigheden kunnen vele duizenden monomeermoleculen aan elkaar koppelen. Daarbij ontstaan enorm lange ketens: de macromoleculen (polymeren). Uit bijvoorbeeld het gas etheen ontstaat zo de kunststof polyetheen. Deze reactie kun je als volgt noteren: n 2 4 (g) ( 2 4 ) n (s) ierin is n het aantal etheenmoleculen dat met elkaar reageert tot een molecuul polyetheen (afbeelding 17). De naam polyetheen geeft aan dat polyetheenmoleculen uit veel etheenmoleculen bestaan (poly betekent veel ). l chlooretheen afbeelding 16 De structuurformules van propeen en chlooretheen: ook hier zie je die bijzondere dubbele binding tussen de -atomen polymerisatie afbeelding 17 Een polyetheenmolecuul ontstaat uit een enorm aantal etheenmoleculen. Dat kunnen er tienduizenden zijn. 105

16 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten Deze reactie is een voorbeeld van een polymerisatiereactie. Kunst stoffen worden ook wel polymeren genoemd. Maak nu de opgaven. Plus Pvc Pvc wordt veel toegepast: van vloerzeil, wc-bril, rioleringsbuis tot speelgoedbeest (afbeelding 18). Pvc wordt zo veel gebruikt, omdat het veel goede eigenschappen heeft. Pvc laat geen gas en water door, het is licht, warmte-isolerend, weerbestendig, gemakkelijk te verwerken en goedkoop. Bij de productie van pvc wordt het giftige vinylchloride ( 2 3 l) gebruikt. et polymerisatieproces vindt daarom in afgesloten reactoren plaats. Ook worden aan pvc diverse stoffen toegevoegd. Afhankelijk van de toepassing zijn dat kleurstoffen, stabilisatoren (voor de sterkte) en weekmakers (voor de zachtheid en soepelheid). et recyclen van plastics zoals pvc is lastig, vooral vanwege deze toevoegingen. Ook verbranden van deze plastics geeft de nodige problemen. Daarbij kunnen giftige stoffen ontstaan. Er is een nieuw proces ontwikkeld (vinyloop) om pvc beter te recyclen. In dit proces wordt pvc gescheiden van de overige kunststoffen. Na scheiding is dit pvc weer als nieuw pvc te verwerken. Je spaart hierdoor grondstoffen uit. In hoofdstuk 2 paragraaf 3 is het nieuwe proces besproken. afbeelding 18 een deel van het pvc-molecuul -atoom -atoom l-atoom 106

17 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 4 Kunststoffen gebruiken Een imkerpak beschermt de imker tegen de bijen. Van welk soort materiaal is dit pak gemaakt? Kunststoffen om je heen Kunststoffen (plastics) kom je in het dagelijks leven overal tegen. Je inlineskates, mp3-speler, mobieltje, balpen en computer zijn slechts een paar voorbeelden van producten die kunststoffen bevatten. Ook in je kleren zijn allerlei kunststofvezels verwerkt, zoals nylon, acryl en polyester. Van kunststoffen als polyetheen, polypropeen en pvc worden allerlei huishoudelijke spullen gemaakt. Voorbeelden daarvan zijn boterhamzakjes, draagtassen, emmers, kratten, vuilniszakken, enzovoort. Bijzondere eigenschappen Proef 6 Kunststoffen worden voor allerlei doeleinden toegepast. Dat komt doordat kunststoffen eigenschappen hebben die andere materialen niet hebben. Zo zijn verpakkingen van plastic beter bestand tegen scheuren en vocht dan verpakkingen van papier of karton. Kunststof folie is doorzichtig, scheurt niet en is sterker dan aluminiumfolie. Kunststoffen zijn slechte geleiders voor elektriciteit en warmte. Je kunt ze dus gebruiken als isolatoren voor elektriciteit en warmte. out rot als je dat niet verft. IJzer roest als je het niet beschermt. Kunststoffen rotten niet en worden niet (of zeer slecht) aangetast door stoffen in hun omgeving. Bovendien hoef je kunststoffen niet te verven. Je kunt kunststoffen een kleur geven door er kleurstoffen aan toe te voegen. Behalve een kleurstof kun je aan kunststoffen ook andere stoffen toevoegen, bijvoorbeeld weekmakers. Een weekmaker is een stof die kunststof week (zachter en buigzamer) maakt. Door bepaalde toevoegingen kun je aan kunststof dus bepaalde (extra) eigenschappen meegeven. Nadelen zijn dat veel kunststoffen (te) zacht worden bij hogere temperatuur en dat ze erg brandbaar (kunnen) zijn. Bovendien zijn kunststoffen niet biologisch afbreekbaar en moeilijk te recyclen. Kunstgras Een mooi voorbeeld van een nieuwe ontwikkeling is kunstgras (afbeelding 19). Voetballen op echt gras heeft zijn langste tijd gehad. Tegenwoordig voetbalt men steeds meer op kunstgras. Kunstgras is nauwelijks meer van echt gras te onderscheiden. et voldoet aan de hoge eisen die aan voetbalvelden worden gesteld. afbeelding 19 Kunstgras lijkt net echt gras. 107

18 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten koolstofatomen afbeelding 20 een thermoplast koolstofatomen afbeelding 21 een thermoharder Thermoplasten en thermoharders Proef 7 Kunststoffen kun je indelen in thermoharders en thermoplasten. Bij deze indeling wordt gekeken naar wat er gebeurt als je kunststoffen verwarmt. Thermoplasten worden zacht bij verwarming. Voorbeelden van thermoplasten zijn polyetheen (PE), polypropeen (PP) en polyvinylchloride (pvc). Bij deze kunststoffen liggen de koolstofketens naast elkaar (afbeelding 20). Bij verwarmen gaan de ketens langs elkaar bewegen: de stof wordt zacht. Thermoharders worden niet zacht als je ze verwarmt. Ze blijven stug en stevig. Bij deze kunststoffen zijn de lange koolstofketens onderling aan elkaar gekoppeld (afbeelding 21). De ketens kunnen niet langs elkaar bewegen: de stof blijft hard. omposieten Kunststoffen worden ook gebruikt om er composieten van te maken. omposieten zijn combinaties van materialen (afbeelding 22). Kunststof gecombineerd met koolstof levert een materiaal op dat zeer sterk en buigzaam is. De kunststof polyester (bekend van kleding) in combinatie met glasvezels geeft een ijzersterk materiaal. Dit composiet wordt gebruikt in moderne fietsframes, boten en in de auto- en vliegtuigindustrie. Kunststof combineren met koolstof levert carbon op, een materiaal dat flexibel en sterk is. Men past het onder andere toe in tennisrackets en surfplanken. Imkers trekken een pak aan dat gemaakt is van Tyvec (afbeelding 23). Dit is een composiet van kunststof en papier. afbeelding 22 Deze astronaut is beschermd tegen de kou in de ruimte. et pak en de helm zijn gemaakt van composieten. afbeelding 23 Imkers hullen zich in plastic papier. Kunstvezels en natuurvezels Bij de bereiding van textiel worden vezels gebruikt. Je kunt vezels in twee soorten verdelen: natuurvezels en kunstvezels. Er zijn diverse natuurvezels: katoen (katoenplanten, afbeelding 24), linnen (vlasplanten), wol (schapen), zijde (zijderupsen) en mohair (angorageiten). Kunstvezels worden in een chemische fabriek van kunststoffen gemaakt. 108 afbeelding 24 Katoen groeit aan struiken. Enkele verschillen tussen natuur- en kunstvezels zijn: - Kunstvezels zijn sterker dan natuurvezels. Nylon bijvoorbeeld is erg sterk en elastisch. et is een goed materiaal om er bijvoorbeeld panty s van te maken.

19 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten - Kunstvezels nemen niet of zeer slecht water (vocht) op. Polyester is een geschikt materiaal voor regen- en zwemkleding. Katoen daarentegen neemt makkelijk vocht op. Katoen is daarom geschikt om badmantels, washandjes, handdoeken, theedoeken en dergelijke van te maken. - Vetvlekken hechten veel beter aan kunstvezels dan aan natuurvezels (afbeelding 25). In veel kledingstukken zijn zowel natuur- als kunstvezels verwerkt. Dan krijg je composieten: nieuwe materialen met andere eigenschappen. Je combineert dan de verschillende eigenschappen van beide vezelsoorten. Bijvoorbeeld: verwerk katoen (voordeel: warm, nadeel: wateropname) met polyester (waterafstotend) en je hebt een goed materiaal voor een warme regenjas. Kunststoffen en milieu Proef 8 Per jaar komt een enorme hoeveelheid kunststof in het afval terecht (afbeelding 26). Kijk zelf maar eens thuis in de afvalbak: plastic zakjes, folie, tubes, flacons, bakjes, enzovoort. Dat afval wordt verbrand in verbrandingsovens. Kunststof producten worden gemaakt uit aardolie. Alles wat aan aardolie wordt weggehaald (verbruikt), is voorgoed weg. Bovendien kunnen bij de verbranding van kunststoffen stoffen ontstaan die schadelijk zijn voor het milieu en je gezondheid. katoen polyester afbeelding 25 Vet hecht zich beter aan polyester dan aan katoen. Om op de grondstof aardolie te besparen en om het milieu te ontzien, wint men steeds meer kunststof uit afval terug. Daarvan kunnen weer nieuwe producten gemaakt worden. Dat heet recyclen (afbeelding 27). Dat is een Engels woord voor hergebruiken, ofwel opnieuw gebruiken. et recyclen van kunststoffen is echter wel lastig, omdat: - er zoveel soorten kunststoffen bestaan, die bovendien vaak veel op elkaar lijken; - kunststoffen vaak toevoegingen bevatten, zoals kleurstoffen en weekmakers, die het recyclen bemoeilijken. Nieuw leven Eind 2012 moet 42% van al het Nederlandse plastic verpakkingsafval worden gerecycled. Deze doelstelling kan alleen gehaald worden als heel Nederland zich bewust is van het belang van het scheiden van plastic verpakkingsafval van het restafval. Door plastic verpakkingsafval te scheiden van het overige huishoudelijke afval maken we een vlotte, efficiënte verwerking mogelijk. et recycleproces zorgt ervoor dat de verzamelde plastic verpakkingen als grondstof voor nieuwe producten gebruikt worden. Denk hierbij onder meer aan fleecekleding, dashboards, speelgoed, tennisballen en mobieltjes. Bovendien komt er door de recycling minder afval in de verbrandingsovens terecht. En minder verbranding betekent een lagere O 2 -uitstoot. afbeelding 26 afvalverwerking Rijnmond Maak nu de opgaven. afbeelding 27 plastic verpakkingsmateriaal recyclen 109

20 BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten Plus Van kunststof naar kunstmest Plastic afval, zoals polyetheen en polypropeen, kan omgezet worden in andere bruikbare stoffen. Daartoe wordt het plastic gesmolten. De vloeibare massa pompt men naar een vergasser (afbeelding 28). In de vergasser reageert de plastic massa met een ondermaat zuurstof, waarbij een gasmengsel ontstaat dat onder andere koolstofmono-oxide, waterstof en waterstofchloride, l(g), bevat. et l(g) wordt in de scheidingsruimte verwijderd, waarbij zoutzuur ontstaat. et zoutzuur wordt met ammoniak omgezet in ammoniumchloride, een grondstof voor kunstmest. Uit het mengsel van O(g) en 2 (g) kan de brandstof methanol 4 O(l) gemaakt worden. afbeelding 28 blokschema van plasticvergassing 2 O O 2 plastic afval smelten zoutzuur N 3 gesmolten massa O, 2, l O 2, 2 vergassen scheidingsruimte reactieruimte ammoniumchlorideoplossing 110

21 ATER JE P oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 5 Achter je pc Instaptoets Wat weet je al van een onderwerp? Met behulp van de vragen uit de instaptoets kun je je kennis testen. Dat doe je als start voor een nieuw hoofdstuk. De vragen zijn nagenoeg dezelfde als de leerstofvragen bij dat hoofdstuk in je opdrachtenboek. De instaptoets is beschikbaar via je epack. Begrippen De belangrijkste begrippen zijn opgenomen in je epack. Van deze begrippen is een omschrijving opgenomen. Vaardigheden De belangrijke vaardigheden zijn achterin dit boek opgenomen. omputerles De leerdoelen van dit hoofdstuk kun je voor een deel ook achter de pc behalen. Daarvoor heb je wel je epack nodig. Ook als extra ondersteuning kunnen de computerlessen je helpen bij het begrijpen van de stof. Adviestoets Met behulp van een toets kun je nagaan hoe goed je de stof beheerst. Als je de toets via je epack maakt, krijg je een automatische score. Daarna krijg je advies wat je verder kunt doen. De Adviestoets is een elektronische versie van de Test Jezelf uit het opdrachtenboek. 111

22 EXTRA BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten 6 Kauwgum Kauwgum is een favoriet snoepgoed. Weet je hoe kauwgum gemaakt wordt en wat erin zit? Je staat er niet bij stil als je een pakje koopt, maar kauwgum heeft een lange geschiedenis. Kauwgum is het verhaal van de oude Grieken en Maya-indianen, een mislukte poging om een nieuw rubber te maken, een jong meisje en natuurlijk scheikunde. 112 Oude kauwgum De Grieken kauwden jaar geleden al op iets dat op het huidige kauwgum lijkt. Zij knabbelden op mastiek, de hars van de mastiekboom, voor een frisse adem, om hun tanden te reinigen en ter ontspanning. De oude Maya-indianen kauwden graag op chicle, het rubberachtige melksap van de sapodillaboom. Winning van chicle De schors van de sapodillaboom wordt ingekeept, waarna het boomsap naar beneden stroomt. et sap wordt in zakken opgevangen (afbeelding 29). et boomsap wordt gezeefd en vervolgens ingedampt, tot een kleverige, kauwbare substantie de zogeheten gombasis overblijft (afbeelding 30). Dit is de chicle. hicle is polyterpeen, een natuurlijk polymeer. Een polyterpeenmolecuul bestaat uit duizenden aaneengeschakelde 5 8 -moleculen. Geschiedenis van kauwgum Paraffinekauwgum In 1848 verscheen in de VS het eerste kauwgum in de winkels. Dit kauwgum werd gemaakt van het sap van dennenbomen, een soort latex. In 1850 stapte men over op het aardolieproduct paraffine als basis voor kauwgum. Paraffine heeft minder bijsmaak dan dennensap. Omstreeks 1850 werden er voor het eerst smaken aan het kauwgum toegevoegd. Mislukt rubber In 1871 kwam chiclekauwgum op de markt. hicle werd door uitvinder Thomas Adams naar de VS geimporteerd om er een nieuw soort rubber van te maken, maar na een jaar van mislukte experimenten vond hij het welletjes. ij wilde zijn partij chicle in de rivier dumpen, maar veranderde van gedachten toen hij in een apotheek was. Er kwam een meisje binnen dat voor een penny paraffinekauwgum kocht. Adams wist dat mensen al eeuwenlang op chicle kauwden en kreeg het idee om zijn chicle als kauwgum te verkopen. et chiclekauwgum werd een succes. Bubble gum Bubble gum is in 1928 uitgevonden door Walter E. Diemer, een afbeelding 29 winning van chicle uit de sapodillaboom afbeelding 30 Na zeven en indampen houd je de chicle over. afbeelding 31 Wist je dat er wedstrijden kauwgumbellen blazen bestaan?

23 EXTRA BASISSTOF oofdstuk 5 Aardolie en aardolieproducten accountant die niets van scheikunde wist. De gombasis in bubble gum is een mengsel van natuurlijke en synthetische polymeren en is heel elastisch (afbeelding 31). Na de Tweede Wereldoorlog In Nederland was kauwgum voor de Tweede Wereldoorlog al bekend, maar nauwelijks populair. Pas met de komst van Amerikaanse en anadese soldaten die het snoepgoed uitdeelden, werd kauwgum ook hier populair. Nieuw kauwgum et belangrijkste bestanddeel van kauwgum is nog steeds de gombasis, de kauw in kauwgum. De gombasis geeft vorm en stevigheid. Tegenwoordig worden vooral kunststoffen als gombasis gebruikt, bijvoorbeeld synthetisch rubber, polyvinylacetaat of polyetheen (afbeelding 32). Kunststoffen maken kauwgum minder kleverig, ze zorgen ervoor dat de smaak langer behouden blijft en ze verbeteren de kauwbaarheid. Daarnaast bevat kauwgum suiker of kunstmatige zoetstoffen, weekmakers en smaak- en kleurstoffen. Weekmakers, zoals glycerine of eetbare oliën, maken de kauwgom zachter en zorgen ervoor dat alle bestanddelen goed gemengd blijven. Kauwgum maken Ieder kauwgum heeft zijn eigen bereidingswijze. In het kort komt het erop neer dat de gombasis en de andere bestanddelen verwarmd en gemengd worden, totdat de kauwgummassa ontstaat. Deze massa wordt gekoeld en getransporteerd naar machines die de gom verwerken tot de gewenste vorm. De kauwgummetjes worden eventueel afbeelding 32 De bestanddelen in kauwgum zijn tegenwoordig allemaal uit fabrieken afkomstig. afbeelding 33 kauwgum te kust en te keur voorzien van een coating, bijvoorbeeld een laagje suiker of bijenwas (voor de glans), en verpakt. Er zijn veel kauwgumvarianten te koop. Loop in de winkel maar eens langs het schap met kauwgum (afbeelding 33). Ze verschillen in smaak en kleur, maar ook in toegevoegde stoffen. In de meeste kauwgoms zijn suikers vervangen door kunstmatige zoetstoffen. et ene kauwgom bevat xylitol, de ander bevat aspartaam of sorbitol. Bedrijven zijn steeds bezig om kauwgum te ontwikkelen. Momenteel is men een kauwgum aan het ontwikkelen die je een ontspannen gevoel moet geven. De Nederlandse kauwgummarkt In 2006 gaf men in Nederland 137 miljoen aan kauwgum uit, in 2007 groeide dit tot 163 miljoen en in 2008 tot 176 miljoen. Marktaandelen van de verschillende merken waren in 2008: Stimorol 32% Sportlife 30% Mentos 18% Xylifresh/huismerken 6% Maak nu de opgaven. 113