2 Water 2.1 Watervoorziening B 1 a,b Via de site vind je alle benodigde informatie voor deze opdracht. c Virtueel water is water dat in andere landen wordt gebruikt voor groei en productie van levensmiddelen en grondstoffen die wij importeren. d Voor een T-shirt is nodig: 2700 liter water; voor chocola: 2400 liter water; voor 100 gram rundvlees: 1550 liter water. e We gebruiken 3300 liter virtueel water per persoon per dag. f Dat zijn de grondstoffen: katoen, koffie, veevoeders (soja en cassave) en cacao. g Je kunt gewassen verbouwen die minder water nodig hebben (besparing van 20 tot 30% blijkt hier en daar mogelijk). Grote internationale bedrijven zijn bereid hun productieprocessen aan te passen waardoor minder water nodig is. Het Wereld Natuur Fonds werkt hierin samen met bedrijven en overheden. B 2 Waterbouw is, naast wegenbouw, onderdeel van de civiele techniek. Het richt zich op het ontwerp en beheer van waterbouwkundige werken voor algemeen nut. Niet alleen worden de dwarssectie en het langsprofiel van kanalen en gekanaliseerde rivieren en stromen ontworpen, ook de kunstwerken die ermee hebben te maken worden ontworpen: vaste en regelbare stuwen, grote en kleine sluizen, duikers, scheepliften, dijken en waterkeringen. Daarnaast worden ook rioleringen, waterzuiveringsinstallaties en de bijhorende pompinstallaties gebouwd. Ook de havens met bijhorende staketsels, dokken, aanlegsteigers en kades behoren tot de waterbouw. Waterbouw legt zich verder toe op kustverdedigingswerken en stromingsregimes van rivieren beïnvloeden. B 3 * a 56 L = 56 1000 ml = 56 000 ml = 5,6 10 4 ml C 4 11,3 miljoen km 3 komt overeen met 11,3 10 6 10 9 10 3 = 1,13 10 19 dm 3 = 1,13 10 19 liter. Uit een liter kun je vier glazen water van 250 ml schenken, dus: 1,13 10 19 4 = 4,52 10 19 glazen water. B 5 C 6 a In elk geval verwacht je heel veel van de atoomsoorten waterstof en zuurstof in zeewater. Water heeft immers de formule H 2 O! Verder weet je dat zeewater zout is. De chemische naam voor keukenzout is natriumchloride. Hierin komen de atoomsoorten natrium en chloor voor. b Eigen antwoord van de leerling c 1 km 3 = 10 9 m 3 = 10 12 dm 3 = 10 12 liter In 10 12 liter zeewater zit 4 kg goud, dan zit er in 1 liter zeewater 4 10 12 kg. De concentratie aan goud is dus 4 10 12 kg L 1 d Als je de totale massa van de goudatomen deelt door de massa van één goudatoom vind je het aantal goudatomen per liter zeewater: 4 10 12 : 3,3 10 25 = 1 10 13 goudatomen. Als je dit getal wilt uitspreken moet je zeggen: tien biljoen. e Het zou heel veel geld kosten om die vier kg zuiver goud uit een km 3 zeewater te winnen. In elk geval veel meer dan de goudprijs. 2.2 De bijzondere stof water A 7 Er is veel warmte nodig om één kg water een graad warmer te maken. b 5,78 kg = 5,78 = 5,78 10 3 ton 1000 c 10 L = 10 1000 m 3 = 10 000 cm 3 = 1,0 10 4 cm 3 d 3,5 g = 3,5 1000 mg = 3500 mg = 3,5 10 3 mg EPN Water 13
B 8 a,c Dit zijn internetopdrachten. d Een landklimaat kenmerkt zich door warme zomers en koude winters. e Een zeeklimaat wordt gekenmerkt door koele zomers en zachte winters. B 9 B 10 In rivierwater zitten opgeloste zouten. Die zijn afkomstig uit de bodem en uit rotsen en gesteenten. Het rivierwater stroomt naar zee. Het water in de zee verdampt, het zout niet. De zee wordt daardoor steeds zouter, terwijl het zoutgehalte van het rivierwater min of meer hetzelfde blijft. B 11 a 1,0 L water met opgelost zout is zwaarder dan 1,0 L water zonder zout. De dichtheid van water plus zout is dus groter dan de dichtheid van water alleen. b De Dode Zee is een meer zonder afwatering naar zee. Door de hoge temperatuur ter plaatse verdampt er veel water uit dit meer. Dat water wordt aangevuld met oppervlaktewater uit de Jordaan. Dit oppervlaktewater bevat veel opgeloste zouten. Zo is de waterhoogte min of meer constant, terwijl het water uit de Dode Zee dus steeds zouter wordt. B 12 Watermoleculen klitten heel sterk samen, veel sterker dan moleculen van andere stoffen. B 13 * Deze opdracht is ter beoordeling van de C 14 * a 2,6 Hectare maïs verdampt 2,6 15 000 liter water. Hiervoor moet je 2,6 15 000 = 147 bomen planten. 265 b Je moet dan 3,8 1012 = 1,4 10 10 bomen planten. 265 2.3 Water als oplosmiddel A 15 De vaste stof krijt lost niet op in water (of wasbenzine). Wanneer je een beetje van deze vaste stof met water mengt, ontstaat een troebel mengsel, dat we een suspensie noemen. Als je dit mengsel enige tijd laat staan, zal het uitzakken. De vloeistof wasbenzine lost niet op in water. Wanneer je een beetje van deze vloeistof met water mengt, ontstaat een ondoorzichtig mengsel, dat je een emulsie noemt. Als je dit mengsel enige tijd laat staan, zal het mengsel spontaan ontmengen. Er ontstaat dan een tweelagensysteem. Dit kan worden voorkomen door aan het mengsel een emulgator toe te voegen, bijvoorbeeld lecithine. B 16 Arno heeft 4,5 g kaliumnitraat opgelost per 5,0 g water. Dat is per 100 g water 90 g kaliumnitraat. Bij 20 C kan er maar 32 g kaliumnitraat oplossen in 100 g water. Per 100 g water slaat dus neer: 90 g 32 g = 58 g kaliumnitraat. Per 5,0 g water is dat 58 / 20 = 2,9 g kaliumnitraat. A 17 Op een hete zomerdag is de temperatuur van het vijverwater ook hoger. Hierdoor lost er minder zuurstof in het water op. De vissen komen dan aan de oppervlakte om extra zuurstof (lucht!) te happen. B 18 a Onder een verzadigde oplossing verstaan we een oplossing die bij een bepaalde temperatuur de maximale hoeveelheid opgeloste stof per kilogram oplosmiddel bevat. b In 350 g water van 298 K lost maximaal op: 350 359 g = 126 g natriumchloride. 1000 c De oplosbaarheid is temperatuurafhankelijk. Hoe hoger de temperatuur van het water, des te meer zout erin oplost. d In 100 kg zeewater bevindt zich 3,2 kg = 3200 g zout. Dat is 32 g zout per kg zeewater. Aangezien 32 < 359 g, geldt dat Noordzeewater nog lang niet is op te vatten als een verzadigde zoutoplossing. 14 Hoofdstuk 2 EPN
C 19 * 2.4 Waterstofbruggen A 20 De oppervlaktespanning van water ontstaat doordat er extra, sterke bindingen tussen de watermoleculen optreden, de waterstofbruggen. Hierdoor gedraagt het wateroppervlak zich als een vliesje dat sterk genoeg is om insecten te kunnen dragen. A 21 In ijs zitten de watermoleculen op een vaste plaats. Tussen de watermoleculen zitten H-bruggen. Bij het smelten van ijs moeten deze H-bruggen worden verbroken, dat kost veel energie (in de vorm van warmte). B 22 a Een watermolecuul kan maximaal vier H-bruggen vormen. Twee ervan kunnen vanuit het O-atoom worden gevormd en dan nog één vanuit elk H- atoom. b Twee waterstofbruggen: je mag de H-bruggen natuurlijk niet dubbel tellen! c In de vaste fase zitten de H-bruggen op een vaste plaats. Ze worden pas voor een deel verbroken als de stof smelt. In de vloeibare fase bewegen watermoleculen langs elkaar. Daarbij worden H-bruggen voortdurend verbroken en nieuwe gevormd. d De mooie regelmatige kooi -structuur die in ijs bestaat stort bij het smelten van ijs in. De moleculen kunnen gemakkelijk langs elkaar gaan bewegen en nemen daarbij minder ruimte in. De dichtheid van water (l) is daardoor (iets) groter dan de dichtheid van water (s). Het ijs zal daardoor gaan drijven op water. e Terwijl ijskristallen zich vormen zal de structuur van figuur 2.19 zich steeds verder uitbreiden. Je ziet dat de kooien die zich vormen in ijs ook telkens uit zes watermoleculen bestaan. zou op grond van het bovenstaande verwachten dat het kookpunt dan in de buurt van 325 K uitkomt. Het blijkt 373 K te zijn. Je kunt dit verschijnsel verklaren door aan te nemen dat het aantal H-bruggen per molecuul (bij water zijn dat er maximaal vier per molecuul en bij (m)ethanol steeds drie) hierbij een rol speelt. Dat betekent dat hoe meer OH- en/of NH-groepen een molecuul bevatten, des te hoger het kookpunt van de betreffende stof wordt. a b c d C 24 C 25 Methaan en ethaan beschikken alleen over H-atomen die aan C gebonden zijn (niet O of N) en deze kunnen geen H-bruggen vormen met water. De H-atomen in ammoniak kunnen dat wel. B 23 Als je naar methanol kijkt (kookpunt 338 K), dan zie je dat het toevoegen van een CH 2 -groep leidt tot een iets hoger kookpunt: ethanol (kookpunt 351 K). Als je uit methanol een CH 2 -groep weghaalt, ontstaat water. Je EPN Water 15
2.5 Waterkwaliteit A 26 Zoet water winnen uit zeewater kan door: verdampen en later condenseren (destillatie); membraanfiltratie. B 27 a Een membraan is een vlies met heel kleine gaatjes. b Die methode heet membraanfiltratie. c Het berust op een verschil in deeltjesgrootte. d Nee, hierdoor verandert het zoutgehalte van de zee. Daarmee verander je het ecosysteem, dit kan hele nare gevolgen hebben. Ook de oceaanstromen kunnen gaan veranderen en daarmee kan het klimaat veranderen. A 28 a Vergelijk figuur 2.21 uit het leerboek. b Als je koelwater van de onderkant aanvoert, wordt de hele koeler gevuld voordat het water er aan de bovenkant weer uitloopt. Het oppervlak dat je dan gebruikt om te koelen is maximaal. Als je het koelwater van bovenaf aanvoert, loopt het er aan de onderkant meteen weer uit. Het koelend oppervlak blijft dan kleiner. c In de kolf verdampt de vloeistof. De damp komt via de opzet in de koeler terecht. Daar wordt de temperatuur zo laag, dat de damp weer condenseert. d Destillatie berust op het verschil in kookpunt van de bestanddelen van een mengsel. B 29 a Deze methode werkt niet! Zodra je alcohol verbrandt, treedt er een chemische reactie op. De alcoholmoleculen zijn dan verdwenen. In de afgekoelde damp kan dus geen alcohol meer voorkomen! b Maud moet het mengsel destilleren. A 30 Norit is een stof met een zeer groot oppervlak. Hierdoor heeft Norit een enorm adsorberend vermogen. B 31 a In een geurvreter bevindt zich een kleine hoeveelheid Norit, waaraan allerlei stoffen (samen genoemd: zweetvoetenlucht) worden geadsorbeerd. Wanneer die moleculen uit dat mengsel worden geadsorbeerd, komen zij dus niet in de omgeving terecht, met als gevolg dat je de zweetvoetenlucht niet ruikt. b Wanneer het oppervlak van Norit verzadigd is geraakt met moleculen uit de zweetvoetenlucht, kan er niets meer bij. Het oppervlak is dan maximaal bezet. Op dat moment moeten de geurvreters worden vervangen, omdat zij hun werk niet meer goed doen. B 32 Absorptie heeft te maken met het opnemen van stoffen. Een spons of een papieren zakdoekje neemt bijvoorbeeld het water op. Dit kan verklaard worden door bijvoorbeeld de capillaire werking (het water wordt als het ware naar binnen gezogen). Adsorptie heeft te maken met aanhechting. De stof hecht aan het oppervlak van koolstofpoeder. C 33 B 34 E a Het zelfreinigend vermogen van een rivier is het vermogen om vervuilende stoffen op te ruimen, door middel van biologische afbraak (dus door middel van bacteriën). b Biologische afbraak gebeurt door bacteriën die alleen kunnen leven in een omgeving met voldoende (opgeloste) zuurstof. Door het lozen van gebruikt koelwater stijgt de temperatuur van het rivierwater. Daardoor kan er minder zuurstof in het water oplossen. Aangezien de bacteriën zuurstof nodig hebben, kun je stellen dat bij verhoging van de temperatuur van het oppervlaktewater het zelfreinigend vermogen van de rivier daalt. Met een moeilijk woord heet dat thermische verontreiniging. B 35 E Bijvoorbeeld verdamping van vluchtige stoffen die op het rivierwater drijven, zoals benzine, olie, enzovoort. B 36 E a,b In de volgende stappen worden scheidingsmethoden toegepast: 1 Bezinken van allerlei vaste bestanddelen. 3 Bezinken van de ijzervlokken. 6 Filtreren van het water. 7 Adsorptie met behulp van Norit. 16 Hoofdstuk 2 EPN
B 37 * E B 38 * E De prijs van een flesje bronwater is vele malen hoger dan van kraanwater. Het kraanwater moet in Nederland aan strengere eisen voldoen dan bronwater, dus het is volstrekt onnodig om bronwater te drinken. B 39 Regenwater ontstaat door verdamping van oppervlaktewater. Hierbij verdampen de opgeloste stoffen niet. Oppervlaktewater staat direct in contact met de aarde, en zo lossen er allerlei zouten en mineralen op in het water. Regenwater bevat daardoor veel minder opgeloste stoffen dan oppervlaktewater. B 40 * E Dit zijn internetopdrachten. B 41 * B 42 a De ADI-waarde staat voor de aanvaardbare dagelijkse inname. Dat is het aantal mg van een stof dat iemand per dag en per kg lichaamsgewicht maximaal mag binnenkrijgen. b Stel, je massa is 50 kilogram. Dit betekent dat je dagelijks maximaal 50 0,002 = 0,10 mg arseen binnen mag krijgen. c Drinkwater bevat ten hoogste 0,050 mg arseen per liter. d Per dag zou je dan 0,10 / 0,050 = 2,0 liter drinkwater moeten consumeren. B 45 a Ja, want er zit water in. b Ja, want er zit olie in. A 46 a De ph van een zure oplossing is kleiner dan 7. b De ph van een basische oplossing is groter dan 7. A 47 a Als je water bij een zure oplossing doet, wordt deze minder zuur. b De ph wordt hoger, maar nooit hoger dan 7. c Als je water bij een basische oplossing doet, wordt deze minder basisch. d De ph wordt lager, maar nooit lager dan 7. B 48 B 49 B 50 Zie figuur 2.1. emulgatormolecuul water B 43 * Dit zijn internetopdrachten. 2.1 Een water-in-olie-emulsie olie 2.6 Cosmetica A 44 John heeft een heldere vloeistof: een oplossing van suiker in water. Angelien heeft een emulsie gekregen: druppels van de olie zweven in het water. Brian heeft een suspensie gekregen: kleine deeltjes krijt zweven in het water. B 51 a In de scheikunde is ph 7 neutraal. b Ze geven aan dat het niet irriterend is voor de huid, omdat de ph van de huid ook circa 5,5 is. EPN Water 17
C 52 a soort mengsel kleur helderheid het mengsel is: het mengsel is: kleurloos gekleurd wit doorzichtig ondoorzichtig vaste stoffen nee soms soms nee ja gassen soms soms nee ja nee oplossing soms soms nee ja nee suspensie nee soms soms nee ja emulsie nee soms soms nee ja b,c In een mengsel van vaste stoffen, bijvoorbeeld zout en zand, zijn de stoffen niet moleculair verdeeld. Korrels zout en korrels zand zijn gemengd. In een mengsel van gassen, bijvoorbeeld lucht, zijn de componenten wel moleculair verdeeld. In een oplossing zijn de componenten moleculair verdeeld, bijvoorbeeld suiker in water. In een suspensie is geen sprake van een moleculaire verdeling: kleine korreltjes van een vaste stof zweven in een vloeistof, bijvoorbeeld verf. In een emulsie is evenmin sprake van een moleculaire verdeling: druppeltjes van de ene vloeistof zweven in de andere, bijvoorbeeld mayonaise. 2.7 Reinigingsmiddelen B 53 A 54 Een teststrookje bevochtigen met de oplossing en de zo ontstane kleur op het ph-gevoelige vlakje van het indicatorpapier vergelijken met de kleurenafbeelding op het doosje. Zo kun je snel de ph aflezen. B 55 a Er ontstaat een kalklaag op het verwarmingselement. b Water verdampt en de opgeloste kalk blijft als vaste stof achter. B 56 a Voor het verwijderen van de kalkaanslag. b (Schoonmaak)azijn, wc-eend, Antikal, enzovoort. B 57 Plantaardige olie kan tevens gebruikt worden als voedingsmiddel en aardolie niet. B 58 E Oppervlakteactieve stoffen en zeep om het vuil te verwijderen. Conserveringsmiddel om bederf te voorkomen. Citroensap voor een frisse geur en als extra vetoplosser. B 59 E 1 Synthetische zeep (detergent). Deze stof maakt het wasgoed door en door nat. De in water oplosbare vlekken kunnen zo worden verwijderd. Verder zorgt de zeep voor het losmaken van vast en vettig vuil. 2 Bleekmiddel. Deze stof maakt de kleurstofvlekken onzichtbaar. 3 Enzymen. Deze natuuridentieke stoffen zorgen voor de afbraak van eiwithoudende vlekken. 4 Optische witmaker. Deze stof hecht zich aan het wasgoed, waardoor dit witter gaat lijken ( witter dan wit ). 5 Wasversterkers. Deze stof fungeert als een soort waterontharder. Dankzij de wasversterker treedt er geen reactie op tussen de zeep en de in water opgeloste kalk, waardoor er geen zeepverlies optreedt. C 60 E Als er in het oppervlaktewater te veel fosfaat terechtkomt, treedt er als het ware overbemesting van het water op. Vooral algen kunnen zich snel uitbreiden. Hierdoor wordt al het andere leven in het water verstikt, waardoor er van het water slechts een stinkende blauwgroene smurrie overblijft. De wasmiddelfabrikanten leggen nu zo sterk de nadruk op het feit dat 18 Hoofdstuk 2 EPN
hun wasmiddel fosfaatvrij is, omdat de consument van tegenwoordig milieubewuster koopt dan jaren geleden. Een wasmiddel dat fosfaat bevat, zal men niet zo gauw kopen. C 61 E Het waspoeder bevat 0,015 massaprocent enzymen. 1 gram waspoeder bevat dus 1/100 0,015 = 0,00015 g enzymen. 80 gram waspoeder bevat dan 0,00015 80 = 0,012 g enzymen. C 62 2.8 Afsluiting 1 a 345 ml = 0,345 L 1000 b 5,78 g = 5,78 1000 mg = 5780 mg = 5,78 10 3 mg c 25 L = 25 = 0,025 m 3 = 2,5 10 2 m 3 1000 d 3,2 m 3 = 3,2 1000 dm 3 = 3200 dm 3 = 3,2 10 3 dm 3 2 a In ijs is de gemiddelde afstand tussen de watermoleculen groter dan in water. b Als het water in de leidingen bevriest, zet het uit, waardoor de leidingen kunnen scheuren. c In ijs zitten de watermoleculen verder van elkaar dan in water. Daardoor is de massa van 1 cm 3 ijs kleiner dan de massa van 1 cm 3 water. De dichtheid van ijs is dus kleiner dan die van water. Daarom drijft ijs op water. 3 In warm water lost minder zuurstof op. In zuurstofarm water stikken de vissen. 4 a De opgeloste stoffen zijn afkomstig uit rotsen en gesteenten. b Regenwater ontstaat door verdamping van zee- en oppervlaktewater. De opgeloste stoffen verdampen niet. 5 a Hard water bevat veel opgeloste kalk en zacht water weinig. b Hard water geeft kalkaanslag op tegels, kranen, bad en koffiezetapparaat en het verstopt de gaatjes van een strijkijzer. c Nee, drinken van hard water is niet slecht voor de gezondheid. 6 a Destilleren berust op een verschil in kookpunt. b Filtreren berust op een verschil in deeltjesgrootte. c Indampen berust op een verschil in vluchtigheid. d Extraheren berust op een verschil in oplosbaarheid. e Adsorberen berust op een verschil in aanhechtingsvermogen. 7 a adsorberen b extraheren c destilleren d filtreren of bezinken e indampen 8 a Een mengsel van vloeistoffen scheid je door middel van destillatie. De kookpunten moeten wel voldoende uit elkaar liggen. b De volgorde is methanol, alcohol, water. De stof met het laagste kookpunt komt als eerste en de stof met het hoogste kookpunt als laatste. 9 a ADI betekent aanvaardbare dagelijkse inname. Dat is het aantal mg van een stof dat iemand per dag en per kg lichaamsgewicht mag binnenkrijgen. b IJzer is giftiger. Daarvan mag je per dag en per kg lichaamsgewicht minder naar binnen krijgen dan van tin. c Tin is een onedel metaal. Dat reageert met de wijn, waardoor er tinionen worden gevormd. Samen met de wijn komt het in je lichaam terecht. 10 a Antwoord B is juist. b Antwoord C is juist. c Het water dat uit ruimte 3 stroomt is harder dan het water dat vanuit ruimte 2 in ruimte 3 stroomt. Het water bevat (meer) opgeloste kalk. d Het is nodig dat je door middel van adsorptie ongewenste kleur-, geur- en smaakstoffen verwijdert. EPN Water 19
11 Zand lost niet op in water. In reageerbuis 4 zal een suspensie ontstaan. Slaolie is een vloeistof die niet oplost in water. In reageerbuis 2 zal een emulsie ontstaan. Suiker en alcohol lossen allebei op in water. In de reageerbuizen 1 en 3 zal een oplossing ontstaan. 12 a Spiritus bestaat (voornamelijk) uit alcohol en dat is brandbaar. b Voorbeelden van een juist antwoord: De verdampte alcohol stroomt terug in de kolf. De hoeveelheid alcohol in de kolf blijft hetzelfde. Er verdampt geen (brandbare) alcohol. Droogkoken wordt voorkomen. c De ph stel je vast met universeel indicatorpapier. d buisje 1 buisje 2 buisje 3 ph 4 10 7 naam azijn ammonia water 17 a Antwoord A is juist. b Voorbeelden van manieren om de hardheid te verminderen: Het water destilleren. Een stof toevoegen die de opgeloste kalk bindt. Het water koken. c Antwoord B is juist. 18 a Voorbeelden van juiste manieren zijn: Het water koken. Het water door een ionenwisselaar laten stromen. Een neerslagreactie uitvoeren. Het water destilleren. b De hoeveelheid calciumionen en magnesiumionen in het water wordt dan verminderd. c Schoonmaakazijn heeft de hoogste concentratie azijnzuur. Huishoudazijn bevat 4,0 g azijnzuur per 100 ml (en dat is minder dan 8 g per 100 ml). 13 Bleekwater kan met urine reageren waarbij het giftige chloorgas ontstaat. 14 Water heeft een grote oppervlaktespanning doordat de moleculen elkaar stevig vasthouden. 15 a Je moet een strookje universeel indicatorpapier bevochtigen met de vloeistof. De kleur die het strookje aanneemt vergelijk je met de kleuren op het doosje. Je leest de ph af die bij de kleur van het strookje hoort. b Sodaoplossing, ammonia en gootsteenontstoppingsmiddel zijn basische schoonmaakmiddelen; ontkalkingsmiddel is een zuur schoonmaakmiddel. c Ontkalken van een koffiezetapparaat. Kalkaanslag van de kraan en de tegels verwijderen. 16 a Een hydrofiele stof is goed mengbaar met water. b Een hydrofobe stof is niet mengbaar met water. c Zie figuur 2.2. d Olie mengt niet met water. Olie is dus hydrofoob. e Ether mengt niet met water. Ether is dus hydrofoob. 2.2 ether + olie water 20 Hoofdstuk 2 EPN