Vrijdag 2 november 2018

15.15 – 16.00: Blok 2

Lezing 2

[collapse title=’L2 -Op de schouders van Lavoisier: G.J. Mulder als ontdekker van de eiwitchemie en J.H. Van ’t Hoff als grondlegger van de fysische chemie’]

Daan Wegener (Universiteit Utrecht), Ernst Homburg (Universiteit Maastricht) & Albert Philipse (Universiteit Utrecht), namens de Chemisch Historische Groep van de KNCV

Is Lavoisier de grondlegger van de moderne chemie? Op het gebied van de organische chemie was Lavoisier de eerste die in zijn Traité (1789) de gebruikelijke natuurhistorische indeling in mineraalchemie, plantenchemie en dierenchemie verliet en de chemie als één geheel op de kaart zette, gebaseerd op zijn elementaire analyse door verbranding met zuurstof. Minerale oxiden werden voorgesteld als verbindingen tussen zuurstof en een enkelvoudig radicaal, en plantaardige en dierlijke zuurstofverbindingen (als alcohol; mierenzuur etc.) als verbindingen van zuurstof met een meervoudig radicaal dat uit C, H en soms ook N en P bestond. De Franse chemici Gay-Lussac, Thenard en Chevreul, en vooral de Zweed Berzelius, bouwden op deze aanzetten voort.

De belangrijkste Nederlandse leerling van Berzelius was ongetwijfeld Gerrit Jan Mulder (1802-1880). In wetenschappelijk opzicht is hij vooral bekend geworden door zijn “proteïne theorie”, die hij in 1838 in het Nederlands, en in 1839 in het Duits publiceerde. Mulder had op grond van chemische analyses geconcludeerd dat eiwitachtige stoffen als albumine, fibrine en casëine een gemeenschappelijk “radicaal” bevatten. Na een aanvankelijke positieve ontvangst door Justus Liebig (1803-1873), de belangrijkste Duitse chemicus uit die tijd, ontstond er de jaren daarna een zeer fel conflict over de proteïne-theorie tussen beide chemici. Hoewel beiden het uiteindelijk bij het verkeerde eind hadden, was het resultaat van de ruzie dat Mulder zich steeds meer terugtrok op zijn Nederlandse bolwerk. Tussen 1826-1840 zette hij een belangrijke chemische school op aan de Klinische School in Rotterdam, en als hoogleraar scheikunde in Utrecht, van 1840 tot 1868, richtte hij het eerste grootschalige universitaire laboratoriumonderwijs in Nederland is. Vele medici, farmaceuten en chemici ontvingen hun opleiding in dat laboratorium. Hij publiceerde zijn belangrijke tweedelige standaardwerk Proeve eener algemeene physiologische scheikunde (1843-1850) en bleef met zijn leerlingen systematisch doorwerken aan het onderzoek van eiwitten.

Een belangrijke ontwikkeling in de scheikunde geschiedenis van de achttiende en negentiende eeuw betreft de ontrafeling van de rol van gassen bij chemische reacties, en de opheldering van de aard van de gastoestand als zodanig. In 1811 formuleert Avogadro het naar hem genoemde principe, dat bij gegeven druk en temperatuur, gelijke volumina gassen gelijke aantallen deeltjes bevatten. Pas een ruime halve eeuw later werd dit principe in de scheikunde aanvaard, om daarmee relatieve molgewichten te bepalen uit massadichtheden van gassen. In de zomer van 1884 komt Van ’t Hoff tot het zeer verrassende inzicht dat Avogadro’s principe niet enkel geldt voor gassen maar evenzeer voor oplossingen, wat leidde tot de naar hem genoemde wet voor de osmotische druk. De fundamentele betekenis en het praktische belang van deze wet, die door Van ’t Hoff’s tijdgenoten werden onderkend en die hem in 1901 de eerste Nobelprijs voor de scheikunde opleverden, zullen worden toegelicht.

In deze lezing wordt allereerst Lavoisier en zijn werk geportretteerd. In het tweede deel wordt ingegaan op het werk van Mulder (en het conflict met Liebig), en zal ook een kort overzicht gegeven worden van latere theorieën waarin eiwitten worden gezien als zijnde opgebouwd uit aminozuren en peptiden. Tenslotte wordt in het derde deel stilgestaan bij het werk van Van ’t Hoff, en zullen drie belangrijke toepassingsgebieden van osmose de revue passeren: zeewater ontzouting, medische diagnostiek en saladebereiding in de keuken.

[/collapse]

Masterclasses

[collapse title=’M3 – Systems chemistry and the journey towards Life de novo’]

Jim Ottelé

In deze masterclass zullen we het hebben over verschillende theorieën die beschrijven hoe leven heeft kunnen ontstaan. Vervolgens zal ik u de huidige stand van zaken in de zoektocht naar synthetisch leven laten zien, en kijken we naar de scheikunde achter life de novo.

Concepten zoals zelf-replicatie, autokatalyse, moleculaire evolutie en emergente katalyse zullen aan bod komen. Meer informatie over onze vakgroep kunt u vinden op www.otto-lab.com, waar ook meerdere filmpjes te zien zijn over ons onderzoek. Voor vragen of opmerkingen kunt u mij benaderen via j.ottele@rug.nl

[/collapse]

[collapse title=’GEANNULEERD M5 – 3D printen met Duurzame Kunststoffen: van grondstof tot product’]

Vincent Voet

Een 3D-geprinte tand, kies of kroon? In de toekomst is het de normaalste zaak van de wereld. Economen voorspellen zelfs dat ontwikkelingen in 3D-techniek de vierde industriële revolutie veroorzaken. GreenPAC, initiatief van NHL Stenden hogeschool en Hogeschool Windesheim, focust zich al langere tijd op het ontwikkelen van nieuwe en duurzame materialen voor 3D-printen. Binnen GreenPAC wordt kennis en innovatie ontwikkeld, gerealiseerd en gefaciliteerd. Niet alleen door de hogescholen, maar juist in samenwerking met bedrijven en producenten. Samen met hen werkt GreenPAC aan praktijkgericht en toegepast onderzoek. Zo ook op het gebied van 3D-printen.

De 3D-techniek maakt het makkelijker en goedkoper om eenmalig een uniek product te maken. Van de medische wereld tot de entertainment industrie, binnen elke sector is deze techniek toepasbaar. Denk bijvoorbeeld aan de ontwikkeling van op-maat-gemaakte mondbitjes voor hockeyers of boksers. Een 3D-scanner scant nauwkeurig het gebit, deze scan wordt doorgestuurd naar een computer, die een negatief van het gebit maakt, dat vervolgens met geschikt elastisch materiaal wordt geprint op een 3D-printer. Deze innovatie maakt een bezoek aan de tandarts voor een gipsmal overbodig.

Wel zijn er de komende jaren nog genoeg uitdagingen te overwinnen. Zo hebben de huidige 3D-printers nog niet altijd de eigenschappen die de bestaande techniek wel heeft. 3D-printers werken op dit moment bijvoorbeeld nog maar met een beperkt aantal materialen. Dit is een van de speerpunten van GreenPAC. De materialen die GreenPAC gebruikt zijn gebaseerd op natuurlijke grondstoffen en soms zelfs biologisch afbreekbaar. Zo wordt momenteel verkend hoe natuurlijke vezels als hout en gras kunnen worden gemengd met bioplastics, om vervolgens te worden toegepast in 3D printers.

In deze masterclass wordt je meegenomen in de wereld van duurzaam 3D printen, van natuurlijke grondstof tot functioneel product.

[/collapse]

[collapse title=’M6 – Paris Proof Chemistry’]

Diederik Jaspers

‘Paris Proof Chemistry’ – Parijs kan wél snel ingevoerd worden.

Het Verdrag van Parijs stelt stringente doelstellingen die er op neerkomen dat in 2050 bijna alle sectoren géén CO2 emissies meer mogen hebben. Prikkelend is dat er al heel veel chemie routes op tafel liggen; klaar voor gebruik om deze doelstelling al veel eerder te kunnen realiseren. In China zijn ze al begonnen met de zogenaamde methanolchemie; de productie van plastics en benzine zónder fossiel bronnen als aardolie en aardgas. Natuurlijk zijn er ook sterke innovaties nodig om bestaande en nieuwe (electro)chemische processen tot volle wasdom te brengen. Soms kan heel veel ‘klein’ hier groot zijn, zoals met procesintensificatie en brandstofcellen.

Het gaat alleen niet vanzelf. Slimme nieuwe combinaties van ketenpartijen zijn nodig en pilots en demo’s om alvast ervaring op te doen en het enorme economische potentieel voor Nederland zichtbaar te maken. Deze masterclass wil jullie concrete voorbeelden geven van de chemie die nodig is voor de vergaande verduurzaming. En hoe je die uitdagend aan de ‘chemici van de toekomst’ aan kan bieden.

Diederik Jaspers (CE Delft)

[/collapse]

[collapse title=’M9 – Arrhenius in het zonnetje gezet!’]

Ton van den Berg

De Arrheniusvergelijking toegepast op twee simulaties van een verdelingsevenwicht.

De formule van Arrhenius die de temperatuurafhankelijkheid beschrijft van de snelheidsconstante van een reactie is alom bekend. De exponentiële factor (-­‐EΑ/RT) bevat de temperatuur en de activeringsenergie. Als we deze toepassen op zowel de heen-­‐ als teruggaande reactie bij een evenwicht kunnen we een relatie leggen met de evenwichtsconstante daarvan.

In deze workshop gaan we met twee computersimulaties aan de slag (voor laptops wordt gezorgd maar je kunt natuurlijk ook op je eigen laptop werken). De eerste simulatie (het kriskrasmodel) geeft een helder beeld van de totstandkoming van een verdelingsevenwicht. Kriskras-­‐bewegende bolletjes zitten opgesloten in twee gescheiden ruimtes. In de scheidingswand bevinden zich twee poortjes die de bolletjes maar in één richting doorlaten. Vanuit een willekeurige startverdeling ontstaat er geheel spontaan een evenwichtstoestand. Met dit model gaan we diverse experimenten doen; de resultaten daarvan (o.a. de twee snelheidsconstanten) brengen we grafisch in beeld met een spreadsheetprogramma (Excel e.d.). Dus is het handig als je enige vaardigheid hebt met het maken van grafieken. Het kriskrasmodel vertegenwoordigt de kinetische invalshoek. Een nadeel is dat de evenwichtstoestand nogal flinke fluctuaties vertoont. Dit bezwaar is ondervangen bij het Balance computermodel.
Uit de twee snelheidsconstanten maken we -­‐met Arrhenius-­‐ één evenwichtsconstante; die stoppen we in dit model. Daaruit wordt op basis van de gekozen startwaarden de bijbehorende (theoretische) verdeling bepaald en weergegeven. Door deze beginwaarden te variëren of de waarde van de constante te veranderen kunnen zo belangrijke eigenschappen van een dynamisch evenwicht verder ontdekt en gevisualiseerd worden: de thermodynamische invalshoek.
De Arrheniusvergelijking verbindt op deze manier de twee simulaties. Of, beter gezegd, de reactiekinetiek en de thermodynamica.
Beide simulaties zijn vanwege de visualisaties zeer geschikt als ondersteuning voor zowel docenten als leerlingen bij de introductie van chemische evenwichten. De tweede simulatie is ook geschikt om leerlingen de ‘voor-­‐tijdens-­‐na’-­‐aanpak van evenwichten aan te leren.
Ton van den Berg (aba.vandenberg@gmail.com)

[/collapse]

[collapse title=’M10 – Practica: Chemie uit het keukenkastje’]

Lotte van den Berg

Een roulatiepracticum waarin leerlingen ‘keukenexperimenten’ uitvoeren, en dan wel met de chemicaliën die te vinden zijn in het keukenkastje. Het is niet zomaar koken of schoonmaken, het zijn chemische experimenten. Ofwel: het gaat er om te onderzoeken wat er gebeurt als je in de keuken bezig bent. Iedereen die een beetje kan koken weet dat een hard gekookt ei langer gekookt moet worden dan een zachtgekookt ei. Als scheikundigen vragen we ons af waarom dat zo is. Wat gebeurt er met een ei als je het kookt? Gebeurt hetzelfde als je een ei invriest? Wat als je het ei niet in kokend water doet, maar in hete olie?

Bètapartners, een netwerkorganisatie van meer dan 40 VO-scholen en 4 HO-instellingen in Noord Holland & Flevoland , biedt leuke en uitdagende science labs aan leerlingen havo/vwo uit diverse leerjaren. Vandaag kunnen jullie zelf ervaren wat één van die science labs inhoudt.

Wat gaan jullie doen?
Een twintigtal experimenten vormen de basis voor het roulatiepracticum. Vandaag hebben wij een keuze gemaakt uit een aantal experimenten voor de onderbouw die jullie onder begeleiding uitvoeren. Basisbegrippen uit de scheikunde komen in de experimenten aan de orde, daarbij valt te denken aan ‘mengsels’, ‘emulsie’, ‘katalysator’etc.

Meer weten over Bètapartners?
Wij staan ook op de onderwijsmarkt waar we ons aanbod presenteren van science labs, leskisten en PWS-begeleiding voor leerlingen, en vele nascholingen voor docenten zoals cursussen, workshops, netwerkbijeenkomsten en DOTs/PLGs.
Bekijk het volledige aanbod op: https://www.itsacademy.nl/agenda/

[/collapse]

[collapse title=’M11 – De chemie van het dompelverzinken’]

Jaap van Eenennaam

Elke moderne auto is gemaakt van verzinkte staalplaat. In het verleden werd het chassis nog op elektrolytische wijze van een zinklaag voorzien, tegenwoordig gebruikt men het dompelverzinkproces om het basis materiaal van een zinklaag te voorzien. In dit proces wordt een stalen band door een bad met vloeibaar zink (warmer dan 420C) geleid. Naast een korte introductie van het industriële proces zal de spreker in de masterclass ingaan op de fysisch/chemische processen die daarbij plaatsvinden.

Dit betreft onder andere de invloed van de samenstelling van het zinkbad op het eindproduct aan de hand van fasediagrammen. Uit de betreffende fasediagrammen valt namelijk af te leiden hoe de eigenschappen van de uiteindelijke bekleding zijn te beïnvloeden en welke samenstelling van het bad tot deze eigenschappen leidt. Hierbij komen ook andere metallische bekledingen aan de orde.

Uiteraard stelt het gebruik van de verzinkte staalplaat ook hoge eisen aan de kwaliteit van het oppervlak. Zo mogen er geen deeltjes uit het bad op het metaal achterblijven. Waardoor ontstaan deze vaste deeltjes en wat is er mogelijk om dit te minimaliseren? Ook deze aspecten zullen in de masterclass worden aangegeven.

[/collapse]

[collapse title=’M12 – Richt je scheikundelessen digitaal in met Learnbeat’]

Anne Vrolijk

Tijdens de workshopmaak je kennis met Learnbeat, dé digitale leeromgeving voor gepersonaliseerd leren en lesgeven. Met de methodes Chemie in Onderzoek, Einstein en Impact bepaal je in Learnbeat zelf hoe je lessen worden vormgegeven. Bepaal de leerroute van je leerlingen door te arrangeren en combineren met één of meerdere van de bovenstaande methodes en eigen lesmateriaal. Volg je leerlingen met behulp van overzichtelijke dashboards  en zie direct waar ze nog extra hulp kunnen gebruiken. Toets de leerlingen digitaal in Learnbeat en maak interactieve presentaties! Na de workshop kun je meteen aan de slag met jouw eigen klassen.

[/collapse]

[collapse title=’M16 – Scheikunde en LOB’]

Anne-Lotte Masson en Amber van Halteren

Er zijn talloze mooie beroepen binnen de chemie. Een Natuurprofiel met scheikunde geeft leerlingen toegang tot een brede waaier aan opleidingen die het startpunt kunnen vormen voor uiteenlopende carrières. Om leerlingen de rijkheid van dit vakgebied te laten zien, ontwikkelt c3 steeds nieuwe materialen die actuele beelden schetsen van opleidingen en beroepen. In deze masterclass presenteren we de twee nieuwste producten op dit gebied: interactieve video en het vernieuwde platform exactwatjezoekt.nl.

Interactieve video
“Hoe ziet een werkdag eruit?” “Hoe verbeter jij de wereld?” “Wat verdien je?” Drie voorbeelden van vragen die leerlingen graag stellen aan een professional om een beeld van zijn beroep te krijgen. Maar niet elke leerling wil dezelfde vragen stellen. Daarom biedt c3 interactieve beroepenfilms. De leerling bepaalt zelf wat hij of zij vraagt en aan wie. Tijdens deze masterclass presenteren we de films en geven we tips om de film in de les in te zetten.
Platform exactwatjezoekt.nl
Goede cijfers halen, over gaan naar het volgende jaar, een profiel kiezen, profielwerkstuk, studiekeuze, examenstress; stuk voor stuk herkenbare onderwerpen voor alle leerlingen. Het vernieuwde platform exactwatjezoekt (gelanceerd in oktober 2018) biedt leerlingen ondersteuning bij deze onderwerpen. Tijdens de masterclass maak je kennis met dit nieuwe platform en laten we zien hoe het platform jouw leerlingen kan helpen!

[/collapse]

[collapse title=’M20 – Moleculair species selctief lipid transport tussen cel-organellen’]

Mike Renne

Het metabolisme van (fosfo)lipiden is in detail bestudeerd, woordoor alle enzymatische stappen voor de biosynthese en degradatie van lipiden bekend zijn. De moleculaire mechanismen van lipid transport, inclusief de selectiviteit daarvan, is echter nog grotendeels onbekend. Chemisch biologische studies hebben eiqit complexen geidentificeerd die contacten tussen organellen (bijvoorbeeld tussen ER en mitochondrien) stabiliseren. Deze “tether” eiwitten zijn geimpliceerd in het faciliteren van lipid transport op deze “organelle contact sites”, maar de resultaten in de literatuur spreken elkaar tegen.
Op basis van stabiel-isotoop labeling en massa spectrometrie analyse, in combinatie met biochemische enzym assays, beschrijven wij het moleculair species selectief transport van lipiden tussen het ER en mitochondrien, waarbij er een voorkeur is voor de minder hydrofobe lipid species (i.e. species met 2 dubbele bindingen). Deze selectiviteit en de snelle conversie van geimporteerde lipiden in de mitochondrien creeren een metabole “sink” voor onverzadigde lipiden, welke verloren raakt bij het verlies van metabole eiwitten of de “tether” eiwitten die de contacten faciliteren. Samengenomen impliceren deze data de rol van deze “tether” eiwitten en “organelle contact sites” in lipid transport in vivo.

[/collapse]

Commerciële werkgroep C1

[collapse title=’C1 – Ontwikkelingen in spectrofotometrie met Coach’]

Door Sander Habets

In de jaren 40 van de vorige eeuw werd de eerste versie van de moderne spectrofotometer ontwikkeld door Arnold O. Beckman, een Amerikaanse chemicus, hoogleraar en ontwikkelaar. Sindsdien zijn spectrofotometers steeds beter en nauwkeuriger geworden, maar tegelijkertijd is het door de voortschrijdende techniek ook mogelijk om in de klas met spectrofotometrie te werken.
Hoewel spectrofotometrie inmiddels nog enkel in de SE-stof van het scheikundecurriculum te vinden is, wordt het op heel veel scholen nog steeds actief ingezet. Door de relatief lage prijs en eenvoudige inzetbaarheid is het een uitermate geschikte analysetechniek om leerlingen mee te laten werken, zodat zij hun onderzoeksvaardigheden en praktische vaardigheden kunnen verbeteren. Daarnaast is spectrofotometrie tegenwoordig behoorlijk aanwezig in het natuurkundecurriculum (met name bij quantummechanica), waardoor u ook vakoverstijgend met uw natuurkundecollega’s aan de slag kunt.
Tijdens deze workshop gaat u aan de slag met de verschillende mogelijkheden die CMA en Coach te bieden hebben voor spectrofotometrie in de klas. U ziet voorbeeldexperimenten met de troebelheidssensor, de colorimeter en een handzame spectrofotometer (een nieuwe aanwinst in het assortiment van CMA). Ook is er aandacht voor de ontwikkelingen rond draadloos meten en meten met de tablet die voor Coach gepland staan.

Het gebruikte lesmateriaal is voor iedere deelnemer toegankelijk voor later gebruik in de les.

[/collapse]