opgave 1Bookkeeper®
Papier bestaat hoofdzakelijk uit cellulose. In papier is ook water aanwezig, omdat
watermoleculen zich via waterstofbruggen aan cellulosemoleculen hechten.
Op de uitwerkbijlage bij dit examen is een gedeelte van de structuurformule van een
cellulosemolecuul getekend.
12puitwerkbijlage
Teken op de uitwerkbijlage hoe twee watermoleculen aan het stukje cellulosemolecuul
kunnen zijn gebonden. Teken daarbij:
• de watermoleculen in structuurformule;
• de watermoleculen rechtstreeks aan het stukje cellulosemolecuul;
• de waterstofbruggen met stippellijntjes.
Cellulose wordt door water langzaam gehydrolyseerd. H+ ionen versnellen dit proces.
Papier kan door de afbraak van cellulose uit elkaar vallen. Inktsoorten uit vroegere tijden
bevatten vaak opgeloste ijzer(III)zouten. In het water dat in papier aanwezig is, zijn daarom
gehydrateerde Fe3+ ionen, Fe(H2O)63+, aanwezig. Deze gehydrateerde ionen gedragen zich
als een zwak zuur (zie Binas-tabel 49). Daardoor treedt vooral op plaatsen waar een oude
inktsoort op het papier aanwezig is, een versnelde afbraak van de cellulose op. Onder de
inkt wordt de cellulose dikwijls zo sterk aangetast dat het papier er helemaal verdwijnt. De
inkt vreet zich door het papier heen. Dit verschijnsel staat bekend als inktvraat.
23p
Geef de vergelijking van de reactie waarmee kan worden verklaard dat een oplossing die
Fe(H2O)63+ ionen bevat, zuur is.
Als het zuur in het papier met een base wordt geneutraliseerd voordat de inkt zich door het
papier heeft gevreten, gaat het papier langer mee. Dit effect wordt nog versterkt wanneer op
en in het papier een extra voorraad van die base wordt aangebracht. Men spreekt dan van
een alkalische reserve.
Bij een moderne ontzuringsmethode van papier, de bookkeepermethode, gebruikt men
magnesiumoxide. Het magnesiumoxide reageert met de H+ ionen uit het papier. Daarbij
worden magnesiumzouten en water gevormd. De magnesiumzouten blijven in het papier
achter; het water wordt uit het papier verwijderd.
Ontzuren van papier volgens de bookkeepermethode verloopt als volgt.
1 Het papier (meestal boeken) wordt in een ontzuringstank O gebracht, waarna de tank
wordt afgesloten.
2 Uit een voorraadvat V wordt een fijnverdeelde suspensie van magnesiumoxide in
perfluorheptaan (C7F16) gepompt. De boeken worden in de suspensie voorzichtig heen
en weer bewogen.
3 Na twintig minuten wordt de suspensie met het overgebleven magnesiumoxide
teruggepompt naar het voorraadvat.
4 Vervolgens wordt de ontzuringstank vacuüm gezogen. Hierdoor worden water en
perfluorheptaan (dat nog in het papier is achtergebleven) als damp uit het papier
verwijderd.
5 De damp wordt in een condensor C door afkoeling vloeibaar gemaakt.
6 De vloeistoffen worden naar een scheitrechter S gepompt, waar de perfluorheptaan van
het water wordt gescheiden.
7 De perfluorheptaan wordt naar het voorraadvat teruggepompt; het water wordt
afgevoerd.
8 De boeken, met daarin de gevormde magnesiumzouten en de alkalische reserve, worden
uit de ontzuringstank gehaald.
9 Tenslotte wordt de installatie weer in gereedheid gebracht om een volgende portie
boeken te ontzuren.
Het hierboven in de punten 1 t/m 9 beschreven proces kan in een blokschema met vier
blokken (O, V, C en S) worden weergegeven. Op pagina 2 van de uitwerkbijlage is een deel
van dit blokschema getekend.
34puitwerkbijlage
Maak op de uitwerkbijlage het blokschema af door het plaatsen van de drie ontbrekende
blokken en lijnen met pijlen. Zet bij alle zelf getekende lijnen met pijlen de namen van de
bijbehorende stoffen en/of mengsels.
De alkalische reserve wordt uitgedrukt als het massapercentage MgO in het papier. Het is
de bedoeling dat papier dat met de bookkeepermethode is ontzuurd, na de behandeling
minimaal een alkalische reserve van 0,60 massaprocent magnesiumoxide heeft. Van iedere
partij ontzuurd papier wordt direct na de behandeling dit massapercentage bepaald. Bij deze
bepaling worden twee titraties uitgevoerd. Het voorschrift van deze bepaling luidt als volgt:
Bij zo’n bepaling was voor de eerste titratie 16,4 mL natronloog nodig en voor de tweede
titratie 19,7 mL.
45p
Ga door berekening na of in het ontzuurde papier inderdaad 0,60 massaprocent (of meer)
aan magnesiumoxide aanwezig is.
Na de behandeling neemt het papier langzaam weer water op. Een deel van het
aangebrachte MgO wordt daardoor omgezet tot Mg(OH)2. Door reactie met koolstofdioxide
uit de lucht worden het in het papier aanwezige MgO en Mg(OH)2 gedeeltelijk omgezet tot
MgCO3.
53p
Leg uit of ten gevolge van het ontstaan van MgCO
3 het aantal mmol H
+ dat in een bladzijde
van een boek kan worden geneutraliseerd minder wordt, gelijk blijft, of toeneemt.
opgave 2Lichaamswater
In natuurlijk waterstof komen twee isotopen voor, H-1 en H-2. De isotoop H-2 heet
deuterium en wordt weergegeven met het symbool D. In de tabel staan enkele gegevens van
de twee waterstofisotopen.
De atoommassa 1,008 u die vermeld staat in Binas-tabel 104 (4e druk) respectievelijk
99 (5e druk) is het gewogen gemiddelde van de atoommassa’s uit bovenstaande tabel.
In natuurlijk water komen dus watermoleculen voor waarin alleen H atomen zijn gebonden
(H2O) maar ook moleculen waarin D atomen aanwezig zijn (HDO en D2O). De
watermoleculen waarin D atomen zijn gebonden, bewegen iets trager dan de
watermoleculen waarin alleen H atomen zijn gebonden. Ook is de O – D binding wat sterker
dan de O – H binding. Door deze twee oorzaken worden bij elektrolyse van water eerder
H2O moleculen ontleed dan moleculen waarin D atomen zijn gebonden. Het percentage
D atomen in het overblijvende water wordt daardoor tijdens de elektrolyse steeds groter.
G. N. Lewis heeft voor de eerste keer in de geschiedenis zuiver D2O bereid. In 1933
elektrolyseerde hij 100 L zuiver water. Hij stopte de elektrolyse toen er nog maar 1 mL
vloeistof over was. Dat bleek zuiver D2O te zijn; het heeft de naam zwaar water gekregen.
De vergelijkingen van de halfreacties bij de elektrolyse van water zijn:
2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e–
2 H2O + 2 e– → 2 OH– + H2
Met behulp van bovenstaande halfreacties kan worden aangetoond dat bij de elektrolyse van
water per mol H2O twee mol elektronen betrokken is.
62p
Laat met behulp van bovenstaande halfreacties zien dat bij de elektrolyse van water per mol
H2O twee mol elektronen betrokken is.
74p
Bereken hoeveel dagen het experiment van Lewis heeft geduurd als de stroomsterkte tijdens
de elektrolyse 50 A was (293 K). Ga er bij de berekening vanuit dat al het water wordt
geëlektrolyseerd; verwaarloos dus de kleine hoeveelheid zwaar water (1 mL) die overblijft.
Maak bij de berekening onder andere gebruik van het gegeven dat de lading van een mol
elektronen gelijk is aan 9,65·104 C (A betekent ampère; 1 ampère = 1 C s–1).
Als mensen een lever- en/of nierziekte hebben, is het soms nodig om te bepalen hoeveel
massaprocent water het lichaam bevat. Op basis van de uitkomst van die bepaling kan de
medicatie worden vastgesteld. Bij een onlangs ontwikkelde methode om het
massapercentage lichaamswater te bepalen, wordt D2O gebruikt. Deze methode geeft binnen
twee uur de uitslag.
Men laat een patiënt een afgewogen hoeveelheid (22 g) D2O innemen. Met het water dat in
het lichaam aanwezig is, treedt de volgende reactie op:
D2O + H2O → 2 HDO
De uitwisseling tussen H en D atomen verloopt snel omdat er ionen bij betrokken zijn. Een
klein deel van de moleculen die in water voorkomen, is namelijk geïoniseerd.
83p
Leid de vergelijking D
2O + H
2O
→ 2 HDO af door gebruik te maken van de ionisatie van
water.
De HDO moleculen verdelen zich over al het water dat in het lichaam aanwezig is. Deze
situatie is twee uur na de inname van D2O bereikt. Overal in het lichaam is dan de
concentratie HDO in het lichaamswater verhoogd. Als gevolg daarvan is de concentratie
HDO in de waterdamp van de uitgeademde lucht ook verhoogd.
De concentratie HDO in uitgeademde lucht kan worden gemeten. Daartoe wordt de
uitgeademde lucht in een speciale massaspectrometer geleid. Daar worden aan de lucht
H3O+ ionen toegevoegd. Aan deze H3O+ ionen binden zich drie watermoleculen waardoor
ionen H9O4+ ontstaan.
Er ontstaan ook ionen H8DO4+. Deze ionen ontstaan als in plaats van één H2O molecuul één
HDO molecuul wordt gebonden. De ionen H8DO4+ zorgen in de massaspectrometer voor een
signaal bij m/z = 74. De grootte van dit signaal wordt vergeleken met de grootte van het
signaal bij m/z = 73. Uit de verhouding tussen die twee signalen is het percentage D atomen
in de waterdamp van de uitgeademde lucht, en daarmee in het lichaamswater, te berekenen.
Wel moet de gemeten intensiteit bij m/z = 74 nog worden gecorrigeerd. Er is namelijk nog
een ionsoort, waarin geen D atomen voorkomen, die een signaal bij m/z = 74 veroorzaakt.
92p
Welke combinatie van zuurstof- en waterstofisotopen is in deze ionsoort aanwezig? Gebruik
Binas-tabel 25.
Bij zo’n bepaling is van een patiënt van 65 kg, twee uur na de inname van 22 g D2O, het
gehalte H8DO4+ ionen in de uitgeademde lucht 4,4 keer zo groot geworden. Dat betekent dat
het aantal mol HDO in het lichaamswater ook 4,4 keer zo groot is geworden.
102p
Bereken het aantal mol HDO dat uit 22 g D
2O wordt gevormd.
113p
Bereken het massapercentage lichaamswater van de patiënt van 65 kg. De dichtheid van
lichaamswater bij 37 oC is 0,993 kg dm–3. Ga ervan uit dat:
• de hoeveelheid HDO die het lichaam verlaat gedurende de twee uur die het onderzoek duurt
te verwaarlozen is;
• de concentratie HDO in normaal lichaamswater bij 37 oC 0,017 mol L–1 is.
Bij een patiënt die het bovenbeschreven onderzoek heeft ondergaan, neemt de verhoogde
concentratie HDO in het lichaamswater langzaam af. Bij een normaal leefpatroon is de tijd
waarin de helft van de extra hoeveelheid HDO moleculen wordt uitgescheiden ongeveer
12 dagen. Het duurt dus ruim drie maanden voordat de concentratie HDO in het
lichaamswater weer op het oorspronkelijke niveau is. Bij sommige patiënten kan het nodig
zijn om binnen drie maanden na de eerste bepaling opnieuw het massapercentage
lichaamswater te bepalen.
122p
Leg uit of het mogelijk is om kort na de eerste bepaling (bijvoorbeeld binnen een maand)
opnieuw het massapercentage lichaamswater correct te bepalen door inname van D2O.
opgave 4Huilfactor in uien
Deze opgave gaat over het artikel ‘Japanners ontdekken enzym dat tranen trekt bij uien
snijden’ uit NRC Handelsblad. Een deel van dit artikel is afgedrukt in het informatieboekje
dat bij dit examen hoort. Lees het artikel en beantwoord vervolgens de vragen.
In het artikel is beschreven welke reactie optreedt wanneer LF in aanraking komt met water.
184p
Geef de vergelijking van deze reactie. Noteer hierin de ontstane zuren in ongeïoniseerde
vorm en de organische stoffen in structuurformules; de structuurformule van LF is
CH3 – CH2 – CH = S = O.
Let op: de laatste vragen van dit examen staan op de volgende pagina.
In de volledige naam van PRENCSO (regel 15) komen aanduidingen voor die betrekking
hebben op de ruimtelijke structuur van een PRENCSO molecuul.
Hieronder is de structuurformule van PRENCSO weergegeven. Hierin zijn de
koolstofatomen voorzien van een nummer.
193p
Noem de twee aanduidingen die betrekking hebben op de ruimtelijke structuur van
PRENCSO en geef bij elke aanduiding aan op welk structuuronderdeel deze betrekking
heeft. Maak hierbij gebruik van de hierboven weergegeven nummering van de
koolstofatomen.
In het artikel worden twee manieren genoemd die ervaren koks gebruiken om de
“tranenvloed te kunnen keren”.
202p
Verklaar voor elk van deze twee manieren waarom deze helpt tegen de tranenvloed.
In het artikel wordt zeer in het kort beschreven hoe de basenvolgorde in het gen is
opgehelderd (regels 22-24). Deze beschrijving roept verschillende vragen op. Met name bij
de vermelding van “de basenvolgorde van het DNA” dringt zich behalve de vraag of dit de
basenvolgorde op de matrijsstreng dan wel op de coderende streng betreft, een andere
kritische vraag op.
Stel, jij besluit de onderzoekers een vraag te mailen naar aanleiding van “de
basenvolgorde” in het artikel. Om de onderzoekers een indruk te geven van je kennis op het
gebied van aminozuurvolgorde en basenvolgorde in het DNA, leid jij je vraag in met enkele
zinnen waaruit deze kennis blijkt.
213p
Geef zo’n inleiding en formuleer de vraag. Gebruik in je inleiding gegevens uit
Binas-tabel 70E.
Aan het eind van het artikel (regels 25-27) wordt een conclusie vermeld die de Japanse
onderzoekers zouden hebben getrokken uit verschillende experimenten. De resultaten van
deze experimenten zijn gepubliceerd in Nature. Ze zijn wat betreft de LF vorming
samengevat in figuur 1 in het informatieboekje dat bij dit examen hoort. Op basis van hun
onderzoekingen hebben de Japanners ook een schema opgesteld van de reacties die
plaatsvinden wanneer uien worden gesneden. Dit schema staat afgebeeld in figuur 2 van het
informatieboekje. Voor hun experimenten beschikten de Japanse onderzoekers over
oplossingen van PRENCSO, van LFS en van AL (= alliinase-extract, zonder LFS, uit uien).
De conclusie die in het artikel in NRC Handelsblad is vermeld (regels 25-27), is niet geheel
in overeenstemming met het schematische overzicht van figuur 2: LFS zet namelijk
PRENCSO niet om.
222p
Verbeter de zin uit de regels 25-27 zo dat de vorming van de “moleculaire tranentrekker”
wel juist wordt verklaard.
Het thiosulfinaat dat eveneens wordt gevormd wanneer uien worden gesneden, is
verantwoordelijk voor de geur en de smaak van de uien. De hoeveelheden thiosulfinaat die
bij de experimenten van de Japanse onderzoekers zijn gevormd, kunnen ook in een figuur
als figuur 1 worden samengevat. Op de uitwerkbijlage is de aanzet voor zo’n figuur
gegeven.
233puitwerkbijlage
Teken in de figuur op de uitwerkbijlage schematisch de hoeveelheden thiosulfinaat die bij
de experimenten van de Japanse onderzoekers zijn gevormd.
