Vraag 27Uraan uit zeewater
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bepaal eerst hoeveel gram uranium één gram hydrogel per keer oplevert, met de gegeven molaire massa.
- Denk na over hoe vaak de hydrogel wordt gebruikt en wat dat voor de totale hoeveelheid betekent.
- Reken de jaarlijkse behoefte om naar dezelfde eenheid als je opbrengst en zet het eindresultaat om naar kilogram.
Hier verliezen leerlingen punten
- Bij de eenheden gaat het vaak mis, dus noteer bij elke stap of je in gram, mol of kilogram rekent.
- Let op dat de hydrogel meerdere keren wordt gebruikt, en neem dat expliciet mee in je berekening.
- Rond tussenuitkomsten niet te vroeg af, en geef het eindantwoord met het aantal significante cijfers dat past bij de gegevens.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Uraan kent verschillende toepassingen. Het bekendst is de toepassing als energiebron voor kerncentrales. Hiervoor is de isotoop U-235 nodig.
Tot nu toe wordt uraan in de vorm van erts afgegraven uit mijnen. Bij een jaarlijkse wereldwijde behoefte van 6,0·10 7 kg uraan zullen deze mijnen een voorraad uraan hebben voor slechts 80 jaar . Zeewater is een veel grotere bron van uraan. Winning van uraan uit zeewater staat daarom in de belangstelling. Een probleem hierbij is echter dat het gehalte in zeewater laag is: 3,38·10 –9 kg uraan per L .
In zeewater is uraan vooral aanwezig in de vorm van het UO 2+ -ion. De winning 2 van uraan uit zeewater is nog experimenteel. Voor deze winning worden polymeren gebruikt die in staat zijn om UO 2+ -ionen te binden. 2 De basis van dit polymeer is het peptide omiganan. De aminozuurvolgorde van omiganan is als volgt: Ile-Leu-Arg-Trp-Pro-Trp-Trp-Pro-Trp-Arg-Arg-Lys (omiganan) Omiganan is in staat om water te binden.
Als omiganan gecrosslinkt wordt, ontstaat een hydrogel. Een hydrogel is een vaste, onoplosbare stof die gebonden water bevat. Behalve water kan deze hydrogel ook UO 2+ -ionen uit het zeewater binden. Zo kan de hydrogel 2 UO 2+ -ionen uit zeewater halen. Andere ionen in zeewater worden namelijk niet 2 of in veel mindere mate aan de hydrogel gebonden. Onderzoekers wilden de massa aan UO 2+ -ionen bepalen die per gram 2 hydrogel gebonden kan worden. Dit onderzoek werd als volgt uitgevoerd: Stap 1: Een bepaalde hoeveelheid hydrogel werd in een bak gelegd waar zeewater doorheen werd gepompt. Stap 2: Na enkele weken werd de hydrogel uit de bak met zeewater gehaald en spoelden de onderzoekers de hydrogel met gedestilleerd water. Stap 3: De hydrogel werd in een oplossing van de stof EDTA gelegd. Hierdoor kwamen de UO 2+ -ionen weer los van de hydrogel en bonden aan 2 EDTA-ionen. Stap 4: UO 2+ -ionen werden weer losgemaakt van EDTA-ionen en de massa 2 van de UO 2+ -ionen werd bepaald. 2
In stap 3 kwamen de UO 2+ -ionen los van de hydrogel omdat deze ionen beter 2 binden met EDTA-ionen dan met de hydrogel. In het onderzoek werd een oplossing van het zout Na -EDTA gebruikt. In figuur 1 is de structuurformule 2 van de vaste stof Na -EDTA weergegeven. 2 figuur 1 O O C H C CH C 2 2 HO O Na N CH CH N O 2 2 O C H C CH C 2 2 Na O OH Na oplossen van Na -EDTA in water ontstaan vrije EDTA-ionen. Deze ionen 2 worden weergegeven met de formule Y 2– . Door de pH te veranderen kan men Y 2– -ionen omzetten tot Y 4– -ionen. Per Y 4– -ion kan één UO 2+ -ion worden 2 gebonden.
De hydrogel kan na stap 3 worden hergebruikt. Na het uitvoeren van de stappen 1 tot en met 4 werd per gram gebruikte hydrogel 2,99·10 –5 mol UO 2+ -ionen verkregen. Dit proces is voor verbetering vatbaar, omdat er erg 2 grote hoeveelheden hydrogel nodig zijn om de wereldwijde jaarlijkse behoefte aan uraan voor kerncentrales te kunnen leveren.
Bereken hoeveel kg hydrogel nodig is om de wereldwijde jaarlijkse behoefte aan uraan ( U ) voor kerncentrales te kunnen leveren. Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers. Ga uit van de volgende gegevens en aannames: – De gel wordt per jaar 17 keer gebruikt. – De wereldwijde jaarlijkse behoefte aan U is 6,0·10 7 kg . – De molaire massa van U is 238 g mol –1 . – Bij de omzetting van UO 2+ -ionen naar U treedt geen verlies op. 2