Vraag 18Zuurstofproductie op Mars
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?
- Bij deze vraag reken je eerst uit hoeveel zuurstof één astronaut per dag nodig heeft.
- Kijk daarna hoeveel zuurstof één SOXE per seconde maakt en reken dat om naar één dag.
- Vergelijk de twee hoeveelheden, zodat je ziet hoeveel SOXE's je nodig hebt om de astronaut te voorzien.
Hier verliezen leerlingen punten
- Let goed op de eenheden, want kilogram, gram en mol zijn verschillende grootheden die je moet omrekenen.
- Laat al je tussenstappen zien, want zonder die stappen kun je niet laten zien hoe je tot je antwoord komt.
- Denk na over wat een afgeronde uitkomst betekent als je met een aantal apparaten iemand volledig van zuurstof wilt voorzien.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Om in de verre toekomst op de planeet Mars te kunnen wonen, is het belangrijk dat daar zuurstof kan worden geproduceerd. De atmosfeer van Mars bevat namelijk nauwelijks zuurstof, maar wel koolstofdioxide. Op 20 april 2021 is er door de Marsrobot Perseverance (figuur 1a) voor het eerst zuurstof geproduceerd uit koolstofdioxide dat aanwezig is in de atmosfeer van Mars. De Perseverance bevat een ‛ s olid ox ide e lectrolyzer’ (SOXE). In de SOXE wordt met behulp van elektrische energie koolstofdioxide omgezet tot onder andere zuurstof (figuur 1b). figuur 1 1a 1b Aan elektrode A wordt CO omgezet tot CO volgens: 2 CO + 2 e – → CO + O 2– (halfreactie 1) 2 Aan elektrode B ontstaat zuurstof volgens: O 2– → O (halfreactie 2) 2 Halfreactie 2 is onvolledig. In halfreactie 2 ontbreken elektronen en coëfficiënten. Op de uitwerkbijlage is halfreactie 1 weergegeven.
Het elektrolyt is YSZ: een afkorting van y ttrium ge s tabiliseerd z irkoniumoxide. Yttrium en zirkonium zijn elementen met de symbolen Y en Zr . YSZ is op te vatten als een mengsel van de zouten Y O en ZrO . 2 3 2 YSZ is een vaste stof die oxide-ionen ( O 2– ) doorgeeft. De O 2– - ionen worden het best doorgegeven bij de massaverhouding Y O : ZrO = 1,0 : 6,3. 2 3 2
Het elektrolyt YSZ is ook onderdeel van elektrode A. Elektrode A is poreus en is opgebouwd uit poederdeeltjes nikkel ( Ni ) die zijn versmolten met poederdeeltjes YSZ (figuur 2). Deze opbouw van elektrode A zorgt ervoor dat de snelheid waarmee zuurstof geproduceerd wordt, optimaal is. figuur 2 Maud en Bryn bediscussiëren of de weergave van elektrode A in figuur 2 een weergave op microniveau is. Bryn stelt dat de donker gekleurde bolletjes nikkel-atomen kunnen voorstellen. Maud stelt dat de witte bolletjes nooit een weergave van YSZ op microniveau kunnen zijn.
Het is belangrijk dat de Ni -deeltjes en YSZ-deeltjes goed gemengd zijn. Om halfreactie 1 te laten verlopen, moet een molecuul CO namelijk 2 zowel de Ni -deeltjes als de YSZ-deeltjes raken. CO + 2 e – → CO + O 2– (halfreactie 1) 2
Eén SOXE produceert 4,7·10 –5 mol zuurstof per seconde. Volgens ruimtevaartorganisatie NASA heeft een astronaut 0,84 kg zuurstof per dag nodig.
Bereken hoeveel SOXE’s nodig zijn om één astronaut gedurende een dag van zuurstof te voorzien. Geef de uitkomst in een geheel aantal SOXE’s.