Vraag 13Bio-SAP uit kleding
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 bekijk je eerst wat een andere zuurgraad doet met de groepen in het materiaal.
- Daarna bedenk je welke krachten een rol spelen bij het vasthouden van water en tussen de ketens.
- Met de tekst zoek je na wat het materiaal met de ketens doet bij het opnemen van water.
- Sluit af met een conclusie over de wateropname bij lagere pH vergeleken met pH 7.
Hier verliezen leerlingen punten
- Benoem de interacties met water en die tussen de ketens, niet maar één soort van binding.
- Laat in je conclusie zien hoe de verandering van pH leidt tot meer of minder opname van water.
- Schrijf je uitleg in volledige zinnen met een oorzaak en een gevolg, zodat het verband goed blijkt.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Een superabsorberend polymeer (SAP) is een materiaal dat grote hoeveelheden water kan absorberen. Dit kan bijvoorbeeld worden toegepast in luiers. Onderzoekers hebben een biologisch afbreekbaar superabsorberend polymeer (bio-SAP) ontwikkeld op basis van gebruikt katoen. Katoen bestaat voornamelijk uit cellulose en voor een klein deel uit pectine. Pectine is een polysacharide opgebouwd uit eenheden ( α )-D-galacturonzuur. Een eenheid ( α )-D-galacturonzuur kan worden voorgesteld als een eenheid ( β )-D-galactose, waarin de oriëntatie van de OH -groep op C 1 anders is. Verder is de CH OH -groep vervangen door een carboxylgroep. 2 In pectine zijn de eenheden ( α )-D-galacturonzuur aan elkaar verbonden door middel van de OH -groepen aan de C- atomen met nummers 1 en 4.
In de productie van het bio-SAP wordt eerst cellulose gewonnen uit gebruikt katoen, waarna de cellulose wordt omgezet tot carboxy-methylcellulose (CMC). De omzetting vindt plaats in oplossing A bij 30 °C . Oplossing A wordt bereid door ethanol ( C H O ) en natriumhydroxide 2 6 ( NaOH ) in een molverhouding van 1 : 1 in water op te lossen. Het uiteindelijke massapercentage van ethanol en natriumhydroxide samen bedraagt 18% . De dichtheid van oplossing A is 1,13 · 10 3 kg m –3 .
Als eerste stap wordt cellulose toegevoegd aan oplossing A. Vervolgens wordt monochloor-ethaanzuur toegevoegd aan het reactiemengsel. In de optredende reacties wordt een klein deel van de OH -groepen in cellulose omgezet tot OCH COO – -groepen. 2 Bij deze reactie ontstaan behalve CMC ook chloride-ionen en water. De omzetting van een OH -groep van cellulose is op de uitwerkbijlage onvolledig weergegeven.
Om de gevormde CMC te kunnen omzetten tot het bio-SAP, worden eerst de nog aanwezige negatief geladen groepen geneutraliseerd met een zure oplossing. Vervolgens wordt CMC gemengd met citroenzuur (zie de figuur). CMC wordt dan door condensatiereacties omgezet tot het bio- SAP. figuur
Om het bio-SAP te maken hebben de onderzoekers CMC volledig laten reageren met citroenzuur in de massaverhouding CMC : citroenzuur = 9,0 : 1,0. De gemiddelde molaire massa van de gebruikte CMC bedraagt 152 · 10 3 g mol –1 . Het gemiddelde aantal monomeereenheden per CMC-molecuul is 6,2 · 10 2 .
Ten slotte wordt het gevormde bio-SAP nog behandeld met een base. Door deze behandeling zijn in het materiaal weer OCH COO – -groepen 2 aanwezig met daaraan gebonden natriumionen. Wanneer water wordt opgenomen in dit bio-SAP gaan de OCH COO – -groepen elkaar afstoten. 2 Hierdoor ontstaat meer afstand tussen de ketens waardoor het materiaal zeer veel water kan opnemen. Wanneer dit bio-SAP wordt toegepast in luiers, is de hoeveelheid water die kan worden opgenomen afhankelijk van de pH van de urine.
Leg uit of het materiaal bij lagere pH meer of minder water kan opnemen dan bij pH = 7. Betrek in je antwoord de interacties die een rol spelen bij het opnemen van water door bio-SAP.