Polymeren
Alle oefentoetsen

Oefentoets

Polymeren

Deze oefentoets bestaat uit vijf vragen over het onderwerp polymeren.

De uitwerking vind je na het openen van alle hints. Let op, als er geen ‘Controleer antwoord’ knop staat, moet je zelf je antwoord controleren met behulp van de hints en uitwerking.

Vraag 1

a)

Geef voor elk van de drie polymeren aan of ze zijn ontstaan in een additiepolymerisatie-reactie of in een condensatiepolymerisatie-reactie.

b)

Geef de structuurformules van de monomeren waaruit de drie polymeren zijn gemaakt.

c)

Ga voor elk polymeer na of het een co-polymeer is.

d)

Leg uit of additiepolymeren ook co-polymeren kunnen zijn.

e)

Geef de structuurformule van een willekeurig polyamide dat geen co-polymeer is. Teken ten minste drie monomere eenheden.

Vraag 2

PVC wordt in de chemische industrie op grote schaal gemaakt door polymerisatie van chlooretheen. PVC wordt vervolgens in korrelvorm geleverd aan fabrieken waar men van PVC bijvoorbeeld kozijnen, deuren, waterleidingen en kabels maakt. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat PVC een thermoplast is.

a)

Leg uit met behulp van begrippen op microniveau dat PVC een thermoplast is.

Voorafgaand aan de verwerking tot kozijn voegt men aan PVC korrels allerlei stoffen toe, zoals kleurstoffen en stabilisatoren. Als PVC wordt verwarmd zonder stabilisator, ontleedt het bij verwarmen waarbij waterstofchloride ontstaat. Bij deze ontleding ontstaan in moleculen PVC zogenoemde geconjugeerde bindingen. Daarbij zijn om en om C-C en C=C bindingen aanwezig. De H-atomen rondom de C=C bindingen nemen hierbij de trans-configuratie aan.

b)

Geef met behulp van structuurformules deze reactie van PVC weer. Geef hierbij een fragment uit het midden van een PVC keten weer, bestaande uit totaal 6 koolstofatomen.

Vraag 3

Penta-1,4-dieen kan bij polymerisatie crosslinks vormen.

Teken een stukje uit het midden van het polymeermolecuul bestaande uit drie monomeereenheden van polypenta-1,4-dieen waarbij de middelste repeterende eenheid een crosslink heeft gevormd met een andere polymeerketen (die ook uit drie monomeereenheden bestaat). Ga ervan uit dat de polymeerketen via 1,2-additie tot stand is gekomen.

Vraag 4

Nafion is een polymeer dat wordt toegepast als membraan in een bepaald type batterij. Nafion kan beschouwd worden als een additiepolymeer, ontstaan uit twee soorten monomeren. Een gedeelte uit het midden van een molecuul Nafion kan als volgt worden weergegeven:

In dit gedeelte wisselen beide monomeereenheden elkaar niet regelmatig af.

De groepen die in bovenstaande structuurformule met –SO3H zijn aangeduid, worden sulfonzuurgroepen genoemd.

Geef de structuurformules van de twee soorten monomeren waaruit het polymeer is gevormd. Geef de sulfonzuurgroepen met –SO3H weer.

Vraag 5

Het koelen van kantoorgebouwen kost veel energie. Een manier om de energiekosten voor het koelen te verminderen is het dak van het gebouw met sponsachtig materiaal te bedekken dat regenwater opneemt. Wanneer later de zon schijnt, verdampt het water waardoor het gebouw minder opwarmt. Een groep wetenschappers heeft onderzocht of een hydrogel hiervoor een geschikt materiaal is. Een hydrogel is een homogeen mengsel van een polymeer met water. De watermoleculen zijn ingesloten tussen de polymeerketens. Interacties tussen de ketens zorgen ervoor dat het mengsel niet vloeibaar is en niet ontmengt. Wetenschappers onderzochten eerst of een hydrogel gebaseerd op het polymeer pHEMA geschikt was om gebouwen te koelen. pHEMA is het additiepolymeer van HEMA.

pHEMA wordt bereid door aan een mengsel van HEMA met water een kleine hoeveelheid ammoniumpersulfaat, (NH4)2S2O8, toe te voegen. De initiatiereactie van de polymerisatie is hieronder weergegeven.

S2O82– ⟶ 2 SO4 (initiatie)

Het deeltje SO4 is het radicaal dat de polymerisatie op gang brengt.

a)

Geef een mogelijke Lewisstructuur van het deeltje SO4 , waaruit blijkt dat het deeltje een radicaal is. Geef formele ladingen aan. Neem aan dat de covalentie van zwavel zes is.

Het radicaal SO4 reageert met HEMA, waardoor uiteindelijk pHEMA ontstaat.

b)

Geef de vergelijking van de propagatiereactie van een deeltje SO4 met een molecuul HEMA. Geef het deeltje SO4 aan met R•. Geef met pijlen aan hoe elektronen zich verplaatsen tijdens de reactie.

pHEMA kan veel water opnemen. Als pHEMA geheel met water wordt verzadigd, bedraagt het massapercentage water in de ontstane hydrogel 72%.

c)

Bereken hoeveel moleculen water per monomeereenheid in deze hydrogel van pHEMA worden opgenomen. Neem aan dat het massapercentage ammoniumpersulfaat in de hydrogel te verwaarlozen is.

Geef je antwoord in het juiste aantal significante cijfers.

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Omdat pHEMA in de praktijk bleek tegen te vallen, is het verwante polymeer pNIPAM onderzocht. In figuur 1 is een gedeelte van de microstructuur van pNIPAM weergegeven. pNIPAM is een netwerkpolymeer dat wordt gemaakt uit twee monomeren. Bij de polymerisatie treden uitsluitend additiereacties op.

d)

Geef de structuurformule van het monomeer dat voor de crosslinks in pNIPAM zorgt.

Als pNIPAM-korrels worden samengevoegd met water bij een temperatuur onder 33 °C zwelt het materiaal op door opname van water. Ketendelen van pNIPAM worden dan volledig omgeven door watermoleculen.

e)

Geef in figuur 1 weer hoe twee watermoleculen gebonden zijn aan pNIPAM.

Als een dak wordt bedekt met een laag pNIPAM-korrels, kan het materiaal water opnemen tijdens regenbuien. Als dan later de zon schijnt neemt de natte hydrogel energie op én verdampt het water. Hierdoor zal een gebouw minder opwarmen. Omdat het proces herhaalbaar is, kan het materiaal langere tijd worden gebruikt.

Het eerder onderzochte pHEMA is niet geschikt voor deze toepassing omdat bij het verdampen van water zich een harde korst van pHEMA vormt. Hierdoor wordt de opname van water belemmerd.

De onderzoekers veronderstellen dat dit wordt veroorzaakt doordat tijdens het opdrogen de polymeerketens van pHEMA zich regelmatig rangschikken waardoor kristallijne gebieden worden gevormd. De interacties tussen de ketens zijn dan zo sterk dat watermoleculen niet meer tussen de ketens kunnen dringen.

f)

Leg uit op microniveau waarom in pNIPAM geen kristallijne gebieden worden gevormd tijdens het opdrogen.

Om de koelende werking van pNIPAM te onderzoeken, zijn temperatuurmetingen gedaan aan een miniatuurhuis waarvan het dak met een laag pNIPAM-korrels is bedekt. Aan het begin van de meting werd de laag verzadigd met water. Het miniatuurhuis werd vervolgens verwarmd onder een sterke lamp, terwijl de temperatuur van de natte hydrogel werd gemeten. De temperatuur van de natte hydrogel steeg van 24 °C tot 33 °C door de opname van energie.

Bij 33 °C bleef de temperatuur constant totdat al het aanwezige water was verdampt.

De totale hoeveelheid energie die op dat moment is opgenomen door de pNIPAM-laag hoeft niet meer door koeling te worden afgevoerd.

g)

Bereken hoeveel energie per m2 is opgenomen door de pNIPAM-laag als gevolg van de temperatuurstijging en het verdampen van het water. Maak onder andere gebruik van de volgende gegevens:

  • in de laag was 2,8 kg water per m2 aanwezig;
  • het massapercentage water in de pNIPAM-laag bedroeg 84%;
  • de soortelijke warmte van de natte hydrogel bedraagt 4,0*103 J kg–1 K–1 ;
  • de verdampingswarmte van water bedraagt 2,26*106 J kg–1.

 

Schrijf je antwoord in het format 5*10-4  5*10^-4.

Je kunt je antwoord checken met de ‘Controleer antwoord’ knop.
Let op: op een toets verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Bekijk ook eens

studiehulp icoon Biochemie
Scheikunde | Vwo | 6
Oefentoets
Biochemie
Oefentoets over aminozuren, enzymen en eiwitten.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Polymeren
Scheikunde | Havo | 5
Oefentoets
Polymeren
Oefentoets over polymeren en polymerisatiereacties.
Bekijk de toets
studiehulp icoon Redoxreacties
Scheikunde | Vwo | 5
Oefentoets
Redoxreacties
Oefentoets over redoxreacties herkennen, half- en totaalreacties.
Bekijk de toets
studieorientatie icoon Op de mavo wilde ik al scheikunde studeren Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Beroep
Op de mavo wilde ik al scheikunde studeren
Lara is chemisch analist bij het bedrijf Astellas.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Chemie is altijd mijn passie geweest Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Beroep
Chemie is altijd mijn passie geweest
Nick Das studeerde hbo-Chemie en is nu laboratoriummanager.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Ik ben echt een spin in het web Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Beroep
Ik ben echt een spin in het web
Isabelle deed Chemische Technologie en is nu continuverbetercoördinator.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Praktijklessen vind ik leuk om te doen Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Praktijklessen vind ik leuk om te doen
Nighel studeert Chemie, bekijk zijn filmpje!
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Goed persoonlijk contact met docenten Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Goed persoonlijk contact met docenten
Matthew koos na het mbo voor de opleiding Chemie.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Jij en chemie? Dat geloof ik niet Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Jij en chemie? Dat geloof ik niet
Elisa is nu vierdejaarsstudent Chemie in Amsterdam.
Bekijk het filmpje
studieorientatie icoon Je hoeft geen nerd of slimbo te zijn Indicatie dat de post een filmpje is
Hbo | Chemie
Studie
Je hoeft geen nerd of slimbo te zijn
Proef de sfeer bij de opleiding Chemie in Rotterdam.
Bekijk het filmpje