§4.3 Noodzakelijke voedingsstoffen Er zijn veel verschillende voedingsstoffen. Voorbeelden van voedingsstoffen zijn water, eiwitten, koolhydraten, vetten, mineralen en vitamines. Deze voedingsstoffen krijg je binnen door voedingsmiddelen te consumeren. Als je gevarieerd eet krijg je van elke stof wat binnen.
Eiwitten
--> fundament van een cel
Koolhydraten
--> brandstof om te kunnen functioneren
Vetten
--> energiedragers
Mineralen
--> Bouwstoffen voor het skelet, cellen en weefsels
Vitamines
--> Werkzame organische verbindingen, specifieke werking
sleutelfuncties van de stofwisseling
Water
--> Bouwstof, transportmiddel, oplosmiddel en
temperatuurregelaar. Structuurformules voedingsstoffen Eiwitten, koolhydraten en vetten zijn koolstofverbindingen. Dat betekent dat ze een C-romp hebben. De eiwitten, koolhydraten en vetten zijn drie aparte groepen binnen de koolstofchemie uit paragraaf 2. Allemaal hebben ze kenmerken waaraan je ze kan herkennen.
Eiwitten: een eiwitmolecuul heeft altijd een bepaalde combinatie van C-, H- en N-atomen --> de peptidebinding.
Koolhydraten: in een koolhydraat is een ring van C-, H- en O-atomen aanwezig. Glucose is het eenvoudigste koolhydraat. Een glucosering met een fructosering (vruchtensuiker) vormt een sacharosemolecuul --> bietsuiker. Heel veel glucoseringen vormen een zetmeelmolecuul.
Vetten: De molecuulformule van een vet bestaat alleen uit C-, H- en O-atomen. De romp van elk vet- of oliemolecuul is ook hetzelfde. De romp is afkomstig van een glycerolmolecuul en de zijgroepen zijn afkomstig van de vetzuren. De zijgroepen bepalen ook of je te maken hebt met gezonde of ongezonde vetten. (onverzadigde vetzuren zijn gezonder dan verzadigde vetzuren.)
Vitamines en mineralen Vitamines zijn ook koolstofverbindingen maar horen niet bij één groep omdat ze geen gemeenschappelijke kenmerken in hun structuurformules hebben. Mineralen zijn geen koolstofverbindingen maar stoffen met één atoomsoort die een metaal is. Mineralen zijn nodig en zijn bijvoorbeeld atoomsoorten die natrium, ijzer of zink bevatten.
§4.4 Afbraak van voedingsstoffen Waarvoor zijn voedingsstoffen nodig? Voedingsstoffen zijn nodig om je chemische fabriek (je lichaam) draaiende te houden. De koolhydraten en vetten vormen de brandstof. Met behulp van zuurstof (die je inademt) verbranden die koolhydraten en vetten en ontstaat er koolstofdioxide en water. De energie die vrijkomt wordt weer gebruikt voor activiteiten in je lichaam. Een ander deel van je voedingstoffen worden afgebroken tot kleinere moleculen en worden gebruikt voor reacties die zorgen voor nieuwe stoffen. Die nieuwe stoffen zijn bijvoorbeeld nodig om nieuwe cellen te maken. Voor dit alles is een temperatuur van 37° C nodig en daarom moeten sommige reacties sneller gebeuren. Daarvoor worden katalysatoren gebruikt. Deze maakt je lichaam zelf en heten enzymen. Elke reactie heeft zijn eigen enzym. Elke enzym is pH-gevoelig en kan maar 1x gebruikt worden. De spijsvertering Onverteerbare stoffen uit brood, peulvruchten en verse groenten en fruit gaan naar de dikke darm waar ze de stoelgang bevorderen. Dit zijn de vezels. Veel voedingsstoffen reageren eerst met water waarbij ze afgebroken worden tot kleinere moleculen die makkelijker getransporteerd kunnen worden. Dit heet hydrolyse. (Ontleding d.m.v. water).
Hydrolyse van eiwitten: als eiwitten reageren met water ontstaan er kleinere moleculen --> aminozuren. Reactie --> water breekt de peptidebinding --> water hecht zich aan het N-atoom en de OH-groep en C-atoom gaan binden. Het O-atoom is afkomstig van het water (H2O). Die aminozuren worden gebruikt om eiwitten en enzymen te maken. Aminozuren die je lichaam niet kan maken krijg je door je voeding en heten essentiële aminozuren.
Hydrolyse van koolhydraten: Uit koolhydraten is glucose te halen dat nodig is voor de energievoorziening. De glucose ontstaat door de bietsuiker of zetmeel (vormen van koolhydraten) te laten reageren met water waarbij glucose ontstaat.
Hydrolyse van vetten: De romp van een vet- of oliemolecuul is een glycerolmolecuul en de zijgroepen zijn vetzuren. Als een vet- of oliemolecuul reageert met water ontstaan altijd glycerol en vetzuren. Een deel van de vetzuren zijn voor de brandstofvoorziening. De rest zijn de bouwstoffen van de lichaamscellen of zijn omgezet in andere stoffen. Die andere stoffen zijn voor de aanleg van het hersenweefsel, de spierwerking, de bloedstolling, regeling bloeddruk en afweer tegen ziektes. Reactie --> water breekt op drie plaatsen de binding van O- en H- atomen in een vetmolecuul. Aan de glycerolrest hechten drie H-atomen (afkomstig van het water) en aan de vetzuren hechten drie OH-groepen. (afkomstig van het water). Er zijn vetzuren die je lichaam niet kan maken en je uit je voeding moet halen dit zijn de essentiële vetzuren.
4.6 Additieven (ADI-waarde t/m Papierchromatografie) ADI-waarde van additieven De ADI-waarde is de Aanvaardbare Dagelijkse Inname van een stof uitgedrukt in mg per kg lichaamsgewicht. Dit is heel belangrijk omdat er mensen zijn die overgevoelig zijn voor sommige kleurstoffen. Papierchromatografie Door middel van deze scheidingsmethode kan je nagaan uit hoeveel componenten een kleurstof bestaat. Papierchromatografie is een scheidingsmethode die berust op het verschil in adsorptievermogen (de mate waarin een stof vloeistoffen of gassen kan opnemen) en het verschil in oplosbaarheid van de componenten uit het mengsel. Praktijk: Breng op een papier extracten aan van de kleurstoffen die getest worden. Zet het papiertje in een beker met loopvloeistof (mengsel van verschillende oplosmiddelen waarin de kleurstoffen kunnen oplossen). De loopvloeistof wordt door het looppapier omhoog gezogen. Als de loopvloeistof de kleurextracten heeft bereikt
worden de kleuren ook mee naar boven gezogen. Uiteindelijk zal de loopvloeistof niet verder stijgen en kan je het papiertje uit het bekerglas halen. Je het nu een chromatogram. Niet alle kleurstoffen zijn even ver omhoog gezogen omdat er namelijk een verschil is in adsorptie. Sommige kleurstoffen adsorberen sterker aan het papieroppervlak dan andere en sommige kleurstoffen lossen beter op in de loopvloeistof. De stof die het meest oplost en het minst adsorbeert komt het hoogst en de stof die het meest adsorbeert en het minst oplost het laagst. Op het chromatogram zie je de samenstelling van een verschillende kleurstoffen. Elke stof heeft zijn eigen Rf-waarde bij een bepaalde temperatuur en bepaalde loopvloeistof. De stof kan je bepalen door de twee afstanden op het chromatogram op te meten. Afstand 1 is van het punt waar de kleurstoffen zijn aangebracht tot het punt waar de kleurstof is blijven steken. Dit is afstand A. En afstand 2 is vanaf het punt waar je kleurstoffen hebt aangebracht tot waar de loopvloeistof is getrokken. Dit is afstand B. De Rf-waarde kan je nu berekenen door A te delen door B. ANDERE SCHEIDINGSMETHODEN OOK LEREN EN KENNEN!
Hoofdstuk 5 §5.2 Waaraan herken je een ontledingsreactie? Ontledingsreacties Een ontledingsreacties is een chemische reactie waarbij één beginstof ontleedt wordt in meerdere eindproducten. Een ontledingsreactie kan je herkennen aan één beginstof en meerdere reactieproducten. Voorbeelden:
CO2 (g) --> ….
+
…….
C
C6H12O6 (s) --> …….. + …….. + ………
3C (s) + 6H2 (g) + 3O2 (g)
Ca(OH)2 (s) --> ……… + ……….. + ………
Ca
(g)
+ O2 (g)
(s)
+ O2 (g) + H2 (g)
Energie-effect van ontledingsreacties Een ontledingsreactie kan energie nodig hebben dan is de reactie endotherm. Er kan bij een ontledingsreactie ook energie ontstaan dan is de reactie exotherm. Wanneer er warmte nodig is om een reactie te starten is dit GEEN verbrandingsreactie maar kan dit een ontledingsreactie zijn. Activeringsenergie en energiediagrammen Wanneer er energie nodig is om een reactie op te starten heet deze benodigde energie de activeringsenergie. Bij een endotherme moet je blijven verwarmen en bij een exotherme reactie kan je de warmtebron weghalen. Het energieverloop kan je weergeven in een diagram. Daarin staan twee energieniveaus --> beginstoffen en eindproducten. Wanneer het een exotherme reactie is, is er meer energie aanwezig bij de beginstoffen en als het een endotherme reactie is, is er meer energie aanwezig bij de eindproducten. De afstand tussen de energieniveaus is de hoeveelheid energie die nodig is of vrij komt. Wanneer het niveau van de beginstoffen hoger ligt dan die van de reactieproducten is er energie vrijgekomen en als het niveau van de beginstoffen lager ligt dan die van de reactieproducten is er energie opgenomen.
§5.3 Typen ontledingsreacties Drie typen ontledingsreacties
Thermolyse --> d.m.v. warmte één beginstof ontleden in meerdere reactieproducten. Een voorbeeld hiervan is de thermolyse van ijzererts zie paragraaf 4.
Elektrolyse --> d.m.v. elektrische energie één beginstof ontleden in meerdere reactieproducten. Voorbeeld is de ontleding van water zie paragraaf 5.
Fotolyse --> d.m.v. licht één beginstof ontleden in meerdere reactieproducten. Voorbeeld hiervan is de fotolyse van zilverchloride waarbij zilver en chloor ontstaan.
Reactieproducten van een ontledingsreactie Een ontleedbare stof is altijd een verbinding. Als je een verbinding ontleedt zijn de reactieproducten VAAK elementen (niet ontleedbare stoffen). Een voorbeeld van een ontledingsreactie waarbij ook een verbinding ontstaan is de ontledingsreactie van kalksteen. CaCo3
(s)
--> CaO
(s)
+ CO2
(g).
Er ontstaat ongebluste
kalk (CaO) dit is een verbinding van calcium en zuurstof. Het wordt niet verder ontleedt omdat het niet nuttig is want ongebluste kalk wordt veel gebruikt en niet de calcium. Als je water toevoegt aan ongebluste kalk ontstaat er gebluste kalk (CaO2H2). Dit kom je veel tegen als beginstof in de chemische industrie en in de bouw.
§5.4 Thermolyse in de chemische industrie Thermolyse van ijzererts IJzererts is een verbinding van de atoomsoorten ijzer (Fe) en zuurstof (O 2). De bereiding van ijzer uit ijzererts gebeurt d.m.v. hoogovens en thermolyse. De bereiding van ijzer bij 2500°C : 2 Fe2O3
(s)
--> 4 Fe
(s)
+ 3 O2
(g).
Bij 2500°C bereiden
van ijzer uit ijzererts kost veel energie en vereist dure installaties daarom wordt er vaak koolstofmono-oxide toegevoegd die de zuurstofatomen uit de ijzererts ‘wegvangt’. Deze manier van bereiden kan al bij 1500°C en is dus goedkoper. De reactievergelijking is als volgt: Fe2O3 (s) + 3 CO (g) --> 2 Fe
(s)
+ 3 CO2 (g).
Die koolstofmono-oxide is ontstaan doordat brokken koolstof onvolledig verbranden en er dus koolstofmono-oxide ontstaat. De ijzer en de koolstof mengen en daaruit ontstaat gietijzer. Van gietijzer naar staal Door de koolstof is de gietijzer na stolling hard en breekbaar. Om het ijzer steviger te maken wordt de koolstof uit het ijzer gehaald. Dit kan door koolstof te laten reageren met zuurstof want dan ontstaat er koolstofdioxide in gasvorm en dat ontsnapt direct. De ijzer die overblijft wordt verder verwerkt en wordt uiteindelijk staal. Blokschema’s Bijna alle fabrieken werken volgens blokschema’s. Elk blok stelt een onderdeel voor. Hieronder staat het blokschema van een ‘normale’ chemische fabriek:
Aanvoer grondstoffen --> opslag
Grondstoffen worden voorbewerkt zodat ze makkelijker reageren.
De grondstoffen reageren met elkaar
Het reactiemengsel wordt gescheiden in eindproduct en afvalverwerking
De eindproducten gaan naar de opslag
De ongewenste bijproducten worden verwerkt tot onschadelijk afval.
§5.5 Elektrolyse en fotolyse in de chemische industrie Productie van waterstof Elektrolyse van waterstof: Waterstof wordt geproduceerd door water te ontleden door middel van elektrolyse in de reactieproducten waterstof en zuurstof. Deze ontleding d.m.v. elektrolyse kan met het toestel van Hofmann. Dit hele proces werkt niet altijd heel goed dus wordt het niet heel veel gebruikt. Wel is het inmiddels al verbeterd door middel van katalysatoren. In de auto-industrie zijn ze druk bezig met kijken hoe ze een auto kunnen laten rijden op water (waterstof). Fotolyse van waterstof: Er wordt gekeken of door middel van licht waterstof gemaakt kan worden op een biologische manier. Op dit moment zijn er algen die wanneer ze bestraald worden door licht water kunnen ontleden in waterstof en zuurstof alleen is het probleem dat de zuurstof die ontstaat de algen afremt waardoor ze steeds minder water kunnen ontleden. Wel wordt er door wetenschappers gekeken hoe algen door middel van genetische modificatie minder gevoelig gemaakt kunnen worden voor zuurstof dus ze meer water kunnen ontleden. Het voordeel van deze manier van produceren is dat de algen zich kunnen verminderen dus er geen tekort komt en dat er geen koolstofdioxide vrijkomt.
