Kennisbasis. docent scheikunde master

Kennisbasis docent scheikunde master

3 | Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde

Voorwoord Wat ligt er aan de basis van echte kennis? Ervaring, inzicht, maar vooral ook: samenwerking. Kennis wordt nooit alleen gemaakt. Zo is ook deze Kennisbasis er gekomen. Hierin staat de basiskennis die iedere startbekwame leraar aan het einde van de opleiding minimaal dient te beheersen. Dat begon in 2009 bij de lerarenopleidingen voor het primair en voortgezet onderwijs, voor een groot aantal vakken. Vervolgens zijn de andere lerarenopleidingen aan de slag gegaan om hun eigen kennisbasis te beschrijven. En afgelopen jaar heeft een grote groep docenten van de lerarenopleidingen met veel enthousiasme hard gewerkt aan het beschrijven van deze nieuwe set van kennisbases. Hun concept is weer door inhoudelijke experts (deskundigen per vakgebied) bestudeerd en waar nodig van aanwijzingen voorzien. Met inzet van zoveel betrokken mensen wordt dit eindresultaat breed gedragen. Nu dit product er ligt zullen lerarenopleidingen aan de slag gaan met het gebruik van deze kennisbases in de opleidingen. Al dat werk heeft ook nog iets anders opgeleverd. De auteurs zijn uitgedaagd hun eigen kennis te overzien, te beschrijven en te toetsen aan de expertise van hun collega’s elders in het land. Dat bracht collega’s van diverse instellingen met elkaar in contact. Dat bood gelegenheid om met vakgenoten te discussiëren en daarmee hun eigen expertise aan te scherpen. Hoewel niet in kennisbases uit te drukken mag deze opbrengst beslist niet worden vergeten: ervaring en inzicht groeien zelf ook door samenwerking. Velen uit de sector zijn zo op enigerlei wijze betrokken bij de ontwikkeling en implementatie van de kennisbasis of bij het construeren van de kennistoetsen. Door het harde werk en de grote betrokkenheid van al deze mensen tonen de lerarenopleidingen dat ambitieuze doelstellingen, in combinatie met nauwe samenwerking en kennisuitwisseling, kunnen resulteren in nieuwe kwaliteit: een vaste basis onder goed gedeelde kennis. Een kwaliteitsslag die de nieuwe generatie leraren degelijk zal voorbereiden op hun toekomst als pedagoog, zodat men met recht kan zeggen: Een tien voor de leraar! Ik dank allen die hieraan hebben bijgedragen.

dr. Guusje ter Horst voorzitter HBO-raad

Kennisbases hbo-masteropleidingen scheikunde | 4

Inhoud 1. Algemene inleiding

6

2. Preambule

10

3. Kennisbasis Scheikunde

13

1. Analytische chemie

16

2. Anorganische chemie

20

3. Biochemie

22

4. Chemische binding

24

5. Chemische technologie

26

6. Fysische chemie

28

7. Organische chemie

32

8. Chemisch practicum

34

9. Vakdidactiek

34

10. Wetenschappe-lijke grondslagen en ontwikkelingen


36

1. Algemene inleiding Doelen De voorliggende kennisbasis vormt een systematische beschrijving van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis en vaardigheden waarover studenten beschikken aan het eind van hun hbo-masteropleiding tot bevoegd docent scheikunde in het voorbereidend hoger onderwijs (havo en vwo). Het belangrijkste doel van de kennisbasis is om studenten, lerarenopleiders, verwante opleidingen, het werkveld en de samenleving duidelijkheid te verschaffen over de ‘body of knowledge’. De kennisbasis is verder geschikt als referentiekader voor leerplanontwikkeling, als instrument voor kwaliteitszorg, en desgewenst als inhoudelijk raamwerk voor samenwerking tussen hbo-masteropleidingen.

De algemene inleiding geeft achtergrondinformatie over: t de positionering van de hbo-masteropleidingen leraar vho; t de totstandkoming van de kennisbases binnen het landelijke project Werken aan Kwaliteit (WAK);

t de ijkpunten voor de inhoudelijke keuzes bij de samenstelling van de kennisbases.

Positionering van de hbo-masteropleidingen leraar vho In Nederland bestaan twee routes die leiden naar een bevoegdheid voor het eerstegraads gebied.

t De universitaire route: aansluitend aan het behalen van een Master of Arts/Science volgt een student een eerstegraads opleiding in voltijd. De vakinhoudelijke kennis verwerft de student binnen een wetenschappelijke opleiding. Daarna maakt hij zich (vak)didactische en onderwijskundige kennis eigen tijdens de (meestal eenjarige) universitaire lerarenopleiding.

t De hbo-route: een tweedegraads bevoegde docent volgt, na zijn hbo-bacheloropleiding en meestal na enige jaren werkervaring, een driejarige eerstegraads hbo-masteropleiding in deeltijd. Binnen de hbo-masteropleiding worden vakinhoudelijke, (vak)didactische en onderwijskundige kennis in samenhang verworven. Het geheel van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis van de student is beschreven in de kennisbases voor de bacheloren de masteropleidingen. Beide routes leiden tot hetzelfde civiele effect, namelijk een bevoegdheid voor de bovenbouw van het vho (havo en vwo).

Totstandkoming van de kennisbasis hbo-masteropleidingen leraar VHO De kennisbases van de hbo-masteropleidingen vormen een onderdeel van het project ‘Werken aan Kwaliteit’ (WAK). Dit project is ontstaan als uitwerking van de ‘Kwaliteitsagenda voor het opleiden van leraren 2008-2011’ van toenmalig staatssecretaris Van Bijsterveldt en valt onder verantwoordelijkheid van de HBO-raad. De uitkomsten van het project zijn daarnaast beïnvloed door beleidsmatige ontwikkelingen, zoals het advies ‘Kwaliteitsborging van het eindniveau van aanstaande leraren’ van de Onderwijsraad en de aanbevelingen voor een toekomstbestendig hoger onderwijs van de commissie Veerman.


1 De activiteiten in het WAK-deelproject waren erop gericht om in onderlinge samenwerking de kwaliteit van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis van toekomstige eerstegraadsleraren te versterken. De uitkomsten vormen een gemeenschappelijk kader dat recht doet aan het eigen karakter van hbo-masteropleidingen. Het kader legt een brede, gemeenschappelijke basis vast, maar biedt opleidingen leerplanruimte voor eigen indeling, inkleuring en aanvullingen. Het deelproject ging van start in februari 2010 en heeft kennisbases gerealiseerd voor de volgende schoolvakken:

t Nederlands, Engels, Frans, Duits, Spaans, Fries; t wiskunde, scheikunde, natuurkunde, biologie; t geschiedenis, aardrijkskunde, maatschappijleer, algemene economie, bedrijfseconomie, godsdienst/levensbeschouwing. Alle kennisbases zijn opgezet volgens een gezamenlijke, vaste indeling, die voortbouwt op de indeling van de kennisbases voor de bacheloropleidingen van tweedegraads leraren. Elke kennisbasis benoemt de vakinhoudelijke en vakdidactische domeinen en subdomeinen, licht deze toe, formuleert de bijbehorende indicatoren (eindtermen) voor het masterniveau, en geeft per subdomein voorbeelden van kenmerkende toetsvragen en opdrachten. Elke kennisbasis is samengesteld door een redactieteam bestaande uit lerarenopleiders van alle hogescholen die de betreffende hbo-masteropleiding aanbieden. Een projectleider bewaakte de voortgang en zorgde voor afstemming samen met de voorzitters van de redactieteams en het landelijk overleg van de ADEF-werkgroep hbo-masteropleidingen. Redactieteams hebben een conceptversie van de kennisbasis beschikbaar gesteld voor commentaar door de vakgroepen in de hogescholen. De herziene versie van de kennisbasis is vervolgens ter legitimatie voorgelegd aan een onafhankelijk panel met vertegenwoordigers uit wetenschap, docenten uit het vho en vakverenigingen. De commentaren van de panels zijn verwerkt in de eindversies van de kennisbases. De namen van de leden van het redactieteam en de namen van de leden van het legitimeringspanel staan vermeld bij de kennisbasis. Een geaccordeerd verslag van het gesprek tussen redactieleden en het panel is beschikbaar.

Kaders en bronnen voor de kennisbases Voor een systematische beschrijving van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis en vaardigheden vormt competentie 3 uit de wet Beroepen in het Onderwijs (BiO) het uitgangspunt: de bevoegde leraar vho kan theoretische, methodische en praktische kennis over het schoolvak tijdig en gepast inzetten in beroepspraktijk. De kennisbases geven een overzicht van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennisdomeinen in de opleidingen. De gekozen (sub)domeinen weerspiegelen die van de leerinhoud van het vho. Daarnaast bieden ze voldoende aangrijppunten om de ontwikkelingen in de wetenschappelijke discipline een belangrijke plaats te geven in de opleiding. De indicatoren en de voorbeeldvragen en -opdrachten tonen een niveau dat duidelijk uitstijgt boven het niveau van de voorafgaande bacheloropleiding.


Een leraar vho begeleidt leerlingen op weg naar hoger onderwijs. Mede daarom is aandacht voor wetenschap en onderzoek belangrijk in een hbo-masteropleiding. De betekenis ervan vormt een kenmerkend onderscheid met de voorafgaande bacheloropleiding. Er is in de kennisbasis voor gekozen het vakgerichte onderzoek niet in een apart domein onder te brengen. Het doen van vakgericht onderzoek kan immers in elk domein tot uitdrukking komen. Het is de verantwoordelijkheid van een opleiding de plaats van vakgericht onderzoek te expliciteren in het eigen leerplan. De keuze om het domein ‘Wetenschappelijke grondslagen en ontwikkelingen’ op te nemen, benadrukt het belang dat de hbo-masteropleidingen hechten aan kennis van en inzichten in de wijze waarop in het eigen vakgebied aan kennisontwikkeling werd en wordt gedaan. Het doen van onderzoek is evenwel geen doel op zichzelf, maar een middel dat studenten in staat stelt ontwikkelingen in de wetenschappelijke wereld ten aanzien van hun vakgebied te duiden en daaraan als leraar vho binnen het schoolvak betekenis te geven. N.B. Onderzoek in de hbo-masteropleidingen is breder dan het terrein van de eigen discipline. Het betreft ook vraagstukken die betrekking hebben op ontwikkeling en duurzame innovatie in de eigen onderwijspraktijk. De hierbij behorende vormen van onderzoek worden aangeduid als praktijkgericht onderzoek en behoren niet direct tot de vak- en vakdidactische kennisbases. De kennisbases van de hbo-masteropleidingen zijn tot stand gekomen onder invloed van een aantal richtinggevende documenten.

t De wet Beroepen in het Onderwijs (BiO) en de beschrijving daarin van de leraar vho, die in staat is om ‘leerlingen te introduceren in de kennis, principes, onderzoekswijzen en toepassingen van de wetenschappelijke discipline(s) waaraan het schoolvak is gerelateerd.’

t De zeven onderwijscompetenties voor de leraar vho, zoals beschreven door de Stichting Beroepskwaliteit Leraren. De competentiebeschrijvingen plaatsen de vakinhoudelijke en vakdidactische domeinen van de kennisbasis in een context van beroepshandelingen.

t De Dublin-descriptoren, die in Europa worden gehanteerd als kwalificaties voor het niveau van onder meer masteropleidingen. De Dublin-descriptoren impliceren onder meer de noodzaak van kennis van onderzoeksmethoden en kennis van de wetenschapsfilosofische achtergronden van het vakgebied.

t De kennisbasis van de voorafgaande bacheloropleiding, die de voorkennis definieert van de instromende studenten in de masteropleiding.

t De eindtermen van het betreffende schoolvak in havo en vwo, die onder meer van invloed zijn op de keuze van domeinen binnen het wetenschappelijk vakgebied.

t De brochure ‘Vakinhoudelijk Masterniveau’ van de Interdisciplinaire Commissie Lerarenopleidingen (ICL), waarin per vakgebied het vakinhoudelijke masterniveau van de universitaire lerarenopleidingen wordt beschreven.


1 Een leven lang leren De diplomering van de student vormt het eindpunt van de opleiding en een beginpunt van het levenslang verder leren. De Commissie Veerman adviseert om via een ruim aanbod van masteropleidingen een Leven Lang Leren te bevorderen. De masteropleidingen zijn een goed voorbeeld van wat de Commissie voor ogen staat, want zij bieden leraren doorgroeimogelijkheden tijdens hun loopbaan. Op de leraren en op de school als goed werkgever rust vervolgens de verantwoordelijkheid om voort te bouwen aan de professionele ontwikkeling waarvoor de kennisbasis per vakgebied één van de pijlers vormt. Drs. A.W. van der Stouwe Projectleider kennisbasis hbo-masteropleidingen leraar vho


2. Preambule Inleiding kennisbasis hbo-masteropleiding scheikunde Voor u ligt de kennisbasis hbo-master docent scheikunde. Deze kennisbasis verwijst naar het geheel van kennisvereisten, zowel vakkennis als (vak)didactische kennis, waaraan een startbekwame eerstegraads leraar scheikunde moet voldoen. Het beheersen van de kennisbasis scheikunde voor de master is een voorwaarde voor het competent handelen van de afgestudeerde leraar VHO. De kennisbasis biedt opleidingen de ruimte om het leerplan zelf in te delen, in te kleuren en aan te vullen. Er wordt geen onderwijskundige kennis beschreven en er wordt ook niet ingegaan op stage en het uitvoeren van een praktijkonderzoek. De kennisbasis is afgestemd op de leerinhouden van de bovenbouw van het voortgezet onderwijs, de reguliere examenprogramma’s van het voortgezet onderwijs (CEVO syllabus centraal examen 2011 voor havo en vwo), de kennisbasis leraar scheikunde hbo-bachelor en op belangrijke ontwikkelingen zowel in het vakgebied (bijvoorbeeld biotechnologie) als binnen het scheikundeonderwijs (Nieuwe Scheikunde).

Relatie met kennisbasis tweedegraad Het niveauverschil tussen een startbekwame leraar hbo-master (eerstegraads) en startbekwame leraar hbo-bachelor (tweedegraads) uit zich onder meer in het verbreden en verdiepen van de vakinhoudelijke en vakdidactische kennis van een tweedegraads leraar tot masterniveau. Van een tot master opgeleide docent wordt verwacht dat hij/zij verantwoordelijkheid neemt met betrekking tot de ontwikkeling en innovatie van het beleid en de onderwijspraktijk binnen de vaksectie en de school. Daarnaast mag van de eerstegraads leraar een groter zelfsturend, onderzoekend, probleemoplossend en reflecterend vermogen worden verwacht. Bij het opstellen van de kennisbasis is het redactieteam er vanuit gegaan dat de masterstudent bij aanvang van de studie de kennisbasis bachelor docent scheikunde beheerst, zowel vakinhoudelijk als vakdidactisch. Beide kennisbases zijn te vinden op: www.kennisbasis.nl.

Relatie met vakinhoudelijke voorkennis van studenten in de universitaire lerarenopleidingen In de brochure Vakinhoudelijk Masterniveau worden voor de universitaire lerarenopleidingen scheikunde de kern- en subdomeinen van de vakinhoudelijke kennis opgesomd. Daarover moet een student bij instroom beschikken. Het doel van deze instroomeisen is anders dan dat van de domeinen in de kennisbases van de hbo-masteropleidingen. Die dienen als referentiekader voor de leerplanontwikkeling en kwaliteitszorg van de opleidingen zelf. Voor een volledige vergelijking is het nodig de domeinen van de universitaire lerarenopleidingen te vergelijken met de domeinen van de kennisbases van zowel de master- als de bacheloropleiding scheikunde die de student heeft doorlopen.

Indeling kennisbasis De kennisbasis master is ingedeeld in de tien domeinen: analytische chemie, anorganische chemie, biochemie, chemische binding, chemische technologie, fysische chemie, organische chemie, chemisch practicum, vakdidactiek en wetenschappelijke grondslagen & ontwikkelingen. De meeste domeinen bestaan uit diverse subdomeinen. In totaal bestaat de kennisbasis uit 32 subdomeinen.


2

De gehanteerde domeinen binnen de kennisbasis hbo-master docent scheikunde zijn internationaal herkenbaar. De domeinindeling wijkt af van de domeinenindeling (21) binnen de kennisbasis hbo-bachelor docent scheikunde en vertoont meer overeenkomst met de kerndomeinen van de Universitaire Lerarenopleidingen (ULO’s). Zeven van de 21 domeinen van de kennisbasis bachelor zijn subdomeinen binnen de kennisbasis master. Dat de (sub)domeinindeling van de kennisbasis van de bachelor en de master van elkaar verschillen, sluit niet uit dat een combinatie van beide opleidingen doorlopende leerlijnen heeft. De structuur van de kennisbasis staat los van de structuur van het leerplan. De kennisbasis bevat een overzicht van de cognitieve kennis in tien domeinen (kolom 1) die iedere startbekwame leraar voor het eerstegraads gebied tijdens de opleiding heeft doorlopen. In de tweede kolom van de kennisbasis zijn bij elk domein de bijbehorende subdomeinen weergegeven. Deze subdomeinen zijn geoperationaliseerd door het benoemen van concepten in de derde kolom. Al deze concepten worden behandeld. Opleidingen hebben de vrijheid om accenten te leggen. De bij elk vakspecifiek domein (1 t/m 7) aangeduide kennisbasis wordt grotendeels gedekt door de inhoud en het niveau van de boeken zoals vermeld in de tabel achter de kennisbasis. Daarmee is tevens de niveauaanduiding van de diverse concepten vastgelegd. De meeste boeken worden ook in het universitaire scheikundeonderwijs gebruikt. Een opleiding is uiteraard vrij in de keuze van de leermiddelen. In kolom vier is van de meest omvattende concepten een gedragsindicator geformuleerd; deze benoemd meetbaar gedrag. Deze kolom pretendeert niet om de kennisbasis volledig te dekken en kan dus niet gebruikt worden als integrale uitwerking van alle domeinen. In de vijfde kolom zijn tenslotte voorbeeld toetsvragen opgenomen om een aantal indicatoren nader te operationaliseren. Deze toetsvragen zijn vooral gericht op beheersing van vakkennis. Vanwege het voorgeschreven format van de kennisbasis en de daardoor beperkte ruimte zijn de voorbeeldvragen contextarm.

Practicum Formeel kunnen praktische vaardigheden in een laboratorium niet in een kennisbasis worden opgenomen. Ze zijn er wel aan elkaar gerelateerd. Toch heeft het redactieteam ze als apart domein in de kennisbasis opgenomen. Immers: geen scheikunde zonder practicum. Essentieel voor het masterniveau is dat er binnen de practica veel aandacht is voor de diverse instrumentele analysetechnieken en voor praktisch onderzoek. Het niveau is vergelijkbaar met de vakgerelateerde theoretische onderwerpen binnen de masteropleiding. Een deel van het practicum is vakdidactisch gericht.

Didactische implicaties Een kennisbasis is niet gekoppeld aan een didactisch concept en legt niets vast met betrekking tot programmaopbouw en studielast. De opleiding is daarvoor zelf verantwoordelijk en stelt een curriculum vast dat volledig recht doet aan de kennisbasis én in overeenstemming is met het eigen didactisch concept en profilering. De onderlinge samenhang tussen de diverse domeinen dient daar waar mogelijk aangebracht te worden door ‘domeinoverstijgend’ en contextrijk onderwijs aan te bieden (bijvoorbeeld: chemische technologie-organische chemie-katalyse). Een van de uitgangspunten van de kennisbasis is dat de startbekwame leraar hbo-master scheikunde een reëel beeld heeft van de actuele wetenschappelijke en technologische


ontwikkelingen en zowel van het vak scheikunde als van het beroeps- en maatschappelijk perspectief van het vak. Een ander uitgangspunt is dat de startbekwame eerstegraads leraar vakinhouden die de opleiding aanbiedt kan vertalen naar het vwo-niveau. Net als bij de kennisbasis van de bachelor heeft de afgestudeerde master een gedegen vakkennis en een goed beeld van de concept/contextbenadering. Onder deze benadering wordt scheikundeonderwijs verstaan dat uitgaat van maatschappelijke, experimentele en theoretische contexten. De contexten fungeren als brug tussen alledaagse werkelijkheid en de scheikundige concepten die aan het vak ten grondslag liggen. Hoewel niet expliciet in de kennisbasis aangeven, staan veel concepten in de context van toepassingen in het dagelijkse leven. De concept/ contextbenadering komt ook aan de orde bij vakdidactiek en het chemisch practicum.

Onderzoek Een onderzoekende houding en beheersing van onderzoeksvaardigheden is voor een eerstegraads leraar van wezenlijk belang in het licht van ‘een leven lang leren’ en de noodzakelijk continue professionalisering gedurende de beroepsloopbaan. Een eerstegraads docent dient via een systematische, onderzoeksmatige benadering vraagstukken in de eigen beroepspraktijk op te pakken en kan daardoor een bijdrage leveren aan de schoolorganisatie als geheel. Het uitvoeren van een praktijkonderzoek gericht op een vraag uit de beroepspraktijk, inclusief literatuuronderzoek, vormt geen onderdeel van de kennisbasis scheikunde, maar het is wenselijk om onderzoek in de opleiding een plaats te geven.


3. Kennisbasis scheikunde

Analytische chemie 1.1 Algemene begrippen 1.2 Atoomspectrometrie 1.3 Molecuulspectrometrie en structuuropheldering 1.4 Chromatografie

16 16 16 16 18

Anorganische chemie 2.1 Structuur 2.2 Zuur-base 2.3 Redoxreacties 2.4 Katalyse

20 20 20 20 20

Biochemie 3.1 Eiwitten 3.2 Nucleïnezuren

22 22 22

Chemische binding 4.1 Kwantumtheorie 4.2 Atoomstructuur 4.3 Molecuulstructuur

24 24 24 24

Chemische technologie 5.1 Massa- en energiebalansen 5.2 Industriële processen

26 26 26

Fysische chemie 6.1 Oplossingen 6.2 Thermodynamica 6.3 Chemisch evenwicht 6.4 Zuur-base 6.5 Oplosbaarheid van zouten 6.6 Elektrochemie 6.7 Reactiekinetiek

28 28 28 28 30 30 30 30

Organische chemie 7.1 Naamgeving 7.2 Reacties en reactiecondities 7.3 Reactiemechanismen 7.4 Polymeerchemie

32 32 32 32 32


Chemisch practicum 8.1 Synthetiseren, meten, onderzoeken

34 34

Vakdidactiek 9.1 Eindexamens 9.2 Concept-in-context 9.3 Bovenbouwdidactiek

34 34 34 34

Wetenschappe-lijke grondslagen en ontwikkelingen 10.1 Ontwikkeling van de chemie 10.2 Filosofie van de chemie

36 36


3 Domeinen

Subdomeinen

Omschrijvingen en/of toelichtingen

Vakdomein 1

Indicatoren masterniveau

Kenmerkende voorbeeldvragen

N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke en industriële contexten waarbinnen de analytische chemie een rol speelt (bijvoorbeeld voedingsmiddelenindustrie, forensische chemie, biomedische instellingen).

Analytische chemie 1.1

Algemene begrippen

1.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: wisselwerking EM-straling en materie (zoals breking en brekingsindex, reflectie, verstrooiing, polarisatie, foto-elektrisch effect), spectra, emissie/absorptie bij atomen en moleculen, elektronen-, vibratie- en rotatieniveaus.

De startbekwame docent kan: 1.1.1 de begrippen breking, reflectie, verstrooiing, polarisatie en foto-elektrisch effect omschrijven en er berekeningen mee uitvoeren; 1.1.2 atoom- en molecuulspectra van elkaar onderscheiden en de verschillen verklaren.

1.1.1

Een lichtbundel met een intensiteit van 1.000 eenheden valt door een cuvet, gevuld met ethanol. De waarden van de brekingsindex zijn: materiaal

n

lucht

1,00

glas

1,52

alcohol

1,36

Bereken de intensiteit van de bundel nadat deze de cuvet verlaten heeft. 1.1.2

1.2 Atoomspectrometrie

1.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: theoretische achtergronden en instrumentatie van diverse vormen van AAS (vlam en grafietoven), storingen bij de meting en correcties hiervoor, verschillende analysevormen (zoals standaard additie) en analytische parameters bij de meting (zoals detectiegrens).

De startbekwame docent kan: 1.2.1 schematisch de opbouw van een AAS spectrometer omschrijven en de werking van de componenten uitleggen; 1.2.2 een onderbouwde keuze maken tussen de verschillende AAS-methoden, rekening houdend met het soort monster, mogelijke storingen en detectiegrenzen; 1.2.3 met een meetreeks een lineaire regressieanalyse uitvoeren en daarmee de monsterconcentratie berekenen, zowel met vergelijkingsstandaarden als met standaardadditie.

Het spectrum van natriumatomen en dat van een moleculaire stof verschilt aanzienlijk. a. Geef een (globale) schets van deze twee spectra. (Details als exacte golflengtes en vorm mag je negeren.) b. Geef een verklaring voor de verschillen tussen deze spectra.

1.2.2 Een docent doet een meting van het gehalte chroom in een monster staal en vraagt zich af of het aanwezige ijzer de bepaling niet stoort. Leg duidelijk uit waarom de aanwezigheid van Fe geen probleem is voor de meting van chroom. 1.2.3 Voor de bepaling van het zinkgehalte in een geneesmiddel lost men van het monster 150,7 mg op in een maatkolf van 250 mL, die wordt aangevuld. Hieruit pipetteert men 10 ml in een maatkolf van 100 mL. Daarna wordt telkens 10 mL van de verdunde monsteroplossing in maatkolven van 100 mL gepipetteerd, waaraan telkens een wisselend volume zinkstandaard van 5,00 mg.mL–1 wordt toegevoegd. Deze worden aangevuld met demiwater de extinctie wordt gemeten. nr

Vstand (mL)

E

1

0,00

0,157

2

10,0

0,260

3

15,0

0,311

4

20,0

0,358

5

25,0

0,429

a. Leg uit waarom deze werkwijze betere resultaten zal opleveren dan een normale ijkreeks. b. Bereken het Zn-gehalte in het geneesmiddel in mg/kg. 1.3 Molecuulspectrometrie en structuuropheldering

1.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:

t UV-VIS:

theoretische achtergronden, instrumentatie (bijvoorbeeld diode array detector), kwantitatieve analyse en toepassingen;

t IR:

theoretische achtergronden (waaronder mechanische en kwantummechanische modellen), instrumentatie (waaronder FTIR), toepassingen en kwalitatieve analyse (organische verbindingen);

t NMR:

theoretische achtergronden (waaronder kwantum- en klassieke model), instrumentatie en kwalitatieve analyse met behulp van 1H NMR-spectra voor kwalitatieve analyse;

De startbekwame docent kan: 1.3.1 schematisch de opbouw van een UV-VIS/FTIR/NMR/MS spectrometer omschrijven en de werking van de componenten uitleggen; 1.3.2 bepalen of een analytisch probleem met behulp van UV-VIS spectrometrie op te lossen is; 1.3.3 een IR/NMR-spectrum zodanig analyseren dat gecombineerd met andere spectrometrische methoden een complexe verbinding kan worden geïdentificeerd; 1.3.4 een eerste orde NMR-spectrum interpreteren aan de hand van chemical shift en spin-spin opsplitsing; 1.3.5 omschrijven wat de aard van massaspectra is, en hoe deze worden gebruikt om stoffen te identificeren.

1.3

Een verbinding heeft molecuulformule C6H12O2. Bijgevoegd zijn de H- NMR en IR-spectra. Bepaal de structuurformule van de verbinding. Geef de gevolgde weg duidelijk weer. Verifieer je structuurformule door zoveel mogelijk absorptiepieken van de spectra toe te kennen (chemical shifts en golfgetallen) en opsplitsingen van NMR-pieken te verklaren. 1

1.3.4 Geef een zo goed mogelijke voorspelling van het proton-NMR-spectrum van p-ethoxymethylbenzeen. Geef aantal pieken, wijze van opsplitsing en schatting van chemical shifts.

t MS:

aard moleculaire massaspectra, ionenbronnen (elektronen-impact en chemisch) met bijbehorende spectra, bouw massaspectrometer, identificatie van zuivere stoffen en van mengsels (GC-MS, CE-MS, tandem MS).



3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 1




Analytische chemie 1.4 Chromatografie


1.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: theoretische grondslagen (zoals verdelingsconstante en retentiefactor), kwaliteit van een chromatografische analyse (waaronder kolomefficiency en van Deemtervergelijking), kwantitatieve analyse (diverse methodes en interne standaard methode);

t

t

Gaschromatografie: instrumentatie, kwalitatieve en kwantitatieve analyse, moderne ontwikkelingen;

t

Vloeistofchromatografie: kolomefficiency en deeltjesgrootte bij HPLC, bouw HPLC-apparatuur, ionchromatografie.

De startbekwame docent kan: 1.4.1 de basisbegrippen van de chromatografie omschrijven en de belangrijkste invloeden op de kwaliteit van een chromatografische scheiding benoemen; 1.4.2 onderdelen van een GLC en HPLC benoemen en de werking toelichten; 1.4.3 het werkingsprincipe en toepassingen van diverse vloeistofchromatografische methodes omschrijven; 1.4.4 kwantitatieve chromatografische analyses uitvoeren en daarin diverse parameters en rekenmethodes hanteren; 1.4.5 uitleggen in welke gevallen een keuze voor een chromatografische meetmethode gerechtvaardigd is.

1.4.1

Twee componenten P (M = 2500 g·mol–1) en Q (M = 180 g·mol–1) worden (achtereenvolgens) ingespoten op dezelfde kolom. De retentietijden van P en Q verschillen weinig. a. Schets twee grafieken van H tegen u, één voor stof P en één voor stof Q. Geef in elke grafiek aan hoe de bijdrage is van: - Eddy diffusie - longitudinale diffusie - massatransport Schets ook de resulterende curve. b. Voor welke component wordt de kleinste optimale flow gevonden? Leg uit door welke invloed(en) dit komt.

1.4.4 Voor een chromatografische bepaling van het gehalte hexabromofeen in tandpasta gaat men als volgt te werk: * er wordt een interne-standaardoplossing gemaakt door 300 mg acetonitril (component I.S.) op te lossen in dimethylformamide (DMF) en aan te vullen tot 150 mL. * voor het bepalen van de ijkfactoren wordt (met een microbalans) 29,73 mg hexabromofeen (component H) afgewogen in een maatkolfje van 10 mL. Hierbij wordt 5 mL interne-standaard-oplossing gepipetteerd. Dan wordt aangevuld met dimethylformamide. Men injecteert van deze oplossing 3 L en neemt een chromatogram op. De integratiehoogten van de pieken (= evenredig met oppervlak) zijn als volgt: - component I.S.: 39,2 mm - component H: 28,2 mm * van het monster tandpasta weegt men 5,698 gram af en pipetteert hierbij: - 5 mL interne-standaardoplossing - 4 mL DMF - 1 mL methanol (om de polariteit te verhogen) Men homogeniseert het geheel en centrifugeert. Van de heldere bovenstaande vloeistof injecteert men 3 L en men neemt een chromatogram op. De integratiehoogten zijn: - component I.S.: 37,2 mm - component H: 28,8 mm a. Welke eisen moet men stellen, in z’n algemeenheid, aan de interne standaard? b. Bereken het gehalte hexabromofeen in de tandpasta in massa-%.


3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 2




Anorganische chemie 2.1 Structuur

2.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: kristalstructuur van zouten en legeringen (zoals eenheidscel, projectie, bolstapelingen omringingsgetal, holten), polymorfie, roosterenthalpie, Born-Haber cyclus, Born-Mayer, Kapustinskii, trends in het periodiek systeem, (thermische) stabiliteit, oplosbaarheid, defecten, energiebandtheorie.

De startbekwame docent kan: 2.1.1 kristalstructuur van zouten, metalen en legeringen karakteriseren; 2.1.2 Born-Haber cyclus opstellen, interpreteren en vergelijken met empirische waarden; 2.1.3 de roosterenthalpie met de Born-Mayer en de Kapustinskii vergelijking berekenen en kan de relatie tussen de roosterenthalpie, (thermische) stabiliteit en oplosbaarheid van ionogene stoffen verklaren; 2.1.4 de energiebandtheorie toepassen en verklaren.

2.1.1 In onderstaande figuur is een deel van de kristalstructuur van de stof AxByCz afgebeeld. a. Hoeveel complete eenheidscellen zie je in de structuur? b. Teken de eenheidscel in projectie. Gebruik kleuren en geef duidelijk aan wat A, B en C is. c. Bepaal de formule van AxByCz. Laat duidelijk zien hoe je tot het antwoord komt. C

2.1.4 Als je aan zeer zuiver silicium (hoofdgroep 4) zeer kleine hoeveelheden van de ‘dope’ arseen A toevoegt (hoofdgroep 5) ontstaat er een n-type semiconductor. Leg uitgebreid uit, aan de hand van een tekening, wat een n-type semi-conductor is (de s- en p-band mag je als bekend veronderstellen) en waardoor de geleiding tot stand komt. Denk daarbij aan: - waarom noemt men het een n-type semiconductor? - de energie en de naam van de diverse banden; - band gap; - de mate van vulling van de diverse banden; - de invloed van arseen op de geleiding. 2.2 Zuur-base

2.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: diverse zuur-base theorieën, verdelingsdiagram meerwaardige zuren, oplosmiddel levelling, niet-waterige oplosmiddelen, structuur en reactiviteit/sterkte, vrije energie en Kz, regels van Pauling, trends in het periodiek systeem.

De startbekwame docent kan: 2.2.1 de zuur-base theorieën omschrijven en toepassen; 2.2.2 zuren op sterkte categoriseren op basis van structuurtheorie; 2.2.3 het verband leggen tussen Kz, Kb en het oplosmiddel en er berekeningen mee uitvoeren; 2.2.4 trends in het periodiek systeem verklaren met zuur-base theorieën.

B

2.2.1 Geef bij de onderstaande reacties aan wie van de reactanten het Lewiszuur en wie de Lewis base is. Als er meer zuren/basen zijn, maak dan onderscheid door nummering, bijvoorbeeld Lewis zuur 1 en Lewis zuur 2. a. OH-(aq) + CO2 (aq) HCO3–(aq) b. AsF + SbF [AsF ]+[SbF ]– 3 (g)

5 (l)

2

6

(s)

2.2.2 Gegeven zijn de oxozuren H2CrO4 en HMnO4. a. Laat door een andere schrijfwijze zien dat H2CrO4 en HMnO4 oxozuren zijn. b. Teken de structuurformule van beide zuren en leg duidelijk uit welke van de zuren het sterkst is. Een student heeft een kaliumnitraatoplossing en een koper(II)nitraatoplossing van dezelfde molariteit. Gegeven: ionstralen K+ 138 pm en Cu2+ 73 pm. c. Verklaar welke van beide oplossingen de laagste pH heeft. Licht je antwoord toe met behulp van structuurformules. 2.3 Redoxreacties

2.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: disproportionering, complexering, oplosbaarheidsproduct en standaard celpotentiaal, relatie E-pH, elektrochemische diagrammen zoals: Latimer, Pourbaix.

De startbekwame docent kan: 2.3.1 de wiskundige relatie tussen potentiaal en pH afleiden en kan E-pH diagrammen analyseren; 2.3.2 elektrochemische diagrammen interpreteren, analyseren en verklaren en er berekeningen mee uitvoeren.

2.3.1 In een galvanische cel (T = 35°C) treden de volgende halfreacties op: Al(OH)4–(aq) + 3eAl(s) + 4OH–(aq) 2H O + 2eH + 2OH– 2

(l)

2 (g)

(aq)

Leid een zo’n eenvoudig mogelijke formule af voor de berekening van de celpotentiaal ( E) als functie van de pH op het moment dat de partiële druk van waterstofgas 5,00 bar bedraagt en de concentratie van het Al(OH)4--ion gelijk is aan 0,500 mol.L–1. De pK w bedraagt 13,65. Noteer voldoende tussenstappen. 2.3.2 Tengevolge van een lozing van afval komen Fe(III)-ionen in water terecht. Bestudeer het Pourbaix-diagram en beantwoord onderstaande vragen. a. Verklaar of ijzer voornamelijk als Fe(II) aanwezig kan zijn in zuurstofrijk water van pH 2. b. Leg uit of ijzer(III)hydroxide aanwezig kan zijn in zuurstofarm water van pH = 4 met daarin reducerende (organische) stoffen?

2.4 Katalyse

2.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten:

t Algemeen:

algemene begrippen, katalyse en duurzame chemie, parameters voor milieueffecten en efficiency, katalytische cycli vs. stoechiometrische reacties, energiewinst en milieu;

t Homogene katalyse metaalcomplexen, elementaire stappen, industriële toepassingen;

t Heterogene katalyse:

Langmuir-Hinshelwood en Eley-Rideal kinetiek, actieve site, modelsystemen, promotors, modifiers, vergiften, toepassingen.


De startbekwame docent kan: 2.4.1 diverse parameters bij het gebruik van katalysators in duurzame productie omschrijven (bijvoorbeeld atoomeconomie); 2.4.2 bij industriële voorbeelden de verschillen tussen stoechiometrische en gekatalyseerde processen duidelijk omschrijven; 2.4.3 belangrijke begrippen en theorieën hanteren bij de homogene en heterogene katalyse (waaronder elementaire reacties en LangmuirHinshelwood kinetiek).

2.4.1 Bifenyl kan o.a. op de volgende manieren worden gemaakt: 2C6H5Br + Cu C6H5-C6H5 + CuBr2 (85 % opbrengst) Pd/C C6H5-C6H5 + 2HBr (98 % opbrengst) 2C6H5Br + H2 a. Bereken voor beide reacties de E-factor. b. Bereken voor beide reacties de atoomeconomie. c. Doe een uitspraak over de voordelen van de gekatalyseerde reactie. Betrek er principes uit de groene chemie bij. 2.4.2 Gegeven het BHC Ibuprofen proces waarin de 6-staps Boots synthese (klassiek) en de 3-staps BHC synthese zijn opgenomen. w Benoem de verschillen tussen deze twee syntheseroutes vanuit het oogpunt van duurzaamheid.


3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 3



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld vanuiteenlopende contexten waarbinnen de biochemie functioneert zoals gezondheid, voedselproductie, biotechnologie, farmaceutische industrie.

Biochemie 3.1 Eiwitten

3.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: ontwikkeling biochemie, primaire t/m quaternaire structuur, zuiveringstechnieken eiwitten, Edman degradatie, immunologische technieken, peptidesynthese (solid phase methoden), karakteriseren en identificeren, structuuropheldering, enzymen (zoals enzymsubstraat complex, active site, kinetiek).

De startbekwame docent kan: 3.1.1 de diverse eiwitstructuren en zuiveringstechnieken van eiwitten omschrijven en verklaren; 3.1.2 karakteriseringtechnieken toepassen om de eiwitstructuur op te helderen/bevestigen; 3.1.3 het mechanisme van de enzymkatalyse omschrijven, de factoren die van invloed zijn op het mechanisme verklaren en daarmee kinetische berekeningen uitvoeren.

3.1.3 Salicylaat remt de katalytische activiteit van glutamaat dehydrogenase: Substraat concentratie (mM) 1.5

Product per minuut, mg Zonder salicylaat 0,21

Product per minuut, mg Met salicylaat 0.08

2.0

0,25

0.10

3.0

0.28

0.12

4.0

0.33

0.13

8.0

0.44

0.16

16.0

0.40

0.18

a. Bepaal het type remming m.b.v. een grafiek. Neem aan dat de concentratie salicylaat constant wordt gehouden op 40 mM. b. Bereken de KM en Vmax van het enzym. c. Wat geeft de KM van een enzym aan? d. Hoe kun je KM gebruiken als je in een productieproces een enzymatische omzetting willen toepassen? Enzymen kunnen ook worden geremd (of gestimuleerd) door producten die in de keten van reacties van het metabolisme voorkomen. e. Geef een voorbeeld van feed-back remming en feed-forward stimulatie in de glycolyse en leg aan de hand van dit voorbeeld uit wat het nut van deze manieren van regulering is. f. Noteer de snelheid van een enzymreactie als functie van de substraatconcentratie. g. Wat is de relatie tussen KM en [S] als een enzymreactie op 80% van de Vmax verloopt? 3.2 Nucleïnezuren


3.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: DNA-replicatie, genexpressie/genetische code, in vitro DNA-synthese, elektroforese, relatie tussen structuur en functie, biotechnologie, recombinant DNA-technologie (zoals PCR, sequencing).

De startbekwame docent kan: 3.2.1 de DNA-replicatie, genexpressie en in vitro DNA-synthese omschrijven en toepassen; 3.2.2. recombinant DNA-technologie omschrijven en toelichten en de maatschappelijke betekenis ervan voor de samenleving onderbouwen met voorbeelden.

3.2.1 Een stuk mRNA bevat de sequentie GCG-GUA, wat codeert voor de aminozuur sequentie Ala-Val. a. Beschrijf de structuur van het tRNA dat nodig is voor de vertaling van deze twee codons. Wat zijn sequenties van de anticodons op de twee tRNA’s? b. Waar vindt de vertaling van mRNA naar eiwit plaats? Leg uit in welke stappen de eiwitsynthese plaatsvindt en wat rol van mRNA en tRNA hierin is. Naast GUA bestaan er nog drie andere codons die ook voor het aminozuur valine coderen. Het zogenaamde codongebruik verschilt van organisme tot organisme. c. Hoe zal de frequentie van het gebruik van de verschillende codons voor valine verschillen in algen die groeien in hete bronnen en algen die groeien in de poolgebieden?


3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 4



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van de bijzondere wijze waarop de chemische structuurtheorie een context vormt voor de natuurkundige kwantummechanica.

Chemische binding 4.1 Kwantumtheorie

4.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: oude kwantumtheorie (Planck-kwantisatie, golf-deeltje dualiteit, fotoelektrisch effect, elektrondiffractie, Bohr-atoom, de Broglie-relatie, onzekerheidsprincipe van Heisenberg), moderne kwantumtheorie (Schrödingervergelijking, Born-interpretatie), deeltje-in-een 1,2,3 D doos, gekwantiseerde vibratie, tunneleffect, de kwantummechanische verklaring van atoom- en molecuulspectra.

De startbekwame docent kan: 4.1.1 de Schrödingervergelijking van een 1D deeltje-in-een-doosje model oplossen; 4.1.2 de ontwikkeling van de kwantumtheorie omschrijven en toelichten en de voornaamste concepten en experimenten op een juiste en begrijpbare manier verwoorden naar collega-docenten en bovenbouwleerlingen.

4.1.1 We proberen de elektronenstructuur van het O2-molecuul te begrijpen in termen van de theorie voor ‘meer deeltjes in een 3D-doos’. Als model voor de elektronenwolk van dit molecuul nemen we een doosje dat even hoog als breed is maar met een lengte anderhalf keer daarvan. Het doosje is gevuld met de 12 valentie-elektronen die twee O-atomen samen leveren. We verwaarlozen de elektrostatische wisselwerking tussen de elektronen. a. Geef de kwantummechanische behandeling van dit modelsysteem: de laagste acht 1-electrontoestanden (M.O.’s), de bijbehorende energieniveaus en de bezetting daarvan met de twaalf elektronen in de grondtoestand. b. Laat zien hoe dit simpele model al leidt tot de paramagnetische eigenschappen van het O2-molecuul. 4.1.2 a. Leg in eigen woorden uit wat het Heisenberg onzekerheidsprincipe inhoudt. Ga ook kort in op de rol die dit principe speelt, zowel op atomair als op macroscopisch niveau. b. Leg op een duidelijke manier uit waarom de toestand n = 0 niet bestaat voor een deeltje-in-een-doosje model. c. Beschrijf kort een experiment dat duidelijk laat zien dat energie van atomen gekwantiseerd is.

4.2 Atoomstructuur

4.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: H-achtige atomen (orbitalen, kwantumgetallen, energieën, overgangen), meer-elektron atomen (orbital-benadering Hartree, Aufbau-principe, elektronenconfiguraties), Koopmansbenadering, atoomeigenschappen en periodiek systeem.

De startbekwame docent kan: 4.2.1 de structuur/bouw van het waterstofatoom en meer-elektron atomen vergelijken en verklaren; 4.2.2 met behulp van de elektronenconfiguratie verbanden leggen tussen de positie van een element in het periodiek systeem en zijn eigenschappen.

4.2.1 a. Bereken de energieën van de eerste vijf toestanden van het waterstofatoom in eV en geef die weer in een energiediagram. b. Beredeneer aan de hand van de formule voor de energie in welke toestand de energie nul zou zijn en geef deze toestand ook in het energiediagram weer. c. Bereken de golflengte van het uitgezonden foton als het elektron in een waterstofatoom van de tweede aangeslagen toestand terugvalt tot de grondtoestand. Bij meer-elektron atomen wordt het oplossen van de Schrödingervergelijking gecompliceerder doordat niet alleen de interactie(s) tussen elektron(en) en kern, maar ook interacties tussen elektronen onderling een rol gaan spelen. De Hartree benadering houdt rekening met deze extra elektron-elektron interacties en maakt het mogelijk een voorstelling te maken van de orbitalen van meer-elektron atomen. d. Noem één verschil en één overeenkomst tussen de orbitalen in een waterstofatoom en de Hartree orbitalen in meer-elektron atomen. Hier onder zijn vier orbitalen afgebeeld.

e. Welke kwantumgetallen horen bij deze vier orbitalen? 4.3 Molecuulstructuur

4.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: molecuul-orbitaal theorie (H2-molecuul, H2+-ion), Linear Combination of Atomic Orbitals model (homonucleaire en heteronucleaire tweeatomige moleculen), Valence Bond-model (H2-molecuul, twee- en meeratomige moleculen), geconjugeerde systemen, aromaticiteit, polyatomige moleculen.

De startbekwame docent kan: 4.3.1 de atoombindingstheorieën (MO en VB) interpreteren, toepassen, onderling vergelijken en combineren.

4.3.1 We beschouwen het cyanide ion (CN-). a. Teken het orbitaalcorrelatiediagram voor CN- waarin voor stikstof en koolstof de 1s, 2s, en 2p orbitalen opgenomen zijn. Je mag hierbij aannemen dat de energieniveaus van de 1s en de 2s orbitalen ver uit elkaar liggen. Dit geldt ook voor de energieniveaus van de 2s en de 2p orbitalen. b. Label de molecuulorbitalen (volgens de LCAO-methode) en bereken de bandorde van CN-. c. Teken het Lewis diagram van CN-. d Verklaar waarom het klassieke valence bond-model de binding in CN- niet goed kan beschrijven. Pauling ontwikkelde het concept hybridisatie om de binding in moleculen, die atomen uit de tweede periode van het periodiek systeem bevatten, te beschrijven. e. Wat is de hybridisatie van koolstof en van stikstof in CN-? f. Maak een schets die de locatie en geometrie van de verschillende orbitalen van CN- laat zien. Voor de duidelijkheid, hoef je van de gehybridiseerde orbitalen alleen de grootste lob weer te geven. g. Geef alle orbitalen het juiste label én geef aan tot wat voor type binding (niet-bindend, -binding of -binding) ze leiden.



3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 5



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van maatschappelijke en industriële contexten waarbinnen de chemische technologie een rol speelt (bijv. maakindustrie, duurzaamheid, kenniseconomie).

Chemische technologie 5.1 Massa- en energiebalansen

5.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: blokschema, begrippen (zoals recycle, spui, conversie), massabalansen, energiebalansen, P&ID-diagrammen.

De startbekwame docent kan: 5.1.1 van een productieproces het blokschema opstellen en daarmee massaen energiebalansen van fysische en chemische processen opstellen en uitwerken.

5.1.1 Etheenoxide is een belangrijke grondstof voor de vervaardiging van harsen, plastics en harde autolakken. Het wordt vervaardigd door de reactie van etheen (C2H4) met zuurstof: 2 C2H4 + O2 2 C2H4O Bij een enkelvoudige reactie van de stoechiometrische hoeveelheden etheen en zuurstof wordt slechts 50% omgezet. Daarom wordt een deel van de uit de reactor komende gassen gerecirculeerd. Het andere deel wordt als product afgevoerd. De overall omzetting van het proces is 75%. Het blokschema van dit proces is weergeven infiguur 1.

Figuur 1. Blokschema voor de reactie van etheen met zuurstof. a. Bereken de samenstelling van stroom 4 en vul de onderstaande tabel in voor stroom 4: Etheenoxide (mol%)

Etheenoxide (mol)

1

Zuurstof (mol%)

3

Zuurstof (mol)

Etheen (mol)

3

Etheen (mol%)

Totaal (mol)

Stroom 1

-

2 3 4 5

X

b. Stel een volledige molbalans op door de bovenstaande tabel compleet te maken. Neem hierbij aan dat de totale recyclestroom uit x mol bestaat en druk alle andere, nog in te vullen, molstromen uit in x. (De zwart gemaakte hokjes hoef je niet in te vullen) De recycleverhouding is de verhouding tussen de hoeveelheden recycle en afgevoerde producten. c. Welke recycleverhouding moet men instellen om een overall omzetting van 75% te verkrijgen? d Leg uit om welke reden men een recyclestroom gebruikt in een procesinstallatie en wat dit te maken heeft met duurzame chemische productie. 5.2 Industriële processen


5.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: warmtewisselaars, industriële scheidingsmethoden (waaronder destillatie/rectificatie, extractie), chemische reactoren (CSTR, batch reactor en PFR) (alles kwalitatief) en hun plaats in het totale productieproces.

De startbekwame docent kan: 5.2.1 de bouw en de werking van op industriële schaal toegepaste apparatuur/reactoren tekenen, omschrijven en verklaren; 5.2.2 voor- en nadelen van verschillende typen reactoren noemen en in concrete (productie)gevallen beredeneren welk type daarvoor het meest geschikt is.

5.2.1 a. Teken het schema van een destillatiekolom. Benoem de onderdelen en leg hun functie uit. Bij een continue rectificeerkolom wordt de vloeistof van de onderste schotel continu door een reboiler gepompt die met stoom wordt verwarmd. De hoeveelheid stoom wordt door een geregelde klep bepaald. b. Leg uit wat er met deze hoeveelheid stoom moet gebeuren als de onderste schotel te veel vloeistof bevat.


3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 6



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van het speciale karakter van de fysische chemie als methode om op kwantitatieve wijze de relaties te leggen tussen concepten en contexten.

Fysische chemie 6.1 Oplossingen

6.2 Thermodynamica

6.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: samenstelling mengsels, Wet van Raoult, colligatieve eigenschappen (zoals verlaging dampspanning, osmotische druk), Wet van Henry, colloïdale oplossingen, destillatie en fasediagrammen.

6.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: eerste hoofdwet, warmtecapaciteit (cp, cv), enthalpie, entropie (statistische interpretatie), reversibele processen ideale gassen (isotherme expansie/compressie, adiabatische expansie/compressie), tweede hoofdwet, Carnot-cyclus, irreversibele processen, Clausius-ongelijkheid, derde hoofdwet, spontaniteit, thermochemie (zoals berekeningen, wet van Hess), relatie temperatuur en G.

6.1.1

berekeningen uitvoeren aan de samenstelling van mengels en kan met de Wet van Raoult en de Wet van Henry en deviaties van deze wetten verklaren; 6.1.2 de colligatieve eigenschappen verklaren en er berekeningen mee uitvoeren; 6.1.3 L-G fasediagrammen van een ideale oplossing, minimum- en maximum azeotroop interpreteren en relateren aan enkelvoudige en gefractioneerde destillaties.

De startbekwame docent kan: 6.2.1 thermodynamische concepten omschrijven en toepassen; 6.2.2 de eerste, tweede en derde hoofdwet van de thermodynamica omschrijven, toepassen, interpreteren en numeriek toepassen op concrete systemen; 6.2.3 thermochemische berekeningen ( H, S, G, wet van Hess, spontaniteit) uitvoeren aan chemische reacties en fysische processen en kan de resultaten evalueren.

6.1 In bekerglas A bevindt zich 600 mL van een fructoseoplossing. In bekerglas B bevindt zich 100 mL van een fructose-oplossing met een andere concentratie dan die in bekerglas A. Een student plaatst beide bekerglazen in een vat. Het vat wordt afgesloten. Na een tijd heeft zich een evenwicht ingesteld. Op dat moment blijkt dat het volume in bekerglas A met 200 mL is afgenomen. Het volume van de oplossing in bekerglas B is toegenomen met 200 mL. Uit een analyse van de inhoud van bekerglas A, bij evenwicht, blijkt dat de fructoseconcentratie 1,5 mol.L-1 bedraagt en dat de dichtheid gelijk is aan 1,10 g.mL-1 . De temperatuur is constant en bedraagt 26 °C. De dampdruk van zuiver water bij 26 oC is gelijk aan 25,2 mmHg. a. Bewijs dat bij evenwicht geldt dat de molfractie fructose in bekerglas A hetzelfde is als in bekerglas B. b. Bereken de fructoseconcentratie (mol.L-1 ) in oplossing B bij aanvang van het experiment. c. Bereken de dampdruk (Pa) van water in het vat als het evenwicht zich heeft ingesteld. 6.2 Opgave 1 In een cilinder met wrijvingsloze zuiger bevindt zich 2 mol stikstofgas (ideaal gas) met een druk van 2 atm en een temperatuur van 100oC. De soortelijke warmte bij constante druk van stikstofgas bedraagt 28,58 J.mol-1.K-1. Het gas ondergaat de volgende toestandsveranderingen: 1. het expandeert reversibel bij constante temperatuur totdat het volume is verdubbeld. 2. vervolgens wordt het gas isobaar afgekoeld tot het oorspronkelijke volume. 3. ten slotte wordt de zuiger vastgezet en het gas verwarmd tot de oorspronkelijke druk weer wordt bereikt. Bereken voor het totale proces: w, q, U, H en S. Opgave 2 a. Er is lang gedacht dat alleen exotherme processen spontaan verlopen. Verklaar conceptueel waarom het oplossen van ammoniumchloride in water een endotherm proces is dat bij kamertemperatuur toch spontaan verloopt. b. Licht het ‘vastvriezen’ van een evenwicht toe in stappen van thermodynamische en kinetische stabiliteit.

6.3 Chemisch evenwicht

6.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: empirische en thermodynamische evenwichtsconstante, reactiequotiënt, relatie tussen vrije energie en gasdruk, evenwichtsconstante en reactiequotiënt, evenwichtsberekeningen en verschuivingen, kinetische en thermodynamische stabiliteit, principe van Le Châtelier, Van ’t Hoffvergelijking.

De startbekwame docent kan: 6.3.1 berekeningen met vrije energie in relatie met gasdruk, reactiequotiënt en evenwichtsconstante uitvoeren; 6.3.2 berekeningen aan homogene en heterogene evenwichten uitvoeren en de resultaten evalueren; 6.3.3 met het reactiequotiënt verklaren in welke richting een evenwicht verschuift onder invloed van een verstoring van dat evenwicht.

6.3.2 Beschouw het volgende evenwicht: CH4 (g) + H2O (g) K = 5,56.106 (T = 600 K) CO (g) + 3H2 (g) Men voegt H2 en CO in de molverhouding 3:1 in een vooraf geëvacueerd vat. Na instellen van het evenwicht bij 600 K bedraagt de totaaldruk 1,50 atm. Bereken de partiële druk (atm) van waterstofgas in het evenwichtsmengsel. Het is verplicht daar waar mogelijk verwaarlozingen te maken en deze achteraf te controleren. 6.3.3 In een vat met een beweegbare zuiger bevindt zich een evenwichtsmengsel van waterstof, ammoniak en stikstof. De partiële drukken zijn respectievelijk 2,0 atm, 3,0 atm en 1,0 atm. Elise onderneemt, telkens uitgaande van het bovenstaande evenwicht, de volgende acties: I ze halveert zeer snel het volume van het vat onder isotherme omstandigheden. II ze voegt onder isotherme omstandigheden snel helium toe totdat de partiele druk van het helium 1,5 atm bedraagt. a. Schets, uitgaande van het eerste evenwicht, in één grafiek het verloop van: - de partiële druk van stikstof in de tijd, én - de partiële druk van ammoniak in de tijd ten gevolge van actie I. b. Hoe verschuift het evenwicht ten gevolge van actie II? Verklaar je antwoord toe met behulp van het reactiequotiënt.



3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 6



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van het speciale karakter van de fysische chemie als methode om op kwantitatieve wijze de relaties te leggen tussen concepten en contexten.

Fysische chemie 6.4 Zuur-base

6.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: omslagtraject indicator, verwaarlozingsregel, pH berekeningen aan titratiecurven zo nodig met massaen ladingsbalans (waaronder van zwakke zuren/basen, meerwaardige zwakke zuren/base, buffers, amfolyten).

De startbekwame docent kan: 6.4.1 pH-berekeningen uitvoeren en gemaakte verwaarlozingen begripsvol toepassen en verantwoorden en de resultaten evalueren; 6.4.2 het verloop van de titratiecurven verklaren.

6.4.1 Kinine (C20H24N2O2) is een tweewaardige base en heeft een bittere smaak. De molaire massa HO N bedraagt 324,4 g.mol-1. In frisdranken zoals tonic en bitter lemon is kinine O het ingrediënt dat verantwoordelijk is voor de bittere smaak. N Kinine ioniseert in water in twee stappen. De baseconstante (Kb) van kinine bedraagt 3.31.10-6 en de baseconstante van het geconjugeerde zuur van kinine bedraagt 1,35.10-10 (alles bij 25 oC). Een student lost 1,622 gram kinine op in 100,0 mL water en titreert met een 0,1000 M HCl-oplossing. Bereken de pH in het eerste eindpunt. Kies beargumenteerd de juiste verwaarlozingen om de vergelijking op te lossen.

6.5 Oplosbaarheid van zouten

6.5 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: oplosbaarheidsproduct, verwaarlozingsregel, gelijknamig-ioneffect, invloed pH, selectieve precipitatie, complexvorming.

De startbekwame docent kan: 6.5.1 berekeningen uitvoeren met het oplosbaarheidproduct, aan selectieve precipitatie en met de vormingsconstante van complexe ionen en kan gemaakte verwaarlozingen verantwoorden; 6.5.2 berekenen en verklaren wat de invloed is van het gelijknamig-ioneffect en van de pH op de oplosbaarheid van zouten.

6.5.1 Aan 3,00 liter 0,0110 M zinknitraatoplossing wordt vast kaliumhydroxide toegevoegd totdat de pH van het evenwichtsmengsel 13,90 bedraagt (T = 25 oC). Het volume van de zinknitraatoplossing verandert hierdoor niet. Het oplosbaarheidsproduct van zinkhydroxide bedraagt 4,00.10-17 en de vormingsconstante van het zinkaat ion (Zn(OH)42-) is gelijk aan 5,35.1014. Het is het verplicht eventuele gemaakte verwaarlozingen achteraf te controleren. a. Toon door berekening aan dat er geen neerslag van zinkhydroxide ontstaat. Tip: maak de aanname dat er wel een neerslag van zinkhydroxide ontstaat en laat vervolgens door berekening zien dat deze aanname onjuist is. b. Bereken, bij evenwicht, het aantal mol Zn2+ in het mengsel. Laat duidelijk zien hoe je tot het antwoord komt!

6.6 Elektrochemie

6.6 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: vrije energie, evenwichtsconstante en celpotentiaal, thermodynamische cyclus, elektrische arbeid, wet van Nernst, elektrochemische cellen, celnotatie, moderne batterijen, brandstofcellen, wet van Faraday, elektroden, elektrometallurgie.

De startbekwame docent kan: 6.6.1 het volledige ladingstransport in galvanische cellen omschrijven en verklaren; 6.6.2 berekeningen uitvoeren met de wet van Nernst en de resultaten evalueren.

6.6 Oplossingen van VO2+ en van V3+ worden toegepast in een zogenaamde vanadiumcel. Deze galvanische cel kan als volgt schematisch worden weergegeven: Pt(s) | V2+(aq) , V3+(aq) || VO2+(aq) , H3O+(aq) , VO2+(aq) | Pt(s) De zoutbrug bevat ammoniumchloride. De standaard reductiepotentiaal van V3+/ V2+ bedraagt –0,255 V en die van VO2+/ VO2+ (in zuur milieu) is 0,991 V. a. Noteer de vergelijking van de beide halfreacties. Geef daarbij duidelijk aan wat de kathode- respectievelijk anodereactie is. b. Verklaar zo specifiek mogelijk hoe het totale ladingstransport in deze cel tot stand komt. c. De energiedichtheid van de vanadiumcel is relatief laag. Leg uit wat verstaan wordt onder energiedichtheid. d. Leid in stappen een zo’n eenvoudig mogelijk formule af om de celpotentiaal van deze galvanische cel bij 25 oC cel te berekenen. Men heeft een nog ongebruikte vanadiumcel ([V3+] = [VO2+] = 0 mol.L-1) waarvan de vloeistofvolumes in beide halfcellen even groot zijn. De beginconcentratie (mol.L-1) van VO2+ is hetzelfde als die van V2+. Men laat de cel enige tijd stroom leveren. Op het moment dat de stroomlevering wordt gestopt blijkt 25,0% van het V2+ te zijn omgezet. De pH in de VO2+-halfcel is gebufferd op 2,00. e. Bereken de celpotentiaal (mV) van de vanadiumcel op het moment dat de stroomlevering wordt gestopt.

6.7 Reactiekinetiek

6.7 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: reactiesnelheid, (geïntegreerde) snelheidswetten, reactieorde (eerste, tweede en gebroken), verband tussen reactiemechanismen, reactiesnelheid en reactieorde, steady state benadering, effect temperatuur, reactiedynamiek.

De startbekwame docent kan: 6.7.1 voor een eerste- en tweedeorde reactie snelheidswetten afleiden en de orde bepalen a.d.h.v. meetgegevens; 6.7.2 via verschillende benaderingswijzen de volgende verbanden leggen: tussen reactiemechanisme en de snelheidsvergelijking en tussen de reactiesnelheidsconstante en de activeringsenergie.

6.7.1 P+Q

Een reactie bestaat uit twee elementaire stappen: k2 k1 k2

R + S (snel evenwicht)

U (traag) R+T a. Noteer de vergelijking van de overall reactie. b. Leid de vergelijking voor de reactiesnelheid af, uitgaande van de traagste stap. c. Leid de vergelijking voor de reactiesnelheid af met behulp van de steady state benadering. d. Onder welke voorwaarde(n) zijn de uitkomsten van onderdelen b en c aan elkaar gelijk? Neem aan dat deze reactie verloopt van nul tot duizend seconden. Daarna is alles omgezet. e. Schets in een grafiek de concentratie van het intermediair R tegen de tijd (0 tot 1000 s). Leg uit waarom je grafiek die vorm heeft.



3 Domeinen

Subdomeinen


Vakdomein 7



N.B. De startbekwame docent heeft een reëel beeld van: maatschappelijke en industriële contexten waarbinnen de organische chemie een rol speelt bijvoorbeeld nanotechnologie, farmacologie, polymeerchemie.

Organische chemie 7.1 Naamgeving

7.1 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: systematische namen, IUPAC regels voor naamgeving, triviale namen (zoals de alkylhalogenides, aromaten, ethers/sulfiden, alkanolen/thiolen, carbonylverbindingen, alkaanzuren, esters, amiden).

De startbekwame docent kan: 7.1.1 zowel de systematische naam (IUPAC regels) als een eventueel veel gebruikte triviale naam toekennen aan verbindingen uit de meest voorkomende families van organische stoffen.

7.1 a. Geef de structuurformule van: 9-(2,6,6-trimethylcyclohexenyl)-3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraeen-1-ol. b. Geef de IUPAC naam van de volgende verbinding:

7.2 Reacties en reactiecondities

7.2 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: (aromatische) substitutiereacties, eliminatiereacties, additiereacties, herschikkingen, hydrogeneringen, oxidaties, reducties en condensatiereacties met bijbehorende reactiecondities (zoals aan: alkylhalogenides, aromaten, ethers, alkanolen, alkaanthiolen, alkaanzuurderivaten).

De startbekwame docent kan: 7.2.1 een juiste reactievergelijking met de juiste reactiecondities noteren voor diverse reacties; 7.2.2. uitgaande van een gegeven uitgangsstof en reactieproduct een reactieschema, over minimaal drie reactiestappen opstellen en verklaren.

7.2 Laat zien hoe je de onderstaande transformaties kan bewerkstelligen? In alle gevallen zijn er meer dan één reactiestap nodig. a.

b.

c.

d. Laat met behulp van een reactieschema zien hoe je –enkel uitgaande van diëthylmalonaat (V) en natriumethoxide (C2H5ONa) en één willekeurige andere verbinding– kan komen tot heptaan-1,7-dizuur (VI). [Hint: diëthylmalonaat speelt een dubbelrol!] (Je hoeft dus geen mechanismen uit te werken.)

VI 7.3 Reactiemechanismen

7.3 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: reactiemechanisme van nucleofiele substituties SN1/SN2, eliminaties E1/E2/E1cB (alkylhalogenides), reactiemechanisme van nucleofiele substituties (zoals ethers, epoxiden, alkanolen), reactiemechanisme van elektrofiele/nucleofiele aromatische substituties (richtend effect substituenten, Friedel Crafts-acylering en –alkylering), reactiemechanisme van nucleofiele addities (alkanalen, alkanonen), reactiemechanisme van nucleofiele substituties (alkaanzuren en -derivaten), reactiemechanisme van condensatiereacties (zoals aldolcondensatie, claisencondensatie).

De startbekwame docent kan: 7.3.1 het reactiemechanismen van syntheses op een juiste manier weergeven; 7.3.2 van een niet eerder besproken reactietype een gefundeerd voorstel geven voor het reactiemechanisme.

V

7.3.2 De Robinson-annulering laat toe via de vorming van C-C-bindingen in enkele stappen polycyclische moleculen te construeren. a. Welk bicyclisch keton III kan worden verkregen worden via de Robinsonannulering uitgaande van 2-methyl-1,3-cyclopentaandion (IV) en 3-methyl-3-buteen-2-on (V)?

IV

V

b. Geef het mechanisme van de reactie in stappen weer. 7.4 Polymeerchemie

7.4 De startbekwame docent kent en begrijpt de volgende concepten: polymerisatiereacties (diverse mechanismen), copolymeren, vertakte polymeren, stereochemie, tacticiteit, biologisch afbreekbare polymeren, fysische eigenschappen, supramoleculaire chemie.

De startbekwame docent kan: 7.4.1 verbanden leggen tussen de chemische structuur van een polymeer en de fysische eigenschappen, en kan deze verbanden verklaren; 7.4.2 uitgaande van gegeven uitgangsstoffen het polymere reactieproduct noteren en het bijbehorende reactiemechanisme opstellen en verklaren.

7.4 Kevlar, I, is een sterke vezel die ontstaat uit tereftaloylchloride (benzeen-1,4dicarbonyl-dichloride), II, en para-fenyleendiamine (benzeen-1,4-diamine), III.

II

III

I

a. Welk type polymerisatie (additie-, condensatie- of ringopenings-) is verantwoordelijk voor de vorming van Kevlar, I? Motiveer je antwoord. b. Laat met pijlen die de elektronenflow aangeven zien hoe de twee beginstoffen met elkaar reageren. c. Geef de structuur van Kevlar (teken minstens drie monomeereenheden).



3 Domeinen

Subdomeinen




Vakdomein 8

8.1 Synthetiseren, meten, onderzoeken

8.1 De startbekwame docent beheerst de volgende (analyse)technieken: titrimetrische bepaling (zoals pH, redox, geleidbaarheid, Karl-Fischer), spectrofotometrische bepaling (AAS/VES, UV-VIS), organische synthese gekoppeld aan IR, chromatografische bepaling (HPLC, GC), IP-coach.

De startbekwame docent kan: 8.1.1 laboratoriumwerkzaamheden overzichtelijk, nauwkeurig, in een adequaat tempo en efficiënt uitvoeren; 8.1.2 elektrochemische analysetechnieken, experimenten met IP-coach, AAS/ VES-, UV-VIS-, HPLC/GC-, IR-analyses en organische syntheses uitvoeren en in verslagen vastleggen; 8.1.3 met behulp van wetenschappelijke tijdschriften literatuuronderzoek uitvoeren; 8.1.4 bij een bepaalde context chemisch onderzoek voorbereiden, uitvoeren en de resultaten in één eindverslag vastleggen inclusief reflectie op het proces.

8.1.2 Voer de onderstaande experimenten uit en verwerk de meet- en analysegegevens in een verslag. a. Bepaal het watergehalte in een hydraat met behulp van Karl-Fischer. b. Bepaal met behulp van AAS het zinkgehalte in haar. c. Bepaal met behulp van GC (interne standaard methode) het xyleengehalte in thinner. d. Bepaal met behulp van HPLC het cafeïnegehalte in cola. e. Bepaal met behulp van UV-VIS het mangaangehalte in staal. f. Synthetiseer dibenzylideenaceton (dibenzalaceton) en controleer de zuiverheid met behulp van een smeltpuntbepaling en IR. g. Voer met IP-coach een zelfgekozen kinetiek experiment uit.

Chemisch practicum

Aan de hand van een (zelfgekozen) contextrijk onderwerp een chemisch onderzoek uitvoeren op het niveau van de gerelateerde chemiecursussen.

8.1.3 en 8.1.4 Bij de context melk komen uit literatuuronderzoek door de student bijvoorbeeld de volgende experimenten naar voren: a. Spectrofotometrisch het calciumgehalte bepalen in melk met behulp van murexide; b. Bepaling van het natriumgehalte in melk door middel van VES; c. Bepaling van het vitamine B12-gehalte in melk met behulp van HPLC; d. Bepaling van het lactosegehalte in melk door middel van Luff-Schoorl; e. De identificatie van aminozuren in melk door middel van TLC; f. Het bepalen van het vetgehalte in melk met behulp van extractie (Soxhlet).

Domeinen

Subdomeinen




Vakdomein 9

9.1 Eindexamens

9.1 De startbekwame docent heeft kennis van: havo/vwo-examenprogramma’s en CvE-syllabi en kan op effectieve wijze oplosstrategieën en antwoordmodellen gebruiken bij de beantwoording van eindexamens.

De startbekwame docent kan: 9.1.1 overtuigend aantonen dat hij in staat is een vwo eindexamen met een goed tot uitstekend resultaat te maken.

9.1.1 Maak de volgende VWO-examenopgaven: a. ‘Absint’ , VWO eindexamen 2009 scheikunde 1, tijdvak II; b. ‘Brons’, Eindexamen VWO Scheikunde 1-2 2008 tijdvak II; c. ‘Biobrandstofcel’, Eindexamen VWO Scheikunde 1-2 2009 tijdvak I.

9.2 Concept-in-context

9.2 De startbekwame docent heeft kennis van: context, concept/contextbenadering, context based chemistry learning, Nieuwe Scheikunde, overzichtsprogramma/representatief programma, literatuuronderzoek, micro/macro concept, formal curriculum/operational curriculum, chemical literacy/STS approach.

De startbekwame docent kan: 9.2.1 uiteenzetten hoe Nieuwe Scheikunde tot stand komt en hoe hij zich daartoe verhoudt; 9.2.2 de uitgangspunten van de concept/contextbenadering en zijn professionele opvattingen daarover omzetten in een opzet van een module.

9.2 Elke student levert een dossier in met daarin de volgende twee, voldoende uitgewerkte, producten: - een essay van ten minste 1.500 woorden waarin je, in een lopende tekst en aan de hand van ten minste één citaat uit elk van de ter beschikking gestelde bronnen aangeeft wat jouw vakdidactische opvattingen zijn over Nieuwe Scheikunde en de concept/contextbenadering; - een globale opzet voor een (nog niet ontwikkelde) module voor havo-4. De opzet bestaat uit een beschrijving van de context die in de module aan de orde is, een beschrijving van de concepten die in die module aan de orde zouden komen, een beschrijving van de relatie tussen die concepten en de kernconcepten (zie Commissie vernieuwing scheikunde havo en vwo, 2003) en een passende uitwerking van leerlingmateriaal van één les.

9.3 Bovenbouwdidactiek

9.3 De startbekwame docent heeft kennis van en vaardigheid in: chemisch rekenen en tenminste één van de volgende keuzeonderwerpen: profielwerkstuk, IPcoach, PTA, didactiek van elektrochemie, didactiek van reactiekinetiek, (digitale) leermiddelen, demonstratieproeven, misconcepten, ANW, NLT.

De startbekwame docent: 9.3.1 ontwerpt en presenteert een oplosstrategie voor een chemisch rekenvraagstuk dat gerelateerd is aan de leerstof tweede fase VO; 9.3.2 verricht literatuuronderzoek betreffende één keuzeonderwerp, ontwerpt hier onderwijs op en past het product toe in de eigen lespraktijk, evalueert het en stelt het bij.

9.3 In de bovenbouw havo/vwo wordt een aantal specifieke vaardigheden op het gebied van vakdidactiek gevraagd (vakinhoudelijk, met betrekking tot procedures, met betrekking tot onderzoeksvaardigheden en het volgen van nieuwe ontwikkelingen). Werk daartoe in tweetallen de volgende opdrachten uit: - ontwerp en presenteer een oplosstrategie voor een complex contextrijk rekenvraagstuk (bijvoorbeeld redox, zuur/base). - werk een aantal werkvormen uit voor leerlingen van de bovenbouw havo/ vwo, rekening houdend met een eventuele vervolgopleiding. - ontwikkel een of meer lessen voor de bovenbouw met gebruik van een smartboard. - vergelijk een aantal schoolboeken die in de bovenbouw havo/vwo gebruikt worden en breng de didactische concepten die hierin naar voren komen in beeld. Doe een uitspraak over de voor- en nadelen van de verschillende benaderingen. - werk aan de hand van een literatuurstudie een aantal misconcepten uit volgens een voorgeschreven format. Behalve het werken aan een eigen onderwerp heeft ieder tweetal de opdracht een ander tweetal te begeleiden door het geven van feedback op gemaakte producten.

Vakdidactiek



3 Domeinen

Subdomeinen




Vakdomein 10

10.1 Ontwikkeling van de chemie

10.1 De startbekwame docent heeft kennis van: - de historische ontwikkeling van alchemie tot moderne chemie en chemische technologie; - de actuele ontwikkelingen aan het front van de moderne chemie en chemische technologie, inclusief de wijze waarop het wetenschappelijk onderzoek plaatsvindt.

De startbekwame docent kan: 10.1.1 de chemische leerstof in een historische context plaatsen; 10.1.2 aandacht schenken aan doorbraken en trends in de moderne chemie aan de hand van berichtgeving in de media (tijdschriften, wetenschapsbijlagen, TV, en dergelijke).

10.1.1 a. Schets de belangrijkste verschillen tussen de flogistontheorie en Lavoisier’s zuurstoftheorie b. Laat de opvallende isomorfie zien tussen de flogistontheorie en de moderne redoxtheorie.

Wetenschappelijke grondslagen en ontwikkelingen

10.1.2 Recent werd in Science de ontdekking aangekondigd van een nieuwe levensvorm. Daarin zou alle fosfor door arseen zijn vervangen. a. Leg uit waarom dit in principe denkbaar is. b. Geef kritiek op de onderzoekstechniek. c. Geef kritiek op de omgang met de media. 10.2 Filosofie van de chemie

10.2 De startbekwame docent heeft kennis van: - de belangrijkste concepten en opvattingen in de hedendaagse wetenschapsfilosofie; - de voor het onderwijs meest relevante onderwerpen op het gebied van de grondslagen van de chemie.

Analytische chemie Skoog, Holler, Crouch, Principles of Instrumental Analysis, 6e druk.

Anorganische chemie

Biochemie

Chemische binding

Chemische technologie

Fysische chemie

De startbekwame docent kan: 10.2.1 vruchtbaar gebruik maken van algemene begrippen als: objectivisme, subjectivisme, empirisme, rationalisme, positivisme, realisme, falsificationisme, reduceerbaarheid et cetera, en deze in verband brengen met problemen op het specifieke gebied van de grondslagen van de chemie; 10.2.2 correct omgaan met modeldenken en met de rol daarvan bij het wetenschappelijk verklaren van verschijnselen.

Organische chemie

x

Shriver, Atkins, Inorganic Chemistry, 5e druk.

x

Rothenberg, Catalysis, concepts and Green Applications, 1ste druk.

x

Berg, Tymoczko & Stryer, Biochemistry 6e druk.

McMurry, Organic Chemistry, 7e druk.

Redactie Pierre Heldens

Fontys Hogescholen

Guido Mollen

Fontys Hogescholen

Legitimeringspanel drs. J.N.W.M. Deuss

x

Bepro, Procestechnologie deel 3 en 4 voor het beroepsonderwijs Oxtoby, Gilles & Campion, Principles of Modern Chemistry, 6e druk.

10.2 a. Leg uit hoe een empirische wetenschap als de chemie inmiddels al een eeuw tamelijk zeker meent te mogen geloven in het bestaan van atomen. Welke rol heeft in dit proces de ontwikkeling van de tastmicroscopen gespeeld? b. De claim wordt wel gehoord dat de kwantummechanica het antwoord op elk chemisch probleem in principe zou kunnen berekenen. Zou daarmee de chemie ook in principe tot de natuurkunde zijn gereduceerd? c. Waarom biedt het hybridisatiemodel geen echte verklaring voor de geometrie van moleculen? Betrek ook het begrip ‘misconcept’ in je antwoord. d. Hoeveel stoffen zitten in een mengsel bereid uit het oplossen van wat keukenzout en salpeter in water? Licht je antwoord duidelijk toe.

adviseur scheikunde (bachelor-opleiding) aan de Technische

x x

docent Grondslagen van de chemie (master-opleiding) en studieUniversiteit Eindhoven (TU/e)

x

drs. H.J. de Gruijter x

gepensioneerd lerarenopleider, NVOX eindredacteur scheikunde

professor dr. G. van Koten Universiteitshoogleraar Universiteit Utrecht, Honorary Distinguished, professor University of Cardiff, lid van de KNAW, voormalig voorzitter van de Stuurgroep Nieuwe Scheikunde (OCW) drs. A.J. Mast

directeur van Stichting C3 (heden), (voorheen) docent scheikunde en natuurkunde op vwo en havo, docent op hbo en wo, lerarenopleider, auteur lesmateriaal en lesmethoden, voorlichter

professor dr. E.W. Meijer universiteitshoogleraar TU/e, hoogleraar Organische Chemie TU/e) dr. ir. M.R. Meijer

vakgroep chemiedidactiek (FIsme/UU) en docent sk Newmancollege te Breda



Colofon Kennisbasis docent scheikunde master Vormgeving Elan Strategie & Creatie, Delft Omslagontwerp Gerbrand van Melle, Auckland www.10voordeleraar.nl © HBO-raad, vereniging van hogescholen 2011/2012


Kennisbasis. docent scheikunde master

Recommend Documents