Milieu en duurzaamheid (Scheikunde havo), les 1: Uitleg

• New lesson editor
• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4,5

Introduction

Uitleg over milieu en duurzaamheid: gevaarsymbolen (GHS), LD50, ADI en grenswaarde, uitstoot bij verbranding, zure depositie en smog, mest, mineraalbalans en eutrofiëring, levenscyclus en de maatschappelijke rol van chemie. Met woordweb, zes controlevragen, twee animaties, een poll en een open vraag.

Elektriciteitscentrale bij Rybnik (Polen) met schoorstenen en koeltorens (foto: HansenHimself, CC BY 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Milieu en duurzaamheid

Examenstof scheikunde havo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: T3.1 t/m T3.3, T4.1 en T4.2. Image credit: HansenHimself / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Wat ga je kunnen?

Ik kan risico's van stoffen beoordelen met GHS, ADI, LD50 en grenswaarde, zure depositie, smog en eutrofiëring verklaren en de duurzaamheid van een product beoordelen.

Welke effecten van chemische stoffen op lucht, water en bodem ken jij?

Verwacht: zure regen, smog, fijnstof, uitlaatgassen, mest, algen in de sloot, vervuild water, afval. Groepeer de woorden na afloop in lucht, water en bodem en leg uit dat de les bij elke groep een oorzaak en een reactie laat zien. Veelgemaakte misvatting: milieueffecten komen alleen uit de industrie; ook verkeer en landbouw zijn belangrijke bronnen. Syllabus T3.

De negen GHS-gevaarsymbolen met hun betekenis

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Gevaar herkennen: GHS

• Het GHS-systeem geeft gevaarlijke stoffen overal dezelfde symbolen: rode ruit, zwart teken.

• Op het etiket staan ook een signaalwoord, H-zinnen (gevaren) en P-zinnen (voorzorgsmaatregelen).

• Een risico-inventarisatie koppelt gevaar aan keuzes: welke stof, hoeveel en welke bescherming.

• Corrosief: bril en handschoenen. Ontvlambaar: uit de buurt van vuur. Giftige damp: zuurkast.

Syllabus T3.1: gevaarsymbolen, GHS-systeem, risico-inventarisatie van een experiment of toepassing. Wat te zien: de negen GHS-symbolen met hun naam. Kijkvraag: welke symbolen verwacht je op een fles geconcentreerd zuur en wat doe je dan anders? Veelgemaakte fout: denken dat het symbool aangeeft hoe groot het risico is. Het symbool zegt welk soort gevaar er is; het risico hangt af van hoeveelheid, concentratie en hoe je ermee werkt. Veiligheid bij proeven: alleen als demonstratie of onder begeleiding, met bril en bij giftige of brandbare dampen in de zuurkast. Image credit: GHS-pictogrammen van de Verenigde Naties, publiek domein (Wikimedia Commons); opmaak eigen werk

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Giftigheid: LD50 en ADI

• De LD50 is de dosis waarbij de helft van de proefdieren overlijdt, in mg per kg lichaamsgewicht.

• Hoe lager de LD50, hoe giftiger de stof: er is minder van nodig voor hetzelfde effect.

• De ADI-waarde is de hoeveelheid die je dagelijks je hele leven veilig kunt binnenkrijgen, in mg per kg per dag.

• LD50 gaat over een eenmalige dosis. ADI gaat over dagelijkse inname, bijvoorbeeld van een toevoeging in voedsel.

• Veilige dagdosis = ADI × lichaamsgewicht. Bij ADI 4,0 mg per kg en 55 kg is dat 4,0 × 55 = 2,2·10² mg per dag.

Syllabus T3.1: ADI-waarde en LD-50, gebruikt als verhoudingsrekening met mg per kg lichaamsgewicht. Rekencontrole: 4,0 × 55 = 220 mg, op twee significante cijfers 2,2·10² mg. Veelgemaakte fouten: een hoge LD50 zien als hoge giftigheid (het is andersom) en ADI en LD50 door elkaar halen. Kijkvraag: waarom mag een kind minder van een toevoeging binnenkrijgen dan een volwassene?

Werken achter het scherm van een zuurkast, met bril en handschoenen (foto: Giovanna Canu, CC BY 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Grenswaarde en maatregelen

• De grenswaarde is de maximaal toelaatbare concentratie van een stof in de werklucht (mg per m³).

• Een zuurkast voert giftige of ontvlambare dampen af en houdt de concentratie onder de grenswaarde.

• Keuzes bij een experiment: kleine hoeveelheid, verdunde oplossing, bril, handschoenen, zuurkast.

• Kan het ook met een minder gevaarlijke stof? Kies die dan.

Syllabus T3.1: grenswaarde en het verband met gemaakte keuzes bij een risico-inventarisatie. Concentratie = massa stof gedeeld door volume lucht. Kijkvraag: welke twee beschermingsmiddelen zie je op de foto? Veelgemaakte fout: de grenswaarde zien als de hoeveelheid die je mag gebruiken; het gaat om de concentratie in de lucht die je inademt. Image credit: Giovanna Canu, Sofia Gambaro, Francesca Cirisano (CNR-ICMATE) / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Wat zegt de LD50 van een stof?

A

Welke dosis de helft van de proefdieren doodt

B

Hoeveel je dagelijks veilig mag binnenkrijgen

C

Hoeveel er in de werklucht mag zitten

D

Hoe sterk de stof een metaal aantast

De LD50 is de dosis waarbij de helft van de proefdieren overlijdt. Verwachte fout: de ADI-waarde kiezen (dagelijkse veilige inname) of de grenswaarde (werklucht). Syllabus T3.1.

Vul in

De ADI-waarde geeft de veilige inname in mg per kg lichaamsgewicht per dag; de grenswaarde geldt voor de lucht op de werkplek.

ADI-waarde

dag

grenswaarde

LD50

week

GHS-systeem

Begrippen van de dia's Giftigheid en Grenswaarde. Verwachte fout: LD50 invullen bij het eerste gat. Syllabus T3.1.

Uitlaat van een auto: hier verlaten de verbrandingsgassen de motor (foto: Santeri Viinamäki, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Wat komt er uit de uitlaat?

• Bij onvolledige verbranding (te weinig O₂) ontstaan CO en roet en blijft brandstof onverbrand.

• Voorbeeld met octaan: 2 C₈H₁₈ + 17 O₂ → 16 CO + 18 H₂O. CO is een giftig gas.

• Ook SO₂ (uit zwavel in de brandstof) en NOx (uit N₂ en O₂ van de lucht) komen vrij; hoe die ontstaan, zag je bij Brandstoffen en energie.

Syllabus T3.2: SO₂, NOx, roet, onverbrande koolwaterstoffen en CO als ongewenste effecten van koolstofhoudende brandstoffen. De vergelijkingen kloppen: 2 C₈H₁₈ + 17 O₂ heeft links 16 C, 36 H en 34 O, rechts 16 C, 36 H en 34 O. Het ontstaan van SO₂ en NOx, met de reacties, staat in Brandstoffen en energie; hier gaat het om de gevolgen. De CO₂-uitstoot en de C/H-verhouding horen bij Brandstoffen en energie en komen hier niet aan bod. Kijkvraag: welke stof ontstaat bij volledige verbranding wel en bij onvolledige verbranding niet? Veelgemaakte fout: NOx komt uit de brandstof; het ontstaat vooral uit stikstof en zuurstof van de lucht. Image credit: Santeri Viinamäki / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Animatie: SO₂ en NO₂ worden zuur in de wolk en tasten kalksteen aan

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Zure depositie

• SO₂ en NOx reageren in de lucht in een paar stappen met zuurstof en water tot zuren. Vereenvoudigd samengevat:

• 2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄ (zwavelzuur)

• 4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃ (salpeterzuur)

• Het zuur komt neer als zure regen, mist of droge deeltjes: zure depositie.

Syllabus T3.2: zure depositie door SO₂ en NOx. Beide vergelijkingen kloppen: 2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O heeft links 2 S, 8 O en 4 H, rechts 2 S, 8 O en 4 H; 4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O heeft links 4 N, 12 O en 4 H, rechts 4 N, 12 O en 4 H. In werkelijkheid verloopt dit in meerdere stappen in de atmosfeer; de gegeven vergelijkingen zijn de samenvatting. Wat te zien: de uitstoot gaat de wolk in, wordt zuur (magenta), de H⁺-druppels vallen op kalksteen en er komt CO₂ vrij. Kijkvraag: welke deeltjes maken de regen zuur? Veelgemaakte fout: zure regen komt door CO₂; hier gaat het om SO₂ en NOx. Image credit: Eigen animatie voor deze les

Verweerde stenen waterspuwer; zure regen kan zulke verwering versnellen (foto: Nino Barbieri, CC BY 2.5)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Gevolgen van zure depositie

• Bodem en water verzuren: de pH daalt en planten, bomen en waterdieren krijgen het moeilijk.

• Zuur maakt giftige metaalionen in de bodem los en spoelt voedingsstoffen uit.

• Kalksteen en marmer lossen op: CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂.

• Maatregelen: zwavel uit brandstof en rookgas halen, en een katalysator die NOx en CO omzet.

Syllabus T3.2: ongewenste effecten op de kwaliteit van lucht, water en bodem. De vergelijking klopt: links 1 Ca, 1 C, 7 O, 2 H en 1 S, rechts 1 Ca, 1 S, 7 O (4 + 1 + 2), 2 H en 1 C. Kijkvraag: waarom verweert kalksteen sneller dan graniet? Veelgemaakte fout: denken dat verzuring alleen water raakt; ook bodem en gebouwen worden aangetast. Image credit: Nino Barbieri / Wikimedia Commons, CC BY 2.5

Smog en nevel boven Salt Lake City, een stad in een dal (Utah, VS) (foto: Eltiempo10, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Smog

• Smog is een nevel van verontreinigde lucht die bij windstil weer boven drukke gebieden hangt.

• Bestanddelen uit verbranding: SO₂, NOx, roet, onverbrande koolwaterstoffen, CO en fijnstof.

• Fijnstof zijn zwevende deeltjes, zoals roet; hoe kleiner ze zijn, hoe dieper ze de longen in komen.

• Gevolgen: hoesten, prikkende ogen en benauwdheid, vooral bij mensen met astma.

Syllabus T3.2: smogvorming met SO₂, NOx, roet, onverbrande koolwaterstoffen, CO en fijnstof. Kijkvraag: welke bronnen in een stad dragen bij aan smog? Veelgemaakte fout: smog en zure regen als hetzelfde zien; smog hangt in de lucht boven een gebied, zure regen komt als zuur naar beneden. Image credit: Eltiempo10 / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Welke stof ontstaat vooral bij onvolledige verbranding van een brandstof?

A

SO₂

B

NO

C

HNO₃

D

CO

CO (en roet) ontstaat bij een tekort aan zuurstof. SO₂ komt uit zwavel in de brandstof, NO uit N₂ en O₂ bij hoge temperatuur en HNO₃ is een zuur dat later in de lucht ontstaat. Syllabus T3.2.

Zet de vorming van zure regen op volgorde

1

Een fabriek stoot SO₂ uit

2

SO₂ reageert met O₂ en H₂O

3

De pH van bodem en water daalt

4

Zwavelzuur zit in regendruppels

Volgorde van de dia Zure depositie en Gevolgen: uitstoot, reactie in de lucht, zuur in de regen, verzuring. Syllabus T3.2.

Trekker met spuitgiek op een akker (Engeland); zo brengt een boer onder meer vloeibare meststof aan (foto: Vieve Forward (Geograph), CC BY-SA 2.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Mest en de mineraalbalans

• Planten nemen mineralen op, zoals nitraat (NO₃⁻), fosfaat (PO₄³⁻) en kaliumionen (K⁺).

• Mest en kunstmest vullen die mineralen aan. Kunstmest bevat ze als zouten, zoals NH₄NO₃.

• De mineraalbalans vergelijkt wat erin gaat (mest) met wat eruit gaat (oogst).

• Bij een overschot spoelen mineralen uit naar het water; ammoniak (NH₃) verdampt de lucht in.

Syllabus T3.3: effecten van (kunst)mest op de kwaliteit van lucht, water en bodem; mineraalbalans en uitspoelen. Overschot = aanvoer min afvoer. Kijkvraag: wat gebeurt er met de mineralen die het gewas niet opneemt? Veelgemaakte fout: denken dat meer mest altijd meer oogst geeft; een overschot gaat verloren aan water en lucht. Image credit: Vieve Forward (Geograph) / Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0

Animatie: meststoffen spoelen uit, algen woekeren en de zuurstof in de sloot daalt

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Eutrofiëring

• Uitgespoelde nitraat en fosfaat voeden algen in het water: eutrofiëring.

• De algen groeien explosief (algenbloei) en houden het licht tegen voor planten onder water.

• Dode algen worden door bacteriën afgebroken; dat verbruikt O₂ uit het water.

• Zuurstoftekort doodt vissen en andere waterdieren.

Syllabus T3.3: eutrofiëring door uitspoelen. Wat te zien: stippen uit de akker spoelen de sloot in, de algen vermenigvuldigen, zinken en de O₂-lijn in de grafiek daalt. Kijkvraag: in welke fase daalt de zuurstof en waarom pas dan? Veelgemaakte fout: de vissen sterven door de algen zelf; het zuurstoftekort komt door de afbraak van de dode algen. Image credit: Eigen animatie voor deze les

Samengeperste aluminium blikjes klaar voor recycling (Vietnam)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Levenscyclus van een product

• Een levenscyclus loopt van grondstof en productie via gebruik naar afval of recycling.

• Per fase kijk je naar grondstoffen, energie, afval en uitstoot.

• Duurzamer: langer te gebruiken, minder energie en grondstof nodig, en na gebruik te hergebruiken.

• Aluminium maken kost veel elektrische energie; omsmelten van blikjes kost veel minder.

Syllabus T4.1: de rol van levenscycli van stoffen, materialen en producten in termen van duurzaamheid. Recycling, stofkringlopen en groene chemie zelf staan in Industriële processen en groene chemie. Kijkvraag: in welke fase gebruikt een blikje de meeste energie? Veelgemaakte fout: alleen naar het gebruik kijken; een eerlijke vergelijking telt alle fasen mee. Image credit: Tycho / Wikimedia Commons, CC0

Beluchtingsbassin van een afvalwaterzuivering: bacteriën breken vervuiling af (India) (foto: Vraj Acharya, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Chemie en de maatschappij

• Voedsel: kunstmest geeft meer oogst, maar een overschot geeft eutrofiëring.

• Water: zuivering met filters, chemicaliën en bacteriën houdt drink- en oppervlaktewater schoon.

• Energie en grondstoffen: duurzame bronnen kiezen en stoffen hergebruiken, zodat voorraden blijven.

• Opwarming en vervuiling van de aarde: chemie levert zowel oorzaken als oplossingen.

Syllabus T4.2: maatschappelijke betekenis van de chemie bij wereldvoedselvoorziening, duurzame energievoorziening, (drink)watervoorziening, beschikbaarheid van grondstoffen, opwarming en vervuiling van de aarde. Kijkvraag: welke rol heeft chemie bij elk van de vier onderwerpen: oorzaak, oplossing of allebei? Veelgemaakte fout: chemie alleen als veroorzaker van vervuiling zien. Image credit: Vraj Acharya, WELL Labs / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Een boer mest meer dan het gewas opneemt. Wat is het gevolg?

A

De mineraalbalans klopt dan precies

B

Het overschot spoelt uit naar het water

C

De oogst wordt daardoor altijd groter

D

Planten nemen het overschot later alsnog op

Bij een overschot in de mineraalbalans spoelen nitraat en fosfaat uit naar grond- en oppervlaktewater. Verwachte fout: denken dat meer mest altijd meer oogst geeft. Syllabus T3.3.

Waarom daalt de O₂ in het water na een algenbloei?

Verwacht: dode algen worden door bacteriën afgebroken en die gebruiken O₂. Verwachte fout: alleen zeggen dat er te veel algen zijn of dat de algen O₂ opmaken. Syllabus T3.3.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

GHS, LD50, ADI en grenswaarde

2

Zure depositie en smog

3

Mest en eutrofiëring

4

Levenscyclus en duurzaamheid

Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je nog eens met een voorbeeld doorneemt. Syllabus T3 en T4.

Welk milieueffect zie of ervaar jij zelf in je omgeving?

Persoonlijke reflectie, geen goed of fout. Verwacht: smog of fijnstof bij druk verkeer, algen in de sloot of vijver, verweerde gebouwen. Laat de leerling het effect koppelen aan de oorzaak uit de les.

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Begrippen (1/2)

• GHS-gevaarsymbool: rode ruit met een zwart teken dat het soort gevaar van een stof aangeeft

• grenswaarde: maximaal toelaatbare concentratie van een stof in de werklucht

• ADI-waarde: hoeveelheid die je dagelijks je hele leven veilig kunt binnenkrijgen, in mg per kg per dag

• LD50: dosis waarbij de helft van de proefdieren overlijdt, in mg per kg

• zure depositie: neerkomen van zuren uit SO₂ en NOx als regen, mist of droge deeltjes

EXAMENSTOF SCHEIKUNDE · TECHNOLOGIE · MILIEU

Begrippen (2/2)

• smog: nevel van verontreinigde lucht met onder meer SO₂, NOx, roet en fijnstof

• mineraalbalans: vergelijking van aanvoer van mineralen (mest) met afvoer (oogst)

• uitspoelen: meegevoerd worden van opgeloste mineralen naar grond- en oppervlaktewater

• eutrofiëring: overmatige groei van algen door extra nitraat en fosfaat in het water

• levenscyclus: alle fasen van een product, van grondstof tot afval of recycling