1 April 2014 – Test 1

Alles over Olijfolie

1

Voorzorgsmaatregelen

1. Draag steeds de (dichtgemaakte) laboratoriumjas en de veiligheidsbril (de bril mag je wel

aflaten wanneer je door de microscoop kijkt). Draag dichte schoenen.

2. Wegwerphandschoenen moeten gedragen worden als je met chemicaliën werkt.

3. Eten en drinken zijn in het laboratorium verboden.

4. Alle instructies van de zaalassistenten moeten opgevolgd worden.

Instructies voor het uitwerken en inleveren van de opdrachten.

1. Jullie mogen zelf een taakverdeling maken en bepalen in welke volgorde de opdrachten

uitgevoerd worden. Gezien de beschikbare tijd wordt aangeraden de opdrachten niet

(allemaal) samen te doen maar te verdelen, want anders kom je zeer waarschijnlijk in

tijdsnood.

2. Noteer (of verzamel) alle antwoorden en resultaten op de uiteindelijke antwoordbladen

die ingeleverd moeten worden. De grafieken lever je samen met de antwoordbladen in.

Slechts één ondertekende set antwoordbladen en de erbij horende grafieken worden

nagekeken en beoordeeld!

3. Alle papieren, ook de kladbladen, moeten worden ingeleverd op het einde van het

experiment.

4. Als in de opdracht gevraagd wordt om je resultaten te laten noteren of controleren door

de zaalassistent, moet je dat ook doen voordat je verder gaat met de opdrachten. Je krijgt

namelijk alleen punten toegekend als je dat op het juiste moment door de zaalassistent laat

doen. Als je dat niet op het juiste moment laat doen krijg je géén punten meer toegekend.

2

NAAMGEVING AAN DE STAD ATHENE

Een strijd tussen twee goden

Gedeelte van de voorstelling aan de westelijke gevelversiering van het Parthenon

“De strijd tussen Athena en Poseidon” .... om

Olijfolie en Zout Water

3

Een mythe…

1582 v. Chr. “… De godin Athena had een strijd met de god Poseidon om de beschermgod te worden van de stad Kekropia en daar zijn of haar naam aan te geven. Krekopas, de koning van de stad die deze naar zichzelf had genoemd, stelde voor dat de twee goden zouden strijden om wie de meest waardevolle gaven zou schenken. De competitie vond plaats op de berg Acropolis. De resterende tien goden waren de rechters en Krekopas de getuige.

Eerst kwam Poseidon die met zijn drietand sloeg op een steen waaruit onmiddellijk water ontsprong. Hieruit werd een meer gevormd die bekend werd als de “Erehtheida” zee. De mensen waren blij, maar toen zij het water proefden smaakte deze naar zout. Om hen tevreden te stellen sloeg Poseidon nogmaals op de steen en een prachtig wit paard verscheen.

Toen was het de beurt aan Athena. De godin van de wijsheid sloeg met haar speer op de steen en een olijfboom verscheen, die groeide en haar takken verspreidde vol met olijven. Allen waren het erover eens dat Athena’s gift de meest waardevolle was, en om deze reden werd de stad naar haar vernoemd…

De stad werd Athena genoemd.”.“Apollodoros, Library C΄”

Apollodoros de Athener (108-110 v. Chr.) was een oude Griekse historicus en geleerde.

Zo werd de olijfboom heilig voor de Atheners. Ze werd beschouwd als de fontein van gezondheid en leven. Haar vruchten waren gezegend en werden een symbool van wijsheid, welvaart, gezondheid, kracht en schoonheid. Van olijftakken werden kransen gemaakt waarmee de winnaars van de beroemde Olympische Spelen werden gekroond, en het waardevolle olijfextract – olijfolie – was de prijs die aan de winnaars werd gegeven van de Panathenaanse Spelen die ter ere van de godin Athena werden gehouden.

Het gebruik van olijfolie in het oude Griekenland dateert terug tot 3000 v. Chr. Informatie over haar toepassingen, zowel in het voedsel als in de bereiding van parfums en body lotions, is gevonden in de oudste vastgelegde vorm van de Griekse taal – Linear B. Na de 6e eeuw v. Chr. werd het in toenemende mate gebruikt voor het maken van licht.

4

Homerus noemde olijfolie de “gouden vloeistof” en Hippocrates noemde het de “grote genezer”. Er zijn meer dan 60 pharmaceutische toepassingen opgenomen in zijn Code. Echter, Hippocrates (450 v. Chr.) was de eerste die ook de heilzame werking van zout erkende. Hij gebruikte zout om infecties, verstopping er verscheidene andere ziektes te bestrijden. Aangezien zout de groei van micro-organismen vertraagt, werd het veelal gebruikt als conserveringsmiddel voor voedsel en werd het beschouwd als de “koelkast” van de oudheid.

De Grieken offerden zout aan de goden tijdens de offerandes. Het was een symbool van zuiverheid, verfijning, sierlijkheid en vrolijkheid. De uitdrukking “zout van Attica” was bekend om de verfijnde en geestige ziel van Attica aan te duiden. Bovendien schreef Paracelsus in 1500 n. Chr. dat wij mensen zout nodig hebben en dat wij zonder zout uiteen zouden vallen.

Gaandeweg door de jaren heen hebben olijfolie en zout water zich nooit natuurlijk vermengd, als om hun geheimen van superioriteit goed verborgen te houden….

5

De wetenschap is het echter wel gelukt om deze te ontdekken en te openbaren …

OPDRACHT A1 – Biologie Verdamping

Olijfbomen behoren tot een klasse van planten met een transportweefsel en met een

vermogen om hun interne osmotische omgeving te regelen, zodat ze minder afhankelijk zijn

van de beschikbaarheid van water. Dit is zeker van belang onder abnormale

omgevingscondities zoals extreme hitte en sterke wind.

Waterbeweging vanuit de bodem naar de wortels van de planten en bladeren toe wordt tot

stand gebracht door osmose, zwaartekracht, mechanische druk, en capillaire werking.

Ongeveer 1% van de hoeveelheid water die de planten opnemen, wordt gebruikt in de

metabolische processen zoals fotosynthese. De rest, ongeveer 95%, wordt door

verdamping uitgescheiden via de huidmondjes (de stomata – afgeleid van het Griekse

woord στόμα, "mond"). Het zijn kleine openingen in de opperhuid (epidermis) van de

bladeren. Het verdampte water keert terug in de waterkringloop. Huidmondjes in

olijfbomen zitten aan de onderkant van de bladeren. Ze zijn bedekt met schubvormige

uitsteekseltjes, de zogenaamde thrichomen. Deze gaan de verdamping van water tegen bij

droge en winderige omstandigheden.

In actief groeiende planten verdampt het water continu vanuit de epidermiscellen die in

contact staan met de lucht. Het verlies aan water wordt gecompenseerd door het weer

opnemen van water uit de bodem. Het watertransport wordt tot stand gebracht door de

6

waterstofbruggen tussen de watermoleculen en door de adhesie aan de capillaire wanden.

Zo wordt de waterkolom omhoog geduwd door de plant terwijl watermoleculen het

bladoppervlak verlaten. In de meeste planten is verdamping een passief proces, gestuurd

door de vochtigheid van de atmosfeer en de hoeveelheid vocht in de bodem. Sommige

planten die in een droge omgeving groeien, kunnen hun huidmondjes openen en sluiten.

Deze aanpassing beperkt het waterverlies uit plantenweefsel, en zo kunnen de planten

omgaan met erg droge condities.

Verdamping biedt planten diverse voordelen zoals koeling door verdamping, gaswisseling

en aanvoer van voedingsstoffen.

Tijdens de overgang van vloeibaar water naar waterdamp – vanuit de bladcellen naar de

lucht – komt energie vrij. Dit exotherme proces zorgt ervoor dat hoogenergetische

gasmoleculen in de atmosfeer terecht komen. De plant wordt hierbij gekoeld. En er kan

gasuitwisseling plaats vinden tussen de atmosfeer en de bladeren wanneer de

huidmondjes open staan. Koolstofdioxide (CO2), nodig om fotosynthese te realiseren, komt

tijdens de verdamping de bladeren in. Een ander voordeel van de verdamping is dat

voedingsstoffen en water uit de bodem opgenomen worden. Water en de erin opgeloste

voedingsstoffen zijn van vitaal belang voor de groei van een plant. Zelfs als minder dan 5%

van het door de wortels opgenomen water in de plant blijft, is deze hoeveelheid water van

vitaal belang voor biochemische processen en voor de structuur van de plant (zorgt voor

turgor waardoor de plant recht overeind blijft, de plant heeft zodoende geen ‘skelet’

nodig).

Parameters die invloed hebben op de verdampingssnelheid zijn bladstructuren zoals

huidmondjes en het waslaagje op de bladeren. Wanneer de huidmondjes open zijn, neemt

de verdampingssnelheid toe. Bij de verdamping moet de waterdamp vanuit de

huidmondjes door een grenslaagje lucht heen dat bij het bladoppervlak zit om zo in de

atmosfeer terecht te komen. Door de beweging van de lucht wordt de waterdamp verder

verspreid. Hoe dikker het grenslaagje is, des te lager is de verdampingssnelheid.

7

Nog andere omgevingscondities hebben invloed op de verdampingssnelheid. Relatieve

vochtigheid geeft aan wat de hoeveelheid waterdamp (vocht) in de lucht is vergeleken met

de hoeveelheid waterdamp die de lucht kan bevatten bij een bepaalde temperatuur.

Verschillen in de hoeveelheid vocht tussen bladeren en atmosfeer leveren een gradiënt

waardoor water al dan niet van blad naar atmosfeer kan gaan.

Door verhoging van de temperatuur van de atmosfeer neemt de watercapaciteit van de

lucht toe. Anders gezegd, koele lucht kan minder water vasthouden dan warme lucht. Dus

zal een lagere temperatuur minder aanzet tot verdamping geven. De hoeveelheid water in

de grond waarover de plant kan beschikken heeft ook invloed op de verdampingssnelheid.

Planten die over voldoende water in de grond beschikken zullen in het algemeen in hoge

snelheden verdampen. Planten die in een droge bodem groeien, kunnen niet doorgaan met

verdampen als het water dat via de vaten naar de bladeren vervoerd wordt en daar

verdampt, niet aangevuld kan worden vanuit de bodem. Dan verliest het blad zijn turgor

(zijn stevigheid) en gaan de huidmondjes dicht. Als het verlies aan turgor doorzet, dan

verwelkt de plant.

Bij de aanwezigheid van licht worden de huidmondjes ‘geprikkeld’ om open te gaan. Dan

komt CO2 beschikbaar voor de fotosynthese. In het donker blijven de huidmondjes dicht.

Als laatste: wind kan de verdampingssnelheid veranderen doordat het grenslaagje anders

wordt.

Het probleem waar het in deze opdracht om gaat is:

Hoe overleven olijfbomen in de Mediterrane landen, waar – vergeleken met andere landen

– de zon overvloedig en lange tijd schijnt en waar niet veel water is?

In onderstaand experiment ga je het verdampingsproces bekijken bij takken van olijfbomen

onder verschillende condities. Je gaat ook verschillende morfologische aanpassingen van de

bladeren bekijken, op macroscopisch en microscopisch niveau.

Kort overzicht van de OPDRACHTEN

8

Opdracht A1 – Studie van de snelheid van de verdamping

Opdracht A1.1 Het maken van de potometer – wateropname onder de normale

ruimte condities (RC).

Opdracht A1.2 Berekening van het totale bladoppervlak (in m2) bij RC.

Opdracht A1.3 Berekening van wateropname onder belichting (LC).

Opdracht A1.4 Berekening van het totale bladoppervlak (in m2) bij LC.

Opdracht A1.5 Een grafiek maken. Berekening van de snelheid van verdamping.

Opdracht A1.6 Maken van een microscopisch preparaat.

9

Procedure

IntroductieEen potometer (van het Griekse word ποτό = drinken en μέτρο = meten), ook wel bekend

als verdampingsmeter, is een apparaat voor het meten van de snelheid waarmee water

door een twijg met bladeren opgenomen wordt. Planten nemen water op voor

fotosynthese en voor verdamping. De potometer is een instrument om de snelheid van

verdamping te schatten. Veel metabolische processen beïnvloeden ook de

waterhoeveelheid. Deze invloed wordt verwaarloosd bij de potometer-experimenten. Het

volume water dat omgaat in deze processen is verwaarloosbaar klein vergeleken bij de

stroom water in het verdampingsproces.

De volgende formule kan gebruikt worden om het waterverlies in een olijftak te berekenen:

W=V t−V 0S

Hierbij is W is het waterverlies (mL/m2)

V t is het volume dat op elk tijdstip wordt afgelezen (mL)

V 0 is het beginvolume dat afgelezen wordt (mL)

S is het totale bladoppervlak voor elke olijftak (m2)

Opdracht A1 – Studie van de snelheid van de verdamping

Materialen en benodigdheden• Meetpipet (1 mL)

• Pipetteerballon

• Weegschaal

• Siliconen (plastic) slangetjes (2-4 mm, 35 cm)

• Vaseline

• Statief met 3 klemmen en 3 mannetjes

• Fitting met snoer10

• 1 Lamp

• Glazen bak

• Bekerglas (100 mL)

• Stopwatch / chronometer

• Microscoop en microscoopbenodigdheden

• Voorwerp- en dekglaasjes

• Snoeischaar

• Liniaal, potlood met gum en grafiekpapier

• Geplastificeerd millimeterpapier van 2 cm2

• Handschoenen

• Tissue

• Rekenmachine

11

Opdracht A1.1

Opbouw van een potometerRichtlijnen voor de opstelling van de potometer

1. Verbind het spitse uiteinde van de glazen meetpipet met een uiteinde van het

siliconen (plastic) slangetje (=plastic darmpje).

2. Op het andere uiteinde van de pipet bevestig je de pipetteerballon.

3. Vul het waterbad met leidingwater. Dompel het vrije uiteinde van het plastic

slangetje in het waterbad en zuig met de ballon water in het systeem. Zuig 0,1 tot

0,2 mL water in de pipet. Zorg dat het vrije uiteinde van het plastic slangetje steeds

ondergedompeld blijft, zodat er geen luchtbellen in het systeem komen.

a. Noot 1: vermijd absoluut luchtbellen in het systeem!

12

b. Noot 2: Indien bij stap 6 het water in de pipet boven de 0 uitstijgt, moet je

punt 3 opnieuw uitvoeren.

4. Kies een twijg met een 30-tal bladeren. De diameter van het takje moet ongeveer

dezelfde zijn als die van het plastic slangetje.

5. Dompel de twijg aan de kant van het snijvlak in het water en snijd onder water nog

1 à 2 cm extra af.

6. Nog steeds onder water: steek de twijg op het vrije uiteinde van het plastic slangetje

(opletten voor luchtbellen!).

Indien je toch luchtbellen ziet:

haal alles uit het waterbad

verwijder de twijg

begin opnieuw vanaf stap 6

7. Verwijder de pipetteerballon.

8. Bevestig het geheel (pipet, slangetje en twijgje) op de staander.

9. Gebruik de bovenste klem om de pipet mooi loodrecht te plaatsen. Zorg ervoor dat

je de maatstreepjes ziet. Ondersteun de twijg met de tweede klem op een geschikte

manier, zodat de verbinding tussen twijg en slangetje niet teveel spanning

ondervindt. Zorg ervoor dat het waterniveau in de pipet op gelijke hoogte komt met

de plaats waar het slangetje contact maakt met de twijg.

10. Droog met tissue de buitenkant van pipet en slangetje en verwijder eventueel water

van twijg en bladeren.

11. Overtuig je ervan dat er geen lekken zijn op de verbindingsplaats tussen slangetje en

twijg. Je kunt voor alle zekerheid wat vaseline op die plaats aanbrengen. Laat het

geheel minstens 5 minuten staan en overtuig je ervan, dat het waterniveau in de

pipet niet zakt.

12. Het waterniveau in de pipet op dat ogenblik is het startniveau (V 0)

Volg goed de instructies voor de opstelling. Bij fouten in de opstelling verlies je punten.

13

Noot: alvorens verder te gaan laat je nu eerst je opstelling beoordelen door een assistent.

Opname van water bij ‘kamercondities’ (‘room conditions’ = RC)Noteer om de 5 minuten, en dit gedurende 30 minuten, het waterniveau in de pipet;

schrijf de waarnemingen in de corresponderende velden van kolom B in tabel 1.

Noot 1: wanneer het waterniveau in de pipet tussen twee maatstrepen staat, gebruik je ‘5’

als derde decimaal.

Wanneer je al je metingen hebt uitgevoerd:

1. Verwijder de combinatie twijg-slangetje-pipet van het statief en houd alles boven

het waterbad. Verwijder nu de twijg en laat alles leeglopen in het waterbad

2. Droog de buitenkant van slangetje en de pipet en verwijder sporen van vaseline.

3. Bewaar deze twijg voor de volgende opdracht.

Opdracht A1.2

Berekening van de totale bladoppervlakte (in m2)‘Kamercondities’ (RC)

1. Verwijder alle blaadjes van de twijg – Verwijder de bladsteel van alle bladeren en

wrijf over elk blad met tissue zodat ze droog zijn en geen sporen van vaseline

dragen.

2. Bepaal met de bovenweger het totale gewicht van alle blaadjes en noteer je

antwoord op het antwoordblad bij opdracht A1.2.a

3. Kies vijf van de grootste blaadjes en snijd telkens een stukje van exact 2 cm2 uit elk

blad. Maak hiervoor gebruik van het geplastificeerde millimeterpapier. Noteer je

antwoord op je antwoordblad bij opdracht A1.2.b .

4. Bereken de massa van 1 m2 bladeren

Noteer je antwoord bij opdracht A1.2.c.14

5. Bereken de totale bladoppervlakte (S) voor de twijg en noteer je antwoord op je

antwoordblad bij opdracht A1.2.d.

6. Bereken het waterverlies per m2 bladoppervlakte voor elk meetpunt (bv. 5 min, 10

min). Noteer je antwoord op je antwoordblad in kolom C van tabel 1.

Opdracht A1.3 Berekening van de wateropname bij belichting (LC)• Herhaal de stappen 2 —> 12 zoals beschreven in opdracht A1.1.

Gebruik hiervoor een nieuwe twijg!

• Plaats de lamp op 5 cm van de top van de bebladerde tak.

• Doe de lamp aan (controleer of de stekker wel in het stopcontact zit).

• Wacht nu 15 minuten alvorens te starten met je metingen.

• Vul op je antwoordblad in tabel 2 kolom B in.

• Doe het licht uit.

Opdracht A1.4

Berekening van het totale bladoppervlak (in m2)

Bij belichting = ‘Light conditions’ (LC)De volgende stappen hebben betrekking op de twijg die je hebt gebruikt in A1.3

Herhaal de stappen 1 t/m 6 van opdracht A1.2 en noteer je metingen op je antwoordblad in

kolom C van Tabel 2.

Alvorens te beginnen met de volgende opdracht vraag je aan een assistent om je

vorderingen tot op dit punt te beoordelen.

Opdracht A1.5

Grafiek en berekening van de transpiratiesnelheid15

Teken op een blad millimeterpapier grafieken waarin je het waterverlies tegen de tijd

uitzet. Gebruik je gegevens uit tabellen 1 en 2 (RC) zo, dat je de best passende lijn krijgt.

Teken je grafieken op hetzelfde blad!

Bereken nu de transpiratiesnelheid in de daarvoor bestemde ruimte op je antwoordblad:

a. Bij kameromstandigheden

b. Bij belichting

Transpiratiesnelheid = totaal waterverlies in mL/m2 per uur.

Noteer op je antwoordblad de antwoorden op de vragen die gesteld worden bij BIO 1.

16

Opdracht A1.6

Maken van microscopisch preparaatTrichomen

1. Kies een blad.

2. Schraap met een (scheer)mesje wat van de onderkant van het bladoppervlak.

3. Doe een druppel water op een voorwerpglaasje en doe daar het schraapsel in; dek

af met een dekglaasje en bekijk onder de microscoop.

4. Teken nauwkeurig hetgeen je ziet bij A1.6 in de cirkel op je antwoordblad.

Vraag aan je assistent om je preparaat te keuren.

5. Beantwoord de vraag bij ‘BIO 2’ op je antwoordblad.

Beantwoord de bijkomende vragen bij BIO 3 en BIO 4 op je antwoordblad.

17

Opdracht A2 – Scheikunde

Bepaling van het peroxidegetal van olijfoliën

De oxidatie van vetten (lipiden) door zuurstof uit de atmosfeer is een belangrijke factor in

het ranzig worden van vetten en de vorming van vieze geuren in eetbare oliën; daarom is

het tegengaan hiervan van het grootste belang voor alle industrieën die deze oliën en

vetten als grondstof gebruiken.

Oxidatie van vetten leidt in eerste instantie tot de vorming van hydroperoxides (ROOH) via

een vrij-radicaalmechanisme, zoals hieronder te zien is:

Deze kettingreactie stopt zodra relatief onreactieve stoffen of relatief stabiele vrije

radicalen ontstaan. Hydroperoxides (de primaire (initiële) oxidatieproducten) zijn instabiel

en reageren tot vluchtige en vies ruikende stoffen (de secundaire (daaropvolgende)

oxidatieproducten) zoals koolwaterstoffen, aldehyden, ketonen en carbonzuren die kunnen

resulteren in ongewenste smaken en aroma’s in vetten, zelfs wanneer ze in kleine

hoeveelheden (ppm) aanwezig zijn.

Factoren die de oxidatiesnelheid van vetten en oliën verhogen zijn: de aanwezigheid van

teveel zuurstof, licht, vochtigheid, een verhoogde temperatuur, de aanwezigheid van pro-

oxidantia / katalysatoren, zoals ionen van overgangsmetalen (bijv. Cr, Co, Zn, Cu, Fe) en de

aanwezigheid van verschillende bacteriën en enzymen (lipoxygenases).

18

De oxidatie van vetten verloopt in twee stappen:

a) de eerste stap bestaat uit de vorming van hydroperoxiden, hetgeen zeer langzaam

verloopt.

b) de tweede stap bestaat uit de vorming van secundaire producten die ook als katalysator

voor de eerste stap fungeren en zo de snelheid van het totale oxidatieproces verhogen.

Het ranzig worden van vetten door oxidatie, overeenkomend met de stap waarin de

secundaire producten worden gevormd als gevolg van de afbraak van hydroperoxides,

beïnvloeden de vetten in hun geheel en maken ze mogelijk oneetbaar. Dit moet vermeden

worden, omdat als vetten eenmaal ranzig geworden zijn, dit niet meer ongedaan gemaakt

kan worden. De oxidatiesnelheid kan worden verlaagd door het vet in een gesloten

verpakking, donker en koel te bewaren of door antioxidanten toe te voegen of door het

verwijderen van pro-oxidantia, zoals kleine hoeveelheden metalen, tijdens het

productieproces.

De mate van oxidatie van een vet wordt meestal vastgesteld door het peroxidegetal van het

vet te bepalen. Het peroxidegetal geeft de hoeveelheid primaire oxidatieproducten

(hydroperoxides) van het vet weer.

In het onderstaande experiment wordt het peroxidegetal van twee olijfoliemonsters

(monster A en monster B) bepaald.

Het peroxidegetal is gedefinieerd als het aantal mmol peroxide per kg vet.

De bepaling van het peroxidegetal is gebaseerd op de oxidatie van jodide-ionen (I -) door de

hydroperoxides in zuur milieu bij kamertemperatuur. Het moleculaire jood (Ι2) dat vrijkomt

wordt getitreerd met een gestandaardiseerde natriumthiosulfaatoplossing (Na2S2O3 (aq) ).

De volgende reacties vinden plaats tijdens het proces:

ROOH + 2I- + 2H+ ROH + H2O +Ι2

2Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2NaI

19

BENODIGDHEDEN CHEMICALIËN

Elektronische bovenweger (± 0,1 g)

2 Erlenmeyers met stop (250 mL)

2 Maatcilinders (25 of 50 en 100 mL)

Bekerglas (400 mL) (voor afval (“waste”))

Statief en klem

50 mL Buret

2 Meetpipetten (5 en 10 mL)

Pipetteerballon

Kleine trechter

2 Wasflessen

Stopwatch (=chronometer) (1 per team)

Een doos om de gemaakte monsters donker

in op te slaan (in de zuurkast)

Olijfolie (monster A en monster B)

CHCl3 (l)

CH3COOH (l) (100% zuiver)

Verzadigde oplossing van KI (aq)

Zetmeeloplossing 1,0 %

0,01 M Na2S2O3 (aq)

Gedestilleerd water (voorspoelen)

Aceton (voorspoelen / wegspoelen

van de organische stoffen)

Procedure

Experiment 1a.

Stap 1.1 t/m 1.6 van dit dit experiment moeten in de zuurkast uitgevoerd worden.

1.1 Weeg in een 250 mL erlenmeyer nauwkeurig ongeveer 5 g olijfolie van monster A af

en noteer de massa in Tabel 1 op het antwoordblad.

1.2 Voeg hier vervolgens 10,0 mL chloroform (CHCl3) (= trichloormethaan) aan toe en

sluit de erlenmeyer af met een stop. Zwenk de erlenmeyer grondig totdat de olijfolie

en de chloroform goed gemengd zijn.

Che 1. Beantwoord nu de vraag op het antwoordblad

20

1.3 Voeg 15 mL ijsazijn (CH3COOH 'glacial' = 100% zuiver azijnzuur) toe aan het mengsel

en zwenk de erlenmeyer totdat alles goed gemengd is.

1.4 Voeg nu minstens 1 mL verzadigde kaliumjodideoplossing (ΚΙ (aq)) toe aan het

mengsel en zet dan direct de stop weer op de erlenmeyer. Zwenk de erlenmeyer

gedurende 1 minuut grondig.

1.5 Plaats de erlenmeyer nu in de doos in de zuurkast, zodat de erlenmeyer in het

donker staat. Laat deze daar 5 minuten staan om de reactie (geheel) te laten

verlopen.

Che 2. Beantwoord nu de vraag op het antwoordblad

1.6 Verwijder de stop van de erlenmeyer en voeg 75 mL gedestilleerd water toe en voeg

ongeveer 10 - 15 druppels zetmeeloplossing (=stijfsel) (1,0 % m/m) toe.

Je mag (vanaf hier) de titratie op de labtafel uitvoeren!

1.7 Titreer het mengsel in de erlenmeyer met de gestandaardiseerde (gestelde) 0,01 M

Na2S2O3 (aq) totdat het mengsel ontkleurd is.

Che 3. Beantwoord nu de vraag op het antwoordblad

1.8 Herhaal de hierbovenstaande stappen (vanaf 1.1) nog twee keer.

Che 4. Vul nu Tabel 1 op het antwoordblad in

Experiment 1b.

Herhaal de hierbovenstaande procedure voor monster B van de olijfolie (begin weer in de

zuurkast!)

Che 5. Vul nu Tabel 2 op het antwoordblad in

Beantwoord de resterende vragen op het antwoordblad (Che 6 en Che 7)

21

Opdracht A3 - Natuurkunde

Viscositeit en de brekingsindex van olijfolie

Vele fysieke eigenschappen van olijfolie waren bekend bij de oude Grieken en werden

gebruikt om de kwaliteit te controleren: Aristoteles beschreef het proces van het kweken

van olijfbomen en Hippocrates gebruikte olijfolie als ingrediënt van zijn farmaceutische

preparaten. Olijfolie is een vloeistof met een zeer complexe samenstelling. Toch kunnen we

een aantal van de fysieke kenmerken van olijfolie bepalen en ze vergelijken met de

overeenkomstige eigenschappen van andere vloeistoffen.

Tijdens de experimenten van opdracht A3 gaan we de waarden van twee fysische

eigenschappen van olijfolie meten: (a) de viscositeitscoëfficiënt en (b) de brekingsindex.

Opdracht A3.1 - Het meten van de viscositeitscoëfficient

van olijfolie

De oude Grieken gebruikten olijfolie om hun lichaam te bedekken! Ze deden dit, omdat zij

geloofden dat olijfolie een bron was van kracht en ook omdat het minder wrijving

veroorzaakte tussen hun lichamen als ze worstelden in de palaestra. De laatste keuze wordt

toegelicht in de hedendaagse wetenschap door de studie van de vloeistofeigenschap,

genaamd "viscositeit". In dit deel meten we de viscositeitscoëfficiënt van olijfolie.

22

Theoretisch kader - Het ontwerpen van de experimentele

procedure

Beweging van een bolletje binnen een met vloeistof gevulde verticale buis:

Een klein plastic bolletje beweegt langs de symmetrie-as van

een verticale cilindrische buis met vloeistof (figuur 1). Volgens

de 2e wet van Newton kunnen we schrijven:

ma=Fw−Fb−F v ( 1 )

waar de massa is van het bolletje en a de versnelling.

De volgende krachten worden uitgeoefend op het bolletje:

a) De zwaartekracht Fw:

Fw=mg= ρsVg ( 2 )

Waar de dichtheid is van het bolletje en het

volume. Neem het volgende aan: g=9,81ms−2. Indien

de straal van het bolletje wordt aangeduid met r, dan

wordt het volume gegeven door de relatie:

b ) De opwaartse kracht . Volgens de wet van

Archimedes is de richting van deze kracht verticaal naar boven en de grootte is

gelijk aan:

( 3 )

waar de dichtheid is van de vloeistof.

23

c ) De wrijvingskracht . Deze kracht wordt veroorzaakt door de beweging van het

bolletje in de vloeistof en de richting is tegengesteld aan de richting van de snelheid

van het bolletje. Aangezien de snelheid van het bolletje relatief klein is (zoals in dit

geval), is de grootte van de wrijvingskracht evenredig met de snelheid van het

bolletje en wordt gegeven door de wet van Stokes van een bolvormig lichaam met

straal :

( 4 )

(Noot : We nemen aan dat de afstand tussen het bolletje en de wand van de cilindrische

buis groot is in vergelijking met de straal (=radius) van het bolletje. Dus, in deze

berekeningen hebben we geen rekening gehouden met het effect van de wanden van de

buis door de beweging van het bolletje.)

De coëfficiënt heet viscositeitscoëfficiënt van de vloeistof en is afhankelijk van de

vloeistof en de temperatuur. De SI-eenheid is .

In dit experiment gaan we de viscositeitscoëfficiënt van olijfolie meten door het bestuderen

van de beweging van verschillende plastic bolletjes langs de verticale as van een cilindrische

buis met de vloeistof.

Het bolletje beweegt met constante snelheid ( ). Deze kan berekend worden met de

formule:

( 5 )

Leid de bovenstaande formule af op het antwoordblad.

De grootheden , , en in vergelijking (5) kunnen experimenteel worden gemeten

of berekend. De waarde van g is: g = 9,81 m/s2. De enige onbekende factor is de

viscositeitscoëfficiënt .

24

In de experimentele procedure A3.1 zullen we gebruik maken van vergelijking (5) om

experimenteel te bepalen wat de viscositeitscoëfficient is van olijfolie.

25

Apparatuur en materialen

1 . Identieke plastic bolletjes (~ 20), in een cilindrisch plastic potje

2 . Schuifmaat [1x]

3 . Elektronische bovenweger, nauwkeurigheid 0,1 g [1x]

4 . Maatcilinder 250 mL [1x]

5 . Elektronische chronometer [1x]

6 . Spuit 20 mL [1x]

7 . Schietlood [1x]

8 . Stop die past bij de opening van de maatcilinder,

met een buisje met inwendige diameter 8 mm erdoorheen [1x]

9 . Olijfolie (ongeveer 0,3 liter)

10 . Markeerstift [1x]

11 . Keukenpapier [1 rol]

12 . Wetenschappelijke rekenmachine

26

Procedure

[Alle metingen en berekeningen moeten worden genoteerd in deel A3.1 van het

antwoordblad]

A3.1a

Meet de straal rvan de plastic bolletjes.

Bepaal de massa m van de plastic bolletjes.

Bereken de dichtheid van de plastic bolletjes.

Bepaal de dichtheid ( ) van de olijfolie met behulp van de spuit en de balans.

Druk de waarden van de berekende grootheden uit met het juiste aantal significante cijfers.

A3.1b

Gebruik de markeerstift om twee horizontale lijnen aan te brengen op de maatcilinder, op

een afstand van 10 cm van elkaar. Zorg ervoor dat de bovenste lijn ongeveer 6-7 cm onder

het oppervlak van de olijfolie (zie figuur 1) staat. Gebruik het schietlood om te controleren

of de cilinder loodrecht staat. Doe de stop met het buisje erdoorheen buis op de cilinder.

Laat voorzichtig één bolletje door het buisje vallen, zodat het langs de verticale symmetrie-

as van de cilinder beweegt.

Meet het tijdsinterval, met behulp van de chronometer, waarin het bolletje beweegt over

de afstand s (s=10cm) tussen de twee horizontale lijnen die je op de cilinder hebt

aangebracht. Herhaal dezelfde procedure voor vijf bolletjes in totaal. Noteer je metingen in

tabel B van het antwoordblad. Bereken de gemiddelde waarde van het tijdsinterval ( t olie) en

bereken vervolgens de waarde van de eindsnelheid van de bolletjes in de olijfolie.

Bereken, met behulp van vergelijking (5), de waarde van de viscositeitscoëfficiënt van

olijfolie.

27

Figuur 1

Opdracht A3.2 - Het meten van de brekingsindex van

olijfolie

Van de wet van Ptolemaeus tot de wet van Snellius

De vreemde diepgroene kleur van olijfolie en het spektakel als lichtstralen erdoorheen

bewegen waren fascinerend voor de oude Grieken. In de Hellenistische periode, tijdens de

2de eeuw na Christus in Alexandrië, bestudeerde Claudius Ptolemaeus hoe licht bewoog bij

de overgang van lucht naar vloeistof. Hij beschreef het fenomeen van breking en stelde

hiervoor een wet op. Ptolemaeus’ wet wijkt af van de wet van Snellius, die breking

beschrijft in de hedendaagse natuurkunde. In deze opdracht gaan we dit refractie-

fenomeen bestuderen voor olijfolie volgens beide wetten en vergelijken ze.

Theoretisch kader – Opzet van de procedure

Figuur 1 toont een dunne lichtbundel, die

aanvankelijk door lucht gaat en vervolgens

het oppervlak van een transparant lichaam

treft. Een deel van de invallende straal wordt

gereflecteerd en de rest komt in het

doorzichtige lichaam en wordt dus gebroken.

Hoeken α en tussen de invallende en

gebroken straal, respectievelijk, met de

normaal (de lijn loodrecht op het oppervlak

van het lichaam op het punt van inval O)

voldoen aan de Wet van Snellius:

(1)

28

waarbij de brekingsindex nvan het lichaam gedefinieerd is door de relatie:

(2)

waarbij c de lichtsnelheid in lucht is en de lichtsnelheid in het transparante lichaam.

In opdracht A3.2 passen we

de wet van Snellius toe om

de brekingsindex van

olijfolie te berekenen.

Daartoe maken we gebruik

van de experimentele

opstelling zoals schematisch

weergegeven in figuur 2. De

lichtbundel ΑΟ die begint

vanaf speld Α door het

centrum Ο van het

halfronde bakje wordt gebroken naar de x richting. Als we een tweede speld plaatsen op

punt B van de gebroken straal en kijken met één oog in de BO-richting, dan lijken punten A ,

O en B voor het oog op een rechte lijn te liggen. Zo kunnen we de richting van de gebroken

straal OB vinden, afkomstig van de invallende straal AO (zie figuur 2). Door gebruik te

maken van het polaire papier kunnen we deze lijn bepalen en de hoek van inval en hoek

van breking bepalen, die respectievelijk worden gevormd tussen ΑΟ en ΟΒ en de loodlijn op

het oppervlak CD.

We kunnen voor verschillende posities van speld A telkens de invalshoek en de

brekingshoek meten. Volgens de wet van Snellius (vergelijking 1), kan de brekingsindex van

de vloeistof worden bepaald als de helling van de lijn , waarbij en

.

29

Apparatuur en materialen

1 . Halfrond bakje [1x]

2 . Polair papier (met onderverdelingen om de 2 graden)

3 . Olijfolie (~ 100 mL) in plastic beker

4 . Stuk piepschuim 2,5 cm x 24 cm x 24 cm [1x]

5 . Spelden 3,5 cm [3x]

6 . Keukenpapier

7 . Millimeterpapier [2x]

8 . Wetenschappelijke rekenmachine

Procedure

[Alle metingen en berekeningen moeten worden genoteerd in deel A3.2 van het

antwoordblad]

A3.2a Vul het halfronde bakje met olijfolie. Bepaal, door gebruik te maken van de eerder

beschreven procedure, de gebroken straal en meet de brekingshoek voor vijf

invalshoeken: 30, 40, 50, 60 en 70 graden.

A3.2b Vul kolom 2 en 4 in van tabel C1 onder A3.2 van het antwoordblad. Maak een

grafiek van sin α tegen sin β. Bepaal uit deze grafiek de brekingsindex van olijfolie (

nolie). Noteer in deel A3.2 van het antwoordblad de waarde (nolie¿ van olijfolie die je

bepaald hebt.

30

A3.2c Wet van Snellius: vergelijking van de theoretische voorspellingen met de

experimentele data. Hoe goed stemmen onze metingen overeen met de wet van

Snellius?

Een kwantitatieve manier om vast te stellen of de wet van Snellius overeenstemt

met je metingen is het berekenen van de “gemiddelde relatieve afwijking” van je

metingen ten opzichte van de brekingsindex die je eerder (onder A3.2b) hebt

bepaald.

In detail:

Laat nolie de brekingsindex zijn van olijfolie zoals experimenteel bepaald is in stap

A3.2b. Laat één van de waarden zijn van de invalshoeken genoteerd in tabel C1

en de corresponderende waarde van de brekingshoek. Volgens deze

meetwaarden is de brekingsindex van olijfolie gelijk aan:

De relatieve afwijking Aj van deze waarde ten opzichte van de waarde nolie die jij

bepaald hebt is:

A j=|n j−nolienolie |

De gemiddelde relatieve afwijking ASnellius kan worden berekend uit de Aj ’s met de

formule:

ASnellius=1N

⋅∑j=1

N

A j

Bereken de gemiddelde relatieve afwijking van de wet van Snellius

ASnellius voor olijfolie op basis van de experimentele data in tabel C1. Druk

je antwoord uit als een percentage (%). Noteer je berekeningen in deel

A3.2 van het antwoordblad.

31

(3)

32

A3.2d Een terugblik in de geschiedenis: de wet van Claudius Ptolemaeus.

Lang vóór Snellius stelde Claudius Ptolemaeus (2e eeuw na Christus, Alexandrië) de

volgende brekingswet op:

(4)

Laten we de brekingsindex van olijfolie bepalen (n ' olie) op basis van onze voorgaande

metingen en volgens de wet van Ptolemaeus.

Teken een grafiek van α tegen β.

Noot: teken de best passende lijn die door de oorsprong (0,0) gaat.

Bepaal uit de grafiek de brekingsindex van (n ' olie) volgens de “theorie” van Claudius

Ptolemaeus.

Een vergelijking tussen de wet van Snellius en de wet van Ptolemaeus: met welke

theorie komen de experimentele data beter overeen?

Bereken de gemiddelde relatieve afwijking van de theoretische voorspelling ten

opzichte van de wet van Ptolemaeus met de methode gevolgd in stap A3.2c.

Gebruik de experimentele data uit tabel C1.

De relatieve afwijking van elke meting ten opzichte van de waarde voor de

brekingsindex die je hebt bepaald volgens Ptolemaeus is:

A ' j=|n j'−nolie'nolie' |.

De gemiddelde relatieve afwijking wordt berekend met de formule:

. (5)

Druk je antwoord uit als een percentage (%).

Vergelijk ASnellius met en concludeer welke van de twee theorieën het best past

bij je meetgegevens. Noteer je berekeningen en antwoorden in deel A3.2 van het

antwoordblad.

33