masterclass Experience Chemistry

Projecten

Versnellen van reacties door licht

Een leven zonder zon is voor de mens en de natuur ondenkbaar. Veel chemische processen in de natuur gebeuren onder invloed van zonne-energie. Denk hierbij maar aan fotosynthese in de planten wereld. Het is daarom verbazingwekkend dat het gebruik van zonne-energie in de chemische industrie bijna niet voorkomt. Dit heeft vooral te maken met de absorptie van het licht in de eerste lagen van de chemische reactor. In dit project gaan we een microreactor bouwen die dit probleem kan overkomen. We zullen bovendien aantonen dat reacties uitermate snel kunnen verlopen in zulke reactoren.

Vloeibare kristallen als optische sensoren

In de natuur dienen kleuren van dieren vaak als een communicatie middel en komen in grote verscheidenheid voor. Wat veel mensen niet weten is dat veel van deze kleuren niet worden veroorzaakt door pigmenten.  De kleuren van vlinders of kevers worden vaak veroorzaakt door geordende structuren in de vleugels of het pantser van deze dieren. Vergelijkbare interacties tussen materiaal en licht komen ook voor in cholesterische vloeibare kristallen. Door controle over de lokale ordening kan de resulterende optische response worden beïnvloed. Cholesterische vloeibare kristallen zijn hierdoor een interessante kandidaat voor een breed scala aan optische toepassingen. Jullie gaan aan de hand van deze cholesteriche materialen optische sensoren maken voor het detecteren van ionen.

Kalk met de kleur van een vlinder

Gekleurde materialen hebben een kleur doordat bepaalde kleuren uit het opvallende licht worden geabsorbeerd. Het overgebleven licht bepaalt de kleur die we waarnemen. In de natuur zijn er echter voorbeelden bekend, zoals de edelsteen opaal en de vlinder Morpho Menelaus, die, doordat ze fotonische kristallen bevatten, hun kleur krijgen door interferentie van het gereflecteerde licht. Voor de wetenschap is het interessant om deze fotonische kristallen na te bootsen omdat de kleur van deze kristallen niet afhangt van een chemische structuur maar alleen van de grootte van de kristallen, waardoor de kleur stabiel blijft.

Flexibele zonnecellen

In een wereld waar klimaatverandering door opwarming van de aarde aan de orde van de dag is, is onderzoek naar alternatieve energiebronnen erg belangrijk. De zon is de grootste potentiële energieleverancier op aarde. Veel van de zonnecellen die op dit moment te koop zijn, worden gemaakt van dure en steeds zeldzamer wordende materialen zoals silicium. Het is dus belangrijk om hiervoor alternatieven te onderzoeken. Een goed voorbeeld hiervan zijn plastic zonnecellen, die beloven erg goedkoop te kunnen zijn en misschien wel belangrijker: ze zijn flexibel en lichtgewicht. Daardoor kunnen ze toegepast worden op voertuigen of kleding en in het design van gebruiksvoorwerpen.
Je gaat onderzoeken hoe de verschillende eigenschappen van het plastic laagje op de door jou gemaakte zonnecel de efficiëntie beïnvloeden. Haalt jouw zonnecel de hoogste efficiëntie?

Zuiveren van afvalwater

Chemische afvalstromen moeten gezuiverd worden voordat ze geloosd kunnen worden. Een interessante manier om dit te doen is met behulp van elektrolyse. Met deze techniek gebruik je elektriciteit om de verontreinigingen in het afvalwater te oxideren. Daarvoor worden twee electroden gebruikt. Wanneer er een spanning op deze electroden wordt gezet, vindt er op een van de electroden een oxidatie plaats. Verschillende parameters zijn van belang om dit proces te kunnen bestuderen. Hierbij kun je denken aan het type reactor, het materiaal van de electrode en de soort verontreiniging. In dit project zullen we een afvalstroom gaan zuiveren. Het doel is om alle organische verontreinigingen uit het afvalwater te halen en daarbij te kijken naar de efficiëntie van het proces, bijvoorbeeld de energie die hiervoor nodig is. Tijdens het proces gaan we ook de verschillende stoffen die in deze oxidatie gevormd worden bestuderen met analyse technieken.

Blue Energy – energie uit water

Door de toenemende CO2-concentratie in de atmosfeer verandert ons klimaat, wat resulteert in een toename van de temperatuur op aarde, stijgende zeespiegels en zware regenval. Om de CO2-uitstoot van mensen te verminderen, is er een sterke behoefte aan duurzame energiebronnen. Op het raakvlak tussen zoet rivierwater en zout zeewater is het mogelijk om schone energie te genereren. Deze energie wordt Blue Energy of Salinity Gradient Power genoemd. Het verschil in zoutgehalte (zoutconcentratie) tussen rivier en zeewater wordt gebruikt om energie te genereren. Dus overal waar een rivier in zee uitmondt, kunnen we Blue Energy toepassen en duurzame energie produceren. Om de energie te oogsten die normaal in de zee verdwijnt, worden polymeermembranen gebruikt. Dergelijke membranen zijn nanofilters en transporteren selectief de zoutionen (natrium en chloride) van het zeewater naar de rivierwaterzijde om energie op te wekken. In dit project zullen we onderzoeken hoe dit proces werkt. Hoeveel stroom kan afhankelijk van de procesomstandigheden (bijvoorbeeld stroomsnelheid, spacers) worden gegenereerd met saliniteitsgradiëntenergie. En welke membraaneigenschappen zijn essentieel voor hoge vermogens en hoe kunnen we deze eigenschappen verbeteren.

Stuiterende gel

Hydrogelballen -die toegepast worden in de tuinbouw om vocht vast te houden- blijken minutenlang te blijven stuiteren als je ze op een hete plaat laat vallen. Dit is een fascinerend, maar niet goed begrepen fenomeen dat door natuurkundigen in Leiden wordt onderzocht. Wij helpen deze onderzoekers met het maken van gelballetjes van verschillende afmetingen en zwelvermogen. Daarvoor hebben we een slimme manier bedacht om perfect ronde balletjes te maken door polymerisatie van druppels die langzaam zinken in een bad met siliconenolie.

In het ‘experience chemistry’ project ga je zelf de gelballetjes maken en je gaat uitzoeken hoe je de grootte van de balletjes kan instellen. Uiteraard kan je na de synthese de gemaakte balletjes zelf testen!