Projecten vwo-werkweek

Analytische chemie: Pijnstillers

Bij dit project wordt met behulp van een aantal verschillende analysetechnieken een dagelijks product onderzocht. De te gebruiken technieken zijn: UV-spectrofotometrie (UV), vloeistofchromatografie (HPLC), gaschromatografie (GC) en elektroforese (CZE). Pijnbestrijding bestaat al heel lang. Reeds 400 jaar voor Christus gebruikte de Griekse arts Hippocrates sappen uit de bast van wilgen om pijnklachten te behandelen. In deze tijd hoeft hoofdpijn niet lang te duren: wat paracetamol, ibuprofen of aspirine en je hebt nergens meer last van. Maar welk merk moet je nu kopen om je hoofdpijn het beste te bestrijden? In dit onderzoek kun je zelf aspirine of paracetamol synthetiseren en vervolgens de samenstelling van verschillende commerciële merken bepalen.

Kleurstof zonnecellen (Dye sensitized solar cells)

Zonnecellen absorberen licht en zetten de energie ervan om in elektrische stroom. De huidige generatie zonnecellen is gemaakt van silicium, hetzelfde materiaal waar computer chips van worden gemaakt. Kleurstof zonnecellen gebruiken een kleurstof om het licht in te vangen om vervolgens een elektron af te geven aan titaandioxide. De elektrische ladingen die zo ontstaan kunnen worden gebruikt om stroom te genereren.

Het is bekend dat verscheidene kleurstoffen voor deze toepassing kunnen worden gebruikt. Jullie gaan zonnecellen maken op basis van hibiscusthee als kleurstof en het rendement van deze cellen meten. Vervolgens is het aan jullie om te bedenken en uit te proberen welke andere kleurstoffen geschikt zouden kunnen zijn. Lukt het jullie om een betere kleurstof te vinden? Voor het onderzoek kunnen jullie gebruik maken van absorptie spectrometers en elektronenmicroscopie om de structuur van de titaandioxide elektrodes te bestuderen

Leven op het water; waterafstoting door chemie en structuur

Veel biologische organismen hebben middelen ontwikkeld om in een wateromgeving te leven. Mooie voorbeelden zijn de Lotusplanten, die glanzende en waterafstotende bladeren hebben die schoon blijven op het water, en insecten als de “schaatsenrijder”, die speciale poten hebben om op het wateroppervlakte te lopen. Het geheim achter dit “leven op het water” wordt superhydrofobiciteit genoemd en berust op een combinatie van oppervlaktechemie (hydrofobe chemische groepen) en reliëf (oppervlakte structuur). Veel van de materialen die wij tegenwoordig gebruiken hebben een coating die hen beschermt tegen het contact met water of die helpt om vuil gemakkelijk weg te spoelen. Deze coatings hebben een zelfreinigend gedrag. In dit project zul je kennis maken met een eenvoudige methode voor het maken van een superhydrofobe coating met een zelfde soort zelfreinigende eigenschappen als die we in de natuur vinden. Zilver en goud deeltjes met verschillende morfologie zullen op een metalen onderlaag worden afgezet, en bedekt met een hydrofobe laag. Om de coatings te vergelijken en het reinigend gedrag te evalueren, zul je gebruik maken van verschillende technieken zoals elektronenmicroscopie en contacthoekmetingen.

Synthese van vloeibare kristallen

In dit project worden drie verschillende vloeibare kristallen gemaakt. De reactie die hierbij uitgevoerd wordt is een zogenaamde condensatiereactie. Zo wordt er onder andere een vloeibaar kristal gemaakt dat: N-(4-tolyl)-4-hexyloxybenzaldimine heet. Verder maak je kennis met de analysetechniek die kernspinresonantie-spectometrie (NMR) heet en leg je met een polarisatiemicroscoop bij verschillende temperaturen de verschillende vloeibaar kristallijnen fases van de gemaakte vloeibare kristallen vast.

Parfum uit biomateriaal

Veel van de cosmetische producten die men van dag tot dag gebruikt bevatten allerhande geurstoffen. Veel van deze geurstoffen werden van origine uit planten en bloemen geëxtraheerd en later gemengd om verschillende geurbelevingen te verkrijgen. Ondanks dat veel geurstoffen tegenwoordig door de mens zelf gemaakt worden, is het soms lastig om de geur van deze planten na te maken; de zelfgemaakte geurstoffen ruiken vaak erg chemisch. Verder is het maken van een parfum niet zo eenvoudig, de geuren moeten bij elkaar passen, en sommige geurstoffen uit de complexe mengsels verdampen sneller (en ruik je dus eerder) dan anderen. In dit project ga je zelf uit verschillende planten geurstoffen extraheren en/of destilleren en bekijken wat de samenstelling van deze extracten is. De extracten worden vooral geanalyseerd met GC-MS. Aan het einde van het project is het de bedoeling dat je met een zelfgemaakt parfum naar huis gaat.

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 bijvoorbeeld aan fotosynthese in planten. Het is juist daarom verbazingwekkend dat het gebruik van zonne-energie in de chemische industrie nauwelijks voorkomt. Dit heeft vooral te maken met de absorptie van het licht in de eerste lagen van de chemische reactor. In dit project zullen we zelf een microreactor bouwen die dit probleem kan oplossen. Bovendien zullen we aantonen dat met het gebruik van alledaagse lichtbronnen reacties uitermate snel kunnen verlopen in zulke reactoren.

Fotonische kristallen

De meeste gekleurde materialen hebben een kleur doordat bepaalde kleuren uit het opvallende licht worden geabsorbeerd. Het overgebleven licht bepaalt de kleur die we waarnemen. Een andere manier van het verkrijgen van kleur is door interferentie van het gereflecteerde licht. De aanwezigheid van fotonische kristallen maakt dit mogelijk. Voorbeelden van natuurlijke materialen met fotonische kristallen zijn de edelsteen opaal en de vlinder Morpho menelaus. Omdat deze kleur van fotonische kristallen niet afhangt van een chemische verbinding, maar alleen van de grootte van de structuren, is de kleur stabiel over langere tijdsperiodes. Tijdens dit project gaan we fotonische kristallen maken met verschillende kleuren. We maken gebruik van polystyreenbolletjes met diameter van 200 tot 600 nm; tussen deze bolletjes laten we calciumcarbonaatkristallen groeien en daarna wordt het polymeer verwijderd. Afhankelijk van de grootte van de oorspronkelijke polystyreenbolletjes kunnen we zo poreuze materialen maken die verschillende kleuren reflecteren.

Solar concentrators

Fluorescerende zonnecollectoren (LSCs) hebben de potentie om zonne-energie op te zetten in elektriciteit oplocaties waar standaard silicium zonnepanelen niet kunnen worden toegepast. LSCs zijn kleurrijke kunststof platendie bijna in elke vorm kunnen worden gegoten en die zowel werken bij zonnig en bewolkt weer. Deze materialen worden nog niet wijdverbreid toegepast vanwege hun lage efficiëntie. Door betere controle van de richting van de fluorescentie van de kleurstoffen, kunnen interne verliezen en het ontsnappen van licht aan de boven- en onderkant van het plastic, aanzienlijk verbeterd worden. In dit project zullen we gebruiken maken van zogenaamde vloeibare kristallen om dit te bewerkstelligen en zo de efficiënte te verhogen. Deze materialen kunnen vervolgens worden toegepast als schakelbare LSCs om zonwerende, energieopwekkende ramen te maken.

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.

Nanodeeltjes voor gecontroleerde medicijnafgifte

Wetenschappers dromen al heel lang van het ontwikkelen van een medicijn dat effectief ziektes kan behandelen zonder bijwerkingen te veroorzaken. Onderzoekers met verschillende achtergronden probeerden ideeën te ontwikkelen om deze uitdagende taak op te lossen. Een mogelijke benadering maakt gebruik van nanodeeltjes als dragers van geneesmiddelen (drug carriers); dergelijke nanodeeltjes moeten in staat zijn om geneesmiddelen in te kapselen en (op aanvraag) deze op de gewenste plek in het lichaam vrij te geven. Zo'n benadering wordt nanogeneeskunde genoemd. Nanogeneeskunde is zeer toepassingsgericht. Daarom is het belangrijk om het gedrag van een breed scala aan nanodeeltjes te onderzoeken (en te begrijpen). Op deze manier kan de veelzijdigheid en toepasbaarheid van dit systeem verder worden ontwikkeld. In de onderzoeksgroep Bio-organische chemie zijn we vooral geïnteresseerd in het ontwikkelen van uit polymeren opgebouwde nanodeeltjes, polymersomen, voor toepassing in de nanogeneeskunde. Dergelijke nanodeeltjes zijn opgebouwd uit polymeren met waterminnende (hydrofiele) en watervrezende (hydrofobe) delen. Deze polymeren kunnen zichzelf assembleren tot polymeersomen met verschillende vormen, zoals bollen, buizen en schijven. In dit project zullen we verschillende polymeren synthetiseren die zich tot polymeersomen kunnen samenvoegen en we onderzoeken methodes waarmee polymeersomen van verschillende vormen kunnen worden ontworpen. Bovendien zullen we onze ontwerpen onderzoeken door middel van (geavanceerde) karakteriseringstechnieken zoals nucleaire magnetische resonantie (NMR), gelpermeatiechromatografie, (meerhoekige) lichtverstrooiing en elektronenmicroscopietechnieken.

Chemo-luminescentie

Chemoluminescentie is een chemische reactie waarbij de reactiewarmte vrijkomt in de vorm van licht. Deze reacties worden onder andere gebruikt bij de forensische recherche voor het vinden van bloedsporen. Een ander bekend voorbeeld zijn de zogenaamde breeklichtjes die vaak op feestjes en in de discotheek gebruikt worden. Ten slotte zijn er ook bepaalde dieren zoals vuurvliegjes en lantaarnvissen die licht geven; dit wordt bioluminescentie genoemd.

In dit project ga je het molecuul TCPO maken (trichlorofenyloxalaat) en meet je de zuiverheid. Dit molecuul reageert met waterstofperoxide en een kleurstof (het chromofoor) om zo licht uit te stralen. Je bekijkt hoe je een breeklichtje kunt maken met de beste lichtopbrengst en onderzoekt het effect van temperatuur op de reactie.

Er kunnen nog wijzigingen komen in het aanbod van de projecten!