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.

Tijdens dit project gaan we proberen om fotonische kristallen te maken. Hiervoor gebruiken we polystyreenbolletjes als mal, rondom deze bolletjes laten we calciumcarbonaatkristallen groeien en daarna wordt het polymeer weggebakken in een oven bij 500 °C, zodat holle calciumcarbonaatdeeltjes ontstaan. Afhankelijk van de grootte van de oorspronkelijke polystyreenbolletjes kunnen we zo materialen maken die verschillende kleuren reflecteren. We gaan ook een alternatieve methode uitproberen om calciumcarbonaatkristallen te maken en beide methoden vergelijken.

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?

Grondstoffen uit biomassa

Olie en aardgas zijn op dit moment de belangrijkste grondstoffen in de chemische industrie. Maar als gevolg van de beperkte beschikbaarheid van aardolie en de groeiende bezorgdheid over het broeikaseffect, is biomassa in opkomst als alternatieve grondstof voor chemicaliën en biobased materialen. De term biomassa verwijst naar biologisch materiaal afkomstig van levende of recent levende organismen, meestal zijn dit plantaardige materialen.
In dit project onderzoeken jullie de omzetting van xylose uit biomassa tot furfural. Furfural is een stof die weer omgezet kan worden in veel verschillende chemicaliën. Zo kan er bijvoorbeeld tereftaalzuur van worden gemaakt, een van de bouwstenen van PET-flessen.

Jullie gaan op zoek naar de syntheseroute van furfural met een zo hoog mogelijke opbrengst. Hiervoor ga je de reactieomstandigheden, zoals de temperatuur in de reactor en de gebruikte katalysator variëren. Door het reactieproduct met meerdere methodes te analyseren wordt de opbrengst van furfural bepaald.

Chemoluminescentie

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 disco gebruikt worden. Tenslotte 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.

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!