Autobanden

Opgave 2 (vraag 9 t/m 13) uit eindexamen Scheikunde VWO 2022 tijdvak 1

Bij elke vraag: uitleg stap voor stap, het antwoordmodel en feedback van de AI-docent.

Vraag 9

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B1] Deeltjesmodellen [Polaris] H15: Macrostructuren

Het rubber van een autoband bestaat uit een mengsel van verschillende polymeren, waaronder natuurrubber. Natuurrubber kan worden opgevat als een polymeer van isopreen (2-methylbuta-1,3-dieen). De vorming van natuurrubber uit isopreen is in figuur 1 schematisch weergegeven.

De polymeerketens in natuurrubber ontstaan door cis-1,4-additie van isopreen. De isopreen-eenheden worden dan aan elkaar gebonden via de koolstofatomen C1 en C4 van isopreen. De koolstofatomen C1 en C4 rondom de dubbele bindingen in natuurrubber staan uitsluitend in de cis-configuratie.

In autobanden wordt ook synthetisch poly-isopreen verwerkt. Bij de productie van synthetisch poly-isopreen worden polymeerketens gevormd waarbij de monomeer-eenheden op vier verschillende manieren in de keten zijn opgenomen. Behalve de cis-1,4-additie verlopen er namelijk ook andere additiereacties.

Teken de structuurformules van de drie andere monomeereenheden die voorkomen in synthetisch poly-isopreen. Neem aan dat er geen crosslinks worden gevormd.

Figuur 1 bij vraag 9 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 9

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 10

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B4] Bindingen, structuren en eigenschappen [Polaris] H15: Macrostructuren

In figuur 2 is weergegeven dat de polymeerketens in natuurrubber in opgerolde vorm voorkomen. Ook is weergegeven dat wanneer natuurrubber wordt opgerekt, de ketens zich gedeeltelijk strekken. Hierdoor worden zogeheten kristallijne gebieden gevormd.

Bij synthetisch poly-isopreen is het aandeel kristallijne gebieden dat bij het oprekken wordt gevormd kleiner.

Voer de volgende opdrachten uit:

Verklaar dat kristallijne gebieden zich kunnen vormen bij het oprekken van natuurrubber.
Verklaar dat bij synthetisch poly-isopreen het aandeel kristallijne gebieden bij het oprekken kleiner is.

Figuur 1 bij vraag 10 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 10

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 11

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B3] Bindingen en eigenschappen [Polaris] H15: Macrostructuren

Doordat de kristallijne gebieden ontstaan in het rubber, zijn de delen van de autoband waarin natuurrubber is verwerkt beter bestand tegen vervorming. Dit kan worden verklaard met behulp van de interacties tussen de polymeerketens. In de ongeordende gebieden en in de kristallijne gebieden zijn de sterktes van deze interacties verschillend.

Leg uit dat de aanwezigheid van kristallijne gebieden een autoband beter bestand tegen vervorming maakt. Gebruik hierbij begrippen op microniveau.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 11

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 12

[C] Chemische processen en behoudswetten [C2] Chemisch rekenen [Polaris] H15: Macrostructuren

Behalve natuurrubber bevat een autoband ook SBR. SBR is een copolymeer van styreen (fenyletheen, $\text{C}_8\text{H}_8$ ) en buta-1,3-dieen ( $\text{C}_4\text{H}_6$ ) in de massaverhouding 25 : 75.

Bereken het aantal monomeereenheden buta-1,3-dieen per monomeereenheid styreen in SBR.

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 12

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Vraag 13

[B] Stoffen en materialen in de chemie [B1] Deeltjesmodellen [Polaris] H14: Reactiemechanismen

In de volgende stap van de fabricage van autobanden worden crosslinks gevormd tussen de copolymeerketens door toevoeging van zwavel. De zwavel wordt in een mal gemengd met natuurrubber en SBR. Vervolgens wordt het mengsel enige tijd op een hoge temperatuur gehouden, waarbij de crosslinks worden gevormd. Alleen onverzadigde polymeren kunnen met zwavel crosslinks vormen.

De vorming van crosslinks is in figuur 3 schematisch weergegeven.

In de eerste stap van het reactiemechanisme van de vorming van crosslinks wordt een C-H-binding op C1 verbroken. Hierbij wordt een H $\cdot$ radicaal afgesplitst zodat op C1 een ongepaard elektron overblijft. Van het in het polymeer gevormde radicaal bestaan twee grensstructuren. Beide grensstructuren zijn op de uitwerkbijlage onvolledig weergegeven.

Maak op de uitwerkbijlage de beide grensstructuren van het in het polymeer gevormde radicaal compleet.

Figuur 1 bij vraag 13 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)

⚠️ Uitwerkbijlage vereist

Uitwerkbijlage bij vraag 13 van opgave Autobanden

Klaar met deze vraag?

Of laat de AI-docent jouw antwoord nakijken:

Uitleg bij vraag 13

Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.

Uitleg en antwoorden

Vraag 9

3 punten

maximumscore 3

Een voorbeeld van een juist antwoord is:

trans-1,4-additie product
1,2-additie product (met vinyl groep)
3,4-additie product (met isopropenyl groep)

per juiste structuur [1]

Opmerkingen:

Als een juiste structuur is weergegeven met bijvoorbeeld $\sim[...]\sim$ , dit niet aanrekenen.
Als ook het monomeer is weergegeven dat door cis-1,4-additie is ontstaan, dit niet beoordelen.

Uitleg bij vraag 9

Vraag 10

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: Bij het oprekken komen polymeerketens in dezelfde richting / evenwijdig aan elkaar te liggen. Omdat de monomeereenheden van natuurrubber allemaal op dezelfde wijze zijn opgenomen in de keten hebben de ketens dezelfde regelmatige opbouw, waardoor de ketens zich geordend kunnen stapelen (tot een kristallijn gebied). In synthetisch poly-isopreen zijn de monomeereenheden op verschillende manieren opgenomen in de ketens. Hierdoor zijn de ketens minder regelmatig van structuur / zijn er verschillende zijketens. Hierdoor zullen de ketens zich minder geordend stapelen dan die van natuurrubber (en is het aandeel kristallijne gebieden kleiner).

notie dat het oprekken ertoe leidt dat polymeerketens in dezelfde richting / evenwijdig aan elkaar komen te liggen [1]
notie dat de polymeerketens van synthetisch poly-isopreen zich minder geordend stapelen doordat de polymeerketens minder regelmatig van structuur zijn dan die van natuurrubber [1]

Uitleg bij vraag 10

Vraag 11

2 punten

maximumscore 2

Een voorbeeld van een juist antwoord is: In de kristallijne gebieden liggen de polymeerketens dicht op elkaar gestapeld / is het contactoppervlak tussen de polymeerketens groot. Daardoor zijn de vanderwaalsbindingen sterker.

de ketens liggen dichter op elkaar / het contactoppervlak tussen de polymeerketens is groot [1]
de vanderwaalsbindingen zijn daardoor sterker [1]

Opmerking: Als ook begrippen op macroniveau zijn gebruikt, voor deze vraag maximaal 1 scorepunt toekennen.

Uitleg bij vraag 11

Vraag 12

3 punten

maximumscore 3

uitkomst: 5,8

Voorbeelden van een juiste berekening zijn:

$\frac{75}{54,1} : \frac{25}{104} = 5,8$ (monomeereenheden)

Per 100 g SBR is er $\frac{75}{54,1}=1,39$ (mol) buta-1,3-dieen en $\frac{25}{104}=2,40 \cdot 10^{-1}$ (mol) styreen. Er zijn dus $\frac{1,39}{2,40 \cdot 10^{-1}} = 5,8$ monomeereenheden buta-1,3-dieen per eenheid styreen.

de molaire massa's juist [1]
omrekening van de gegeven verhouding naar de chemische hoeveelheid van beide stoffen, bijvoorbeeld per 100 g SBR [1]
rest van de berekening juist [1]

Uitleg bij vraag 12

Vraag 13

2 punten

maximumscore 2

per juiste structuur [1]

Opmerking: Als een minteken is genoteerd in plaats van de radicaal-stip, voor deze vraag maximaal 1 scorepunt toekennen.

Antwoordmodel vraag 13 Autobanden, figuur 1

Uitleg bij vraag 13

Volgende opgave: Niacine →