Opgave 1 (vraag 1 t/m 7) uit eindexamen Scheikunde VWO 2023 tijdvak 2
Jaarlijks worden drie miljoen spijkerbroeken geproduceerd, die zijn gekleurd met het blauwe pigment indigo (zie figuur 1). Indigo wordt door extractie gewonnen uit de indigoplant. Indigo is slecht oplosbaar in water, met een maximale oplosbaarheid van 1,0 mg .
Bereken de oplosbaarheid van indigo in water in mol .
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je rekent de maximale oplosbaarheid van indigo om van naar .
Zo pak je het aan
Antwoord voor alle punten
. 1 punt voor de molaire massa van indigo, 1 punt voor de rest van de berekening.
Let op
De eenheid is hier niet verplicht, omdat de vraag er al om vraagt. Een rekenfout of een verkeerde eenheid kost 1 punt. Vergeet de omrekening van milligram naar gram niet: dat levert anders een uitkomst die een factor 1000 te groot is. Rond het tussenresultaat niet te vroeg af; een kleine afwijking door acceptabel afronden wordt niet aangerekend.
Een molecuul indigo is vlak. Dit kan alleen worden verklaard als alle mogelijke grensstructuren worden meegenomen in de redenering. Op basis van figuur 1 zou de conclusie moeten zijn dat een indigo-molecuul niet vlak is.
Leg uit dat de structuur uit figuur 1 niet vlak is. Gebruik hierbij de VSEPR-theorie.
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je laat met de VSEPR-theorie zien dat de structuur uit figuur 1 (bij vraag 1) niet vlak is. Het gaat om de ruimtelijke bouw rond de atomen.
Zo pak je het aan
Bepaal bij de atomen het omringingsgetal: het aantal bindingen plus niet-bindende elektronenparen rond het atoom. Een dubbele binding telt als één groep.
Antwoord voor alle punten
"De N-atomen hebben drie bindingen en een niet-bindend elektronenpaar, dus omringingsgetal 4. De groepen rond de N-atomen staan daarom in een tetraëder en niet in één vlak." 1 punt voor het omringingsgetal 4 (of de drie bindingen en het niet-bindende paar), 1 punt voor de conclusie tetraëder of niet vlak.
Let op
Alleen over de C-atomen praten levert geen punten op: die zijn juist vlak. Noem het niet-bindende elektronenpaar van stikstof, want dat verklaart het omringingsgetal 4.
Van indigo zijn veel grensstructuren mogelijk. De O-atomen hebben hierbij telkens een negatieve formele lading. De positieve formele ladingen kunnen daarbij op elk atoom in de beide vijfringen terechtkomen. Op de uitwerkbijlage is de lewisstructuur van zo'n grensstructuur onvolledig weergegeven. In deze lewisstructuur zijn de formele ladingen geplaatst, maar ontbreekt een aantal elektronenparen.
Maak op de uitwerkbijlage de lewisstructuur compleet met de ontbrekende bindende en niet-bindende elektronenparen.
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je maakt op de uitwerkbijlage de lewisstructuur van een grensstructuur van indigo compleet. De formele ladingen staan er al; de bindende en niet-bindende elektronenparen ontbreken.
Zo pak je het aan
Elk atoom heeft een octet (H twee elektronen). Gebruik de formele lading om te bepalen hoeveel bindingen en niet-bindende paren een atoom heeft.
Antwoord voor alle punten
De structuur uit het model: de O-atomen en het linker N-atoom met hun niet-bindende paren, de dubbele bindingen in de ringen en de centrale C=C. 1 punt voor de niet-bindende elektronenparen, 1 punt voor de bindende paren in de linker ring en de centrale C=C-binding, 1 punt voor de bindende paren in de rechter ring en de rest.
Let op
Controleer elk atoom van je tekening na het invullen: C heeft vier bindingen, N met lading 1+ vier bindingen, N met lading 1- twee bindingen en twee paren, O met lading 1- één binding en drie paren. De som van de ladingen is nul.
De slechte oplosbaarheid van indigo kan worden verklaard vanuit de structuur van het molecuul. Er spelen hierbij twee factoren een rol:
Geef aan welke atomen/atoomgroepen onderlinge interacties aangaan, zoals bedoeld bij factor 1. Noteer je antwoord als volgt: atomen/atoomgroepen: ... interactie: ...
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je noemt twee atomen of atoomgroepen in één molecuul indigo die elkaar aantrekken, en de soort interactie. De structuur zie je in figuur 1 bij vraag 1.
Zo pak je het aan
Zoek in de structuur een H-atoom dat aan een sterk elektronegatief atoom (N) zit en een O-atoom met een niet-bindend elektronenpaar. In figuur 1 liggen de NH-groep van de ene helft en het O-atoom van de andere helft dicht bij elkaar. Zulke atomen kunnen binnen het molecuul een waterstofbrug vormen. Daardoor zijn ze minder beschikbaar voor watermoleculen.
Antwoord voor alle punten
"Atomen/atoomgroepen: een H-atoom van een NH-groep en het O-atoom van een C=O-groep. Interactie: waterstofbrug." 1 punt voor de atomen/atoomgroepen, 1 punt voor de interactie, die moet kloppen bij je atomen.
Let op
Het model geeft ook een tweede antwoord: het negatief geladen O-atoom (zoals in de grensstructuur) en een NH-groep, met als interactie een ion-dipoolbinding. De interactie wordt consequent beoordeeld: kies je andere atomen, dan moet de interactie bij die atomen passen. Noem geen interactie met watermoleculen: de vraag gaat om interactie binnen het molecuul.
Indigo wordt na extractie uit de indigoplant eerst met een reductor omgezet tot het oplosbare indigowit (zie figuur 2). Opgelost indigowit wordt tijdens het verven van katoen opgezogen door de katoenvezels.
Leid de halfreactie van de omzetting van indigo tot indigowit af. Gebruik hierbij molecuulformules.
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je stelt de halfreactie op van indigo naar indigowit, met molecuulformules. Dit is een reductie: indigo neemt elektronen op.
Zo pak je het aan
Antwoord voor alle punten
. 1 punt voor en links, 1 punt voor indigo links, indigowit rechts en de rest van de vergelijking.
Let op
Ook goed is . Gebruik je structuurformules in plaats van molecuulformules, dan krijg je maximaal 1 punt. Heb je in vraag 1 een onjuiste molecuulformule gebruikt en hier dezelfde, dan wordt dat hier niet nog eens aangerekend.
Tijdens het drogen komen de vezels in contact met zuurstof uit de lucht en wordt indigowit weer omgezet tot indigo. Het wetenschappelijk team van John Dueber heeft onderzocht hoe textiel kan worden gekleurd met indigo door gebruik te maken van genetisch gemodificeerde E. coli-bacteriën. Het doel was hierbij om in de bacteriën de vorming van indigo net zo te laten verlopen als in de plant. Als eerste werd het actieve centrum van één van de betrokken enzymen (het enzym UGT) in de plant onderzocht. De onderzoekers vermoedden dat een histidine-eenheid in het enzym UGT een rol speelt bij de koppeling van glucose aan indoxyl. Om dit te onderzoeken vervingen de onderzoekers, door genetische modificatie van het DNA, deze histidine-eenheid door een alanine-eenheid. Deze vervanging maakte het enzym UGT inderdaad inactief.
Geef aan welke twee nucleïnebasen in de coderende streng van het DNA zijn vervangen voor deze aanpassing in het enzym UGT. Noteer je antwoord als volgt:
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je bepaalt welke twee nucleïnebasen in de coderende streng veranderen als een histidine-eenheid door een alanine-eenheid wordt vervangen.
Zo pak je het aan
Zoek in de tabel met de codons in je informatieboek op welke codons bij histidine en alanine horen. De coderende streng heeft dezelfde basevolgorde als het mRNA, met T in plaats van U.
Antwoord voor alle punten
"1. Nucleïnebase C is vervangen door G. 2. Nucleïnebase A is vervangen door C." 1 punt voor de eerste vervanging, 1 punt voor de tweede.
Let op
Wie de basen omkeert ("G is vervangen door C" en "C door A"), leest de verandering van alanine naar histidine. Dat levert 1 punt op. Let ook op de coderende streng: de matrijsstreng heeft de complementaire basen.
In figuur 3 is de vorming van indigo in de plant schematisch weergegeven. Drie betrokken enzymen zijn met de afkortingen FMO, UGT en BGL aangegeven. In het blad van de indigoplant wordt indool door het enzym FMO omgezet tot indoxyl. In aanwezigheid van het enzym UGT wordt indoxyl vervolgens geheel omgezet tot indicaan. Het gevormde indicaan wordt opgeslagen. Bij beschadiging van de bladeren komt het enzym BGL vrij dat indicaan omzet tot indoxyl, waaruit vervolgens indigo ontstaat. Het enzym UGT bevindt zich op een andere plaats in de cel, waardoor UGT het gevormde indoxyl in deze situatie niet kan omzetten. De onderzoekers kweekten enkele stammen van E. coli. In deze stammen waren wel of niet genen van de indigoplant overgebracht. In de tabel op de uitwerkbijlage is te zien welke experimenten zijn uitgevoerd. Bij elk experiment bevatte de voeding glucose en tryptofaan. Tryptofaan wordt door E. coli van nature omgezet tot indool. De bacteriën hebben geen genen voor de aanmaak van het enzym BGL. Om toch blauwkleuring mogelijk te maken, werd aan sommige bacteriekweken het enzym BGL toegevoegd.
Geef in de tabel op de uitwerkbijlage voor elk experiment aan of blauwkleuring door de vorming van indigo optreedt. Gebruik onder andere informatie uit figuur 3.
Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.
Kom je er niet uit? Begin met een hint. Klaar? Bekijk stap voor stap hoe je alle punten haalt.
Wat wordt er gevraagd?
Je bepaalt voor elk van de vier experimenten of er indigo ontstaat en dus blauwkleuring optreedt. Je gebruikt figuur 3 en de tabel op de uitwerkbijlage.
Zo pak je het aan
Volg de route: tryptofaan wordt door E. coli van nature indool. Indool wordt door FMO indoxyl, indoxyl wordt spontaan met indigo. UGT zet indoxyl om tot indicaan, en dat kan alleen met BGL weer indoxyl worden.
Antwoord voor alle punten
Experiment 1: niet. Experiment 2: wel. Experiment 3: niet. Experiment 4: wel. 1 punt voor experiment 1 en 2, 1 punt voor experiment 3 en 4.
Let op
Let op experiment 2 en 3: UGT haalt het indoxyl weg en maakt er indicaan van, dus meer enzymen geven hier niet meer kleur. Zonder BGL komt het indicaan niet terug als indoxyl.
