Toegepaste scheikunde les 1 - Stoffen en molecuulformules

• Chemie
• MBO
• Studiejaar 1

Toegepaste scheikunde - Bodem bemesting

Thema's bij toegepaste scheikunde

1. Stoffen en molecuulformules
2. Bodemanalyse en reactievergelijkingen
3. Grond- en oppervlaktewater
4. Fotosynthese
5. pH in de bodem en pH in het melksysteem
6. Mest en urine
7. Broeikasgas 

Planning

• Periode 2 
• 1 uur in de week
• Thema 1t/m 3
• Toets als afsluiting
• Periode 3
• 1 uur in de week
• Thema 4 t/m 7
• Toets als afsluiting
• Cijfers gemiddeld = eindcijfer

1. Stoffen en molecuulformules
   
2. Bodemanalyse en reactievergelijkingen
   
3. Grond- en oppervlaktewater
   
4. Fotosynthese
   
5. pH in de bodem en pH in het melksysteem
   
6. Mest en urine
   
7. Broeikasgas 

Leerdoelen

Aan het einde van de les kun jij:

• Je kunt van veel voorkomende stoffen in de agrosector de naam van de stof noemen bij een molecuulformule of omgekeerd.
• Je kunt van veel voorkomende stoffen in de agrosector de structuurformule weergeven.
• Ken jij de belangrijkste elementen voor de veehouderij (Al, B, Ca, Cl, P, Fe, I, K, C, Co, Cu, Hg, Pb, Mg, Mn, Mo, Na, Se, Si, N, H, O, S)

Scheikunde, wanneer het bij dit voor het laatst gehad?

Waarom zou scheikunde belangrijk zijn voor de veehouderij?

Als je scheikundig weet hoe de bodem en mest werkt, dan kun je er sneller op inspelen en processen verbeteren. Een voorbeeld hiervan is bijvoorbeeld ammoniak. Hoe minder ammoniakale stikstof er door de mest zit, hoe minder eiwit door de koe heen is gegaan en hoe beter de benutting van stikstof. 

Nog een voorbeeld is melkureum. Dit moet onder de 25 zitten. Nieuwe gemolken koeien mogen niet boven de 15 zitten. Hoe krijg je dit voor elkaar?

Al het eiwit dat een koe binnenkrijgt wordt in de pens afgebroken tot ammoniak. Bij teveel ammoniak scheidt de lever het af naar ureum. Als je ureum in je melk hebt, dan krijg je dit er niet meer uit.

De pens

De pens van een koe is ongeveer tussen de 180 – 200 liter. Zodra je PH onder de 6,2 komt, dan branden de flapjes van de pens pupillen eraf. Binnen 2 dagen kan deze pensverzuring ervoor zorgen dat de helft van al die flapjes eraf branden. Met het te snel opstarten van krachtvoer kun je dus heel veel flapjes eraf branden. Dit resulteert in hoge ammoniak cijfers en een mindere penswerking van de koe.

Verder moeten de kalfjes de eerste 100 dagen groeien. Groeit het kalf niet, dan geef je teveel krachtvoer. Hoe meer pensverzuring, hoe minder goed een koe vet op kan nemen.

Bodem

Wat is nu het belangrijkste component in de bodem? Het antwoord hierop is CO2. In de bodem zit lucht, waar CO2 in zit. Heb je veel CO2 in de bodemlucht, dan heb je een actief schimmel en bacteriën netwerk. Kom je onder de 7% zuurstof, dan sterven je wortels af in de bodem. Zorg dus dat dit boven die 7% zit. Zorg voor een bodem met een goede structuur met voldoende ruimte tussen de porïen, en voorkom bodemverdichting.

Binnen de studiegroep werd opgemerkt dat het een zoektocht blijft van de boer, hoe houd je de bodem gezond? Soms zit je met verschillende soorten grond binnen een perceel, dan is het beheer een lastige component.

De verhouding aan elementen in een bodem is erg belangrijk. Denk hierbij aan calcium en magnesium. Een bodem moet ademen, ruimte hebben. De verhouding van de mest is minstens zo belangrijk en moet samenwerken met de bodem. Bij het proces van een gezonde bodem en het proces van goede mest dient goed gekeken te worden naar de verhoudingen. Hier kun je op inspelen.

Als je snap hoe dit werkt dan kun je de bodem voor je laten werken.

Op moderne veehouderijbedrijven is het belangrijk zo veel mogelijk voer van goede kwaliteit van eigen grond te winnen. Daarmee spaar je de aankoop van duur (kracht)voer uit en stijgt het rendement van je bedrijf. Sommige veehouders halen 14 ton droge stof van een hectare grasland en 20 ton van een hectare mais. Dat lukt alleen als de bodem in topconditie is!

Periodiek systeem

In 1869 kwam de Russische chemicus Mendelejev op het idee om alle (toen bekende) elementen op atoomnummer te rangschikken, zodanig dat alle elementen met vergelijkbare eigenschappen bij elkaar kwamen te staan. Zo ontstond het periodiek systeem der elementen.

Het periodiek systeem bestaat uit 7 rijen die 'perioden' worden genoemd en 18 kolommen die 'groepen' worden genoemd.

Binnen een periode is er sprake van een oplopend atoomnummer. Elementen uit één periode hebben hetzelfde aantal elektronenschillen rondom de atoomkern. Periode 1 heeft 1 schil, periode 2 heeft 2 schillen, enzovoort.

Elementen binnen dezelfde groep hebben vergelijkbare chemische eigenschappen. Dit is waarschijnlijk te verklaren omdat ze hetzelfde aantal elektronen in hun buitenste elektronenschil hebben en het vooral deze elektronen zijn die een belangrijke rol spelen bij chemische reacties.



De atomen of elementen in het periodiek systeem kunnen ingedeeld worden in drie belangrijke categorieën:

metalen

niet-metalen

metalloïden

Metalen hebben een aantal gemeenschappelijke stofeigenschappen:

Ze hebben in zuivere vorm een glimmend oppervlak (metaalglans).

Ze geleiden warmte en elektrische stroom.

Ze kunnen worden vervormd, vooral als ze heet zijn.

Ze kunnen in gesmolten toestand worden gemengd met andere metalen (legering).

Niet-metalen vertonen meer variatie in hun eigenschappen dan metalen. Ze kunnen bij kamertemperatuur zowel vast, vloeibaar als gasvormig voorkomen. Het zijn vaak slechte geleiders van warmte en elektriciteit. Binnen de categorie niet-metalen zijn er twee belangrijke groepen te vinden, halogenen en edelgassen. Halogenen zijn agressieve stoffen die materialen aantasten; edelgassen reageren met geen enkel ander element.

Metalloïden hebben kenmerken van zowel metalen als niet-metalen; ze worden ook wel half-metalen genoemd.

Het is belangrijk om de belangrijkste elementen te kennen. Bijvoorbeeld:
Welke elementen spelen een rol bij melkziekte?

Kalium en magnesium afstemmen in rantsoen

Melkziekte vormt op hoogproductieve bedrijven een groot probleem bij verse koeien

rondom afkalven. Melkziekte is een acuut gebrek aan calcium in het bloed van de verse

koe. Dit ontstaat doordat het uier grote hoeveelheden calcium aan de koe onttrekt

wanneer de melkproductie op gang komt. Calcium is een belangrijk element voor onder

andere het functioneren van de spieren. Wanneer er te weinig calcium in het bloed

aanwezig is, zullen de spieren in het lichaam minder functioneren. De spieren van de

poten worden zwakker zodat de koe soms niet meer kan staan, de penswerking neemt

af, de samentrekking van de baarmoeder na het afkalven neemt af en allerlei andere

lichaamsfuncties raken verstoord. In ernstige gevallen en zonder behandeling is de

aandoening vaak dodelijk. 

Sleutelfactor in het voorkomen van melkziekte is de samenstelling van het

droogstandsrantsoen voor de close up koeien. Belangrijk hierin zijn de hoeveelheden van

de elementen kalium (K) en magnesium (Mg), het energiegehalte en het ruw eiwit

gehalte van het rantsoen.

Magnesium speelt een belangrijke rol in de calciumhuishouding. De opname van

magnesium wordt echter geremd door de opname van grote hoeveelheden kalium.

Daarnaast heeft kalium een effect op de zuurgraad van het bloed, evenals natrium,

chloor en fosfaat. Calcium wordt beter opgenomen in het bloed wanneer het bloed iets

zuur is. De zuurgraad van het bloed wordt mede bepaald door de verhouding tussen

natrium en kalium enerzijds en chloor en fosfaat anderzijds. Dit wordt uitgedrukt met het

Kationen Anionen Verschil (KAV); wanneer dit negatief is, zal de zuurgraad van het bloed

dalen. Ideaal gesproken is het KAV tussen de -100 en -150meq/kg DS. Wanneer veel

kalium wordt opgenomen, zal de zuurgraad van het bloed stijgen (positief KAV) en zal de

opname van magnesium onder druk komen te staan. Het is dus belangrijk om een

relatief kaliumarm rantsoen te verstrekken aan close up koeien. Streef naar een kalium

gehalte tussen 1-2% op droge stof basis. 

Atoom, element, molecuul, verbinding

Atoom, element, molecuul en verbinding

Atoom = Kleinste deeltje dat kan worden onderscheiden, 1 deeltje

Element = 1 soort atomen

Molecuul = 2 of meer atomen aan elkaar

Verbinding = 2 of meerdere soorten atomen aan elkaar

- Atoom

Kleinste deeltje dat we kunnen onderscheiden, het gaat hier om 1 deeltje.

Bijvoorbeeld: C, Br

- Element

1 soort deeltjes, het kan gaan om 1 deeltje maar ook om meerdere. Let op: Altijd deeltjes van dezelfde soort.

Bijvoorbeeld: Cl2, H2, C

- Ion

Een geladen deeltje of molecuul.

Bijvoorbeeld: H+, O2-, SO42-

- Molecuul

2 of meerdere atomen aan elkaar verbonden.

Bijvoorbeeld: Cl2, SO42-, H2O

Benoem hierbij ook enkele voorbeelden.

Oefenen

Geef aan of de weergegeven stoffen ionen, atomen, elementen, moleculen of verbindingen zijn door kruisjes te zetten in de juiste vakjes

	Atoom	Element	Molecuul	Verbinding
H2O
K
N2
C

Oefenen

Geef aan of de weergegeven stoffen ionen, atomen, elementen, moleculen of verbindingen zijn door kruisjes te zetten in de juiste vakjes

	Atoom	Element	Molecuul	Verbinding
H2O			x	x
K	x	x
N2		x	x
C	x	x

Periodiek systeem

In 1869 kwam de Russische chemicus Mendelejev op het idee om alle (toen bekende) elementen op atoomnummer te rangschikken, zodanig dat alle elementen met vergelijkbare eigenschappen bij elkaar kwamen te staan. Zo ontstond het periodiek systeem der elementen.

Het periodiek systeem bestaat uit 7 rijen die 'perioden' worden genoemd en 18 kolommen die 'groepen' worden genoemd.

Binnen een periode is er sprake van een oplopend atoomnummer. Elementen uit één periode hebben hetzelfde aantal elektronenschillen rondom de atoomkern. Periode 1 heeft 1 schil, periode 2 heeft 2 schillen, enzovoort.

Elementen binnen dezelfde groep hebben vergelijkbare chemische eigenschappen. Dit is waarschijnlijk te verklaren omdat ze hetzelfde aantal elektronen in hun buitenste elektronenschil hebben en het vooral deze elektronen zijn die een belangrijke rol spelen bij chemische reacties.

De atomen of elementen in het periodiek systeem kunnen ingedeeld worden in drie belangrijke categorieën:

metalen

niet-metalen

metalloïden

Metalen hebben een aantal gemeenschappelijke stofeigenschappen:

Ze hebben in zuivere vorm een glimmend oppervlak (metaalglans).

Ze geleiden warmte en elektrische stroom.

Ze kunnen worden vervormd, vooral als ze heet zijn.

Ze kunnen in gesmolten toestand worden gemengd met andere metalen (legering).

Niet-metalen vertonen meer variatie in hun eigenschappen dan metalen. Ze kunnen bij kamertemperatuur zowel vast, vloeibaar als gasvormig voorkomen. Het zijn vaak slechte geleiders van warmte en elektriciteit. Binnen de categorie niet-metalen zijn er twee belangrijke groepen te vinden, halogenen en edelgassen. Halogenen zijn agressieve stoffen die materialen aantasten; edelgassen reageren met geen enkel ander element.

Metalloïden hebben kenmerken van zowel metalen als niet-metalen; ze worden ook wel half-metalen genoemd.

Voor de veehouderij zijn deze elementen belangrijk. Ze komen in je werk en dus ook in deze lessen terug. We gaan ze oefenen door de nadruk te leggen op hun functie. 

Wat is de relatie tussen melkziekte en de elementen Ca en Mg?

Melkziekte vormt op hoogproductieve bedrijven een groot probleem bij verse koeien

rondom afkalven. Melkziekte is een acuut gebrek aan calcium in het bloed van de verse

koe. Dit ontstaat doordat het uier grote hoeveelheden calcium aan de koe onttrekt

wanneer de melkproductie op gang komt. Calcium is een belangrijk element voor onder

andere het functioneren van de spieren. Wanneer er te weinig calcium in het bloed

aanwezig is, zullen de spieren in het lichaam minder functioneren. De spieren van de

poten worden zwakker zodat de koe soms niet meer kan staan, de penswerking neemt

af, de samentrekking van de baarmoeder na het afkalven neemt af en allerlei andere

lichaamsfuncties raken verstoord. In ernstige gevallen en zonder behandeling is de

aandoening vaak dodelijk. 

Sleutelfactor in het voorkomen van melkziekte is de samenstelling van het

droogstandsrantsoen voor de close up koeien. Belangrijk hierin zijn de hoeveelheden van

de elementen kalium (K) en magnesium (Mg), het energiegehalte en het ruw eiwit

gehalte van het rantsoen.

Magnesium speelt een belangrijke rol in de calciumhuishouding. De opname van

magnesium wordt echter geremd door de opname van grote hoeveelheden kalium.

Daarnaast heeft kalium een effect op de zuurgraad van het bloed, evenals natrium,

chloor en fosfaat. Calcium wordt beter opgenomen in het bloed wanneer het bloed iets

zuur is. De zuurgraad van het bloed wordt mede bepaald door de verhouding tussen

natrium en kalium enerzijds en chloor en fosfaat anderzijds. Dit wordt uitgedrukt met het

Kationen Anionen Verschil (KAV); wanneer dit negatief is, zal de zuurgraad van het bloed

dalen. Ideaal gesproken is het KAV tussen de -100 en -150meq/kg DS. Wanneer veel

kalium wordt opgenomen, zal de zuurgraad van het bloed stijgen (positief KAV) en zal de

opname van magnesium onder druk komen te staan. Het is dus belangrijk om een

relatief kaliumarm rantsoen te verstrekken aan close up koeien. Streef naar een kalium

gehalte tussen 1-2% op droge stof basis. 

Dit element is een onderdeel van eiwitten en essentieel voor de groei van de plant. Te veel van dit element zorgt voor zwart/groen blad. Dit element kan via minerale meststof of organische meststof worden toegediend.

Stikstof (N)

Rol

Stikstof is onderdeel van eiwitten en essentieel voor de groei van de plant. Het is ook een integraal onderdeel van bladgroenkorrels en speelt een belangrijke rol in de fotosynthese en de bladontwikkeling.

Bij overmaat

Overmaat leidt tot zwartgroene bladeren en maakt de plant gevoeliger voor schimmelziektes en legering. Grote hoeveelheden beschikbare stikstof bij het begin van de teelt leiden vaak tot een oppervlakkiger wortelstelsel.

Bij tekort

Verminderde plantengroei. Vooral de oude bladeren krijgen een lichtgroene of gele kleur.

N-aanvoer

Stikstof kan als nitraat (NO3) vrijgesteld wordenin de bodem na mineralisatie van bodemorga-

nische stof. Stikstof kan ook via minerale meststoffen (kunstmest) of organische meststoffen (dier-

lijke mest, compost, oogstresten, groenbedekker,...) worden toegediend.

Dit element speelt een rol bij de ademhaling van de plant. Het bevordert de ontwikkeling van de wortels, de bloei en zaadvorming. Bij een overmaat van dit element kunnen problemen ontstaan met de beschikbaarheid van K, Zn en Cu. Een gebrek aan dit element zorgt voor minder wortelgroei, bloei en vruchtvorming. De bladeren kleuren donkergroen-blauwgroen tot roodpaars.

Fosfor (P)

Rol

Fosfor is een onderdeel van kerneiwitten en speelt een rol bij de ademhaling van de plant. Fosfor bevordert de ontwikkeling van de wortels, de bloei en de zaadvorming.

Bij overmaat

In de bodem kunnen bij overmaat van fosfor problemen ontstaan met de beschikbaarheid van kalium (K), zink (Zn) en koper (Cu) omdat deze elementen neerslaan onder de vorm van K-, Zn- en Cu-fosfaten.

Bij tekort

Fosforgebrek leidt tot verminderde wortelgroei, bloei en vruchtvorming. De bladeren kleuren donkergroen-blauwgroen tot zelfs roodpaars.

P-aanvoer

Er is vaak al een zeer grote fosforreserve in de bodemaanwezig. Koud weer, een slechte bodemstructuuren een niet-optimale pH hebben een negatieve invloed op de beschikbaarheid van fosfor. Deze omstandigheden verbeteren kan effectiever zijn dan hettoedienen van fosforbemesting.

Dit element is gunstig voor de stevigheid van de plant. Het speelt een belangrijke rol bij de weerstand van de plant tegen ziektes en tegen vorst. Een gebrek aan dit element is eerst herkenbaar aan het donkergroene blad dat later paarsbruin wordt. Het uit zich vervolgens in gele en verdroogde randen (“randjesziekte”). Het element kan toegediend worden door organische meststoffen en kunstmeststoffen.

Kalium (K)

Rol

Kalium is gunstig voor de stevigheid van de plant. Het speelt een belangrijke rol bij de weerstand van de plant tegen plantenziektes en vorst (bijv. bij spruiten) en bij de smaak en houdbaarheid van gewassen (vooral bij knol- en bolgewassen). Kalium is ook van belang voor de vorming en opstapeling van koolhydraten in de plant.

Bij overmaat

Te veel kalium in de bodem kan leiden tot lagere opname van andere voedingselementen (zoals calcium en magnesium) door de plant.

Bij tekort

Kaliumgebrek is eerst herkenbaar aan het donkergroene blad dat later paarsbruin wordt. Het uit zich vervolgens in gele en verdroogde randen (“randjesziekte”).

K-aanvoer

Aanvoer van kalium kan gebeuren door organische meststoffen of kunstmeststoffen zoals bijv. patentkali, chloorpotas, kaliumsulfaat, kaliumcarbonaat.

De element speelt een belangrijke rol bij de fotosynthese, waarbij suikers gevormd worden. Het is belangrijk voor de bladontwikkeling. Bij een gebrek wordt de vorming van het bladgroen beperkt. De geelverkleuring treedt op tussen de nerven, de nerven zelf blijven groen. Voor een goede opname van dit element heeft de bodem een goede pH-waarde nodig.

Magnesium (Mg)

Rol

Magnesium speelt een belangrijke rol bij de fotosynthese, waarbij suikers gevormd worden. Het is belangrijk voor de bladontwikkeling.

Bij gebrek

Bij magnesiumgebrek wordt de vorming van bladgroen beperkt. De geelverkleuring treedt op tussen de nerven, terwijl de nerven zelf groen blijven. De symptomen zijn vooral zichtbaar op de oudere bladeren. Voor een goede opname van magnesium heeft de bodem een goede pH nodig en mag er niet te veel kalium beschikbaar zijn in de bodem.

Bij overmaat

Overmaat aan magnesium leidt tot lage beschikbaarheid van calcium en kalium.

Mg- aanvoer

Aanvoer van magnesium kan gebeuren via magnesiumsulfaat, bekalking via magnesiumkalk.

De wet van Liebig

"De ketting is zo sterk als de zwakste schakel"

Het element dat het minst aanwezig is bepaalt de plantengroei, niet de totale hoeveelheid voedingsstoffen.

Figuur 5: Voorstelling van de wet van Liebig (wet van het minimum): het meest schaarse element bepaalt de plantengroei, niet de totale hoeveelheid voedingsstoffen.

Sporenelementen

Sporenelementen zijn slechts in zeer kleine hoeveelheden in de plant nodig, maar zijn toch essentieel voor de groei van de plant (bijv. ijzer, mangaan, nikkel, zink, molybdeen, boor). De lijst van essentiële sporenelementen kan variëren naargelang de plantensoort. Elk element heeft zijn kritische onder- en bovengrens in de plant.

Als de pH van de bodem niet optimaal is, zijn sporenelementen niet oplosbaar en dus ook niet opneembaar door de plant.

De bekendste problemen zijn boor- en mangaangebrek in akkerland en koper- en kobaltgebrek in weiland.

Aan de slag!

Maak de opdracht waarin je een totaal overzicht maakt van de belangrijke verschillende elementen en verbindingen, de formule en hun functie voor de veehouderijsector.