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 

Deze periode

Werkblad 1 - Stoffen molecuulformules 17 september

Werkblad 2 - Bodemanalyse en reactievergelijkingen 24 september

Werkblad 3 - Fotosynthese 1 oktober

Werkblad 4 - pH in de bodem en melksysteem 15 oktober

Werkblad 5 -Mest en urine 22 oktober en AFRONDING!!!

Kennismaken

Stel je voor aan de hand van de foto’s op je mobiel . 

Eventueel maak tweetallen en ga samen de laatste 10 foto’s op je mobiel bekijken. Stel de ander voor aan de hand daarvan.

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)

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 element speelt een rol bij melkziekte?

Melkziekte, niet te verwarren met slepende melkziekte, is een tekort aan calcium in het bloed. De ziekte treedt meestal op binnen 48 uur na afkalven, maar kan ook vlak voor of tijdens het afkalven ontstaan.

Het tekort aan calcium in het bloed ontstaat doordat na het kalven de calciumbehoefte snel toeneemt voor de productie van melk. Het lichaam van de koe moet zich snel aanpassen aan een veel grotere calciumbehoefte. Calcium is in het lichaam aanwezig in de bloedbaan en zit tevens in de botten. Als er ineens veel calcium nodig is, gebruikt de koe de calciumvoorraad uit het bloed. Later vult de koe deze calciumvoorraad in het bloed weer aan vanuit het bot. Hier gaat een tijdje overheen en in de tussentijd heeft het lichaam een tekort aan calcium.

Om een calciumtekort vlak voor afkalven te voorkomen, is het belangrijk dat koeien uit hun eigen voorraad calcium kunnen opnemen. Dit is afhankelijk van hoe actief de botmobilisatie (het vrijmaken van calcium uit de botten) is. Met het droogstandsrantsoen kan er gestuurd worden op de botmobilisatie met behulp van de kationen-anionen balans. Het is van belang dat deze balans negatief is, dus dat er minder positief geladen elementen (Kalium en Natrium) en meer negatief geladen elementen (Zwavel en Chloor) in het droogstandsrantsoen aanwezig zijn. Hierdoor wordt de botmobilisatie gestimuleerd en kunnen koeien in het geval van een calciumtekort direct calcium uit de eigen voorraad halen.

Atoom, element, molecuul, verbinding

Het atoom vormt de kleinste bouwsteen van ieder chemisch element. De naam is afgeleid van het Griekse woord atomos (ἄτομος)‚ wat "ondeelbaar" betekent.

Moleculen die uit één atoomsoort bestaan zijn elementen. Een voorbeeld van een element is zuurstof, dat alleen bestaat uit ‘O’. Moleculen die uit verschillende atoomsoorten bestaan zijn verbindingen. Voorbeelden zijn water (H2O) of methaan (CH4). C staat hierbij voor een koolstofatoom, O voor een zuurstofatoom en H voor een waterstofatoom. Er zijn in totaal 118 verschillende atoomsoorten, welke je allemaal kunt vinden in het periodiek systeem (Binas tabel 99).

Als de atomen in een molecuul hetzelfde zijn, dan heet de stof een element. Als het twee verschillende atomen zijn, dan noem je dit een verbinding. Als je naar de formule van een stof kijkt, dan kun je zien of het om een moleculaire stof gaat. Een moleculaire stof bestaat namelijk alleen uit niet-metalen.

Atoom, element, molecuul en verbinding

Atoom = Kleinste deeltje dat kan worden onderscheiden, 1 deeltje

Molecuul = 2 of meer deeltjes aan elkaar

Element = 1 soort deeltjes

Verbinding = 2 of meerdere soorten deeltjes 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.

Het atoom vormt de kleinste bouwsteen van ieder chemisch element. De naam is afgeleid van het Griekse woord atomos (ἄτομος)‚ wat "ondeelbaar" betekent.

Moleculen die uit één atoomsoort bestaan zijn elementen. Een voorbeeld van een element is zuurstof, dat alleen bestaat uit ‘O’. Moleculen die uit verschillende atoomsoorten bestaan zijn verbindingen. Voorbeelden zijn water (H2O) of methaan (CH4). C staat hierbij voor een koolstofatoom, O voor een zuurstofatoom en H voor een waterstofatoom. Er zijn in totaal 118 verschillende atoomsoorten, welke je allemaal kunt vinden in het periodiek systeem (Binas tabel 99).

Als de atomen in een molecuul hetzelfde zijn, dan heet de stof een element. Als het twee verschillende atomen zijn, dan noem je dit een verbinding. Als je naar de formule van een stof kijkt, dan kun je zien of het om een moleculaire stof gaat. Een moleculaire stof bestaat namelijk alleen uit niet-metalen.

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