H18 Innovatieve materialen

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

H18 Innovatieve materialen

Leerdoel

Je leert om eigenschappen van diverse materialen te verklaren op microniveau

Deze les

• Herhaling stoffen en bindingstypen klas 4
• Keramiek en composiet (18.1)
• Nanomaterialen (18.2)
• Membraantechnologie (18.3)
• Geleiden polymeren en ionische vloeistoffen (18.4)

Periodiek systeem 

• Metalen
• Niet-metalen
• Metalloïden: eigenschappen van metalen en niet-metalen

Typen stoffen

• Metalen: uitsluitend metaal atomen
• Moleculaire stoffen: uitsluitend niet-metaal atomen
• Zouten: combi metaal en niet-metaal atomen

Materialen

• Een natuurlijke of kunstmatige stof of mengsel van stoffen dat voldoet aan bepaalde eisen om te worden toegepast in gebouwen of gebruiksvoorwerpen.

• Voorbeelden: metalen, keramiek, macromoleculaire materialen, composieten.

Metalen

• Hoog smeltpunt
• Sterk materiaal
• Buigzaam
• Goede geleider

Metaalrooster

• Positieve atoomresten netjes gerangschikt.
  
• Vrije (valentie-)elektronen bewegen vrij er doorheen.
• Aantrekking tussen atoomresten en vrije elektronen = metaalbinding.

Zouten

• Hoog smeltpunt
• Bros materiaal
• Geleider in gesmolten en opgeloste toestand

• Ionen in ionrooster d.m.v. ionbinding.

Moleculaire stoffen

• Zeer diverse eigenschappen
• Meestal slechte geleiders
• Hydrofiel en hydrofoob
• Zeer wisselende smelt- en kookpunten

• Bindingstypen: vanderwaalsbinding, atoombinding, waterstofbrug, dipool-dipool binding.

Voorkennis oefenen

• Maken H18: 1, 2, 4, 5, 6

Keramiek

• Ionaire en/of covalente bindingen
• Door sinteren (hitte) compacter op moleculaire schaal.
• Voorbeelden in Binas 67D1

Composiet

• Vezels met een vulstof (matrix).
• Zeer sterk materiaal.
• Bijv. vliegtuigonderdelen, kogelwerend materiaal of bot.

Nanomaterialen

• Deeltjes tussen 1 en 100 nm (10-9 m)
• Moderne toepassingen

Recent onderzoek

• Dr. Janne-Mieke Meijer (TU/e) - colloïdale zelforganisatie
• Prof. Sander Leeuwenburgh (Radboud UMC) - zelfherstellende materialen m.b.v. nanodeeltjes.
• Prof. Ben Feringa (rijksuniversiteit Groningen) - nanomotoren 

Prof. Sander Leeuwenburgh

• Keramische composieten
• Zelfherstellende materialen m.b.v. nanodeeltjes.
• Botgroei herstel na breuk, kanker of ontstekingen.

Aan de slag

• Maken H18: 14, 15, 16, 18, 29, 30

Nobelprijs chemie 2016 

• Ben Feringa
• Moleculaire motoren

Aan de slag

• Maken 2014-I (pilot): Nanomotors

Deze les

• Herhaling stoffen en bindingstypen klas 4
• Keramiek en composiet (18.1)
• Nanomaterialen (18.2)
• Membraantechnologie (18.3)
• Geleiden polymeren en ionische vloeistoffen (18.4)

Membraantechnologie

• Semipermeabel
•  Osmose = diffusie door membraan
• Toepassing: nierdialyse, waterzuivering, brandstofcellen

PureBlue Water

• Ontwerpen van afvalwaterzuiveringsinstallaties.
• Duurzaamheid 
• Moving bed bioreactor (MBBR) technologie
• Bacteriën op dragermateriaal.

Aan de slag

• Maken H18: 32, 33, 35, 37
  

Bijzondere polymeren

• Superabsorberend
  
• Geleidend
• Zelfherstellend

Superabsorberende polymeren

• Polyacrylzuur 
• Waterstofbruggen mogelijk

Geleidende polymeren

• Om en om dubbele bindingen
• Mesomere grensstructuren

Zelfherstellende polymeren

• Monomeer aanwezig in materiaal
• Polymerisatie bij aantasting

Ionische vloeistoffen 

• Vloeibaar bij kamertemperatuur
• Groot verschil in iongroottes = geen compact ionrooster 
• Polaire en apolaire stoffen lossen goed op
• Nauwelijks verdamping
• Goed recyclebaar (dus groen)

typisch ionrooster

ionische vloeistof

Deze les

• Maken havo 2019-I: 25, 26, 27
• Maken H18: 43 t/m 48