Hoofdstuk 5 Een maakbare Wereld (tentamen)

§5.1 inleiding
Kunststoffen hebben bijzondere eigenschappen waardoor ze onmisbaar zijn. Vroeger dachten de mensen dat de goden zorgde voor dag en nacht of bliksem en donder. Griekse natuurfilosofen probeerde met de rede het verstand, natuur te doorgronden tot aan Middeleeuwen.
Rond 1600 ontstond de empirische methode waarbij de opvatting kwam dat onderzoek van de natuur is gebaseerd op waarneming, ervaring en experiment. Wetenschap is er niet alleen om dingen te begrijpen maar ook om de natuur beter te kunnen beheersen.

§5.2 Landbouw en synthetische stoffen
Industriële revolutie: periode waarbij er sterke schaalvergroting was van de fabricage van allerlei producten. Met name textiel.

Lavoisier: hij heeft het beroemde werk ‘traité élémentaire de chimie’ gemaakt in 1789. Hij toonde aan dat koolstof het essentiële bestanddeel van organische verbindingen is.

Justus von Liebig: hij ontwikkelde de techniek van de elementenanalyse. Zo kreeg men een beter inzicht van de structuur van de moleculen van organische stoffen door molecuulformules.

Synthese: kunstmatige productie van die stoffen
Synthetische stoffen: deze worden bijvoorbeeld gemaakt uit goedkopere stoffen.

Meekrap: een sterbladig plantje met vijftallige bloemen. In de wortels zit alizarine, een dieprode kleurstof.
Indigo: de kleur van spijkerbroeken. 1 van de oudste kleurstoffen. 1850 werd het leeuwendeel van alle producten vervaardigd uit plantaardige grondstoffen, ook verversrood en indigoblauw. Hierdoor kwam grote concurrentie want de fabriek die textiel produceerde in nieuwe kleuren had grote omzet.
Er was grote vraag naar nieuwe kleurstoffen en Carl Grage en Carl Liebermann slaagde er in 1868 in om alizarine langs kunstmatige weg te maken.
De indigoplant werd verbouwd in India maar doordat er in 1896 de ontdekking van indigosynthese kwam waren de boeren in India hun inkomstenbron kwijt.

Kleurstoffen werden vroeger uit planten gehaald. Dat gebeurde door extractie: dit is het oplossen van plantendelen in water. Kleurstoffen moest aan eisen voldoen:
- kleurkracht
- helderheid
- lichtechtheid
- hechtvermogen aan textiel

William Henry Perkin: hij probeerde kinine, een geneesmiddel tegen malaria te synthetiseren. Hij kreeg een sterk paars gekleurde stof. De paarse stof hechtte zich uitstekend met zijde. Deze stof noemde hij mauveïne.

Op een andere manier was de ontwikkeling van synthetische kleurstoffen in West-Europa erg belangrijk met name Duitsland. Daar leidde de ontwikkeling tot het ontstaan van een bloeiende chemische industrie, want bedrijven als Agfa en Bayer vonden hun basis in de synthese van kleurstoffen. De kennis werd later gebuikt om geneesmiddelen te maken.

Kunstmest: organisch
Omdat door de industriële revolutie alle mensen van landbouw naar steden gingen, moesten er nieuwe landbouwvaardigheden komen om voedsel te maken.
Justus von Liebig toonde aan dat planten koolstofdioxide + water opnemen. Voor groei van planten was fosfor, kalium, stikstof en zwavel nodig. door bemesting van deze stoffen werd de vruchtbaarheid groter.
Er was een klein probleem: er was maar weinig stikstof winbaar.
- salpeter
- caliche
- guano
Alleen caliche was na een tijdje de enige beschikbare bron die over was.
Haber-bosch synthese: dit was een productie om ammoniak uit stikstof en water te halen. Nu kan men grootschaliger produceren, omdat nu veel kunstmest gebruikt kan worden.

bestrijdingsmiddelen
Door bestrijdingsmiddelen werden plantenziektes bestreden. DDT, aldrin, parathion en lindaan waren bestrijdingsmiddelen tegen plantenziektes. Deze middelen werden ook gebruikt bij nieuwe plantenrassen. Alle veranderingen noemen we de groene revolutie.

Rachel Carson beschreef de schadelijke werking van bestrijdingsmiddelen op het milieu.
Ze schreef: pesticiden, zoals DDT, worden langzaam afgebroken. De stof hoopt zich op in het vet van dieren. Daardoor stierven roofvogels bijna uit. Tegenwoordig zijn er al strenge eisen voor het gebruik van bestrijdingsmiddelen.

§5.3 Industrie en synthetische producten
Materialen kan je verdelen in 3 groepen:
- metalen, komen als ertsen in de natuur voor
- minerale materialen, anorganische verbindingen zoals zand, klei en gesteenten. Verwerkt in cement, beton, keramiek en glas
- Organische materialen. Tot 1900 gewonnen uit levende natuur. Kan vervangen worden door synthetische stoffen.
Metalen Minerale materialen Organische materialen Synthetische stoffen
ijzer goud kwikZilver koper Glas zand zoutDiamant klei Natuurrubber linnenHout katoen kurk Polyester PVC DDTNylon Plastic
Diamant
Door de hardheid heeft diamant een eeuwigheidswaarde: slijt niet en behoud zijn vorm. Diamant bestaat uit koolstof. Ze ontstaan onder grote druk en hoge temp. op 200 km diepte in aarde. Door vulkaanuitbarsting komen ze naar boven in kimberliet: vulkanisch gesteente. Aan het oppervlak is de kimberliet blootgesteld aan weersinvloed. Dmv erosie komen diamanten na tijdje uit gesteente. Stromend water voert ze na beken en rivieren en daar kunnen edelstenen terechtkomen in sedimenten.
Diamant heeft ook veel technische voordelen bijv. slijpstenen, boorkoppen en chirurgmaterialen.

De bindingen tussen de koolstofatomen zijn zeer sterk. Dit verklaard de hardheid van diamant. Het is een slechte geleider voor elektriciteit, maar goede warmtegeleider. Dat is heel zeldzaam. Onder normale omstandigheden kristalliseert koolstof niet in de diamantstructuur maar in de grafietstructuur. Grafiet bestaat uit lagen koolstofatomen.

Synthetische diamant: een diamant waarbij uit goedkope grafiet een edelsteen gemaakt werd. Voor de omzetting van grafiet in diamant moet men koolstofpoeder sterk samenpersen. Dat gebeurt door grafiet tussen diamanten aambeelden (anvils) te leggen en de aanbeelden in de pers te plaatsen. Dit was dus erg handig voor bedriegers.

Rubber: Natuurrubber (hevea brasiliensis) maakt men uit latexmelk van rubberbomen. De latexmelk is een emulsie van rubberdeeltjes in water. Door toevoeging van azijnzuur of mierenzuur klonteren de rubberdeeltjes samen en stijgen hierbij naar het oppervlak. Ze vormen een koek die bestaat uit elastisch, kleverig materiaal, dat men caoutchouc noemt.

Synthetisch rubber: moest gemaakt worden, omdat door de groei van de auto-ontwikkeling enorm steeg. In Duitsland werden de eerste synthetische rubberbanden ontwikkeld. Ze heetten BUNA-rubbers. Om deze rubbers te kunnen maken is aardolie nodig. een nadeel is wel, als de prijs voor aardolie omhoog gaat, dat dan de prijs van de synthetische rubber omhoog gaat. Het is natuurlijk wel gunstig voor natuurlijk rubber. Dit rubber kon ook de oogst van natuurrubber bij vullen.

§5.4 Biotechnologie I
Biotechnologie: omvat technieken en productieprocessen waarbij gebruik gemaakt wordt van levende organismen of delen van organismen.
Micro-organismen: organismen die slecht bestaan uit 1 of enkele cellen, zoals bacteriën, gisten (bij het maken van bier, brood en wijn) en schimmels (1cellig en gebruikt voor penicilline en antibiotica).
Klassieke biotechnologie: als bacteriën het water zuiveren en meewerken aan compostering.
Genetische manipulatie: gericht aanbrengen van veranderingen in het erfelijkheidsmateriaal (DNA) van een levend wezen met als gevolg het onderzoeken van de veranderingen/gevolgen. Het is een erg belangrijke techniek in biotechnologie.
Moderne biotechnologie: om de genetische manipulatie te onderzoeken gebruiken ze niet alleen micro-organismen.
Genetische modificatie/gentechnologie: veranderen van DNA, waardoor erfelijke eigenschappen veranderen.
Overeenkomst tussen verschillende organismen: alles wat leeft, is opgebouwd uit cellen en in iedere cel zit DNA.
DNA: erfelijkheidsmateriaal en bevat alle info om organismen te laten ontwikkelen. Je kunt stukjes DNA verwisselen omdat de bouw van DNA bij iedereen hetzelfde is.
Recombinant-DNA-technologie: techniek van het overbrengen van erfelijke eigenschap van het ene organisme naar het andere organisme.
Transgeen organisme: Een organisme waarin een erfelijke eigenschap vaneen andere soort is ingebracht.

Er worden enzymen (eiwitmoleculen, kwetsbaar) gebruikt om de chemische reactie in een cel te versnellen. Enzymen zitten in wasmiddelen maar word ook gebruikt bij het maken van voedingsmiddelen. Om kaas te maken moet de melk eerst stremmen (dik worden).
Kreupel micro-organisme: als ze micro-organisme laten verzwakken zodat het buiten de fermentoren (tanks) niet kan overleven.

§5.5 Biotechnologie II
Kruising: vereniging van 2 geslachtscellen met verschillende genen. Zo proberen ze het beste plantje of diertje te krijgen omdat het erfelijkheid materiaal veranderd. Is alleen mogelijk tussen 2 organismen van dezelfde soort.
Recombinant-DNA-techniek: bied hele nieuwe mogelijkheden doordat er een gunstige eigenschap ingebracht kan worden in het DNA van een plant. Je kan goede eigenschappen van verschillende soorten hierdoor goed combineren.
Transgeen: er is een vreemd gen ingebracht door zogenaamde genetische modificatie.
Het verbouwen van genetisch gemodificeerde planten die immuun zijn voor ziekte of insecten, kan leiden tot een grotere oogst en minder gebruik van bestrijdingsmiddelen. Een voordeel kan ook liggen in een meer efficiënte verwerking.
Vaccin: bevat ziekteverwekker waarvan het gen dat de ziekte opwekt is uitgeschakeld. Immuun.
Bezwaren tegen biotechnologie:
- milieugroepen. Bang dat transgene planten het evenwicht in de natuur verstoren.
- Bezwaren op sociaal-economische aard. Bedrijfsleven via biotechnologie meer invloed.
Industrieën bepalen zowat alles wat een boer moet verbouwen. Met biotechnologie kun je uit maïs een zoetstof maken die isoglucose heet. Frisdrankfabrikanten vinden het interessant om zoetstof te gebruiken ipv suiker. Hierdoor verliest Derde Wereld inkomstenbron:
- groeperingen vinden dat ze te sterk ingrijpen in de Schepping
- consument is kritisch over voedsel wat afkomstig is van transgene organismen. Gezond??
In 1995 is er afgesproken dat er op het etiket staat of het voedsel door gemodificeerde organismen verwerkt zijn.

Met DNA onderdoek kan een diagnose gemaakt worden. Er kan worden vastgesteld of een ziekte dan wel afwijking aanwezig is.
Gentherapie: therapie om ontbrekend gen te vervangen door een goedwerkend gen.
Ethiek: vragen of iets zinvol is.
Eugenetica: selecteren van nakomelingen op gewenste erfelijke eigenschappen (hoogbegaafde)

§5.6 Nieuwe stoffen en materialen
Aantal redenen om onderzoek naar stoffen te doen:
- nieuwe geneesmiddelen
- grondstoffen voor bestaande materialen kunnen opraken
- vervanging van materialen
synthetische vezels: Vezels (dunne draadjes) vormen de grondstof voor kleding. In de vorige eeuw werden alleen natuurlijke vezels zoals katoen, wol, zijde en vlas gebruikt.
Voor de productie van synthetische vezels is aardolie nodig. via chemische reacties krijgt men uiteindelijk polymeren (zeer grote moleculen die tot vezels gesponnen kunnen worden). Belangrijke synthetische vezels voor kleding zijn polyester, nylon en polyacrylonitril.
Filamenten: dit zijn lange draden uit een stuk.
Productieproces van kleding: vezel draad weefsel kleding. Synthetische vezels zijn zeer breed toepasbaar. Uit hetzelfde polymeer kan je nl. verschillende vezels maken. Variatie van lengte,dikte.
Synthetische vezels en sportkleding: Microvezels zorgen voor een zachte soepele stof. Dit is ideaal voor sportkleding. Sportkleding moet zorgen dat het zweet niet absorbeert. Zo heeft polyester een klein absorptievermogen en katoen een groot absorptievermogen. Vanaf 1960 is technologie verbeterd en kun je fysische en chemische eigenschappen van vezels beïnvloeden. Niet eenvoudig, omdat het verband tussen vezeleigenschappen en de kledingeisen zijn erg complex.

§5.7 Op grote schaal
procesindustrie: omzetten van grondstoffen in eindproducten door chemische of biochemische bewerkingen. Grootschalige processen vinden oa plaats bij kunststoffen of waspoeder.
Voordelen om grootschalig te produceren:
- kostprijs is lager om het product efficiënter gemaakt is.
- Betere beheersbaarheid. Betere kwaliteit en afvalproblemen makkelijker op te lossen.
- Minder ontwikkelingskosten en de investeringen zijn niet al te hoog.
Nadelen om grootschalig te produceren:
- grote concentratie van lawaai
- verkeersdrukte
- maar 1 afvalplaats
- verlies van arbeidsplaatsen door automatisering
Van grondstoffen maakt de industrie producten waar ook energie voor nodig is. De overheid is betrokken bij de onderhandelingen over arbeidsvoorwaarden, zij ziet toe op goede en veilige arbeidsomstandigheden en zorgt dmv onderwijs voor goed opgeleide arbeidskrachten. Overheid zorgt ook voor:
- goede infrastructuur (wegen,spoorwegen,riolering enz.)
- bewaakt milieu en volksgezondheid
- zorgt ervoor dat er wordt geproduceerd binnen de wettelijke regels
Biodegradeerbare plastics: biologisch afbreekbare kunststoffen. Moet verwerkt kunnen worden in zeer uiteenlopende eindproducten.
De fase van plan na fabriek:
Formulering van project Ontwikkelen van proces in laboratorium Bouwen van proefopstelling of kleine proeffabriek Testen van proces Ontwerpen en bouwen van fabriek

Het ontwerpen van een geschikt proces
Er wordt hier een proces ontwikkeld om de gewenste stof te maken. Als er veel chemische omzettingen zijn, zijn computers een handig hulpmiddel. Men let vooral op de uitgangsstoffen. Ze kijken of ze er in voldoende mate zijn en of ze betaalbaar zijn. Verder moeten ze kijken of het proces goed uitvoerbaar is en of de opbrengst voldoende is.

De bouw van de fabriek
Allereerst moet er een processchema zijn en dit is dan ook de basis van het ontwerp van de fabriek. Dit is een ontwerp dat alle apparaten, leidingen en gegevens over de grootte en samenstellingen van de stofstromen door elke leiding. Kennis, ervaring, creativiteit en intuïtie spelen een belangrijke rol bij het maken van een processchema.

Aandachtspunten:
- energiebalans (als sommige processen energie opleveren is het verstandig ze elders te gebruiken)
- veiligheid (bij bijv. gebruik van giftige of brandbare stoffen)
- keuze van apparatuur (ze moeten lang meegaan dus de materialen moeten hoge eisen hebben)
- afvalstromen (er mag geen afval ontstaan)
Interne recycling: wanneer schadelijke afvalstoffen binnen de fabriek worden omgezet in onschadelijke stoffen.
Optimalisatie: wanneer de 4 aandachtspunten worden meegewogen om tot de hoogste opbrengsten en de laagste lonen te komen.
Automatisering: computers doen het werk van mensen.
Procescontrole: computers contoleren bijvoorbeeld machines in fabrieken.
Sensor: dit is een apparaat die grootheden zoals temperatuur, druk en de massastroom meten en die doorgeven aan de computer.

Toekomstige ontwikkelingen
Vroeger werden stoffen voor producten uit planten gehaald. Nu is dat vooral uit fossiele brandstoffen. Een nadeel is dat de fossiele brandstoffen uitputten.
In de toekomst zal men dus weer terug moeten naar het gebruik van plantaardige grondstoffen (biomassa). Verder probeert men uit het afval van nu nog bruikbare stoffen te halen. Recycling wordt dus zeer belangrijk.
Bij de processen zelf gaat biotechnologie een grotere rol spelen. Hier worden enzymen en bacteriën van stoffen in bruikbare producten.

REACTIES

Log in om een reactie te plaatsen of maak een profiel aan.