Melkzuur, van spierpijn tot kunstknie (3v) - Docentenhandleiding

U kunt het leerlingenmateriaal voor 3 vwo ook in z'n geheel downloaden als pdf.

De voorlopige versies van de PP-presentaties kunt u hier downloaden:
PP Melkzuur met formules
PP Melkzuur zonder formules
PP Polymelkzuur 


Docentenhandleiding

1. Opbouw van de module
2. Vakbegrippen en vaardigheden
3. Lesplanner
4. Toetsvragen

Bijlage 1: Materiaallijsten bij 1. Melkzuur, wat is ’t en wat kun je ermee?
Bijlage 2: Materiaallijsten bij 2. Hoe maak je melkzuur?
Bijlage 3: Materiaallijsten bij 3. Wat is polymelkzuur? De grondstof voor afbreekbaar plastic!
Bijlage 4: Uitwerkingen  3V, versie maart 2008
Bijlage 5: Gebruikte bronnen

Opbouw

Melkzuur is een module (8 lessen) die ontwikkeld is voor 3 havo leerlingen. De module is zo geschreven dat ook de leerlingen, die een M-profiel kiezen, kennis kunnen maken met moderne chemie (o.a. biotechnologie en polymeren). Zeker in het begin van de module is er veel aandacht voor toegepaste proeven die ook een 3 havo leerling met een M-profiel kunnen aanspreken.
Voor 3 vwo is een aparte versie gemaakt. Er is hier wat meer voor verdieping gekozen: groene chemie en stereochemie.
Er zijn voor een paar lessen alternatieven en/ of verdiepingen, zodat de docent het niveau gemakkelijk kan aanpassen aan zijn/ haar wensen.

Waar kunt u wat vinden?

Lessen
Hier staan de drie hoofdstukken van de leerlingentekst:
1. Melkzuur, wat is ’t en wat kun je ermee?
2. Hoe maak je melkzuur?
3. Wat is polymelkzuur? De grondstof voor afbreekbaar plastic!
PS Bovenaan deze pagina kunt u het leerlingenmateriaal in zijn geheel downloaden als pdf-bestand.

Kenniskaarten
Op de kenniskaarten staan de belangrijkste begrippen die je moet leren voor het proefwerk. Een kenniskaart is een korte bespreking van een bepaald chemisch onderwerp. Deze kaart kun je ook gebruiken om een stukje chemie op te halen als het al eens behandeld is of voor (extra) uitleg.

Kanjerkaarten
Kanjerkaarten bieden de mogelijkheid tot verdieping van de stof. Op een kanjerkaart vind je een extra uitdagende opdracht, voor als je snel door de lesstof heengaat, of meer wilt weten over een bepaald onderwerp of iets extra's wilt doen.

Werkbladen
Bij de werkbladen vind u alle proefvoorschriften en de opgaven per hoofdstuk.
Alle werkbladen zijn te downloaden als Wordbestand. Op die manier kunt u zelf de proefvoorschriften aanpassen.

Artikelen
Bij ieder hoofdstuk worden een aantal artikelen gelezen. Deze geven de leerlingen een aardig beeld van de veelzijdige toepassingen van melkzuur en polymelkzuur. Bij ieder artikel dienen een aantal vragen te worden beantwoord.
Alle artikelen zijn als pdf-bestand te downloaden.

Beeldmateriaal
Bij het beeldmateriaal staan twee films:
Documentaire van NOS Studio Sport over een trainingsschema Van Bart Veldkamp. Tijdens zware inspanning wordt voortduren het ‘lactaatgehalte’ in zijn bloed gemeten.
Een film over Industriële Biotechnologie: “Van plant tot materiaal, medicijn en motorbrandstof” (7 minuten). Deze film is gemaakt op het Kluyver Centre, de afdeling biotechnologie van de Technische Universiteit Delft. Zie ook kenniskaart 2.2

Docentenhandleiding
Bij docentenhandleiding vindt u:

• PP presentatie met formules over “Melkzuur, wat is het en wat kun je ermee?”.
• PP presentatie zonder formules over “Melkzuur, wat is het en wat kun je ermee?”.
• PP presentatie over “Wat is polymelkzuur? De grondstof voor afbreekbaar plastic!”.
• Materiaallijsten met benodigdheden per hoofdstuk.
• Alle uitwerkingen met mogelijke antwoorden op de opgaven, op de vragen bij de proeven en op de vragen bij de artikelen.
• Het leerlingenmateriaal als pdf- bestand.

Introductiefase

Maak de leerlingen nieuwsgierig door een week van te voren te vertellen dat de volgende module over melkzuur en polymelkzuur (PMZ) zal gaan. PMZ is een bioplastic en dat betekent dat PMZ in de grond wordt afgebroken. Kijk maar eens in de supermarkt (o.a. AH en Super de Boer). Je kunt de PMZ verpakking herkennen doordat er een logo op staat en doordat het ontzettend knispert en kraakt als je het plastic aanraakt.

 

Opdracht 0
Stop een paar stukken PMZ en een plastic boterhamzakje in de tuin van de school in de grond.
Aan het eind van de module ga je het resultaat bekijken. Doe dat over een paar maanden nog eens.

1 Melkzuur, wat is ’t en wat kun je ermee?
De module start met twee vrij volle lessen:

Demonstratieproef 1: Boeken tillen
Neem het Handbook of een paar atlassen.
Voor leerlingen wordt verzuring in de spieren versimpeld weergegeven. Hierbij een klein beetje achtergrondinformatie. Glucose wordt in het lichaam, via de glycolyse, omgezet in pyruvaat. Dit pyruvaat gaat dan de citroenzuurcyclus in. Bij het verzuren van spieren wordt het pyruvaat echter omgezet in L-melkzuur. Dit is geen bacterieel proces, maar enzymatisch. Het enzym Lactaat DeHydrogenase veroorzaakt dit. Het is een reversibel proces.
Als de zware inspanning voorbij is, zet de lever melkzuur weer om in glucose zodat het weer gewoon de citroenzuurcyclus door kan.
Daarnaast zijn er ook melkzuurbacterien die melkzuur kunnen produceren. Dat gebeurt bijv, in onze mond (bacterien die caries veroorzaken) of in voedingsmiddelen (yoghurt, karnemelk, zuurkool, etc.).
Volgens de nieuwste wetenschappelijke inzichten wordt de vermoeidheid in de spieren bij inspanning niet zozeer door een toename van melkzuur veroorzaakt, maar door een toename van calciumionen. De omzetting van glucose in melkzuur - ‘de verzuring’ - zorgt er juist voor dat je spieren er niet mee uitscheiden in tijden van zuurstoftekort.

Film Bart Veldkamp
Onze bekende ‘Schaats Belg’ van weleer is in deze documentaire van NOS Studio Sport fanatiek en wetenschappelijk met zijn trainingsschema bezig. Hij kijkt daarbij mede naar het ‘lactaatgehalte’ in zijn bloed na zware inspanning.
Film kun je bekijken via www.scheikundeinbedrijf.nl Ga naar mediatheek en beeldmateriaal.

PP presentatie 
“Melkzuur, wat is het en wat kun je ermee?”. Deze kunt u (met of zonder formules) gebruiken als inhoudelijke introductie op het eerste hoofdstuk. De presentatie sluit aan bij de demoproef en de film en blikt vooruit naar wat komen gaat.
Deze PP presentatie downloaden bij Docentenhandleiding op www.scheikundeinbedrijf.nl

Artikelen lezen
Didactisch zijn er een paar mogelijkheden

• Iedere leerling leest alle artikelen en maakt de bijbehorende vragen.
• De artikelen worden arbeidsverdelend in een groepje gelezen. Ieder groepslid maakt een korte samenvatting van een artikel.
• Leerlingen lezen verschillende artikelen en schrijven de belangrijkste sleutelwoorden op een poster die gedurende de module in het lokaal zichtbaar blijft. Leerlingen of de docent vertellen/vertelt kort wat de sleutelwoorden inhouden.

Opdracht 2: Melkzuur is E270
Leerlingen zoeken een week lang producten op die melkzuur of E270 bevatten. Het lokaal kan opgefleurd worden met posters waarop leerlingen hun resultaten schrijven of plakken. Er kunnen ook foto’s van melkzuurhoudende producten op de poster geplakt worden.

Proef 2: Yoghurt maken
De onderzoeksvragen kunnen over de klas verdeeld worden. Met het inzetten van deze proef beginnen en dan meteen proef 3 uitvoeren.

Proef 3: pH meten van zure-, basische en neutrale oplossingen
Deze proef spreekt voor zich. Zorg dat alles wel klaar staat.
0,1 – 0,5 M oplossingen voldoen prima.

Demonstratieproef 4: Zuurkool maken (facultatief)
Het is wel heel erg leuk om alle fasen van het zuurkool maken aan de leerlingen te laten zien. De toa of een paar enthousiaste leerlingen kan/kunnen de proef inzetten en iedere week kan dan getoond worden hoever het proces al is.

2 Hoe maak je melkzuur?

Demoproef 1: Ethanol maken uit glucose
Klassieke demonstratieproef. Zet de proef in en laat daarna de film zien. Sta na afloop van de film stil bij de waarnemingen: gasontwikkeling en kalkwater wordt troebel.

Opdracht 1: Film over biotechnologie bekijken (kenniskaart 2.2)
Film kun je bekijken via www.scheikundeinbedrijf.nl Ga naar mediatheek en beeldmateriaal.
Als alternatief voor de voor leerlingen wat moeilijke tekst bij de film ‘Van plant tot materiaal, medicijn en motorbrandstof’ kun je ook het geluid uitzetten en de tekst van kenniskaart 2.0 voordragen. Leerlingen kunnen deze kenniskaart gebruiken voor het beantwoorden van de vragen bij de film. Een andere manier is om de film, na uitleg, nog een keer te laten zien en dan de vragen beantwoorden.

Opdracht 2: Artikel lezen

Groene chemie (kenniskaart 2.3)
De synthese van melkzuur via een biotechnologisch proces wordt vergeleken met een chemische synthese van melkzuur. Leerlingen berekenen het effectief atoomgebruik (kenniskaart 2.4)

Stereochemie (kenniskaart 2.5)
Aandacht voor asymmetrische voorwerpen en asymmetrische moleculen. Melkzuur is een asymmetrisch molecuul en dit heeft o.a. invloed op de stofeigenschappen. In de literatuur worden bijvoorbeeld twee smeltpunten gevonden voor de zuivere stof melkzuur: één voor optisch zuiver melkzuur en één voor een racemaat.
Wat chiraliteit is wordt duidelijk gemaakt met een animatie (link staat in de lessen)

Opdracht 4: Spelen met 3D-molecuulmodellen (link staat bij opdracht 4)
Leerlingen ontdekken zelf wat een asymmetrisch koolstofatoom is.

3 Wat is polymelkzuur? De grondstof voor afbreekbaar plastic!

PP presentatie 
“Wat is polymelkzuur? De grondstof voor afbreekbaar plastic! Deze presentatie besteed aandacht aan de vakbegrippen, polymeren, thermoplasten, thermoharders en polymelkzuur. Verder veel toepassingen van kunststoffen en polymelkzuur.
Deze PP presentatie downloaden bij Docentenhandleiding op www.scheikundeinbedrijf.nl

Demonstratieproef 1: Zetmeelplastic maken
Zetmeelplastic is een biodegradeerbare plastic die eenvoudiger te maken is dan polymelkzuur. Let er op dat het zetmeelmengsel zo dun mogelijk wordt uitgegoten. Dikkere lagen drogen te langzaam, blijven plakkerig en kunnen mogelijk gaan schimmelen.
PS Polymelkzuur wordt in de industrie gemaakt uit ‘lactide’, een cyclisch dimeer van melkzuur dat reeds water heeft afgesplitst. Zelfs dan is het maken van polymelkzuur een proces dat een dure katalysator en veel tijd vereist. Helaas niet geschikt voor een demonstratieproef.

Opdracht 1: Artikelen lezen

Proef 2: Bouw een model van een polymeermolecuul
Met zeer eenvoudige middelen als klei, karton, draad, paperclips, (post)elastiek, lucifers, enz. maken leerlingen een model van een polymeermolecuul. Voorbeeldfoto's zijn te vinden in bijlage 3.
PS Als u de module ‘Zelfherstellende materialen’ al heeft gegeven dan kunt u de proeven 2 en 3 overslaan evenals de theorie over polymeren.

Proef 3: Bouw een model van een polymeermolecuul met crosslinks
In het model van proef 2 kunnen nu crosslinks worden aangebracht.Voorbeeldfoto's zijn te vinden in bijlage 3.

Proef 4: Materiaaleigenschappen van kunststoffen onderzoeken
Verschillende soorten plastic voorwerpen en/ of verpakkingsmaterialen en polymelkzuur kunnen onderzocht worden door ze te verwarmen. Thermoplast of thermoharder?

Polymelkzuur (kenniskaart 3.2)
Er is een animatie van de polycondensatie van melkzuur (link staat in de lessen).

Proef 5: Verbranding van polymelkzuur
De verbranding van PMZ wordt vergeleken met die van wol polystyreen (PS).   

Opdracht 2: Polymelkzuur opgraven
Voor de start van de module is een stukje PMZ verpakkingsmateriaal en een plastic boterhamzakje (PE) in de grond gestopt.
 

Vakbegrippen en vaardigheden
In onderstaande tabel kunt u in de linker kolom zien, wat allemaal bekend wordt verondersteld.
Dat zal vermoedelijk betekenen dat de Melkzuur module vanaf het voorjaar kan worden uitgevoerd.

Bekend verondersteld	Nieuw aan te leren
Veiligheidsregels bij practica Zuivere stoffen, stofeigenschappen, mengsels Ontleedbare en niet-ontleedbare stoffen Moleculen en atomen Symbolen van de elementen, molecuulformules Kloppend maken van reactievergelijkingen Rekenen met massaverhoudingen Voorwaarden voor verbranding Verbrandingsreacties Reagentia	Structuurformules 3D-formules (vwo) Spiegelbeeldisomeren (vwo)
Zuren, basen en pH Reagentia	Zuren, basen en pH Neutraliseren en titreren Meer rekenen met massaverhoudingen Indicatoren
	Biotechnologie Duurzaamheid Effectief atoomgebruik (vwo)
Kleine moleculen molecuulformules	Grote moleculen, Polymeren Structuurformules Thermoplasten, thermoharders Bioplastic

Lesplanner
Hierbij wat richtlijnen en aanwijzingen om de module in 8 lessen af te ronden. Er zijn twee versies, één voor 3 havo en eentje voor 3 vwo.
De lessen 4 en 5 zijn uitwisselbaar. Dus als een docent in 3 havo toch groene chemie en stereochemie wil doen, dan kan hij zelf het leerlingenboekje gemakkelijk aanpassen. Hetzelfde geldt voor 3 vwo de melkzuurtitratie uit de 3 havo versie kan gemakkelijk worden toegevoegd.

Lesplanner 3 vwo

Les	activiteit van de leerling/ docent	theorie/ leerdoel
1	Introductie context door til-experiment en Film Bart Veldkamp bekijken en bespreken en PP. Paar artikelen bestuderen en vragen maken. Huiswerk: - Zoek thuis naar producten met E270 - Bestudeer Kenniskaart Zuren en basen	Starten met aansprekende opdracht Effecten van melkzuur (anaëroob/ aëroob) Informatie selecteren en kort omschrijven Stofeigenschappen melkzuur
2	Huiswerk bespreken, producten inventariseren Toelichting pH begrip + demo; TOA maakt zuurkool Practicum: - Yoghurt maken - zure-, neutrale- en basische opl. (pH) - (yoghurt analyseren) Huiswerk: - Vragen bij de proeven maken - Bestudeer Kenniskaart Biotechnologie	Gebruik melkzuur Stofeigenschappen melkzuur pH begrip
3	Huiswerk bespreken Practicum: pH meten van yoghurt en zuurkool ( denk aan referentie) Demo: Vergisting glucose Film introductie biotechnologie bekijken en bespreken. Vragen maken n.a.v de film Huiswerk: - Vragen afmaken + artikel met vragen - Bestudeer kenniskaarten Groene Chemie en - Effectief Atoomgebruik	Resultaten analyseren Stofeigenschappen melkzuur Effectief atoomgebruik Berekeningen Biotechnologie en duurzaamheid Maken van melkzuur: twee methoden
4	Huiswerk bespreken, vragen inventariseren Groene chemie toelichten en de vragen uitwerken Iets over een beroep vertellen Samenvatting tot nu toe (laten) maken Huiswerk: - Vragen afmaken - Bestudeer Kenniskaart Spiegelbeeldisomeren
5	Uitleg asymmetrische voorwerpen en moleculen Demo: animatie over chiraliteit Computerlokaal 3D-modellen bestuderen (ook modelbouw dozen meenemen) Huiswerk: - Vragen maken - Bestudeer Kenniskaart Polymeren	Modelvoorstelling van moleculen Werken met 3D-modellen Ruimtelijk inzicht bevorderen
6	PP Polymeren, thermoplasten, thermoharders, synthese PMZ en toepassingen Demo: modellen laten zien met en zonder crosslinks; model polymelkzuur Practicum: - Materiaaleigenschappen van kunststoffen onderzoeken - Bereiding zetmeelplastic Huiswerk: - Vragen afmaken - Oefenopgaven maken - Samenvatting/ Woordweb (af)maken	Macromoleculen
7	Huiswerk nakijken Practicum: proeven met PMZ (afbreekbaarheid) Een beroepen toelichten Samenvatting/ Woordweb bespreken	Afbreekbaarheid van polymelkzuur
8	Toets

Toetsvragen
Toetsvragen zijn op te vragen via info@scheikundeinbedrijf.nl onder vermelding naam van de scheikundedocent en de volledige adresgegevens van de school.