In dit onderdeel van de module 'regulatie' ga je meer leren over organisatieniveaus in de biologie,
ga je je verdiepen in biologische hoofdthema's en leer je wat emergentie is.
Daarnaast ga je meer leren over oplossingen, volumes, concentraties en dichtheid.
Ook ga je rekenen aan volumes aan leer je wat molariteit is.
Om te oefenen met sommen over concentraties, molariteit en dichtheid ga je een
google-form toets maken, waarmee jij ander leerlingen laat oefenen met jou vragen.
Uiteindelijk ga een aantal verschillende onderzoeken opzetten
waarbij je suiker laat gisten, waardoor alcohol ontstaat,
ga je onderzoeken hoe je de diffusiesnelheid kunt beïnvloeden
en ga je de kloppende vacuole van een pantoffeldiertje beïnvloeden met behulp van een verdunningsreeks
aan zoutoplossing.
Tevens leer je wat diffusie, osmose en actief transport is
en kun je deze begrippen toepassen binnen enkele hoofdthema's van de biologie.
Organismen zijn georganiseerd in de onderstaande biologische eenheden:
1 Zoek met behulp van Google naar een omschrijving van de bovenstaande biologische eenheden en vat deze kort samen.
2 In de module 'ontwikkeling' heb je geleerd wat prokaryoten, protisten en eukaryoten zijn (gebruik eventueel Google).
In de biologie worden verschillende organisatieniveaus van een organisme bestudeerd. Op elk hoger organisatieniveau verschijnen nieuwe eigenschappen. Deze eigenschappen worden emergente eigenschappen genoemd.
Een bepaalde chemische reactie (moleculair niveau) kan in een cel (cellulair niveau) een bepaalde handeling veroorzaken. Deze bepaalde handeling is een nieuwe eigenschap op een hoger niveau en wordt een emergente eigenschap genoemd.
Een vleugel van een vogel (orgaanniveau) kan zelf niet vliegen. Deze vleugel kan pas vliegen als deze wordt aangestuurd door een vogel. Pas op het niveau van het organisme treedt de emergente eigenschap vliegen op.
Binnen een populatie konijnen kan geen predatie (vraat) voorkomen. Deze emergente eigenschap ontstaat op het organisatieniveau levensgemeenschap. Binnen een levensgemeenschap kan bijvoorbeeld een vos een konijn opeten.
3 Hierboven zijn een aantal emergente eigenschappen tussen verschillende organisatieniveaus beschreven.
Zelfregulatie, zelforganisatie, interactie, reproductie en evolutie zijn biologische hoofdthema's die op verschillende organisatieniveaus onderzocht kunnen worden.
Biologische eenheden zijn in staat zichzelf in stand te houden door zelfregulatie.
Complexe zelfregulatie wordt mogelijk gemaakt doordat Biologische eenheden zichzelf organiseren.
Als biologische eenheden op elkaar reageren is sprake van interactie.
Door reproductie (vermeerdering of voortplanting) blijft een soort in stand.
Door selectie overleven alleen de best aangepaste organismen.
In een bijenkast leeft een populatie bijen. Deze populatie bestaat uit één koningin, werksters en darren. Bijenpopulaties (een volk) bestaan gemakkelijk uit tienduizenden bijen. De koningin en de werksters zijn vrouwelijk en de darren zijn mannelijk.
Alleen de koningin legt eitjes. Deze eitjes legt de koningin in raten. Deze raten zijn door werksters gemaakt.
In het voorjaar maakt de koningin een 'bruidsvlucht'. Tijdens deze bruidsvlucht wordt de koningin door darren van een andere kast bevrucht. De rest van het jaar blijft de koningin in de kast.
Elk jaar verlaat de 'oude' koningin met een deel van het bijenvolk de kast en zoekt een sticht een nieuw volk. Omdat de werksters aan een aantal larven speciale aandacht geven, ontwikkelen deze larven zich tot koninginnen. Van deze koninginnen blijft uiteindelijk alleen de sterkste koningin over.
In een bijenkast is het zomer en winter altijd ongeveer 37 ℃. Dit komt omdat alle bijen in de kast samenwerken en als het ware een grote airconditioner vormen. In de winter produceren ze warmte door de honing die ze in de loop van het jaar verzameld hebben te verbranden waardoor warmte ontstaat. In de zomer zorgen ze met hun vleugels voor een constante warmteafvoer. De energie die bijen nodig hebben om de condities in de kast constant te houden, halen bijen uit het verbranden van honing.
Bijen zetten nectar uit bloemen om in honing. Deze honing slaan ze op in raten. In de raten in het midden van een kast wordt broed (larven en poppen) gekweekt. In de overige raten wordt honing opgeslagen. Naast honing verbruiken bijen ook stuifmeel.
Insectenbloemen lokken insecten (in dit geval bijen) aan met geur, kleur en nectar. Bij de zoektocht van bijen naar nectar en stuifmeel bestuiven bijen (en andere insecten) bloemen.
Bijen maken met behulp van een soort dansje aan elkaar duidelijk waar zich een voedselbron bevindt (nectar). Met behulp van deze bijendans kunnen werksters met elkaar communiceren.
4 Een context is een artikel waarover vragen gesteld kunnen worden. Lees de bovenstaande context.
Als je veel suiker oplost in bijvoorbeeld een kopje thee, is er sprake van een hoge concentratie suiker in de thee. De concentratie geeft aan hoeveel stof is opgelost in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel. In het geval van thee is water het oplosmiddel en is suiker de opgeloste stof.
De concentratie van een oplossing kan worden uitgedrukt in volumeprocent:
volumeprocent =
(volume van het bestanddeel / volume van het mengsel) × 100
volume van het bestanddeel:
het volume van de zuiver stof.
volume van het mengsel:
het totale volume.
5 Op de vorige pagina is een fles Gin afgebeeld. Op het label staat: 47% vol. Dit betekent dat het volumeprocent alcohol 47% van het totale volume is.
Naast volumeprocent wordt ook massaconcentratie (Griekse letter ρ (rho)) gebruikt om de concentratie van een oplossing uit te drukken. De grootheid massaconcentratie (ρ) wordt uitgedrukt in gram per liter (g/L).
ρA = mA / Voplossing
De massaconcentratie (ρA)
is de massa van een opgeloste stof (mA)
gedeeld door het volume (V) van de oplossing.
Wanneer men 10,05 gram glucose (een soort suiker) in ½ liter water oplost (V = 0,5 L),
is de massaconcentratie van glucose:
ρglucose = mglucose / V = 10,05 / 0,5 = 20,1 g/L
6 Bij het koken van aardappels wordt vaak voor de smaak zout aan het water toegevoegd.
Met de dichtheid wordt de massa van een bepaalde stof (materiaal) bij een bepaald volume. De grootheid van de dichtheid wordt net als de massaconcentratie de Griekse letter ρ (rho) gebruikt. De dichtheid wordt echter niet uitgedrukt in gram per liter (g/L), maar in gram per kubieke centimeter (g/cm³)
ρA = mA / VA
De dichtheid is de massa van een bepaald materiaal bij een bepaalde volume-eenheid.
7 Leg uit dat ρzeewater hoger is dan de ρwater.
8 Leg aan de hand van de bovenstaande afbeelding uit dat goud, staal en rots zinken in water. Gebruik in je uitleg de grootheid ρ.
9 Eén kubieke meter (m³) is gelijk aan 1000 liter, Eén kubieke decimeter (dm³) is gelijk aan 1 liter, Eén kubieke centimeter (cm³) is gelijk aan 1 milliliter,
10 Iemand wil weten of een sieraad wel echt goud is.
11 Bepaal zelf met behulp van een maatcilinder en een elektronische weegschaal de dichtheid (ρ) van ten minste drie verschillende materialen.
12 ρkoolstofdioxide is 1,97 kg/m³.
Met mol (meervoud molen) wordt in de scheikunde het aantal deeltjes aangegeven. Dit kunnen moleculen, atomen, ionen en zelfs elektronen zijn. Een mol is gelijk aan 6,02214✕10²³ deeltjes (een 6 met 23 nullen). In een mol glucose zitten dus 602.214.000.000.000.000.000.000 moleculen glucose.
13 Als je keukenzout (NaCl) oplost in water ontstaat een zoutoplossing. In een zoutoplossing splitst keukenzout in natrium-ionen (Na⁺) en chloor-ionen (Cl⁻).
NaCl (s) + H₂O (l) → Na⁺ (l) + Cl⁻ (l) + H₂O (l)
14 Leg uit dat als je 1 mol keukenzout (NaCl) oplost in water er zowel één mol natrium-ionen (Na⁺) als één mol chloor-ionen (Cl⁻) ontstaan.
15 Bij fotosynthese ontstaat glucose.
fotosynthese: CO₂ + H₂O + zonlicht → C₆H₁₂O₆ + O₂
fotosynthese: 6 CO₂ + 6 H₂O + zonlicht → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
De molariteit (M) is een maat voor de sterkte van een oplossing van een bepaalde stof. De molariteit (M) kan berekend worden met de volgende formule:
molariteit = mol (opgelost) / volume oplossing (M = n / V)
16 Als je weet hoeveel mol keukenzout (NaCl) is opgelost in een bepaalde hoeveelheid water (H₂O), kun je de molariteit van deze oplossing berekenen.
Een mol van een bepaalde stof heeft een bepaald gewicht. De Molaire massa van bijvoorbeeld glucose (C₆H₁₂O₆) is 180,16 g/mol.
17 Zoek met behulp van Google naar de molaire massa van de volgende stoffen:
Lex heeft een kleine whiskystokerij. Lex laat gerst (een bepaald type graan) ontkiemen in water waarbij de zetmeel in de gerst wordt omgezet tot suiker. Dit wordt gedroogd en vermalen en er wordt heet water aan toegevoegd.
Vervolgens wordt suiker door toevoeging van gist omgezet tot alcohol. Er ontstaat uiteindelijk een vloeistof met een laag volumepercentage alcohol. Het alcoholpercentage van whisky is in werkelijkheid veel hoger dan het volumepercentage van deze oplossing. Lex moet het mengsel nog gaan concentreren.
Door middel van een proces dat destillatie heet, brengt hij het alcoholpercentage naar 65% vol.. Daarna volgt een proces van rijping op houten vaten voor extra smaak.
18 In de module 'ontwikkeling' heb je voor het eerst kennis gemaakt met alcoholgisting. Bij alcoholgisting wordt glucose (C₆H₁₂O₆) omgezet in alcohol (C₂H₅OH). Bij deze reactie komt koolstofdioxide (CO₂) vrij. Alcoholgisting wordt veroorzaakt door gisten. Gisten zijn eencellige protisten die veel kenmerken hebben van schimmels.
19 Bij alcoholgisting ontstaat alcohol (C₂H₅OH) en koolstofdioxide (CO₂).
alcoholgisting: C₆H₁₂O₆ → C₂H₅OH + CO₂
20 Zoek met behulp van Google op hoe het destilleren van alcohol in zijn werk gaat.
21 Zoek met behulp van Google naar de begrippen faseovergang, condensatie en verdampen.
22 Waterdamp (H₂O (g)) komt niet alleen maar voor bij temperaturen boven de 100 ℃, maar komt ook voor bij bijvoorbeeld kamertemperatuur 20 ℃.
23 Het volumeprocent alcohol van het mengsel dat Lex in zijn destilleerkolom gaat destilleren is 7,5% vol. alcohol. Het destillaat heeft uiteindelijk een volumeprocent van 65% vol. alcohol.
24 Zoek met behulp van Google naar de dichtheid (ρ) van alcohol in gram per kubieke centimeter (g/cm³) bij kamertemperatuur (20 ℃).
25 Zoek met behulp van Google naar de molaire massa van alcohol in gram per mol.
26 Als je het gevoel hebt dat je meer uitleg nodig hebt, zoek dan met behulp van YouTube naar screencasts over volumeprocent, massaconcentratie, dichtheid, molariteit en molaire massa.
27 Met behulp van Google of YouTube kun je talrijke voorbeelden van opgaven over volumeprocent, massaconcentratie, dichtheid, molariteit en molaire massa vinden.
Gist kun je in zakjes kopen in de supermarkt en kun je als blokjes krijgen bij een bakker. Gist wordt gebruikt om deeg te laten rijzen. Door de koolstofdioxide (CO₂) die vrijkomt bij het gistingsproces wordt het deeg luchtig. De alcohol die ontstaat verdampt bij het bakken.
28 In de module 'dynamiek' heb je met behulp van Coach 7 leren werken met een CO₂-sensor. Gebruik CO2-meten.
Deeltjes zoals atomen, moleculen en ionen zijn constant in beweging. Hoe hoger de temperatuur hoe sneller deeltjes bewegen. Omdat bewegende deeltjes tegen elkaar botsen verspreiden deeltjes zich na verloop van tijd gelijkmatig over de ruimte.
In de animatie hiernaast is te zien hoe keukenzout (NaCl) diffundeert in water nadat het is opgelost.
NaCl(s) + H₂O(l) → Na⁺(l) + Cl⁻(l) + H₂O(l)
Na het oplossen van keukenzout botsen de natrium-ionen (Na⁺), Chloor-ionen (Cl⁻) en watermoleculen (H₂O)
herhaaldelijk tegen elkaar waardoor de ionen en moleculen zich steeds gelijkmatiger verdelen.
Uiteindelijk bevinden zich op elke plek in de oplossing evenveel natrium-ionen (Na⁺), Chloor-ionen (Cl⁻) en watermoleculen (H₂O).
Door diffusie hebben stoffen in een mengsel na verloop van tijd overal in het mengsel dezelfde massaconcentratie. Omdat diffusie ontstaat door botsing van deeltjes vindt diffusie onherroepelijk plaats.
De diffusiesnelheid wordt beïnvloed door een aantal factoren:
29 Onderzoek met behulp van reageerbuisjes, inkt, suiker, behangplaksel, een waterbad waarvan je temperatuur kunt instellen en een stolp met een vacuümpomp de factoren die de diffusiesnelheid kunnen beïnvloeden.
Osmose is een proces waarbij diffusie een belangrijke rol speelt.
Osmose is de diffusie van water door een halfdoorlatend membraan (semipermeabel) tegen het concentratieverval in.
Diffusie vindt normaal gesproken plaats met het concentratieverval mee. Dit wil zeggen dat stoffen zich van een plek met een hoge concentratie diffunderen naar een plek met een lager concentratie.
Een semipermeabel membraan is een membraan (of vlies) dat bepaalde stoffen niet doorlaat en ander stoffen wel doorlaat.
Zoals je weet is elke cel omgeven door een celmembraan. Een celmembraan is semipermeabel. Door diffusie kunnen de meeste gassen, water en andere kleine moleculen door het celmembraan diffunderen. Grotere moleculen zoals glucose of eiwitten kunnen niet door het celmembraan diffunderen.
Door de bouw van het celmembraan worden kunnen grotere moleculen zoals eiwitten, koolhydraten, vetten aminozuren, suikers en vetten niet door het celmembraan diffunderen. Moleculen als zuurstof, water en koolstofdioxide kunnen wel door het celmembraan diffunderen.
30 In de vorige module heb je geleerd uit welke kleinere moleculen eiwitten, vetten en koolhydraten zijn opgebouwd.
Omdat diffusie geen energie kost en vanzelf plaatsvindt wordt diffusie passief transport genoemd. In het vorige onderdeel zijn door je klas websites gemaakt over orgaanstelsels. In het ademhalingsstelsel vindt gaswisseling plaats. Gaswisseling vindt in je hele lichaam plaats door met name diffusie.
Als cellen wel groter moleculen willen opnemen kan dit niet door diffusie, omdat grotere moleculen niet door het celmembraan kunnen diffunderen. Het opnemen van grotere moleculen vindt plaats door speciale transporteiwitten die in het celmembraan liggen. Het opnemen van stoffen die niet uit zichzelf door het celmembraan diffunderen kost energie.
In de module 'dynamiek' heb je geleerd dat de energie die vrijkomt bij verbranding van glucose in de mitochondriën in lichaamscellen wordt vastgelegd in energiecarriers. Deze energiecarriers leveren de energie die nodig is om stoffen die niet via diffusie door de cel kunnen worden opgenomen via transporteiwitten op te nemen.
verbranding: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Σ (energie)
energierijke omgeving:
ADP + P + Σ (energie) → ATP
energiearme omgeving:
ATP → ADP + P + Σ (energie)
Als de energiecarrier ATP energie afgeeft aan het transporteiwit verandert het transporteiwit zodat het transporteiwit grote moleculen door het celmembraan kan transporteren. Hierbij wordt de energierijke stof ATP omgezet in de energiearme stof ADP. Na het transport van grote moleculen door het celmembraan verandert het transporteiwit weer terug zijn oorspronkelijke vorm. De energiearme stof ADP wordt in de mitochondriën van de lichaamscellen weer omgezet in ATP. Zolang er voldoende ATP in de lichaamscellen aanwezig is kan de cel actief transport blijven uitvoeren.
31 Leg het begrip diffusie uit en gebruik in je uitleg het woord concentratieverval.
32 Leg in je eigen woorden uit waarom diffusie met het concentratieverval mee verloopt.
33 Welke eigenschappen heeft een semipermeabel membraan?
34 Waarom kunnen stoffen als water (H₂O), koolstofdioxide (CO₂) en zuurstof (O₂) door een semipermeabel membraan diffunderen?
35 Waarom kunnen eiwitten, vetten, koolhydraten, aminozuren, vetzuren, glycerol en suikers niet door een semipermeabel membraan diffunderen?
36 Waarom kost het transport van eiwitten, vetten, koolhydraten, aminozuren, vetzuren, glycerol en suikers door het celmembraan energie?
37 Welke energiecarrier speelt een rol bij het transport van grotere moleculen door het celmembraan?
38 Welke rol spelen mitochondriën bij de omzetting van ADP in ATP?
39 Welke rol speelt verbranding bij de omzetting van ADP in ATP?
40 Welke rol spelen transporteiwitten bij de omzetting van ATP in ADP?
Als een bak met water een semipermeabel membraan (een vlies) wordt geplaatst en aan een kant van dit membraan suiker wordt toegevoegd, stijgt de waterspiegel aan de andere kant van het membraan. Dit wordt osmose genoemd.
Omdat suikermoleculen niet door het semipermeabel membraan kunnen, ontstaan aan de ene kant van het semipermeabel meer botsingen tussen moleculen dan aan de andere kant van het membraan. Deze botsingen tussen moleculen veroorzaken osmotische druk. Door deze osmotische druk verplaatsen zich meer watermoleculen van de ene kant van het semipermeabele membraan naar de andere kant. Aan de kant waar de suiker is toegevoegd stijgt de waterspiegel, terwijl de waterspiegel aan de kant waar geen suiker aan is toegevoegd daalt. De verplaatsing van water gaat zolang door totdat de osmotische druk in evenwicht is met waterverplaatsing.
41 Lees de onderstaande definitie van osmose nog een keer,
Osmose is de diffusie van water door een halfdoorlatend membraan (semipermeabel) tegen het concentratieverval in.
42 Normaal gesproken zou je verwachten dat de waterspiegel sowieso aan de kant waar je suiker toevoegt zou stijgen. Je voegt per slot van rekening iets toe aan.
Als een kuiltje een half doorgesneden rauwe aardappel wordt gemaakt, en in dit kuiltje zout wordt gedaan, wordt dit keukenzout na enige tijd nat. Dit komt door osmose.
Als het zout in het kuiltje wordt gedaan is de concentratie van stoffen in het kuiltje in de aardappel veel hoger dan in de aardappel. Aardappelcellen zijn net als alle andere cellen omgeven door een celmembraan. Een celmembraan is een semipermeabel membraan dat wel watermoleculen, maar geen natrium- en chloride-ionen (keukenzout) doorheen kunnen.
Door het concentratie verschil tussen het aantal stoffen buiten de aardappel en het aantal stoffen in de aardappel ontstaat osmotische druk. Door deze osmotische druk diffunderen watermoleculen uit de aardappelcellen naar het zout in het kuiltje.
43 Leg aan het de hand van het bovenstaande het begrip osmose in je eigen woorden uit?
44 Zoek met behulp van Google naar de begrippen 'zalmtrek' en 'paaigebied'.
Als een volwassen zalm naar de paaigebieden trekt, zwemt de zalm van zoutwater naar zoetwater. In de zee is de concentratie van oploste stoffen in de zalm even hoog als de concentratie van zeewater. De kieuwen van een vis zijn niet bedekt met schubben of iets dergelijks, waardoor via de kieuwen osmose kan plaatsvinden. Als de zalm naar het zoete water zwemt, is de concentratie van opgeloste stoffen in de zalm hoger dan in het zoete water, omdat zeewater veel zouter is dan zoetwater. Hierdoor ontstaat een osmotische druk. Door deze osmotische druk stroomt via de kieuwen water in de zalm. Door het extra water in de zalm daalt de concentratie aan oploste stoffen in de zalm.
Na enige tijd in zoet water gezwommen te hebben is er zoveel water via de kieuwen in
de zalm gestroomd, dat de concentratie aan opgeloste stoffen in de zalm hetzelfde is geworden
als in het zoete water.
Zalmen zwemmen alleen aan het einde van hun leven naar paaigebieden.
De jonge zalmen die in kleine zijriviertjes uit de eieren kruipen,
zwemmen naar richting zee.
45 Als een zalm van zoutwater naar zoetwater zwemt, ontstaat osmotische druk. Osmotische druk ontstaat, als de osmotische waarde aan beide zijde van een semipermeabel membraan van elkaar verschilt.
46 Als een zalm water opneemt via zijn kieuwen, wordt de zalm zwaarder.
47 Als een tijd lang een lolly in je mond hebt gaat de binnenkant van je mond anders aanvoelen.
Pantoffeldiertjes zijn kleine eencellige protisten. Pantoffeldiertjes leven van bacteriën die leven van rottend plantenmateriaal. Pantoffeldiertjes hebben een iets hogere osmotische waarde dan het slootwater waarin ze leven. Dit verschil in osmotische waarde houden pantoffeldiertjes in stand met behulp van een kloppende vacuole.
Tijdens de rustfase loopt de kloppende vacuole vol met water. Aan het einde van de rustfase trekt de kloppende vacuole samen, waardoor water uit de cel van het pantoffeldiertje wordt geperst. Omdat de kloppende vacuolen steeds water uit de cel van het pantoffeldiertje persen, houdt het pantoffeldiertje een hogere osmotische waarde dan zijn omgeving.
Met behulp van een microscoop is het kloppen van de kloppende vacuolen bij een vergroting tussen de 100x en 400x zichtbaar.
48 Stel een onderzoek op waarin je gaat onderzoeken of je de klopfrequentie (hoe vaak de kloppende vacuole samentrekt) kunt beïnvloeden met een verdunningsreeks van een zoutoplossing.