Opgave 2 Hoop op middel tegen grijs worden

Lees onderstaand artikel “Hoop op middel tegen grijs worden” uit het Algemeen Dagblad van 6 maart 2009.

De van oudsher bekende blekende werking van waterstofperoxide wordt meestal verklaard met redoxreacties waarbij de oxidator waterstofperoxide reageert met pigmentkleurstoffen zoals melanine die het haar kleur geven.

2p a. Geef de halfreactie van waterstofperoxide als oxidator in zuur milieu.

Volgens de onderzoekers van de universiteit van Mainz wordt het grijs worden van haar niét veroorzaakt door de reactie van waterstofperoxide met kleurstoffen zoals melanine.
Uit hun onderzoek blijkt dat het grijs worden te maken heeft met het wel of niet plaatsvinden van drie andere reacties:

1. de vorming van melanine uit tyrosine

2. het ontstaan van waterstofperoxide bij de stofwisseling

3. de afbraak van waterstofperoxide

2p b. Is het onderzoek van de Duitse wetenschappers een voorbeeld van zuiver wetenschappelijk onderzoek of van toegepast wetenschappelijk onderzoek? Licht je antwoord toe.

In deze opgave wordt eerst aandacht besteed aan de drie genoemde reacties. Daarna ga je op zoek naar een middel tegen vergrijzing.

De drie reacties

Reactie 1 De vorming van melanine uit tyrosine

2p c. Geef op basis van de structuurformule in BINAS-tabel 67C1 de molecuulformule van tyrosine.

2p d. Leg uit dat je op basis van de structuurformule moet verwachten dat tyrosine goed oplosbaar is in water.

2p e. Hoe weet je dat melamine niét goed oplosbaar is in water?

2p f. Geef de naam van de katalysator die ervoor zorgt dat de vorming van melanine uit tyrosine inderdaad verloopt.

Reactie 2 Het ontstaan van waterstofperoxide bij de stofwisseling

Onder stofwisselingsreacties worden verstaan de verbrandingsreacties van koolhydraten, vetten en eiwitten, die in lichaamscellen plaatsvinden.

Bij deze verbrandingsreacties ontstaan koolstofdioxide en water.

2p g. Leg uit hoe je weet dat deze verbrandingsreacties exotherme reacties zijn.

Als er geen volledige verbranding plaatsvindt kunnen ook andere stoffen dan koolstofdioxide en water ontstaan, bijvoorbeeld waterstofperoxide.

Zo kan er bij de verbranding van het koolhydraat sacharose behalve koolstofdioxide en water per mol sacharose één mol waterstofperoxide ontstaan.

4p h. Beschrijf déze verbranding van sacharose met een reactievergelijking.

Reactie 3 De afbraak van waterstofperoxide

De afbraak van waterstofperoxide is een ontledingsreactie waarbij water en zuurstof ontstaan. Je hebt deze reactie in module 4 zelf laten plaatvinden m.b.v. de katalysator bruinsteen.

2p i. Beschrijf deze afbraak van waterstofperoxide met een reactievergelijking.

2p j. Geef de officiële naam en de formule van (het belangrijkste bestanddeel van) bruinsteen.

In bron 2 van het bronnenboekje bij deze toets staat de chemische veiligheidskaart van bruinsteen afgebeeld.

4p k. Leg aan de hand van een of meer gegevens van de veiligheidskaart uit of bruinsteen een metaal, een zout of een moleculaire stof is.

2p l. Met welke modeldeeltjes wordt bruinsteen op microniveau voorgesteld?

2p m. Uit welk van de op de veiligheidskaart vermelde R- en S-nummers kun je afleiden dat je bruinsteen beter niet kunt inademen?

Als MAC-waarde voor bruinsteen is in 2003 0,5 mg/m³ voorgesteld.

2p n. Geef uit BINAS-tabel 97 naam en formule van een stof die wat betreft MAC-waarde als giftiger dan bruinsteen moet worden beschouwd.

Een middel tegen vergrijzing

De Duitse onderzoekers hebben ontdekt hoe de drie reacties met elkaar samenhangen. Deze samenhang, die in bovenstaand artikel is beschreven, staat in de tekening op de volgende bladzijde nog eens schematisch weergegeven (de nummers in de tekening zijn niét de nummers van de reacties die hierboven aan de orde zijn geweest).

4p o. Leg aan de hand van de reacties 1, 2 en 3 uit waarom (vooral) oudere mensen grijs worden en jongere mensen (meestal) niet.

Op grond van hun ontdekking hoopt men een middel tegen vergrijzing te kunnen maken.

6p p. Bedenk op basis van bovengenoemde samenhang twee mogelijke acties/middelen die je zou kunnen toepassen/toedienen om vergrijzing te voorkomen.
Leg bij elke actie/middel uit waarom je denkt dat het tegen vergrijzing zal werken.

2p q. Leg uit of bovenstaande tekening er een is op macro-, meso- of microniveau.

Je ziet meteen dat er een model getekend is maar van modellen hebben we in de natuurwetenschappen twee soorten:

type 1: visualisering van een concept
type 2: vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid.

2p r. Leg uit met welk van deze twee typen we in dit geval te maken hebben.

Bron 2

International Chemical Safety Cards

MANGAANDIOXIDE

ICSC: 0175

Bruinsteen

ICSC nr: 0175
CAS nr: 1313-13-9
RTECS nr: OP0350000
EG nr : 025-001-00-3
27.11.2003 Goedgekeurd in vergadering van experten

SOORTEN GEVAAR/ BLOOTSTELLING	ONMIDDELLIJK GEVAAR/ SYMPTOMEN	VOORKOMEN	EERSTE HULP/ BRANDBLUSSEN
BRAND	Niet brandbaar maar bevordert de verbranding van andere stoffen.	GEEN contact met brandbare stoffen.	In geval van brand in de omgeving: gebruik geschikte blusmiddelen.
ONTPLOFFING

BLOOTSTELLING		VOORKOM VERSPREIDING VAN STOF! VOORKOM BLOOTSTELLING VAN (ZWANGERE) VROUWEN!
· Inademing	Hoesten.	Plaatselijke afzuiging of ademhalingsbescherming.	Frisse lucht, rust. Raadpleeg een arts.
· Huid		Beschermende handschoenen.	Spoel en was daarna de huid met water en zeep.
· Ogen		Stof- of spatbril of oogbescherming in combinatie met ademhalingsbescherming als het poeder betreft.	Eerst gedurende verschillende minuten spoelen met veel water (indien mogelijk contactlenzen wegnemen), dan naar een (oog)arts brengen.
· Inslikken	Buikpijn. Misselijkheid.	Niet eten, drinken of roken tijdens het werk.	Spoel de mond. Raadpleeg een arts.

OPRUIMEN VAN GEMORSTE STOF

OPSLAG

VERPAKKING & ETIKETTERING

Veeg de gemorste stof bij elkaar en schep in vaten; indien nodig, eerst nat maken om stofvorming te voorkomen. NIET laten opslorpen in zaagsel of in ander brandbaar materiaal. Deze stof NIET in het milieu laten terecht komen. Persoonlijke bescherming: filtermasker met P2 filter voor schadelijke deeltjes.

Gescheiden van brandbare en reducerende stoffen,

Symbool Xn
R: 20/22
S: 2-25

LEES BELANGRIJKE INFORMATIE OP DE ACHTERZIJDE

ICSC: 0175

Gemaakt binnen het kader van de samenwerking tussen het Internationaal Programma over Chemische Veiligheid en de Commissie van de Europese Gemeenschappen (C) IPCV, CEG 2002

International Chemical Safety Cards

MANGAANDIOXIDE

ICSC: 0175

B
E
L
A
N
G
R
I
J
K
E

G
E
G
E
V
E
N
S

FYSISCHE TOESTAND; VOORKOMEN:
ZWART TOT BRUIN POEDER .

FYSISCHE GEVAREN:

CHEMISCHE GEVAREN:
De stof ontleedt bij verhitting boven 553°C met vorming van mangaan(III)oxide en zuurstof , die het brandgevaar verhogen. De stof is een sterk oxidatiemiddel en reageert hevig met brandbare en reducerende stoffen waardoor brand- en ontploffingsgevaar ontstaat. Reageert bij verhitting hevig met aluminium .

BLOOTSTELLINGSGRENZEN:
TLV: (voor mangaan) 0.2 mg/m³ als TIJDGEWOGEN GEMIDDELDE; Voorgestelde aanpassing; (ACGIH 2003).
MAK: 0.5 I mg/m³;
Risicogroep met betrekking tot de zwangerschap: C;
(DFG 2003).

WIJZE VAN OPNAME:
Het product kan in het lichaam worden opgenomen door inademing van een aerosol en door inslikken.

INADEMINGSRISICO:
Verdamping bij 20°C is verwaarloosbaar; een voor de gezondheid schadelijke concentratie van in de lucht zwevende deeltjes kan echter snel bereikt worden bij verstuiven.

EFFECTEN BIJ KORTSTONDIGE BLOOTSTELLING:
De aerosol is irriterend voor de luchtwegen

EFFECTEN BIJ LANGDURIGE OF HERHAALDE BLOOTSTELLING:
De stof kan effecten hebben op de longen en het centraal zenuwstelsel , met als gevolg verhoogde vatbaarheid voor bronchitis, pneumonitis neurologische en neuropsychiatrische storingen (manganisme). Dierproeven tonen aan dat deze stof mogelijk schadelijk is voor de voortplanting of de ontwikkeling bij de mens.

FYSISCHE
EIGENSCHAPPEN

Smeltpunt (ontleedt): 553°C
Dichtheid: 5.0
g/cm3

Oplosbaarheid in water:
geen

MILIEUGEGEVENS

Deze stof kan schadelijk zijn voor het milieu; speciale aandacht dient aan de waterorganismen besteed te worden.

N O T A ' S

Afhankelijk van de mate van blootstelling, is regelmatig medisch onderzoek aangewezen.

BIJKOMENDE INFORMATIE

Grenswaarden voor beroepsmatige blootstelling die in België van toepassing zijn

ICSC: 0175	MANGAANDIOXIDE
(c) IPCV, CEG 2002

WETTELIJKE KENNISGEVING:

Noch de CEG, noch het IPCV, noch de vertalers, noch enige persoon die optreedt voor de CEG of het IPCV zijn verantwoordelijk voor het gebruik dat van deze informatie zou kunnen worden gemaakt. Deze kaart geeft de visie weer van de groep van experten die in het kader van het International Programme on Chemical Safety de kaarten samenstellen en evalueren en kan afwijken van de door nationale wetgeving gedane aanbevelingen of verplichtingen. De gebruiker wordt dus verzocht om de voorschriften in zijn land te raadplegen en op te volgen.
(c) IPCV, CEG 2002

Voorbeeldantwoorden

Opgave 2 Hoop op middel tegen grijs worden

2p a. H₂O₂ + 2 H⁺ + 2e à 2 H₂O

2p b. Toegepast, want het heeft een toepassing die door sommigen als nuttig wordt beschouwd, nl. het voorkomen van grijs worden van haar.

2p c. C₉H₁₁O₃N₁

2p d. In de structuurformule zijn (twee) O-H-bindingen en (een) N-H-bindig (dus kunnen er waterstofbruggen met water(moleculen) gevormd worden).

2p e. Als melanine goed oplosbaar zou zijn zou je de kleurstof uit je haar extraheren als je je haar wast (extractie) en dat gebeurt niet.

2p f. (zie artikel) tyrosinase (dat is een enzym = biokatalysator)

2p g. Deze reacties vinden in lichaamscellen plaats om energie (aan het lichaam) te leveren, dus exotherm.

4p h. 2 C₁₂H₂₂O₁₁ + 25 O₂ à 24 CO₂ + 20 H₂O + 2 H₂O₂

2p i. 2 H₂O₂ à 2 H2O + O₂

2p j. mangaan(IV)oxide MnO₂

4p k. Bruinsteen is geen metaal (maar een combinatie van een metaalelement en een niet-metaalelement).
Het smeltpunt (ontleedpunt) is 553 °C = 826 K, dat is tamelijk hoog, dus mangaan(IV)oxide is een zout.

2p l. Dus (zie k) wordt bruinsteen op microniveau voorgesteld met (een combinatie van) positieve (Mn²⁺-)ionen en negatieve (O^2--)ionen.

2p m. R20: schadelijk bij inademing en/of S22: stof niet inademen

2p n. bijv. kwik Hg 0,05 mg/m³, zilvernitraat AgNO₃ 0,01 mg/m³, …

4p o. Bij jong en oud vindt reactie 2 plaats waarbij o.a. waterstofperoxide ontstaat.
Bij jong wordt het waterstofperoxide wel afgebroken (reactie 3), bij oud niet.
Bij oud is er dus waterstofperoxide dat reageert met het enzym tyrosinase waardoor reactie 1 niét kan plaatsvinden (en daarbij ontstaat juist de kleurstof melanine).
Bij jong ontstaat er dus wél melanine via reactie 1.

6p p. actie 1: tyrosinase toedienen zodat reactie 1 toch plaatsvindt en er dus kleurstof ontstaat.
actie 2: een katalysator (bijvoorbeeld bruisnteen) voor de ontleding van waterstofperoxide toedienen, zodat reactie 3 plaatsvindt waarbij waterstofperoxide verdwijnt en er dus tyrosinase aanwezig blijft waardoor bij reactie 1 kleurstof ontstaat.

2p q. Mesoniveau: het is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid zoals je die door een microscoop zou kunnen zien.

2p r. Vereenvoudigde (want bijv. groter dan in het echt) weergave van de werkelijkheid (want je zou dit zo in principe door een microscoop kunnen zien).