Door Vincent Voet (Stenden)

Een 3D-geprinte tand, kies of kroon? In de toekomst is het de normaalste zaak van de wereld. Economen voorspellen zelfs dat ontwikkelingen in 3D-techniek de vierde industriële revolutie veroorzaken. GreenPAC, initiatief van NHL Stenden hogeschool en Hogeschool Windesheim, focust zich al langere tijd op het ontwikkelen van nieuwe en duurzame materialen voor 3D-printen. Binnen GreenPAC wordt kennis en innovatie ontwikkeld, gerealiseerd en gefaciliteerd. Niet alleen door de hogescholen, maar juist in samenwerking met bedrijven en producenten. Samen met hen werkt GreenPAC aan praktijkgericht en toegepast onderzoek. Zo ook op het gebied van 3D-printen.

De 3D-techniek maakt het makkelijker en goedkoper om eenmalig een uniek product te maken. Van de medische wereld tot de entertainment industrie, binnen elke sector is deze techniek toepasbaar. Denk bijvoorbeeld aan de ontwikkeling van op-maat-gemaakte mondbitjes voor hockeyers of boksers. Een 3D-scanner scant nauwkeurig het gebit, deze scan wordt doorgestuurd naar een computer, die een negatief van het gebit maakt, dat vervolgens met geschikt elastisch materiaal wordt geprint op een 3D-printer. Deze innovatie maakt een bezoek aan de tandarts voor een gipsmal overbodig.

Wel zijn er de komende jaren nog genoeg uitdagingen te overwinnen. Zo hebben de huidige 3D-printers nog niet altijd de eigenschappen die de bestaande techniek wel heeft. 3D-printers werken op dit moment bijvoorbeeld nog maar met een beperkt aantal materialen. Dit is een van de speerpunten van GreenPAC. De materialen die GreenPAC gebruikt zijn gebaseerd op natuurlijke grondstoffen en soms zelfs biologisch afbreekbaar. Zo wordt momenteel verkend hoe natuurlijke vezels als hout en gras kunnen worden gemengd met bioplastics, om vervolgens te worden toegepast in 3D- printers.

In deze masterclass word je meegenomen in de wereld van duurzaam 3D-printen, van natuurlijke grondstof tot functioneel product.

Door Remco Vasterink (Hogeschool Utrecht)

Voor de productie van o.a. smartphones zijn veel verschillende soorten elementen nodig. Deze elementen worden vaak gewonnen uit mijnen in bijvoorbeeld Congo-Kinshasa (Democratische Republiek Congo) in de vorm van verschillende ertsen en mineralen. Dit heeft vaak grote gevolgen voor de gezondheid van de mensen die in die mijnen werken en het lokale milieu heeft hier ook onder te lijden. Het gemak van de ene persoon gaat samen met het ongemak van anderen. Wil ik als consument dan eigenlijk wel een nieuwe telefoon? Wil ik als chemisch ingenieur eigenlijk wel meewerken aan de productie van deze elementen? Tijdens mijn eigen chemische opleiding werd er aan dit soort morele dilemma’s weinig tot geen aandacht besteed, terwijl ik tijdens mijn carrière wel geregeld met morele dilemma’s werd geconfronteerd. Ik denk dat ik beter op het beschouwen van deze dilemma’s zou zijn voorbereid als op het voortgezet onderwijs én op de universiteit het bespreken van morele dilemma’s een prominentere rol zou hebben gespeeld en ethiek een onderdeel van het curriculum zou zijn geweest. In deze masterclass bespreek ik eerst het belang van ethiek in de natuurwetenschappen in het licht van de belangrijkste ethische theorieën. Daarna komen er enkele voorbeelden over hoe ethiek vaak geïntegreerd wordt in het scheikunde onderwijs. Tot slot aandacht voor de toekomst.

Door Jelte Bosma (Darel Education)

Deze geconcentreerde masterclass begint met een aantal verbluffende eyeopeners over ons energiesysteem en geeft feitelijk inzicht in trends en de huidige status van onze transformatie naar hernieuwbare energie.

Middels een gedegen overzicht van de belangrijkste technische en maatschappelijke dilemma’s worden oplossingsrichtingen en mogelijke aanpak bediscussieerd. Gezamenlijk overwegen we hoe we deze maatschappelijke uitdaging kunnen benaderen, zodanig dat we ons zelf, onze leerlingen en de samenleving motiveren i.p.v. polariseren.

Door Albert Philipse en Daan Wegener (Universiteit Utrecht – Scheikunde)

Humphrey Davy (1787-1829) recognized the electrical nature of chemical affinities and realized the potential of the newly discovered Voltaic pile as analytical tool – with which he isolated sodium and potassium in spectacular experiments, repeated in public before an electrified audience in the Royal Institution. Electro-chemistry was Davy’s scientific core business, his most successful field, and for him the key to understand the (anti-mechanistic) polar forces and powers in Nature. Even though chemistry is for Davy the ‘sublime and most important’ science, he held it, nevertheless, incapable of ultimately explaining life. The creation of living beings based on chemistry is explored in a literary response to the vitalistic debate, namely Mary Shelly’s Frankenstein (1818). In addition to this account of a young chemistry student’s gloomy experiences in applied electro-chemistry, this lecture will also address the final work of the philosopher, chemist and Romantic poet Davy, the Consolation in Travel; or the Last Days of a Philosopher (postuum published in1829). In dialogue form it reflects with respect to the past, on ‘the sublime vision of deep time’ and regarding the future on the bright prospects of chemistry. Michael Faraday (1791-1867) Davy’s assistant and successor, was one of the most gifted experimentalists of the nineteenth century. He is best known for his discoveries in the field of electromagnetism, including: the electromotive force of an electric current, induced currents, and magneto-optical rotation. These innovations laid the foundations of James Clerk Maxwell’s field theory.

Door Frank Sekeris (KNCV)

2019 is benoemd tot het Internationale Jaar van het Periodiek Systeem (IYPT2019). Vanuit mijn rol als management assistent ondersteun ik het management committee van IYPT2019 en zit ik sinds april 2018 al dicht op het vuur.

In deze masterclass geef ik een overzicht van de gang van zaken die leidde tot IYPT2019, laat ik zien hoe dit jaar internationaal en nationaal gevierd wordt en koppel ik daar nog een korte opdracht aan voor de deelnemers.

Vier het Periodiek Systeem via #IYPT2019!

Door Marion van Brederode (Stedelijk Gymnasium Haarlem)

Marion E. van Brederode^1,2*, Sebastiaan A. Zoon¹, Martijn Meeter ²

Om het “denken en doen” van leerlingen tijdens de uitvoering van een onderzoeksopdracht te begeleiden zijn de afgelopen decennia verschillende instructiestijlen ontwikkeld. De afgelopen twee schooljaren hebben wij in de leerjaren vwo-3, 4, 5 en 6 voor twee instructiestijlen onderzocht wat de uitwerking is op het kritisch denken van leerlingen tijdens de uitvoering van een onderzoeksopdracht.

Bij de eerste instructievorm, die ook vaak in lesmodules is terug te vinden, worden studenten voor- en tijdens het experiment begeleid door het beantwoorden van practicumvragen. Wij hebben deze instructievorm, “paved road” instructies genoemd, aangezien de studenten langs een voor hen uitgedachte onderzoeksroute worden geleid. Deze instructiestijl is vergeleken met een instructiestijl die specifiek ontwikkeld is om het kritisch denken bij leerlingen te bevorderen^A. In deze instructievorm maken de studenten eerst hun eigen experimenteerplan en worden ze vervolgens uitgedaagd om vergelijkingen te maken en beslissingen te nemen over hun metingen en gebruikte modellen.

In deze masterclass zullen de resultaten van onze studies in 6-vwo groepen worden gepresenteerd. Aan het eind van de masterclass is de gelegenheid om het lesmateriaal dat volgens de twee instructiestijlen gemaakt is voor klas 3 (calciumcarbonaat in schelpen), klas 4 (vergistingssnelheid, klokreacties), klas 5 (titratie-experiment, vitamine-C project) en klas 6 (S_N1/S_N2 reactiemechanismen) te bestuderen en de verschillen met elkaar te bespreken.

¹ Stedelijk Gymnasium Haarlem, Postdoc VO-project. (https://www.uu.nl/onderzoek/onderzoek-op-scholen/lopende-onderzoeken/marion-van-brederode)

² Vrije Universiteit Amsterdam, LEARN!

A. Holmes, N.G.; Wieman, C.E.; Bonn, D. A., Teaching critical thinking. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2015, 112 (36), 11199-11204.

Door Renata van der Weijden (Wageningen University and Research)

Fosfaat wordt momenteel vooral als ijzerfosfaat en struviet herwonnen bij de waterzuivering. Voor het sluiten van de fosfaat kringloop, is herwinning als calciumfosfaat meer wenselijk dan als struviet. Nieuwe methoden zoals electrochemisch herwinnen van fosfaat, of het biologisch winnen uit zwart water krijgen komen in deze workshop aan de orde en de voordelen hiervan t.o.v. fosfaat adsorptie of precipitatie als ijzerfosfaat worden belicht alsmede kristallisatie processen van calciumfosfaat en calciumcarbonaat en de competitie daartussen.

Door Bert Wolterbeek (Technische Universiteit Delft, Reactor Instituut Delft)

Het Reactor Instituut Delft is een nucleaire faciliteit, waarin via uraniumsplijting neutronen worden vrijgemaakt, waarmee zowel via bestraling van materialen isotopen worden geproduceerd voor analytische doeleinden en waarmee ook aan onderzoek naar (medische) isotopen wordt gedaan voor zowel radiodiagnostiek als radiotherapie. Neutronen worden ook gebruikt in neutron-instrumenten (verstrooiing, reflectie) voor materiaalkarakterisering. De lezing gaat in op zowel het periodiek systeem als de daarbij behorende kaart van de isotopen.

Door Ewoud Verhoef (COVRA N.V.)

Niet alle isotopen uit het periodiek systeem zijn stabiel. Sommige elementen veranderen in andere elementen door het uitzenden van straling. Die radioactieve elementen zijn overal, alles om ons heen is radioactief. Je kunt het niet zien, ruiken, voelen of horen, maar toch is straling iets natuurlijks. We gebruiken radioactiviteit en straling  op veel plaatsen in de samenleving. We maken er bijvoorbeeld elektriciteit mee, en medische isotopen voor diagnose en behandeling van allerlei ziektes.

Als je erop let, vind je toepassingen van radioactiviteit op onverwachte plekken. Bij het controleren van de lassen voor stalen constructies zoals voor windmolens of bruggen. Medische gebruiksvoorwerpen en grondstoffen worden ermee gesteriliseerd. Je vindt stralingstoepassingen in de stoel bij de tandarts of aan boord van een baggerschuit. Zelfs bij oude ambachtelijke beroepen zoals het restaureren van schilderijen worden nucleaire reactoren ingezet. Met die reactoren kunnen restaurateurs over de schouder van beroemde schilders meekijken hoe zij hun schilderijen maakten; de verschillende verflagen één voor één bekijken en de restauratiegeschiedenis van schilderijen zichtbaar maken. Zo kunnen ze schilderijen beter restaureren en zorgvuldiger omgaan met ons cultuurhistorisch erfgoed.

We moeten natuurlijk heel zorgvuldig omgaan met het radioactief afval dat bij al die toepassingen wordt gegenereerd. Maar hoe gebeurt dat eigenlijk. En hoe kun je stoffen veilig beheren die soms meer dan 100.000 jaar radioactief blijven? Na deze masterclass weet je alles van de wondere wereld van radioactief afval.

Door Evan Spruijt (Radboud Universiteit Nijmegen)

Chemie gaat over de structuur en reactie van stoffen en materialen. Van nature worden die ingedeeld in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, maar vrijwel alle stoffen die wij dagelijks gebruiken – boter, shampoo, verf, kleding, zelfs onze eigen cellen – zitten daar ergens tussenin. Ze zijn vloeibaar noch vast, maar kunnen zacht zijn en toch stevig. Voor zulke stoffen is de term soft matter, oftewel zachte materie, in het leven geroepen, en leven zou onmogelijk zijn zonder zachte materie. Wat maakt deze zachte materie bijzonder, en hoe kun je met de kennis over niet-covalente bindingen uit het scheikunde curriculum begrijpen hoe zulke stoffen zich gedragen?

Aan de hand van alledaagse voorbeelden kijken we naar de chemie van niet-covalente bindingen, zelf-assemblage en de daaruit gevormde zachte materie. De voorbeelden en achtergrond zijn afkomstig uit verscheidene colleges voor eerste- en tweedejaars studenten. Ze zijn bedoeld als inspiratie voor een les of practicum over de toepassing van bestaande kennis over chemische bindingen en eigenschappen van atomen en moleculen om de fascinerende eigenschappen van alledaagse materialen en levende materie inzichtelijk te maken.

Door Inge van Driezum (RIVM)

Hoe gaan we in Nederland om met onze twee belangrijkste elementen? Hoe beschermen wij een van onze eerste levensbehoeften? In deze masterclass krijgt u een inkijk in het proces rondom nieuwe risico’s voor de Nederlandse drinkwatervoorziening. Een groot deel van het Nederlandse drinkwater wordt gewonnen uit oppervlaktewater. De kwaliteit van oppervlaktewater is van vele factoren afhankelijk. Het is daarom niet altijd even gemakkelijk een goede inschatting te kunnen maken van het risico van deze kwaliteit op de drinkwaterkwaliteit. Het RIVM werkt samen met de verschillende partijen binnen de sector om bestaande, maar ook nieuwe risico’s goed in te kunnen schatten en te kunnen prioriteren. Naast literatuurstudies en modellen speelt analytische chemie een belangrijke rol in de identificatie van de verontreinigingen.

Door Jaap Vreeling (NOVA)

Tijdens de sessie in het planetarium gaan we kijken naar de raakvlakken met chemie en hoe het planetarium kan helpen bij visualisering van scheikundige elementen.

NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie, heeft een reizend planetarium voor het voortgezet onderwijs. Met dit planetarium bezoeken we scholen voor een of meerdere dagen. In overleg met de betrokken secties wordt het aantal groepen vastgesteld dat op één dag het planetarium kan bezoeken. De kosten zijn 430 euro per dag en kunnen met de cultuurkaart betaald worden. Via www.astronomie.nl kunt u meer informatie vinden over het project. Al veel collega’s hebben het mobiel planetarium op school gehad voor een schitterende ervaring voor hun leerlingen. Collega’s gebruiken het planetarium bij de introductie van een lessenserie over sterrenkunde vanuit verschillende vakken. Met de full dome film ‘Water’, gemaakt om het 50-jarig bestaan van ESO te vieren, wordt op een prachtige manier het ontstaan van elementen in het heelal visueel gemaakt. Op het eind van de film wordt duidelijk ingegaan op de zeer belangrijke rol van water in het heelal en de zoektocht naar leven bij andere planeten in en buiten ons zonnestelsel. De film duurt ongeveer 25 minuten en biedt in tijd ook voldoende mogelijkheden tot het stellen van vragen in het planetarium.

Door Jouk Wilts (Zoet Zout Zuur)

Jij als docent kunt voor je leerling het verschil maken. Dit kan alleen wanneer je in je element bent. Een randvoorwaarde daarvoor is voldoende tijd in en buiten de les. De tijd om aandacht te hebben voor je leerling en voor je vakinhoud. De methode Zoet Zoet Zuur geeft je die extra tijd.

Zoet Zout Zuur werkt met instructie video’s die de leerling voor de les kijkt. Hierdoor is er in de les meer tijd om te coachen, extra practica te doen, of andere werkvormen te gebruiken.

Tijdens de werkgroep doorlopen we hoe Zoet Zout Zuur voor jou werkt aan de hand van een les voorbeeld. Er is ruim gelegenheid voor vragen en interactie. Alvast kennismaken? Kijk op www.zoetzoutzuur.nl

Door Paulien van Bentum (Universiteit Utrecht)

De Universiteit Utrecht (UU), de Universiteit Twente (UT) en de Universiteit van Amsterdam (UvA) gaan samen een serie rondreizende scheikundelabs aanbieden in 2020. Om alvast een voorproefje te krijgen van de rondreizende practica bieden wij deze werkgroep aan. Tijdens de werkgroep is er ruimte voor discussie, want we willen uiteindelijk onze practica zo goed mogelijk laten aansluiten op de wensen van docenten en daarbij is uw inbreng van groot belang!
De UU heeft een practicum ontwikkeld voor 5/6-vwo waarbij leerlingen het rendement van verschillende katalysatoren onderzoeken met een portable gaschromatograaf. De UT gaat een practicum herontwikkelen over de toepassing van membranen als scheidingsmethode en bij zuivering. De UvA zal een practicum op het gebied van katalyse ontwikkelen. Doordat de UU, UT en de UvA de handen ineenslaan, kunnen we door het hele land rondreizende scheikundepractica aanbieden, in navolging van andere succesvolle rondreizende practica zoals het Ioniserende Stralen Practicum voor Natuurkunde en de Reizende DNA-labs voor Biologie/NLT. Studententeams gaan met de practica op pad en laten scholieren op een leuke manier ervaring opdoen met scheikundige technieken en de complexiteit van industriële vraagstukken. Door de practica op te zetten als een onderzoek, ervaren leerlingen het beroepsperspectief van een onderzoeker. De inzet van studenten maakt het mogelijk op een laagdrempelige wijze informatie te verkrijgen over de universiteit, de studie en mogelijke beroepsperspectieven. Daarnaast zullen gastlessen/filmpjes door universitaire onderzoekers worden aangeboden ter verdieping.

We hopen u tijdens deze werkgroep enthousiast te maken voor de rondreizende practica en wellicht komen we dit schooljaar al bij u langs! Wilt u alvast een kijkje nemen? Ga dan naar www.gcindeklas.nl voor foto’s en een filmpje van het rondreizende practicum van de UU.

Door Nikki Tamis en Sander Jansen (ESERO, NEMO Science Museum)

Ruimtevaart en sterrenkunde spreken leerlingen enorm aan. En het zijn uitstekende onderwerpen om NaSk of Science lessen mee te verrijken. Tijdens deze werkgroep maakt u hands-on kennis met de gratis lessen van ESERO, een project van ESA en NSO, uitgevoerd door NEMO Science Museum. De lessen belichten een aspect uit de ruimtevaart of astronomie en zijn direct gekoppeld aan scheikundige of natuurkundige concepten uit de methodes. In elke les zit tenminste één hands-on/onderzoekend leren activiteit en daarnaast biedt onze website www.esero.nl ondersteunende afbeeldingen, video’s of interactieve animaties.  Zo worden uw science lessen nóg leuker en sprekender.

Door Renata van der Weijden (Wageningen University and Research)

Selenium is van belang als spoor element in kunstmest en voeding, maar ook in de glasindustrie en voor electronica. De oxyanionen van selenium in afvalwater, van mijnbouw of electriciteitscentrales op basis van kolen, zijn in lage concentraties al toxisch voor het aquatisch leven. Een milieuvriendelijke manier om selenium te verwijderen is via biologische reductie. Daarbij is de uitdaging om rekening te houden met het bijna vergelijkbaar chemisch gedrag van het andere element in groep 16: zwavel. De interactie tussen die twee elementen in biologische selenium herwinning en een case study van selenium herwinning komen in deze workshop aan de orde.

Door Marleen Kamperman (Rijksuniversiteit Groningen)

De natuur zit vol met dieren en planten waar de wetenschap met bewondering naar kijkt, omdat ze fantastische eigenschappen hebben. Een mooi voorbeeld is de zandkasteelworm. De worm bouwt een cilindervormig huisje door stukjes schelp en steentjes aan elkaar te plakken, en dat geheel onder water. De lijm, die de worm hiervoor produceert, bestaat uit een mengsel van positief en negatief geladen eiwitpolymeren. Dit mengsel is zeer geschikt als onderwaterlijm door een principe dat complex coacervatie wordt genoemd. Geïnspireerd door de zandkasteelworm ontwikkelen wij synthetische polymeren om zo sterke onderwaterlijmen te creëren.
Een andere inspiratiebron vormen de pootjes van gekko’s. Die pootjes zitten vol met kleine haartjes, waarmee deze dieren zich goed vast kunnen zetten op allerlei oppervlakken en ook weer gemakkelijk los kunnen laten. In ons onderzoek hebben we een gedeelte van het hechtingsmechanisme van de gekko ontrafeld waaruit blijkt dat relatief simpele structuren ook de hechting sterk kunnen beïnvloeden. De ontwikkelde materialen zijn geschikt voor toepassingen in robots, die om te bewegen zowel moeten hechten als moeiteloos weer los kunnen laten.
In deze masterclass geef ik een overzicht van verschillende fascinerende natuurlijke materialen en laat ik zien hoe wij deze voorbeelden gebruiken in ons onderzoek en onderwijs.

Door Jeroen van Straalen (Bunge Loders Croklaan)

Voor zowel de textuur als de nutrionele waarde zijn plantaardige oliën en vetten een belangrijk bestanddeel in allerlei voedingsmiddelen. Naast de totale hoeveelheid vet richt de labeling hiervan zich vooral op de vetzuursamenstelling. Hiermee wordt informatie gegeven over bijvoorbeeld de aanwezigheid van transvetzuren, verzadigde en onverzadigde vetzuren.
De vetzuren komen echter nauwelijks in vrije vorm voor maar zijn gebonden als esters aan glycerol. Het enorme aantal combinaties dat van nature voorkomt maakt dat deze zogenaamde triglyceriden een complex mengsel vormen. Om de samenhang tussen de fysische en nutrionele eigenschappen te kunnen beschrijven is een gedetailleerde analyse van de triglyceriden noodzakelijk.
In deze presentatie worden de analyses die hiervoor beschikbaar zijn behandeld. Wat voor informatie levert dit op en tot in welk detail kan de triglyceridensamenstelling worden bepaald.