Autobanden

Opgave 2 (vraag 9 t/m 13) uit eindexamen Scheikunde VWO 2022 tijdvak 1

Vraag A
[B] Stoffen en materialen in de chemie[B1] Deeltjesmodellen[Polaris] H15: Macrostructuren
3p

Het rubber van een autoband bestaat uit een mengsel van verschillende polymeren, waaronder natuurrubber. Natuurrubber kan worden opgevat als een polymeer van isopreen (2-methylbuta-1,3-dieen). De vorming van natuurrubber uit isopreen is in figuur 1 schematisch weergegeven.

De polymeerketens in natuurrubber ontstaan door cis-1,4-additie van isopreen. De isopreen-eenheden worden dan aan elkaar gebonden via de koolstofatomen C1 en C4 van isopreen. De koolstofatomen C1 en C4 rondom de dubbele bindingen in natuurrubber staan uitsluitend in de cis-configuratie.

In autobanden wordt ook synthetisch poly-isopreen verwerkt. Bij de productie van synthetisch poly-isopreen worden polymeerketens gevormd waarbij de monomeer-eenheden op vier verschillende manieren in de keten zijn opgenomen. Behalve de cis-1,4-additie verlopen er namelijk ook andere additiereacties.

Teken de structuurformules van de drie andere monomeereenheden die voorkomen in synthetisch poly-isopreen. Neem aan dat er geen crosslinks worden gevormd.

Figuur 1 bij vraag 9 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag B
[B] Stoffen en materialen in de chemie[B4] Bindingen, structuren en eigenschappen[Polaris] H15: Macrostructuren
2p

In figuur 2 is weergegeven dat de polymeerketens in natuurrubber in opgerolde vorm voorkomen. Ook is weergegeven dat wanneer natuurrubber wordt opgerekt, de ketens zich gedeeltelijk strekken. Hierdoor worden zogeheten kristallijne gebieden gevormd.

Bij synthetisch poly-isopreen is het aandeel kristallijne gebieden dat bij het oprekken wordt gevormd kleiner.

Voer de volgende opdrachten uit:

  • Verklaar dat kristallijne gebieden zich kunnen vormen bij het oprekken van natuurrubber.
  • Verklaar dat bij synthetisch poly-isopreen het aandeel kristallijne gebieden bij het oprekken kleiner is.
Figuur 1 bij vraag 10 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag C
[B] Stoffen en materialen in de chemie[B3] Bindingen en eigenschappen[Polaris] H15: Macrostructuren
2p

Doordat de kristallijne gebieden ontstaan in het rubber, zijn de delen van de autoband waarin natuurrubber is verwerkt beter bestand tegen vervorming. Dit kan worden verklaard met behulp van de interacties tussen de polymeerketens. In de ongeordende gebieden en in de kristallijne gebieden zijn de sterktes van deze interacties verschillend.

Leg uit dat de aanwezigheid van kristallijne gebieden een autoband beter bestand tegen vervorming maakt. Gebruik hierbij begrippen op microniveau.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag D
[C] Chemische processen en behoudswetten[C2] Chemisch rekenen[Polaris] H15: Macrostructuren
3p

Behalve natuurrubber bevat een autoband ook SBR. SBR is een copolymeer van styreen (fenyletheen, C8H8\text{C}_8\text{H}_8) en buta-1,3-dieen (C4H6\text{C}_4\text{H}_6) in de massaverhouding 25 : 75.

Bereken het aantal monomeereenheden buta-1,3-dieen per monomeereenheid styreen in SBR.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag E
[B] Stoffen en materialen in de chemie[B1] Deeltjesmodellen[Polaris] H14: Reactiemechanismen
2p

In de volgende stap van de fabricage van autobanden worden crosslinks gevormd tussen de copolymeerketens door toevoeging van zwavel. De zwavel wordt in een mal gemengd met natuurrubber en SBR. Vervolgens wordt het mengsel enige tijd op een hoge temperatuur gehouden, waarbij de crosslinks worden gevormd. Alleen onverzadigde polymeren kunnen met zwavel crosslinks vormen.

De vorming van crosslinks is in figuur 3 schematisch weergegeven.

In de eerste stap van het reactiemechanisme van de vorming van crosslinks wordt een C-H-binding op C1 verbroken. Hierbij wordt een H⋅\cdot radicaal afgesplitst zodat op C1 een ongepaard elektron overblijft. Van het in het polymeer gevormde radicaal bestaan twee grensstructuren. Beide grensstructuren zijn op de uitwerkbijlage onvolledig weergegeven.

Maak op de uitwerkbijlage de beide grensstructuren van het in het polymeer gevormde radicaal compleet.

Figuur 1 bij vraag 13 van opgave Autobanden (Scheikunde VWO 2022)
⚠️ Uitwerkbijlage vereist
Uitwerkbijlage bij vraag 13 van opgave Autobanden

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Antwoordmodel

Volgende opgave: Niacine →