Heen en weer denken

 

                                Heen en weer denken

                               

In de scheikundeles op de middelbare school zegt de docent dat scheikundig denken heen en weer denken is. Hij

haast zich om eraan toe te voegen dat het gaat over heen en weer denken tussen twee werelden of domeinen.

Teleurgesteld haken leerlingen af. Het leek hen even een opwindend onderwerp. 

Terwijl het toch zo mooi is. In mijn ervaring wordt scheikunde pas echt leuk als je heen en weer gaat denken. Gaat het vak

dan pas echt boeien. Heen en weer tussen de macrowereld en de microwereld. Twee totaal verschillende werelden die

niet zonder elkaar kunnen bestaan. 

Daarnaast is het zo dat het oplossen van scheikundige vraagstukken vaak ook vereist dat je heen en weer denkt.

In de scheikunde onderscheiden we normaliter twee werelden, niveaus of domeinen.

               Het zijn de macrowereld en de microwereld. De macrowereld omhelst datgene waar we met onze zintuigen 

bij kunnen zoals de massa en volume van iets of de kleur of het geluid van een explosie.

               De microwereld is de wereld van de atomen en moleculen. We kunnen daar alleen met onze fantasie/ons

voorstellingsvermogen bij. Onze zintuigen zijn niet fijn genoeg om de microwereld te ervaren. 

Ik onderscheid graag nog een derde domein. Namelijk het domein van de tabellenboeken, zoals Binas waar velen

onder ons vertrouwd mee zijn van de middelbare school, of internet. Daar staan veel gegevens in die door anderen

verzameld zijn. Ze horen gedeeltelijk tot de macrowereld zoals het kookpunt of de dichtheid van water en gedeeltelijk

tot de microwereld, zoals de afstand tussen twee atomen in een molecuul. Of ze slaan een brug tussen de macro-

wereld en de microwereld, zoals de molmassa (daarover een andere keer meer).
            Ik zie de macrowereld graag als iets wat ik ken door mijn eigen persoonlijke ervaringen en wat ik zelf weet. 

En ik zie de microwereld graag als iets waar ik met mijn fantasie kan ronddwalen. Vandaar dat derde domein. Je zou 

kunnen zeggen dat het derde domein de andere twee voedt of van informatie voorziet via heen en weer gaan.

Een voorbeeld hoe de drie domeinen individueel een antwoord geven op een vraag.

Verreweg de meeste gesmolten stoffen drijven boven de nog niet gesmolten vaste stof. Gesmolten kaarsvet drijft

boven niet gesmolten kaarsvet. Hoe zit dat met water en ijs?

Macro: ijsklontjes zinken niet in een glas water. Schaatsen op natuurijs doe je op ijs dat op water drijft. Dus ijs drijft

op water.

Binas: de dichtheid van ijs is kleiner dan van water. Dus ijs drijft op water.

Micro: in water zijn alle moleculen weliswaar niet star maar wel dicht op elkaar gepakt. In ijs zijn de moleculen star in

spiralen gerangschikt. In het centrum van die spiralen zijn lege ruimtes. Dus ijs heeft een lagere dichtheid dan water

en drijft er dus op.

Een voorbeeld waarbij het antwoord op een vraag uit meerdere domeinen moet komen, waarbij er heen weer moet

worden gedacht tussen de domeinen.

Is het bruin worden van bladeren in de herfst een fotolyse?

Macro: stoffen hebben allemaal een kleur. Als twee stoffen een verschillende kleur hebben dan zijn het niet dezelfde

stoffen. In bruine bladeren zitten dus (gedeeltelijk) andere stoffen dan in groene bladeren. Dat kan  door een 

chemische reactie komen.

Micro: Een fotolyse is een chemische reactie, nl. een ontledingsreactie, onder invloed van licht als energiebron. In

een ontledingsreactie worden moleculen afgebroken tot kleinere moleculen.
Alle reacties gaan sneller als er meer energie aanwezig is. Dat geldt dus ook voor een fotolyse.

Macro: in de herfst is minder lichtenergie aanwezig.

Micro: in de herfst gaan fotolyses in de natuur dus langzamer dan in de zomer.

Macro: als het bruin worden van bladeren een fotolyse zou zijn, dan zouden ze vooral in de zomer bruin worden. Dat 

is niet het geval.

Conclusie: het bruin worden van bladeren in de herfst is geen fotolyse.

Een ander voorbeeld waarbij het antwoord op een vraag moet komen door heen en weer te denken tussen de drie 

domeinen.

In de herfst neemt het volume van het hout in ramen, deuren en kozijnen toe waardoor ze vaak gaan klemmen. Kan 

de volumetoename komen door de hogere vochtigheid in de herfst?

Micro: als hout water wil opnemen moet het hout voor een gedeelte bestaan uit moleculen die zich graag binden aan

water. Waar watermoleculen als het ware graag aan plakken. Dit zijn onder andere moleculen waar veel OH-groepen

aan zitten. Water is zelf grotendeels een OH-groep. OH-groepen plakken goed aan elkaar met de zogenaamde

waterstofbrug.

Binas: in hout zit veel cellulose of cellulose-achtige stoffen,  meer dan 50%. Aan cellulose zitten veel OH-groepen.

Micro: cellulose moleculen plakken dus graag aan elkaar. Kunnen watermoleculen de cellulosemoleculen uit elkaar

drijven?
Suiker lijkt veel op cellulose. Het heeft veel OH-groepen. Het enige verschil is dat de moleculen veel kleiner zijn.

Macro: suiker ontleedt (karamelliseert) eerder dan dat het smelt bij verhitting.
Micro: de binding tussen de suikermoleculen is blijkbaar sterker dan de binding die de atomen in suiker bij elkaar

houdt. Dat betekent dat de binding/het plakken tussen de suikermoleculen erg sterk is.

Macro: toch lost suiker goed op in water.

Micro: watermoleculen kunnen dus toch gemakkelijk tussen de suikermoleculen komen en die uit elkaar drijven. Dat

zal voor cellulose daarom ook wel gelden: watermoleculen zullen gemakkelijk tussen de cellulosemoleculen kunnen

komen.
De cellulosemoleculen nemen, doordat er watermoleculen tussen komen, meer ruimte in.

Conclusie: een hogere luchtvochtigheid kan inderdaad leiden tot volumetoename van hout.

Niet alleen in de scheikunde denk je heen en weer om tot een oplossing te komen. Dat doe je waarschijnlijk best vaak.

             Bijvoorbeeld, als je wilt weten hoeveel chocolaatjes je kan kopen denk je heen en weer tussen de prijs van de

chocolaatjes en de inhoud van je portemonnee en aan de andere dingen die je nog van dat geld moet kopen. Je 

overweegt mogelijk om het kopen van bepaalde spullen uit te stellen. Wat voor een effect dat heeft op het aantal 

chocolaatjes dat je kan kopen. Als je zoveel mogelijk chocolaatjes wilt kopen dan is er een samenspel tussen de

inhoud van je portemonnee, de prijs van de chocolaatjes, de prijs van de andere dingen die je nog moet kopen en

de urgentie van het kopen van die andere dingen. Eigenlijk best ingewikkeld.

               Of als je bezig bent met je tijd in te delen. Je denkt dan heen en weer tussen je prioriteiten, de tijd die je

denkt nodig te hebben voor de dingen die je te doen hebt en de totale beschikbare tijd. Je overweegt mogelijk om je

prioriteiten bij te stellen.

Ik daag je uit om met andere voorbeelden te komen, uit het alledaagse leven of andere vakgebieden, waar heen en

weer denken aan de orde is.

Het valt me altijd op hoe vaak chemici in andere vakken dan scheikunde na hun afstuderen werk vinden. Dat heeft

er mogelijk mee te maken dat chemici zo bedreven zijn (geraakt) in heen en weer denken dat ze die kwaliteit overal

kunnen inzetten.

              

Voor ccvs-tentamentraining en bijles scheikunde bezoek mijn website: 

www.chemieonderdeknie.nl