Heen en weer denken

In de scheikundeles op de middelbare school zegt de docent dat je heen en weer moet denken. Hij haast zich om eraan toe te voegen dat je heen en weer moet denken tussen twee werelden. Tussen de macrowereld en de microwereld. Teleurgesteld haken veel 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 denkt. Gaat het vak pas echt boeien als je heen en weer gaat denken. Heen en weer tussen de macrowereld en de microwereld. 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.

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 macrowereld 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.

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 (carameliseert) 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.

               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 alle andere dingen die je nog van dat geld   moet of wil kopen.

               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.

              

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.

Voor cursussen, training en bijles scheikunde bezoek mijn website: www.chemieonderdeknie.nl