Algemene natuurwetenschappen

Staatsexamen HAVO

2018

N

Algemene natuurwetenschappen

Voor dit examen zijn maximaal 50 punten te behalen; het examen bestaat uit 30 vragen: 29 open vragen en 1 gesloten vraag.

Het examen duurt twee uur. Voor elke vraag is aangegeven hoeveel punten met een goed antwoord behaald kunnen worden. Bij de beantwoording van enkele vragen moet het BINAS tabellenboek 6e _{druk geraadpleegd worden.}

Het gebruik van een niet-grafische rekenmachine is toegestaan.

Als bij een open vraag een verklaring, uitleg of berekening wordt gevraagd, worden aan het antwoord meestal geen punten toegekend als deze verklaring, uitleg of berekening ontbreekt.

Geef niet meer antwoorden (redenen, voorbeelden e.d.) dan er worden gevraagd.

Als er bijvoorbeeld twee redenen worden gevraagd en je geeft meer dan twee redenen, dan worden alleen de eerste twee in de beoordeling meegeteld.

Geef het antwoord van meerkeuzevragen in duidelijke hoofdletters.

- Tenzij anders vermeld, is er sprake van normale situaties.

Onderzoek op grote hoogte

Sylvia Mota de Oliveira van het Leidse Naturalis (figuur 1) doet onderzoek vanuit een 320 meter hoge observatietoren in het Braziliaanse Amazonegebied. Ze meet de hoeveelheid sporen van mossen op de grond, op de hoogte van de boomtoppen en op de hoogte van de top van de observatietoren. Ze wil eerst weten of er op die verschillende plaatsen sporen van mossen voorkomen en zo ja, hoe ver die lichte sporen zich verspreiden.

2p 1 Geef twee oorzaken dat sporen vanuit de boomtoppen en ter hoogte van de top van de toren veel verder komen dan sporen op de grond.

Uit sporen van een mos groeien nieuwe mosplantjes.

1p 2 Leg uit dat het gunstig is voor mosplantjes om over een groot gebied verspreid te worden.

De Amazone valt door ontbossing steeds verder in fragmenten uiteen.

2p 3 Leg uit dat ontbossing vanuit ideeën over het versterkte broeikaseffect nadelig is.

2p 4 Leg uit dat het juist in gefragmenteerde streken van belang is dat mossen zich over grote

afstand kunnen verspreiden.

Echoscopie in opspraak

Lees het onderstaande fragment.

Dat echoscopisch onderzoek mogelijk ook nadelige effecten op de ongeborene zou kunnen hebben, was kort geleden nog niet aan de orde. Vijfentwintig jaar onderzoek had immers geen harde aanwijzingen van

negatieve bijwerkingen opgeleverd. Vandaar dat deze medische techniek altijd als veilig werd beschouwd.

Geen wonder dus dat een artikel in het Britse medische vaktijdschrift The Lancet

opschudding veroorzaakte onder

gynaecologen en aanstaande ouders. Daarin wordt de mogelijkheid geopperd dat veelvuldig

echoscopisch onderzoek tijdens de Figuur 3: Echoscopisch beeld zwangerschap wel eens zou kunnen leiden

tot een lager geboortegewicht. Vooral wanneer vijf of meer echo's worden gemaakt is dit risico aanwezig, concludeert een team van Australische artsen na een grootschalig onderzoek onder 2800 zwangere vrouwen.

Het onderzoek was eigenlijk opgezet om de positieve effecten van regelmatig terugkerend echoscopisch onderzoek te beoordelen. De onderzoekers gingen namelijk uit van de veronderstelling dat het met tussenpozen maken van meerdere echo's de artsen de

mogelijkheid zou bieden om groeivertraging van de foetus in een vroeg stadium op te sporen en zo mogelijk te verhelpen. Dit bleek echter niet het geval.

In plaats van medische winst constateerden de onderzoekers eerder verlies. In vergelijking met de vrouwen die slechts één echo hadden gehad in de achttiende week van hun

zwangerschap, werden er bij de vrouwen met vijf echo's of meer twee keer zoveel kinderen met een groeiachterstand geboren.

Omdat de twee groepen vrouwen uiterst zorgvuldig geselecteerd waren op hun

vergelijkbaarheid (leeftijd, leefstijl, lengte, gewicht, ras, gezondheid, conditie, enzovoort), vonden de onderzoekers geen andere verklaring voor deze uitkomst dan dat het iets met de echo's te maken zou hebben. Zij benadrukken dat in beide groepen evenveel gerookt werd tijdens het onderzoek. Van roken is immers bekend dat het een negatief effect heeft op het geboortegewicht van een kind.

1p 5 Van welke hypothese ging het onderzoek oorspronkelijk uit?

1p 6 Welke controlegroep werd gebruikt?

1p 7 Wat is de feitelijke waarneming in het onderzoek?

1p 8 Waarom was de uitkomst van het onderzoek eenduidig?

2p 9 Om welke twee redenen is het onderzoek wetenschappelijk betrouwbaar?

Opwarming vanuit de bodem

In november 2016 werd, tot veler verrassing, Donald Trump gekozen als nieuwe president van de Verenigde Staten. Een van zijn uitspraken voor zijn verkiezing was dat hij het klimaatverdrag van Parijs 2015 wilde opzeggen, omdat volgens hem er geen sprake is van opwarming van de aarde.

Zijn landgenoot Tom Crowther werkt bij het NIOO-KNAW in Wageningen. In november 2016 publiceerde hij in Nature een artikel waarin aangetoond wordt dat we rekening moeten houden met een nog sterkere opwarming dan de meeste wetenschappers al dachten. Al tientallen jaren is er onduidelijkheid over het effect van klimaatverandering op de

reusachtige voorraad koolstof in de bodem. Koolstof is een van de bouwstenen van het leven op aarde. En de meeste koolstof op het land ligt in organische stoffen opgeslagen in de bodem. “Als de klimaatverandering doorgaat, dan zal 55 tera kilogram (T) koolstof uit de bodem de lucht in zijn gegaan rond het jaar 2050,” stelt Crowther. De koolstofvoorraden in de bodem gaan als gas de lucht in.

Figuur 4: De Amerikanen Donald Trump (links) en Tom Crowther (rechts)

1p 10 Noem twee organische stoffen die in de bodem voorkomen.

1p 11 Welke organismen zorgen voor de afbraak van de organische stoffen in de bodem?

2p 12 Leg uit dat als de aarde opwarmt, de afbraak van organische stoffen sneller gaat.

2p 13 Hoe noemt men het effect dat opwarming leidt tot nog meer opwarming?

A Antagonisme

B Negatieve terugkoppeling

1p 14 Hoeveel kg is 55 Tkg? Gebruik Binas en schrijf je antwoord in wetenschappelijke notatie.

De koolstof uit de bodem komt vrij als broeikasgas.

2p 15 Noem twee koolstof houdende broeikasgassen.

Op zoek naar leven op exoplaneten

Is er leven buiten de aarde? Sinds we weten dat er in het heelal niet alleen planeten in ons zonnestelsel rond onze zon draaien, maar ook ontelbaar veel planeten rond andere sterren cirkelen, kijkt men of er op die zogenoemde exoplaneten water voorkomt. Dat is namelijk noodzakelijk, als het leven zich daar vergelijkbaar ontwikkelt als op aarde. Op de exoplaneet HD 189733b, op 62,9 lichtjaar van de aarde, zit in ieder geval water in de atmosfeer. De Nederlandse astronome Theodora Karalidi (zie figuur 5) ontwikkelde met haar medewerkers een methode om water aan te tonen via een omweg. Ze zoekt niet naar oceanen, meren of rivieren, maar richt zich op regenbogen die ontstaan als licht van de begeleidende ster door de regenwolken van de planeet gaat. Regenbooglicht heeft een bijzondere eigenschap. Normaal gesproken trillen lichtgolven in alle richtingen loodrecht op de voortplantingsrichting. Maar de golven van een regenboog trillen met een voorkeursrichting. Het is, zoals

wetenschappers dat noemen, gepolariseerd. Met behulp van spectropolarimeters kunnen de sterrenkundigen licht uiteenrafelen. Zo kunnen ze de trillingsrichting precies vaststellen. Zit de ‘regenboogrichting’ erbij? Dan is er water in de atmosfeer!

Figuur 5: Theodora Karalidi

Water is op aarde noodzakelijk voor leven, maar zelf geen levenskenmerk.

2p 16 Noem twee levenskenmerken.

2p 17 Bereken de afstand van de genoemde exoplaneet (62,9 lichtjaar) ten opzichte van de aarde in km.

Ons zonnestelsel

Figuur 6: Ons zonnestelsel

In figuur 6 is ons zonnestelsel afgebeeld.

2p 19 Geef de namen van de planeten van links naar rechts.

1p 20 In de figuur zie je de afkorting AE. Leg uit wat dat betekent en geef de waarde daarvan in

meter.

De manen zijn niet in de figuur getekend.

1p 21 Noem twee planeten die GEEN manen als satelliet hebben.

Van ons uit gezien lijken de zon en de maan even groot. Zou je met een geodriehoek de hoek tussen de boven- en onderkant van de zon en ook van de maan opmeten, dan is bij beide de hoek ongeveer 0,5o_{. Bij een zonsverduistering staan zon en maan in het verlengde}

van elkaar.

2p 22 Bereken dat de zon 15o _{per uur aflegt en de maan 0,55}o _{per uur, ten opzichte van ons.}

Gebruik daarbij tabel 31 van Binas.

Figuur 7: De zon schuift achter de maan langs

Tijdens een zonsverduistering schuift de maan voor de zon, zie figuur 7 (de pijlen geven de bewegingsrichting aan). Een verduistering begint wanneer de maan de zon net raakt en

3p 23 Bereken hoeveel minuten een volledige zonsverduistering in dit sterk vereenvoudigde model

duurt.

Toestel van Hofmann

Het Toestel van Hofmann is ontworpen door August Wilhelm von Hofmann (1818-1892). Met behulp van dit toestel kan water worden ontleed in waterstofgas en zuurstofgas. Deze ontleding kan worden gebruikt om de molecuulformule van water aan te tonen. Daarbij is belangrijk om te weten dat het aantal moleculen in een gas

evenredig is met het volume van dat gas.

Het toestel bestaat uit drie verticale buizen, die onderaan met een dwarsbuis zijn verbonden. De twee buitenste buizen zijn bovenaan met een kraan afgesloten en hebben ieder onderaan een elektrode van platina. De middelste buis is van boven open. Het toestel wordt gevuld met gedestilleerd water, dat geleidend wordt gemaakt door toevoeging van een een bepaalde stof. Vervolgens wordt er stroom op de elektroden gezet. Bij de ene elektrode ontstaat waterstof en bij de andere elektrode zuurstof. De volgende reactie vindt plaats: 2 H2O (l)  2 H2 (g) + O2 (g)

De aanwezigheid van waterstof is aan te tonen door het gas in een reageerbuis op te vangen en een vlam bij de opening van de reageerbuis te houden. De waterstof zal verbranden, hierbij is een ‘plofje’ te horen.

Figuur 8: Het Toestel van Hofmann

2p 24 Leg uit welk gas er in de linker buis in figuur 8 is ontstaan.

Voor de ontleding van water is de middelste buis niet nodig.

2p 25 Leg uit wat de functie is van de middelste buis.

Bij het aantonen van waterstof vindt een chemische reactie plaats.

2p 26 Geef de reactievergelijking van deze reactie.

1p 27 Wat neem je waar aan de vlam als het gas dat in de reageerbuis wordt opgevangen terwijl je er een brandende lucifer bij houdt, niet waterstof maar zuurstof is?

Voor het bepalen van de verhouding van waterstof- en zuurstofatomen in water kijkt men naar de volumeverhouding van de ontstane gassen. Zowel waterstof als zuurstof zijn opgebouwd uit atomige moleculen. Als beide stoffen niet waren opgebouwd uit twee-atomige moleculen, dan zou er een andere volumeverhouding ontstaan in het toestel van Hofmann.

2p 28 Leg uit wat de volumeverhouding tussen waterstof en zuurstof zou zijn als waterstof uit losse

atomen zou bestaan en zuurstof uit twee-atomige moleculen.

Een moderne toepassing van waterstof is het gebruik als brandstof in bijvoorbeeld auto’s. In de jaren 50 van de vorige eeuw werd een geheel andere toepassing van waterstof onderzocht. De Verenigde Staten en Rusland voerden meerdere experimenten uit met

waterstofbommen in de Koude oorlog. Voor een waterstofbom wordt gebruik gemaakt van de isotopen 2_{H en} 3_{H. Isotopen zijn atomen met hetzelfde aantal protonen, maar een}

verschillend aantal neutronen in de kern. In de waterstofbom komen de waterstofisotopen met elkaar in botsing, hierbij ontstaat helium. Daarnaast komt er een neutron en veel energie vrij (zie figuur 9).

Figuur 9: Reactie van waterstofisotopen

2p 29 Verklaar met behulp van figuur 9 dat de reactie van de waterstofisotopen geen chemische reactie is.

In figuur 9 wordt gebruik gemaakt van een deeltjesmodel voor het weergeven van de bouwstenen. De reactievergelijking van de ontleding van water kan ook worden weergegeven met een deeltjesmodel.

2p 30 Leg uit waarom bij figuur 9 een ander deeltjesmodel nodig is voor de weergave van de