§5: Golfgedrag van materie 2

Examenopgave: Caroteen

De opdracht

Opdracht

Maak samen met een andere leerling de examenopgave over caroteen. Probeer zo veel mogelijk vragen zelf te beantwoorden. Kijk naar de antwoorden als het echt niet lukt.

Maak daarna een korte samenvatting & een “concept drawing” van de “werking” van caroteen en waarom het de specifieke kleur veroorzaakt in wortels. Geef aan hoe het onderwerp van deze examenopgave een voorbeeld is van het golfkarakter van materie.

Caroteen

Bron: BRON HIER

Caroteen is een stof die voorkomt in bijvoorbeeld worteltjes en mango’s. Het is een koolwaterstof met de molecuulformule $$C_{40}H_{56}$$. Een model van het caroteenmolecuul is gegeven in figuur 1.

Volgens de theorie van moleculaire bindingen zijn er bij de bindingen in caroteen twee soorten elektrontoestanden betrokken. De zogenaamde $$\sigma$$-elektronen (sigma) zitten op vaste plekken tussen de atomen. De $$\pi$$-elektronen bevinden zich in toestanden waarbij ze kunnen bewegen over de hele lengte van het molecuul. Op de $$\pi$$-elektronen is in goede benadering het deeltje-in-een-doosje model van toepassing.

Koolwaterstoffen zoals caroteen ontstaan door de vorming van covalente bindingen tussen de koolstof- en de waterstofatomen. Covalente bindingen komen tot stand doordat de totale energie lager wordt als atomen hun elektronen delen.

In de natuur gaat waterstof eenvoudig covalente bindingen aan met andere atomen. Helium heeft één elektron meer in de buitenste schil maar gaat geen covalente bindingen aan met andere atomen. Om dit te verklaren is het uitsluitingsprincipe van Pauli nodig. Het uitsluitingsprincipe van Pauli zegt dat er maar maximaal twee elektronen in één energietoestand kunnen zitten.

In figuur 2 is het absorptiespectrum van caroteen gegeven. Horizontaal staat de golflengte, verticaal de mate van absorptie.

Bij caroteen blijkt dat er 22 $$\pi$$-elektronen per molecuul zijn.

Er is een energie van 2,76 eV nodig om het eerste $$\pi$$-elektron aan te slaan.

De antwoorden