GENIE Natuurwetenschappen 5 & 6 - Leerpakket 2 - Leerschrift

GENI

5 &6

Natuurwetenschappen LEERPAKKET 2

LEER SCHRIFT

© VA N IN

IN

GENIE Natuur- 5 &6 wetenschappen

©

VA N

LEERPAKKET 2

Via www.ididdit.be heb je toegang tot het onlineleerplatform bij GENIE Natuurwetenschappen 5&6 Leerpakket 2. Activeer je account aan de hand van de onderstaande code en accepteer de gebruiksvoorwaarden. Kies je ervoor om je aan te melden met je Smartschool-account, zorg er dan zeker voor dat je e-mailadres aan dat account gekoppeld is. Zo kunnen we je optimaal ondersteunen.

GENIE

VA N

IN

Natuur- 5 &6 wetenschappen

LET OP: DEZE LICENTIE IS UNIEK, EENMALIG TE ACTIVEREN EN GELDIG VOOR EEN PERIODE VAN 1 SCHOOLJAAR. INDIEN JE DE LICENTIE NIET KUNT ACTIVEREN, NEEM DAN CONTACT OP MET ONZE KLANTENDIENST.

©

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën. Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hen dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen. Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be.

Ook voor het digitale lesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www.ididdit.be. © Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2023 De uitgever heeft ernaar gestreefd de relevante auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen.

Wie desondanks meent zekere rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht zich tot de uitgever te wenden.

Eerste druk 2023 ISBN 978-94-647-0407-5 D/2023/0078/137 Art. 605098/01 NUR 120

Vormgeving en ontwerp cover: Shtick Tekeningen: Geert Verlinde, Julie Lefevre, Tim Boers (Studio B) Zetwerk: Barbara Vermeersch, D’hondt-Ravijts bvba, Zyncke Vanderplancke

IN VA N

©

Credits p. 9 foto Chromosomen: Biophoto Associates © Science Photo Library, p. 15 foto Worteltop ui: Steve Gschmeissner © Science Photo Library, p. 15 foto Menselijk chromosoom: Power And Syred © Science Photo Library, p. 16 foto Karyogram man: Biophoto Associates Science Source © ImageSelect, p. 18 foto Karyogram vrouw met trisomie-21: Leonard Lessin © Science Photo Library, p. 19 animatie DNA-replicatie: Equinox Graphics © Science Photo Library, p. 24 foto DNA-replicatie: Professor Oscar Miller © Science Photo Library, p. 28 foto’s Mitose: Ed Reschke © Getty Images, p. 45 foto Foetus: Leemage © Getty Images, p. 53 3D-beeld Moederkoek © 2023, Sketchfab, Inc. All rights reserved, p. 56 3D-beeld Ontwikkeling foetus © 2023, Sketchfab, Inc. All rights reserved, p. 56 foto Foetus zes weken: Edelmann © Science Photo Library, p. 56 foto Foetus acht weken: Dr G. Moscoso © Science Photo Library, p. 56 foto Foetus twaalf weken: Edelmann © Science Photo Library, p. 56 foto Foetus achttien weken: Neil Bromhall © Science Photo Library, p. 63 foto Doorsnede eierstok: Dr Keith Wheeler © Science Photo Library, p. 68 foto Fertilisatiefase van ivf: Owen Franken © Corbis, p. 68 foto ICSI: Image Source © Corbis, p. 68 foto Bewaring van overtollige embryo’s: Mauro Fermariello © Science Photo Library, p. 71 foto Ovulatie: Kateryna Kon © Science Photo Library, p. 72 foto Minipil: SiljeAO © Shutterstock, p. 72 foto Prikpil: Scott Camazine © Science Photo Library, p. 76 tekening Voedingsdriehoek © Vlaams Instituut Gezond Leven, p. 77 foto Hazenlip: Dr M.A. Ansary © Science Photo Library, p. 98 foto Autosnelweg: Ajdin Kamber © Shutterstock, p. 115 video Ontdekking atoom, proton en neutron © www.youtube.com/atomicschool, p. 120 foto Large Hadron Collider: Pascal Boegli © Getty Images, p. 120 video Large Hadron Collider © Science Photo Library, p. 126 foto Albert Einstein: Library of Congress © Science Photo Library, p. 128 foto Pierre en Marie Curie: Bettmann / Contributor © Getty Images, p. 128 foto Henri Becquerel: Boyer / Contributor © Getty Images, p. 141 video Energie uit kernfusie: ITN © Getty Images, p. 141 foto Lawrence Livermore National Laboratory: ZUMA Press © Belga Image, p. 143 foto Radioactief afval: Yves Boucau © Belga Image, p. 144 foto Enrico Fermi: Bridgeman © Belga Image, p. 146 foto Controlestaven kernreactor: EOL Studios © Shutterstock, p. 146 video Werking kerncentrale © Electrabel, p. 147 foto Hiroshima: Everett Collection © Shutterstock, p. 154 kaart Radongas België © Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle, situatie 2023, p. 156 foto Afscherming kernreactor Tsjernobyl: German Meyer © Getty Images, p. 158 foto Fukushima: Fly_and_Dive © Shutterstock p. 100 artikel CO-vergiftiging © standaard.be – 19/01/2023

INHOUD MODULE 06: DE CELCYCLUS EN CELDELINGEN BIJ EUKARYOTEN

MODULE 07: VOORTPLANTING

` HOOFDSTUK 1:

` HOOFDSTUK 1:

De structuur en verdubbeling van chromosomen

2

47

11

1

Wat betekent ‘geslachtsgemeenschap’?

47

11

2

48

De geslachtsgemeenschap

48

1.1

DNA als dubbele helix

11

1.2

Chromosomen, chromatiden en chromatine

Wat gebeurt er tijdens de geslachtsgemeenschap in het lichaam van de man en de vrouw?

13

2.1

1.3

Karyogram

16

DNA in de celkern

IN

1

Hoe leidt geslachtsgemeenschap tot een nieuwe mens?

DNA-replicatie

19

2.1

Stap 1: het DNA ontwinden

19

2.2 Stap 2: complementaire strengen aanmaken

19

` HOOFDSTUK 2:

49

2.3 De bevruchting

50

Hoe verloopt de ontwikkeling van zygote tot boreling?

52

3.1

25

De ontwikkeling van het embryo

1

Fasen van de celcyclus bij eukaryoten

25

1.1

De interfase

26

1.2

Fase van celdeling

27

52

3.2 De moederkoek

53

3.3 De ontwikkeling van de foetus

54

3.4 De geboorte

56

VA N

De celcyclus bij eukaryoten

3

2.2 De weg van de voortplantingscellen

3.5 Interseks, gender en seksuele oriëntatie 58

` HOOFDSTUK 2:

Hormonale regeling van de vruchtbaarheid

63

1

Natuurlijke regeling

63

2

Verminderde vruchtbaarheid en hormonale stimulering

65

2.1

3

Verminderde vruchtbaarheid en onvruchtbaarheid

65

2.2 Methoden voor vruchtbaarheidsbehandeling

67

Onderdrukking van de vruchtbaarheid

68

3.1

68

Anticonceptie en betrouwbaarheid

3.2 Gezinsplanning

70

©

` HOOFDSTUK 3:

Waardoor kan de ontwikkeling van je kind worden beïnvloed?

1

2

4

Welke invloed heeft je gedrag op de zwangerschap en de ontwikkeling van een ongeboren baby?

74

74

1.1

Roken

75

1.2

Voeding

76

1.3

Alcohol en andere drugs

78

1.4

Zwangerschapscontrole

79

Hoe kan de omgeving de ontwikkeling van je ongeboren baby beïnvloeden?

81

2.1

81

Ziekteverwekkers

2.2 Giftige stoffen in de leefomgeving

83

2.3 Stress

85

` HOOFDSTUK 1:

Reactiesnelheid 1

91

Verklaring van de reactiesnelheid aan de hand van het botsingsmodel

91

1.1

Soorten botsingen

91

1.2

Het geactiveerd complex

93

2

De reactiesnelheid

95

3

Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden

97

` HOOFDSTUK 2:

104

1

Wat is een systeem?

104

2

Aflopende reacties

106

3

Evenwichtsreacties

106

4

Evenwichtsreacties in het dagelijks leven: enkele voorbeelden

109

` HOOFDSTUK 1:

Radioactief verval

115

De bouw van een kern

115

1

2

1.1

Samenstelling van de kern

115

1.2

Isotope nucliden

118

1.3

De kleinste bouwstenen

119

1.4

De sterke kernkracht

120

De nuclidenkaart 2.1

121

3

©

121

2.2 De volledige nuclidenkaart

123

De specifieke rustenergie

126

3.1

4

Stabiele kernen op de nuclidenkaart

Equivalentie tussen massa en energie

126

3.2 De specifieke rustenergie

127

Radioactief verval

128

Straling bij radioactief verval

128

4.2 De verschillende soorten radioactief verval

129

4.1

VA N

Chemisch evenwicht

MODULE 09: KERNFYSICA

IN

MODULE 08: REACTIESNELHEID EN CHEMISCH EVENWICHT

` HOOFDSTUK 2:

Radioactiviteit in het dagelijkse leven

139

1

2

Kerncentrales

139

1.1

Energie uit lichte en zware kernen

139

1.2

Spontane en niet-spontane splitsing

142

1.3

De splitsing van

U

143

1.4

Kettingreacties

144

1.5

Kernsplitsingsreactoren

146

235

Effecten van ioniserende straling op de mens 148 2.1

Ioniserende straling

2.2 Voorzorgsmaatregelen tegen besmetting en bestraling

148 149

2.3 De biologische schade in je lichaam (in sievert)

151

2.4 Gemiddelde jaarlijkse effectieve dosis

153

5

Î STARTEN MET GENIE Het leerpakket 2 GENIE Natuurwetenschappen 5&6 bestaat uit vier modules.

Hier zie je hoe elke module is opgebouwd:

Je maakt kennis met het onderwerp van de module.

In het kader onderaan vind je een aantal vragen die je op het einde van de module

In de verkenfase zul je merken dat je al wat voorkennis hebt

IN

kunt beantwoorden.

In het onderdeel Aan de slag vind je verschillende oefeningen. Je kunt die

VA N

oefeningen op papier of op iDiddit

over het onderwerp dat in de

uitwerken.

module aan bod komt. Dat

schematisch overzicht geeft

je een houvast om de nieuwe

leerstof te koppelen aan zaken die je al onder de knie hebt.

Na de opfrissing van de

voorkennis volgen een aantal hoofdstukken. Doorheen

de hoofdstukken verwerf je de nodige kennis en

vaardigheden om uiteindelijk

©

een antwoord te geven op

LABO 01

de vragen onderaan de startpagina.

Wat moet je nu kennen? We vatten de kern van elk hoofdstuk voor jou samen in de hoofdstuksynthese. Bekijk ook zeker de bijbehorende kennisclip!

Ga zelf op onderzoek! Doorheen de modules vind je de verwijzing naar de labo’s op iDiddit.

Dit icoon geeft aan dat er aanvullend lesmateriaal of een extra opdracht op iDiddit staat.

Soms is het handig dat je extra lesinformatie of een videofragment zelf kunt bekijken of beluisteren op je smartphone. Als je dit icoon ziet, open dan de VAN IN Plus-app en scan de pagina.

6

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

STARTEN MET GENIE

Het on onliline nellee eerplatfor rplatform m bij Natuurwetenschappen 5&6 Leerpakket 2 Mijn lesmateriaal Hier vind je alle inhouden uit het boek, maar ook meer, zoals filmpjes, labo’s, extra oefeningen ...

IN

Extra materiaal Bij bepaalde stukken theorie of oefeningen kun je extra materiaal openen. Dat kan een bijkomend videofragment zijn, een extra bron of een leestekst.

Kortom, dit is materiaal dat je helpt om de leerstof onder de knie te krijgen.

VA N

Adaptieve oefeningen In dit gedeelte kun je de leerstof inoefenen op jouw niveau.

Hier kun je vrij oefenen of de oefeningen maken die de leerkracht voor je heeft klaargezet.

Opdrachten Hier vind je de opdrachten die de leerkracht voor jou heeft klaargezet.

Evalueren Hier kan de leerkracht toetsen voor jou klaarzetten.

Resultaten Wil je weten hoever je al staat met oefenen, opdrachten en toetsen?

Hier vind je een helder overzicht van al je resultaten.

©

Notities Heb je aantekeningen gemaakt bij een bepaalde inhoud?

Via je notities kun je ze makkelijk terug oproepen.

Meer weten?

Ga naar www.ididdit.be

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

iDiddit

7

©

VA N

IN

Î Notities

8

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

NOTITIES

MODULE 06

DE CELCYCLUS EN CELDELINGEN BIJ EUKARYOTEN

Wanneer je ziek bent, produceert je lichaam moleculen die kunnen leiden tot koorts. Koorts vertraagt de groei van ziekteverwekkers en versnelt de deling van witte bloedcellen. Dat geeft je lichaam meer tijd om een oplossing te vinden tegen de indringers. De aanmaak van antilichamen is één mogelijkheid. Als die

VA N

IN

bijvoorbeeld binden op een virusdeeltje, kan dat virusdeeltje je cellen niet meer binnendringen.

©

Y-chromosoom

X-chromosoom

` Hoe wordt ons erfelijk materiaal opgeslagen in de celkern? ` Hoe wordt ons erfelijk materiaal verdubbeld wanneer een cel zich gaat delen? ` Hoe verloopt de celdeling? ` Wat is het belang van die celdeling?

We zoeken het uit!

?

VERKEN

JE KUNT AL ...

N-base fosfaatgroep

O O–

P

O

CH2

O

N

monosacharide

• uitleggen dat er in DNA vier verschillende soorten nucleotiden voorkomen; • de bouwstenen van een nucleotide

• toelichten dat cellen zich delen;

• toelichten dat stamcellen zich nog kunnen ontwikkelen tot alle celtypes.

VA N

beschrijven.

IN

O–

©

JE LEERT NU ...

H1

10

H2

• hoe DNA is opgeslagen in de celkern;

• hoe de celcyclus en de celdeling verlopen;

• hoe chromosomen zijn opgebouwd;

• hoe de mitose en meiose verlopen;

• hoe DNA verdubbeld wordt.

• wat het belang is van mitose en meiose.

MODULE 06

verken

HOOFDSTUK 1

Î De structuur en verdubbeling van chromosomen Nieuwe cellen kunnen alleen ontstaan als bestaande cellen

LEERDOELEN

zich delen. De dochtercellen die bij de celdeling ontstaan,

M Uitleggen hoe DNA in de celkern is

krijgen allemaal een kopie van het DNA dat in de oudercel

opgeslagen

aanwezig is. Dat principe zie je zowel bij prokaryote als bij eukaryote cellen. In dit hoofdstuk ontdek je in detail hoe

M Uitleggen hoe chromosomen zijn

het DNA van eukaryote cellen eruitziet en hoe het wordt

opgebouwd

IN

verdubbeld.

M Uitleggen hoe DNA wordt verdubbeld

DNA in de celkern

VA N

1

1.1

DNA als dubbele helix

DNA is een nucleïnezuur. Nucleïnezuren zijn polymeren waarin een groot aantal moleculen, nucleotiden, lineair aan elkaar gebonden zijn.

De nucleotiden bij DNA behandel je in module 02.

De nucleotiden zijn met elkaar gebonden tussen de fosfaatgroep van het ene nucleotide en de monosacharide van het volgende nucleotide.

In DNA komen er vier verschillende soorten nucleotiden voor, die elk bestaan uit:

• de monosacharide desoxyribose; • een fosfaatgroep;

• een stikstofbase of N-base.

monoscharide

©

fosfaat

N-basen NH2 N

N

O

DNA

O–

P

O

CH2

O

N

O–

NH2

O N

N O

N

N

adenine (A)

cytosine (C)

N

O HN

N

CH3

H2N

guanine (G)

HN O

N

thymine (T)

OH desoxyribose

NH2 NH2 O O S Afb. 1 Voorstelling van de bouwstenen van DNA: een fosfaatgroep, gekoppeld aan de suiker desoxyribose en een van de vier mogelijke stikstofbasen N

N

O

RNA

O–

P O

O

CH2

O

N

N

N O

N

N

adenine (A)

cytosine (C)

N

HN

HN N

H2N

N

O

–

OH OH ribose

guanine (G) MODULE 06

uracil (U) hoofdstuk 1

11

DNA bestaat uit twee strengen van polynucleotiden, die gewonden zijn tot de bekende DNA-dubbelehelixstructuur. De twee DNA-strengen worden met elkaar verbonden ter hoogte van de stikstofbasen, waartussen waterstofbruggen worden gevormd.

• Adenine wordt altijd gekoppeld met thymine uit de andere streng door middel van twee waterstofbruggen.

• Hetzelfde gebeurt met cytosine en guanine, waartussen drie waterstofbruggen aanwezig zijn.

De afwisseling van monosachariden en fosfaatgroepen vormt de ruggengraat van de structuur.

Wanneer je dus de nucleotidevolgorde in één streng kent, weet je meteen

3D-beeld DNA

zijn met elkaar.

IN

ook de volgorde in de andere streng. Je zegt dat de strengen complementair VIDEO

antiparallelle polynucleotiden waterstofbrug

DNA-helixstructuur

5’

A

T

3’

VA N

P

3’

5’

N-base

P

P

C

G

P

P

T

A

P

P

G

= adenine (A) = thymine (T)

5’

C

= cytosine (C)

P

3’

= guanine (G)

fosfaatgroep

©

desoxyribose

3’

5’

ruggengraat

S Afb. 2 De basenparing tussen complementaire nucleotideketens (links) en de DNA-dubbelehelixstructuur (rechts).

Het einde van de keten met de sacharide wordt het 3’-einde genoemd, het fosfaateinde het 5’-einde.

DNA is de drager van de genetische informatie in cellen. Die informatie ligt vervat in de volgorde waarin de nucleotiden aan elkaar gekoppeld zijn.

• De volgorde wordt aangegeven met de letters van de N-basen van de nucleotiden (A, C, T, G).

• Die informatie wordt in het proces van de eiwitsynthese vertaald naar een precieze volgorde van aminozuren en de vorming van een eiwit.

Op beide strengen van de DNA-dubbelstreng liggen genen. Een gen is een deel van het DNA dat de code voor een eiwit bevat.

12

MODULE 06

hoofdstuk 1

Ook verschillende types RNA (ribonucleïnezuur) zijn nauw betrokken zijn bij

Je gaat later dieper in op RNA.

de vertaling van de genetische informatie in de eiwitsynthese. RNA bestaat uit een enkele polynucleotidestreng. De nucleotiden zijn op dezelfde manier aan elkaar gekoppeld als in DNA. Ook in RNA kan er basenparing optreden die de 3D-structuur van de molecule bepaalt.

N-base P 5’

A P

P

fosfaatgroep

IN

C

U

P

VA N

G

3’

ruggengraat

ribose

S Afb. 3 Voorstelling van de enkelstrengige polynucleotidestructuur van RNA. De thyminebase (T) wordt hier vervangen door een uracilbase (U).

1.2

S Afb. 4 3D-structuur van een van de types van RNA-moleculen

Chromosomen, chromatiden en chromatine

In één menselijke lichaamscel bevinden zich 46 DNA-moleculen of chromosomen die, wanneer je ze achter elkaar zou plaatsen, samen een molecule vormen met een totale lengte van ongeveer twee meter. Alleen in een compact opgerolde vorm past het DNA in de celkern. Die sterke opvouwing is mogelijk door specifieke eiwitten. Het complex van DNA en

©

eiwitten in de kern van eukaryote cellen noem je chromatine.

W Afb. 5 In de kern van eukaryote cellen vind je chromatine: een complex van DNA en eiwitten.

MODULE 06

hoofdstuk 1

13

celkern

cel organisme

chromosoom

S Afb. 6 Van organisme tot DNA

DNA

Voordat een cel zich deelt, wordt het geheel van DNA en eiwitten maximaal opgevouwen. Je ziet de chromosomen dan onder de lichtmicroscoop als

IN

korte, dikke staafjes. Tussen twee celdelingen komen de chromosomen voor als een chromatinenetwerk.

VA N

De 30 nm dikke vezel vormt lussen van ongeveer 300 nm breed.

300 nm

De lussen vouwen zich verder op, zodat een vezel met een diameter van 700 nm ontstaat.

H1

11 nm

H1

©

gebonden eiwitten

DNA-helix

H1

chromatine

De ketting vouwt zich op tot een 30 nm dikke vezel.

De vezel vouwt zich verder op tot een chromatide van een chromosoom.

nucleotiden

2 nm

14

MODULE 06

hoofdstuk 1

1 400 nm

W Afb. 7 Van DNA tot chromosoom

Bij een niet-delende cel komt het DNA dus voor als chromatine. De meest 3D-beeld chromatine

compacte vorm van het chromosoom (1) zie je vlak voordat de cel zich gaat delen. Het is immers makkelijker om het DNA over beide dochtercellen te

VIDEO

verdelen wanneer het sterk gecondenseerd is, dan wanneer het als een warrig netwerk van chromatinedraden voorkomt.

Chromosomen zijn aan het begin van de celdeling zichtbaar met een lichtmicroscoop als korte staafjes. Ze bestaan uit twee helften, die je zusterchromatiden (2) noemt en die aan elkaar vast zitten met cohesineeiwitten ter hoogte van het centromeer (3). De ligging van het centromeer bepaalt in belangrijke mate de vorm van het chromosoom.

Aan de buitenzijde van het centromeer zit een eiwitcomplex waaraan zich

IN

tijdens de celdeling microtubuli (4) zullen binden. Die structuur noem je het kinetochoor (5). De microtubuli zorgen ervoor dat de zusterchromatiden van een chromosoom uit elkaar worden getrokken. Daarom worden ze trekdraden genoemd. Elk van de twee dochtercellen krijgt één chromatide (6) van het oorspronkelijke chromosoom toebedeeld.

B

2 zusterchromatiden

VA N

A

1

delende cellen

4 microtubuli

5 kinetochoor

3 centromeer

©

C

D

chromatide 6

1

centromeer 3

W Afb. 8 A Lichtmicroscopisch beeld van een worteltop van een ui (Allium cepa).

Bij de cellen die zich aan het delen zijn, zijn de chromosomen zichtbaar als korte staafjes. Op het beeld zijn er cellen zichtbaar in verschillende delingsstadia.

B Zusterchromatiden met centromeer en kinetochoor C Menselijke chromosomen onder de lichtmicroscoop. Ze zien eruit als korte staafjes.

D SEM-opname van een menselijk chromosoom. Het bestaat uit twee identieke zusterchromatiden, die aan elkaar vast zitten ter hoogte van het centromeer. Die X-vorm is typisch voor een chromosoom na de replicatie en de condensatie van het DNA.

MODULE 06

hoofdstuk 1

15

1.3 Karyogram Tijdens de celdeling is het mogelijk om een foto te maken van de chromosomen en de afbeeldingen te rangschikken in paren volgens grootte en vorm. Op die manier bekom je een chromosomenkaart of karyogram. Bij organismen die zich geslachtelijk voortplanten, komt er meestal één paar geslachtschromosomen of heterosomen voor dat het geslacht bepaalt. Bij zoogdieren zijn de geslachtschromosomen voor een vrouwelijk individu XX en voor een mannelijk individu XY. De andere chromosomen noem je lichaamschromosomen of autosomen.

IN

Het X-chromosoom is groter dan het Y-chromosoom en bevat ook meer genen.

Het geslachtschromosomenpaar wordt altijd als laatste

geplaatst op het karyogram.

VA N

Bij de meeste zoogdieren

en ook bij de mens worden de geslachtschromosomen aangeduid met X en Y.

W Afb. 9 Een karyogram van een man. Rechtsonder staan de twee geslachtschromosomen, X en Y. Bij een vrouw bestaat het geslachtschromosomenpaar uit twee homologe chromosomen. Bij een man is dat niet zo, maar toch beschouwen we de geslachtschromosomen ook als een paar.

Het aantal chromosomen in de lichaamscellen en de grootte ervan zijn

©

verschillend tussen soorten.

Een huisvlieg heeft

Een woelmuis heeft

Een tomaat heeft

12 chromosomen.

40 chromosomen.

48 chromosomen.

Een menselijke eicel en zaadcel bevatten elk één set van 23 chromosomen.

In een bevruchte eicel zitten dus twee chromosomensets, de ene afkomstig van de moeder en de andere afkomstig van de vader. In elke lichaamscel die ontstaat uit die bevruchte eicel, zitten dus 23 chromosomenparen. Elk paar bestaat uit twee homologe chromosomen. ‘Homoloog’ wil zeggen dat de chromosomen een gelijkaardige vorm en grootte hebben, maar ook dat ze genen voor hetzelfde kenmerk dragen. De informatie in die genen is echter niet altijd identiek. Er bestaan verschillende versies van een gen.

16

MODULE 06

hoofdstuk 1

1

XX

8 2 3 4 5 6 7

9 10 11 12

XY

13 14 15 16

17 18 19 20 21 22

9 10 11 12

X

Alle eicellen van je moeder bezitten een X-chromosoom.

X

X

2

3

7

13

14 20

9

15

5

1

2

10 11

12

6

17

18

13

16

21 22

Y

De zaadcellen van je vader bezitten ofwel een X-chromosoom, ofwel een Y-chromosoom.

X

X

7

19

3

8

14

20

4

9

15

5

10 11

16

12

17

21 22

18

X

Y

W Afb. 10 De geslachtschromosomen erf je van je ouders.

Iedereen – jongen of meisje – erft van zijn moeder een X-chromosoom. Een meisje erft van haar vader een X-chromosoom. Een jongen erft van zijn vader een Y-chromosoom. De vader bepaalt dus het genetisch geslacht van zijn kinderen.

VA N

19

8

4

Y

of X

XY

XX

6

13 14 15 16

17 18 19 20 21 22

X

1

8 2 3 4 5 6 7

1

IN

Een menselijke eicel en zaadcel bevatten elk één set van 23 chromosomen.

Om aan te duiden dat een cel twee exemplaren van elk chromosoom bezit, gebruik je het begrip diploïd. Het chromosomenaantal in een diploïde cel wordt voorgesteld door 2n.

De letter n duidt het aantal verschillende chromosomen aan. Zo is bij de mens bijvoorbeeld 2n = 46. Voortplantingscellen – zaadcellen en eicellen – bezitten de helft van het aantal chromosomen in een lichaamscel. Die cellen noem je haploïd (n). Twee haploïde voortplantingscellen vormen een diploïde zygote.

44 lichaamschromosomen = 22 chromosomenparen

2n = 46

2 geslachtschromosomen

2 X-chromosomen = XX =

1 X-chromosoom + 1 Y-chromosoom = XY =

©

S Afb. 11 Lichaamschromosomen en geslachtschromosomen in een menselijke cel

WEETJE

Wilde bananen bezitten veel zaden en weinig vruchtvlees. Ze zijn diploïd en bezitten twee sets van hun 11 chromosomen, dus in totaal 22 chromosomen. De bananen die je in de winkel koopt, bezitten geen zaden en veel vruchtvlees. Ze zijn het resultaat van een lange selectie van planten die vruchten maakten zonder zaden. De cellen zijn triploïd en bezitten drie sets van chromosomen, dus

S Afb. 12 Wilde bananen bevatten zaden.

S Afb. 13 Bananen voor consumptie bevatten geen zaden.

in totaal 33 chromosomen. Triploïde bananen zijn steriel en kunnen dus geen zaden vormen.

Nieuwe bananenplanten kun je bekomen door een stek te nemen van een ouderplant.

MODULE 06

hoofdstuk 1

17

Bij bepaalde aandoeningen komt een afwijkend aantal chromosomen voor.

Dat zie je op het karyogram. Zo bestaan er de trisomieën, waarbij er niet twee, maar drie kopieën van een bepaald chromosoom aanwezig zijn. Bij trisomie-21 zijn er bijvoorbeeld drie kopieën van chromosoom 21. Mensen

VA N

IN

met die trisomie hebben het downsyndroom.

S Afb. 14 Het karyogram van een vrouw met trisomie-21

S Afb. 15 Een meisje met trisomie-21 of het downsyndroom. Kenmerkend zijn mentale retardatie, scheefstaande ogen, een rond hoofd met weinig achterhoofd en een brede en korte nek.

WEETJE

Wanneer er een chromosoom ontbreekt bij een embryo, is het normaal niet levensvatbaar. Je spreekt dan van monosomie. Een uitzondering daarop zijn meisjes waarbij er één X-chromosoom ontbreekt. Die aandoening heet het syndroom van Turner. Mensen met het syndroom hebben vaak wat meer medische problemen, maar kunnen verder een

©

normaal leven leiden.

In een menselijke cel bevinden zich 46 DNA-moleculen, de chromosomen.

Op die chromosomen liggen genen, DNA-fragmenten die de code voor eiwitten bevatten. Tussen twee celdelingen komt het erfelijk materiaal voor als een warrig netwerk van chromatine. Aan het begin van de celdeling wordt het maximaal opgevouwen. Dan zijn de chromosomen met een lichtmicroscoop zichtbaar als korte staafjes. Op dat moment bestaat een chromosoom uit twee zusterchromatiden, die aan elkaar vast zitten ter hoogte van het centromeer.

Het aantal chromosomen in de lichaamscellen en de grootte ervan zijn kenmerkend voor een soort. Bij de mens zijn er 23 chromosomenparen, waarvan 22 paren lichaamschromosomen (autosomen), en 1 paar geslachtschromosomen (heterosomen).

18

MODULE 06

hoofdstuk 1

2

DNA-replicatie

Vooraleer een cel zich gaat delen, wordt haar erfelijk materiaal verdubbeld.

De dochtercellen die bij de deling ontstaan, moeten immers elk ook een

animatie: DNA-replicatie

kopie van het DNA van de oudercel krijgen.

Het proces waarbij die kopie wordt aangemaakt, noem je de DNA-replicatie.

VIDEO

De DNA-replicatie omvat twee belangrijke stappen: • Stap 1: het DNA wordt ontwonden.

• Stap 2: er wordt een nieuwe complementaire streng gevormd. Daarvoor

2.1

IN

zijn er heel wat eiwitten en nucleotiden aanwezig.

Stap 1: het DNA ontwinden

Als eerste stap bij de replicatie worden de twee strengen in de dubbele helix uit elkaar gehaald met behulp van het enzym DNA-topoisomerase en het enzym helicase.

VA N

In het volgende hoofdstuk zul je zien dat elke celdeling wordt voorafgegaan door de verdubbeling van het DNA. In de levenscyclus van een cel is er een welbepaalde fase waarin dat proces plaatsvindt. Die fase noem je de S-fase of de synthesefase.

Stap 1: het DNA wordt ontwonden.

helicase

topoisomerase

©

S Afb. 16 Stap 1 van de DNA-replicatie: het DNA wordt ontwonden met behulp van enzymen.

De ongepaarde nucleotiden op elk van de enkelstrengen zijn nu bruikbaar als template voor de aanmaak van twee nieuwe nucleotidestrengen. Om te verhinderen dat het stuk enkelstrengig DNA lussen gaat vormen, binden er speciale eiwitten op.

2.2 Stap 2: complementaire strengen aanmaken De enzymen die zorgen voor de aanmaak van een nieuwe nucleotidestreng, noem je DNA-polymerasen. DNA-polymerase kan alleen een keten verlengen en daarom heeft het een primer nodig om nieuwe nucleotiden aan vast te hechten. De primer is een kort stukje RNA dat complementair is aan het DNA, en wordt aangemaakt door het enzym primase. DNA-polymerase hecht telkens een nieuw nucleotide met zijn fosfaatgroep aan de OH-groep van het vorige nucleotide. Die verlening gebeurt aan de leidende streng of de leading strand.

MODULE 06

hoofdstuk 1

19

Stap 2: de achterblijvende streng wordt opgevuld.

ontwinden DNA

primase RNA-primer Okazaki-

fragment DNA-polymerase

helicase

Stap 2: de leidende streng wordt opgevuld.

IN

S Afb. 17 Stap 2 van de DNA-replicatie: zowel de leidende streng als de achterblijvende streng wordt opnieuw opgevuld.

Tegenover de leading strand ligt de lagging strand of achterblijvende streng.

De invulrichting voor DNA-polymerase is hier omgekeerd aan de richting waarin helicase meer DNA opent. Het invullen van de lagging strand gebeurt daarom in stukjes. Wanneer een nieuw stuk DNA is vrijgemaakt, plaatst

primase een nieuwe primer en begint DNA-polymerase met invullen. Op

VA N

ouderlijke DNA-streng

de ingevulde lagging strand komen daarom meer primers voor dan op de leading strand.

na 1 replicatiecyclus

nieuw gevormde streng

De stukjes van de lagging strand die elk bestaan uit een RNA-primer en een stukje DNA, noem je Okazaki-fragmenten.

De RNA-primers worden verwijderd en vervangen door DNA-nucleotiden.

De Okazaki-fragmenten zullen dus worden omgezet in fragmenten die alleen uit DNA bestaan. Die DNA-fragmenten worden ten slotte verbonden door DNA-ligase, dat een binding tot stand brengt tussen een fosfaatgroep en een

na 2 replicatiecycli

3’-OH-groep van twee achter elkaar liggende fragmenten.

De uit elkaar gehaalde DNA-strengen dienen elk als template voor de aanmaak van een nieuwe nucleotidestreng. Zo worden er dus twee nieuwe

©

S Afb. 18 Na elke replicatiecyclus is elke DNA-molecule opgebouwd uit een originele en een nieuw aangemaakte streng.

dubbelstrengen gevormd, die elk bestaan uit één ouderlijke streng – die dus geconserveerd of bewaard wordt – en één nieuwe streng.

Vooraleer een cel zich gaat delen, wordt haar erfelijk materiaal verdubbeld.

De dochtercellen die bij de deling ontstaan, moeten elk een kopie van het DNA van de oudercel krijgen.

De DNA-verdubbeling of replicatie omvat twee belangrijke stappen: • Op meerdere plaatsen tegelijk wordt de DNA-dubbelstreng uit elkaar gehaald.

• Het enkelstrengige DNA wordt gebruikt om een nieuwe complementaire streng op te bouwen. Je onderscheidt een leading strand, die continu wordt opgebouwd, en een lagging strand, waarbij de nieuwe streng fragmentarisch wordt opgebouwd.

20

MODULE 06

hoofdstuk 1

AAN DE SLAG

1

Op de afbeelding zie je een replicatievork. Welke nucleotiden horen op de plaats van W, X en Y?

Y X

W

A

G T

2

IN

W: X: Y:

Een stuk DNA is 1 000 nucleotiden lang. Een van de strengen bevat 382 guaninenucleotiden.

Waarom kun je met die gegevens niet berekenen wat het aantal guaninenucleotiden is in de andere streng?

Op de afbeelding zie je een schematische voorstelling van een stuk DNA. Welke vijf fouten bevat die voorstelling? Leg uit.

C

G

T

A

A

T

G

C

G

A

©

3

VA N

•

Fout 1:

•

Fout 2:

•

Fout 3:

•

Fout 4:

•

Fout 5:

MODULE 06

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

21

4

Wat bedoelt men met ‘een cel is 2n’?

De cel heeft chromosomen met twee chromatiden.

De cel heeft twee paar chromosomen.

De cel heeft twee chromosomen.

De cel heeft n paren chromosomen.

5

Bestudeer de onderstaande afbeelding. a

Geef de correcte benaming voor enzym 1 en enzym 2.

•

Enzym 1:

•

Enzym 2:

IN

b Wat zijn hun functies? enzym 1

leading strand

VA N

lagging strand

enzym 2

6

•

Enzym 1:

•

Enzym 2:

Geef het passende begrip bij de volgende omschrijvingen. a

de twee chromatiden van een chromosoom

b de plaats waar twee chromatiden verbonden zijn

c

X- en Y-chromosoom

©

d chromosomen met een gelijkaardige vorm en grootte en met informatie over hetzelfde kenmerk

e

chromosomenkaart

22

MODULE 06

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

Vul de afbeelding aan met de juiste begrippen.

1

IN

2

3

VA N

4

5

6

7

Meer oefenen? Ga naar

8

.

©

7

MODULE 06

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

23

IN 5’

DNA-polymerase verlengt de keten in de 5'-3'-richting.

Primase maakt een RNA-primer aan.

De leading strand wordt op een continue manier aangemaakt.

5’

3’

3’

5’

5’

3’

5’

5’

S Voorstelling van een stukje DNA

De lagging strand wordt aangemaakt.

DNA-ligase verbindt de afzonderlijke fragmenten.

3’

3’

VA N Topoisomerase verbreekt en herstelt bindingen in het DNA.

3’

5’ 3’ 5’

3’

DNA-polymerase verwijdert de primer en vervangt hem door DNA-nucleotiden.

©

5’

3’

Helicase ontwindt de twee DNA-strengen.

Eiwitten verhinderen dat de enkelstreng lussen vormt of wordt afgebroken.

S DNA-replicatie

3’

5’

SYNTHESE hoofdstuk 1

MODULE 06

24

kennisclip

VIDEO

HOOFDSTUKSYNTHESE

HOOFDSTUK 2

Î De celcyclus bij eukaryoten Het is niet eenvoudig om een correcte schatting te maken van het

LEERDOELEN

aantal cellen in het menselijk lichaam. Bij een man met een massa

M Uitleggen hoe de celcyclus en

van 70 kg en een lengte van 1,70 m schat men dat er tientallen

de celdeling verlopen

biljoenen (1012) cellen zijn. Ook het aantal nieuwe cellen dat het lichaam elke dag aanmaakt, kun je nooit exact bepalen. Er wordt

M Uitleggen wat haploïde

aangenomen dat je dagelijks 330 miljard (109) nieuwe cellen

en diploïde cellen zijn

aanmaakt. Dat komt neer op ongeveer 3,8 miljoen nieuwe cellen

M Het verloop van de mitose

per seconde. In dit hoofdstuk ga je dieper in op de celcyclus. Die

en meiose uitleggen

verschilt tussen prokaryoten en eukaryoten. Dit hoofdstuk focust

IN

M Het belang van mitose

op de celcyclus bij eukaryoten.

en meiose uitleggen

VA N

Fasen van de celcyclus bij eukaryoten

Groei en ontwikkeling zijn kenmerken van het leven. Groei is een proces dat zich ook afspeelt op het niveau van de cel. Een cel doorloopt een fase waarin ze in omvang toeneemt. Daarna deelt ze zich in tweeën. Je noemt dat de levenscyclus van een cel of de celcyclus.

De celcyclus bestaat dus uit twee fasen: 1

een groeifase of interfase;

2

een fase van celdeling.

periode van DNA-replicatie

interfase

21 uur

©

1

1 uur

celdeling

W Afb. 19 Vereenvoudigde schematische voorstelling van de celcyclus van een eukaryote cel. De duur van de fasen (zoals hier afgebeeld) geldt voor levercellen.

De duur van een celcyclus verschilt naargelang het soort organisme en zelfs naargelang het celtype. In delingszones van weefsels bij zoogdieren, zoals de kiemlaag van de opperhuid, kunnen cellen zich om de twaalf tot twintig uur verdubbelen. De celcyclus kan zich echter ook over dagen en soms zelfs jaren uitstrekken. Skeletcellen leven een tiental jaar en spiercellen uit het ademhalingsstelsel vijftien jaar. Alle neuronen (zenuwcellen) zijn zo oud als hun bezitter.

MODULE 06

hoofdstuk 2

25

1.1

De interfase

Normaal gezien bevindt een cel zich tijdens het grootste deel van haar levenscyclus in de interfase. In die fase voert de cel haar normale functies uit en bereidt ze zich voor op de celdeling. Onder de microscoop zijn er bij cellen in de interfase geen zichtbare veranderingen waar te nemen. Toch kun je de interfase opdelen in drie opeenvolgende stadia: G1, S en G2.

S (Synthese) – Tijdens de synthesefase gebeurt er DNA-replicatie.

Het DNA wordt verdubbeld. Elk chromosoom bestaat nu uit twee identieke draden, die later de chromatiden zullen vormen. Cohesine-eiwitten verbinden de twee draden ter hoogte van het centromeer. Het kinetochoor maakt de

IN

vasthechting van microtubuli mogelijk.

G2 (Gap 2) – De cel

maakt eiwitten

IN T E R FASE

andere zorgen voor de groei

en de voorbereiding van de

ANAFASE TELOF ASE CY

VA N die onder

TO K

INE

SE

G1

celdeling. Er is controle van het gerepliceerde DNA op schade.

van de cel en de DNA-replicatie

verdere celgroei

OSE

eiwitten aan

CELCYCLUS

E AS OF PR FASE META

DELING

maakt de cel

S

MIT

In deze fase

aan voor de

CEL

G1 (Gap 1) –

G2

G0

voorbereiden.

In dierlijke cellen is er een verdubbeling van het centrosoom.

G0 (Gap 0) – Cellen die in de interfase blijven en zich niet verder delen, bevinden zich in de G0-fase. Dat kan omkeerbaar zijn als er na een tijd

opnieuw celdeling optreedt. Voorbeelden zijn stamcellen van het spier- of zenuwweefsel en levercellen. Er zijn ook cellen die permanent in de G0-fase

blijven. Enerzijds zijn dat cellen die DNA-schade hebben opgelopen.

Die cellen vervullen nog wel hun functie, maar delen zich niet meer om de DNA-schade niet verder te verspreiden in het weefsel. Anderzijds zijn er ook

©

cellen die na differentiatie niet meer verder delen. Voorbeelden zijn zenuwcellen en cellen in het botweefsel en skeletspierweefsel.

S Afb. 20 De interfase als deel van de celcyclus

De interfase bestaat uit drie stadia: G1, S en G2.

• G1: in deze fase maakt de cel eiwitten aan die onder andere zorgen voor de groei van de cel en de DNA-replicatie voorbereiden.

• S: tijdens de synthesefase gebeurt er DNA-replicatie.

• G2: in deze fase maakt de cel eiwitten aan voor de verdere celgroei en de voorbereiding van de celdeling. Er is controle en herstel van DNA.

Cellen die zich niet delen, bevinden zich in de G0-fase.

26

MODULE 06

hoofdstuk 2

1.2

Fase van celdeling

Ons lichaam is door talloze celdelingen ontstaan uit één enkele cel, de bevruchte eicel of zygote.

Ook als het lichaam volgroeid is, komen er nog celdelingen voor: • om voortdurend afgestorven cellen te vervangen of beschadigde weefsels te herstellen; • om vanaf de puberteit tot aan het einde van de vruchtbare leeftijd in de voortplantingsorganen voortplantingscellen of gameten aan te maken.

Enkel cellen met chromosomen in hun kern (eukaryoten) kunnen zich delen. Tijdens de celdeling vormen zich nieuwe celkernen en verdeelt het cytoplasma zich over de dochtercellen. Het verdelen van het cytoplasma

IN

door insnoering van de cel noem je cytokinese. Op basis van het doel van de celdeling onderscheidt men twee soorten celdelingen: 1

mitose → zorgt voor de vorming van nieuwe lichaamscellen, waardoor

2

meiose → z orgt voor de vorming van gameten in de

weefsels kunnen groeien en herstellen; voortplantingsorganen.

A

Bij de mitotische deling ontstaan er door mitose en cytokinese twee dochtercellen uit de oorspronkelijke cel. Die dochtercellen zijn normaal gezien genetisch identiek aan de oorspronkelijke cel. Wel kunnen mutaties in het erfelijk materiaal zorgen voor kleine genetische verschillen.

• Mitose zorgt ervoor dat er twee nieuwe celkernen worden gevormd.

Het is een continu proces, maar onder de microscoop zie je duidelijk te onderscheiden fasen. Dat heeft geleid tot een onderverdeling van de mitose in de profase, metafase, anafase en telofase.

• Cytokinese zorgt ervoor dat de cel wordt ingesnoerd, en verdeelt het cytoplasma over de twee dochtercellen.

S

KIN

ESE

OSE

ANAFASE TELOF ASE

CYT O

DELING

CELCYCLUS

E AS OF PR FASE META

MIT

I N T E R FA S E

G2

CEL

©

VA N

De mitotische celdeling bij dierlijke cellen

G1

G0 S Afb. 21 De celdeling als onderdeel van de celcyclus

MODULE 06

hoofdstuk 2

27

A1

Mitose

VA N

LATE PROFASE

IN

VROEGE PROFASE

METAFASE

©

ANAFASE

TELOFASE

28

MODULE 06

hoofdstuk 2

condensatie chromosomen

centrosoom

Het eerste deel van de profase start wanneer er verdere opvouwing van de chromosomen in de kern zichtbaar is.

Door de compacte vorm is transcriptie van het DNA niet meer mogelijk. Buiten de kern vormt zich de spoelfiguur, die bestaat uit steundraden. De cel op de afbeelding bevat

nucleus

2n = 4 chromosomen. Rood en blauw stellen de homologe chromosomen voor.

celmembraan

kinetochoor trekdraad

IN

De cel breekt het kernmembraan af. Dat vormt de overgang naar het tweede stadium van de profase. De volledig

opgevouwen chromosomen liggen vrij in het cytoplasma.

De trekdraden hechten zich eraan vast door te binden op de kinetochoren.

VA N

steundraad

chromosomen in evenaarsvlak

trekdraad

Alle chromosomen liggen in het evenaarsvlak. Elk chromosoom bestaat nog altijd uit twee zusterchromatiden, die bij elkaar worden gehouden door cohesine-eiwitten ter hoogte van het centromeer.

steundraad

chromosomen

trekdraad

De cohesine-eiwitten breken af, waardoor de zusterchromatiden van elkaar los komen. De trekdraden verkorten. Door de splitsing ontstaan er twee aparte sets van chromsomen. Die worden elk naar één pool getrokken.

Vervolgens schuiven ook de steundraden, die contact

©

omen in vlak

start vorming spoelfiguur

steundraad

trekdraad

vorming nieuw kernmembraan

maken met elkaar in het midden van de cel, van elkaar weg.

Dat duwt de asterfiguren van elkaar weg, waardoor de cel verlengt.

De spoelfiguur wordt afgebroken tot afzonderlijke tubulineeiwitten en er wordt een nieuw cytoskelet gevormd.

Rond elke groep van chromosomen vormt zich een nieuw kernmembraan. Daarbinnen ontvouwen de chromosomen zich, wat transcriptie opnieuw mogelijk maakt. De nucleolus wordt zichtbaar en start met de aanmaak van rRNA om ribosomen te vormen. Nu de nieuwe kernen gevormd zijn,

steundraad

is de mitose afgerond.

MODULE 06

hoofdstuk 2

29

A2

Cytokinese

Cytokinese zorgt ervoor dat de cel insnoert en het cytoplasma zich verdeelt over de twee dochtercellen.

• Om die insnoering mogelijk te maken, vormt de cel in het vlak tussen de twee asterfiguren een ring die kan samentrekken. Die contractiele ring bestaat uit verschillende eiwitstructuren.

• Het samentrekken van de ring start tijdens de anafase en loopt door tot het einde van de telofase.

• Na de samentrekking van de ring blijft er een kleine verbinding achter tussen de twee cellen.

VA N

IN

contractiele ring

microtubuli

S Afb. 22 Door samen te trekken zorgt de contractiele ring ervoor dat de cel in twee dochtercellen wordt verdeeld.

De cytokinese eindigt wanneer ook die laatste verbinding tussen de dochtercellen wordt afgesnoerd.

De mitose in een dierlijke cel verloopt in vier fasen: • Profase: de chromosomen vouwen zich op tot hun zichtbare vorm.

Het kernmembraan verdwijnt. Tussen de twee centrosomen vormt zich een spoelfiguur, die bestaat uit steundraden en trekdraden.

De trekdraden binden aan de kinetochoren, waardoor elk chromosoom

©

verbonden is met één kant van de cel.

• Metafase: de chromosomen liggen in het evenaarsvlak.

• Anafase: het centromeer van elk chromosoom breekt. De chromatiden worden uit elkaar getrokken, elk naar één kant van de cel. Ze vormen de chromosomen van de zustercellen.

• Telofase: de chromosomen ontvouwen zich. Errond vormt zich een nieuw kernmembraan. De spoelfiguur breekt af en vormt een nieuw cytoskelet.

Na de mitose volgt de cytokinese. Die zorgt ervoor dat de cel insnoert en het cytoplasma zich verdeelt over de twee dochtercellen.

30

MODULE 06

hoofdstuk 2

A3 Belang van mitotische celdeling

Groei en ontwikkeling Meteen na de bevruchting begint een lange reeks van celdelingen. De vermeerdering van het aantal lichaamscellen door mitose maakt de groei en ontwikkeling van meercellige organismen mogelijk.

In stand houden van het organisme

IN

S Afb. 23

De meeste cellen hebben een beperkte levensduur. Een rode

bloedcel leeft ongeveer 120 dagen, een witte bloedcel en ook

darmepitheelcellen een kleine week. Bij een volwassen mens

VA N

sterven er ongeveer vijf miljoen cellen per seconde.

Afgestorven cellen worden onmiddellijk vervangen. Alleen al om een status quo van het aantal lichaamscellen te

handhaven, moet een volwassene per seconde ongeveer vijf miljoen nieuwe cellen aanmaken. Mitose is dus van

essentieel belang om het organisme in stand te houden.

S Afb. 24

Herstel van beschadigde weefsels

Als een weefsel beschadigd wordt, stijgt de delingsactiviteit op die

©

plaats totdat het weefsel hersteld is.

S Afb. 25

In stand houden van de soort Bij bacteriën en eencelligen dient mitose voor de instandhouding van de soort. Die organismen vermeerderen zich allemaal door celdeling. Bacteriën doen dat in bepaalde omstandigheden in een razendsnel tempo (om de twintig minuten). Door herhaalde mitosen ontstaan er genetisch identieke nakomelingen, klonen genoemd.

S Afb. 26

MODULE 06

hoofdstuk 2

31

B

De meiotische celdeling bij dierlijke cellen

Bij eukaroyten komt zowel ongeslachtelijke als geslachtelijke voortplanting voor. Bij ongeslachtelijke voortplanting zorgen mutaties voor de enige vorm van variatie. Dat is zelden voldoende voor organismen om zich aan te passen als de omgeving verandert. Bij geslachtelijke voortplanting is er wel variatie in het nageslacht. Elk ouderorganisme maakt gameten of voortplantingscellen aan met de helft van het genetisch materiaal uit de kern. Na versmelting ontstaat er een nieuw organisme met de

VA N

IN

oorspronkelijke hoeveelheid genetisch materiaal.

S Afb. 27 Ongeslachtelijke voortplanting bij de bommenwerper (Kalanchoe daigremontiana). Op de bladrand groeien nieuwe plantjes.

S Afb. 28 Paring bij de vink (Fringilla coelebs) kan leiden tot geslachtelijke voortplanting.

Voor de vorming van de gameten gebeurt er na de interfase twee keer een deling van de kern. Die delingen, die meiose I en meiose II worden genoemd, verlopen ook via een profase, metafase, anafase en telofase. Er treedt twee keer cytokinese op. Daardoor ontstaan er vier geslachtscellen uit de oorspronkelijke cel.

profase I

©

interfase

metafase I

profase II

anafase I meiose I

metafase II

anafase II meiose II

32

MODULE 06

hoofdstuk 2

telofase I

dochtercellen na meiose I

telofase II dochtercellen na meiose II

W Afb. 29 De verschillende stadia van de meiose

B1

Meiose I en cytokinese

Tijdens de profase I gaat de opvouwing van de chromosomen, die startte in de G2-fase, verder.

De individuele chromosomen worden zichtbaar.

Net als bij de mitose bestaat elk chromosoom uit twee zusterchromatiden, die bij elkaar worden gehouden door eiwitten ter hoogte van het centromeer. In tegenstelling tot bij de mitose komen de homologe chromosomen in de profase I samen te liggen. Er treedt paring op. De chromatiden van de verschillende chromosomen zijn niet-zusterchromatiden.

IN

Tussen die gepaarde chromosomen kan er crossing-over of overkruising optreden.

Twee niet-zusterchromatiden maken contact, waardoor er een chiasma (kruisvorm) zichtbaar is. In een chiasma kan het DNA van beide

niet-zusterchromatiden breken en worden

uitgewisseld. Omdat er zo nieuwe combinaties ontstaan binnen de chromatiden, heet dat

VA N

S Afb. 30 Het proces van overkruising A De homologe chromosomen vormen een tetrade, die wordt samengehouden door een eiwitcomplex.

B Het DNA van niet-zusterchromatiden verbindt zich in een chiasma.

C Het eiwitcomplex verdwijnt. De homologe chromosomen hangen aan elkaar door chiasmata.

D De samenstelling van de homologe chromosomen na recombinatie

proces ook recombinatie. Het zorgt voor variatie in de gameten die na de meiose ontstaan.

Door crossing-over kunnen er immers nieuwe combinaties van chromosomen ontstaan.

WEETJE

Het belang van overkruising voor variatie tonen we aan met de ijsbeer als voorbeeld. Door natuurlijke

selectie is de ijsbeer goed aangepast aan het leven in het Noordpoolgebied. Voordelige variaties zijn

onder andere een beter vetmetabolisme, een witte

vacht en scherpere kiezen om vlees te verscheuren.

Al die eigenschappen kun je terugvoeren

naar variaties binnen de genen. Stel je een

voorouderbeer voor met op het ene chromosoom

©

de vorm van een gen voor een verbeterd vetmetabolisme (A) en scherpere kiezen (B).

Op het andere chromosoom is er een mutatie in het gen voor pigmentaanmaak (c), waardoor er een

S Afb. 31 Een ijsbeer (Ursus maritimus)

witte vacht kan ontstaan. Zonder recombinatie van de twee chromosomen kan de ijsbeer de drie voordelige genen nooit samen doorgeven aan het nageslacht.

A

A

a

a

A

A a

a

B

B b

b

B

B b

b

C

C c

c

C

c C

c

W Afb. 32 Door recombinatie ontstaat er meer variatie in de voortplantingscellen.

MODULE 06

hoofdstuk 2

33

microtubuli centrosoom

Profase I

niet-zusterchromatiden

De chromosomen en de spoelfiguur worden gevormd.

Het kernmembraan verdwijnt. De chromosomen vormen tetraden, waarbij er overkruising mogelijk is.

Net als tijdens de mitose breekt het kernmembraan af en wordt er een spoelfiguur gevormd. Trekdraden

IN

hechten zich aan de kinetochoren. Elk van de homologe chromosomen is zo verbonden met één pool van de cel.

homologe chromosomen

steundraad

Metafase I De spoelfiguur trekt de homologe chromosomenparen

chiasma

trekdraad

VA N

naar het midden van de cel. Welk van de twee homologe chromosomen verbonden is met welke pool, is toeval.

Ook daardoor ontstaat er veel variatie tussen de gevormde gameten.

tetraden in evenaarsvlak n chromosomen naar elke pool getrokken

Anafase I

De trekdraden verkorten. Dat breekt de chiasmata

en trekt de homologe chromosomen uit elkaar, elk

naar één pool. Elke pool ontvangt zo een haploïde set

©

chromosomen.

Telofase I

zusterchromatiden niet identiek

Er ontstaat een nieuw kernmembraan rond de twee sets haploïde chromosomen. Elk chromosoom bestaat wel nog altijd uit twee chromatiden, die worden vastgehouden door een centromeer. Door overkruising is er recombinatie opgetreden en zijn de zusterchromatiden niet meer identiek.

Cytokinese Op het einde van meiose I treedt er meestal ook cytokinese op.

Het cytoplasma verdeelt zich over de dochtercellen en de cel wordt ingesnoerd.

S Afb. 33 Meiose I en cytokinese

34

MODULE 06

hoofdstuk 2

B2

Meiose II en cytokinese

Tussen meiose I en meiose II kan er opnieuw een interfase optreden. Als dat het geval is, is ze altijd kort in vergelijking met de gewone interfase. Er is geen S-fase, omdat er geen DNA-replicatie optreedt. Het proces van meiose II is sterk gelijkend op dat van de mitose, alleen is er nu de helft van het oorspronkelijke aantal chromosomen.

Profase II De chromosomen vouwen zich op.

Het kernmembraan breekt af en de spoelfiguur wordt gevormd.

De trekdraden binden aan het kinetochoor, waardoor elke

IN

chromatide verbonden is met één pool.

Metafase II

VA N

Het haploïde aantal chromosomen komt in het midden van de cel te liggen tussen de twee polen.

Anafase II

De eiwitten van het centromeer breken af. Vervolgens verkorten de trekdraden. Daardoor worden de chromatiden van elk chromosoom

©

elk naar één pool getrokken.

Telofase II Er ontstaat een nieuw kernmembraan rond de haploïde set chromosomen van elke dochtercel.

Cytokinese Het cytoplasma verdeelt zich over de dochtercellen en de cel wordt ingesnoerd.

S Afb. 34 Meiose II en cytokinese

MODULE 06

hoofdstuk 2

35

B3

Belang van de meiotische celdeling zygote (46 chromosomen)

Productie van haploïde gameten De cellen van de voortplantingsorganen zijn, net als alle andere lichaamscellen, diploïd.

eicel

Ze zijn immers door opeenvolgende mitosen ontstaan uit de bevruchte eicel of zygote. In de teelballen en de eierstokken bevinden zich

embryo (46 chromosomen)

diploïde voorlopercellen van de gameten.

Door meiose ondergaan die cellen een

zaadcel (23 chromosomen)

Het resultaat van die deling is dat er haploïde gameten ontstaan. De meiose voorkomt daardoor een progressieve

S Afb. 35

IN

halvering van het aantal chromosomen.

verdubbeling van het aantal chromosomen bij de bevruchting, generatie na generatie. De versmelting van een rijpe eicel met een zaadcel

zou immers het chromosomenaantal in de bevruchte eicel telkens verdubbelen.

VA N

Zorgen voor genetische variatie

Genetische variatie is erg belangrijk om de soort in stand te houden

wanneer de leefomstandigheden drastisch veranderen. Organismen die zich via mitose vermeerderen, hebben in de regel hetzelfde DNA. Het

zijn genetische kopieën of klonen. Ze hebben dan ook dezelfde erfelijke eigenschappen, bijvoorbeeld weinig weerstand tegen koude. Als de

temperatuur in hun leefomgeving echter fors daalt, kan dat tot gevolg

hebben dat niemand van die populatie zal overleven. Bij een populatie

die ontstaan is door geslachtelijke voortplanting en die dus genetische

variatie kent, is de kans groter dat enkele organismen zullen overleven.

S Afb. 36

De meiotische deling bestaat uit twee opeenvolgende kerndelingen, meiose I en meiose II, telkens gevolgd door een cytokinese. Vanuit een diploïde cel ontstaan er zo vier unieke haploïde geslachtscellen (gameten).

Meiose I

©

• Profase I: de chromosomen vouwen zich op en het kernmembraan verdwijnt. De spoelfiguur vormt zich.

De homologe chromosomen liggen samen in een tetrade. Daarbinnen is er overkruising mogelijk, waarbij delen van niet-zusterchromatiden worden uitgewisseld.

• Metafase I: de tetraden liggen in het evenaarsvlak.

• Anafase I: de homologe chromosomen worden elk naar één kant van de cel getrokken.

• Telofase I en cytokinese: er ontstaat een nieuw kernmembraan rond het haploïde aantal chromosomen aan elke kant en het celmembraan snoert in. Er ontstaan twee cellen, die elk meiose II starten.

Meiose II • Profase II: de chromosomen vouwen zich op en het kernmembraan verdwijnt.

De spoelfiguur vormt zich.

• Metafase II: het haploïde aantal chromosomen ligt in het evenaarsvlak.

• Anafase II: elke set haploïde chromosomen wordt naar één kant van de cel getrokken.

• Telofase II en cytokinese: er wordt een nieuw kernmembraan gevormd rond elke set haploïde chromosomen en de cel snoert in.

36

MODULE 06

hoofdstuk 2

C

Gelijkenissen en verschillen tussen de mitose en meiose bij diploïde organismen Gelijkenissen tussen de mitose en meiose bij diploïde organismen Verschillen tussen de mitose en meiose bij diploïde organismen

MITOSE PROFASE

MEIOSE I

MEIOSE II

• De chromosomen vouwen zich op en worden zichtbaar onder de microscoop.

• Het kernmembraan verdwijnt.

• De spoelfiguur vormt zich (steun- en trekdraden).

De homologe chromosomen

n chromosomen worden

apart vastgehouden in de

vormen paren.

apart vastgehouden in de

IN

2n chromosomen worden spoelfiguur.

METAFASE

spoelfiguur.

De chromosomen liggen in het evenaarsvlak.

2n chromosomen liggen

De homologe chromosomen

n chromosomen liggen

afzonderlijk.

liggen in paren (n tetraden,

afzonderlijk.

VA N

2n chromosomen).

ANAFASE

De trekdraden verkorten.

2n chromosomen

n chromosomen (die

n chromosomen

(die elk bestaan uit

elk bestaan uit twee

(die elk bestaan uit

één opgevouwen

chromatiden) worden naar

één opgevouwen

chromatinedraad) worden

elke pool getrokken.

chromatinedraad) worden

naar elke pool getrokken.

• Er wordt een nieuw kernmembraan gevormd.

• De chromosomen ontvouwen zich.

• De spoelfiguur wordt afgebroken.

Elke kern bevat 2n

Elke kern bevat n

Elke kern bevat n

chromosomen (die

chromosomen (die

chromosomen (die

elk bestaan uit één

elk bestaan uit twee

elk bestaan uit één

chromatinedraad).

chromatinedraden).

chromatinedraad).

©

TELOFASE

naar elke pool getrokken.

mitose

meiose cel

cel DNA verdubbelt

DNA verdubbelt meiose I

meiose II

2 dochtercellen

4 dochtercellen

S Afb. 37 Mitose en meiose in de cel

MODULE 06

hoofdstuk 2

37

VERDIEPING

Ongecontroleerde celdeling Fouten in de controle kunnen leiden tot een verhoogde

ongecontroleerde celdeling

celdeling. Daaruit ontstaat dan een gezwel of tumor, een cluster van snel delende cellen. Een

bloedvaten groeien naar gezwel

gezwel is goedaardig als de cellen de omliggende weefsels niet

DNA-schade

binnendringen. Een goedaardig

1 cellen komen los

Het gezwel kan groot worden, maar hoeft daarom nog geen problemen te veroorzaken. Er

gezonde cellen

kunnen wel klachten ontstaan

2

door druk op de omliggende

kankercellen dringen bloedbaan binnen

weefsels. Bij een kwaadaardig gezwel of kanker groeien de cellen wel in de omliggende weefsels. Bij kanker is er ook

3 kankercellen migreren naar andere weefsels en organen

4 uitzaaiing

S Afb. 38 Het ontstaan van kankercellen

VA N

uitzaaiing of metastase mogelijk.

IN

gezwel is meestal ingekapseld.

De kankercellen komen los en

verspreiden zich via het bloed of

de lymfe naar andere plaatsen in het lichaam.

De aanleiding voor een foute controle van de celdeling ligt meestal in een mutatie van de genen die zorgen voor de aanmaak van de controle-eiwitten. Een mutatie is een verandering in het DNA en kan leiden tot de aanmaak van een abnormaal eiwit. Een mutatie kan enerzijds optreden door externe factoren, zoals chemische stoffen (bv. in sigarettenrook) en straling (bv. uv-straling). Anderzijds kunnen er ook foutieve controle-eiwitten

©

ontstaan doordat fouten na de DNA-replicatie niet worden hersteld.

S Afb. 39 Longkanker op een röntgenfoto. Zo’n 5 % van de rokers krijgt longkanker. 85 tot 90 % van de longkankers wordt veroorzaakt door roken.

S Afb. 40 Een melanoom is een vorm van huidkanker.

De oorzaak is meestal DNA-schade door uv-straling en erfelijke aanleg.

Omdat DNA-schade zich tijdens het leven opbouwt, stijgt de kans op kanker met de leeftijd. Op jonge leeftijd komen er vaker kankers voor in weefsels die zich veel delen. Voorbeelden zijn leukemie (kanker van de witte bloedcellen) en teelbalkanker. Bepaalde virussen kunnen ook het controlemechanisme verstoren en zo kanker veroorzaken.

W Afb. 41 Bepaalde humane papillomavirussen veroorzaken wratten. Een wrat is een goedaardig gezwel. Een infectie met andere virussen kan wel kanker veroorzaken.

38

MODULE 06

hoofdstuk 2

AAN DE SLAG

Op de afbeelding zie je een aantal stadia van de mitose. Ze staan in een verkeerde volgorde.

A

B

C

D

IN

Wat is de juiste volgorde van de stadia?

VA N

1

→ → →

2

Op de afbeelding zie je een celkern in de profase van de mitose.

Wat is de juiste omschrijving van de chromosomen die in de kern van elke dochtercel aanwezig zijn, onmiddellijk na de mitose?

©

vier chromosomen, die elk bestaan uit vier chromatiden acht chromosomen, die elk één DNA-molecule bevatten acht chromosomen, die elk bestaan uit vier chromatiden zestien chromosomen, die elk één DNA-molecule bevatten

3

Tijdens welk stadium wordt DNA gerepliceerd bij een cel die zich mitotisch deelt?

MODULE 06

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

39

4

Welke uitspraak omschrijft correct wat er gebeurt tijdens de metafase van een cel die zich mitotisch deelt?

Elk chromosoom vormt twee chromatiden.

De chromatiden bereiken de polen van de spoelfiguur.

De chromosomen worden korter en dikker.

De chromosomen liggen in het evenaarsvlak.

5

Over welke deling en over welke fase bij dierlijke cellen gaat het in de volgende zinnen?

Soms zijn er meerdere antwoorden mogelijk. a

Alle n chromosomen liggen afzonderlijk in het evenaarsvlak.

c

Er zijn aan elke pool 2n chromosomen.

IN

b De zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden.

d Er zijn chiasmata tussen chromatiden te zien.

VA N

.

©

Meer oefenen? Ga naar

40

MODULE 06

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUKSYNTHESE 1 FASEN VAN DE CELCYCLUS BIJ EUKARYOTEN Een celcyclus bestaat uit een interfase (of groeifase) en een celdeling.

We onderscheiden twee soorten celdelingen: MITOSE

MEIOSE

• Mitose (deling van de kern) en cytokinese (deling

• Meiose I en II en cytokinese zorgen voor de vorming

van het cytoplasma) zorgen voor de vorming van twee diploïde dochtercellen (2n).

van vier unieke haploïde geslachtscellen of gameten (n).

• De gameten bevatten de helft van het

• De dochtercellen zijn genetisch identiek aan

IN

oorspronkelijke DNA uit de kern en zijn genetisch

de oorspronkelijke cel.

niet-identiek aan elkaar en aan de moedercel.

2

BELANG VAN MITOSE EN MEIOSE

MITOSE

MEIOSE

• groei en ontwikkeling van meercellige organismen • in stand houden van het organisme

• productie van haplöide gameten

VA N

• belang van genetische variatie

• herstel van beschadigd weefsel • in stand houden van de soort

3

DE INTERFASE

De interfase bestaat uit drie opeenvolgende stadia:

• G1: aanmaak van eiwitten die zorgen voor celgroei en de voorbereiding van de DNA-replicatie;

ANAFASE TELOF ASE CY

TO K

INE

OSE

SE

G1

G0

©

Cellen die zich niet delen, bevinden zich in de G0-fase.

CELCYCLUS

E AS OF PR FASE META

DELING

controle en herstel van het DNA.

S

MIT

celgroei en de voorbereiding van de celdeling;

G2

CEL

• G2: aanmaak van eiwitten die zorgen voor verdere

IN T E R FASE

• S (synthese): DNA-replicatie;

MODULE 06

SYNTHESE hoofdstuk 2

41

HOOFDSTUKSYNTHESE 4

DE MITOTISCHE CELDELING

De mitose verloopt in vier fasen (zie afbeelding): • (Vroege en late) profase: de chromosomen vouwen zich op, zodat ze duidelijk zichtbaar zijn.

De spoelfiguur wordt gevormd. Het kernmembraan verdwijnt.

• Metafase: de chromosomen liggen in het evenaarsvlak tussen de twee polen.

• Anafase: de zusterchromatiden komen los. Ze worden naar de celpolen getrokken en vormen volwaardige chromosomen. De cel verlengt.

• Telofase: de spoelfiguur wordt afgebroken. De chromosomen ontvouwen zich en rond de twee groepen vormt

De cytokinese volgt onmiddellijk na de mitose.

IN

zich een nieuw kernmembraan.

De cel wordt ingesnoerd en het cytoplasma wordt verdeeld over de twee dochtercellen.

METAFASE

VA N

PROFASE

©

CYTOKINESE

TELOFASE

5

DE MEIOTISCHE CELDELING

De meiotische deling bestaat uit twee opeenvolgende kerndelingen, meiose I en meiose II, telkens gevolgd door een cytokinese.

42

MODULE 06

SYNTHESE hoofdstuk 2

ANAFASE

VIDEO

kennisclip

Profase I Het kernmembraan verdwijnt en de spoelfiguur vormt zich. De homologe chromosomen vormen tetraden, waarbij overkruising mogelijk is.

2n

IN

Metafase I De tetraden liggen in het evenaarsvlak.

MEIOSE I

VA N

Anafase I De homologe chromosomen worden elk naar één kant van de cel getrokken.

Telofase I en cytokinese Er ontstaat een kernmembraan rond het haploïde aantal chromosomen. Er volgt cytokinese, waarbij twee cellen ontstaan, die elk meoiose II starten. n

n

©

Profase II Het kernmembraan verdwijnt en de spoelfiguur vormt zich.

Metafase II Het haploïde aantal chromosomen ligt in het evenaarsvlak.

MEIOSE II

Anafase II Elke set haploïde chromosomen wordt naar één kant van de cel getrokken.

Telofase II en cytokinese Er wordt een nieuw kernmembraan gevormd rond elke set haploïde chromosomen. Door cytokinese wordt het cytoplasma ingesnoerd. Er ontstaan zo vier haploïde cellen.

4 HAPLOÏDE CELLEN

n MODULE 06

n

n

n

SYNTHESE hoofdstuk 2

43

©

VA N

IN

Î Notities

44

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

NOTITIES

MODULE 07

VOORTPLANTING

Wanneer je ziek bent, produceert je lichaam moleculen die kunnen leiden tot koorts. Koorts vertraagt de groei van ziekteverwekkers en versnelt de deling van witte bloedcellen. Dat geeft je lichaam meer tijd om een oplossing te vinden tegen de indringers. De aanmaak van antilichamen is één mogelijkheid. Als die

©

VA N

IN

bijvoorbeeld binden op een virusdeeltje, kan dat virusdeeltje je cellen niet meer binnendringen.

` Hoe raakt een zaadcel tot bij een eicel? ` Hoe verloopt de ontwikkeling van een bevruchte eicel tot een baby? ` Hoe beïnvloedt de levensstijl en de omgeving van de moeder de ontwikkeling van de baby?

We zoeken het uit!

?

VERKEN

JE KUNT AL ...

• de werking van een aantal hormonale en niet-hormonale anticonceptiemiddelen uitleggen;

• de primaire en de secundaire geslachtskenmerken van de mens onderscheiden;

• de hormonale regeling van het voortplantingssysteem bij de mens uitleggen;

• de hormonale regeling van het voortplantingssysteem bij de mens uitleggen.

IN

• de belangrijkste organen van het voortplantingsstelsel in het menselijk lichaam situeren, benoemen en hun functie toelichten;

VA N

• op een tijdlijn van de menstruatiecyclus de eicelrijping, de eisprong, de vruchtbare periode en de menstruatie aanduiden.

JE LEERT NU ...

©

H1 • de bevruchting bij de mens uitleggen; • uitleggen hoe een embryo zich tot een nieuwe mens ontwikkelt; • dat een seksuele relatie gepaard gaat met verantwoordelijk en respectvol gedrag.

H2

H3

• de natuurlijke hormonale regeling van de vruchtbaarheid bij de mens toelichten;

• de invloed van positief en negatief gezondheidsgedrag op de ontwikkeling van embryo en foetus;

• anticonceptie als onderdrukking van de vruchtbaarheid bespreken;

• de invloed van leefmilieu op de ontwikkeling van embryo en foetus;

• de betrouwbaarheid van anticonceptie vergelijken;

• de effecten van ziekteverwekkers op de ontwikkeling van embryo en foetus.

• technieken van hormonale stimulering in het kader van verminderde vruchtbaarheid toelichten (uitbreiding).

46

MODULE 07

verken

HOOFDSTUK 1

Î Hoe leidt geslachtsgemeenschap tot een nieuwe mens?

In de puberteit ondergaat je lichaam langzaam

LEERDOELEN

talrijke veranderingen. Je primaire geslachtsorganen

M De bevruchting bij de mens uitleggen

worden actief en je secundaire geslachtskenmerken komen tot ontwikkeling. Het lichaam wordt in

M Uitleggen hoe een embryo zich tot een nieuwe

gereedheid gebracht om zich voort te planten.

mens ontwikkelt

IN

M Weten dat een seksuele relatie gepaard gaat met verantwoordelijk en respectvol gedrag

Wat betekent ‘geslachtsgemeenschap’?

VA N

1

Net zoals bij vele andere organismen bestaan er bij de mens twee biologische geslachten: man en vrouw.

Door geslachtsgemeenschap planten man en vrouw zich op een geslachtelijke wijze voort. Tijdens die geslachtsgemeenschap worden mannelijke voortplantingscellen of zaadcellen zo dicht mogelijk bij de vrouwelijke voortplantingscel of eicel gebracht. Als een eicel bevrucht wordt door een zaadcel kan dat aanleiding geven tot een nieuw leven. Net zoals bij andere zoogdieren gebeurt de bevruchting bij mensen inwendig: de zaadcellen en de eicellen ontmoeten elkaar in het lichaam van het vrouwelijke organisme. De mannelijke organismen bezitten daarom ook

S Afb. 1 Door geslachtsgemeenschap worden zaadcellen zo dicht mogelijk bij de eicel gebracht.

©

Geslachtsgemeenschap hebben is een onderdeel van seks hebben. Seks is veel ruimer en omvat ook andere activiteiten waarvan je seksueel opgewonden kunt worden, zoals zoenen en strelen of andere intieme handelingen.

structuren om de zaadcellen in het vrouwelijke lichaam te brengen.

Bij een bevruchting versmelt een mannelijke zaadcel met een vrouwelijke eicel. Zowel de zaadcel als de eicel draagt erfelijk materiaal. In de bevruchte eicel komt dus erfelijk materiaal van beide ouders terecht. Daarom vertonen nakomelingen zowel kenmerken van de ene ouder als van de andere ouder. mannelijke mannelijke organen organen

zaadcel zaadcel

Zijn er uitzonderingen op inwendige bevruchting?

VIDEO

vrouwelijke vrouwelijke organen organen bevruchting bevruchting

eicel eicel

embryo embryo

S Afb. 2 Bij een bevruchting versmelt een zaadcel met een eicel.

De bevruchte eicel kan aanleiding geven tot een nieuw leven.

MODULE 07

hoofdstuk 1

47

2

Wat gebeurt er tijdens de geslachtsgemeenschap in het lichaam van de man en de vrouw?

2.1

De geslachtsgemeenschap

Wanneer beide partners seksueel geprikkeld worden, raken ze opgewonden.

Bij de man ontstaat een erectie doordat de zwellichamen zich opvullen met bloed. Ook bij de vrouw zullen de zwellichamen zich bij opwinding met bloed vullen, zodat de clitoris in zijn geheel groter en gevoeliger wordt. De vagina wordt vochtiger en slijmerig, waardoor de stijve penis gemakkelijker in de

IN

vagina kan worden gebracht. Door bewegingen van man en vrouw beweegt de penis in de vagina op en neer, waardoor de eikel geprikkeld wordt. Die S Afb. 3 Bij de zaadlozing komt 3 tot 5 mL sperma in de vagina terecht.

prikkeling kan voor een zaadlozing zorgen: door samentrekkingen van gladde spieren in de prostaat en rond de urinebuis wordt het sperma naar buiten gedreven. Dat gaat gepaard met een ontlading van de seksuele spanning, een hoogtepunt of een orgasme. Gewoonlijk komt 3 tot 5 mL sperma, met daarin 300-500 miljoen zaadcellen, vrij in de vagina in de buurt van de baarmoederhals.

VA N

Sperma moet minstens 15 miljoen zaadcellen bevatten per mL, anders wordt het als te weinig vruchtbaar beschouwd.

Ook bij de vrouw kunnen de bewegingen tijdens de geslachtsgemeenschap

video: zaadlozing

een orgasme uitlokken. Zowel de spieren in de bekkenbodem als rond de vagina en in de baarmoeder trekken daarbij ritmisch samen. De bewegingen die daardoor ontstaan, helpen de zaadcellen op weg naar de eicel.

VIDEO

Geslachtsgemeenschap, maar ook andere vormen van intimiteit zoals elkaar omhelzen, zoenen, strelen en seks, moet altijd met wederzijdse toestemming gebeuren. Zo blijft het fijn voor beide partijen. Laat je partner weten waar je klaar voor bent, maar ook wat je niet wilt of waar je nog helemaal niet aan toe bent. Dat alles is een persoonlijke keuze. Laat je nooit overhalen om iets te doen, maar overhaal ook niemand om iets te doen waarvan die persoon eerder aangaf dat niet te willen doen. Als er iets gebeurt dat jij of jouw partner niet wil, spreekt men van ongewenst gedrag of seksueel grensoverschrijdend gedrag. Ongewenst gedrag kan het welzijn van iemand

©

jarenlang en grondig verstoren. Praten is dus belangrijk, maar daarnaast kunnen ook andere signalen belangrijk zijn. Het afwenden van een blik, het aannemen van een afwerende houding en weerstand zijn duidelijke signalen dat een persoon iets ondergaat waar hij niet klaar voor is. Naast seksuele handelingen vallen ook seksuele opmerkingen en het tonen of delen van beeldmateriaal onder seksueel grensoverschrijdend gedrag. Bij ongewenste intimiteiten raakt iemand je aan terwijl je dat niet wilt. Wanneer je gedwongen wordt tot seksueel contact spreekt men van seksueel geweld.

Tijdens de geslachtsgemeenschap beweegt de penis in de vagina op en neer. Prikkeling van de eikel kan leiden tot een orgasme en een zaadlozing. Daardoor komt een hoeveelheid sperma vrij in de buurt van de baarmoederhals. Ook bij de vrouw kunnen die bewegingen tot een orgasme leiden, waardoor de zaadcellen geholpen worden bij hun transport naar de eileiders.

48

MODULE 07

hoofdstuk 1

2.2

Meer info vind je . op

In de vagina neutraliseert de alkalische vloeistof van sperma het zure milieu van de vagina. Omdat eicellen zelf niet beweeglijk zijn, moeten de spermacellen naar de eicel toe zwemmen. De slijmprop in de baarmoederhals is meestal moeilijk doorgankelijk, maar in de periode rond de eisprong wordt ze vloeibaarder zodat de zaadcellen erdoorheen kunnen.

Heel wat zaadcellen overleven de tocht niet en worden onderweg door witte bloedcellen opgeruimd. Enkele tienduizenden zaadcellen bereiken de eileiders. De zaadcellen die de verkeerde eileider in zwemmen, zullen sterven. De andere moeten bij het zwemmen de tegengestelde beweging van de trilharen in de wand van de eileider trotseren en kunnen eventueel de eicel bereiken. Die moet na de eisprong binnen de 24 uur bevrucht zijn. De totale afstand die de zaadcellen moeten afleggen, bedraagt ongeveer 18 cm.

IN

Er kunnen verschillende afwijkingen ontstaan aan de eileiders, die de vruchtbaarheid van de vrouw aantasten. Al die afwijkingen hebben tot gevolg dat de gameten elkaar niet langer ontmoeten. De belangrijkste oorzaak van een eileiderafwijking is een seksueel overdraagbare infectie (SOA).

Ook endometriose kan een afwijking veroorzaken.

De weg van de voorplantingscellen

De snelste zaadcellen kunnen die afstand afleggen in ongeveer 45 minuten.

Dat betekent 5 mm/min of 5 lichaamslengten per seconde. eileider zaadcellen

eicel

Van de honderden miljoenen

zaadcellen die bij een zaadlozing

in de buurt van de baarmoederhals zijn vrijgekomen, zullen er slechts

VA N

enkele honderden de eicel bereiken.

De andere zaadcellen worden, samen met het zaadvocht, afgebroken en

eierstok

baarmoeder

opgenomen. Zaadcellen kunnen tot 5 dagen overleven in het lichaam van de vrouw. Dat betekent dat een eicel ook bevrucht kan worden als

baarmoederhals

de zaadlozing vijf dagen voor de eisprong heeft plaatsgevonden.

vagina

Een eicel die bij de eisprong vrijkomt, wordt opgevangen door de eileider.

De eicel is dan nog omgeven door een

S Afb. 4 De zaadcellen zwemmen een traject van ongeveer 18 cm naar de eicel.

laag eiwitten en voedingscellen. Een bevruchting gebeurt in het eerste deel van de eileider, in de buurt van de

©

video: weg van eicel

VIDEO

eierstok. Daarna wordt de bevruchte of onbevruchte eicel langzaam naar de baarmoeder gebracht.

De zaadcellen die bij een zaadlozing ter hoogte van de baarmoederhals worden geloosd, moeten doorheen de baarmoederhals en eileider zwemmen tot aan de eicel. Slechts enkele honderden zaadcellen bereiken de eicel. De eicel wordt via de eileider naar de baarmoeder vervoerd.

Tijdens het eerste deel van dit traject kan ze worden bevrucht.

MODULE 07

hoofdstuk 1

49

2.3 De bevruchting De zaadcellen die de eicel bereiken, banen zich een weg tussen de voedingscellen die rond de eicel liggen. Het blaasje in de kop van de zaadcel barst open en de afbraakstoffen die vrijkomen, lossen het eiwitmembraan rond de eicel op. Het membraan van de eerste zaadcel die contact maakt met de eicel, versmelt met het membraan van de eicel. De kern van de zaadcel dringt de eicel binnen en het staartstuk wordt later afgesnoerd.

video: zaadcel dringt eicel binnen

Onmiddellijk na het binnendringen van de eerste zaadcel, veranderen de membraaneigenschappen van de eicel zodat andere zaadcellen de eicel niet

VIDEO

meer kunnen binnendringen. Een bevruchting door meerdere zaadcellen levert geen levensvatbaar embryo op, en wordt zo vermeden. De eicel geeft ook stoffen af zodat enkele minuten na het binnendringen van de

IN

zaadcel een bevruchtingsmembraan wordt gevormd. Dat membraan vormt een permanente barrière voor de zaadcellen. Daarna zwelt de kern van

de zaadcel op en versmelt met de kern van de eicel. Op dat moment is de eigenlijke bevruchting gebeurd. De bevruchte eicel of zygote bevat nu erfelijk materiaal van zowel de vader als de moeder. Omdat het geslacht erfelijk is bepaald, ligt het geslacht van de nakomeling vanaf dit punt vast.

VA N

blaasje

kop

eicelkern

kern

eicel

middenstuk

kop met zaadcelkern

kraagstuk met mitochondriën

Bevruchtingsmembraan verhindert dat meerdere zaadcellen versmelten met de eicel.

kop met zaadcelkern

zweepstaart

©

achtergebleven staart van zaadcel

versmelting eicelkern met zaadcelkern

W Afb. 6 De bouw van een zaadcel

S Afb. 5 Het verloop van de bevruchting

Zaadcellen bereiken de vruchtbare eicel bovenaan in de eileider. Stoffen in de kop van de zaadcel lossen het eiwitmembraan rond de eicel op. De kern van de eerste zaadcel dringt de eicel binnen en versmelt met de kern van de eicel. Op dat moment is de bevruchting voltooid. Veranderende eigenschappen van het membraan van de eicel en de aanleg van een bevruchtingsmembraan verhinderen dat meerdere zaadcellen de eicel bevruchten.

50

MODULE 07

hoofdstuk 1

VERDIEPING

Endometriose Wat is het?

Endometriose is een mysterieuze, maar nog endometriose

eileider

endometriose eierstok

te vaak miskende en slecht gediagnosticeerde ziekte die één vrouw op tien in de vruchtbare leeftijd treft en de kans op een zwangerschap verlaagt tot minder dan 10 % per maand.

Endometriose is een gynaecologische aandoening waarbij cellen van het

vagina

endometriose

baarmoederslijmvlies (endometrium), die normaal de binnenkant van de baarmoeder

IN

endometriose baarmoederslijmvlies

baarmoederhals

bekleden, ook buiten de baarmoeder voorkomen.

Endometriose vinden we meestal terug in het

kleine bekken: dat kan zowel op de buitenkant van de baarmoeder zijn, als op de eileiders, de eierstokken, de darmen, de blaas, de

urineleiders of op het buikvlies. Er kunnen ook

VA N

S Afb. 7 Mogelijke plaatsen waar endometriose gevonden kan worden.

Er is geen verband tussen de uitgebreidheid van de endometriose en de ernst van de pijnklachten.

endometrioseletsels worden aangetroffen op de buikzijde van het middenrif.

Oorzaken

Endometriose ontstaat

waarschijnlijk doordat er

tijdens de menstruatie bloed

via de eileiders in de buikholte terechtkomt. De cellen van het baarmoederslijmvlies kunnen

zich inplanten in de buikholte

waardoor endometriose ontstaat.

Behandeling

• Kijkbuisoperatie: het weefsel

menstruatiepijn (voor/tijdens/na)

vermoeidheid

dat door endometriose

aangetast is, wordt via een

©

laparoscoop (kijkbuis) met

VOORNAAMSTE KLACHTEN

een CO₂-laser heel precies verwijderd.

• Hormonale onderdrukking: hormonale medicatie legt de werking van de

pijn bij plassen en/of stoelgang maken (vooral tijdens menstruatie)

pijn en/of bloedverlies tijdens/na seksuele betrekkingen

eierstokken stil, waardoor de endometriose niet verder zal toenemen. Endometriose zal niet verdwijnen met hormonale therapie.

S Afb. 8

MODULE 07

hoofdstuk 1

51

3

Hoe verloopt de ontwikkeling van zygote tot boreling?

3.1 De ontwikkeling van het embryo video: deling dochtercellen

Eens de zygote is gevormd, is de zwangerschap gestart. Bij de mens duurt die gemiddeld 268 dagen, dat is dus iets meer dan 38 weken. Omdat men rekent vanaf de eerste dag van de laatste menstruatie, zegt men dat een

VIDEO

zwangerschap 40 weken duurt. Gedurende die periode zal de bevruchte eicel zich geleidelijk aan ontwikkelen tot een baby.

IN

Onmiddellijk na de bevruchting deelt de zygote zich en ontstaan er twee dochtercellen. Elk van die dochtercellen zal zich nu opnieuw delen, waardoor er steeds meer cellen worden gevormd. Omdat die cellen zich nog tot alle soorten cellen kunnen omvormen, noemen we ze stamcellen. In een later stadium veranderen de cellen tot verschillende soorten. In dat proces,

waarbij elke cel een bepaalde bestemming krijgt, differentiëren ze. Eerst blijven de cellen als een klompje bijeenzitten, maar later wijken ze uiteen

VA N

en ontstaat er een hol blaasje of een holle sfeer, de blastula. Omstreeks de vijfde dag na de bevruchting hopen nieuwe cellen zich op aan de binnenzijde van die blastula en vormen ze een kiemknop of embryonale knop.

doorsnede bloedvaten

DAG 2

eierstok

eileider

DAG 1

DAG 3

DAG 4

blastula

kiemknop

bevruchte eicel of zygote

opengebarsten follikel

DAG 5

bevruchting

eisprong

innesteling

DAG 6-8

©

kiemschijf

DAG 15

W Afb. 9 Van eisprong tot innesteling

baarmoeder- baarmoederslijmvlies spier

Het prille embryo is nu in de baarmoeder aangekomen en start ronde de zesde dag met zich in te nestelen in het baarmoederslijmvlies. Die innesteling is rond dag 14 voltooid. Naarmate de ontwikkeling verder loopt, zullen de cellen steeds meer differentiëren tot specifieke weefselcellen.

Daardoor verliezen ze de mogelijkheid om tot andere celtypen te ontwikkelen. Tijdens de innesteling vormen de cellen van de kiemknop twee naast elkaar gelegen blaasjes. Daartussen ontstaat op dag 15 een derde laag cellen. De schijf van drie lagen cellen wordt samen de kiemschijf genoemd.

Uit die kiemschijf ontstaat het eigenlijke embryo. Het embryo bevindt zich in een amnionholte met vruchtwater; het geheel wordt omgeven door twee vruchtvliezen.

52

MODULE 07

hoofdstuk 1

In de derde week start de aanleg van de hersenen, het ruggenmerg, de bloedvaten en het hart. Rond dag 22 zal het kleine hart al bloed rondpompen. Dat is een belangrijke mijlpaal, want nu kunnen bloed en zuurstofgas worden rondgepompt. Een embryo bestaat nu al uit meer dan honderdduizend cellen. In de komende weken krijgt het embryo een cilindrische vorm en komen het spijsverteringsstelsel en andere organen tot ontwikkeling. Uit vier knoppen ontstaan de ledematen. In dit stadium is het embryo nauwelijks van dat van andere gewervelde dieren te onderscheiden.

Het vertoont ook een staart en kieuwbogen, die later weer zullen verdwijnen.

Die volledige embryonale fase duurt in totaal acht weken.

Door delingen van de bevruchte eicel ontstaat een groepering van stamcellen,

IN

die zich innestelt in het baarmoederslijmvlies. De stamcellen vormen een blastula met een kiemknop. Uit een kiemschijf van drie lagen cellen groeit het embryo. De embryonale fase duurt acht weken en daarin worden alle organen aangelegd, evenals enkele organen die later zullen verdwijnen.

VA N

3.2 De moederkoek

In de eerste weken wordt het embryo vooral gevoed door stoffen afkomstig van het baarmoederslijmvlies. Maar naarmate het embryo groter wordt, puilt het steeds meer uit in de baarmoeder en is het transport van stoffen langs het slijmvlies ontoereikend. In de wand van de baarmoeder groeit en ontwikkelt zich de moederkoek of placenta uit weefsels, voornamelijk

3D-beeld moederkoek

afkomstig van het ingenestelde embryo en voor een klein deel ook van de moeder.

VIDEO

baarmoederspier

baarmoederslijmvlies

moederkoek

navelstreng

zuurstofarm bloed

zuurstofarm bloed

bloedruimte met bloed moeder

©

bloedvaten baby zuurstofrijk bloed

zuurstofrijk bloed

vruchtvliezen

moederkoek/placenta

baarmoederholte binnenste vruchtvlies

baarmoederslijmvlies

S Afb. 10 De moederkoek ontwikkelt zich in het baarmoederslijmvlies. Ter hoogte van de bloedvaten worden stoffen tussen moeder en baby uitgewisseld.

MODULE 07

hoofdstuk 1

53

In de moederkoek verliezen bloedvaten van de moeder hun wand; er ontstaan open bloedruimten met daarin bloed van de moeder. De bloedvaten van het embryo hangen vrij in die bloedruimten. Omdat het bloed van de moeder op die manier de bloedvaten van het embryo omgeeft, is er zo een snelle uitwisseling van stoffen mogelijk: • v ­ oedingsstoffen en zuurstofgas noodzakelijk voor de ontwikkeling van het kind, maar ook immuunstoffen, gaan van het bloed van de moeder naar het kind; ­ fvalstoffen en koolstofdioxide verplaatsen zich van het bloed van het • a kind naar de moeder.

Doordat er geen rechtstreeks contact is tussen het bloed van de moeder en het kind, vormt de moederkoek ook een barrière die bepaalde stoffen of

IN

ziekteverwekkers tegenhoudt. De moederkoek is omstreeks de tiende week gevormd en functioneel, maar blijft gedurende de verdere zwangerschap groeien. De baby is via de navelstreng verbonden met de moederkoek. De navelstreng is elastisch en bevat drie bloedvaten: twee navelstrengslagaders voeren het bloed naar de moederkoek en een navelstrengader brengt het bloed terug naar de baby.

De moederkoek zal in de loop van de zwangerschap ook hormonen

VA N

produceren en vervult daarom een belangrijke rol in de hormonale regeling van de zwangerschap.

De moederkoek of placenta wordt gevormd uit cellen die voornamelijk afkomstig zijn van het ingenestelde embryo. De bloedvaten van het kind hangen er vrij in het bloed van de moeder. Voor sommige stoffen vormt de moederkoek een barrière, voor andere stoffen is het een plaats waar een snelle uitwisseling van stoffen tussen moeder en kind mogelijk is.

Bloedvaten in de navelstreng vervoeren het bloed tussen het kind en de moederkoek. Door de productie van hormonen speelt de moederkoek een belangrijke rol in de hormonale regeling van de zwangerschap.

©

3.3 De ontwikkeling van de foetus video: ontwikkeling foetus

VIDEO

Het embryo begint steeds meer op een minimensje te lijken. Hoewel na negen weken het embryo nog maar twee à drie cm meet, is de aanleg van de meeste organen een feit. Het hartje klopt met ongeveer 150 slagen per minuut, wat met een echografie hoorbaar gemaakt kan worden. Nu alle organen zijn aangelegd, is de embryonale fase achter de rug, en spreekt men van een foetus.

Wanneer tijdens de aanleg van de organen iets fout loopt, leidt dat vaak tot het afsterven van het embryo: een miskraam. Een miskraam komt daarom vaak voor in de eerste drie maanden van de zwangerschap – en vaak zelfs voor de vrouw weet dat ze zwanger is. In dat geval zal ze waarschijnlijk veronderstellen dat haar cyclus wat langer duurde.

54

MODULE 07

hoofdstuk 1

Tijdens de foetale fase zullen de aangelegde organen groeien, verfijnen en in werking treden. De foetus begint nu ook te bewegen. Rond week 9 lijkt de foetus al op een minimens en vanaf week 14 is het geslacht uitwendig meestal goed zichtbaar. Omdat de embryonale aanleg hetzelfde is bij jongens en meisjes, zie je in het begin geen verschil. Pas na 9 weken ontwikkelen de geslachtsorganen zich verschillend naargelang je genetisch een jongen of een meisje bent. Het hormoon testosteron leidt tot de vorming van de mannelijke geslachtsorganen. Zonder dat hormoon ontwikkelen zich vrouwelijke voorplantingsorganen.

urinebuis vrouwelijk

IN

buitenste schaamlip binnenste schaamlip 12 weken

9 weken mannelijk of vrouwelijk

14 weken

vaginale opening

34 weken

urinebuis penis

balzak

VA N

mannelijk

12 weken

14 weken

34 weken

S Afb. 11 Vorming van de mannelijke en vrouwelijke geslachtsorganen bij een foetus

Langzaam maar zeker oefent de foetus verschillende spieren, en treden de zintuigen in werking. Zo hoort een baby van 23 weken de hartslag van de moeder en geluiden uit de buitenwereld; het schopt soms mee op het ritme van muziek. Vanaf week 24 wordt de foetus als levensvatbaar beschouwd. Vanaf dat moment zullen de artsen bij een vroeggeboorte alles in het werk stellen om het kind in leven te houden. Voor dat tijdstip zijn de longen onvoldoende ontwikkeld om zuurstofgas op te nemen uit de lucht.

Naarmate de foetus groter wordt, is er steeds minder ruimte in de baarmoeder.

De moeder zal de bewegingen dan ook steeds beter voelen, omdat er minder vruchtwater tussen de foetus en de baarmoeder zit. In week 35 is de foetus zo groot dat er maar weinig ruimte meer is. Meestal draait de foetus zich in de meest comfortabele positie, en dat is met het hoofd naar beneden. Vijf weken

©

later is de foetus voldragen en zal de baby wellicht het levenslicht zien.

MODULE 07

hoofdstuk 1

55

3D-beeld ontwikkeling foetus

VIDEO

2 foetus, acht weken oud

IN

1 embryo, zes weken oud

4 foetus, achttien weken oud

VA N

3 foetus, twaalf weken oud

S Afb. 12 Verschillende stadia in de ontwikkeling van een ongeboren kind

In de foetale fase groeien de aangelegde organen en treden ze in werking.

Het geslacht ontwikkelt zich, spieren en zintuigen worden actief. Vanaf 24 weken is de foetus levensvatbaar, maar pas vanaf 40 weken is de baby volgroeid. De foetale fase eindigt met de geboorte.

3.4 De geboorte

De eerste tekenen van de nakende geboorte zijn meestal de weeën. Dat zijn krachtige samentrekkingen van de spieren van de baarmoederwand.

De weeën worden opgewekt door mechanische prikkels, zoals uitrekking

©

van spieren en druk, en door hormonale prikkels. Aanvankelijk treden de weeën onregelmatig op (om de vijf à tien minuten), maar ze worden steeds krachtiger en frequenter. Door de weeën wordt de baarmoederhals korter en wijder (ongeveer 1 cm per uur, maar het kan ook trager gaan).

Die fase van de bevalling heet de ontsluiting. Tijdens die fase komt de slijmprop die in de baarmoedermond zit los en breken meestal de vruchtvliezen. Het vruchtwater loopt dan langs de vagina naar buiten. Pas als de baarmoederhals ongeveer 10 cm wijd is, is de ontsluiting voldoende groot om de baby door te laten. Dat is de fase van de uitdrijving; die kan enkele minuten tot enkele uren duren. De moeder spant bij elke wee ook de buikspieren, de rugspieren en het middenrif op waardoor de baby in het nauwe geboortekanaal wordt geperst. We noemen dat de persweeën. Tijdens het uitdrijven wordt vruchtwater uit de longen van de baby geperst en maakt het kind een draaibeweging die we de spildraai noemen.

56

MODULE 07

hoofdstuk 1

indaling

ontsluiting

uitdrijving

nageboorte

navelstreng placenta baarmoeder

endeldarm baarmoederhals

baarmoeder

moederkoek

opening van de baarmoederhals wordt breder

navelstreng

Afb. 13 Tijdens de ontsluiting wordt de baarmoeder korter en breder. Na de indaling wordt de baby doorheen het geboortekanaal geperst.

Zodra het kindje geboren is, kunnen de longen zich vullen met lucht en

IN

moet het kind zelfstandig ademen. De navelstreng wordt nu afgebonden

en doorgeknipt. Als de baby niet meteen ademt, doet men het soms huilen, want door te huilen komt de ademhaling in een reflex op gang. Het deel van de navelstreng dat aan de baby vastzit, zal opdrogen en ongeveer een week later afvallen. Zo ontstaat een litteken op de buik: de navel.

Ongeveer tien minuten tot een half uur na de geboorte zorgen enkele

©

VA N

naweeën voor het loskomen en het uitdrijven van de moederkoek. Die gebeurtenis heet de nageboorte.

S Afb. 14 Tijdens de nageboorte wordt de moederkoek naar buiten gedreven.

De geboorte wordt opgedeeld in verschillende fasen. Tijdens de ontsluitingsfase wordt de baarmoederhals wijder door de weeën. In de fase van de uitdrijving wordt de baby doorheen het nauwe geboortekanaal geperst. De fase waarin de moederkoek wordt losgemaakt en uitgedreven is de nageboorte. Na de geboorte wordt de navelstreng afgebonden en doorgeknipt en moet de baby zelfstandig ademen.

MODULE 07

hoofdstuk 1

57

3.5 Interseks, gender en seksuele oriëntatie A

Wat is interseks?

Zodra een baby geboren is, kun je meestal het geslacht duidelijk zien aan lichamelijke kenmerken: het is een jongen of een meisje. De geslachtskenmerken die aanwezig zijn vanaf de geboorte noemen we de primaire geslachtskenmerken, zoals de penis en balzak bij de jongens en de schaamlippen en vagina bij de meisjes. Die lichamelijke kenmerken bepalen je biologische geslacht. Als de initiële geslachtsorganen van het embryo zich niet volledig tot mannelijke geslachtsorganen ontwikkelen, kan het individu vanaf de geboorte zowel mannelijke als vrouwelijke primaire geslachtskenmerken vertonen. Zo kan iemand geboren worden met een niet-

Elke dag wordt in België een vijftal kinderen geboren met een variatie in geslachtskenmerken.

Dat is ongeveer evenveel als het aantal tweelingen dat in België wordt geboren.

IN

volgroeide penis en een vagina-ingang of een clitoris die zo groot is dat ze op een penis lijkt. Dat wordt een intersekse persoon genoemd. Soms komt dat verschijnsel pas in een latere levensfase, zoals tijdens de puberteit, tot uiting en is dat uitwendig helemaal niet zichtbaar: een perfect uitziende jongen kan dan eierstokken blijken te hebben of een meisje kan geen baarmoeder hebben. Een hormoonhuishouding die afwijkt van de norm kan ervoor zorgen dat bepaalde secundaire geslachtskenmerken zoals de menstruatiecyclus

VA N

niet optreden of dat andere lichaamskenmerken afwezig zijn. Hoewel de

lichamen van intersekse personen afwijken van het stereotiepe beeld van een man of vrouw, komen ze vaker voor dan je zou denken. Naar schatting 1 op de 200 mensen heeft intersekse geslachtskenmerken.

B

Een juridische transitie verwijst naar administratieve aanpassingen van de officiële persoonsgegevens op je identiteitsbewijzen (identiteitskaart, rijbewijs, reispas, verblijfskaart ...).

©

Bijvoorbeeld: officiële aanpassing van de voornaam en/of familienaam. Een officiële aanpassing van de geslachtsregistratie kan in België nog niet.

Geslacht vs. gender

Verschillen tussen mannen en vrouwen zijn niet altijd terug te voeren op hun biologische geslacht. Veel verschillen zijn maatschappelijk of sociologisch bepaald en zorgen voor je gedrag, voor de job die je kiest, voor de kleding die je draagt. Daardoor is man- of vrouw-zijn meer dan een biologisch kenmerk.

Het wordt ook bepaald door de rol die je op je neemt, door je gevoel een man of een vrouw te zijn, door je genderidentiteit. Je genderidentiteit is dan je psychologische geslacht.

Meestal vallen biologisch en psychologisch geslacht samen, maar dat is niet altijd het geval. Sommige mensen die biologisch man zijn, voelen zich eerder vrouw en andersom; ze zijn transgender. Net zoals een persoon van een bepaald biologisch geslacht ook interseksuele kenmerken kan hebben, is ook het gender niet beperkt tot man of vrouw. Je kunt transgender zijn, maar je kunt je ook ergens tussenin voelen; niet iedereen kan dat voor zichzelf duidelijk bepalen.

Sommige trans personen kiezen om het lichaam in overeenstemming te brengen met hoe ze zich vanbinnen voelen en zich sociaal gezien uiten.

Ze gaan dan over tot een medische transitie. Er zijn hierbij verschillende stappen mogelijk, onder andere genderbevestigende hormonale therapie.

Om de ontwikkeling van eerder vrouwelijke secundaire geslachtskenmerken te stimuleren, wordt gewerkt met een toediening van oestrogenen en/of hormonen die de productie van testosteron afremmen. Om de ontwikkeling van eerder mannelijke secundaire geslachtskenmerken te stimuleren, wordt testosteron toegediend. Ook chirurgische ingrepen zijn mogelijk.

58

MODULE 07

hoofdstuk 1

Je genderexpressie is de manier waarop jij je genderidentiteit tot uiting brengt. Dat kan met je kledij en met andere accessoires, maar ook met je gedrag, met je hobby’s, met je jobkeuze ... Omdat de maatschappelijke verwachting over mannelijk en vrouwelijk gedrag altijd wijzigt, verandert ook de manier waarop mensen hun genderidentiteit uiten. Vijftig jaar geleden waren er nauwelijks vrouwelijke voetballers of mannelijke huishoudhulpen, intussen is dat heel gewoon.

C

Seksuele oriëntatie

De meeste mensen zijn heteroseksueel (hetero = ongelijk) en voelen zich aangetrokken tot iemand van het andere geslacht. Heel wat mensen koesteren gevoelens voor iemand van hetzelfde geslacht en zijn daarom homoseksueel. Biseksuele mensen kunnen zowel op iemand van hun eigen

IN

als van het andere geslacht verliefd worden. Homo- (zowel tussen mannelijke als vrouwelijke individuen) en biseksualiteit komen in de natuur ook bij heel wat andere diersoorten regelmatig voor. Wanneer je op een andere persoon

©

VA N

valt, ongeacht zijn geslacht of gender, ben je panseksueel.

www.gsanetwerk.nl S Afb. 15 Een mens is meer dan alleen maar een lichaam. De meeste mensen voelen en gedragen zich volgens de verwachtingen die horen bij hun geboortegeslacht, maar dat is niet altijd het geval. Vrijheid van geslacht geeft iedereen ruimte om zichzelf te kunnen zijn.

Een interseks individu vertoont geslachtskenmerken van zowel een jongen als een meisje. Dat is niet altijd uitwendig zichtbaar en kan pas in latere levensfasen tot uiting komen.

Je biologische geslacht is gebaseerd op je lichamelijke kenmerken.

Je genderidentiteit slaat op de geaardheid die je voelt. Je genderexpressie is de manier waarop jij je genderidentiteit tot uiting brengt.

Je seksuele oriëntatie vertelt iets over de aantrekking tot andere personen.

De meeste mensen zijn heteroseksueel, maar daarnaast bestaat ook een homoseksuele, biseksuele of panseksuele geaardheid.

MODULE 07

hoofdstuk 1

59

AAN DE SLAG

1

Som chronologisch de hindernissen of barrières op die zaadcellen moeten overwinnen om tot bij de eicel te komen.

2

Wanneer mannen geen kinderen meer wensen, kunnen zij zich laten steriliseren. Tijdens een heelkundige ingreep, een vasectomie genoemd, wordt de zaadleider doorgeknipt en afgebonden. Leg uit waarom die

VA N

IN

ingreep een man onvruchtbaar maakt, maar geen invloed heeft op de hoeveelheid sperma.

Waar gebeurt een bevruchting? in de baarmoederhals

©

3

in de baarmoeder in de eileider

in de eierstokken

4

Plaats de volgende processen in de juiste volgorde. embryo – kiemknop – eisprong/ovulatie – foetus – zygote – kiemschijf

60

MODULE 07

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

5

Om eventuele erfelijke afwijkingen van een embryo nog vóór de geboorte op te sporen past men een vlokkentest toe. Er wordt een weefselstaal van de placenta genomen waarvan de cellen worden onderzocht.

Wat is de afkomst van die cellen? van de moeder, meer bepaald van het baarmoederslijmvlies van de moeder, meer bepaald van de moederkoek van het kind, meer bepaald van de moederkoek van het kind, meer bepaald van de navelstreng

6

Welke van de volgende uitspraken over de navelstreng zijn correct?

In de bloedvaten wordt bloed rijk aan zuurstofgas vervoerd van moeder naar kind.

In de bloedvaten wordt bloed rijk aan zuurstofgas vervoerd van kind naar moeder.

In de bloedvaten wordt bloed rijk aan koolstofdioxide vervoerd van moeder naar kind.

7

IN

In de bloedvaten wordt bloed rijk aan koolstofdioxide vervoerd van kind naar moeder.

Leg uit waarom miskramen vaak voorkomen in de eerste drie maanden van de zwangerschap.

Beoordeel de volgende stellingen. Verklaar je antwoord als een stelling fout is. a

Intersekse geslachtskenmerken zijn altijd uitwendig zichtbaar. juist

fout

b Een persoon kan interseks zijn omdat secundaire geslachtskenmerken afwijken van de norm. juist

fout

©

8

VA N

c

Een intersekse persoon is transgender. juist

fout

Meer oefenen? Ga naar

.

MODULE 07

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

61

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE VOORTPLANTING De bevruchting bij mensen gebeurt inwendig.

De eicellen worden bij de vrouw in de eierstok gemaakt. Maandelijks komt normaal gezien één eicel vrij in de eileider. De zaadcellen van de man worden in de teelballen aangemaakt.

Bij geslachtsgemeenschap beweegt de penis in wordt het sperma, dat de zaadcellen bevat, in de buurt van de baarmoederhals geloosd. Als een eicel is vrijgekomen uit de eierstokken, kunnen de zaadcellen de eicel bereiken door bewegingen van de zweepstaart.

Slechts één zaadcel kan versmelten met de eicel.

De versmelting of bevruchting moet gebeuren in

VA N

de eerste dag na de eisprong.

mannelijke organen

vrouwelijke organen

IN

erectie op en neer in de vagina. Bij een orgasme

zaadcel

eicel

Als er wel een bevruchting was, zal de bevruchte eicel of zygote zich beginnen te delen. Zo

ontstaat er een groepering van stamcellen

die zich in het baarmoederslijmvlies vestigt.

Uit die cellen ontstaat het embryo. Tijdens de

bevruchting

embryonale fase die acht weken duurt, worden alle organen aangelegd. In de foetale fase

groeien de aangelegde organen en treden ze in werking.

zygote

Tijdens de zwangerschap gebeurt de uitwisseling van stoffen met de moeder ter hoogte van de moederkoek, waarmee de ongeboren baby in verbinding staat met de navelstreng. De

moederkoek speelt ook een belangrijke rol in

©

de hormonale regeling van de zwangerschap.

embryo

De zwangerschap eindigt met de geboorte, gemiddeld 38 weken na de bevruchting.

62

MODULE 07

SYNTHESE hoofdstuk 1

foetus

HOOFDSTUK 2

Î Hormonale regeling van de vruchtbaarheid Een normale menstruatiecyclus duurt gemiddeld

LEERDOELEN

28 dagen, maar toch is een vrouw maar 4 tot

M De natuurlijke hormonale regeling van de

5 dagen per maand vruchtbaar. De eerste dag

vruchtbaarheid bij de mens toelichten

van de menstruatiecyclus is de eerste dag waarop een vrouw ongesteld is. Het is ook de

M Anticonceptie als hormonale onderdrukking van

dag waarop de volgende groeifase van een eicel

M De betrouwbaarheid van anticonceptie vergelijken M Technieken van hormonale stimulering in het kader van verminderde vruchtbaarheid toelichten

contact komt met een zaadcel kan hij bevrucht worden. Dat is het begin van een zwangerschap.

Natuurlijke regeling

©

1

hij rijp en volgt de eisprong. Als de eicel dan in

VA N

(uitbreiding)

begint. Op de veertiende dag van de cyclus is

IN

de vruchtbaarheid bespreken

Als een vrouwelijke baby geboren wordt, heeft

ze in haar eierstokken

ongeveer een tot twee

miljoen eitjes, ingesloten in een follikel. Als een meisje de puberteit

bereikt en geslachtsrijp wordt, ontwikkelen de

eitjes zich tot eicellen.

Dat gebeurt gemiddeld

om de 28 dagen tot aan

S Afb. 16 Lichtmicroscopisch beeld van een doorsnede van de eierstok met follikels in verschillende stadia van rijping

de menopauze; dan houdt die werking op. Niet alle primaire follikels gaan rijpen; zo’n 400 zullen tot volledige ontwikkeling komen.

De vruchtbaarheid van de vrouw heeft dus alles te maken met die schat aan follikels. Het aantal follikels vermindert echter vrij snel naarmate een vrouw ouder wordt, ook al komt er per cyclus in principe slechts één eicel vrij. Vanaf de leeftijd van 30 jaar daalt het voortplantingsvermogen van de vrouw.

Je bent officieel in de menopauze exact 12 maanden na de laatste menstruatie. De periode rond de menopauze noemen we de overgang. Die overgangsperiode is het natuurlijke proces waarbij de menstruele cyclus stopt en de onvruchtbare periode start. De overgang verloopt meestal tussen de leeftijd van 45 en 55 jaar. Een vrouw bereikt de menopauze op een gemiddelde leeftijd van 51 jaar. De eierstokken produceren in de overgang steeds minder vrouwelijke hormonen (oestrogeen en progesteron).

MODULE 07

hoofdstuk 2

63

leeftijd

W Afb. 17 Gemiddelde niveau oestrogeen in functie van leeftijd

menopauze

IN

Ook bij mannen heeft leeftijd een invloed op de vruchtbaarheid. Tot een

leeftijd van ongeveer 45 jaar is de vruchtbaarheid vrijwel stabiel. Vanaf dan nemen fertiliteitsproblemen toe: a

daling van het spermavolume;

b daling van het aantal zaadcellen per ejaculatie; c

stijging van het percentage misvormde zaadcellen met een impact op de beweeglijkheid;

d grotere kans op seksuele problemen zoals erectiestoornissen (vooral bij

VA N

rokers).

A

B

C

S Afb. 18 Vergelijking normaal en afwijkend spermavolume (A) en normale en afwijkende morfologie (B) en beweeglijkheid (C)

WEETJE

Het is mogelijk dat de overgang veel vroeger dan

45 jaar begint. In dat geval voeren de eierstokken

©

hun hormonale en voortplantingsfuncties niet meer uit. Zonder eisprong is het niet mogelijk om op natuurlijke wijze zwanger te worden. Men spreekt dan over prematuur ovarieel falen of vervroegde menopauze: een aandoening die bij 1 tot 3 % van de vrouwen voorkomt.

Wanneer vrouwen die hiermee te maken krijgen

S Afb. 19 Invriezen van eicellen

nog een kinderwens hebben, kunnen de psychologische gevolgen erg zwaar zijn. Er zijn echter behandelingen om een zwangerschap op te wekken na een vervroegde menopauze.

Ook als de menopauze kunstmatig op gang wordt gebracht (bijvoorbeeld door chemotherapie of bestraling), is het mogelijk om vóór de ingreep eicellen weg te halen en in te vriezen. Die techniek heet het invriezen van eicellen.

64

MODULE 07

hoofdstuk 2

2

Verminderde vruchtbaarheid en hormonale stimulering

2.1

Verminderde vruchtbaarheid en onvruchtbaarheid

Als een zwangerschap uitblijft na minstens één jaar met regelmatig geslachtsgemeenschap zonder het gebruik van voorbehoedsmiddelen, heeft men het over onvruchtbaarheid of infertiliteit. Omdat er ondertussen een aantal technieken ontwikkeld zijn waardoor je toch kinderen kunt krijgen, is het beter te spreken van verminderde vruchtbaarheid of subfertiliteit.

aanvaard dat: a

IN

Fertiliteitsproblemen kunnen diverse oorzaken hebben. Algemeen wordt

in ongeveer 1/3 van de fertiliteitsproblemen de oorzaak moet worden gezocht bij de man;

b in 1/3 van de gevallen bij de vrouw; c

bij de overige 1/3 van de gevallen de oorzaak niet direct gekend is.

©

VA N

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) treft het probleem van subfertiliteit/infertiliteit gemiddeld tien procent van de wereldbevolking. In absolute cijfers gaat het naar schatting om tachtig miljoen mensen.

1/3 oorzaak niet gekend

1/3 oorzaak bij de man

1/3 oorzaak bij de vrouw

S Afb. 20

Onze kennis van de menselijke geslachtsorganen en de hormonale processen leert ons waar het zoal mis kan gaan:

• stoornissen in de hormoonproductie ter hoogte van de hersenen (bijvoorbeeld: polycysteus ovariumsyndroom (PCOS)); • stoornissen in de hormoonproductie ter hoogte van de geslachtsorganen; • onvoldoende productie van zaadcellen; • slechte kwaliteit van zaadcellen; • stoornissen in de uitrijping van de eicellen; • onvoldoende of ontbrekende voorraad eicellen, slechte kwaliteit van eicellen; • blokkering in het traject van de zaadcel door het mannelijke geslachtsapparaat; • blokkering in het traject van de eicel door het vrouwelijke geslachtsapparaat; • stoornissen in het ontmoetingstraject (plaats, timing, interactie) tussen zaadcel en eicel; • problemen bij de innesteling van het embryo.

MODULE 07

hoofdstuk 2

65

VERDIEPING In 30 % van de gevallen wordt verminderde vruchtbaarheid (mee) veroorzaakt door een ovulatiestoornis.

Die is doorgaans het gevolg van ‘fouten’ in de hormonale wisselwerking bij de vrouw. Daardoor komt het rijpingsproces van de eicel niet op gang of wordt het verstoord.

Polycysteus ovariumsyndroom (PCOS) is de meest voorkomende oorzaak van ovulatiestoornissen bij vrouwen in de vruchtbare leeftijd. Bijna tien procent van alle vrouwen lijdt eraan, een derde van hen komt (mede) daardoor terecht in de vruchtbaarheidsgeneeskunde voor hulp bij de vervulling van hun kinderwens. Het is een aandoening waarvan de oorzaak nog niet helemaal gekend is. Het is wel gekend dat er een belangrijke genetische factor is.

Kenmerken

VA N

IN

Bij PCOS zijn er meerdere (poly) vochtblaasjes (cysten) in de eierstok (ovarium) aanwezig zijn.

Normaal ontwikkelen zich in de eerste helft van de menstruatiecyclus enkele follikels (vochtblaasjes) in de eierstokken. Daarvan groeit er meestal maar één zover door totdat deze knapt. Het knappen van het blaasje noem je de ovulatie (eisprong). Het eitje komt uit de follikel en wordt door de eileider opgevangen, waarna het naar de baarmoeder gaat.

Bij vrouwen die PCOS hebben, worden in de eierstok meerdere kleine follikels gevormd, die moeilijk tot groei en ovulatie komen (cysten). Doordat de eisprong uitblijft, krijg je ook minder vaak of geen menstruatie. Door het ontbreken van een eisprong wordt de vruchtbaarheid sterk verminderd. Spontaan zwanger worden is dan moeilijk tot onmogelijk.

S Afb. 21

©

Behandeling

Aandacht voor gezonde voeding en voldoende lichaamsbeweging zijn extra belangrijk voor vrouwen met PCOS. PCOS kan soms operatief behandeld wordt met ‘drilling’. Met een laser of een andere warmtebron boort men gaatjes in de eierstok, waardoor een deel ervan verschrompelt. Daardoor kan het hormonale evenwicht zich (tijdelijk) herstellen.

Hoe weet je of je PCOS hebt?

PCOS kan door echoscopisch en bloedonderzoek worden vastgesteld.

Als je minstens twee van de drie volgende symptomen vertoont, lijd je wellicht aan PCOS: 1

eierstokken met een groot aantal follikels;

2

een menstruatiecyclus van meer dan 35 dagen;

3

een verhoogde concentratie aan mannelijk hormoon in je bloed, of tekenen die daarop wijzen: acne, uitval van hoofdhaar, overmatige lichaamsbeharing.

66

MODULE 07

hoofdstuk 2

2.2 Methoden voor vruchtbaarheidsbehandeling Tijdens het opwerken van sperma worden de beweeglijke zaadcellen uit het sperma gewassen en geconcentreerd.

Het opwerken van het sperma duurt ongeveer anderhalf uur waarna het materiaal naar de gynaecoloog wordt gebracht.

Tijdens de voorbije decennia werden verschillende methoden ontwikkeld om personen met fertiliteitsproblemen te helpen. Afhankelijk van het probleem zal de behandelende arts (meestal in samenwerking met een psycholoog en/of seksuoloog) opteren om een bepaalde methode toe te passen. We belichten enkele methoden die frequent gebruikt worden.

A

Kunstmatige inseminatie (KI)

Bij kunstmatige inseminatie (KI) wordt op de dag van de verwachte ovulatie het al of niet opgewerkte sperma in de vrouw gebracht. Wanneer er te weinig of geen baarmoederhalsslijm is, wanneer een slijmprop de baarmoederhals ondoordringbaar maakt voor zaadcellen of wanneer er een verminderde

IN

kwaliteit van de zaadcellen is, kiest men voor intra-uteriene inseminatie (IUI) of inbrengen van sperma in de baarmoederholte.

baarmoeder

VA N

eierstok

S Afb. 23 Donorsperma wordt ingevroren bewaard in vloeibare stikstof bij –196 °C

©

S Afb. 22 Intra-uteriene inseminatie

Bij KID – kunstmatige inseminatie met donorsperma – worden de zaadcellen gebruikt van een donor. Die zorgvuldig uitgekozen donor blijft volstrekt anoniem. Ook de donor zelf weet niet wie met zijn sperma wordt bevrucht.

Het donorsperma wordt ingevroren bewaard en kort voor de inseminatie ontdooid.

B

Intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI)

Wanneer men merkt dat de zaadcellen onvoldoende beweeglijk zijn en/of niet in staat zijn om de oöcyt binnen te dringen, gaat men over tot intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI). Bij ICSI wordt eerst een zaadcel geselecteerd, bij voorkeur een goed bewegende, normaal gebouwde zaadcel.

Die zaadcel wordt in een heel fijn, hol, glazen naaldje gezogen en vervolgens rechtstreeks in de eicel geïnjecteerd.

C

Eiceldonatie

Als een vrouw geen of weinig eigen eicellen produceert, of als de eicellen door genetische afwijkingen niet bruikbaar zijn, is eiceldonatie een mogelijkheid om zwanger te worden. De partner of een donor levert het sperma, en daarmee worden via ICSI de eicellen van een andere vrouw geïnsemineerd. Als die in-vitrobevruchting leidt tot de ontwikkeling van een aantal embryo’s, worden een of twee daarvan in de baarmoeder gebracht, waar ze zich kunnen innestelen en verder ontwikkelen.

MODULE 07

hoofdstuk 2

67

D

In-vitrofertilisatie (ivf)

Bij in-vitrofertilisatie of proefbuisbevruchting (letterlijk in-glasbevruchting) gebeurt de bevruchting niet in de eileider maar in een schaaltje in het laboratorium. In dat schaaltje brengt de embryoloog zaadcellen samen met de verzamelde eicellen. Daarna gaat het schaaltje in een broedstoof om bevruchting en embryodeling toe te laten. Vervolgens worden 1 of 2 embryo’s in de baarmoeder teruggeplaatst, in de hoop dat 1 embryo zich innestelt en tot een gezond kind uitgroeit.

Om meerlingen te voorkomen, plaatsen de artsen maar een beperkt aantal embryo’s terug volgens de wettelijke normen. Ze houden ook rekening met de leeftijd, de aard en duur van het vruchtbaarheidsprobleem en het aantal

B

C

VA N

A

IN

voorafgaande behandelingen.

S Afb. 24 A Fertilisatiefase van ivf: aan een schaaltje met eicellen worden zaadcellen toegevoegd.

B Bij introcytoplasmatische sperma-injectie (ICSI) wordt één zaadcel rechtstreeks ingebracht in een eicel.

C Bewaring van overtollige embryo’s in vloeibare stikstof bij –196 °C

3

Onderdrukking van de vruchtbaarheid

In de voortdurende evolutie van de menselijke samenleving heeft de controle over vruchtbaarheid altijd een centrale rol gespeeld. Of het nu gaat om het plannen van gezinnen, het bevorderen van gendergelijkheid, of het

©

aanpakken van medische aandoeningen, het vermogen om vruchtbaarheid te reguleren heeft een diepgaande invloed gehad op de levens van individuen en gemeenschappen wereldwijd. Een van de meest effectieve methoden om vruchtbaarheid te beïnvloeden en te onderdrukken, is het gebruik van hormonale interventies, waarbij het gebruik van anticonceptie een belangrijk onderdeel vormt.

3.1 Anticonceptie en betrouwbaarheid Geen enkele anticonceptiemethode is 100 % effectief. Praat met een zorgverlener om de beste optie voor je individuele behoeften te bepalen.

Binnen de anticonceptiemiddelen wordt onderscheid gemaakt tussen hormonale anticonceptie en niet-hormonale anticonceptie: a

anticonceptie met hormonen: deze hormonen kunnen het innestelen van een embryo in de baarmoeder tegengaan of de ovulatie blokkeren.

b anticonceptie zonder hormonen: methoden en middelen om een zwangerschap te voorkomen zonder het gebruik van hormonen.

68

MODULE 07

hoofdstuk 2

METHODE

BETROUWBAARHEID

BESCHERMING TEGEN SOA’S

HORMONALE MIDDELEN hormonaal implantaat

hormoonspiraaltje

nee

Betrouwbaar

nee

Betrouwbaar

nee

Betrouwbaar

VA N

vaginale ring

nee

Betrouwbaar

IN

minipil

nee

Zeer betrouwbaar

prikpil

combinatiepil

nee

Zeer betrouwbaar

hormonenpleister

nee

Betrouwbaar

NIET-HORMONALE MIDDELEN

koperspiraaltje

mannencondoom

vrouwencondoom

nee

Zeer betrouwbaar

Minder betrouwbaar

beste bescherming tegen soa’s en hiv beschermt tegen soa’s

Minder betrouwbaar

S Tabel 1 Overzicht hormonale en niet-hormonale anticonceptie en de betrouwbaarheid per middel

©

WEETJE

Momenteel ligt de verantwoordelijkheid om niet zwanger te raken mentaal, fysiek en financieel vooralsnog grotendeels bij de vrouw, waarvoor er verschillende anticonceptiemiddelen op de markt zijn. Voor mannen bestaan er op dit moment nog altijd maar twee voorbehoedsmiddelen: het mannencondoom en sterilisatie (vasectomie).

Maar dat laatste is vrij ingrijpend en in principe definitief. Daarom zoeken wetenschappers al tientallen jaren naar een anticonceptiepil voor mannen. Voorlopig zonder resultaat.

S Afb. 25

MODULE 07

hoofdstuk 2

69

3.2 Gezinsplanning Gezinsplanning is een mensenrecht dat vrouwen in staat stelt om te kiezen of, wanneer en hoe vaak ze zwanger worden tijdens hun leven. Niet iedereen heeft echter toegang tot voorbehoedsmiddelen. En diegenen die het meest over het hoofd gezien worden, zijn tienermeisjes. Bij 11 % van alle geboorten in de wereld zijn de moeders tienermeisjes tussen 15 en 19 jaar, en 95 % van hen wonen in opkomende landen.

Het probleem is groot en complex, gaande van louter toegang tot anticonceptie tot veranderingen in normen en gendermachtsdynamiek.

De uitdaging is echter van essentieel belang: wanneer tienermeisjes en vrouwen de kans krijgen om zelf te bepalen hoe zij hun leven leiden, tonen

IN

veel studies de duidelijke gevolgen aan voor de gezondheid van hun gezin, de economie en de politieke stabiliteit van een land.

Elke vrouw die geconfronteerd wordt met een ongeplande zwangerschap, heeft het recht om een abortus of vrijwillige zwangerschapsafbreking

te vragen. In België is deze ingreep wettelijk toegestaan. Ze gebeurt in

een ziekenhuis of in een abortuscentrum. Behalve bij ernstige medische

problemen moet de abortus gebeuren voor het einde van de twaalfde week

VA N

na de bevruchting. Dus veertien weken na de laatste maandstonden.

Naarmate een vrouw het recht om haar eigen voortplanting te plannen echt kan uitoefenen, vermindert het aantal abortussen, zeker de onveilige, en wordt ook sterfte bij zowel moeders als kinderen vermeden.

12 %

©

24 %

70

MODULE 07

hoofdstuk 2

S Afb. 26 Vrouwen wereldwijd ...

64 %

gebruiken anticonceptie willen kinderen kampen met onvervulde behoefte aan anticonceptie

AAN DE SLAG

1

Bekijk de afbeelding. a

Welk proces zie je hier?

b Benoem de aangeduide onderdelen.

1:

1

2:

2

IN

2

Welke factor speelt een belangrijke rol in de betrouwbaarheid van een voorbehoedsmiddel?

VA N

Zijn de stellingen juist of fout? Verbeter indien fout. a

Abortus is het voortijdig afbreken van een zwangerschap door medisch ingrijpen. juist

fout

b Sperma is van goede kwaliteit als er voldoende zaadcellen zijn en ze de juiste vorm hebben. juist

fout

c

Een lesbisch koppel met een kinderwens kan enkel via adoptie hun gezin uitbreiden. juist

fout

©

3

d Op de afbeelding zie je dat zaad- en eicellen elkaar niet ontmoeten waardoor de vrouw niet/moeilijk zwanger kan worden.

juist

fout

MODULE 07

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

71

4

Bekijk de afbeeldingen van de voorbehoedsmiddelen. a

Benoem de voorbehoedsmiddelen.

1 koperspiraaltje – 2 mannencondoom – 3 combinatiepil – 4 hormonenpleister – 5 vrouwencondoom – 6 hormoonspiraaltje – 7 vaginale ring – 8 prikpil – 9 hormonaal implantaat – 10 minipil

A

B

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

E

F

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

G

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

H

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

VA N

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

D

IN

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

C

I

J

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa A

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

B

C

D

E

F

b Zijn de middelen hormonaal of niet-hormonaal? Duid aan.

Welke voorbehoedsmiddelen beschermen ook tegen een soa?

©

c

Meer oefenen? Ga naar

72

hormonaal niet-hormonaal bescherming soa

MODULE 07

.

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

G

H

I

J

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

natuurlijke regeling vruchtbaarheid

• Een biologische vrouw wordt geboren met alle eitjes ingesloten in een follikel.

• Tijdens de puberteit ontwikkelen eitjes zich in eicellen.

• Dat proces loopt van de puberteit tot de menopauze.

• Zowel bij mannen als bij vrouwen heeft de leeftijd een invloed op de vruchtbaarheid.

verminderde vruchtbaarheid

• Wanneer een zwangerschap na een jaar met regelmatige

IN

geslachtsgemeenschap uitblijft • Verschillende oorzaken:

– stoornissen in hormoonproductie (bijvoorbeeld PCOS)

– onvoldoende kwaliteit en/of volume zaadcellen/eicellen – verschillende soorten barrières in traject zaadcel – eicel – ...

• kunstmatige inseminatie (KI)

VA N

methoden voor

vruchtbaarheidsbehandeling

– mogelijk met donorsperma

– mogelijk om sperma in de baarmoederholte in te brengen

• intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI) • eiceldonatie

• in-vitrofertilisatie (ivf) • ...

• hormonale en niet-hormonale anticonceptie • verschil in betrouwbaarheid

• enkel condoom beschermt tegen soa’s • niet voor iedereen even toegankelijk

©

onderdrukking vruchtbaarheid

MODULE 07

SYNTHESE hoofdstuk 2

73

HOOFDSTUK 3

Î Waardoor kan de ontwikkeling van je kind worden beïnvloed?

Als je graag zwanger wilt worden, is het raadzaam

LEERDOELEN M De invloed van gezondheidsgedrag en het leefmilieu op de ontwikkeling van embryo en foetus uitleggen

een gezonde voeding en levensstijl. Dat bevordert niet alleen de vruchtbaarheid, maar is ook heel belangrijk voor een goede ontwikkeling van je

ontwikkeling van embryo en foetus toelichten

toekomstige baby. De zorgen voor een gezonde baby beginnen dus lang vóór de zwangerschap, zowel bij

IN

M De effecten van ziekteverwekkers op de

de vrouw als bij de man.

Welke invloed heeft je gedrag op de zwangerschap en de ontwikkeling van een ongeboren baby?

VA N

1

om je lichaam goed te verzorgen door te kiezen voor

Lange tijd werd gedacht dat de baby in de baarmoeder ‘neemt wat hij nodig heeft’. De moederkoek werd gezien als een heel efficiënte filter die enkel nuttige stoffen doorlaat. Dat blijkt echter niet te kloppen. De aan- of afwezigheid van bepaalde stoffen in het bloed van de moeder kan tijdens de zwangerschap een grote invloed hebben op de aanleg en de groei van organen van de baby. Als de organen zich niet op een normale manier ontwikkelen, kan dat de oorzaak zijn van gezondheidsproblemen op latere leeftijd. Omdat de organen al in het prille begin van de zwangerschap worden gevormd, op een moment dat de vrouw soms nog niet weet dat ze zwanger is, zijn ook de omstandigheden vlak voor en tijdens de eerste drie maanden van de zwangerschap van groot belang.

Een ongezonde manier van leven verhoogt de kans op aandoeningen zoals

©

Zwangerschapsdiabetes is een tijdelijke soort diabetes, die na de bevalling verdwijnt.

Bij zwangerschapsdiabetes heeft later zowel het kind als de moeder een verhoogd risico op diabetes type 2.

een verhoogde bloeddruk en zwangerschapsdiabetes. Daardoor kan de normale ontwikkeling van het embryo grondig worden verstoord. Het gevolg kan zijn dat er afwijkingen in het embryo ontstaan, of dat het embryo afsterft en er een miskraam optreedt. Een ongezonde levenswijze kan er ook voor zorgen dat je moeilijker zwanger raakt, of kan de kans op een vroeggeboorte verhogen. Om al die redenen levert een gezonde levensstijl tijdens je hele vruchtbare levensfase de grootste kansen op een optimale ontwikkeling van de baby.

Wat is eigenlijk een gezonde levensstijl? Je levensstijl is een breed en overkoepelend begrip dat aangeeft op welke manier je leeft. Hij omvat niet alleen voeding, sport en rookgedrag, maar ook je slaappatroon en de hoeveelheid stress waaraan je wordt blootgesteld. Hieronder bespreken we enkele algemene aandachtspunten.

74

MODULE 07

hoofdstuk 3

1.1

Roken

Iedereen weet dat roken ongezond is. Niet enkel je eigen lichaam ondervindt daar schade van, ook je toekomstige kind of dat van anderen wordt nadelig beïnvloed.

In de rook van tabakswaren zitten veel ongezonde stoffen. Die stoffen kunnen schade toebrengen aan het erfelijke materiaal van zaadcellen en eicellen, waardoor er geen levensvatbaar embryo tot ontwikkeling kan komen of waardoor een kind met een (erfelijke) afwijking wordt geboren.

Afb. 27 Roken is niet alleen schadelijk voor jezelf, maar ook voor je baby. Vrouwen die de hele zwangerschap blijven roken, krijgen een baby die zo’n 150-250 gram minder weegt.

Ook hebben die schadelijke stoffen een negatieve invloed op de vorming van de zaadcellen en de eicellen. Sperma van rokende mannen is van slechtere kwaliteit: het bevat minder zaadcellen. De zaadcellen blijken ook vaker een

IN

afwijkende vorm te hebben. Bij vrouwen remt nicotine de aanmaak van

geslachtshormonen, waardoor rokende vrouwen minder vruchtbaar zijn én vroeger in de menopauze komen. Roken vóór de zwangerschap, zelfs in de kindertijd, speelt dus een rol, aangezien de eicellen al van bij de geboorte in het lichaam aanwezig zijn.

abnormaal

VA N

normaal

aantal zaadcellen

vorm zaadcellen

beweeglijkheid zaadcellen

©

Afb. 28 Roken beïnvloedt de vruchtbaarheid, ook bij mannen. Sperma van rokers bevat minder zaadcellen, meer afwijkende zaadcellen en de zaadcellen zijn minder beweeglijk.

In België is het verboden om te roken in gesloten openbare ruimten. Ook mag je in de auto niet roken in aanwezigheid van iemand die jonger is dan 18 jaar.

Download Quiddy.

De rook die uit een sigaret vrijkomt, is vaak schadelijker dan de rook die de roker zelf inhaleert. Passief roken, het inademen van tabaksrook uit de omgeving, blijkt daarom ook heel nefaste gevolgen te hebben voor de vruchtbaarheid, voor het verloop van de zwangerschap en voor de ontwikkeling van het kind.

WEETJE Quiddy helpt jongeren om te stoppen met roken. De app matcht je

VIDEO

met iemand die dezelfde doelen of valkuilen heeft. Via de chat kun je elkaar helpen of een spelletje spelen om je af te leiden. Als je zin krijgt in een sigaret, kun je via de noodknop je buddy inschakelen of een professional contacteren.

MODULE 07

hoofdstuk 3

75

Actief of passief rokende zwangere vrouwen nemen heel wat risico’s. De vele stoffen uit tabaksrook die in het bloed van de vrouw terechtkomen, kunnen via de moederkoek met het kind worden uitgewisseld. Het kind rookt dus vanaf de prille zwangerschap mee. Die schadelijke stoffen kunnen een normale ontwikkeling van organen en weefsels belemmeren.

Onderzoek toont aan dat actief roken tijdens de zwangerschap een hogere kans op het loslaten van de moederkoek veroorzaakt. Ook de kans op een laag geboortegewicht, een vroeggeboorte, aangeboren (hart)afwijkingen en sterfte bij de geboorte neemt toe. Er zijn bovendien effecten op lange termijn voor het kind zelf: astma, overgewicht, verminderde vruchtbaarheid, prikkelbaarheid en gedragsstoornissen. Na de geboorte hebben de kindjes vaker visuele stoornissen, vertonen ze tekenen van stress en zijn ze moeilijker te troosten, wat op afkickverschijnselen zou kunnen wijzen. Na de geboorte stijgt eveneens het risico op wiegendood. Omdat kinderen van

IN

Wiegendood is het onverwachte overlijden van een baby die ogenschijnlijk gezond was en bij wie geen lichamelijke afwijking kon worden vastgesteld.

rokende ouders kleinere longen hebben, ademen ze sneller, waardoor ze meer giftige stoffen opnemen.

1.2

Voeding

Het ongeboren kind heeft veel verschillende bouwstoffen nodig om alle

noodzakelijke cellen, weefsels en organen te kunnen vormen. Die stoffen

VA N

worden uit het bloed van de moeder gehaald. Een gezond en evenwichtig voedingspatroon met voldoende variatie biedt het kind de kans om alle nodige voedingsstoffen op te nemen. Zwangere vrouwen wordt aangeraden om eenmaal per week vis te eten, omdat daar veel essentiële vetzuren in zitten. Dat zijn belangrijke bouwstoffen voor de ontwikkeling van de babyhersenen.

Net zoals stoffen uit tabaksrook kunnen

VOEDINGSDRIEHOEK

ongezonde stoffen uit de voeding van de moeder in het ongeboren kind terechtkomen en daar de ontwikkeling

DRINK VOORAL

negatief beïnvloeden. Verse

WATER

voedingswaren zonder toegevoegde kleurstoffen en bewaarmiddelen zijn dan ook sterk aan te raden. Variatie

MEER

is eveneens belangrijk: een eenzijdig

©

vet- en suikerrijk voedingspatroon kan

MINDER

leiden tot overgewicht of obesitas bij de vrouw, wat hormonale verstoringen kan veroorzaken. Het is dan moeilijker ZO WEINIG MOGELIJK

om zwanger te worden en bovendien neemt de kans op een miskraam toe tot 75 %. Verder is er een groot risico op een hoog geboortegewicht van de baby. De bevalling verloopt dan moeilijker en er is vaak een keizersnede nodig. Bij een

Afb. 29 De voedingsdriehoek geeft een idee van wat je zou moeten eten om een gezonde en evenwichtige voeding te hebben.

76

MODULE 07

hoofdstuk 3

vrouw met overgewicht is die ingreep moeilijk uit te voeren, waardoor de kans op complicaties toeneemt.

De kans op aangeboren afwijkingen, zoals een open ruggetje (wervels die zich niet volledig sluiten) en hartafwijkingen, is dubbel zo groot als de moeder obees is. De kans dat het kindje na de bevalling overlijdt, ligt zelfs vijf keer hoger dan normaal.

IN

ruggenwervel

ruggenmergvocht ruggengraat

hard hersenvlies

VA N

S Afb. 30 Een open ruggetje is een aandoening waarbij de ruggengraat zich niet voldoende ontwikkeld heeft, waardoor er een gat of spleet in de ruggengraat is en de blootgestelde zenuwen beschadigd kunnen raken.

Omdat een tekort aan bepaalde stoffen verregaande gevolgen kan hebben voor de ongeboren baby wordt diëten tijdens de zwangerschap sterk afgeraden. Onderzoek bracht aan het licht dat kinderen die verwekt of geboren waren in de Hongerwinter (1944-1945) op latere leeftijd veel meer kans hadden op een reeks aandoeningen. In die winter heerste er door de oorlog een enorme voedselschaarste, wat leidde tot ondervoeding bij heel wat mensen. Kinderen die uit ondervoede moeders geboren werden, ontwikkelden later veel vaker diabetes (type 2), overgewicht, schizofrenie of hart- en vaatziekten. Er zijn zelfs aanwijzingen dat ook de (achter)kleinkinderen die verhoogde gevoeligheid kunnen erven.

©

Afb. 31 Een extra hoeveelheid foliumzuur tijdens de eerste tien weken van de zwangerschap doet de kans op aandoeningen zoals een hazenlip sterk afnemen.

Foliumzuur is vitamine B11, dat onder andere in groene groenten, fruit en volkorenproducten zit.

Wie gezond en gevarieerd eet, krijgt normaal gezien voldoende vitaminen binnen. Toch heeft onderzoek aangetoond dat een inname van een extra hoeveelheid foliumzuur gedurende de eerste tien weken van de zwangerschap de kans op enkele aandoeningen sterk vermindert, zoals een open ruggetje, een hazenlip of een open gehemelte. Om een voldoende hoge concentratie op te bouwen voor de zwangerschap, raadt men aan om extra foliumzuur te slikken vanaf het moment dat je zwanger wilt worden.

Voldoende vitamine D is ook belangrijk omdat die zorgt voor een betere opname van calcium uit de voeding. Wie regelmatig gaat wandelen in de buitenlucht heeft zelden een tekort aan die vitamine, aangezien ze onder invloed van zonlicht in de huid wordt aangemaakt. In geval van twijfel over voldoende vitamine D kan de dokter supplementen voorschrijven. Het innemen van multivitaminesupplementen wordt afgeraden omdat ze soms hogere dosissen bevatten dan de aanbevolen dagelijkse hoeveelheid. Een teveel aan vitaminen is vaak even schadelijk als een tekort.

MODULE 07

hoofdstuk 3

77

1.3 Alcohol en andere drugs Alcohol is een giftige stof voor de cellen van het lichaam en wordt daarom in het lichaam snel door de lever afgebroken. Bij de man zorgt het nuttigen van alcoholische dranken voor een verminderde vruchtbaarheid. Als een zwangere vrouw alcohol consumeert, komt die via haar eigen bloed in het bloed van haar kind terecht. Het is niet precies bekend vanaf welke hoeveelheid alcohol er afwijkingen bij het kind optreden, maar zelfs kleine hoeveelheden kunnen al schadelijk zijn. Enkele glazen per week verdubbelt de kans op een miskraam. Verder kan alcoholgebruik een groeiachterstand, afwijkingen in het gelaat, neurologische afwijkingen en een reeks van andere aandoeningen veroorzaken.

IN

Het spreekt voor zich dat ook andere stoffen, zoals drugs en medicijnen, via de placenta in het bloed van de baby kunnen terechtkomen. Daar kunnen ze ernstige afwijkingen veroorzaken. Het is dus belangrijk dat je geen medicatie zonder doktersadvies neemt als je zwanger bent.

VA N

WEETJE

minder groeven

smal hoofd

smalle oogspleten

lage neusbrug

korte, afgeplatte neus

dunne bovenlip

smalle kin

vouw binnenste oogplooi plat middengezicht afgeplat neusgootje

Afb. 32 Mogelijke afwijkingen bij kinderen met het foetaal alcoholsyndroom

©

Alcoholgebruik door de moeder kan leiden tot het foetaal alcoholsyndroom (FAS). Dat syndroom ontstaat wanneer de moeder regelmatig of te veel alcohol heeft gedronken tijdens de zwangerschap. FAS zou mogelijk bij ongeveer 1 op 1000 levend geboren kinderen voorkomen.

Kinderen met FAS zijn kleiner dan hun leeftijdsgenootjes. Het hoofd is vaak abnormaal klein (microcefalie) omdat de hersenen van een baby met FAS kleiner zijn en minder groeven hebben.

De kinderen hebben ook afwijkende gelaatskenmerken (bijvoorbeeld smalle oogspleten, lage oren, korte afgeplatte neus, dunne bovenlip …) en neurologische afwijkingen door beschadiging van het zenuwstelsel.

78

MODULE 07

hoofdstuk 3

1.4 Zwangerschapscontrole Omdat de gezondheid van moeder en ongeboren kind zo belangrijk is, laat je een zwangerschap het best door een vroedkundige en/of gynaecoloog opvolgen. Een vroedkundige (of verloskundige) heeft een volledige medische opleiding genoten en volgt, als alles goed gaat, je zwangerschap in een ziekenhuis of in een privépraktijk van A tot Z op. Zij (of hij, want een vroedkundige kan ook een man zijn) begeleidt je tijdens de bevalling en kan een ongecompliceerde bevalling zelfstandig uitvoeren. Als ze een specifieke opleiding heeft gevolgd, kan je vroedkundige ook echografieën doen. Het is geruststellend om je baby regelmatig te zien groeien. Als je zwangerschap risico’s inhoudt (bijvoorbeeld bij zwangerschapsdiabetes, hoge bloeddruk, specialist.

IN

tweelingzwangerschap …), verwijst ze je door naar een gynaecoloog of andere

Elke moeder kijkt uit naar haar eerste echografie, omdat ze dan haar kindje Wil je meer weten over een echografie?

VIDEO

echt kan zien. Met een echografie kan de vroedkundige/gynaecoloog de

hartslag, de groei en ontwikkeling, de ligging en de bewegingen van de baby onderzoeken en opvolgen. De groei en doorbloeding van de placenta kan ook worden onderzocht, wat informatie over een eventuele groeiachterstand kan

©

VA N

opleveren.

Afb. 33 Bij een echografie worden de baby, de vruchtzak met het vruchtwater en de moederkoek zichtbaar gemaakt.

De vroedkundige/gynaecoloog zal aan de hand van informatie over de ouders en familieleden de kansen berekenen op eventuele erfelijke afwijkingen bij het kind. Een bloedonderzoek levert belangrijke informatie over de resusfactor van de biologische ouders. De resusfactor slaat op de aanwezigheid van een resuseiwit op het membraan van de rode bloedcellen.

Als je zelf dat eiwit niet bezit, ben je resusnegatief. Je lichaam zal dan het bloed waarin die resusfactor wél aanwezig is als een indringer beschouwen en antistoffen ertegen aanmaken. Het resuspositieve bloed wordt dan afgebroken. Een resusnegatieve vrouw kan met een resuspositieve man resuspositieve of -negatieve kinderen krijgen. Als het kindje resuspositief is, maakt de moeder antistoffen aan tegen dat bloed. Als die in het bloed van de baby terechtkomen, kan de baby bloedarmoede ontwikkelen. Met medicatie kan men de aanmaak van die antistoffen voorkomen.

Met het bloedonderzoek kunnen ook een aantal structurele afwijkingen worden opgespoord. In dat geval kan eventueel in overleg worden besloten om de zwangerschap voortijdig te beëindigen.

MODULE 07

hoofdstuk 3

79

WEETJE

syndroom van Down

erfelijk materiaal moeder

syndroom van Edwards

erfelijk materiaal kind

bloedstaal moeder

syndroom van Patau

IN

Afb. 34 Bij de NIPT spoort men erfelijk materiaal van het kind op in het bloed van de moeder. Dat kan informatie opleveren over eventuele afwijkingen.

Een NIPT-onderzoek is een recente onderzoeksmethode om bepaalde erfelijke afwijkingen bij een

ongeboren kind op te sporen. NIPT staat voor Niet-Invasieve Prenatale Test, omdat de afwijkingen bij het

kind opgespoord worden door een eenvoudige bloedafname van de moeder als ze twaalf weken zwanger is.

In het bloed van de moeder circuleert erfelijk materiaal dat afkomstig is van de baby. Bij de test is er geen risico voor de moeder of de baby, wat bij andere testen wel het geval is. Een vervolgonderzoek, zoals een

VA N

vruchtwaterpunctie of vlokkentest, is nodig om het resultaat te bevestigen.

Een gezonde levensstijl is belangrijk voor een goed verloop van de zwangerschap zodat het ongeboren kind optimale ontwikkelingskansen krijgt. Met behulp van een evenwichtige voeding kan de moeder overgewicht of ondergewicht vermijden en ervoor zorgen dat de baby alle noodzakelijke voedingsstoffen in voldoende mate opneemt. Extra foliumzuur en voldoende vitamine D kunnen het goede verloop van de zwangerschap mee bewaken.

Een gezonde levensstijl betekent ook dat de toekomstige ouders de inname van schadelijke stoffen vermijden, zoals alcohol, tabaksrook, medicijnen en drugs. Regelmatige controlebezoeken aan de vroedkundige en/of gynaecoloog laten toe om de gezondheid van de moeder en de baby

©

op te volgen.

80

MODULE 07

hoofdstuk 3

Een ongezonde levensstijl kan aandoeningen van de baby of complicaties gedurende de zwangerschap veroorzaken. Dat kan blijvende gevolgen hebben in het latere leven van het kind, of leiden tot het afsterven van het ongeboren kind.

2

Hoe kan de omgeving de ontwikkeling van je ongeboren baby beïnvloeden?

Elke dag vertoeven we in een omgeving waar we wonen, leven, sporten en werken. Bepaalde factoren van die omgeving kun je zelf niet beïnvloeden, omdat ze onzichtbaar zijn of omdat je niet afweet van hun bestaan. Toch kunnen ze een impact hebben op de ontwikkeling van je ongeboren baby. Voorbeelden daarvan zijn ziekteverwekkers, giftige stoffen in de omgeving en stress.

2.1

Ziekteverwekkers

Ziekteverwekkers zijn doorgaans schimmels, bacteriën of virussen. Wanneer

IN

de moeder besmet wordt, probeert haar immuunsysteem de infectie te

overwinnen. In veel gevallen lukt dat en is er geen gevaar voor het kind.

Bepaalde ziekteverwekkers kunnen toch een gevaar opleveren voor het kind.

A

Listeria

Voedingsmiddelen kunnen ziekteverwekkers bevatten als ze niet op de

juiste manier bewerkt zijn. De listeriabacterie wordt aangetroffen in rauwe

VA N

voedingswaren die langdurig gekoeld worden bewaard, zoals schaal- en

schelpdieren, voorverpakte vis, vleeswaren en zachte kazen. Een infectie met die bacterie tijdens de zwangerschap kan leiden tot een miskraam of vroeggeboorte. Het is dus belangrijk om goed advies in te winnen over de risico’s van bepaalde voedingsmiddelen bij een zwangerschap.

B

Toxoplasmose

Toxoplasmose is een ziekte die door een eencellige parasiet veroorzaakt wordt. De parasiet wordt overgedragen door katachtigen, vandaar ook de naam ‘kattenziekte’ die in de volksmond gebruikt wordt. De parasieten worden met de uitwerpselen uitgescheiden en kunnen zo op de bodem terechtkomen.

Mensen worden meestal besmet door contact met katten en hun uitwerpselen, het werken met de handen in verontreinigde grond of het eten van ongewassen en rauwe groenten. In sommige gevallen kan ook het

©

Afb. 35 Katten kunnen toxoplasmose overbrengen. Als een vrouw voor het eerst besmet wordt tijdens een zwangerschap, kan dat gevaarlijk zijn voor het ongeboren kind.

eten van rauw vlees tot een besmetting leiden. Volwassen mensen worden meestal niet ziek. Enkel als een vrouw voor de eerste keer besmet raakt tijdens de zwangerschap is toxoplasmose gevaarlijk, omdat de vrouw dan nog geen antistoffen heeft. Dan is er immers een kans dat het ongeboren kind ook geïnfecteerd raakt. Een infectie van het ongeboren kind vroeg in de zwangerschap leidt vaak tot de dood van het ongeboren kind en zo tot een miskraam. Een besmetting laat in de zwangerschap kan neurologische en oogafwijkingen bij het kind veroorzaken.

Een onderzoek naar antistoffen in het bloed van de moeder toont aan of de moeder immuun is en al toxoplasmose heeft doorgemaakt. Wie de ziekte niet heeft doorgemaakt, moet preventieve maatregelen nemen, zoals de handen goed wassen na het bewerken van rauwe groenten en vlees, na het behandelen van katten en na het schoonmaken van de kattenbak. Ook moet rauw voedsel voldoende gaar worden gekookt om de parasieten te doden.

Loopt een zwangere vrouw toch een infectie op, dan moet aangepaste medicatie het risico op een zieke baby doen dalen.

MODULE 07

hoofdstuk 3

81

C

Het cytomegalovirus

Vrouwelijke leerkrachten van de kleuterschool moeten thuisblijven zodra ze zwanger zijn. Dat is omdat ze een relatief hoog risico lopen om besmet te raken met het cytomegalovirus (CMV). Dat is een virus dat voor volwassenen vrij onschuldig is en waar bijna iedereen vroeg of laat mee in aanraking komt.

Het virus is aanwezig in lichaamsvochten zoals snot, speeksel, urine en bloed.

Het wordt overgedragen via contact met het lichaamsvocht van een besmet persoon. Als zwangere vrouwen besmet raken, bijvoorbeeld door contact met speeksel en urine van besmette kinderen, kunnen ze het virus aan hun ongeboren kind doorgeven. Daar kan dat virus de groei verstoren en enkele aandoeningen veroorzaken, zoals de aantasting van de hersenen, de ogen en

IN

de gehoorzenuw.

Bij het vermoeden van een infectie bij een zwangere vrouw wordt een

bloedanalyse en een vruchtwateronderzoek uitgevoerd. Aan de hand van een echografie en andere gedetailleerde beeldvormingstechnieken probeert men na te gaan of er afwijkingen bij de baby zijn. Bij heel ernstige infecties en zichtbare afwijkingen bestaat de mogelijkheid tot het afbreken van de zwangerschap. Een besmetting kan enkel worden vermeden door preventieve maatregelen te nemen, zoals het vermijden van contact met lichaamsvochten

VA N

en het grondig ontsmetten van de handen na een eventueel contact.

D

Rubella

Tegenwoordig worden jonge kinderen tegen rubella ingeënt als ze twaalf maanden oud zijn, met een herhaling rond het tiende levensjaar. De vaccins zijn gratis, geven bijna 100 % bescherming en behoren tot het basisvaccinatieschema. Dat gebeurt om te voorkomen dat meisjes op latere leeftijd tijdens een zwangerschap besmet zouden raken.

Rubella, ook rodehond genoemd, is een ziekte die veroorzaakt wordt door een virus en bij kinderen en volwassen doorgaans milde symptomen heeft zoals een rode huiduitslag. Ze wordt overgedragen door druppels uit mond,

Afb. 36 Rubella kan een rode huiduitslag veroorzaken.

neus en keel.

Het virus kan worden overgedragen van de moeder op het ongeboren kind en verhoogt de kans op hart-, oog- en gehoorafwijkingen. Daarom is het

©

Het basisvaccinatieschema is een overzicht van aanbevolen, gratis inentingen die kinderen het best krijgen om hen optimaal te beschermen tegen een aantal infectieziekten: difterie, tetanus, kinkhoest, polio, hepatitis B, mazelen, bof, rubella, pneumokokken, HPV, rotavirus en meningokokken.

doormaken van de ziekte tijdens de zwangerschap heel gevaarlijk. Tijdens een onderzoek aan het begin van de zwangerschap wordt nagegaan of er voldoende antistoffen aanwezig zijn in het bloed van de moeder, zodat ze weet of ze beschermd is tegen het virus.

Als een zwangere vrouw een infectie doormaakt, is dat in vele gevallen niet schadelijk voor het kind. In sommige gevallen kan een besmetting gedurende de zwangerschap de ontwikkeling van het kind nadelig beïnvloeden. Voorbeelden daarvan zijn toxoplasmose, het cytomegalovirus en rubella. Voor een aantal infectieziekten, zoals rubella, zijn vaccins voorhanden die een besmetting en het ziekteverloop van de moeder kunnen verhinderen of milderen, zodat het ongeboren kind beschermd wordt. In een aantal andere gevallen moet de moeder preventieve maatregelen in acht nemen.

82

MODULE 07

hoofdstuk 3

2.2 Giftige stoffen in de leefomgeving De mens is een diersoort die zijn leefomgeving grondig heeft beïnvloed.

We produceren heel wat voorwerpen en stoffen die na hun gebruik op de afvalberg terechtkomen of als zwerfvuil in de vrije natuur. Tijdens het verweringsproces tot uiterst kleine partikels, dat heel snel of heel traag kan verlopen, komen schadelijke stoffen vrij die zich verspreiden in de lucht, de bodem en het water. Uiteindelijk komen ze dan in de voedselketen of ons lichaam terecht.

A

Zware metalen

In je omgeving komen nogal wat zware metalen voor, zoals kwik, lood, zink, cadmium en koper. Ze zijn vooral afkomstig van de metaalindustrie en van

IN

chips in elektronische apparaten. Ze worden gebruikt in bouwmaterialen,

batterijen, pigmenten en landbouwproducten. Vroeger waren bijvoorbeeld heel wat waterleidingen in huizen van lood gemaakt. Tijdens het

productieproces, het gebruik en de slijtage van de producten of bij het

verwijderen als afval komen kleine deeltjes van die zware metalen in de

lucht, de bodem en het oppervlaktewater terecht. Zware metalen krijgen we vooral binnen via groenten uit de moestuin of kippeneieren omdat planten

©

VA N

en dieren de metalen opnemen die in de bodem en het grondwater zitten.

Ook roofvissen, zoals tonijn, snoek en makreel, bevatten doorgaans veel zware metalen. Dat komt omdat ze aan de top van de voedselketen zitten; de zware metalen van alle opgegeten vissen komen in hun lichaam samen.

Zware metalen verminderen niet alleen de vruchtbaarheid, maar als je zwanger bent, ben je er ook extra kwetsbaar voor. Ze kunnen doorheen de placenta of via de borstvoeding in de baby terechtkomen en daar bloedarmoede, verminderde groei en aandoeningen aan de hersenen en zenuwen veroorzaken. Dat kan een impact hebben op de intellectuele ontwikkeling van het kind of gedragsstoornissen veroorzaken.

Gelukkig wordt er vandaag veel meer gezuiverd en minder geloosd, zodat vervuiling door zware metalen vooral een historisch probleem is. Toch raadt men aan om tijdens een zwangerschap het eten van groenten uit eigen tuin, van kippeneieren en van roofvissen te beperken. industrie

elektronisch afval

Mensen worden aan zware metalen blootgesteld.

bronnen van zware metalen ZWARE METALEN • lood • ijzer • kwik • arseen • zink • cadmium • koper

Via het eten van vis komen de deeltjes in het lichaam van mensen terecht.

Zware metalen kunnen in planten terechtkomen door deeltjes uit de bodem of de lucht.

Zware metalen vervuilen het water.

Afb. 37 Kleine deeltjes van zware metalen sijpelen in de bodem en het grondwater en kunnen zo in ons voedsel terechtkomen.

MODULE 07

hoofdstuk 3

83

B

Hormonen en hormoonverstorende stoffen

Eerder leerde je dat de ontwikkeling van het embryo en de foetus onder andere door hormonen wordt geregeld. Het is dan ook logisch dat hormonen een invloed kunnen hebben op de ontwikkeling van je kindje. Verstoring van de hormonale werking wordt in verband gebracht met verminderde vruchtbaarheid, het ontstaan van kankers en een tragere ontwikkeling van het embryo.

In heel wat producten zitten stoffen die een hormoonverstorende werking hebben. Een aantal van die stoffen wordt aangetroffen in plastic flessen, voedselverpakkingen, speelgoed en andere plastic voorwerpen die we bijna dagelijks gebruiken. Ook andere stoffen, zoals hormonen uit

IN

anticonceptiemiddelen en vlamvertragers in meerdere materialen of in

elektronische apparatuur, kunnen de normale hormonale werking verstoren.

Door dagelijks gebruik komen die gevaarlijke stoffen vrij in ons drinkwater en in het lichaam. De laatste jaren neemt de bezorgdheid daarover toe.

Dat heeft er bijvoorbeeld toe geleid dat er in Europa strengere richtlijnen zijn voor verpakkingen van babymaterialen. Amerikaanse onderzoekers

ontdekten ook dat de aanwezigheid van een hoge concentratie aan dergelijke hormoonverstoorders in de urine van zwangere vrouwen vaak resulteert

VA N

in baby’s waarvan de mannelijke geslachtskenmerken minder goed zijn

ontwikkeld. Van heel wat andere stoffen zijn de gezondheidseffecten op lange termijn niet gekend of onderzocht, of primeert het economische belang op dat van de volksgezondheid.

C

Microplastics

Sinds de uitvinding van plastic worden elk jaar grotere hoeveelheden kunststoffen geproduceerd. Slijtage van voorwerpen in kunststof en plastic afval levert minuscuul kleine, biologisch niet-afbreekbare deeltjes op: microplastics. Die deeltjes worden in steeds grotere hoeveelheden, en in alle uithoeken van de planeet, aangetroffen en komen zo via de lucht, de voedselketen en het drinkwater ook in ons lichaam. Een onderzoek in 2020 bracht de aanwezigheid van microplastics in de placenta aan het licht.

Wellicht worden die deeltjes ook door de foetus opgenomen. De impact van die microplastics is nog niet meteen duidelijk, maar wetenschappers gaan

©

ervan uit dat ze schade op korte of lange termijn kunnen veroorzaken.

Afb. 38 Via plastic flessen krijgen baby’s dagelijks heel wat microplastics binnen.

84

MODULE 07

hoofdstuk 3

Afb. 39 Door plastic afval komen microplastics in de natuur en in ons lichaam terecht.

D De biolandbouw probeert het gebruik van pesticiden te beperken. Een bioboer zal dus ziekten en plagen proberen te voorkomen. Dat kan door gezonde gewassen te kiezen, de bodem gezond te houden en voor biodiversiteit te kiezen.

Pesticiden

In de landbouwsector wordt vaak gebruikgemaakt van pesticiden om gewassen te beschermen en een hogere opbrengst na te streven. Wie in een landbouwgebied woont waar vaak pesticiden worden gesproeid, komt dus vaker in aanraking met die stoffen dan mensen die in steden wonen.

Door het eten van met pesticiden behandelde groenten en fruit komen die schadelijke stoffen in de meeste gevallen toevallig in je lichaam terecht.

Wetenschappers ontdekten dat zwangere vrouwen die veel aan pesticiden worden blootgesteld, een veel grotere kans hebben op een baby die te vroeg wordt geboren en een laag geboortegewicht heeft. Ook hebben de kinderen op latere leeftijd vaak een lager IQ of lijden ze aan een stoornis van het autismespectrum. Om blootstelling aan pesticiden te beperken, dien je

IN

groenten en fruit altijd grondig te wassen.

Overal waar je vertoeft, word je blootgesteld aan stoffen uit de omgeving.

Vaak heb je daar geen weet van, maar sommige van die stoffen kunnen een schadelijke invloed hebben op jou of op je ongeboren kind.

Via voedsel en drinkwater komen ze in het lichaam terecht. Dat kan

leiden tot een verminderde vruchtbaarheid. Doordat de stoffen doorheen

VA N

de placenta tot in het kind raken, kunnen ze leiden tot een verstoring van de normale ontwikkeling van je baby.

2.3 Stress

Te veel stress is ongezond, maar zeker tijdens de zwangerschap raden artsen aan om drukke activiteiten af te bouwen en voldoende tijd te maken voor rust, pauzes en voldoende slaap. Zo kan er voldoende energie naar de groeiende baby gaan.

Stress verhoogt het gehalte aan het hormoon cortisol in je lichaam. Cortisol raakt via de placenta in het bloed van de baby en beïnvloedt de mentale ontwikkeling: de baby is prikkelbaarder en huilt meer, wat tot een minder positieve ouder-kindrelatie kan leiden. Op latere leeftijd is er een grotere

©

kans op prikkelbaarheid, aandachtsproblemen en gedragsproblemen (ADHD).

Afb. 40 Verhoogde stressniveaus hebben een negatief effect op de zwangerschap.

Een hoog gehalte aan cortisol kan er de oorzaak van zijn dat een eisprong uitblijft of een innesteling wordt tegengehouden, zodat je veel moeilijker zwanger raakt.

Langdurige stress bij een zwangere vrouw zorgt voor een verhoging van het stresshormoon cortisol. Een hoge concentratie aan cortisol zorgt dat zwanger raken moeilijker wordt, maar heeft ook invloed op de mentale ontwikkeling van de baby, wat aan de basis kan liggen van bepaalde gedragsstoornissen. Daarom is ontspanning en voldoende rust tijdens de zwangerschap belangrijk.

MODULE 07

hoofdstuk 3

85

AAN DE SLAG

1

Bespreek hoe de keuze van wat je eet (je dieet) de ontwikkeling van je kind negatief en positief kan beinvloeden.

IN

2

Toon aan hoe een verminderde vruchtbaarheid een gevolg kan zijn van (passief) roken.

VA N

Vrouwen die zwanger willen worden of zwanger zijn, moeten rauwe groenten uit eigen tuin voldoende wassen. Leg uit.

©

3

86

MODULE 07

hoofdstuk 3 - AAN DE SLAG

4

Waarom kan het hebben van een kat als huisdier gevaarlijk zijn voor een zwangere vrouw?

5

Verklaar waarom een regelmatig bezoek aan de vroedkundige/gynaecoloog belangrijk is.

IN

Waarom is het doormaken van een infectieziekte tijdens de zwangerschap gewoonlijk veel gevaarlijker dan

VA N

6

het doormaken van de infectieziekte voor de zwangerschap?

Verklaar waarom regelmatig een wandeling maken in de natuur de ontwikkeling van een baby ten goede kan komen.

©

7

Meer oefenen? Ga naar

.

MODULE 07

hoofdstuk 3 - AAN DE SLAG

87

IN ondergewicht/

overgewicht

ongezonde levensstijl

stress

negatief

voeding

en gevarieerde

evenwichtige

positief

voldoende

vitamine D

extra foliumzuur

bezoek aan

gynaecoloog

vroedkundige/

bloedonderzoek

zwangerschapscontrole

vaccinatie

gezonde levensstijl

voeding

ongezonde

ONTWIKKELING VAN HET KIND

infecties

voorkomen

maatregelen

preventieve

VA N

roken

medicijnen

alcohol, drugs,

listeria

infectieziekten

omgeving

pesticiden

hormoonverstorende

©

CMV

toxoplasmose rubella

microplastics

zware metalen

stoffen

SYNTHESE hoofdstuk 3

MODULE 07

88

kennisclip

VIDEO

HOOFDSTUKSYNTHESE

MODULE 08

REACTIESNELHEID EN CHEMISCH EVENWICHT

Een kampvuur bouwen om lekkere marshmallows te roosteren: het is niet voor iedereen even gemakkelijk.

Er zit een hoop chemie achter! Je start met dunne takjes, gedroogd mos, gras en bladeren. Wanneer het vuur brandt, voeg je langzaamaan dikkere en grotere houtblokken toe. Kom maar op met die marshmallows!

©

VA N

IN

Maar vergeet ook niet om achteraf het vuur te doven ...

?

` Wanneer treedt een chemische reactie op? ` Welke factoren hebben een invloed op de snelheid van een chemische reactie? ` Zal een chemische reactie altijd volledig worden uitgevoerd of stopt ze op een bepaald ogenblik?

We zoeken het uit!

VERKEN

JE KUNT AL ...

E (J)

E (J)

reagentia

ER

reactieproducten

EP reactieenergie

ΔE < 0

EP

CH4 (g)

ER t (s)

ΔE > 0

O2 (g)

CO2 (g)

H2O (g)

t (s)

• het onderscheid maken tussen een endo-energetische en een exo-energetische reactie;

• een chemische reactie in balans brengen door gebruik te maken van de wet van behoud van atomen; • de toestand (aq, v, vl, g) bij de reagentia en reactieproducten noteren.

VA N

• aanduiden in een chemische reactie of er een gas of een neerslag wordt gevormd.

IN

reactieenergie

©

JE LEERT NU ...

H1

H2

• het onderscheid maken tussen een effectieve en een elastische botsing;

• het onderscheid maken tussen een aflopende reactie en een evenwichtsreactie;

• onder welke voorwaarden een chemische reactie kan starten;

• dat elke reactie in theorie omkeerbaar is;

• de begrippen ‘activeringsenergie’, ‘geactiveerd complex’ en ‘reactiesnelheid’ uitleggen; • welke factoren een invloed hebben op de reactiesnelheid.

90

MODULE 08

verken

• het begrip ‘chemisch evenwicht’ toelichten aan de hand van enkele voorbeelden.

HOOFDSTUK 1

Î Reactiesnelheid Een chemische reactie tussen

LEERDOELEN M Het botsingsmodel van een chemische reactie uitleggen M De termen ‘activeringsenergie’, ‘elastische botsing’, ‘effectieve botsing’, ‘reactie-energie’ en ‘geactiveerd complex’ toelichten

verschillende moleculen vindt plaats als de bestaande bindingen verbroken worden en er nieuwe bindingen gevormd worden.

Dat gaat niet altijd even gemakkelijk.

De bindingskrachten tussen de atomen moeten worden overwonnen.

M De reactiesnelheid uitdrukken in functie van de

VA N

Verklaring van de reactiesnelheid aan de hand van het botsingsmodel

1.1

Soorten botsingen

Om een reactie tussen reagentia te laten plaatsvinden, moeten de reagentia natuurlijk met elkaar in contact komen. Bovendien moet er aan 2 belangrijke voorwaarden voldaan worden:

©

1

IN

deelnemende reagentia en reactieproducten

1

De reagentia moeten met voldoende kinetische energie botsen.

2

De reagentia moeten de juiste oriëntatie hebben tijdens die botsing.

S Afb. 1 Het botsingsmodel: effectieve botsing

We bekijken als voorbeeld de reactie tussen de moleculen waterstofgas en chloorgas tot 2 moleculen zoutzuur: H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl(g) De moleculen moeten met voldoende hevigheid en in de juiste oriëntatie met elkaar botsen om de H-H en Cl-Cl bindingen te breken en nieuwe atoombindingen H-Cl te vormen.

•

Als aan beide voorwaarden voldaan is, spreek je van een effectieve botsing.

•

Als aan 1 van beide voorwaarden niet voldaan is, spreek je van een elastische botsing.

MODULE 08

hoofdstuk 1

91

A

Elastische botsing

Een elastische botsing is een botsing waarbij de moleculen ongewijzigd blijven. Daar zijn 2 mogelijke redenen voor: 1

Er is onvoldoende kinetische energie bij de botsende deeltjes:

Cl

H H

H H

Cl

Cl

H H

Cl

IN

Cl

Cl

S Afb. 2 Voorbeeld van een elastische botsing door onvoldoende energie bij de botsende deeltjes

2

VA N

De oriëntatie van de moleculen is verkeerd:

H H

Cl

Cl

H H

Cl

Cl

H H

Cl

Cl

S Afb. 3 Voorbeeld van een elastische botsing door een verkeerde oriëntatie van de moleculen

B

Effectieve botsing

Een effectieve botsing is een botsing waarbij nieuwe atoomcombinaties ontstaan. Er wordt gebotst met voldoende energie en de deeltjes hebben

©

de juiste oriëntatie.

Cl

H H

H2

Cl

+

Cl2

H H

H

Cl

H

Cl

Cl Cl

(H2Cl2 )

2 HCl

S Afb. 4 Voorbeeld van een effectieve botsing. Tijdens de chemische reactie vormen de atomen een tussenfase (hier H2Cl2) die niet stabiel is en verder reageert naar de eindproducten. Daarom wordt die tussen haakjes vermeld.

92

MODULE 08

hoofdstuk 1

1.2

Het geactiveerd complex

Een chemische reactie is het gevolg van effectieve botsingen tussen deeltjes.

Door de opslorping van kinetische energie ontstaat een geactiveerd complex, een tussenfase met een hogere energie-inhoud dan die van alle losse betrokken reagentia. Het geactiveerd complex kan enkel bereikt worden als de reagentia dus voldoende kinetische energie bezitten. Die onstabiele tussenvorm in de reactie is vaak een complexe verbinding die uiteindelijk zal uiteenvallen in verschillende reactieproducten.

In ons voorbeeld, de reactie tussen waterstofgas (H2) en chloorgas (Cl2),

ontstaat dus tijdelijk een complexe molecule (H2Cl2). Dat geactiveerd complex zal daarna spontaan aanleiding geven tot de vorming van de nieuwe, stabiele

IN

deeltjes (reactieproducten). Daarbij komt er opnieuw een hoeveelheid van de opgeslorpte energie vrij.

H

Cl

H H

Cl

VA N

H H

Cl

Cl

Cl

H

H2

+

Cl2

(H2Cl2 ) geactiveerd complex

E (kJ)

EA

H

W Afb. 5 Voorbeeld van een effectieve botsing. Daarbij wordt (tijdelijk) een tussenfase of geactiveerd complex gevormd.

H

Cl Cl

reagentia

© EP

2 HCl

geactiveerd complex

EGC

ER

Cl

H H

Cl Cl

H H

Cl

Cl

reactieproducten

t (s)

Legende: ER = energie van de reagentia EP = energie van de reactieproducten EA = activeringsenergie EGC = energie van het geactiveerd complex

W Afb. 6 Het energiediagram van de reactie tussen H2 en Cl2.

Let op de hogere energie-inhoud van het geactiveerd complex

Bestaande bindingen breken kost altijd veel energie. Het kost minder energie om een tijdelijk geactiveerd complex te vormen, maar ook dat geactiveerd complex heeft een hogere energie-inhoud dan de reagentia (EGC > ER).

MODULE 08

hoofdstuk 1

93

Er is bij een reactie dus altijd een bepaalde activeringsenergie EA nodig om de

reagentia om te zetten in het geactiveerd complex. De activeringsenergie EA is

dus de energie die je moet toevoegen om de reactie te starten.

Op afbeelding 7 is het energiediagram van een exo-energetische reactie weergegeven. Het uiteindelijke energieniveau (ΔE) van de reactieproducten (EP) ligt lager dan het energieniveau van de reagentia (ER) waar de reactie mee begon. Er is dus energie vrijgesteld: ∆E = EP – ER < 0.

De vorming van een geactiveerd complex is energetisch gunstiger dan de reactieweg waarbij eerst de bindingen in de reagentia volledig worden gebroken en daarna de nieuwe bindingen worden gevormd.

Tijdens de vorming van het geactiveerd complex worden immers

IN

tegelijkertijd de bindingen in de reagentia gebroken en de bindingen in de reactieproducten gevormd. De energie die vrijkomt bij het maken van de nieuwe bindingen, wordt gebruikt om de bindingen in de reagentia te breken.

Daardoor is er minder activeringsenergie nodig en verloopt het proces energetisch gunstiger.

VA N

E (kJ)

Evrije atomen

X Y X Y

EGC

X Y X Y

ER

EP

X Y X Y

reagentia

losse of vrije atomen

geactiveerd complex

vorming geactiveerd complex is energetisch gunstiger

reactieproducten

X Y X Y reactieverloop

W Afb. 7 Energieniveau van het geactiveerd complex versus het breken van bindingen. Je ziet duidelijk dat het meer energie kost om alle bindingen tegelijkertijd te breken (rode pijl), dan om tussentijds een geactiveerd complex te vormen (bruine pijl).

©

Het botsingsmodel is gebaseerd op 2 voorwaarden waaraan de reagentia moeten voldoen opdat een chemische reactie zou optreden (= effectieve botsing): 1

Ze moeten voldoende kinetische energie bezitten om bestaande bindingen te breken en nieuwe bindingen te vormen.

2

Ze moeten in de gepaste oriëntatie ten opzichte van elkaar contact maken.

Het geactiveerd complex is een onstabiele tussentoestand van atomen waarin zowel de bindingen die aanwezig zijn in de reagentia, als de bindingen die aanwezig zijn in de reactieproducten, voorkomen. Die reactieweg is energetisch gunstiger dan de reactieweg waarbij de reagentia eerst volledig worden afgebroken in aparte atomen en dan de nieuwe bindingen van de reactieproducten worden gevormd.

Het verschil in energie-inhoud tussen de reagentia en het geactiveerd complex is de activeringsenergie, die altijd een positieve waarde heeft.

94

MODULE 08

hoofdstuk 1

De reactiesnelheid

Als we het over (reactie)snelheid hebben, bedoelen we ofwel de gemiddelde reactiesnelheid binnen een bepaalde tijdsspanne, ofwel de snelheid op een bepaald ogenblik tijdens het reactieverloop: de ogenblikkelijke snelheid. Want de snelheid waarmee een reactie verloopt, is niet constant. In elk geval is het aantal effectieve botsingen per tijdseenheid een maat voor de snelheid van de betrokken reactie.

IN

De snelheid van een chemische reactie kun je uitdrukken als: mol • de verlaging van de concentratie ( L ) van reagentia per tijdseenheid; mol • de verhoging van de concentratie ( L ) van reactieproducten per tijdseenheid.

In de chemie bepaal je de reactiesnelheid op 2 manieren: 1

de gemiddelde reactiesnelheid in een bepaald tijdsinterval tijdens de reactie;

2

de ogenblikkelijke reactiesnelheid op een bepaald tijdstip tijdens de reactie.

VA N

Je geeft de reactiesnelheid dan ook als volgt weer: REACTIESNELHEID

SYMBOOL

UITGEDRUKT IN …

gemiddelde reactiesnelheid

<v>

mol · L-1 · s-1

ogenblikkelijke reactiesnelheid (op tijdstip t)

vt

mol · L-1 · s-1

Je kunt de gemiddelde reactiesnelheid uitdrukken als de verandering van de concentratie van 1 van de bij de reactie betrokken stoffen in functie van de tijd.

We bekijken eerst een reactie waarbij de voorgetallen allemaal gelijk zijn aan 1.

Voorbeeld:

De omzetting van koolstofmonoxide tot koolstofdioxide met behulp van stikstofdioxide: CO + NO2 → CO2 + NO

Je kunt de reactiesnelheid schrijven als de verandering van de koolstofdioxideconcentratie in functie van de tijd.

Aangezien er CO2 gevormd wordt in die reactie, zal <v> =

∆[CO2] ∆t

De bovenstaande vergelijking geeft je de gemiddelde reactiesnelheid over een tijdsspanne ∆t.

©

2

Gemiddelde reactiesnelheid Uit de definitie van de reactiesnelheid volgt de gemiddelde reactiesnelheid <v> in een bepaald tijdsinterval ∆t: ∆[X] <v> = ∆t Daarbij geldt: [X] = de concentratie van 1 van de betrokken stoffen Voor een algemene reactie A → B geldt dan: ∆[B] ∆[A] <v> = ∆t of <v> = – ∆t

MODULE 08

hoofdstuk 1

95

Het minteken bij de tweede formule duidt erop dat A een reagens is en dus in concentratie afneemt of wegreageert. Voor elke mol B die ontstaat, verdwijnt er immers een mol A. De concentratietoename van de reactieproducten is op elk ogenblik gelijk aan de concentratievermindering van de reagentia.

Wil je de gemiddelde reactiesnelheid exacter definiëren, dan moet je ook rekening houden met de coëfficiënten in de reactievergelijking.

De concentratieverandering is immers niet hetzelfde voor alle stoffen die bij de reactie betrokken zijn. Hoe groter de coëfficiënt van de stof in de reactievergelijking, hoe groter ook de concentratieverandering van die stof.

Voor de algemene reactie aA + bB + cC → xX + yY + zZ wordt de correcte uitdrukking van <v>:

IN

∆[A] ∆[B] ∆[C] ∆[X] ∆[Y] ∆[Z] <v> = – a · ∆t = – b · ∆t = – c · ∆t = – x · ∆t = – y · ∆t = – z · ∆t Voorbeeld:

De synthese van ammoniak volgens het Haber-Boschproces: N2 + 3 H2 → 2 NH3

Door de aanwezigheid van de verschillende coëfficiënten in de reactievergelijking is binnen hetzelfde tijdsinterval de concentratievermindering van waterstofgas 3 keer groter dan de

VA N

concentratievermindering van stikstofgas. De concentratieverhoging van ammoniak is in dat tijdsinterval dan weer 2 keer groter. De berekende waarde van de reactiesnelheid is echter onafhankelijk van de gekozen stof.

De gemiddelde reactiesnelheid wordt immers als volgt gedefinieerd: ∆[N2] ∆[H2] ∆[NH3] <v> = – ∆t = – 3 · ∆t = – 2 · ∆t

Als je de ogenblikkelijke reactiesnelheid op een bepaald ogenblik wilt weten, laat je het tijdsinterval naderen tot 0 (in de wiskunde noem je dat de limietwaarde).

De snelheid waarmee een chemische reactie verloopt (de reactiesnelheid), wordt gedefinieerd als de verhouding van de verandering van de concentraties van de reagentia en de reactieproducten tot de tijd waarin die verandering optreedt.

De reactiesnelheid is dus:

de snelheid waarmee de concentratie van een reagens afneemt;

•

de snelheid waarmee de concentratie van een reactieproduct toeneemt.

©

•

In de chemie bepaal je de reactiesnelheid op 2 manieren: •

de gemiddelde reactiesnelheid in een bepaald tijdsinterval tijdens de reactie;

•

de ogenblikkelijke reactiesnelheid op een bepaald moment tijdens de reactie.

SYMBOOL

UITGEDRUKT IN …

gemiddelde reactiesnelheid

REACTIESNELHEID

<v>

mol · L-1 · s-1

ogenblikkelijke reactiesnelheid (op tijdstip t)

vt

mol · L-1 · s-1

Voor de algemene reactie aA + bB + cC → xX + yY + zZ is de gemiddelde snelheid: ∆[A] ∆[B] ∆[C] ∆[X] ∆[Y] ∆[Z] <v> = – a · ∆t = – b · ∆t = – c · ∆t = – x · ∆t = – y · ∆t = – z · ∆t

96

MODULE 08

hoofdstuk 1

3

Factoren die de reactiesnelheid beïnvloeden

De snelheid waarmee een reactie tussen deeltjes plaatsvindt, is een gevolg van het aantal effectieve botsingen. Een effectieve botsing is op haar beurt een gevolg van de juiste oriëntatie en voldoende kinetische energie van de botsende deeltjes. Dat leerde je in de botsingstheorie.

Gelukkig kun je de reactiesnelheid op bepaalde manieren zelf beïnvloeden.

Dat is bijvoorbeeld belangrijk om in een reeks reacties de snelheid van de deelstappen van een globaal chemisch proces op elkaar af te stemmen,

IN

zodat de ene reactor niet hoeft te wachten op het product van een andere reactor.

Om aan te tonen hoe je de reactiesnelheid kunt beïnvloeden, bekijken we het voorbeeld van de hond Billy. Billy lust graag een klontje suiker. Als er eentje per ongeluk wordt achtergelaten op tafel, is hij er al snel mee aan de haal,

VA N

als een dief in de nacht.

Zonder Billy zou het klontje suiker weken aan een stuk onaangeroerd en onveranderlijk op de tafel blijven liggen. Er gebeurt dan niets met de suiker.

Maar als Billy het klontje steelt, verdwijnt de suiker heel snel. Hij knabbelt heel kort op het klontje en het is voorgoed verdwenen.

Hoe komt het dat de suiker zo snel wordt omgezet door Billy? Wat voegt hij toe aan het proces?

1 Verdelingsgraad

2

Billy knabbelt op het klontje. Daardoor

Billy’s lichaamstemperatuur is hoger dan de

wordt de suiker fijner verdeeld.

Temperatuur

kamertemperatuur. Wanneer de suiker in zijn

Om te reageren, moeten de

mond komt, gaan de deeltjes door die

reagensdeeltjes met elkaar

temperatuurstijging sneller bewegen. Billy

in contact komen.

beïnvloedde dus de temperatuur.

Hoe fijner ze verdeeld zijn, hoe groter de verhouding

©

3

contactoppervlak . volume

Katalysator

Tijdens het kauwen gebruikte Billy speeksel. Het speeksel van mensen en dieren bevat enzymen. In het speeksel van

Kortom: Billy deed door het

Billy zorgt amylase voor een snellere afbraak

knabbelen de verdelingsgraad

van de suiker. Dergelijke biologische enzymen

stijgen, waardoor de suiker sneller

worden in de chemie katalysatoren genoemd.

ging reageren.

Naast de verdelingsgraad, de temperatuur en het gebruik van een katalysator zijn er nog 2 belangrijke invloedsfactoren op de snelheid van een reactie.

MODULE 08

hoofdstuk 1

97

We bekijken als voorbeeld een chemisch labo. In een labo werkt men vaak met oplossingen. De hoeveelheid opgeloste stoffen – ook wel de concentratie van de oplossingen genoemd – is belangrijk voor de snelheid waarmee de deeltjes reageren.

Dat is gemakkelijk te verklaren: vergelijk het met het aantal botsingen op een drukke autosnelweg en een zo goed als autoloze straat. De kans op auto-ongelukken neemt toe met de drukte. Zo zal ook het aantal effectieve botsingen in een chemische reactie toenemen bij een hogere concentratie aan deeltjes.

Tot slot kan ook de invloed van externe energie een rol spelen. Bepaalde voedselwaren bewaar je het best op een donkere plaats (bv. aardappelen).

IN

De invallende lichtstralen kunnen er immers voor zorgen dat het voedsel sneller bederft (bv. aardappelen krijgen opnieuw scheuten). Ze geven energie aan de bacteriën die daarvoor verantwoordelijk zijn. Dat proces kun je vertragen door het invallende licht weg te nemen.

Een ander voorbeeld zijn reacties die met opzet versneld worden onder S Afb. 8 De kans op ongelukken is groter op een drukke autosnelweg dan op een rustig landweggetje.

invloed van bijvoorbeeld uv-licht. Er wordt energie toegevoegd aan het

systeem, waardoor alweer meer moleculen effectief botsen. Zo wordt een

VA N

nieuwe vulling in je tand bijvoorbeeld bestraald om de vulling sneller te laten harden. Maar ook bij het plaatsen van kunstnagels houdt men de

aangebrachte nagels (met nagellak) even onder uv-licht om het proces te versnellen.

De reactiesnelheid kun je beïnvloeden door meerdere factoren: •

de temperatuur;

•

de verdelingsgraad;

•

het gebruik van een katalysator;

•

de concentratie van de reagentia;

•

externe energie toevoegen of wegnemen.

©

WEETJE Wist je dat je in theorie zonder problemen een briefje van 50 euro in brand kunt steken?

Als je een mengsel maakt van 50 mL ethanol en 50 mL water en daarin een bankbiljet dompelt, kun je het vervolgens aansteken met een vlam. Maar geen paniek! Omdat alcohol een veel lagere ontbrandingstemperatuur heeft dan papier, zal eerst de ethanol ontbranden. Het water uit je mengsel zorgt ervoor dat het papier onder zijn ontbrandingstemperatuur van 230 °C blijft.

Let op: een hogere concentratie aan ethanol zorgt voor een extra reactie tussen ethanol en zuurstofmoleculen, en dus voor extra verbrandingswarmte. Het bankbiljet zal mee opbranden! Toch maar beter proberen met gewoon papier? Geld verbranden is immers strafbaar.

98

MODULE 08

hoofdstuk 1

AAN DE SLAG

1

Waarom heeft de activeringsenergie altijd een positieve waarde?

Teken het energiediagram van een endo-energetische reactie.

Vermeld de volgende gegevens: ER, EP, EA, EGC, ΔE.

3

VA N

IN

2

Leg uit waarom je een haardvuur makkelijker kunt aansteken door: a

erin te blazen:

©

b fijn gekliefd aanmaakhout te gebruiken:

4

Waarom rijst brood veel gemakkelijker al het op een warme plaats staat?

MODULE 08

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

99

5

Welke factor die de reactiesnelheid beïnvloedt, speelt een rol bij deze situaties? a

Niet pelletkachel, maar centrale verwarming

oorzaak van CO-vergiftiging waarbij vader en

zoon omkwamen

Zaterdag werd het gezin zwaar getroffen

door een CO-intoxicatie. ‘Uit onderzoek is

donderdag gebleken dat niet de pelletkachel, maar wel de centraleverwarmingsinstallatie op gas aan de basis ligt’, meldt het parket.

b

Vrouw sterft na eten van sardines in Frans

restaurant

IN

Naar: standaard.be, 19/01/2023

In de Franse stad Bordeaux zijn verschillende

restaurantklanten opgenomen in het

VA N

ziekenhuis na een ‘botulismevoedsel-

vergiftiging’. Eén ding hadden ze gemeen:

ze bezochten de afgelopen dagen allemaal hetzelfde restaurant, waar ze huisbereide geconserveerde sardines aten.

Naar: vrt.be/vrtnws, 15/09/2023

Bekijk aandachtig deze foto’s. Links zie je brandhout, rechts aanmaakhout.

©

6

a

Welke invloedsfactor wordt mooi geïllustreerd door de bovenstaande foto’s?

b Waarom worden de blokken links verkocht als brandhout en de blokken rechts als aanmaakhout?

Verklaar aan de hand van de botsingstheorie.

100

MODULE 08

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

7

Als je bij een jeugdbeweging zit, heb je op kamp je eten misschien al eens opgewarmd in een gamel (een aluminium ‘pannetje’). Die kun je immers veilig verwarmen. Aluminiumpoeder dat verhit wordt, verbrandt echter wel hevig en is moeilijk te blussen. Wat is de verklaring daarvoor?

Bekijk de grafiek. a

Duid aan: 1

reactie-energie

2

reactieproducten

3

reagentia

4

activeringsenergie (zonder katalysator)

5

activeringsenergie (met katalysator)

VA N

E

IN

8

reactieverloop

b Om welke reactie gaat het?

een endotherme reactie een exotherme reactie

9

Wat is de juiste notatie voor de berekening van de gemiddelde reactiesnelheid van deze reactie (in een gesloten systeem)? Er zijn meerdere antwoorden mogelijk.

©

N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g)

10

Welke reacties zijn snel en welke traag? a

rijpend fruit snelle reactie

trage reactie

b roestend ijzer snelle reactie c

trage reactie

vuurwerk snelle reactie

trage reactie

d de vorming van kalksteen in het koffiezetapparaat snelle reactie

trage reactie MODULE 08

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

101

11

Een geopend tetrapak melk bewaar je in de koelkast, omdat … je de activeringsenergie van de bacteriën dan hoog houdt; bij een lage temperatuur de omzetting naar verzurende producten trager verloopt; de melk dan beter smaakt; de melk sneller verzuurt in een tetrapak dan in een glazen fles.

12

Je verdeelt 10 g KMnO4 in 2 delen. Het ene deel stamp je in een mortier tot een fijn poeder.

Het andere deel laat je ongemoeid. Dan breng je beide delen op een brandbestendige plaat (een tiental cm van elkaar) en druppel je er gelijktijdig 1 mL glycerine over.

Na enkele seconden ontstaan er witte rook en gensters. a

Welk deel ontbrandt het eerst?

b Wat is de reden daarvoor?

IN

de hogere concentratie in het ene hoopje KMnO4

de hogere temperatuur in het ene hoopje KMnO4 de fijnere verdeling in het ene hoopje KMnO4

VA N

de werking van glycerine als katalysator

13

Waterstofperoxide (H2O2) ontbindt onder invloed van licht volgens deze reactie: licht

2 H2O2 → 2 H2O + O2

De ontbinding verloopt sneller als je bruinsteen (MnO2) toevoegt. Welke functie heeft bruinsteen hier?

.

©

Meer oefenen? Ga naar

102

MODULE 08

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE BOTSINGSMODEL

Het botsingsmodel is gebaseerd op 2 voorwaarden waaraan de reagentia moeten voldoen opdat een chemische reactie zou optreden (= effectieve botsing): 1

Ze moeten voldoende kinetische energie bezitten om bestaande bindingen te breken en nieuwe bindingen te vormen.

2

Ze moeten in de gepaste oriëntatie ten opzichte van elkaar contact maken.

Het geactiveerd complex is een onstabiele tussentoestand van atomen waarin zowel de bindingen die aanwezig zijn in de reagentia, als de bindingen die aanwezig zijn in de reactieproducten, voorkomen. Die reactieweg is

IN

energetisch gunstiger dan de reactieweg waarbij de reagentia eerst volledig worden afgebroken in aparte atomen en dan de nieuwe bindingen van de reactieproducten worden gevormd.

Het verschil in energie-inhoud tussen de reagentia en het geactiveerd complex is de activeringsenergie, die altijd een positieve waarde heeft.

REACTIESNELHEID

VA N

De snelheid waarmee een chemische reactie verloopt (de reactiesnelheid), wordt gedefinieerd als de verhouding van de verandering van de concentraties van de reagentia en de reactieproducten tot de tijd waarin die verandering optreedt. De reactiesnelheid is dus: • •

de snelheid waarmee de concentratie van een reagens afneemt;

de snelheid waarmee de concentratie van een reactieproduct toeneemt.

In de chemie bepaal je de reactiesnelheid op 2 manieren: • •

de gemiddelde reactiesnelheid in een bepaald tijdsinterval tijdens de reactie;

de ogenblikkelijke reactiesnelheid op een bepaald moment tijdens de reactie.

REACTIESNELHEID

SYMBOOL

UITGEDRUKT IN …

gemiddelde reactiesnelheid

<v>

mol · L-1 · s-1

ogenblikkelijke reactiesnelheid (op tijdstip t)

vt

mol · L-1 · s-1

Voor de algemene reactie aA + bB + cC → xX + yY + zZ is de gemiddelde snelheid:

©

∆[A] ∆[B] ∆[C] ∆[X] ∆[Y] ∆[Z] <v> = – a · ∆t = – b · ∆t = – c · ∆t = – x · ∆t = – y · ∆t = – z · ∆t

FACTOREN DIE DE REACTIESNELHEID BEÏNVLOEDEN

•

de temperatuur

•

de verdelingsgraad

•

het gebruik van een katalysator

•

de concentratie van de reagentia

•

externe energie toevoegen of wegnemen

MODULE 08

SYNTHESE hoofdstuk 1

103

HOOFDSTUK 2

Î Chemisch evenwicht Je bent er tot nu toe altijd van uitgegaan dat een

LEERDOELEN

reactie steeds verdergaat, totdat de reagentia

M Het onderscheid maken tussen een aflopende

uitgeput zijn. In dit hoofdstuk zie je dat dat niet

reactie en een evenwichtsreactie

altijd het geval is. Meer nog: sommige reacties

M Uitleggen dat elke reactie in theorie omkeerbaar is M Uitleggen dat het chemisch evenwicht dynamisch

zijn volledig omkeerbaar. Maar onder welke omstandigheden? We zoeken het uit!

1

IN

of beweeglijk is

Wat is een systeem?

Een chemisch of fysisch proces speelt zich altijd ergens in het universum af.

Om zo’n proces te kunnen beschrijven, moet je dat ‘ergens’ nauwkeuriger

VA N

omgeving

definiëren. Je zegt dat een proces gebeurt in een systeem. Die term duidt een

systeem

grens

bepaald, begrensd deel van het heelal aan. Alles wat niet tot het systeem behoort, noem je de omgeving.

Er bestaan drie soorten systemen:

omgeving

S Afb. 9 Schematische voorstelling van een systeem

•

Een open systeem is een systeem waarin de hoeveelheid materie en de hoeveelheid energie kunnen worden uitgewisseld met de omgeving.

VOORBEELD OPEN SYSTEEM

Een voorbeeld van een open systeem is een levende cel, waarin meestal voortdurend stoffen met de omgeving worden uitgewisseld met behulp van energieomzettingen. Een ander voorbeeld is een open fles water: aangezien de fles niet gesloten is, kan het water (materie) ontsnappen. Daarnaast kan er ook energie opgenomen of afgegeven worden: de fles kan opwarmen

©

(bv. in de zon) of afkoelen (bv. in de koelkast).

S Afb. 10 Een levende cel is een open systeem.

104

MODULE 08

hoofdstuk 1

S Afb. 11 Een open fles water is een voorbeeld van een open systeem.

•

Een gesloten systeem is een systeem waarin de hoeveelheid materie niet wijzigt, maar waarin de hoeveelheid energie wel kan veranderen. Met andere woorden: er gebeuren energie-uitwisselingen met de omgeving.

VOORBEELD GESLOTEN SYSTEEM Een voorbeeld van zo’n systeem is een reactievat waarbinnen een chemische reactie optreedt. Volgens de wet van behoud van massa is de totale hoeveelheid massa in het reactievat constant. Maar via het (nietgeïsoleerde) reactievat kan de materie die zich in het vat bevindt, wel energie uit de omgeving opnemen of energie aan de omgeving afgeven.

Ook een afgesloten fles water is een voorbeeld van een gesloten systeem.

Wanneer een fles water gesloten is, kan er geen materie (in dit geval water) ontsnappen. Er kan echter wel energie opgenomen of afgegeven worden.

VA N

IN

De fles water kan opwarmen (energieopname) of afkoelen (energieafgifte).

S Afb. 12 Een reactievat is een gesloten systeem.

•

S Afb. 13 Een gesloten fles water is een voorbeeld van een gesloten systeem.

Een geïsoleerd systeem is een systeem waarin noch energie, noch

materie met de omgeving wordt uitgewisseld.

VOORBEELD GEÏSOLEERD SYSTEEM

Een calorimeter of joulevat met inhoud is een geïsoleerd systeem. Maar ook een thermosfles is een voorbeeld van een geïsoleerd systeem. Breng je je water mee naar school in een thermosfles, dan blijft het de hele dag lekker fris. Er kan immers geen materie (water) ontsnappen (als je de dop tenminste goed dichtdraait), maar er wordt ook geen warmte opgenomen uit de omgeving.

©

thermometer

roerder

geïsoleerde wand reactiemengel

S Afb. 14 Een calorimeter is een goed geïsoleerd vat waarmee je de warmtecapaciteit van een voorwerp of vloeistof kunt bepalen. Het is een geïsoleerd systeem.

S Afb. 15 Een thermosfles is een voorbeeld van een geïsoleerd systeem.

OPEN SYSTEEM

GESLOTEN SYSTEEM

GEÏSOLEERD SYSTEEM

Materie-uitwisseling

ja

nee

nee

Energie-uitwisseling

ja

ja

nee

MODULE 08

hoofdstuk 1

105

2

Aflopende reacties

In een chemische reactie heb je tot nu altijd een enkele reactiepijl gebruikt, De kinetica of dynamica is de leer van de bewegingen.

van de reagentia naar de reactieproducten, bijvoorbeeld: A + B → C. Volgens de kinetica zijn echter alle reacties in principe omkeerbaar: door onderlinge effectieve botsingen van de reactieproducten kunnen die – via hetzelfde geactiveerd complex – opnieuw worden omgezet in de oorspronkelijke reagentia. Om dat aan te duiden, geef je in een reactie

H2 +

IN

2 pijlen weer, de evenwichtspijl.

I2  (geactiveerd complex)  2 HI

Bij sommige reacties treedt de terugreactie echter bijna niet op. Dat zijn

reacties waarbij de drijfkrachten zo sterk zijn dat ze alleen maar kunnen

verlopen van de reagentia naar de reactieproducten. De terugreactie verloopt zo moeizaam dat ze bijna niet plaatsvindt.

VA N

Dat noem je aflopende reacties. Er vinden concentratie- en

snelheidsveranderingen plaats tot minstens 1 van de reagentia uitgeput raakt, de reactiesnelheid 0 wordt en de reactie stopt.

Opgelet: een reactie is enkel aflopend als een reactieproduct het reactiemidden kan verlaten (ontsnappend gas, neerslag …).

VOORBEELD AFLOPENDE REACTIE (IN EEN OPEN SYSTEEM)

Mg(v) + 2 HCl(opl) → MgCl2 (opl) + H2 (g) Het waterstofgas kan ontsnappen en het reagens Mg reageert volledig weg.

Je noteert dat met een enkele reactiepijl naar rechts.

Evenwichtsreacties

©

3

In tegenstelling tot de aflopende reacties die we hierboven bespraken, is het ook mogelijk dat de terugreactie spontaan optreedt. In dat geval kun je op het ogenblik dat de reactie (schijnbaar) is stilgevallen, nog altijd de aanwezigheid van alle reagentia en alle reactieproducten aantonen. Zo’n reactie noem je een evenwichtsreactie.

106

MODULE 08

hoofdstuk 1

DEMO Evenwichtsreactie Onderzoeksvraag Is de reactie tussen FeCl3 en KSCN in gelijke stofhoeveelheden en in een open systeem een aflopende reactie of een evenwichtsreactie?

Werkwijze 1

Als je gelijke stofhoeveelheden lichtgeel gekleurde FeCl3-oplossing en

kleurloze KSCN-oplossing samenvoegt, ontstaat er een rode oplossing.

De essentiële reactievergelijking stel je als volgt voor: +

lichtgeel 2

SCN-



FeSCN2+

IN

Fe3+

kleurloos rood

Je laat het reactiemengsel geruime tijd staan en mag er dus van uitgaan dat de reactie een eindpunt heeft bereikt.

3

Toch kun je, naast de aanwezigheid van het typisch rood gekleurde

©

VA N

complexion FeSCN2+, ook nog altijd de aanwezigheid van Fe3+- en SCN--

ionen aantonen met behulp van respectievelijk een NaOH-oplossing en een AgNO3-oplossing. Die indicatoren werken als volgt: AANTONEN VAN …

Fe

3+

SCN

-

INDICATOR

POSITIEVE REACTIE

-

OH

bruine neerslag van Fe(OH)3

+

Ag

witte neerslag van AgSCN

Tabel 1 Indicatoren om de aanwezigheid van Fe3+- en SCN--ionen aan te tonen

Besluit

Omdat geen van de reagentia in overmaat aanwezig was en je in het reactiemengsel toch alle reagentia en reactieproducten kunt aantonen, moet je besluiten dat de reactie onvolledig (niet aflopend) verloopt.

Maar kan een reactie ook omkeerbaar verlopen? Daarvoor kun je een andere reactie onderzoeken (die jammer genoeg in een schoollabo niet mogelijk is): H2 (g) + I2 (g)  2 HI(g) Als je gelijke hoeveelheden waterstofgas en dijood in een gesloten reactievat brengt (bij een bepaalde temperatuur), zie je dat er na verloop van tijd HI wordt gevormd, maar dat er ook nog H2 en I2 aanwezig blijken te zijn. De

reactie verloopt dus onvolledig of niet aflopend.

Met behulp van de indicatoren in de onderstaande tabel kun je immers (op elk ogenblik) de aanwezigheid van zowel H2, I2 als HI aantonen.

AANTONEN VAN …

INDICATOR

POSITIEVE REACTIE

H2

lucifer

knalgas

I2

zetmeel

blauwkleurig

HI

lakmoes

rood

Tabel 2 Indicatoren om de aanwezigheid van waterstofgas (H2), dijood (I2) en waterstofjodide (HI) aan te tonen

MODULE 08

hoofdstuk 1

107

Je kunt ook de omgekeerde reactie bekijken: als je waterstofjodide in een gesloten reactievat brengt (bij dezelfde temperatuur als hierboven), merk je na verloop van tijd dat er HI overblijft en dat er ook H2 en I2 werden gevormd.

De reactie is dus ook omkeerbaar.

Je noemt de bovenstaande reacties dan ook omkeerbare reacties of evenwichtsreacties. Dergelijke reacties duid je aan met een dubbele pijl: .

Een reactiemengsel waarbij de heen- en terugreactie aan een gelijke snelheid verlopen en waarbij je geen concentratieveranderingen meer kunt opmerken, heeft zijn evenwichtstoestand bereikt. Je spreekt dan ook van een beweeglijk of dynamisch chemisch evenwicht. Het lijkt alsof er niets meer gebeurt (de concentraties van de reagentia en de reactieproducten

IN

veranderen niet meer), maar beide reacties (de heen- en terugreactie) verlopen aan een gelijke snelheid.

Aflopende reactie: een reactie

Evenwichtsreactie: een reactie

waarbij de terugreactie bijna niet

die niet aflopend (onvolledig) en

plaatsvindt. Dat kan wanneer de

omkeerbaar is.

VA N

reactieproducten het reactiemidden verlaten, bv. als gas of als neerslag.

Notatie: →

Notatie: 

Een reactiemengsel waarbij de heen- en terugreactie aan een gelijke snelheid verlopen en waarbij je geen concentratieveranderingen meer kunt opmerken, heeft zijn evenwichtstoestand bereikt. Je spreekt dan ook van een beweeglijk of dynamisch chemisch evenwicht. Het lijkt alsof er niets meer gebeurt (de concentraties van de reagentia en de reactieproducten veranderen niet meer), maar beide reacties (de heen- en terugreactie) verlopen aan een gelijke snelheid.

Je kunt een chemisch evenwicht verstoren door de reactiesnelheid van de heen- of terugreactie selectief te veranderen. Je spreekt van het principe

©

van Le Chatelier-Van ’t Hoff (1884), het chemisch traagheidsbeginsel of het principe van de kleinste dwang: de verschuiving van het evenwicht is zodanig dat de opgelegde verandering wordt tegengewerkt.

In de praktijk beïnvloedt men de ligging van het chemisch evenwicht vaak met de bedoeling om het rendement van de reactie te verhogen.

Concreet kun je de ligging van het chemisch evenwicht veranderen door de volgende factoren: •

een concentratieverandering van 1 stof;

•

een concentratieverandering van alle stoffen (door een wijziging van de druk of het volume);

108

MODULE 08

hoofdstuk 2

•

de temperatuur;

•

een katalysator.

4

Evenwichtsreacties in het dagelijks leven: enkele voorbeelden

A

Bruiswater

De ‘bruis’ die in bruisend water zit, is eigenlijk koolstofdioxide (CO2) opgelost in water dat, in een lage concentratie, waterstofcarbonaat (H2CO3) vormt.

H2O(vl) + CO2 (g)  H2CO3 (aq)

Zolang de fles gesloten is (gesloten systeem), ligt het evenwicht naar rechts (en is er dus vooral H2CO3 aanwezig).

IN

S Afb. 16 Bruisend water bevat koolstofdioxide

Op het moment dat je de fles opent (open systeem) of het bruisend water in een glas giet, kan het CO2 ontsnappen aan de oppervlakte en zullen er steeds meer CO2-belletjes naar de oppervlakte gaan. De ‘bruis’ ontsnapt uit je water

(de reactie naar links wordt sterker).

Maar niet alle ‘bruis’ (CO2) verdwijnt. Een deel blijft nog altijd achter als

H2CO3. En dat proef je: bruisend water (ook al bruist het bijna niet meer),

©

VA N

smaakt anders dan plat water. Er blijft een evenwicht tussen het opgeloste CO2 en het gevormde H2CO3 bestaan.

B

Hemoglobine

Hb + 4 O2

Hb(O2)4

Hb(O2)4

Hb + 4 O2

zuurstofrijk bloed zuurstofarm bloed

S Afb. 17 Het zuurstoftransport

Hemoglobine bindt zuurstofgas tot oxyhemoglobine. De opname en afgifte van dizuurstof kun je weergeven in een evenwichtsreactie: Hb(aq) + 4 O2 (g)

longen

 Hb(O2)4 (aq)

weefsels

In de longen is de concentratie aan zuurstofgas groot. In de longen verschuift het evenwicht dus naar rechts.

MODULE 08

hoofdstuk 2

109

De hemoglobine verbindt zich met het zuurstofgas. Daarbij wordt er oxyhemoglobine gevormd. Dat zuurstofrijke bloed wordt vanuit de longen vervolgens naar andere lichaamsdelen getransporteerd.

In weefsels (waar de concentratie aan zuurstofgas laag is) ontbindt oxyhemoglobine tot hemoglobine en O2: het evenwicht verschuift naar links.

C

Grotvorming

De vorming van grotten en druipstenen is gekoppeld aan deze evenwichtsreactie: H2O → Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)

VA N

IN

CaCO3 (v) + CO2 (g) +

S Afb. 18 Kalksteengrotten zijn de meest voorkomende ondergrondse gangenstelsels ter wereld.

Grotten worden gevormd doordat het kalkgesteente (CaCO3) aangetast wordt

©

door CO2-rijk (rivier)water. Het bovenstaande evenwicht verschuift daardoor

naar rechts en CaCO3 wordt omgezet in wateroplosbare Ca2+- en HCO3--ionen.

Op die manier zijn onder andere de onderaardse grotten van Han-sur-Lesse gevormd.

Maar wat gebeurt er in de grotten? In de grotten waar er water binnen druipt, is de partiële CO2-druk kleiner. Daardoor verschuift het evenwicht naar links

en worden de calcium- en waterstofcarbonaationen omgezet tot CaCO3 (v). Dat

gebeurt in de vorm van stalactieten, die aangroeien van boven naar beneden (t: tomber), en in de vorm van stalagmieten, die aangroeien van beneden naar boven (m: monter).

110

MODULE 08

hoofdstuk 2

AAN DE SLAG

1

Wat is het verschil tussen een aflopende reactie en een evenwichtsreactie?

Is er in de onderstaande situaties sprake van een aflopende reactie of van een evenwichtsreactie?

Leg kort uit waarom. a

een blok hout dat verbrand wordt op het kampvuur aflopende reactie

evenwichtsreactie

VA N

b voedsel dat bederft

aflopende reactie

evenwichtsreactie

c

N2 (g) + 3 H2 (g)  2 NH3 (g) (gesloten systeem) aflopende reactie

evenwichtsreactie

Meer oefenen? Ga naar

.

©

2

IN

MODULE 08

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

111

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE AFLOPENDE REACTIE VERSUS EVENWICHTSREACTIE Aflopende reactie:

Evenwichtsreactie:

een reactie waarbij de terugreactie bijna niet

een reactie die niet aflopend (onvolledig) en

plaatsvindt

omkeerbaar is

Wanneer: als de reactieproducten het reactiemidden

Wanneer: in een gesloten systeem

verlaten, bv. als gas of als neerslag Notatie: →

Notatie: 

IN

Een reactiemengsel waarbij de heen- en terugreactie aan een gelijke snelheid verlopen en waarbij je geen

concentratieveranderingen meer kunt opmerken, heeft zijn evenwichtstoestand bereikt. Je spreekt dan ook van een beweeglijk of dynamisch chemisch evenwicht. Het lijkt alsof er niets meer gebeurt (de concentraties van de reagentia en de reactieproducten veranderen niet meer), maar beide reacties (de heen- en terugreactie)

©

VA N

verlopen aan een gelijke snelheid.

112

MODULE 08

SYNTHESE hoofdstuk 2

MODULE 09

KERNFYSICA

Kernreactoren spelen een belangrijke rol in onze elektriciteitsproductie. Ze halen meer en meer het nieuws als alternatief voor fossiele brandstoffen in de strijd tegen de klimaatopwarming. Ook in de medische wereld wordt vaak gebruikgemaakt van straling afkomstig van radioactieve kernen om diagnoses te stellen of kanker

©

VA N

IN

te behandelen. Nochtans hebben veel mensen schrik van alles wat met radioactiviteit te maken heeft.

` Wat bedoelt men precies met ‘radioactiviteit’? ` Worden radioactieve kernen door mensen gemaakt of komen ze ook in de natuur voor? ` Hoe kunnen we elektriciteit produceren door gebruik te maken van kernenergie? ` Hoe schadelijk is straling afkomstig van radioactieve kernen voor onze gezondheid?

We zoeken het uit!

?

VERKEN

JE KUNT AL ...

• de bouw van een atoom omschrijven; • de belangrijkste chemische elementen juist noteren;

• de bouw van een kern omschrijven; • energieomzettingen beschrijven;

• voorbeelden geven van elektriciteitsopwekking met een dynamo in het dagelijks leven.

VA N

• de kracht tussen (gelijksoortige) ladingen beschrijven.

IN

PERIODIEK SYSTEEM VAN DE ELEMENTEN

JE LEERT NU ...

6

B

7

B

8

Be

6

Be

7

5

Li

3

H

9

B

10

8

Be

9

B

11

Be

10

B

12

B

13

Be

11

Be

12

Li

5

Li

6

Li

7

Li

8

Li

9

Li

10

Li

11

He

4

He

5

He

6

He

7

He

8

He

9

He

10

H

3

H

4

H

5

H

6

H

7

2

B

Be

4

3

1

B

Be

Li

He

H

n0

stabiele kern

©

instabiele kern

H1

H2

• de stabiliteit van een kern beschrijven aan de hand van de krachten die in de kern werken;

• verklaren waarom er bij de fusie van lichte kernen en de splitsing van zware kernen enorme hoeveelheden energie vrijkomen;

• het verschil tussen natuurlijke en kunstmatige radionucliden beschrijven; • de uitdrukking E0 = m · c2 toelichten;

• de stabiliteit van een kern beschrijven aan de hand van de specifieke rustenergie; • de oorzaken van de verschillende soorten radiaoctief verval toelichten; • de verschillende soorten radioactief verval beschrijven.

114

MODULE 09

verken

• de werking van een kernsplitsingsreactor en de voor- en nadelen ervan beschrijven; • het begrip ‘ioniserende straling’ beschrijven; • beschermingsmaatregelen tegen ioniserende straling omschrijven; • de grootheid sievert interpreteren; • de meest voorkomende bronnen van ioniserende straling benoemen en beschrijven.

HOOFDSTUK 1

Î Radioactief verval Straling die afkomstig is van

LEERDOELEN M De stabiliteit van een kern beschrijven aan de hand van de krachten die in de kern werken

radioactieve kernen, heeft vele toepassingen, zoals in de medische wereld voor diagnose

M Het verschil tussen natuurlijke en kunstmatige radionucliden beschrijven

en behandeling. Maar hoe ontstaat die straling? Welke soorten straling bestaan er? Wat

M De uitdrukking E0 = m · c2 toelichten

is radioactief verval precies?

Je leert het in dit hoofdstuk.

IN

M De stabiliteit van een kern beschrijven aan de hand van de specifieke rustenergie

M De oorzaken van de verschillende soorten radioactief verval toelichten

1

VA N

M De verschillende soorten radioactief verval beschrijven

De bouw van een kern

1.1

Samenstelling van de kern

proton

In 1911 ontdekte Ernest Rutherford dat een atoom bestaat uit een kleine, positief geladen kern met daarrond atomaire elektronen, die in een bijna lege ruimte rond de kern draaien. Rond 1917 kon Rutherford voor het eerst

neutron

een positief kerndeeltje isoleren en identificeren. Dat deeltje noemde hij een proton.

Een proton is de kern van het eenvoudigste atoom, het waterstofatoom.

Het heeft een positieve lading, die tegengesteld is aan de lading van

elektron

nuclide

©

S Afb. 1 Voorstelling van een atoom. Een atoom bestaat uit een nuclide met protonen en neutronen en daarrond atomaire elektronen.

VIDEO

Kom in de video meer te weten over de ontdekking van het atoom, het proton en het neutron.

het elektron. Zijn massa is ongeveer gelijk aan die van een waterstofatoom, maar is net iets kleiner omdat het waterstofatoom nog een atomair elektron bevat.

Het duurde tot 1932 voor James Chadwick een ander kerndeeltje, het neutron, kon isoleren en identificeren. Een neutron lijkt erg op een proton en heeft ongeveer dezelfde massa. Zoals de naam aangeeft, is het echter elektrisch neutraal.

Sindsdien stellen wetenschappers een kern voor als een samenvoeging van

Nucleus is het Latijnse woord voor ‘kern’.

twee soorten deeltjes: positieve protonen en neutrale neutronen. Protonen en neutronen noem je ‘kerndeeltjes’ of nucleonen. Kernen noem je ook nucliden.

MODULE 09

hoofdstuk 1

115

De atomaire elektronen bewegen in een wolk rond de kern. Ze verplaatsen zich niet willekeurig door die elektronenwolk, maar zijn verdeeld over een aantal schillen. In de chemie zijn die schillen van belang. In de kernfysica zijn enkel de protonen en neutronen in de kern belangrijk. Omdat de massa van de protonen en neutronen veel groter is dan de massa van de elektronen, bevat de nuclide bijna al de massa van het atoom.

PLAATS

SYMBOOL

RUSTMASSA

ELEKTRISCHE LADING

proton

kern

p+

1,67262 · 10–27 kg

+e = +1,60 · 10–19 C

neutron

kern

n0

1,67493 · 10–27 kg

0

elektron

wolk

e–

9,1095 · 10–31 kg

–e = –1,60 · 10–19 C

IN

ATOMAIR DEELTJE

WEETJE

Zowel het proton als het neutron werd ontdekt tijdens botsingsexperimenten.

•

Rutherford bombardeerde stikstofgas met 4He-kernen. Hij detecteerde zuurstof en een nieuw deeltje: het proton.

Chadwick bombardeerde beryllium met 4He-kernen. Hij detecteerde (naast andere deeltjes) het neutron. stikstof

VA N

•

He-kern

4

proton

fluorescerend scherm

microscoop

protonen

He-kern

4

stikstof

S Afb. 2 De opstelling voor het botsingsexperiment van Rutherford

Chadwick ontving in 1935 de Nobelprijs voor zijn ontdekking van het neutron. Ook Rutherford kreeg de Nobelprijs, maar niet voor zijn ontdekking van het proton. Hij ontving de prijs al in 1908 voor ‘zijn

©

onderzoek naar het uiteenvallen van elementen en de scheikunde van radioactieve substanties’.

Alle kernen bevatten zowel protonen als neutronen, behalve de waterstofkern. Die bestaat uit 1 proton.

•

Het totale aantal nucleonen in de kern duid je aan met het massagetal A.

•

Het protonental Z geeft het aantal protonen in de kern aan. In de chemie

Dat getal noem je soms ook het nucleonental. noem je Z het atoomnummer. In een neutraal atoom is het aantal

atomaire elektronen gelijk aan het protonental Z. Daarom bepaalt

het protonental om welk chemisch element het gaat.

Zo heeft koolstof 6 protonen, stikstof 7 protonen, zuurstof 8 protonen, lood 82 protonen enzovoort.

•

116

MODULE 09

hoofdstuk 1

Het aantal neutronen van de nuclide wordt weergegeven door het neutronental N. Er geldt: N = A – Z.

GROOTHEID

SYMBOOL

BETEKENIS

massagetal

A

aantal nucleonen

protonental

Z

aantal protonen

neutronental

N

aantal neutronen

FORMULE

N=A–Z

ATOOM

NUCLEONEN

ELEKTRONENWOLK negatief geladen

IN

KERN OF NUCLIDE positief geladen

= - NEUTRONEN n0

PROTONEN p+

ELEKTRONEN e–

©

VA N

S Afb. 3 De opbouw van een atoom. In dit hoofdstuk focus je op de kern of nuclide.

De kern van element X met massagetal A en protonental Z noteer je vaak als AZX:

massagetal

protonental

X

element

Door de een-op-eenrelatie tussen het protonental en het chemisch element is het protonental Z overbodig in die notatie. Daarom kun je een kern ook noteren als AX.

VOORBEELD IJZERKERN

Fe spreek je uit als ‘ijzer-56’.

56 26

Dat staat voor een ijzerkern met 56 nucleonen (A = 56), waarvan

26 protonen (Z = 26) en 30 neutronen (N = 30). Je kunt ‘ijzer-56’ ook noteren als 56Fe.

W Afb. 4 Een 56Fe-kern

MODULE 09

hoofdstuk 1

117

•

Een atoom bestaat uit een nuclide en atomaire elektronen. De nuclide

bestaat uit Z protonen en N neutronen, waarbij Z het protonental en N het neutronental is. Protonen en neutronen noem je ook nucleonen.

Een nuclide bevat A nucleonen, waarbij A het massagetal of nucleonental is. Er geldt: N = A – Z. De nuclide van element X met massagetal A en protonental Z noteer je

•

vaak als ZA X of soms nog korter als AX.

1.2

Kernen die hetzelfde aantal protonen hebben, maar een verschillend aantal

IN

neutronen, noem je isotope nucliden of kortweg isotopen.

Isotopen hebben dezelfde chemische eigenschappen, omdat ze hetzelfde aantal atomaire elektronen bezitten. Ze staan op dezelfde plaats in

het periodiek systeem van de elementen. Natuurlijk helium kan bijvoorbeeld voorkomen als 4He en als 3He. Om de fysica van de kern te begrijpen, zijn isotopen echter wel van belang.

VA N

Het begrip ‘isotoop’ is een samentrekking van twee Griekse woorden: ίσίος (isos, ‘gelijk’) en τοπος (topos, ‘plaats’). Die samentrekking benadrukt dat de verschillende isotopen van een element dezelfde plaats innemen in het periodiek systeem.

Isotope nucliden

VOORBEELD NATUURLIJKE KOOLSTOFISOTOPEN Koolstof bevat drie natuurlijke

isotopen: 12C, 13C en 14C. Het percentage aan 14C is bijzonder klein, maar kan toch van belang zijn: die

isotoop gebruiken wetenschappers om historische voorwerpen

te situeren in de tijd. Zo werd

de ouderdom van de mummie

van Toetanchamon bepaald via

de koolstof 14-dateringsmethode.

S Afb. 5 Het gouden grafmasker van Toetanchamon

De mummie dateert van (ongeveer) 1323 voor Christus.

©

NATUURLIJKE KOOLSTOFISOTOPEN

12

C

13

C

14

6

6

6

6

7

8

98,9 %

1,1 %

0,000 000 000 1 %

Z N Procentueel

C

voorkomen S Afb. 6 De kernen van drie koolstofisotopen

Isotope nucliden of isotopen zijn kernen met hetzelfde protonental Z,

maar een verschillend neutronental N.

118

MODULE 09

hoofdstuk 1

1.3 De kleinste bouwstenen In de jaren vijftig en zestig ontdekten fysici dat neutronen en protonen uit nog kleinere deeltjes zijn opgebouwd: de quarks. Voor zover wetenschappers tot nu toe weten, zijn quarks en deeltjes zoals het elektron niet samengesteld uit nog kleinere deeltjes. Daarom noem je ze fundamentele deeltjes of elementaire deeltjes.

Er ontstond een nieuwe, fascinerende tak binnen de fysica: de elementaire deeltjesfysica.

e–

IN

Tak van de wetenschap

CHEMIE

e–

VA N

e–

p+

KERNFYSICA

n0

quark

elektron

ELEMENTAIRE DEELTJESFYSICA

©

S Afb. 7 De verschillende deeltjes in een atoom en hun afmetingen

Fundamentele of elementaire deeltjes zijn niet samengesteld uit nog kleinere deeltjes.

•

Het elektron is een fundamenteel deeltje.

•

Protonen en neutronen zijn samengesteld uit quarks.

Protonen en neutronen zijn dus geen fundamentele deeltjes.

Quarks zijn wel fundamentele deeltjes.

MODULE 09

hoofdstuk 1

119

WEETJE

video: Large Hadron Collider

Wetenschappers onderzoeken de fundamentele deeltjes door in deeltjesversnellers protonen te versnellen tot ze bijna de lichtsnelheid

VIDEO

bereiken, en ze dan met elkaar te laten botsen. De ‘brokstukken’ van die botsingen worden opgespoord door grote detectoren. Zowel de creatie van een protonenbotsing aan hoge snelheid, de detectie van de ‘brokstukken’, als de interpretatie van de experimentele gegevens in

VA N

IN

termen van fundamentele deeltjes is een waar huzarenstukje.

S Afb. 8 Een deel van de Large Hadron Collider in CERN

Een van de bekendste deeltjesversnellers is de Large Hadron Collider in CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), gelegen in Genève, Zwitserland.

1.4 De sterke kernkracht

Het is vreemd dat een verzameling protonen en neutronen een stabiele kern kan vormen. Alle protonen hebben immers dezelfde positieve elektrische |q | ∙ |q | lading en stoten elkaar dus af door de elektrische kracht FC = k ∙ 1 2 2 .

Ze werkt tussen alle protonen in een nuclide.

r

Een stabiele nuclide kan dan ook alleen maar bestaan als er nog een andere,

©

aantrekkende kracht aanwezig is, die de nucleonen bij elkaar houdt. Omdat die kracht sterker is dan de elektrische kracht, wordt ze de sterke kernkracht genoemd. De sterke kernkracht is sterk aantrekkend tussen nucleonen (protonen en/of neutronen) in een kern.

kracht (N)

120

MODULE neutron 09

proton

TREKKING

AFSTOTING

A

hoofdstuk 1

B

C

W Afb. 9 De sterke kernkracht tussen nucleonen (rood) en de elektrische kracht tussen protonen (groen)

elektrische kracht De stabiliteit van een atoomkern wordt bepaald door de aantrekkende

sterke kernkracht tussen de nucleonen enerzijds en de afstotende afstand tussen 1elektrische 2kracht tussen 3 de protonen 4 anderzijds. nucleonen (10–15 m) sterke kernkracht

De nuclidenkaart

2.1

Stabiele kernen op de nuclidenkaart

In de chemie gebruik je het periodiek systeem van de elementen (PSE).

Atomen zijn er geordend volgens hun atoomnummer Z. De verschillende isotopen van één element zijn niet afzonderlijk opgenomen in het PSE. Voor de kernfysica zijn de verschillende isotopen wel van belang.

Wetenschappers ordenen ze op de zogenoemde nuclidenkaart. Dat is

IN

een grafiek met op de horizontale as het neutronental N en op de verticale as het protonental Z (soms ook omgekeerd). Alle kernen, gekarakteriseerd

door N en Z, krijgen er hun unieke plaatsje. Isotopen van hetzelfde element

hebben dezelfde waarde voor Z en staan daarom in dezelfde horizontale rij.

Sommige kernen zijn stabiel en zullen niet spontaan hun protonental Z of

hun neutronental N veranderen. Andere kernen hebben te veel energie en zijn instabiel. Een instabiele kern kan spontaan naar een stabielere toestand

VA N

overgaan door haar protonental Z en/of haar neutronental N aan te passen.

De stabiele nucliden vormen de stabiliteitsband op de nuclidenkaart. Of een kern stabiel of instabiel is, wordt bepaald door het aantal neutronen en protonen in de kern.

VOORBEELD SPONTAAN VERVAL VAN 146C NAAR 147N C is een instabiele kern. Ze vervalt spontaan tot 147N door een neutron om

14 6

te zetten in een proton. 14N is wel een stabiele kern en zal haar protonenen neutronental niet spontaan veranderen.

Wetenschappers kunnen bepaalde historische voorwerpen situeren in de tijd met behulp van 14C, juist doordat 14C instabiel is. Het aantal C-isotopen in die voorwerpen neemt af in functie van de tijd en is dus

14

een maat voor de ouderdom van die voorwerpen. andere deeltjes

©

2

nieuwe kern

14 6

C

14 7

instabiel

stabiel

N

S Afb. 10 Een instabiele 146C-kern vervalt spontaan tot een stabiele 147N-kern.

MODULE 09

hoofdstuk 1

121

Grafiek 1 toont de stabiliteitsband op de nuclidenkaart: alleen de stabiele nucliden worden weergegeven. Later breiden we de nuclidenkaart uit met de instabiele nucliden.

Op de nuclidenkaart worden stabiele nucliden meestal voorgesteld met een zwarte stip of een zwart vakje.

•

Nucliden met hetzelfde protonental Z, bijvoorbeeld 147Ni en 157Ni, staan

•

Nucliden met hetzelfde neutronental N, bijvoorbeeld 147Ni en 136C, staan

in dezelfde rij.

in dezelfde kolom.

Je kunt die voorbeelden zien op de groene uitvergroting van de grafiek.

100 lichte kernen

zware kernen

N=8

N

15 7

14 7

80

C

12 6

N=Z

60

VA N

protonental Z

N=7

IN

N=6

40

N

C

13 6

Z=7 Z=6

20

0

0

20

40

protonental Z

20

60 80 neutronental N

100

0

120

0

140

neutronental N

20

W Grafiek 1 De stabiliteitsband op de nuclidenkaart geeft alle stabiele nucliden weer. Die worden voorgesteld door een zwarte stip. De oranje lijn stelt de rechte met vergelijking N = Z voor

©

Uit de stabiliteitsband op de nuclidenkaart kun je een algemene tendens afleiden: •

Lichte stabiele kernen (Z < 20) bevatten (ongeveer) evenveel

protonen als neutronen. De grafiek volgt bij benadering de rechte met vergelijking N = Z (zie uitvergroting in de blauwe cirkel op de grafiek).

Voor die kernen geldt: N ≈ Z.

C, 136C, 147N en 157N zijn voorbeelden van lichte stabiele kernen.

12 6

Voor die kernen geldt dat N en Z (ongeveer) gelijk zijn aan elkaar.

•

Zwaardere stabiele kernen (Z > 20) bevatten meer neutronen dan

protonen. De grafiek volgt de rechte met vergelijking N = Z niet meer.

Voor die kernen geldt: N > Z. Bij zwaardere kernen zijn dus meer

neutronen dan protonen nodig om de elektrische afstotingskracht te overwinnen.

Er bestaan veel voorbeelden van dergelijke stabiele kernen: Ag, 197 Au, 208 Pb …

79 82

107 47

122

MODULE 09

hoofdstuk 1

Stabiele kernen zijn kernen die niet spontaan hun protonental Z of hun

neutronental N veranderen.

Instabiele kernen hebben te veel energie en gaan over naar een stabiele

toestand door hun protonental Z en/of hun neutronental N aan te passen.

• •

Voor lichte stabiele kernen (Z < 20) geldt bij benadering: N ≈ Z. Voor zwaardere stabiele kernen (Z > 20) geldt: N > Z.

2.2 De volledige nuclidenkaart De stabiliteit van een kern wordt in hoge mate bepaald door

het protonental Z en het neutronental N. Zowel een teveel aan protonen

IN

als een teveel aan neutronen leidt tot instabiele kernen. Ze zullen hun

protonental Z en/of hun neutronental N veranderen en zo tot een nieuwe kern met een andere samenstelling vervallen. Dat noem je radioactief verval.

Een instabiele nuclide wordt daarom soms ook een radionuclide genoemd.

Door radioactief te vervallen, verlaagt de radionuclide haar energie.

Het energieverschil komt vrij doordat de nuclide straling uitzendt in de vorm

©

VA N

van deeltjes of elektromagetische golven (radiation in het Engels).

Sommige radionucliden komen in de natuur voor en zijn niet het gevolg van menselijke activiteit, bijvoorbeeld 235U of 14C. Je noemt ze natuurlijke

radionucliden.

Andere radionucliden worden door de mens in laboratoria gemaakt. Dat zijn kunstmatige radionucliden.

WEETJE

Voor alle elementen tot en met 83Bi is er minstens één stabiele isotoop,

met uitzondering van 43Tc (technetium) en 61Pm (promethium).

Alle nucliden met Z > 83 zijn instabiel.

De elementen tussen 84Po (polonium) en 92U (uranium) bevatten

natuurlijke radionucliden.

Alle isotopen met Z ≥ 93 zijn door de mens gemaakt in laboratoria.

Dat zijn allemaal kunstmatige radionucliden.

TIP Gebruik de applet om zelf stabiele en instabiele kernen (en atomen) te bouwen.

VIDEO

MODULE 09

hoofdstuk 1

123

VOORBEELD NATUURLIJKE RADIONUCLIDEN De aardkorst bevat verschillende natuurlijke radionucliden, bijvoorbeeld U (uranium-238), 232Th (thorium-232) en 40K (kalium-40).

IN

238

S Afb. 11 Aeschyniet is een mineraal dat yttrium, cerium, calcium, thorium, niobium, titanium, zuurstof en waterstof bevat. Omdat natuurlijk thorium radioactief is, is ook aeschyniet radioactief.

Je vindt het mineraal onder andere in de Alpen.

S Afb. 12 In kerncentrales gebruikt men natuurlijk uraniumerts in verrijkte vorm.

VOORBEELD KUNSTMATIGE RADIONUCLIDEN

VA N

Kunstmatige radionucliden worden soms aangemaakt voor

wetenschappelijke doeleinden. Ze hebben echter vaak ook een praktisch nut. Zo gebruikt men in de medische wereld veel kunstmatige radionucliden, onder andere voor medische beeldvorming en voor de behandeling van kanker. Voorbeelden zijn 18F (fluor-18) en I (jodium-131).

131

©

S Afb. 13 Voor medische doeleinden gebruikt men vaak kunstmatige radionucliden.

124

MODULE 09

hoofdstuk 1

De volledige nuclidenkaart (grafiek 2) bevat alle stabiele en instabiele nucliden. De stabiele nucliden worden voorgesteld door zwarte vakjes, de instabiele nucliden door gekleurde.

6

B

7

B

8

B

9

B

10

B

11

B

12

B

13

Be

6

Be

7

Be

8

Be

9

Be

10

Be

11

Be

12

4

Li

5

Li

6

Li

7

Li

8

Li

9

Li

10

Li

11

He

4

He

5

He

6

He

7

He

8

He

9

He

10

H

3

H

4

H

5

H

6

H

7

5

Li

3

3

H

1

2

B

Be Li

He

H

n0

IN

stabiele kern

instabiele kern

VA N

©

S Grafiek 2 De volledige nuclidenkaart. Stabiele nucliden worden in het zwart voorgesteld, radionucliden met een kleur. De verschillende kleurencodes geven de verschillende soorten radioactief verval weer. In professionele labo’s zul je de nuclidenkaart in deze vorm en met dezelfde kleurencodes terugvinden.

Nucleonen boven de stabiliteitsband hebben te veel protonen in verhouding tot het aantal neutronen om stabiel te zijn. Ze zetten een proton om in een neutron en worden op de nuclidenkaart voorgesteld in het blauw (bijvoorbeeld 18F).

Nucleonen onder de stabiliteitsband hebben te veel neutronen in verhouding tot het aantal protonen om stabiel te zijn. Ze zetten een neutron om in een proton en worden op de nuclidenkaart voorgesteld in het roze (bijvoorbeeld 40K en 131I).

Elke kleur op de nuclidenkaart staat symbool voor de manier waarop de instabiele kern vervalt.

Tijdens experimenten ontdekken wetenschappers nog altijd nieuwe radioactieve isotopen. De nuclidenkaart wordt dan ook regelmatig aangepast aan de recentste status van het wetenschappelijk onderzoek.

In de natuur bestaan er stabiele nucliden en natuurlijke radionucliden.

In laboratoria maakt men ook kunstmatige radionucliden.

Radionucliden zijn instabiele kernen die bij radioactief verval straling uitzenden.

MODULE 09

hoofdstuk 1

125

3

De specifieke rustenergie

3.1 Equivalentie tussen massa en energie Einstein leidde in zijn speciale relativiteitstheorie af dat een massa in rust De rustenergie van een kern is de minimale energie die een kern kan hebben.

overeenkomt met een hoeveelheid energie die hij de rustenergie E0 noemde:

E0 = m · c2

Daarbij is c de lichtsnelheid: c = 2,997 924 58 · 108

s

.

EENHEID MET SYMBOOL

IN

GROOTHEID MET SYMBOOL

rustenergie

m

E0

joule

J

Een korte berekening in de speciale relativiteitstheorie leidde dus tot een

VA N

spectaculaire ontdekking:

Massa kan worden omgezet in energie.

Energie kan worden omgezet in massa.

Als massa wordt omgezet in energie, dan komt die energie vrij in de vorm van straling en/of warmte. Dat neem je waar bij kernen. Wanneer losse protonen en neutronen samen een kern vormen, gaat er altijd een beetje massa

verloren, namelijk het massadefect ∆m. Die massa wordt omgezet in energie.

©

De hoeveelheid gevormde energie kun je berekenen met de wet ∆E0 = ∆m · c2.

Het verband tussen de rustenergie en een massa in rust wordt gegeven door

de formule E0 = m · c2. Dat betekent dat massa kan worden omgezet in energie

en energie in massa.

Wanneer massa wordt omgezet in energie, dan komt die energie vrij in de vorm van straling en/of warmte. De rustenergie van een kern is de minimale energie die een kern kan hebben.

WEETJE Albert Einstein won in 1920 de Nobelprijs.

Hij kreeg de prijs echter niet voor zijn pionierswerk in de relativiteitstheorie, maar wel voor zijn verklaring van het foto-elektrisch effect als een kwantummechanisch fenomeen.

S Afb. 14

126

MODULE 09

hoofdstuk 1

3.2 De specifieke rustenergie Binnen de kernfysica gebruikt men meestal niet de joule als eenheid voor de rustenergie van een kern, maar wel de mega-elektronvolt (MeV).

1 eV (elektronvolt) = 1,602 176 5 · 10–19 J en 1 MeV = 106 eV = 1,602 176 5 · 10–13 J. De massa van kernen wordt meestal niet uitgedrukt in kg, maar wel in de atomaire massa-eenheid u.

De atomaire massa-eenheid u = GROOTHEID MET SYMBOOL

massa

E0 m

12

= 1,660 54 · 10–27 kg.

VERBAND MET SI-EENHEDEN

EENHEID MET SYMBOOL

mega-elektronvolt

MeV

1,602 176 5 · 10–13 J

atomaire massa-

u

1,660 54 · 10–27 kg

IN

rustenergie

massa van een 126C-atoom

eenheid

De rustenergie van een kern kun je berekenen met de massa-energierelatie van Einstein: E0 = m · c2. Ze wordt groter naarmate de kern meer nucleonen

VA N

bevat.

Om de energie van verschillende kernen te kunnen vergelijken, is het daarom interessanter om de gemiddelde rustenergie van een nucleon in de kern te berekenen. De gemiddelde rustenergie van een nucleon in een kern noem je de

specifieke rustenergie van een kern of de rustenergie per nucleon. Je bekomt de specifieke rustenergie van een kern door de rustenenergie van die kern te delen door het nucleonental A.

©

Elk (micro- en macroscopisch) systeem streeft naar minimale inwendige energie. Er vinden processen plaats totdat het systeem die evenwichtstoestand heeft bereikt.

GROOTHEID MET SYMBOOL

specifieke rustenergie of rustenergie per nucleon

E0 A

EENHEID MET SYMBOOL

mega-elektronvolt

MeV

Zoals alle microscopische en macroscopische systemen, streven kernen naar minimale inwendige energie en dus naar minimale rustenergie en minimale specifieke rustenergie. Hoe lager de specifieke rustenergie van een kern, hoe stabieler ze is.

E0

De specifieke rustenergie van een kern is gelijk aan A , waarbij E0

de rustenergie van de kern is en A het nucleonental. Het is de gemiddelde

rustenergie van een nucleon in de kern.

Hoe lager de specifieke rustenergie van een kern, hoe stabieler ze is.

MODULE 09

hoofdstuk 1

127

4

Radioactief verval

4.1 Straling bij radioactief verval In 1896 deed Henri Becquerel een belangrijke ontdekking: uraniumertsen zenden spontaan, zonder beïnvloeding van buitenaf, straling uit die een fotografische plaat zwart kleurt. Al snel ontdekten Marie en Pierre Curie nog twee andere, tot dan toe onbekende, elementen die spontaan straling uitzenden. De elementen kregen de namen polonium en radium. Het verschijnsel kreeg de naam radioactiviteit.

IN

‘Radioactiviteit’ komt van het Latijnse woord radius, dat ‘straal’ betekent, en het woord ‘actief’. Het begrip werd bedacht door Marie Curie.

Radioactiviteit is het proces waarbij instabiele nucliden vervallen naar

andere (stabiele of instabiele) nucliden, om zo hun energie te verlagen.

Instabiele kernen zenden tijdens hun verval straling uit en worden daarom radioactieve kernen genoemd. Materiaal dat radioactieve kernen bevat, noem je een stralingsbron.

Straling is een vorm van energieoverdracht waarbij elektromagnetische

VA N

golven of deeltjes worden uitgestuurd: •

Elektromagnetische golven zijn golven die geen middenstof nodig hebben

•

Bij deeltjesstraling gaat het om hoogenergetische deeltjes die maximaal

om zich voort te planten. Een voorbeeld daarvan is zichtbaar licht. de grootte van een nuclide hebben, bijvoorbeeld elektronen, neutronen, protonen of 4He-kernen. Ook elektromagnetische golven worden soms

voorgesteld als deeltjes. Die deeltjes noem je fotonen. Je kunt dus zeggen dat zichtbaar licht uit fotonen bestaat.

•

Radioactiviteit is het proces waarbij instabiele nucliden vervallen naar andere (stabiele of instabiele) nucliden. Ze zenden daarbij straling uit.

•

Straling is een vorm van energieoverdracht waarbij elektromagnetische golven of deeltjes worden uitgezonden.

©

WEETJE

In 1903 kregen Henri Becquerel en Pierre en Marie Curie samen de Nobelprijs. Becquerel kreeg de prijs ‘ter erkenning van de buitengewone diensten die hij heeft verricht door zijn ontdekking van spontane radioactiviteit’ en Pierre en Marie Curie ‘voor hun onderzoek naar de stralingsverschijnselen ontdekt door Henri Becquerel’.

Acht jaar later ontving Marie Curie opnieuw de Nobelprijs, deze keer voor scheikunde ‘als erkenning voor haar diensten ter bevordering van de

S Afb. 15 Pierre en Marie Curie in hun laboratorium

scheikunde door de ontdekking van de elementen radium en polonium, door de isolatie van radium en de studie van de aard en samenstelling van dat opmerkelijke element’.

Marie Curie was de eerste vrouw die de Nobelprijs in ontvangst mocht nemen, en een van de vijf wetenschappers die de prijs twee keer mochten ontvangen.

128

MODULE 09

S Afb. 16 Henri Becquerel in zijn laboratorium

hoofdstuk 1

4.2 De verschillende soorten radioactief verval Instabiele kernen kunnen hun specifieke rustenergie verlagen door radioactief te vervallen richting de stabiliteitsband. De soort straling die vrijkomt bij het radioactief verval, hangt af van de oorzaak van de instabiliteit van de kern. Het is de samenstelling van de kern (het aantal

protonen Z en het aantal neutronen N) die bepaalt waarom de kern instabiel is en hoe de kern zal vervallen. Je kunt het soort verval van een kern aflezen op de nuclidenkaart.

IN

α

β+

stabiele kern α-straler

VA N

β–

1

β+-straler

β–-straler

protonenemitter

spontane splitser neutronenemitter

W Afb. 17 Het α-, β+- en β–-verval op de energievallei en de nuclidenkaart

α-verval

Kernen met meer dan 82 protonen zijn instabiel, omdat ze te veel nucleonen bevatten. De sterke kernkracht is niet meer in staat om ze bij elkaar te houden. Zware kernen kunnen hun energie verminderen door hun aantal nucleonen (protonen én neutronen) te verminderen. Meestal gebeurt dat via α-verval, waarbij een 42He-kern wordt afgestoten.

Het nucleonental A vermindert met 4, het protonental Z met 2 en het

neutronental N met 2. Op de nuclidenkaart zijn α-stralers geel gekleurd.

Rn (radon-222) is een voorbeeld van een α-straler.

©

222

N n

N–2 n

Z p

Z–2 p

X

A–4 Z–2

va αve r A–4 Z–2

S Afb. 18 α-verval op de nuclidenkaart

A X Z

l

N–2

Y

Z–2

A Z

Y

2 n 2 p

4 2

He

S Afb. 19 De nucleaire reactievergelijking voor α-verval

MODULE 09

hoofdstuk 1

129

2

β-verval

De flanken boven en onder de stabiliteitsband worden gevormd door kernen met een teveel aan neutronen (bijvoorbeeld 40K, kalium-40) of een teveel aan protonen (bijvoorbeeld 18F, fluor-18). Kernen met te veel neutronen kunnen hun specifieke rustenergie verminderen door een neutron om te zetten in een proton (de roze kernen op de nuclidenkaart). Ze vervallen via β–-verval. Op een analoge manier kunnen kernen met te veel protonen hun specifieke rustenergie verminderen door een proton om te zetten in een neutron (de blauwe kernen op de nuclidenkaart). Ze vervallen via β+-verval.

Bij β⁻-verval komt een elektron vrij. Het neutronental N vermindert

met 1 en het protonental Z stijgt met 1. Bij β⁺-verval komt een positron

vrij. Het protonental Z daalt met 1 en het neutronental N stijgt met 1.

IN

Een positron lijkt erg op een elektron. Ze hebben dezelfde massa en dezelfde ladingsgrootte. Een belangrijk verschil tussen het elektron en het positron is dat het elektron een negatieve lading heeft en het positron een positieve lading e⁺.

N n

N–1 n

Z p

Z+1 p

X

A Z+1

–

β

VA N

A Y Z+1

er -v

l

va

Z+1

A X Z

N–1

A Z

S Afb. 20 β–-verval op de nuclidenkaart

N+1

N n

N+1 n

Z p

Z–1 p

X

A Z–1

er -v

va

l

Z–1

S Afb. 22 β+-verval op de nuclidenkaart

©

ν

+

A

Y

A Z

Y

S Afb. 23 De nucleaire reactievergelijking voor β+-verval

VERDIEPING Bij β⁺-verval komt niet alleen een positron vrij, maar ook een neutrino.

Bij β⁻-verval komt naast een elektron ook een anti-neutrino vrij.

Neutrino’s en anti-neutrino’s hebben geen lading en een massa die zo klein is dat men lange tijd dacht dat ze helemaal geen massa hadden.

Daardoor zijn ze heel moeilijk te detecteren.

hoofdstuk 1

e+

Y

β

Z–1

MODULE 09

ν

S Afb. 21 De nucleaire reactievergelijking voor β–-verval

A X Z

130

e–

3

γ-verval

Er bestaat ook een type verval waarbij het protonental Z en het neutronental N ongewijzigd blijven: het γ-verval. Omdat N en

Z ongewijzigd blijven, zijn γ-stralers niet terug te vinden op de nuclidenkaart.

Vóór het γ-verval heeft de nuclide een (totale) energie die hoger is dan haar (totale) rustenergie. Bij γ-verval verlaagt een kern haar energie door hoogenergetische fotonen (dat wil zeggen: hoogenergetische elektromagnetische straling) uit te zenden. Op die manier verlaagt

de kern haar energie tot haar rustenergie bereikt is, zonder N of Z te wijzigen. Alle kernen kunnen meer energie bezitten dan hun rustenergie en via γ-verval vervallen, maar dikwijls volgt γ-verval op α-verval of

N n Z p

X*

N n

Z p A Z

foton

X

©

VA N

A Z

IN

β-verval.

S Afb. 24 γ-verval van een kern

4

Andere vormen van verval

Soms verminderen zware kernen hun specifieke rustenergie ook door spontane splitsing. Die kernen zijn groen gekleurd op de nuclidenkaart.

Kernen aan de rand van de nuclidenkaart kunnen ook vervallen door een proton af te stoten (oranje kernen op de nuclidenkaart) of een neutron af te stoten (paarse kernen op de nuclidenkaart).

Er bestaan verschillende soorten radioactief verval, omdat kernen om verschillende redenen instabiel kunnen zijn.

•

Zware kernen vervallen meestal via α-verval, omdat ze te veel nucleonen hebben. Ze verlagen hun specifieke rustenergie door een 42He-kern af te stoten en op die manier hun aantal nucleonen te verminderen.

•

Kernen met te veel neutronen vervallen door een neutron om te zetten in een proton. Daarbij komt er een elektron vrij. Dat noem je ook β–-verval.

•

Kernen met te veel protonen vervallen door een proton om te zetten in een neutron. Daarbij komt er een positron vrij. Dat noem je ook β+-verval.

•

Kernen kunnen ook vervallen zonder hun protonental Z of

neutronental N te wijzigen. Dat is het geval wanneer hun energie groter is dan hun rustenergie. Ze vervallen dan via γ-verval en zenden een hoogenergetisch foton uit.

MODULE 09

hoofdstuk 1

131

AAN DE SLAG

1

Welke kenmerken onderscheiden de verschillende elementen in het PSE? (Er kunnen meerdere antwoorden juist zijn.) het aantal elektronen in de kern het aantal atomaire elektronen in het neutrale atoom het aantal protonen in de kern het aantal neutronen in de kern het totale aantal kerndeeltjes

Bepaal voor de nuclide 226Ra: a

het nucleonental:

b het protonental: c

3

het neutronental:

Bepaal voor de nuclide 167X:

IN

2

het aantal nucleonen:

b het aantal protonen:

c

het aantal neutronen:

Welk chemisch element is X?

VA N

a

4

Rangschik de nucliden 29P, 27Si, 28Si, 29Si en 27Al:

a

volgens toenemend aantal nucleonen:

b volgens toenemend aantal protonen:

c

volgens toenemend aantal neutronen:

5

Een nuclide van element X is opgebouwd uit 29 protonen en 25 neutronen.

Uit hoeveel nucleonen bestaat die nuclide?

©

a

b Welk chemisch element is X? c

Is de nuclide stabiel of instabiel? Verklaar.

132

MODULE 09

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

6

C (koolstof-12) en 56Fe (ijzer-56) zijn twee stabiele nucliden. 12C heeft 6 protonen en 6 neutronen.

12

Fe heeft 26 protonen en 30 neutronen. Waarom heeft stabiel ijzer meer neutronen dan protonen en stabiele

56

koolstof niet?

7

IN

De enige stabiele kernen met meer protonen dan neutronen zijn 11H en 32He.

Waarom is Z > N zo zeldzaam?

VA N

8

Waarom valt een loodkern met 82 protonen niet uit elkaar?

De positief geladen protonen en de negatief geladen neutronen houden elkaar in evenwicht.

De positief geladen protonen en de negatief geladen atomaire elektronen houden elkaar in evenwicht.

Protonen hebben geen lading binnen een kern.

Ladingen voelen geen elektrische kracht binnen een kern.

De gravitatiekracht houdt de protonen en neutronen bijeen.

De sterke kernkracht houdt de protonen en neutronen bijeen.

Vul de uitspraken aan met ‘altijd’, ‘soms’ of ‘nooit’. a

Kernen met een verschillend protonental Z hebben een verschillend

nucleonental A.

©

9

b Het protonental Z is gelijk aan het aantal atomaire elektronen van een neutraal atoom.

c

De sterke kernkracht tussen twee protonen is sterker dan de elektrische kracht

tussen twee protonen.

d Radionucliden ontstaan als gevolg van menselijke activiteiten.

MODULE 09

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

133

10

Bestudeer een stukje van de nuclidenkaart op de afbeelding. a

Noteer de stabiele isotopen van: 1

xenon:

2

jood:

b Geef een voorbeeld van:

1

een stabiele isotoop:

2

een nuclide die radioactief vervalt door een proton om te zetten in een neutron:

3

een nuclide die radioactief vervalt door een neutron om te zetten in een proton:

126

Xe

125

I

124

Te

123

Sb

122

124

123

122

127

Cs

128

Xe

126

I

125

Te

124

Sb

123

Cs

129

Xe

127

I

126

Te

125

Sb

124

Cs

130

Xe

128

I

127

Te

126

Sb

125

Cs

131

Xe

129

I

128

Te

127

Sb

126

Cs

132

Xe

130

I

129

Te

128

Sb

127

Cs

133

Xe

131

I

130

Te

129

Sb

128

Cs

134

Xe

132

I

131

Te

130

Sb

129

Cs

Xe

133

I

132

Xe I

Te

131

Te

Sb

130

Sb

VA N

121

Cs

IN

Cs

125

11

Wat zijn A, Z en N op de afbeelding? proton

neutron

elektron

nuclide

A: Z: N:

12

Bestudeer het radioactief verval van een aantal nucliden. a

Cl

34 17

Zoek de nuclide 3417Cl op dit stukje van de nuclidenkaart.

©

1

Ar

34

Cl

33

S

32

P

31

33

32

31

30

Ar

35

Ar

36

Cl

34

S

33

P

32

Ar

37

Cl

35

S

34

P

33

Ar

Cl

36

S

35

P

34

Cl S

P

Hoe vervalt die nuclide?

2

134

MODULE 09

α-verval

β–-verval

β+-verval

Naar welke nuclide vervalt 3417Cl?

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

γ-verval

b

Pu

242 94

Pu op dit stukje van de nuclidenkaart.

Zoek de nuclide 242 94

1

Am 242Am 243Am 244Am 245Am

241

Pu

240

Pu

241

Pu

242

Pu

243

Pu

244

Np 240Np 241Np 242Np 243Np

239

U

238

U

U

239

240

U

241

U

242

Hoe vervalt die nuclide? α-verval

β+-verval

γ-verval

Ni

69 28

1

IN

Naar welke nuclide vervalt 242 Pu? 94

2 c

β–-verval

Ni op dit stukje van de nuclidenkaart.

Zoek de nuclide 69 28 Cu

69

Ni

68

68

70

Cu

71

Ni

69

Cu

72

Ni

70

Cu

Ni

71

Ni

VA N

67

Cu

66

Co

67

Fe

66

65

Co

68

Co

69

Fe

67

Co

70

Fe

68

Co

Fe

69

Fe

Hoe vervalt die nuclide?

β–-verval

β+-verval

γ-verval

Naar welke nuclide vervalt 69 Ni? 28

©

2

α-verval

MODULE 09

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

135

Wie heeft gelijk?

A

B

C

A

B

C

D

α-straling is eigenlijk geen straling, want α-straling bestaat uit 42He-kernen.

Elektromagnetische golven kun je ook als deeltjes voorstellen, namelijk als fotonen.

D

Straling kun je enkel als elektromagnetische golven voorstellen.

IN

13

Alleen de zon zendt straling uit.

Verklaar.

VA N

14

Is dit radioactief verval mogelijk? Verklaar telkens waarom wel of niet. a

U naar 236 Np van 235 92 93

verval mogelijk

verval niet mogelijk

©

b α-verval van 31H

verval mogelijk

verval niet mogelijk

c

β–-verval van 31H verval mogelijk

verval niet mogelijk

Meer oefenen? Ga naar 136

MODULE 09

.

hoofdstuk 1 - AAN DE SLAG

HOOFDSTUKSYNTHESE KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

Protonen en neutronen worden nucleonen genoemd.

massagetal of

Het massagetal of nucleonental A is het aantal nucleonen in een nuclide.

protonental Z

Het protonental Z geeft het aantal protonen in een nuclide weer.

neutronental N

Het neutronental N is het aantal neutronen in een nuclide: N = A – Z.

nucleonental A

nuclide of kern

IN

nucleonen

Een nuclide of kern bevat A nucleonen, waarvan Z protonen en N neutronen.

Een nuclide van het chemische element X noteer je als ZA X of AX.

Nucliden met een hetzelfde protonental Z, maar een verschillend nucleonental A

isotopen

noem je isotope nucliden of isotopen.

stabiele nucliden

Stabiele nucliden wijzigen Z of N niet spontaan.

instabiele nucliden of

Instabiele nucliden of radionucliden wijzigen Z en/of N om hun energie te verlagen.

VA N

isotope nucliden of

radionucliden

sterke kernkracht

Nucleonen interageren met elkaar via de sterke kernkracht. Die is sterk aantrekkend tussen nucleonen in een kern.

natuurlijke

Natuurlijke radionucliden komen in de natuur voor.

radionucliden kunstmatige

Kunstmatige radionucliden worden door de mens gemaakt.

radionucliden

nuclidenkaart

De nuclidenkaart is een grafiek met op de horizontale as N en op de verticale as Z.

De nuclidenkaart bevat alle stabiele en instabiele nucliden.

1u=

©

atomaire massaeenheid u

massa van een 126C-atoom 12

1 u = 1,660 54 · 10–27 kg

mega-elektronvolt

1 MeV = 1,602 176 5 · 10–13 J

massa-energierelatie

E0 = m · c2, met E0 de rustenergie, m de massa en c de lichtsnelheid

van Einstein rustenergie van

De minimale energie die een kern kan hebben

een kern

MODULE 09

SYNTHESE hoofdstuk 1

137

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE KERNBEGRIPPEN

NOTITIES

E0

specifieke rustenergie

De rustenergie per nucleon A

α-straling

Straling die uit 42He-kernen bestaat. Vooral zware kernen vervallen via α-straling.

β–-straling

Straling die uit elektronen bestaat. Kernen met een teveel aan neutronen vervallen meestal via β–-straling. Ze zetten daarbij een neutron om in een proton.

positronen

positieve) lading hebben. β+-straling

IN

Positronen zijn deeltjes die erg op elektronen lijken, maar een tegengestelde (en dus

Straling die uit positronen bestaat. Kernen met een teveel aan protonen vervallen meestal via β+-straling. Ze zetten daarbij een proton om in een neutron.

γ-straling

Hoogenergetische elektromagnetische straling. Kernen met een energie hoger dan hun rustenergie vervallen via γ-straling. Het protonental Z en het neutronental N blijven

©

VA N

ongewijzigd.

138

MODULE 09

SYNTHESE hoofdstuk 1

HOOFDSTUK 2

Î Radioactiviteit in het dagelijkse leven Radioactiviteit is niet meer weg te denken

LEERDOELEN M Verklaren waarom er bij de fusie van lichte kernen en de splitsing van zware kernen enorme hoeveelheden energie vrijkomen

van onze elektriciteit wordt geproduceerd in kerncentrales. Ook in de medische wereld wordt gebruikgemaakt van straling

en nadelen ervan beschrijven M Het begrip ‘ ioniserende straling’ beschrijven

M Beschermingsmaatregelen tegen ioniserende straling omschrijven

afkomstig van radioactieve kernen. Dat is het geval bij medische beeldvorming of

IN

M De werking van een kernsplitsingsreactor en de voor-

om kanker te behandelen.

Hoe kan kernenergie gebruikt worden om elektriciteit op te wekken? En hoe

M De grootheid sievert interpreteren

schadelijk is de radioactiviteit in onze omgeving? Je leert er meer over in dit hoofdstuk.

VA N

M De meest voorkomende bronnen van ioniserende straling benoemen en beschrijven

1

uit ons dagelijks leven. Een groot deel

Energie uit lichte en zware kernen

©

1.1

Kerncentrales

S Afb. 25

S Afb. 26

S Afb. 27

In kerncentrales gebruikt men

Kernenergie wordt (jammer genoeg)

De zon geeft licht en warmte dankzij

kernenergie om elektriciteit op

ook gebruikt in atoombommen.

vrijgekomen kernenergie.

te wekken.

MODULE 09

hoofdstuk 2

139

De paarse curve op grafiek 3 toont de specifieke rustenergie van een aantal stabiele kernen en natuurlijke radionucliden als functie van het massagetal A.

Specifieke rustenergie in functie van A

1 1

H H

Specifieke rustenergie (MeV)

2 1

kernfusie

kernsplitsing

4 2

0

He

U

U

238 92

IN

235 92

Fe

56 26

50

100 150 massagetal A

200

250

W Grafiek 3 De rustenergie als functie van het massagetal A voor een aantal stabiele nucliden en natuurlijke radionucliden

Door de grafiek te bestuderen, leer je het volgende:

De lichtste kernen hebben een hoge specifieke rustenergie.

•

De specifieke rustenergie daalt naarmate A toeneemt, en bereikt een

VA N

•

breed minimum bij de middelzware kernen (met A tussen A ≈ 40 en

A ≈ 80). Voor middelzware nucliden zijn de nucleonen sterk aan de kern gebonden.

Fe heeft de laagste specifieke rustenergie en is bijgevolg de stabielste

•

56

kern. Het gevolg is dat 56Fe erg veel voorkomt in het heelal.

Na het brede minimum, vanaf A ≈ 80, neemt de specifieke rustenergie

•

langzaam toe. Dat betekent dat de nucleonen in zwaardere kernen iets minder sterk aan de kern gebonden zijn. Anders gezegd: het is iets gemakkelijker om nucleonen los te maken uit een zwaardere kern.

Afhankelijk van hun massagetal A kunnen er op twee verschillende manieren grote hoeveelheden energie worden vrijgemaakt uit kernen (grafiek 3): •

Zware nucliden kunnen uiteenvallen in twee middelzware nucliden. Dat noem je kernsplitsing of kernfissie.

•

Lichte nucliden kunnen samen een zwaardere nuclide vormen. Dat noem

©

je kernfusie.

Zowel bij kernsplitsing als bij kernfusie daalt de specifieke rustenergie van de kernen. Die vrijgekomen energie kan worden omgezet naar andere energiebronnen. Kernsplitsing wordt in kerncentrales gebruikt om elektriciteit op te wekken.

Op aarde is kernfusie moeilijk te realiseren omdat lichte kernen de elektrische kracht moeten overwinnen om samen een nieuwe kern te vormen.

De zon haalt haar energie wel uit de fusie van lichte kernen. Kernfusie in de zon is mogelijk door de hoge temperaturen in de zon.

Er kunnen grote hoeveelheden kernenergie vrijkomen door:

140

MODULE 09

hoofdstuk 2

•

kernsplitsing: kernen die uiteenvallen;

•

kernfusie: kernen die worden samengevoegd.

WEETJE

VIDEO

S Afb. 28 De fusiereactor van ITER in Frankrijk

IN

video: energie uit kernfusie

Twee belangrijke onderzoekscentra voor kernfusie zijn ITER in Frankrijk en JET in

het Verenigd Koninkrijk. In die centrales wordt het plasma bijeengehouden in een

VA N

torus (donutvorm). De neutronen die tijdens de fusiereactie ontstaan, zijn elektrisch neutraal en kunnen de torus verlaten. Ze produceren warmte door tegen de wand te

botsen. Net zoals in een splitsingscentrale, is het de bedoeling om de gecreëerde warmte te gebruiken om water om te zetten in stoom. De stoom zet op zijn beurt een turbine en een elektrische generator in beweging.

JET is de eerste reactor waarin wetenschappers fusie op aarde hebben uitgevoerd. Daarbij werd er meer energie verbruikt dan er geproduceerd werd. ITER is momenteel in opbouw.

Volgens de huidige planning wordt ITER in 2025 operationeel. Het is de bedoeling dat ITER tien keer meer energie zal produceren dan verbruiken, maar het zal nog vele jaren duren voordat het zover is.

In 2022 slaagden Amerikaanse wetenschappers er voor het eerst in om netto-energie uit kernfusie te halen. Ze hanteerden een ander principe dan de onderzoekers in JET of ITER. Ze stuurden

©

intens laserlicht van 192 lasers op een

S Afb. 29 In Lawrence Livermore National Laboratory konden wetenschappers netto-energie halen uit kernfusie.

piepkleine capsule met deuterium en tritium. Daarbij ontstonden er zulke hoge temperaturen dat de deuteriumen tritiumkernen samensmolten tot helium. Omdat de fusie enkel plaatsvond in een piepkleine capsule, kunnen we het principe jammer genoeg niet gebruiken voor commerciële fusiereactoren.

MODULE 09

hoofdstuk 2

141

1.2

Spontane en niet-spontane splitsing

Spontane splitsing komt bijna uitsluitend voor bij extreem instabiele kunstmatige radionucliden met een erg hoog massagetal.

Op de nuclidenkaart op p. 125 staan de spontane splitsingskernen afgebeeld in het groen.

Kernen kunnen echter ook splitsen doordat er een neutron invalt op een zware kern. In principe kan elke zware kern splitsen, maar in de praktijk is de splitsingswaarschijnlijkheid enkel bij 235U (uranium- 235), Pu (plutonium-239) en 233U (uranium-233) groot genoeg om praktisch nut

239

te kunnen hebben.

•

Van die drie nucliden is enkel 235U een natuurlijke radionuclide.

•

239

IN

Pu en 233U moeten in laboratoria worden gemaakt. neutron

VA N

splitsingsfragment

neutron

neutron

splitsingskern

splitsingsfragment neutron

S Afb. 30 Kernsplitsing als gevolg van een invallend neutron

Daarom gebruikt men bij toepassingen van kernsplitsing meestal 235U.

In natuurlijk uranium komt maar 0,7 % 235U voor. Daarom verhoogt men voor praktische doeleinden het percentage 235U in natuurlijk uranium in een laboratorium tot 2 à 4 %. Dat proces noem je het verrijken van uranium.

•

Meestal komt het kernsplitsingsproces op gang doordat er een neutron

©

op een zware kern invalt. Spontane splitsing komt zelden voor.

142

MODULE 09

hoofdstuk 2

•

Voor toepassingen van kernsplitsing gebruikt men gewoonlijk 235U, omdat dat de enige natuurlijke radionuclide met een voldoende grote splitsingswaarschijnlijkheid is.

•

Natuurlijk uranium bevat maar heel weinig 235U, namelijk 0,7 %. Daarom verhoogt men in laboratoria het percentage 235U in uranium (tot 2 à 4 %).

Dat noem je het verrijken van uranium.

1.3 De splitsing van 235U Het splitsingsproces wordt op gang gebracht door 235U te beschieten met neutronen. Dan zijn er verschillende splitsingsreacties mogelijk. Daarbij verschillen de gevormde kernen en het aantal vrijgekomen neutronen: Bijvoorbeeld: Of:

U + n0

235 92

U + n0 → 144 Ba + 89 Kr + 3 ∙ n0 56 36

235 92

→ 139 I + 95 Y + 2 ∙ n0 53 39

enzovoort

Voor alle kernsplitsingsreacties geldt dat het aantal protonen en het aantal neutronen voor en na de splitsing gelijk blijft.

Omdat zware kernen in verhouding meer neutronen bevatten dan Ba, 89 Kr, 139 I en middelzware kernen, hebben de splitsingsfragmenten, zoals 144 56 36 53

IN

Y, een overschot aan neutronen. Ze zijn met andere woorden instabiel en

95 39

zullen radioactief vervallen door een neutron om te zetten in een proton, dus via β⁻-verval.

Die splitsingsfragmenten zijn dan ook een belangrijke bron van radioactief afval. In tegenstelling tot andere vormen van vervuiling, is dat afval wel

gemakkelijk op te vangen. Het komt dus niet zomaar in de natuur of in de

©

VA N

nabijheid van mensen terecht. Een veilige berging van het nucleaire afval is belangrijk. Kortlevend radioactief afval moet tot driehonderd jaar worden opgeslagen vooraleer het niet meer radioactief is. Een kleine fractie van het afval is hoogradioactief moet gedurende duizenden jaren veilig worden opgeslagen.

•

Wanneer een neutron botst met een 235U-kern, valt de 235U-kern uit elkaar

in twee middelzware kernen en een paar neutronen. Er zijn verschillende combinaties van middelzware kernen en een aantal neutronen mogelijk.

•

De splitsingsfragmenten hebben een teveel aan neutronen. Ze zijn

daarom radioactief en vormen een belangrijke bron van radioactief afval. Een veilige berging van het radioactieve afval is belangrijk.

WEETJE

In België is NIRAS, de Nationale Instelling voor Radioactief Afval en verrijkte Splijtstoffen, verantwoordelijk voor het beheer van het radioactieve afval.

In afwachting van definitieve berging wordt het nucleaire afval momenteel

S Afb. 31 Vaten met radioactief afval wachtend op verwerking in de opslagruimte van Belgoprocess in Dessel

opgeslagen op een select aantal zeer streng bewaakte locaties: het terrein van Belgoprocess in Dessel en de kerncentrales in Doel en Tihange.

MODULE 09

hoofdstuk 2

143

1.4 Kettingreacties Om de enorme bron van splitsingsenergie aan te boren, is het belangrijk dat de kernsplitsing niet stopt na de splitsing van één 235U-kern. Bij de splitsing van een 235U-kern komen er gewoonlijk 2 of 3 neutronen vrij.

De wetenschapper Fermi was een van de eersten die besefte dat je die vrijgekomen neutronen kunt gebruiken om nieuwe 235U-kernen te splitsen.

WEETJE Enrico Fermi won in 1938 de Nobelprijs voor ‘het aantonen van nieuwe radioactieve elementen door

IN

bestraling met neutronen, en daarmee samenhangend de ontdekking van

kernreacties veroorzaakt door langzame neutronen’. Hij introduceerde als eerste de zwakke kernkracht en speelde

een pioniersrol in de ontwikkeling van

kernreactoren. Hij was ook betrokken bij de uitvinding van de atoombom.

VA N

S Afb. 32 Enrico Fermi

De 2 of 3 neutronen die bij de splitsing van een 235U-kern vrijkomen, kunnen op hun beurt invallen op nieuwe 235U-kernen en nieuwe kernsplitsingen veroorzaken. Daarbij komen er opnieuw neutronen vrij, die opnieuw

Een kettingreactie is een serie gebeurtenissen waarbij elke gebeurtenis wordt veroorzaakt door een vorige.

kernsplitsingen veroorzaken. Zo ontstaat er een kettingreactie, die schematisch wordt weergegeven op afbeeldingen 33, 34 en 35.

Voor een zichzelf onderhoudende kettingreactie moet minstens een van de geproduceerde neutronen een nieuwe 235U-kern doen splitsen.

Het verloop van de kettingreactie wordt dan ook bepaald door de

vermenigvuldigingsfactor f: het gemiddelde aantal neutronen per splitsing

©

dat een nieuwe splitsing veroorzaakt.

144

MODULE 09

hoofdstuk 2

Het begrip ‘vermenigvuldingsfactor’ wordt ook in andere contexten gebruikt. Zo gebruikten wetenschappers tijdens de coronapandemie het woord ‘reproductiegetal’ om uit te drukken of de pandemie toenam of afnam.

De vermenigvuldigingsfactor en het reproductiegetal zijn synoniemen.

TYPE KETTINGREACTIE

SCHEMATISCHE VOORSTELLING

gevaarlijk explosieve kettingreactie

Als f > 1, dan neemt het aantal splitsingen exponentieel toe.

Het resultaat is een ongecontroleerde, gevaarlijke, explosieve kettingreactie. Op dat principe zijn atoombommen gebaseerd.

IN

 Afb. 33 Een kettingreactie met vermenigvuldigings­factor f = 2 is gevaarlijk explosief.

veilige, gecontroleerde kettingreactie

Als f = 1, dan zorgt 1 neutron

geproduceerd in de splitsing van één 235U-kern voor de

VA N

splitsing van één nieuwe

U-kern. De kettingreactie

235

onderhoudt zichzelf zonder explosief te worden.

 Afb. 34 Een kettingreactie met vermenigvuldigings­factor f = 1 onderhoudt zichzelf zonder explosief te worden.

stilvallende kettingreactie Als f < 1, dan neemt

het aantal splitsingen

voortdurend af en dooft de kernreactie uit.

©

VIDEO

Gebruik de applet ‘Kernsplitsing’ om de ketting­reacties te simuleren.

Kies voor ‘Chain Reaction’.

 Afb. 35 Een kettingreactie met vermenigvuldigingsfactor f < 1 valt stil.

De neutronen die vrijkomen bij de splitsing van een 235U-kern, kunnen een nieuwe 235U-kern doen splitsen. Het gemiddelde aantal neutronen per splitsing

dat een nieuwe splitsing veroorzaakt, noem je de vermenigvuldigingsfactor f.

•

Als f > 1, dan ontstaat er een explosieve kettingreactie. Op dat principe zijn atoombommen gebaseerd.

•

Als f = 1, dan onderhoudt de kernreactie zichzelf zonder explosief te worden.

•

Als f < 1, dan dooft de kernreactie uit.

MODULE 09

hoofdstuk 2

145

1.5

Kernsplitsingsreactoren

Een kerncentrale haalt haar energie uit een gecontroleerde kettingreactie van kernsplitsingen en zet die om in elektrische energie. De splitsingsreacties gebeuren in de kernreactor van de centrale. Voor een goede, gecontroleerde werking van een kernreactor is het essentieel dat men

de vermenigvuldigingsfactor gelijk aan (of net iets kleiner dan) 1 houdt: f = 1.

De kernreactor bevat daarom een moderator en controlestaven.

1

De moderator verhoogt de vermenigvuldigingsfactor f door ervoor te zorgen dat de neutronen voldoende vertraagd worden. Vertraagde neutronen worden gemakkelijker opgenomen door een 235U-kern. Je kunt het vergelijken met een keeper die een voetbal moet pakken: dat

IN

is gemakkelijker bij een traag rollende bal dan bij een bal met een hoge snelheid. Een stof met lichte atomen is het meest geschikt als moderator.

In de huidige commerciële reactoren, zoals in Doel of Tihange,

gebruikt men vaak water als moderator. De kernreactor van Tsjernobyl bevatte grafiet als moderator. Water is veel veiliger als moderator

dan grafiet. Bij explosieve reacties wordt er veel warmte ontwikkeld,

die ervoor zorgt dat het water verdampt en de kettingreactie stilvalt.

VA N

S Afb. 36 Water in een kernreactor. De blauwe gloed noem je cherenkovstraling. Die straling ontstaat doordat geladen deeltjes, bijvoorbeeld hoogenergetische elektronen, sneller dan het licht door water bewegen. Dat is mogelijk doordat water het licht vertraagt.

De geladen deeltjes komen vrij na radioactief verval van de splitsingsfragmenten.

Warm grafiet daarentegen zal de neutronen nog meer vertragen en de vermenigvuldigingsfactor doen toenemen.

2

De controlestaven verlagen de vermenigvuldigingsfactor f door

neutronen te absorberen. Ze bestaan uit cadmium of boor, atoomsoorten waarvan de kernen gemakkelijk neutronen vangen. Door de controlestaven in en uit de reactor te schuiven, kunnen de operatoren de vermenigvuldigingsfactor f indien gewenst laten afnemen of toenemen.

Afbeelding 38 toont schematisch de werking van een volledige kerncentrale voor de productie van elektriciteit. In de kernreactor vinden de splitsingsreacties plaats. De brandstofstaven bevatten 235U. Het water in de container is de moderator en wordt opgewarmd door de vrijgekomen splitsingsenergie. Het warme water geeft zijn warmte via een warmtewisselaar

S Afb. 37 De controlestaven van een kernreactor

af aan een stoomgenerator. De stoom laat de turbine draaien en de turbine laat op haar beurt de elektrische generator (een soort grote fietsdynamo)

©

draaien. De stoom wordt door een derde watercircuit afgekoeld, condenseert Bekijk de video over de werking van een kerncentrale.

VIDEO

in een condensor opnieuw tot water en wordt via een pomp weer naar de stoomgenerator gebracht. De restwarmte wordt via het derde watercircuit afgeleid naar de koeltorens, waar het water zijn warmte afgeeft aan de atmosfeer en in een rivier geloosd wordt. De elektrische generator is verbonden met het stroomnet.

Het grote voordeel van kerncentrales is dat ze, in tegenstelling tot gas- of steenkoolcentrales, geen CO2 uitstoten. Ze zijn ook erg energie-efficient: de energieopbrengst per kg splijtstof is groot. Als gevolg van de strijd tegen

de klimaatopwarming is er daarom opnieuw meer interesse om bestaande kerncentrales te behouden of nieuwe te bouwen. Een nadeel is de productie van radioactief afval.

146

MODULE 09

hoofdstuk 2

elektriciteit beveiligd gebouw

stoom turbine

container

elektrische generator

koeltoren

controlestaven brandstofstaven water onder druk

warm water

pomp pomp pomp

water

koud water

reactor

pomp

stoomgenerator

IN

condensor

S Afb. 38 Schematische voorstelling van de werking van een kerncentrale

Kernreactoren functioneren bij f = 1. Daarom bevatten ze een moderator en controlestaven.

•

De moderator verhoogt de vermenigvuldigingsfactor door de neutronen te

VA N

vertragen.

Tragere neutronen worden gemakkelijker opgenomen door de 235U-kernen.

•

Controlestaven verlagen de vermenigvuldigingsfactor. Ze bestaan uit

atomen waarvan de kernen gemakkelijk neutronen absorberen. Door de controlestaven in en uit de reactor te schuiven, kunnen operatoren de vermenigvuldigingsfactor aanpassen.

Er zijn voor- en nadelen aan kernreactoren: •

•

Voordeel: ze stoten geen CO2 uit en zijn energie-efficiënt.

Nadeel: ze produceren radioactief afval.

WEETJE

Het onderzoek naar kernsplitsing kende vooral tijdens

de Tweede Wereldoorlog een snelle evolutie vanwege het militaire belang ervan. Op 6 augustus 1945 viel

er een atoombom met uranium op de Japanse stad

©

Hiroshima en op 9 augustus een tweede bom met plutonium op Nagasaki. Bij de ontploffing van de bommen ontstond er een explosieve kettingreactie van kernsplitsingen (f > 1).

De gevolgen waren verwoestend: •

Veel energie kwam vrij in de vorm van warmte. Dat

veroorzaakte branden tot op 1 km van het trefpunt en brandwonden tot op 3,5 km van het trefpunt.

•

De ontploffing ging gepaard met een enorme drukgolf. In

S Afb. 39 Foto van Hiroshima enkele dagen nadat de stad werd getroffen door een atoombom. Alleen het geraamte van het Museum voor Wetenschappen en Industrie bleef overeind. Alle andere gebouwen in de omgeving werden van de kaart geveegd.

Hiroshima werden woningen in een straal van 2 km met de grond gelijkgemaakt en in een straal van 6 km zwaar beschadigd.

•

Veel hoogradioactieve splitsingsfragmenten kwamen in de atmosfeer terecht en werden verder door winden over het aardoppervlak verspreid. Door de regen kwamen de splitsingsresten in planten en dus in het plantaardige voedsel terecht. Op die manier belandden ze in het menselijk lichaam, waar ze schade konden berokkenen.

MODULE 09

hoofdstuk 2

147

2

Effecten van ioniserende straling op de mens

2.1

Ioniserende straling

Straling die over voldoende energie beschikt om atomen en moleculen te kunnen ioniseren, noem je ioniserende straling. Voorbeelden van ioniserende straling zijn uv-straling, snelle neutronen die vrijkomen bij fusie- of splitsingsreacties, α-straling, β-straling en γ-straling. Alle straling die vrijkomt bij radioactief verval, is ioniserende straling.

IN

ioniserende straling

VA N

vrij elektron

S Afb. 40 Ioniserende straling

Als er ioniserende straling op het menselijk lichaam invalt, dan kan die straling moleculen in het lichaam ioniseren. Meestal is het geen probleem als er een molecule in ons lichaam verloren gaat. Van de meeste moleculen zijn er voldoende kopieën ons lichaam aanwezig of kunnen er kopieën worden bijgemaakt.

Als ons lichaam echter gewijzigde kopieën van de kapotte moleculen aanmaakt, kan er kanker ontstaan. Ook als er te veel moleculen beschadigd raken, is dat schadelijk voor ons lichaam.

Blootstelling aan straling, bijvoorbeeld bij medische toepassingen, moet

©

dus altijd worden afgewogen tegen de eventuele voordelen ervan. Voor werknemers die beroepshalve vaak met radioactiviteit in contact komen, zijn er strenge veiligheidsmaatregelen uitgewerkt om de opgelopen stralingsdosis zo laag mogelijk te houden.

Ioniserende straling is straling die over voldoende energie beschikt om atomen en moleculen te ioniseren. Blootstelling aan ioniserende straling kan lichaamsschade veroorzaken.

Het lichaam beschikt over beschermingsmechanismen om schade door ioniserende straling te herstellen, maar soms kan er kanker ontstaan.

148

MODULE 09

hoofdstuk 2

2.2 Voorzorgsmaatregelen tegen besmetting en bestraling Je kunt op verschillende manieren in contact komen met ioniserende straling.

Het soort contact bepaalt de graad van gevaar.

contact met stralingsbron

IN

stralingsbron op afstand

bestraling

uitwendige besmetting

©

VA N

minste gevaar

inwendige besmetting

meeste gevaar

S Afb. 41 Het verschil tussen besmetting en bestraling

Ioniserende straling is het gevaarlijkst als je in rechtstreeks contact komt met de radionucliden van de stralingsbron.

Rechtstreeks contact met radionucliden wordt besmetting genoemd.

Er zijn twee mogelijkheden: •

Bij inwendige besmetting zitten de radionucliden binnen in je lichaam.

De meeste besmettingen gebeuren via het eten van voedsel. Ook de lucht bevat radionucliden die je kunt inademen.

•

Bij uitwendige besmetting zijn de radionucliden aanwezig op je huid, haar of kleding.

Dat kan het gevolg zijn van radionucliden in de lucht of het komt doordat je rechtstreeks een radioactieve bron hebt aangeraakt.

Je hebt onrechtstreeks contact met radionucliden als je bestraald wordt door een stralingsbron op afstand. Dat noem je bestraling. Ook dan kun je lichaamsschade oplopen.

Om de stralingsschade te beperken, kun je voorzorgsmaatregelen nemen. Bij besmetting moet je de stralingsbron verwijderen om verdere lichaamsschade te voorkomen.

•

Inwendige besmettingsbronnen kun je niet zomaar verwijderen. Het is dus belangrijk om niet inwendig met radionucliden besmet te worden.

•

Uitwendige besmettingsbronnen kun je verwijderen door uitgebreid te douchen en zo de radionucliden op je huid en haar te verwijderen, en door andere kleren aan te trekken.

MODULE 09

hoofdstuk 2

149

Wie beroepsmatig in aanraking komt met radioactieve bronnen, vermijdt rechtstreeks contact met de bronnen door beschermende kleding te dragen: overalls, handschoenen, schoenbeschermers, gezichtsmaskers enzovoort. Het is ook belangrijk om na het contact met een radioactieve bron altijd goed je handen te wassen.

VOORBEELD BESMETTING DOOR BANANEN Wie lust er niet af en toe eens een banaan? Bananen zijn gezond. Nochtans bevatten bananen en ook ander fruit kalium. Een van de isotopen van kalium is de natuurlijke radionuclide 40K (kalium-40), met een natuurlijk voorkomen van 0,0117 %. 40K is een natuurlijke β–-straler. Door bananen te eten, besmet je jezelf dus met radionucliden. Gelukkig is de stralingsdosis die je op die manier oploopt, erg laag en ongevaarlijk. Je lichaam heeft

VA N

dragen.

IN

sowieso kalium nodig om je bloeddruk te regelen en zenuwprikkels over te

W Afb. 42 Bananen: een stralingsbron

Bij bestraling kun je de lichaamsschade beperken door: •

de blootstellingsduur te beperken;

•

voldoende afstand te nemen van de bron;

•

jezelf af te schermen van de bron door bijvoorbeeld loodglas of

©

beschermende kleding te gebruiken.

W Afb. 43 Een beschermende loodschort

Bij besmetting is er rechtstreeks contact met radionucliden: •

bij inwendige besmetting in je lichaam;

•

bij uitwendige besmetting op je haar, huid of kleren.

Uitwendige besmetting kun je verwijderen, inwendige besmetting niet.

Bij bestraling word je wel bestraald door ioniserende straling, maar is er geen rechtstreeks contact met de stralingsbron. Stralingsschade door bestraling kun je vermijden door de blootstellingsduur te beperken, afstand te houden van de bron en/of afscherming te voorzien.

150

MODULE 09

hoofdstuk 2

2.3 De biologische schade in je lichaam (in sievert) De stralingsschade die het lichaam oploopt door bestraling of besmetting, hangt af van:

Hij bestudeerde de biologische effecten van ioniserende straling.

de hoeveelheid stralingsenergie die het lichaam geabsorbeerd heeft;

•

de soort straling die het lichaam geabsorbeerd heeft;

•

het weefsel of orgaan dat die straling geabsorbeerd heeft.

De grootheid die uitdrukt hoeveel potentiële stralingsschade je lichaam opgelopen heeft, is de effectieve dosis. De eenheid is de sievert. α-straling is tot twintig keer schadelijker dan β- of γ-straling. Dat verschil wordt vooral veroorzaakt door het feit dat α-deeltjes zware stralingsdeeltjes zijn en door hun massa veel trager bewegen dan β- of γ-deeltjes met

IN

De sievert is vernoemd naar de Zweedse medische fysicus Rolf Maximilian Sievert (1896-1966).

•

dezelfde energie. Daardoor veroorzaakt α-straling veel ionisaties dicht bij elkaar, wat het risico op

onherstelbare schade op een

· 20

α

bepaalde plek in het lichaam

verhoogt. De kans op blijvende

biologische schade is kleiner als

β– β+

·1

©

VA N

de geïoniseerde moleculen

meer verspreid in het lichaam

liggen, zoals bij β- of γ-straling.

Ook neutronen veroorzaken,

·1

γ

afhankelijk van hun snelheid, meer lichaamsschade dan

β⁻- of γ-straling, van drie keer schadelijker voor trage

· 3 tot · 20

n

neutronen tot twintig keer schadelijker voor snelle

S Afb. 44 Relatieve stralingsschade ten gevolge van de verschillende soorten straling

neutronen.

In sommige organen zijn de ionisaties veel schadelijker dan in andere.

Dat wordt uitgedrukt door de weefselweegfactor ww. Hoe groter de

weefselweegfactor, hoe gevoeliger het orgaan is voor stralingsschade ten gevolge van blootstelling aan ioniserende straling. Tabellen 1 en 2 lijsten de weefselweegfactoren voor verschillende weefsels en organen op. Als het volledige lichaam gelijkmatig aan de ioniserende straling wordt blootgesteld, is de weefselweegfactor gelijk aan 1.

WEEFSEL OF ORGAAN

wW

voortplantingsorganen

0,20

lever

0,05

rood beenmerg

0,12

slokdarm

0,05

dikke darm

0,12

schildklier

0,05

longen

0,12

huid

0,01

maag

0,12

botoppervlak

0,01

blaas

0,05

rest van het lichaam

0,05

borsten

0,05

totaal

WEEFSEL OF ORGAAN

wW

1

S Tabel 1 Relatieve stralingsschade ten gevolge van de verschillende soorten straling

MODULE 09

hoofdstuk 2

151

WEEFSELWEEGFACTOR wW

voortplantings­

skelet:

organen: 0,20

•

blaas: 0,05

borsten: 0,05

rood beenmerg: 0,12 botoppervlak: 0,01

VA N

IN

•

spijsverteringsstelsel: •

dikke darm: 0,12

•

maag: 0,12

•

lever: 0,05

•

slokdarm: 0,05

longen: 0,12

schildklier: 0,05

huid: 0,01

S Tabel 2 Weefselweegfactoren voor de verschillende lichaamsdelen

GROOTHEID MET SYMBOOL

effectieve dosis

Heff

EENHEID MET SYMBOOL

sievert

Sv

De sievert is een grote eenheid. Vaak gebruikt men daarom de mSv (millisievert = 10–3 Sv) of μSv (microsievert = 10–6 Sv).

©

De biologische stralingsschade hangt af van: •

de hoeveelheid stralingsenergie die het lichaam geabsorbeerd heeft;

•

de soort straling die het lichaam geabsorbeerd heeft;

•

het orgaan of het weefsel dat de straling geabsorbeerd heeft.

De effectieve dosis Heff is een maat voor de mogelijke stralingsschade

die het lichaam heeft opgelopen.

De eenheid is de sievert (Sv).

152

MODULE 09

hoofdstuk 2

2.4 Gemiddelde jaarlijkse effectieve dosis Een gemiddelde Belg loopt per jaar een effectieve dosis van 4 mSv op: •

2,5 mSv is het gevolg van natuurlijke radioactiviteit:

•

–

kosmische straling;

–

aardstraling;

–

inademing van natuurlijke radionucliden;

–

radionucliden in ons voedsel.

1,5 mSv is het gevolg van kunstmatige radioactiviteit: –

Die ioniserende straling is bijna uitsluitend afkomstig van medische toepassingen.

–

De opgelopen stralingsdosis door industriële toepassingen, klein.

IN

bijvoorbeeld de aanwezigheid van kerncentrales, is verwaarloosbaar

Natuurlijke radioactiviteit kosmische straling (0,3 mSv/jaar)

9%

natuurlijke radionucliden in de aardbodem (0,4 mSv/jaar)

10 %

39 %

VA N

inwendige besmetting door inademing van natuurlijke radionucliden (1,4 mSv/jaar) inwendige besmetting door radionucliden in het voedsel (0,3 mSv/jaar)

35 %

7%

Kunstmatige radioactiviteit industriële toepassingen (0,01 mSv/jaar)

0%

medische toepassingen (1,5 mSv/jaar)

S Afb. 45 De geschatte blootstelling aan ioniserende straling voor de gemiddelde Belg, gebaseerd op cijfers van het FANC

Er zijn zes bronnen van ioniserende straling waaraan de gemiddelde Belg wordt blootgesteld. Je bestudeert ze hierna meer in detail.

1

Kosmische straling

Kosmische straling is straling die in het universum ontstaat en voortdurend de aarde bombardeert. Een kleine fractie ervan ontstaat in de zon. Het grootste deel ontstaat in de andere sterren en de rest van

©

het universum.

15 km

10 μSv h

10 km

5 μSv h

6,7 km Himalaya

3,7 km Lhasa, Tibet

1 μSv h

0,5 μSv h

Als de kosmische straling de atmosfeer bereikt, botst ze met de luchtmoleculen. Dat leidt tot kernreacties waarbij straling vrijkomt, hoofdzakelijk β- en γ-straling. Omdat kosmische straling door de atmosfeer wordt geabsorbeerd, neemt de intensiteit sterk af naarmate je dichter bij het aardoppervlak komt. Ook het aardmagneetveld houdt veel van de geladen deeltjes van de kosmische straling tegen. Een kleine fractie bereikt uiteindelijk toch het aardoppervlak. Hoe hoger je je dus bevindt, aan hoe meer kosmische straling je wordt blootgesteld.

Luchtvaartpersoneel dat regelmatig met lange vluchten meevliegt, kan

zeeniveau

0,03 μSv h

daarom een aanzienlijke dosis straling oplopen.

S Afb. 46 Blootstelling aan kosmische straling

MODULE 09

hoofdstuk 2

153

2

Natuurlijke radionucliden in de aardbodem De aarde bevat van nature radionucliden die in de bodem zitten.

Het gaat daarbij vooral om 40K (kalium-40) en radionucliden uit de vervalreeksen van 238U en 232Th. Omdat bouwmaterialen zoals bakstenen gemaakt worden van bodemmateriaal, bevatten die ook kleine, meestal ongevaarlijke hoeveelheden radionucliden.

VOORBEELD BAKSTENEN Bakstenen zijn gemaakt van klei uit de bodem en bevatten daardoor kleine

IN

hoeveelheden natuurlijke radionucliden (vooral 40K, 238U en 232Th). Wie in een

bakstenen huis woont, loopt door de

aanwezigheid van radionucliden in de muren een jaarlijkse effectieve dosis van 0,1-0,2 mSv op. De blootstelling

aan ioniserende straling moet volgens

Europese richtlijnen beperkt worden tot

VA N

1 mSv per jaar, bovenop de natuurlijke achtergrondstraling. De hoeveelheid

S Afb. 47 Bakstenen gemaakt van klei

straling die je oploopt door de aanwezigheid van radionucliden in de muren, ligt daar ver onder.

3

Inademing van natuurlijk radon

Halverwege de uraniumreeks ontstaat het radioactieve 222Rn (radon-222).

Omdat dat een edelgas is, zal het vrijkomen uit de bodem en bepaalde bouwmaterialen. Het komt dan in de lucht terecht. Toch is het niet het radongas zelf dat schadelijk is. Bij het verval van 222Rn ontstaan er namelijk nieuwe radionucliden, ook wel radondochters genoemd. Die zijn niet gasvormig en hechten zich vast aan zwevende stofdeeltjes in de lucht. Als je die stofdeeltjes inademt, komen de radondochters in je longen terecht. Bij het verval van de radondochters komt zowel α-, β-, als γ-straling vrij. Door de stralingsschade in de longen kun je

©

longkanker krijgen.

In Vlaanderen zijn de concentraties aan radongas erg laag. In Wallonië zijn er streken met hoge concentraties.

In de buitenlucht is het radongas geen probleem, maar in slecht geventileerde huizen kan de concentratie aan radongas oplopen.

154

MODULE 09

hoofdstuk 2

W Afb. 48 Radongas in België.

Gegevens van het Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle, situatie 2023.

4

Natuurlijke radionucliden in voedsel De natuurlijke radionucliden uit de aardbodem komen ook in ons voedsel terecht. Het gaat in de eerste plaats om 40K. Zo zijn bananen gekend om hun relatief hoge radioactiviteit. Wanneer je een banaan eet, word je blootgesteld aan een effectieve dosis van ongeveer 0,1 μSv.

5

S Afb. 49 Een banaan heeft een hoge activiteit.

Medische toepassingen In de medische wereld maakt men vaak gebruik van ioniserende straling kanker. Op

6

IN

en radionucliden voor medische beeldvorming of behandeling van kun je daar meer over leren.

Industriële toepassingen

Straling die afkomstig is van industriële toepassingen, zoals de

productie van elektriciteit, draagt nauwelijks bij tot de stralingsdosis

©

VA N

waaraan de gemiddelde Belg wordt blootgesteld.

De dosislimieten die je bovenop de natuurlijke achergrondstraling mag oplopen, zijn bij wet vastgelegd en terug te vinden op de website van het Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle (FANC). De straling die je oploopt bij medische beeldvorming of andere medische behandelingen, is daarin niet inbegrepen.

Wie beroepshalve niet met ioniserende straling in contact komt, mag 1 mSv per jaar bovenop de natuurlijke achtergrondstraling oplopen.

Daar is de straling die je oploopt bij medische beeldvorming of andere medische behandelingen, niet bij inbegrepen.

Meer dan de helft van de ioniserende straling waaraan we blootgesteld worden, is van natuurlijke oorsprong: kosmische straling, radionucliden in de aardbodem, 222Rn in de lucht en radionucliden in ons voedsel.

Ook bij medische toepassingen worden we aan relatief veel ioniserende straling blootgesteld.

We worden nauwelijks blootgesteld aan ioniserende straling die ontstaat bij industriële toepassingen, zoals kerncentrales.

Wie beroepshalve niet in contact komt met ioniserende straling, mag 1 mSv per jaar bovenop de natuurlijke achtergrondstraling oplopen. Daar is de straling die je oploopt bij medische beeldvorming of andere medische behandelingen, niet bij inbegrepen.

MODULE 09

hoofdstuk 2

155

WEETJE Bij de kernramp in Tsjernobyl in 1986 werden sommige mensen blootgesteld aan een dosis van 10 Sv. Binnen een maand na de ramp stierven er 31 hulpverleners en technici. 3 mensen kwamen ter plaatse om en 28 mensen stierven in de weken daarna. De inwoners van de vlakbij gelegen stad (Pripjat, 55 000 inwoners tot 1986) en de omliggende dorpen werden pas na 36 uur geëvacueerd en liepen daardoor een gemiddelde dosis van 30 mSv op. De cijfers over hoeveel slachtoffers er de jaren daarna nog gevallen zijn door de gevolgen van de opgelopen straling, lopen sterk uiteen. Dat komt vooral doordat wetenschappers nog niet goed weten welk effect langdurige blootstelling aan lage stralingsdosissen heeft op het menselijk lichaam.

IN

Na het ongeluk in de kerncentrale van Fukushima in 2011 werden de

mensen in de omgeving veel sneller geëvacueerd. Daardoor werden ze aan veel minder straling blootgesteld. De gemiddelde dosis waaraan de bevolking in het eerste jaar na de ramp werd blootgesteld, door directe blootstelling aan ioniserende straling of door besmet voedsel te eten, was minder dan 10 mSv. Enkele medewerkers van de kerncentrale

werden in het ziekenhuis opgenomen met stralingsziekte nadat ze tot

©

VA N

6 Sv straling hadden opgelopen.

156

MODULE 09

hoofdstuk 2

S Afb. 50 Afscherming over de kernreactor van Tsjernobyl

AAN DE SLAG

1

Rangschik de nucliden 1H, 4He, 56Fe en 238U volgens stijgende specifieke rustenergie.

2

Welke uitspraken zijn correct?

Verbeter de foute uitspraken.

Fe-kern.

Een 11H-kern heeft een hogere rustenergie dan een 56 26

a

juist

fout

IN

b In een kerncentrale is het belangrijk dat er meer dan 1 neutron dat vrijkomt bij een splitsingsreactie van U, een nieuwe splitsingsreactie veroorzaakt. Zo valt de kettingreactie niet stil.

235

juist

fout

3

VA N

Vul de uitspraken aan met ‘altijd’, ‘soms’ of ‘nooit’.

Middelzware kernen hebben een hogere specifieke rustenergie dan zware kernen.

a

b Als er bij een kernreactie massaverlies is, dan komt er energie vrij.

Spontane kernsplitsing komt voor.

c

d Neutronen die vrijkomen bij een kernsplitsing, veroorzaken een nieuwe kernsplitsing.

4

Een neutron valt in op een 235U-kern.

De 235U-kern ondergaat daardoor de volgende splitsingsreactie: U + n0 → 141 Ba + 92 Kr + 3 · n0 56 36

235 92

Leg uit hoe die splitsingsreactie een kettingreactie kan veroorzaken.

©

5

Vul de uitspraken aan met ‘altijd’, ‘soms’ of ‘nooit’. a

Als een γ-straal op je lichaam invalt, ioniseert die een molecule.

b Als er ioniserende straling op je lichaam invalt, veroorzaakt dat kanker. c

Kanker wordt veroorzaakt door ioniserende straling.

MODULE 09

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

157

6

Op 11 maart 2011 vond er in de kerncentrale van Fukushima een kernramp plaats als gevolg van een zeebeving en een daaropvolgende tsunami. Hoewel de kernreactoren werden stilgelegd, bleef de temperatuur in de centrale oplopen omdat de koelsystemen beschadigd waren. Daardoor vond er in de drie kernreactoren een gedeeltelijke smelting plaats, waarbij ook grote hoeveelheden radioactieve stoffen

IN

vrijkwamen. Er werden zo’n 150 000 mensen geëvacueerd.

S Fukushima na de tsunami

a

Onmiddellijk na de beving werden de drie kernreactoren stilgelegd door middel van een noodstop.

Wat heeft men heel concreet gedaan om de splitsingsreacties te stoppen?

VA N

b Was de vermenigvuldigingsfactor f groter dan, gelijk aan of kleiner dan 1 nadat de noodstop werd ingeschakeld?

groter dan 1

gelijk aan 1

kleiner dan 1

Verklaar je antwoord.

c

Stopten alle splitsingsreacties onmiddellijk nadat de noodstop werd ingeschakeld?

Ja, ze stopten onmiddellijk.

Nee, ze stopten niet.

Verklaar je antwoord.

©

158

MODULE 09

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

7

Aardappelen worden bestraald met γ-stralen om kiemvorming te voorkomen.

S Symbool voor voedsel dat bestraald werd

S Aardappelen

Welke uitspraak is correct?

Na de bestraling bevatten de aardappelen zowel natuurlijke als kunstmatige radionucliden.

IN

De radionucliden blijven na de bestraling een tweetal dagen in een opslagplaats liggen, tot de activiteit van de kunstmatige radionucliden verwaarloosbaar klein geworden is ten opzichte van de activiteit van de natuurlijke radionucliden.

Na de bestraling bevatten de aardappelen zowel natuurlijke als kunstmatige radionucliden.

De activiteit van de kunstmatige radionucliden is echter verwaarloosbaar klein ten opzichte van de activiteit van de natuurlijke radionucliden. De aardappelen zijn veilig voor consumptie.

Lees de onderstaande krantenkoppen.

Is er gevaar is voor besmetting, bestraling of beide? Leg uit.

Radioactief afvalwater kerncentrale Fukushima wordt in zee geloosd

A

Uit: businessam.be, 16/10/2020

bestraling

besmetting

©

8

VA N

Na de bestraling bevatten de aardappelen enkel natuurlijke radionucliden. Ze zijn veilig voor consumptie.

Radioactief Emmers metafvalwater uranium staan kerncentrale 20 jaar in museumgebouw Fukushima wordt in Grand zee geloosd Canyon

B

Uit: businessam.be, standaard.be, 20/02/2019 16/10/2020

bestraling

besmetting

MODULE 09

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

159

Greenpeace vindt sporen van radioactiviteit bij Umicore Olen en in Molse Nete

C

Uit: standaard.be, 10/12/2020

bestraling

besmetting

9

IN

Aan welke effectieve dosis word je blootgesteld gedurende een trans-Atlantische vlucht van tien uur op vijftien kilometer hoogte?

10 μSv h

VA N

15 km

10 km

6,7 km Himalaya

3,7 km Lhasa, Tibet

zeeniveau

5 μSv h 1 μSv h

0,5 μSv h

0,03 μSv h

.

©

Meer oefenen? Ga naar

160

MODULE 09

hoofdstuk 2 - AAN DE SLAG

VIDEO

kennisclip

HOOFDSTUKSYNTHESE KERNBEGRIPPEN

kernfusie

NOTITIES

Lichte kernen worden samengevoegd tot een zwaardere kern. Er komt veel energie vrij.

kernsplitsing

Zware kernen worden gesplitst in twee lichtere kernen. Er komt veel energie vrij.

kerncentrale

Een kerncentrale is een elektriciteitscentrale waar gebruik wordt gemaakt van kernsplitsing om elektriciteit op te wekken.

Bij elke kernsplitsing komen neutronen vrij die nieuwe kernsplitsingen veroorzaken.

IN

kettingreactie

Dat domino-effect is een kettingreactie. vermenigvuldingsfactor f

De vermenigvuldigingsfactor drukt uit of een kernreactie explosief is, in evenwicht is, of zal stilvallen.

f < 1: de kettingreactie valt stil. f = 1: situatie in kerncentrales. De kettingreactie onderhoudt zichzelf zonder

VA N

explosief te worden.

f > 1: situatie in atoombommen. De kettingreactie is explosief.

moderator

De moderator verhoogt de vermenigvuldiginsfactor en is vaak water of grafiet.

controlestaven

Controlestaven worden in kerncentrales gebruikt om de vermenigvuldigingsfactor te verlagen.

lichaamsschade door

Ioniserende straling kan atomen en moleculen in het lichaam ioniseren. Blijvende

ioniserende straling

lichaamsschade ontstaat als er te veel moleculen vernietigd worden of als het lichaam gewijzigde kopieën van kapotte moleculen maakt. In dat laatste geval kan er kanker ontstaan.

besmetting

Rechtstreeks contact met radionucliden is besmetting.

Je moet de stralingsbron verwijderen om verdere lichaamsschade te voorkomen.

©

bestraling

sievert

Onrechtstreeks contact met radionucliden is bestraling.

Je wordt dan bestraald vanop een afstand. Je kunt lichaamsschade vermijden door de blootstellingsduur te beperken, afstand te houden van de bron en/of afscherming te voorzien.

Sievert (Sv) is de eenheid van effectieve dosis (Heff ).

Die dosis is een maat voor de mogelijke biologische schade.

gemiddelde jaarlijkse

De gemiddelde jaarlijkse effectieve dosis van een Belg bedraagt 4 mSv:

effectieve dosis

• •

2,5 mSv als gevolg van natuurlijke radioactiviteit; 1,5 mSv als gevolg van kunstmatige radioactiviteit, bijna uitsluitend door medische toepassingen.

dosislimiet

Wie beroepshalve niet in contact komt met ioniserende straling, mag maximaal 1 mSv per jaar bovenop de achtergrondstraling oplopen.

MODULE 09

SYNTHESE hoofdstuk 2

161

©

VA N

IN

Î Notities

162

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

NOTITIES

©

VA N

IN

Î Notities

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

NOTITIES

163

©

VA N

IN

Î Notities

164

GENIE Natuurwetenschappen 5&6

NOTITIES