Practicum: Groene chemie – duurzame synthese en LCA – Scheikunde Klas 5 VWO

In dit practicum voor klas 5 vwo vergelijk je een conventionele en een groene syntheseroute voor aspirine (acetylsalicylzuur). Je berekent E-factor (milieu-index), atom economy en voert een vereenvoudigde levenscyclusanalyse (LCA) uit.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de 12 principes van groene chemie toepassen, E-factor berekenen (E = massa afval / massa product), atom economy vergelijken tussen routes, een LCA in drie fasen (productie, gebruik, afdanking) beschrijven, en duurzame oplosmiddelen beoordelen.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 5 | Vak: Scheikunde | Domein: F2 Groene chemie, G2 Milieueffectrapportage, G3 Energie en industrie | E-factor, atom economy, LCA, duurzaamheid, 12 principes groene chemie, aspirinesynthese

Benodigdheden

Salicylzuur (2 g), azijnzuuranhydride (3 mL), fosforzuur (concentraat, 5 druppels)
Ijswater, filtreerpapier, Buchner-trechter
Ijzerchloride-oplossing (FeCl₃, 0,1 mol/L) voor zuiverheidstest
Analytische balans

Achtergrondinformatie

Aspirinesynthese: C₆H₄(OH)COOH + (CH₃CO)₂O → C₆H₄(OCOCH₃)COOH + CH₃COOH. M(salicylzuur) = 138,1 g/mol; M(aspirine) = 180,2 g/mol; M(azijnzuuranhydride) = 102,1 g/mol. Atom economy = M(aspirine) / [M(salicylzuur) + M(azijnzuuranhydride)] × 100%. E-factor = massa afval (g) / massa product (g). LCA: inventarisatie grondstoffengebruik, energieverbruik, emissies en afvalstromen over de hele levenscyclus.

Werkwijze

Weeg 2,00 g salicylzuur in een erlenmeyer. Voeg 3,0 mL azijnzuuranhydride toe, dan 5 druppels H₃PO₄.
Verhit 15 min op waterbad (85°C). Koel af. Voeg 20 mL ijswater toe (voorzichtig; exotherm). Zet in ijs totdat kristallen vormen.
Filtreer via Buchner-trechter. Spoel met koud water. Droog en weeg.
Zuiverheidstest: voeg 1 druppel FeCl₃ toe aan oplossing van het product. Kleur? (Paars = salicylzuur aanwezig; lichtgeel = zuiver aspirine).

Meettabel

Grootheid	Waarde
m(salicylzuur) (g)	2,00
n(salicylzuur) (mol)	0,01448
m(aspirine) theorie (g)	2,61
m(aspirine) gemeten (g)
Opbrengst (%)
E-factor (afval/product)

Verwerkingsvragen

Bereken de atom economy van deze aspirinesynthese.
De conventionele route gebruikt chloride als activeringsreagens en genereert 8 g afval per gram product. De groene route (azijnzuuranhydride) genereert 3 g afval/g. Bereken de E-factoren en vergelijk.
Noem twee verbeteringen om de aspirinesynthese groener te maken.

Uitwerking

V1: Atom economy = M(aspirine) / [M(salicylzuur) + M(azijnzuuranhydride)] × 100% = 180,2 / (138,1 + 102,1) × 100% = 180,2 / 240,2 × 100% = 75,0%. (25% van de atomen eindigt in azijnzuur-bijproduct).

V2: Conventioneel: E-factor = 8 g afval / 1 g product = 8. Groene route: E-factor = 3 / 1 = 3. De groene route genereert 2,7× minder afval per gram product; beter voor het milieu.

V3: (1) Gebruik azijnzuur als oplosmiddel i.p.v. benzeen (minder toxisch/gevaarlijk). (2) Continue-flowchemie: reductie van oplosmiddelgebruik en betere warmteoverdracht. (3) Biologische synthese via enzymatische verestering (hogere selectiviteit, minder bijproducten).

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert aspirinesynthese-kits, Buchner-trechters, analytische balansen en IJzerchloride-testsets voor groene chemie-praktika in het voortgezet scheikundeonderwijs.

Bekijk het assortiment of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.