Inspirerend materiaal

Motivatie:

De beschikbaarheid van water is doorheen de geschiedenis bepalend geweest voor de menselijke ontwikkeling en welvaart. Gezondheidszorg, voedselvoorziening, de werking van energiesystemen zijn afhankelijk van betrouwbare watervoorziening. Wereldwijd daalt de beschikbaarheid van zoet water door klimaatverandering. Door de verdere toename van de wereldbevolking wordt een stijging van de zoetwaterbehoefte verwacht. Er zijn nu al landen in het Midden-Oosten die het grootste deel van het drinkwater produceren door ontzilting van zeewater. Dit is evenwel een proces dat meer energie vraagt dan drinkwaterwinning door zuivering van oppervlaktewater of grondwater.

Oriëntatie, probleem(stelling) of onderzoeksvraag
Je kunt:

• het onderzoek kaderen binnen een groter geheel. De actualiteit kan je inspiratie bieden bv. het gebrek aan drinkwater door verdroging bij klimaatveranderingen.
• via bronnenonderzoek bestaande methoden voor ontzilting en hun eigenschappen documenteren en vergelijken.
• verkennen welke theoretische concepten verband houden met de onderzoeksvraag: verandering van de evenwichtstoestand door volumeverandering, invloed van de concentratie, de temperatuur, de druk, oplosbaarheid, oplosbaarheidsconstante, samenstelling van zeewater, bruikbare analysetechnieken om de aanwezige stoffen te identificeren en hun concentraties te bepalen, factoren die de deeltjesgrootte beïnvloeden, omgekeerde osmose, scheidingstechnieken, ionenuitwisselingschromatografie (kationen/anionen), concentratiegradiënt, redoxreacties.

Onderzoeksmethode, gegevensverzameling, analyse

• Je kunt met leerlingen nadenken over de te onderzoeken deelaspecten en aangewezen methodes om tot een goede oplossing te komen. Je kunt als leraar ook rekening houden met beperkingen op vlak van haalbaarheid en beschikbare tijd.
• Om onderzoeken af te bakenen kun je deelvragen formuleren:
  • Welke opgeloste zouten vinden we terug in zeewater?
  • Welke andere stoffen vinden we terug (polair, apolair, microbieel)? Welke van die stoffen vormt de grootste uitdaging om het water te ontzilten?
  • Welke scheidingstechnieken zijn bruikbaar voor deze stoffen? Wat is de duurzaamheid van deze technieken? Hoeveel energie is daarvoor nodig? Welke technieken worden aanbevolen voor het ontzilten?
  • Welke factoren hebben de grootste invloed op de oplosbaarheid bij de ontzilting?
  • Welke chemische analyses kun je uitvoeren om het ontziltingsproces op te volgen?
  • Wat is het belang van de pH-waarde bij ontzilting? Hoe kun je de invloed van de pH op het Boor-gehalte verklaren?
  • Wat kun je verstaan onder het begrip ‘Totaal opgeloste stoffen’ of TDS?
  • Welke technieken kun je gebruiken om de microbiële verontreiniging tegen te gaan?
  • Welke soorten membranen worden gebruikt in een ontziltingsinstallatie? Wat zijn de voor- en nadelen van elk membraan?
  • Welk voor- en nadelen leveren het toepassen van redoxreacties bij het gebruik van ionenuitwisselingschromatografie? Wat is de invloed van de pH op dergelijke elektrochemische reacties?
• Mogelijke analysemethoden die aan bod kunnen komen: gravimetrie, spectrofotometrie, conductometrie, potentiometrie …
• Je kunt een proefopstelling voor ontzilting maken en bij iedere scheidingsstap het effect en het rendement nagaan. Criteria om het resultaat in te schatten kunnen zijn: energiegebruik bij de ontzilting, grondstofgebruik (bv. filters en het reinigen ervan), reinigen van de opstelling, verwerking van het produceerde afval …
• Je kunt gebruik maken van titraties om veranderingen in zoutconcentratie op te volgen doorheen het proces van ontzilting: neerslagtitraties (bv. chloridegehalte bepalen met de methode van Mohr, Fajans, of Volhard) of hardheidsbepaling via complextitraties. Via conductometrie/spectrofotometrie kan een ijklijn worden opgesteld voor de bepaling/opvolging van de zoutconcentratie. Begrippen als standaardreeks, verdunningsreeks, ijklijn, concentratiegradiënt ... kunnen aan bod komen. Daarbij kan aandacht worden besteed aan de procedure van een correcte staalname.
• Je kunt het onderzoek klassikaal voeren waarbij elke leerling dezelfde opdracht krijgt.
  Je kunt het onderzoek opsplitsen in meerdere deelopdrachten en toewijzen aan individuele leerlingen of groepjes van leerlingen.
  Je kunt deelresultaten tussentijds laten terugkoppelen naar de groep en van daaruit het onderzoek bijsturen.
  Je kunt binnen de klas verschillende onderzoeken laten uitvoeren door de individuele leerling of in groepjes.
• Je kunt het onderzoek spreiden over de graad.
  Je kunt kiezen voor een jaaronderzoek, een trimesteronderzoek …
  Je kunt binnen het jaaronderzoek een aantal onderzoekscycli doorlopen en binnen hetzelfde onderzoek (itereren) waarbij de focus ligt op het bijsturen van het onderzoeksproces eerder dan het resultaat. Dat kan ook door binnen een cyclus de focus te leggen op bepaalde deelaspecten van de onderzoeksmethodiek.

Conclusie, rapportering
Je kunt: 

• het eindresultaat van het (deel)onderzoek laten concretiseren aan de hand van een presentatie (bv. poster) in functie van het gevoerde (deel)onderzoek.
• het eindresultaat toetsen aan de onderzoeksvraag.
• leerlingen laten reflecteren over de meerwaarde van de gebruikte onderzoeksmethoden bij het beantwoorden van de onderzoeksvraag.