Kunststoffe und Polymerisation

Plastics and Polymerization

Chemie Klasse 10 20 Aufgaben
OrganischPolymereAnwendungen

Aus tausenden Ethen-Molekülen wird eine Polyethylen-Tüte: Die Kinder verfolgen, wie die Doppelbindungen der Monomere aufbrechen und sich zu langen Ketten verbinden, unterscheiden Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere am Vernetzungsgrad und erklären damit, warum sich nur Thermoplaste einschmelzen und recyceln lassen. Polykondensation (Polyester, Nylon) kommt als zweiter Weg hinzu. Gegen die Fehlvorstellung „natürlich = ohne Chemie, Kunststoff = künstlich und fremd" steht der Vergleich mit Cellulose und Proteinen. Verbindet Chemie mit Werken (Materialwahl) und Geographie (Plastik im Meer); bereitet synthetische Makromoleküle der Oberstufe vor.

Voraussetzungen (1)

Leicht
Lückentext #1 10s ▶ Testen

Kleine Moleküle, die sich zu langen Ketten verbinden, heißen ___.

✓ Antwort: Monomere
Monomere (griech. monos = einzeln, meros = Teil) sind die Bausteinmoleküle der Polymere. Bei der Polymerisation werden viele Monomere zu einer langen Kette verknüpft.
Multiple Choice #2 12s ▶ Testen

Welches Monomer wird zur Herstellung von Polyethylen (PE) verwendet?

  • ● Ethen
  • ○ Ethan
  • ○ Ethanol
  • ○ Ethansäure
Polyethylen (PE) entsteht durch Polymerisation von Ethen (H₂C=CH₂). Die Doppelbindung wird aufgebrochen und die Ethenmoleküle verknüpfen sich zu langen Ketten: n CH₂=CH₂ → (–CH₂–CH₂–)ₙ.
Wahr / Falsch #3 12s ▶ Testen

Bei der Polymerisation werden die Doppelbindungen der Monomere aufgebrochen.

✓ Wahr
Richtig! Bei der Additionspolymerisation (radikalische Polymerisation) wird die C=C-Doppelbindung der Alkenmonomere aufgespalten. An den entstehenden freien Bindungsstellen verknüpfen sich die Monomere zu einer Polymerkette.
Multiple Choice #4 15s ▶ Testen

Was sind Thermoplaste?

  • ● Kunststoffe, die beim Erwärmen weich und verformbar werden.
  • ○ Kunststoffe, die beim Erwärmen härter werden.
  • ○ Kunststoffe, die nicht schmelzbar sind.
  • ○ Natürliche Materialien wie Holz.
Thermoplaste bestehen aus langen, unverzweigten oder wenig verzweigten Polymerketten, die beim Erwärmen aneinander vorbeigleiten. Sie sind wiederverformbar und daher gut recycelbar. Beispiele: PE, PP, PVC, PS.
Zahleneingabe #5 10s ▶ Testen

Wie viele Kohlenstoffatome hat ein Ethen-Monomer?

✓ Antwort: 2
Ethen (Ethylen, H₂C=CH₂) hat zwei Kohlenstoffatome, die durch eine Doppelbindung verbunden sind. Es ist das einfachste Alken und eines der wichtigsten Monomere der Kunststoffindustrie.
Lückentext #6 12s ▶ Testen

Kunststoffe, die nach dem Aushärten nicht mehr verformt werden können, heißen ___.

✓ Antwort: Duroplaste
Duroplaste (z. B. Bakelit, Epoxidharze) sind engmaschig vernetzte Polymere. Die zahlreichen kovalenten Quervernetzungen verhindern ein Erweichen beim Erhitzen. Duroplaste sind daher nicht recycelbar durch Einschmelzen.
Wahr / Falsch #7 10s ▶ Testen

PVC steht für Polyvinylchlorid.

✓ Wahr
Richtig! PVC (Polyvinylchlorid) entsteht durch Polymerisation von Vinylchlorid (Chlorethen, CH₂=CHCl). Es ist einer der am häufigsten verwendeten Kunststoffe, z. B. für Rohre, Fensterrahmen und Bodenbeläge.
Multiple Choice #8 15s ▶ Testen

Welche Eigenschaft zeichnet Elastomere aus?

  • ● Sie sind gummielastisch und kehren nach Dehnung in ihre Ausgangsform zurück.
  • ○ Sie sind hart und spröde.
  • ○ Sie lösen sich in Wasser.
  • ○ Sie leiten elektrischen Strom.
Elastomere (z. B. Gummi, Silikon) sind weitmaschig vernetzte Polymere. Die wenigen Quervernetzungen erlauben eine Dehnung, ziehen die Ketten aber wieder in die Ausgangsform zurück.
Zahleneingabe #9 10s ▶ Testen

Wie viele Chloratome enthält ein Vinylchlorid-Monomer (CH₂=CHCl)?

✓ Antwort: 1
Vinylchlorid (Chlorethen) hat die Formel CH₂=CHCl und enthält ein Chloratom. Bei der Polymerisation entsteht PVC: (–CH₂–CHCl–)ₙ.
Zahleneingabe #10 12s ▶ Testen

Wie viele verschiedene Haupttypen von Kunststoffen werden nach ihrem thermischen Verhalten unterschieden?

✓ Antwort: 3
Es werden drei Haupttypen unterschieden: 1. Thermoplaste (schmelzbar, verformbar), 2. Duroplaste (hart, nicht schmelzbar), 3. Elastomere (gummielastisch). Die Unterschiede beruhen auf dem Grad der Vernetzung.
Lückentext #11 10s ▶ Testen

Die Abkürzung PE steht für den Kunststoff ___.

✓ Antwort: Polyethylen
Polyethylen (PE) ist der weltweit am meisten produzierte Kunststoff. Es wird z. B. für Plastiktüten (LDPE) und Getränkeflaschen (HDPE) verwendet.
Mittel
Sortieren #1 20s ▶ Testen

Ordne die Kunststoffarten nach steigendem Vernetzungsgrad: Thermoplast, Duroplast, Elastomer

✓ Antwort: Thermoplast, Elastomer, Duroplast
Thermoplaste haben keine oder kaum Quervernetzungen (linear), Elastomere sind weitmaschig vernetzt und Duroplaste sind engmaschig vernetzt. Der Vernetzungsgrad bestimmt die mechanischen Eigenschaften.
Lückentext #2 15s ▶ Testen

Die drei Schritte der radikalischen Polymerisation heißen Startreaktion, Kettenwachstum (Propagation) und ___.

✓ Antwort: Abbruchreaktion
Die radikalische Polymerisation verläuft in drei Schritten: 1. Startreaktion (Initiation): Radikale entstehen. 2. Kettenwachstum (Propagation): Monomere werden angelagert. 3. Abbruchreaktion (Termination): Ketten brechen ab durch Rekombination zweier Radikale.
Multiple Choice #3 12s ▶ Testen

Welcher Kunststoff entsteht aus dem Monomer Propen (Propylen)?

  • ● Polypropylen (PP)
  • ○ Polyethylen (PE)
  • ○ Polystyrol (PS)
  • ○ Polyester
Polypropylen (PP) entsteht durch Polymerisation von Propen (CH₂=CH–CH₃). PP ist leicht, stabil und chemisch beständig. Es wird z. B. für Verpackungen, Textilien und Autoteile verwendet.
Wahr / Falsch #4 12s ▶ Testen

Alle Kunststoffe können durch Einschmelzen recycelt werden.

✓ Falsch
Falsch! Nur Thermoplaste können durch Einschmelzen recycelt werden, da sie beim Erwärmen weich werden. Duroplaste und Elastomere sind vernetzt und zersetzen sich beim Erhitzen, statt zu schmelzen.
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Was versteht man unter Polykondensation im Unterschied zur Polymerisation?

  • ● Bei der Polykondensation wird ein kleines Molekül (z. B. Wasser) abgespalten.
  • ○ Polykondensation läuft nur bei hohen Temperaturen ab.
  • ○ Polykondensation erzeugt nur lineare Ketten.
  • ○ Es gibt keinen Unterschied.
Bei der Polykondensation reagieren Monomere mit zwei funktionellen Gruppen unter Abspaltung kleiner Moleküle (H₂O, HCl etc.). Beispiel: Polyester entstehen durch Kondensation von Diolen mit Dicarbonsäuren.
Sortieren #6 15s ▶ Testen

Ordne die Schritte der radikalischen Polymerisation in die richtige Reihenfolge: Abbruchreaktion, Kettenwachstum, Startreaktion

✓ Antwort: Startreaktion, Kettenwachstum, Abbruchreaktion
1. Startreaktion (Initiation): Ein Initiator zerfällt in Radikale. 2. Kettenwachstum (Propagation): Monomere werden nacheinander an das Radikal addiert. 3. Abbruchreaktion (Termination): Zwei Radikale reagieren miteinander.
Multiple Choice #7 15s ▶ Testen

Welches Umweltproblem verursachen Kunststoffe besonders in den Ozeanen?

  • ● Mikroplastik gefährdet Meereslebewesen und gelangt in die Nahrungskette.
  • ○ Kunststoffe verursachen Waldbrände.
  • ○ Kunststoffe lösen sich im Salzwasser vollständig auf.
  • ○ Kunststoffe neutralisieren das Meerwasser.
Kunststoffe zersetzen sich in der Natur extrem langsam (Hunderte von Jahren) und zerfallen dabei in Mikroplastik (< 5 mm). Diese winzigen Partikel werden von Meerestieren aufgenommen und gelangen so in die Nahrungskette.
Schwer
Zahleneingabe #1 20s ▶ Testen

Wie viele Jahre dauert es ungefähr, bis eine PET-Flasche in der Natur vollständig abgebaut ist?

✓ Antwort: 450
Eine PET-Flasche braucht schätzungsweise 450 Jahre, um in der Natur vollständig zu zerfallen. Dies zeigt, wie wichtig Recycling und die Vermeidung von Plastikmüll sind.
Lückentext #2 15s ▶ Testen

Bei der radikalischen Polymerisation wird die Reaktion durch sogenannte ___ gestartet, die in Radikale zerfallen.

✓ Antwort: Initiatoren
Initiatoren (z. B. Dibenzoylperoxid) zerfallen bei Erwärmung in Radikale (Teilchen mit ungepaarten Elektronen). Diese greifen die Doppelbindung der Monomere an und starten das Kettenwachstum.