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.
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.
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.
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.
● 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.
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.
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.
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.
● 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.