Mit Google fortfahren
Kunststoffe stecken in Flaschen, Kleidung, Handyhuellen, Kabeln und Klebstoffen. Chemisch sind sie spannend, weil winzige Bausteine zu riesigen Molekuelketten verbunden werden. Nach dieser Seite kannst du erklaeren, was Polymere sind, wie Kunststoffe entstehen und warum Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere so verschieden reagieren.
- Ich kann Kunststoffe als Werkstoffe aus Makromolekuelen beschreiben.
- Ich kann Monomer und Polymer unterscheiden.
- Ich kann Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation einordnen.
- Ich kann Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere vergleichen.
- Ich kann Recycling und Eigenschaften chemisch begruenden.
Kleine Bausteine, riesige Molekuele
Ein Kunststoff besteht hauptsaechlich aus Polymeren. Das sind sehr grosse Molekuele, in denen sich kleine Bausteine immer wiederholen. Diese kleinen Bausteine heissen Monomere.
Kunststoff
Ein Kunststoff ist ein Werkstoff, der hauptsaechlich aus Polymeren besteht. Seine Eigenschaften entstehen durch Art, Laenge, Verzweigung und Vernetzung der Molekuelketten sowie durch Zusatzstoffe.
Polymer
Ein Polymer ist ein Makromolekuel aus vielen wiederholten Bausteinen. Die einzelnen Ausgangsbausteine heissen Monomere.
Polyethylen aus Ethen:
- Das Monomer Ethen hat eine Doppelbindung: \(CH_2=CH_2\).
- Bei der Polymerisation oeffnet sich die Doppelbindung.
- Viele Ethen-Molekuele verknuepfen sich zu einer langen Kette.
- Die Wiederholungseinheit ist \(-CH_2-CH_2-\).
So entsteht Polyethylen, kurz PE.
Mono bedeutet eins, poly bedeutet viele: Monomere werden zu Polymeren.
Wie Kunststoffe entstehen
Kunststoffe werden nicht alle nach demselben Reaktionstyp hergestellt. In der Schule sind drei Begriffe wichtig: Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation. Sie beschreiben, wie Monomere zu Makromolekuelen reagieren.
Polymerisation
Bei der Polymerisation verbinden sich viele ungesaettigte Monomere, meist mit Doppelbindungen, zu einer langen Kette. Es wird kein kleines Nebenprodukt abgespalten.
Polykondensation
Bei der Polykondensation verbinden sich Monomere zu Polymeren, wobei kleine Molekuele wie Wasser oder Chlorwasserstoff abgespalten werden koennen.
Polyaddition
Bei der Polyaddition addieren sich Monomere schrittweise zu einem Polymer, ohne dass ein kleines Nebenprodukt abgespalten wird.
Ordne die Herstellungsideen.
Ethen zu Polyethylen: Polymerisation, weil Doppelbindungen geoeffnet und zu Ketten verknuepft werden.
Eine Dicarbonsaeure mit einem Diol zu einem Polyester: Polykondensation, weil bei der Esterbildung kleine Molekuele abgespalten werden koennen.
Diisocyanat mit Diol zu Polyurethan: Polyaddition, weil Bausteine addiert werden, ohne ein kleines Molekuel abzuspalten.
Interaktiver Lückentext wird geladen ...
Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere
Die Eigenschaften haengen stark davon ab, wie die Polymerketten angeordnet sind. Manche Ketten liegen vor allem nebeneinander, andere sind eng vernetzt. Daraus ergeben sich drei wichtige Kunststoffgruppen.
Thermoplast
Thermoplaste bestehen aus langen, wenig vernetzten Polymerketten. Sie werden beim Erwaermen weich und koennen wiederholt umgeformt werden.
Duroplast
Duroplaste besitzen stark vernetzte Polymerketten. Sie sind hart und formstabil, werden beim Erhitzen aber nicht einfach wieder weich.
Elastomer
Elastomere besitzen weitmaschig vernetzte Polymerketten. Sie sind elastisch und kehren nach einer Verformung weitgehend in ihre Ausgangsform zurueck.
Alltagsvergleich:
Eine PE-Folie ist ein Thermoplast. Sie kann beim Erwaermen weich werden und laesst sich verschweissen.
Ein alter Bakelit-Schalter ist ein Duroplast. Er ist hart und hitzebestaendiger, laesst sich aber nicht wie Wachs neu einschmelzen.
Ein Gummiband ist ein Elastomer. Es laesst sich dehnen und zieht sich danach wieder zusammen.
Interaktives Diagramm wird geladen ...
Je staerker die Ketten vernetzt sind, desto weniger gut laesst sich ein Kunststoff einschmelzen und neu formen.
Eigenschaften gezielt einstellen
Kunststoffe sind nicht automatisch weich oder hart. Die Eigenschaften entstehen aus der chemischen Struktur und aus Zusatzstoffen. Weichmacher, Farbstoffe, Fuellstoffe oder Stabilisatoren koennen das Verhalten stark veraendern.
Warum kann derselbe Kunststoff unterschiedlich wirken?
PVC kann hart sein, zum Beispiel in Rohren. Mit Weichmachern kann PVC biegsam werden, zum Beispiel in manchen Folien. Die Grundidee ist gleich: Zusatzstoffe veraendern, wie gut sich Polymerketten gegeneinander bewegen koennen.
Auch die Kettenlaenge spielt eine Rolle. Laengere Ketten verhaken sich staerker und fuehren oft zu hoeherer Festigkeit und hoeherer Zaehigkeit.
Recycling und Umwelt chemisch denken
Kunststoffe sind haltbar, leicht und vielseitig. Genau diese Haltbarkeit wird aber zum Problem, wenn sie unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Chemisch wichtig ist: Nicht jeder Kunststoff kann gleich gut recycelt werden.
Werkstoffliches Recycling
Beim werkstofflichen Recycling wird Kunststoffabfall sortiert, gereinigt, zerkleinert und wieder zu Kunststoffmaterial verarbeitet. Das funktioniert besonders gut bei sortenreinen Thermoplasten.
PET-Flaschen und Mischkunststoff:
PET-Flaschen koennen relativ gut gesammelt und sortenrein verarbeitet werden. Das erleichtert werkstoffliches Recycling.
Ein Produkt aus mehreren fest verbundenen Kunststoffen ist schwieriger zu recyceln. Die Stoffe haben unterschiedliche Schmelzbereiche, Zusatzstoffe und Eigenschaften.
Energetische Verwertung bedeutet Verbrennung zur Energiegewinnung. Das ist kein Stoffkreislauf, kann aber genutzt werden, wenn werkstoffliches Recycling nicht sinnvoll moeglich ist.
Pruefungsmodus
Bei Kunststoffaufgaben musst du oft vom Verhalten auf den Aufbau schliessen. Wird ein Stoff beim Erwaermen weich, denke an Thermoplast. Bleibt er formstabil und zersetzt sich eher, denke an Duroplast. Federt er elastisch zurueck, denke an Elastomer.
Interaktive Quizfrage wird geladen ...
Zusammenfassung
Interaktive Mindmap wird geladen ...
Interaktive Lernkarten wird geladen ...