ZirkelschlagArbeitsblätter / Themen A–Z / Chemie
Kunststoffe & Polymerisation
Chemie · Klasse 12 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Welt der Stoffe · bis Ende Jg. 9/10Hessen: Q2.2 Grundlagen der Kunststoffchemie
Kunststoffe sind Riesenmoleküle aus tausenden gleichen Bausteinen. Wie die Bausteine verknüpft sind und wie die Ketten zueinander liegen, bestimmt die Eigenschaften.
Worum es geht
Ein Polymer (Makromolekül) entsteht, wenn sich viele kleine Moleküle, die Monomere, zu langen Ketten verbinden. Monomere mit einer C=C-Doppelbindung reagieren durch Polymerisation: Die Doppelbindungen öffnen sich, und es wird nichts abgespalten. Monomere mit zwei funktionellen Gruppen reagieren durch Polykondensation, dabei wird bei jeder Verknüpfung ein kleines Molekül, meist Wasser, frei. Wie stark die Ketten untereinander vernetzt sind, entscheidet, ob ein Kunststoff schmilzt, gummiartig ist oder hart bleibt.
Die Regeln
| Begriff | Merkmal | Beispiel |
|---|---|---|
| Polymerisation | Monomer mit C=C, kein Nebenprodukt; Wiederholungseinheit = Monomerformel | Ethen → Polyethen (PE), Chlorethen → PVC |
| Polykondensation | Monomere mit je zwei funktionellen Gruppen, H₂O wird abgespalten | PET (Esterbindung), Nylon-6,6 (Amidbindung) |
| Polyaddition | Monomere mit je zwei funktionellen Gruppen, ein H-Atom wandert, nichts wird abgespalten | Diisocyanat + Diol → Polyurethan |
| Thermoplast · Duroplast · Elastomer | unvernetzt, schmelzbar · engmaschig vernetzt · weitmaschig vernetzt, gummielastisch | PET-Flasche · Steckdose aus Phenolharz · Gummiband |
| Polymerisationsgrad | n = M(Polymer) / M(Wiederholungseinheit) | Zahl der Bausteine pro Kette |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Eine Probe PVC hat eine mittlere molare Masse von 125 000 g/mol. Berechne den mittleren Polymerisationsgrad. (M(C₂H₃Cl) = 62,50 g/mol)
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Monomer | Chlorethen CH₂=CHCl, C₂H₃Cl | PVC entsteht durch Polymerisation aus Vinylchlorid |
| 2 · Wiederholungseinheit | –CH₂–CHCl– mit M = 62,50 g/mol | bei der Polymerisation geht kein Atom verloren, die Einheit hat die Monomerformel |
| 3 · Teilen | n = 125 000 / 62,50 | wie viele Einheiten passen in die Masse einer Kette |
| 4 · Ergebnis | n = 2000 | eine mittlere Kette besteht aus 2000 Bausteinen |
Der typische Fehler
Bei der Polymerisation Wasser abziehen. Wer Polymerisation und Polykondensation verwechselt, rechnet für jede Verknüpfung ein H₂O weg und bekommt eine zu kleine Wiederholungseinheit. Bei der Polymerisation öffnet sich nur die Doppelbindung, alle Atome bleiben im Polymer. Wasser wird nur abgespalten, wenn zwei funktionelle Gruppen wie –COOH und –OH miteinander reagieren.
So prüfst du dein Ergebnis
Masse zurückrechnen. n mal M(Einheit) muss wieder die molare Masse des Polymers ergeben: 2000 · 62,50 = 125 000 g/mol. Der Polymerisationsgrad ist eine große Zahl, typischerweise einige hundert bis einige zehntausend.