Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Alltags-Kunststoffe - Kohlenstoff-Ketten in viele Variationen und Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert: Unterschied zwischen den Seiten

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Nachdem auf der vorherigen Seiet vor allem mit den Prinzipien der Kunststoffchemie beschäftigt haben, soll es nun um konkrete Typen an Kunststoffen gehen mit verschiedenen Monomeren und Polymeren. Dabei werden wir dann die Theorie nutzen, um die Eigenschaften der Stoffe erklären zu können bzw. selber bestimmen können.
Beim kontextorientierten Ansatz, wie er in diesem Oberstufe Chemie Buch der Fall ist, wird nicht nach der fachlichen Systematik vorgangen, sondern anhand eines möglichst interessanten und alltäglichen Themas die Chemie betrachtet, die dabei eine Rolle spielt.


== Polyethylen ==
== Kapitel 1 - Wie alles entstand ==
[[Datei:Polyethylene repeat unit.svg|right|100px]]
<div class="grid">
Das Polyethylen (kurz PE) ist zwar nicht das erste Polymer, dass hergestellt wurde, aber es ist das Einfachste. Der Name '''Polyethylen''' ergibt sich aus dem Ausgangsstoff, dem Monomer, hier also das Ethylen = Ethen. Es ist deshalb das einfachste, da an der grundlegenden Struktur, die für eine Polymerisationsreaktion notwendig ist, also der Doppelbindung, keine weitere Kette oder Gruppe hängt.
        <div class="width-1-2">
Schüler, die das Fach Chemie in der Mittelstufe "überstanden" haben, wissen eigentlich schon, was um sie herum ist. Da sind nichts Anderes als Atome, verschiedene mit anderen verbunden, das Periodensystem listet sie alle auf und das immer neue, künstliche Elemente erzeugt werden scheint inzwischen auch eine Selbstverständlichkeit zu sein.
<center>[[File:RadicalPolymerization.png|600px]]</center>


=== Geschichtliche Entwicklung ===
Aber woher kommen den die Elemente, die nicht künstlich sondern natürlich entstanden sind? Und woher wissen wir das? Das wollen wir nun erst einmal klären. In diesem Kapitel werden die Grundlagen aus der Mittelstufe in einem neuen Zusammenhang noch einmal aufgegriffen und um ein einige passende Themen erweitert.
[[Datei:Diazomethane.svg|100px|right]] Zum ersten Mal wurde 1898 von dem deutschen Chemiker Hans von Pechmann zufällig hergestellt, als er mit Diazomethan (''siehe Bild'') experimentierte. Man erhielt eine weiße, wachsartige Substanz. Die Entstehung lässt sich recht leicht erklären, denn wenn vom instabilen Diazomethan ein Stickstoff-Molekül abgespalten wird, werden CH<sub>2</sub>-Gruppen frei, die sich zu einer langen Kette zusammensetzen können. Da Diazomethan sehr instabil ist, deswegen nicht in größeren Mengen gelagert werden kann und nebenbei auch giftig ist, ist die Herstellungsweise wenig erfolgreich gewesen.
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Wie ist das alles um uns herum entstanden?|Wie ist das alles um uns herum entstanden?]]
** [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Kernreaktionen - Sonderfall Radioaktivität|Kernreaktionen - Sonderfall Radioaktivität]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Der Griff nach den Sternen - chemisch betrachtet!|Der Griff nach den Sternen - chemisch betrachtet!]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Die Entstehung des Lebens|Moleküle - Die Entstehung des Lebens]]
* Analyse der Umwelt


Die erste industrielle Polyethylen-Synthese wurde (''wieder durch Zufall'') 1933 in England von Chemikern entdeckt, die für die ICI (''Imperial Chemical Industries'') arbeiteten. Bei extrem hohen Drücken (''ca. 1400 bar'') erzeugten sie aus einem Gemisch aus Ethylen und Benzaldehyd ein weißes, wachsartiges Material. Das Benzaldehyd ist für die Reaktion nicht wirklich von Bedeutung und tatsächlich funktionierte die Methode nur wegen kleinen Mengen an Sauerstoff, die ins Reaktionsgefäß gelangt waren. Zwei Jahre später konnte dann aber wieder ein Chemiker von ICI eine tatsächlich funktionierende und nachvollziehbare Hochdrucksynthese für Polyethylen vorstellen. Sie war die Grundlage für die industrielle Produktion am 1939.
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        <div class="width-1-2">[[File:Bateau et voie lactée (19863443706).jpg]]</div>
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Ein weiterer Meilenstein in der industriellen Herstellung von Polyethylen war die Entwicklung von Katalysatoren, die die Polymerisation bei milden Temperaturen und Drücken ermöglichen. Immer noch verwendet wird der 1953 nach seinen Entdeckern (''Karl Ziegler und Giulio Natta'') benannte Ziegler-Natta-Katalysator, der Titanhalogeniden und aluminiumorganischen Verbindungen enthält.
== Kapitel 2 - Alte und neue Treibstoffe ==
<div class="grid">
        <div class="width-1-2">[[File:Verschiedene Zapfsäulen Deutsches Museum.jpg]]</div>
        <div class="width-1-2">
Es ist die chemische Industrie, die die Produkte liefert, die wir im Alltag benötigten - natürlich neben den Lebensmitteln, die die Agrarwirtschaft produziert.


Mit der Produktion von Treibstoffen wird dabei das Bedürfnis nach Mobilität gestillt. Zunehmend spielt aber der Umweltaspekt eine Rolle und so sucht man nach Alternativen. Die müssen aber praktikabel sein, denn auf der Autobahn mehrere Stunden warten, bis die Batterie meines Elektroautos vollgetankt ist, wird mich sicher nicht davon überzeugen, ein teureres Elektroauto zu kaufen. Und so sucht man nach alternativen Treibstoffen, die bequem nutzbar sind.


<center><gallery widths=700 heights=350>
Wir werden aber auch noch einmal einen Blick auf aktuelle Treibstoffe und die dazu passenden Motoren werfen und beleuchten welche Umweltprobleme damit bestehen.
Datei:Polyethylene-3D-vdW.png|Eine einzelne Polyethylen-Kette, die Grundstruktur aller einfachen Kunststoffe.
* [[/Wo kommt die Energie bei den chemischen Reaktionen her?/]]
</gallery></center>
* [[/Erdöl - noch der wichtigste Energieträger/]]
* [[/Die zwei bewährten Motoren-Typen im Vergleich/]]
* [[/Aktuelle Forschung zu neuen Treibstoffen/]]
</div>
</div>


=== Verschiedene Typen von Polyethylen ===
== Kapitel 3 - Mineralien als Quelle für wichtige Chemische Produkte ==
Rein theoretisch ist eine solche Polymerisation ja eine eindeutige Sache:
<div class="grid">
* mit einer '''Startreaktion''' wird eine Doppelbindung (''hier am Ethylen'') aufgespalten und damit die Kettenreaktion vorbereitet
<div class="width-1-2">
* in der '''Kettenreaktion''' bindet sich immer wieder eine C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>-Gruppe nach der anderen, so dass die Kette länger und länger wird.
Damit die chemische Industrie etwas produzieren kann benötigt sie Rohstoffe. Neben dem Erdöl sind das vor allem Mineralien, auch Erze genannt. Im Mittelpunkt werden deshalb auch die Halogene stehen, deren Name sich vom lateinischen Begriff für ''"Salzbildner"'' herleiten. Wir betrachten dabei einige wichtige Konzepte zur Gewinnung der Elemente und ihrer Verbindungen.
Natürlich wird nicht nur an einer Stelle gestartet, aber wir gehen zunächst einmal davon aus, dass jede einzlene Kettenverlängerung für sich abläuft. Tatsächlich ist es so, das bei den ersten Polyethylen-Synthesen, aufgrund hohen Temperaturen gar keine so geordnete Polymerisation stattgefunden hat. Stattdessen kann man sagen, das die hohen Temperaturen an ganz vielen Stellen gleichzeitig die Doppelbindungen aufbrechen, dabei Radikale entstehen und so gleichzeitig viele Ketten anfangen zu wachsen. Diese radikalischen Ketten könnten sich dann beliebig mit anderen Ketten verbinden und durch Umlagerungen innerhalb des Ketten-Moleküls kann auch eine Seitenkette an einer längeren angehängt werden. Tatsache ist, dass die ersten Polyethlene sehr stark verzweigte Ketten bildeten, die man sich so vorstellen kann:
* [[/Mineralien auf und in der Erde - Versteckte Rohstoffe/]]
* [[/Gewinnung von Brom am Toten Meer/]]
* [[/Halogenalkane - ihre Bedeutung und Probleme/]]
* [[/Industriell wichtige Chlorverbindungen/]]
* [[/Anwendungsbeispiele zum Thema Halogene und Redoxreaktionen/]]


:<small>''Alternative Herangehensweise: [[/Projektarbeit zum Thema Halogene/]]''</small>
</div>
<div class="width-1-2">[[File:2007.10.09 Merkers sodium chloride crystals.jpg]]</div>
</div>


<center>[[Datei:PE-LD schematic.svg|600px]]</center>
== Kapitel 4 - Die Atmosphäre, die Schutzhülle der Erde ==


Führt man stattdessen die Polymerisation bei niedrigen Temperaturen durch, wie es zum Beispiel beim '''Ziegler-Natta-Katalysator''' der Fall ist, so kann man den Verzweigungsgrad genau bestimmen. Für die Entdeckungen zur Nutzung von Katalysatoren bei der Polymerisation bekamen '''Karl Ziegler und Giulio Natta 1963 den Nobelpreis für Chemie'''.
<div class="grid">
<div class="width-1-2">[[File:Meteotek08 atmosfera11.jpg]]</div>
<div class="width-1-2">
* [[/Die Entwicklung der Atmosphäre auf der Erde/]]
* [[/Die Sonne, sie bringt Leben und kann es zerstören/]]
* [[/Die Ozonschicht, ihre Bedeutung und Zerstörung/]]
</div>
</div>


<center><gallery widths=300 heights=200>
== Kapitel 5 - Moderne Materialien ==
Datei:Karl Ziegler Nobel.jpg|Karl Ziegler
<div class="grid">
Datei:GDCh-Gedenktafel Karl Ziegler.jpg|Gedenktafel für Karl Ziegler in Mühlheim a.d. Ruhr
        <div class="width-1-2">
File:Giulio Natta 1960s.jpg|Guilio Natta
''Einfach nur nehmen was da ist ... das hat der Mensch so gut wie nie gemacht.'' Schon immer gibt es Bemühungen, das vorhandene natürliche Material zu verbessern. Sei es durch einfache äußere Bearbeitung und Anpassung der Form. Aber auch ein Bearbeitung durch Hitze, das einfache Stehenlassen an der Luft oder Behandlung mit anderen Naturstoffen kann bewirken, dass aus vorher weichen Materialien feste werden, die man noch für sich formen und anpassen kann. Viele Herstellungsverfahren sind das Produkt von Zufällen. Was dahinter steckt wollen wir uns genauer anschauen. Von den ersten zufällig erzeugten Kunststoffen bis hin zu Produkten, die gezielt mit bestimmten Eigenschaften erzeugt werden.  
File:Complesso da laboratorio per produzione di polipropilene - Museo scienza tecnologia Milano 09714-D0974.jpg|Museum in Mailand, mit dem Experimenten von Natta
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Wie alles anfing - ein Rückblick auf die Entwicklung der Kunststoffe|Wie alles anfing - ein Rückblick auf die Entwicklung der Kunststoffe]]
</gallery></center>
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Grundlagen der Polymer-Chemie|Grundlagen der Polymer-Chemie]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Alltags-Kunststoffe - Kohlenstoff-Ketten in viele Variationen|Alltags-Kunststoffe - Kohlenstoff-Ketten in viele Variationen]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Spezielle Kunststoffe mit Eigenschaften nach Wunsch|Spezielle Kunststoffe mit Eigenschaften nach Wunsch]]
</div>
        <div class="width-1-2"> [[File:W48 DBP.jpg]]
</div>
</div>


Statt der stark verzweigten Struktur, ist mit dem Katalysator nun möglich auch wenig bis gar nicht verzweigte Polyethylensorten zu gewinnen.
== Kapitel 6 - Geboren 1897 und doch mit Apollo 11 auf dem Mond ==
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        <div class="width-1-2">[[File:D-BW-Heidelberg - Deutsches Apothekenmuseum - Aspirin 1.JPG]]</div>
        <div class="width-1-2">
Was könnte das sein? Klar, dass kann kein Mensch sein! Mit diesem Slogan feierte die Firma Bayer ihr erfolgreichstes Medikament, dass schon seit 1977 durch die WHO in die "Liste der unentbehrlichen Arzneimittel" aufgenommen wurde - das Aspirin. Und auch heute ist es mit an Bord bei der ISS.


<center>
Anhand von Aspirin werden wireinige neue Aspekte der Organischen Chemie kennenlernen und die Themen jeweils vertiefen.
{| class="wikitable"
|-
| PE-HD oder HDPE || [[Datei:PE-HD schematic.svg|500px|Schematische Darstellung von PE-HD (Polyethylen hoher Dichte).]]
|-
| PE-LLD oder LLDPE ||
[[Datei:PE-LLD schematic.svg|500px|Schematische Darstellung von PE-LLD (lineares Polyethylen niedriger Dichte)]]
|-
| PE-LD  oder LDPE|| [[Datei:PE-LD schematic.svg|500px|Schematische Darstellung von PE-LD (Polyethylen niedriger Dichte).]]
|}
</center>


Die verschiedenen Kürzel, die hinter den Buchstaben PE stehen, beschreiben den wesentlichen Unterschied zwischen den drei Sorten, nämlich die unterschiedliche Dichte:
* [[/Was ist Aspirin und was steckt alles an Chemie darin?/]]
* PE-HD hat einen hohe Dichte ('''H'''igh '''D'''ensity) von durchschnittlich etwa 0,955 g/cm<sup>3</sup>
* [[/Benzol und die Aromaten/]]
* PE-LD hat eine geringe Dichte ('''L'''ow '''D'''ensity) von durchschnittlich etwa 0,925 g/cm<sup>3</sup>
* Ester
* PE-LLD hat eine teilweise recht niedrige Dichte von 0,87–0,94 g/cm<sup>3</sup>, der Namen leitet sich von '''L'''inear '''L'''ow '''D'''ensity ab, da trotz der wenig verzweigten Struktur eine niedrige Dichte hat.
</div>
</div>


Hier hat man einen direkten Zusammenhang zwischen innerer Struktur und der von außen zu messenden Eigenschaft, hier der Dichte. Dichte gibt ja an, wieviel Masse auf ein bestimmtes Volumen kommt. Da wir hier die gleichen Arten an Atomen (''nur C und H'') und eigentlich den gleichen Aufbau haben, geht es letztendlich hier um die Anzahl der Atome, die sich in einem Raumbereich befinden. Und die hängt von dem inneren Aufbau ab. Man kann sich das so vorstellen, dass bei unverzweigten Ketten, wie beim PE-HD, diese Ketten sehr nah aneinander und parallel anlagern können, da nichts absteht. Damit liegen viele Atome näher beieinander und damit ist mehr Masse im gleichen Raumbereich vorhanden.  
== Kapitel 7 - Werkstoffe nach Wunsch ==
<div class="grid">
        <div class="width-1-2">
In Kapitel 5 hatten wir das Thema Kunststoffe schon angesprochen. Wir greifen es hier wieder auf, denn mit den neuen Konzepten, die im Kapitel 6 eingeführt wurden, lässt sich erklären, das die Entdeckung von neuen Kunststoffen kein Zufall mehr ist.


Beim PE-LD und PE-LLD ist der Abstand offensichtlich größer (also weniger Atome pro Raumbereich), was sich damit erklären lässt, dass die Seitenketten dazu führen, dass die Ketten ungeordnet neben- bzw. durcheinanderliegen.
Inzwischen gibt es zahlreiche Kunststoffe, bei denen es sich nicht nur um Kohlenwasserstoffe handelt. Man hat inzwischen viele Möglichkeiten gefunden, wie man kleinere Moleküle zu großen zusammensetzt. Die Wahl der Möglichkeiten hat zugleich eine Auswirkung auf die grundlegendsten Eigenschaften. Und so kann man inzwischen Kunststoffe "neu" erfinden, die genau zu dem gewünschten Einsatzszenario passen - also ''Werkstoffe nach Wunsch''!


* [[Oberstufen-Chemiebuch_Kontextorientiert/Kunststoffe mit vielfältiger Anwendung (Polyester)|Kunststoffe mit vielfältiger Anwendung (Polyester)]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch_Kontextorientiert/Kunststoff-Fasern der Natur nachempfunden - Nylon und Co. (Polyamide)|Kunststoff-Fasern der Natur nachempfunden - Nylon und Co. (Polyamide)]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch_Kontextorientiert/Schaumig und flexibel (Polyurethan)|Schaumig und flexibel (Polyurethan)]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch_Kontextorientiert/Silikone - Kunststoffe zwischen Organik und Anorganik|Silikone - Kunststoffe zwischen Organik und Anorganik]]
* [[Oberstufen-Chemiebuch_Kontextorientiert/Bakelit und andere typische Duroplaste|Bakelit und andere typische Duroplaste]]
* Weitere Ideen?  OLED,  Biologisch abbaubare Kunststoffe
</div>
        <div class="width-1-2">[[File:MC-6 Hauptkappe.jpg]]</div>
</div>


{{AufgabeNr|XX|Interessanterweise die Dichte bei PE-LLD teilweise sogar niedriger als bei dem PE-LD. Das passt ja irgendwie gar nicht zu dem Aufbau der Kohlenstoffkette und der Menge an Verzweigungen. ''Spekuliere darüber, wie man das  erklären könnte!'' }}
==Kapitel 8 - Stahl, das veredelte Eisen  ==
<div class="grid">
<div class="width-1-2">[[File:Construction Workers.jpg]]</div>
<div class="width-1-2">
Die Herstellung von Eisen wird schon in der Mittelstufe als ein wichtiges Thema der Chemie angesprochen. Was der Hochofen prouziert ist aber "nur" Roheiesen. Sein großes Potential kann Eisen aber erst entwickeln, wenn es verarbeitet und veredelt wird. Darum geht es in der Stahl-Herstellung.
</div>


=== Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften genauer betrachtet ===
</div>


Wie auch die Dichte lassen sich weitere Eigenschaften der verschiedenen PE-Typen aufgrund des unterschiedlichen Molekülbaus erklären. Betrachten wir eine anderes andere Auswirkung, zu der wir bisher nur die Bezeichnung angesprochen haben. Dazu noch einmal kurz als Wiederholung:
== Kapitel 9 - Elektrochemie - Strom speichern ==
<div class="grid">


<center>
<div class="width-1-2">Eines der Hauptforschungsziele aktuell in der Chemie, ist die Erfindung von neue leistungsfähigen Batterien, mit denen man Elektro-Autos betreiben kann. Damit man verstehen kann, was dahinter steckt, sollte man sich aber nicht nur auf moderne Batterie-Typen konzentrieren. Aber die Elektrochemie beschäftigt sich nicht nur mit Batterien!
<gallery widths=250 heights200>
* Wer erfand die erste Batterie?
Datei:Polymerstruktur-linear.svg|Unverzweigte Ketten, die ungeordnet liegen = '''amorphe Struktur'''
* Einführung in die Grundlagen
Datei:Polymerstruktur-verzweigt.svg|Teilweise verzweigte Ketten, die ungeordnet liegen = '''amorphe Struktur'''
* Verschiedene einfache Batterietypen
Datei:Polymerstruktur-teilkristallin.svg|Unverzweigte Ketten, die teilweise geordnet vorliegen = '''teilkristalline Struktur''', dazwischen Bereiche, in denen die Kette amorph vorliegt.
* Bleiakku
</gallery>
* Lithium-Ionen-Akku
</center>


Wie sich der unterschiedliche Molekülaufbau auf den Anteil an kristallinen Bereichen auswirkt kannst an der folgenden Tabelle auslesen. Dazu noch einmal die genauen Daten zur Dichte im Vergleich:
Weitere Themen:
* Korrosion und Korrosionsschutz
* Besondere Leiter (Halbleiter, Graphen, Supraleiter, ...)


<center>
</div>
{| class="wikitable"
<div class="width-1-2">[[File:Electric car charging Amsterdam.jpg]]</div>
|-  
</div>
! Eigenschaft !! PE-LD !! PE-HD !! PE-LLD
|-
| Dichte in g/cm<sup>3</sup>
| 0,915–0,935
| 0,94–0,97
| 0,87–0,94
|-
| Kristallinität in %
| 40–50
| 60–80
| 10–50
|}
</center>


Kristalline Bereiche bedeuten ja, dass die Molekülketten parallel liegen und somit wenig Platz einnehmen und damit passen diese Daten gut zu der Dichte der verschiedenen Polyethylen-Typen.
==. Kapitel - Chemie der Lebensmittelbestandteile und deren Herstellung ==
<div class="grid">
<div class="width-1-2">[[File:Duengung.jpg]]
</div>
<div class="width-1-2">
Wir wollen uns nun etwas mehr mit den Hauptbestandteile der Lebensmittel beschäftigen. Mit Justus von Liebig kam aus Deutschland aber auch der Chemiker, der dank der Erfindung des Düngers die Landwirtschaft groß gemacht hat.
* Kohlenhydrate
** Zucker
** Zuckerersatz
* Eiweiße und Proteine
** Aminosäuren
*Fett
** Aufbau von Fetten
** Verarbeitung von Fetten
** Bedeutung im Körper
* Bedeutung der Nährstoffe im Körper zusammen betrachtet
* Dünger in der Landwirtschaft
</div>
</div>


Betrachten wir nun mal die Schmelz- und Siedetempertaur der verschiedenen PE-Typen. Es sind ja allgemein zwei Dinge, die im Wesentlichen eine Rolle dabei spielen:
# '''Die Masse der Teilchen, die beim Erwärmen in Bewegung gebracht werden müssen'''. Je größer die Masse der Teilchen ist, desto schwieriger ist es, sie in Bewegung zu bringen. Bei den Kunststoffen haben wir allgemein sehr große Moleküle (bis zu mehreren tausend C-Atomen lange Ketten!), so dass es hier vor allem darum geht, die Ketten in beim Schmelzen in Bewegung zu bringen. Lange Ketten führen auch dazu, dass die Kunststoffe meist fest sind.
# '''Die Anziehung der Moleküle untereinander, die überwunden werden muss''', damit sich die Moleküle bewegen können.  Da wir bei PE reine Kohlenwasserstoffketten haben, haben wir keine polaren Gruppierungen und daher wirken nur die Van-der-Waals-Kräfte.


Die Molekular-Masse spielt nur dann eine Rolle, wenn die Anzahl der Ketten sich wesentlich unterschiedet. Bei festen Werkstoffen es weniger wichtig, denn die Unterschiede sind nicht so groß. Liegen die Ketten aber parallel, so können die Van-der-Waals-Kräfte besser wirken. Die Van-der-Waals-Kräfte sind ja sich zufällig ergebende Dipole, die bei günstiger Lage an Nachbarmoleküle weitergegeben werden können (''temporäre und induzierte Dipole''), wodurch kurzfristig eine Anziehung besteht. Die Anziehung ist umso höher, je größer die Fläche ist und je paralleler die Moleküle liegen.
[[Kategorie:Chemie]]
 
[[File:
<center>
<gallery widths=350 heights=250>
File:Forze di London.png|Verlagerte Elektronen in der Hülle der Atome für zu kurzfrisitigen Dipolen.
File:London Forces in alkanes.png|Vergleich gerader und verzweigter Alkane und die Möglichkeit für Van-der-Waals-Kräfte.
</gallery></center>
 
Wenn die Anziehung bei parallelen Ketten größer ist, sollte auch die Siedetemperatur mit höherer Kristallität größer sein. Hier nun die Daten:
 
<center>
{| class="wikitable"
|-
! Eigenschaft !! PE-LD !! PE-HD !! PE-LLD
|-
| Kristallinität in %
| 40–50
| 60–80
| 10–50
|-
| Schmelzpunkt in °C
| 130–145
| 130–145
| 45–125
|-
| [[Wärmeformbeständigkeit]] bis °C
| 80
| 100
| 30–90
|}
</center>
 
Offensichtlich passt der Zusammenhang bei dem PE-LLD sehr gut, denn es hat die niedrigste Siedetemperatur bei dem geringsten Anteil an Kristallinität. Das PE-LD zeigt, ähnlich wie bei der Dichte, dass es da Auswirkungen durch die langen und auch verzweigten Seitenketten gibt, die die Anziehung wiederum verbessern, so dass wir bei PE-HD und PE-LD den gleichen Schmelzbereich haben. Allerdings bleibt das PE-HD länger stabil und ist erst bei einer höheren Temperatur verformbar.
 
Das folgende Bild zeigt noch einmal einen Überblick, wie Molekülmasse und Kristallinität sich auf die Eigenschaften als Feststoff  auswirken. Neben den der Schmelztemperatur gibt es da noch Unterschiede bezüglich der Festigkeit (hart, weich, spröde).
 
<center>[[Datei:Polyethene molar mass cristallinity.svg]]</center>
 
Harte Kunststoffe bekommt man also allgemein nur, wenn es einen hohen Zusammenhalt zwischen verschiedenen Molekülketten gibt. Das kann entweder durch Kristalline Bereiche geschehen oder, was wir bisher nur theoretischen angesprochen haben, bei den Duroplasten, wo man echte Bindungen zwischen den Molekülketten haben muss.
 
{{Kurzregel|<u>Hinweis:</u> ''Ein Stoff wird als '''Wachs''' bezeichnet, wenn er bei 20 °C knetbar, fest bis brüchig-hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweist, über 40 °C ohne Zersetzung schmilzt, wenig oberhalb des Schmelzpunktes dünnflüssig ist.''}}
 
{{AufgabeNr|XX|Versuche an dem Diagramm die folgenden Aussagen im dem Multiple-Coice-Test zu vervollständigen
 
}}
 
{{AufgabeNr|XX|Versuche die folgende Aussagen zu begründen:
*
}}
 
{{AufgabeNr|XX|[[File:Tupperdose.jpg|right|150px]]
Tupperware macht Werbung für ihre besonders haltbaren und auch bei kalten Temperaturen nicht spröde werdenden Dosen. Bei Normaltemperatur sind die Dosen dagegen recht weich und geben beim Anfassen ein geradzu wachsartiges Gefühl. Welche Art von Polyethylen könnten die Entwicklungsingenieure für die Gefrierdosen verwendet haben.
*
}}
 
 
Schauen wir uns noch die chemische Beständigkeit und die  Stabilität an in einer Tabelle an:
 
 
{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe6"
! Eigenschaft !! PE-LD !! PE-HD !! PE-LLD
|-
| Chemische Beständigkeit || bedingt beständig, außer starke  Oxidationsmittel || beständig, außer starke Oxidationsmittel || bedingt beständig
|-
| Dehnung an der Streckgrenze in %
| 20
| 12
| 16
|}
 
{{AufgabeNr|XX|Vervollständige den Multpile-Choice-Test zu chemischen Beständigkeit:
}}
 
Das das PE-HD sich am wenigsten dehnt hat damit zu tun.
 
 
Als letztes Betrachten wir die Transparenz von verschiedenen Typen an Polyethylen.
 
{{Kurzregel|
Ein Stoff ist '''transparent''', wenn er durchscheinend ist.
 
Ein Stoff ist ist '''opak''', wenn er nicht durchscheinend ist.
}}
 
 
 
Obwohl wir uns hier nur mit einer Art Kunststoff beschäftigt haben, zeigt sich schon hier, das durch die Wahl eines Produktionsverfahren, Produktionsbedingungen, Katalysatoren usw. gezielt Polymere mit erwünschten Eigenschaften hergestellt werden können. Und neben harten oder weichen Kunststoffen sind auch Wachse, Fette und sogar Öle aus Polyethylen herstellbar.
 
Was wir beim Polyethylen schon erkannt haben, werden wir auch bei den folgenden Kunststoffe anwenden ... und noch ein wenig mehr kennenzulernen.
 
=== Recycling von Polyethylen ===
[[Datei:Plastic-recyc-04.svg|right|150px]] Da es sich bei Polyethylen um einen Thermoplasten handelt ist es theoretisch recht gut recycelbar.
 
Wie andere Kunststoffe geht man davon aus, dass auch Polyethylen sich in der Natur nichts wirklich abbaut.
 
== Polypropylen (PP) ==
 
== Polyvinylchlorid (PVC) ==
== Polystyrol (PS) ==
, besser bekannt in geschäumtem Zustand als Styropor® (Handelsname der BASF)
== Polytetrafluorethylen (PTFE) ==, Handelsname ist Teflon® (E. l. Du Pont de Nemours and Company) oder Tefal®
== Polymethylmethacrylat (PMMA) ==, unter dem Handelsnamen Plexiglas® (Evonik Industries AG)
== Polyacrylnitril (PAN) ==
, als Copolymer mit Polymethylmethacrylat zur Herstellung von Textilfasern

Version vom 20. April 2017, 03:46 Uhr

Beim kontextorientierten Ansatz, wie er in diesem Oberstufe Chemie Buch der Fall ist, wird nicht nach der fachlichen Systematik vorgangen, sondern anhand eines möglichst interessanten und alltäglichen Themas die Chemie betrachtet, die dabei eine Rolle spielt.

Kapitel 1 - Wie alles entstand

Schüler, die das Fach Chemie in der Mittelstufe "überstanden" haben, wissen eigentlich schon, was um sie herum ist. Da sind nichts Anderes als Atome, verschiedene mit anderen verbunden, das Periodensystem listet sie alle auf und das immer neue, künstliche Elemente erzeugt werden scheint inzwischen auch eine Selbstverständlichkeit zu sein.

Aber woher kommen den die Elemente, die nicht künstlich sondern natürlich entstanden sind? Und woher wissen wir das? Das wollen wir nun erst einmal klären. In diesem Kapitel werden die Grundlagen aus der Mittelstufe in einem neuen Zusammenhang noch einmal aufgegriffen und um ein einige passende Themen erweitert.

Bateau et voie lactée (19863443706).jpg

Kapitel 2 - Alte und neue Treibstoffe

Verschiedene Zapfsäulen Deutsches Museum.jpg

Es ist die chemische Industrie, die die Produkte liefert, die wir im Alltag benötigten - natürlich neben den Lebensmitteln, die die Agrarwirtschaft produziert.

Mit der Produktion von Treibstoffen wird dabei das Bedürfnis nach Mobilität gestillt. Zunehmend spielt aber der Umweltaspekt eine Rolle und so sucht man nach Alternativen. Die müssen aber praktikabel sein, denn auf der Autobahn mehrere Stunden warten, bis die Batterie meines Elektroautos vollgetankt ist, wird mich sicher nicht davon überzeugen, ein teureres Elektroauto zu kaufen. Und so sucht man nach alternativen Treibstoffen, die bequem nutzbar sind.

Wir werden aber auch noch einmal einen Blick auf aktuelle Treibstoffe und die dazu passenden Motoren werfen und beleuchten welche Umweltprobleme damit bestehen.

Kapitel 3 - Mineralien als Quelle für wichtige Chemische Produkte

Damit die chemische Industrie etwas produzieren kann benötigt sie Rohstoffe. Neben dem Erdöl sind das vor allem Mineralien, auch Erze genannt. Im Mittelpunkt werden deshalb auch die Halogene stehen, deren Name sich vom lateinischen Begriff für "Salzbildner" herleiten. Wir betrachten dabei einige wichtige Konzepte zur Gewinnung der Elemente und ihrer Verbindungen.

Alternative Herangehensweise: Projektarbeit zum Thema Halogene
2007.10.09 Merkers sodium chloride crystals.jpg

Kapitel 4 - Die Atmosphäre, die Schutzhülle der Erde

Meteotek08 atmosfera11.jpg

Kapitel 5 - Moderne Materialien

Einfach nur nehmen was da ist ... das hat der Mensch so gut wie nie gemacht. Schon immer gibt es Bemühungen, das vorhandene natürliche Material zu verbessern. Sei es durch einfache äußere Bearbeitung und Anpassung der Form. Aber auch ein Bearbeitung durch Hitze, das einfache Stehenlassen an der Luft oder Behandlung mit anderen Naturstoffen kann bewirken, dass aus vorher weichen Materialien feste werden, die man noch für sich formen und anpassen kann. Viele Herstellungsverfahren sind das Produkt von Zufällen. Was dahinter steckt wollen wir uns genauer anschauen. Von den ersten zufällig erzeugten Kunststoffen bis hin zu Produkten, die gezielt mit bestimmten Eigenschaften erzeugt werden.

W48 DBP.jpg

Kapitel 6 - Geboren 1897 und doch mit Apollo 11 auf dem Mond

D-BW-Heidelberg - Deutsches Apothekenmuseum - Aspirin 1.JPG

Was könnte das sein? Klar, dass kann kein Mensch sein! Mit diesem Slogan feierte die Firma Bayer ihr erfolgreichstes Medikament, dass schon seit 1977 durch die WHO in die "Liste der unentbehrlichen Arzneimittel" aufgenommen wurde - das Aspirin. Und auch heute ist es mit an Bord bei der ISS.

Anhand von Aspirin werden wireinige neue Aspekte der Organischen Chemie kennenlernen und die Themen jeweils vertiefen.

Kapitel 7 - Werkstoffe nach Wunsch

In Kapitel 5 hatten wir das Thema Kunststoffe schon angesprochen. Wir greifen es hier wieder auf, denn mit den neuen Konzepten, die im Kapitel 6 eingeführt wurden, lässt sich erklären, das die Entdeckung von neuen Kunststoffen kein Zufall mehr ist.

Inzwischen gibt es zahlreiche Kunststoffe, bei denen es sich nicht nur um Kohlenwasserstoffe handelt. Man hat inzwischen viele Möglichkeiten gefunden, wie man kleinere Moleküle zu großen zusammensetzt. Die Wahl der Möglichkeiten hat zugleich eine Auswirkung auf die grundlegendsten Eigenschaften. Und so kann man inzwischen Kunststoffe "neu" erfinden, die genau zu dem gewünschten Einsatzszenario passen - also Werkstoffe nach Wunsch!

MC-6 Hauptkappe.jpg

Kapitel 8 - Stahl, das veredelte Eisen

Construction Workers.jpg

Die Herstellung von Eisen wird schon in der Mittelstufe als ein wichtiges Thema der Chemie angesprochen. Was der Hochofen prouziert ist aber "nur" Roheiesen. Sein großes Potential kann Eisen aber erst entwickeln, wenn es verarbeitet und veredelt wird. Darum geht es in der Stahl-Herstellung.

Kapitel 9 - Elektrochemie - Strom speichern

Eines der Hauptforschungsziele aktuell in der Chemie, ist die Erfindung von neue leistungsfähigen Batterien, mit denen man Elektro-Autos betreiben kann. Damit man verstehen kann, was dahinter steckt, sollte man sich aber nicht nur auf moderne Batterie-Typen konzentrieren. Aber die Elektrochemie beschäftigt sich nicht nur mit Batterien!
  • Wer erfand die erste Batterie?
  • Einführung in die Grundlagen
  • Verschiedene einfache Batterietypen
  • Bleiakku
  • Lithium-Ionen-Akku

Weitere Themen:

  • Korrosion und Korrosionsschutz
  • Besondere Leiter (Halbleiter, Graphen, Supraleiter, ...)
Electric car charging Amsterdam.jpg

. Kapitel - Chemie der Lebensmittelbestandteile und deren Herstellung

Duengung.jpg

Wir wollen uns nun etwas mehr mit den Hauptbestandteile der Lebensmittel beschäftigen. Mit Justus von Liebig kam aus Deutschland aber auch der Chemiker, der dank der Erfindung des Düngers die Landwirtschaft groß gemacht hat.

  • Kohlenhydrate
    • Zucker
    • Zuckerersatz
  • Eiweiße und Proteine
    • Aminosäuren
  • Fett
    • Aufbau von Fetten
    • Verarbeitung von Fetten
    • Bedeutung im Körper
  • Bedeutung der Nährstoffe im Körper zusammen betrachtet
  • Dünger in der Landwirtschaft

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