Schmelzen, verkohlen oder zurückspringen? Die Vernetzung der Ketten entscheidet.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen zum Klicken, Zuordnen, Rechnen und Knobeln — von AFB I bis AFB III, mit einer Mix-Aufgabe aus früheren Unterkapiteln und einer Trickaufgabe. Jede Übung gibt sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
A1
Alltagsgegenstände einordnen
AFB I
Ordnen Sie die Gegenstände der passenden Kunststoffklasse zu.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Thermoplast
2Elastomer
3Duroplast
Flaschen, Fasern und Kabelbinder werden aus der Schmelze geformt (Thermoplaste). Schlauch und Gummiband sind weitmaschig vernetzt und springen zurück (Elastomere). Harze, die hitzefest und hart bleiben müssen, sind engmaschig vernetzt (Duroplaste).
Was geschieht mit dem Gegenstand, wenn man ihn dehnt — und was, wenn man ihn stark erhitzt?
Drei Thermoplaste, zwei Elastomere, drei Duroplaste.
A2
Makromoleküle im Check
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussagen stimmen.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Schmelzen überwindet zwischenmolekulare Kräfte, Zersetzen bricht Atombindungen — das eine ist umkehrbar, das andere nicht.
Unterscheiden Sie Kräfte zwischen den Ketten und Bindungen in den Ketten.
Zwei Aussagen sind falsch.
A3
Bau und Eigenschaft
AFB I
Ordnen Sie jedem Strukturmerkmal die Eigenschaft zu, die es verursacht.
Klicken Sie links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Vernetzung legt die Klasse fest; Verzweigung und polare Gruppen verändern die Eigenschaften innerhalb der Klasse Thermoplast.
Beginnen Sie mit den drei Vernetzungsgraden.
Seitenketten stören die dichte Packung.
A4
Ein Thermoplast wird erhitzt
AFB II
Beschreiben Sie die Vorgänge auf Teilchenebene, indem Sie sie in die richtige Reihenfolge bringen.
Ziehen Sie die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Ketten schwingen bei steigender Temperatur immer stärker.
2Die zwischenmolekularen Kräfte zwischen den Ketten werden teilweise überwunden.
3Die Ketten gleiten aneinander vorbei — der Kunststoff wird weich.
4Die Ketten sind frei beweglich — eine zähe Schmelze fließt.
5Bei weiterer Erhitzung brechen Atombindungen in den Ketten — der Kunststoff zersetzt sich.
Erweichen und Schmelzen sind umkehrbar (Abkühlen → fest, neue Form). Erst die Zersetzung zerstört die Makromoleküle.
Zuerst nimmt die Bewegung zu, dann lösen sich die Ketten voneinander.
Die Zersetzung steht am Ende.
A5
PE-HD gegen PE-LD
AFB II
PE-HD (kaum verzweigt) ist steifer, dichter und schmilzt bei höherer Temperatur als PE-LD (stark verzweigt). Erklären Sie den Unterschied: Wählen Sie alle zutreffenden Begründungen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Beide sind unvernetzte, unpolare Thermoplaste aus derselben Repetiereinheit. Nur die Verzweigung unterscheidet sie: Seitenketten wirken wie Abstandshalter, die Packung wird lockerer, die Kräfte schwächer.
Beide Stoffe bestehen nur aus C- und H-Atomen.
Drei Begründungen sind richtig.
A6
Die drei Klassen im Vergleich
AFB II
Vergleichen Sie die drei Kunststoffklassen: Kreuzen Sie an, welche Aussage auf welche Klasse zutrifft.
Setzen Sie in jeder Zeile so viele Kreuze, wie zutreffen — es können mehrere, eines oder keines sein. Enter setzt und löscht.
Aussage
Thermoplast
Elastomer
Duroplast
schmelzbar
durch Einschmelzen werkstofflich wiederverwertbar
Ketten über Atombindungen miteinander verknüpft
bei Raumtemperatur gummielastisch
zersetzt sich bei sehr starker Hitze
aus Makromolekülen aufgebaut
Zersetzung und Aufbau aus Makromolekülen gelten für alle drei Klassen. Die Unterschiede ergeben sich allein aus der Art der Verknüpfung zwischen den Ketten.
Zwei Zeilen treffen auf alle drei Klassen zu.
Vernetzt sind Elastomere und Duroplaste.
A7
Warum ist PVC härter als PE?
MixAFB II
Erläutern Sie mit Ihrem Wissen über zwischenmolekulare Kräfte, warum Hart-PVC fester ist als PE. Drei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
In jeder zweiten Repetiereinheit von PVC trägt ein C-Atom ein -Atom. Die C–Cl-Bindung ist , deshalb wirken zwischen den Ketten zusätzlich . Zwischen den unpolaren PE-Ketten wirken dagegen nur . Denselben Effekt kennen Sie von den : Chlormethan siedet höher als Methan.
Übrig bleiben „Atombindungen“, „Wasserstoffbrücken“ und „Doppelbindungen“: PVC ist unvernetzt, hat kein H-Atom an O oder N und enthält in der Kette nur Einfachbindungen. Die stärkeren Anziehungskräfte machen Hart-PVC fester — Weich-PVC erhält erst durch zugesetzte Weichmacher seine Biegsamkeit.
Welche Bindung im PVC ist polar?
Erinnern Sie sich an die Siedetemperaturen der Halogenkohlenwasserstoffe (5.1.2).
A8
Ein Laborprotokoll
AFB III
Eine Schülergruppe hat eine unbekannte, harte, dunkelbraune Probe (Griff eines alten Bügeleisens) untersucht. Überprüfen Sie das Protokoll und markieren Sie die fachlich falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Hart, nicht schmelzbar, verkohlend: ein Duroplast (hier Phenolharz). Hitzebeständigkeit ist genau der Grund, warum Griffe heißer Geräte aus Duroplasten bestehen.
Unterscheiden Sie „schmelzen“ und „sich zersetzen“.
Drei Zeilen sind falsch.
A9
Der richtige Werkstoff
AFB III
Für die Fassung einer Halogen-Arbeitsleuchte (Fassung wird bis etwa 200 °C heiß) schlägt ein Praktikant einen Thermoplasten vor, weil man ihn billig spritzgießen kann. Beurteilen Sie den Vorschlag: Wählen Sie alle fachlich zutreffenden Argumente.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Urteil: Der Vorschlag ist ungeeignet — Sicherheit (Formstabilität, keine Kurzschlussgefahr) geht vor Kosten. Ein Elastomer schmilzt zwar nicht, ist aber für eine starre Fassung zu weich; auch Duroplaste zersetzen sich bei sehr hoher Temperatur, nur deutlich später.
Was passiert mit unvernetzten Ketten bei 200 °C?
Drei Argumente sind richtig; achten Sie auf übertriebene Behauptungen.
A10
Trickaufgabe: Weich heißt nicht Elastomer
TrickAFB III
Vier Proben wurden getestet. Bestimmen Sie alle Proben, die Thermoplaste sind.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Entscheidend ist allein, ob die Probe schmilzt bzw. fließt: A, B und C sind Thermoplaste. Weich (A) oder gummiartig (C) heißt nicht Elastomer, hart (B, z. B. Polystyrol) heißt nicht Duroplast. D ist ein Elastomer, E ein Duroplast.
Lassen Sie sich nicht vom Aussehen bei Raumtemperatur leiten.
Nur das Verhalten beim Erhitzen zählt — drei Proben schmelzen.
