Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation

Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation Übung

• Nenne die Nutzungsmöglichkeiten von Polystyrol.

  Tipps

  Polystyrol kann aufgeschäumt werden.

  Lösung

  Polystyrolkügelchen können mit Wasserdampf und dem Treibmittel Pentan aufgeschäumt werden. Thermisch können die aufgeschäumten Kugeln dann miteinander verbunden und verformt werden. Daher eignet sich Polystyrol wunderbar als Dämmstoff beim Häuserbau oder auch als Verpackungsmaterial, wenn du zum Beispiel zerbrechliche Gegenstände transportieren möchtest.

  Nylon, aus dem Strumpfhosen bestehen, und Teflon sind natürlich auch Kunststoffpolymere, allerdings bestehen diese nicht aus Polystyrol.

• Beschreibe die Herstellung von Polystyrol.

  Tipps

  Erinnere dich, in welchen Schritten eine radikalische Polymerisation abläuft.

  Radikal-Moleküle erkennst du an einem freien Elektron am Molekül.

  Lösung

  1. Die Herstellung von Polystyrol verläuft nach der radikalischen Polymerisation. Das bedeutet, dass in der Startreaktion Radikale entstehen. In diesem Beispiel wird Dibenzoylperoxid durch Erhitzen auf ca. 80°C homolymisch in zwei Radikale und Kohlenstoffdioxid gespalten.
  2. Diese Radikale können nun mit Styrol reagieren, indem eine Bindung zwischen Styrol und dem Radikal gebildet wird. Dabei bleibt das ungepaarte Elektron bestehen. Es entsteht also ein Styrolradikal.
  3. Dies wiederum kann wieder mit einem Styrolmolekül reagieren. Eine Bindung wird ausgebildet und das Molekül besteht nun aus drei Styrol-Elementen. Das Radikal bleibt weiterhin bestehen.
  4. Immer mehr Styrol-Moleküle bilden eine Bindung mit diesem Radikal aus. So wächst das Molekül immer weiter.
  5. Ein Abbruch dieser Kettenreaktion erfolgt, wenn zwei Radikale miteinander reagieren. Das ungepaarte Elektron findet nun wieder einen Partner und das Radikal wird wieder zu einem normalen Elektronenpaar.

• Ermittle, aus welchen Monomeren Polyethylen besteht.

  Tipps

  Polystyrol besteht aus den Monomeren Styrol.

  Lösung

  Polyethylen besteht aus vielen Ethenmolekülen. Ethen ist ein Kohlenwasserstoff, bestehend aus zwei Kohlenstoffatomen mit einer Doppelbindung. Oft kann man aus dem Namen der Polymere auf die Monomere schließen. So besteht z.B. auch Polyvinylchlorid aus Vinylchlorid-Monomeren. Diese sind ähnlich wie Ethenmoleküle aufgebaut, allerdings ist ein Wasserstoffatom gegen ein Chloratom ausgetauscht.

• Gib die Monomere und die dazugehörigen Polymere an.

  Tipps

  Oft ähneln die Namen der Polymere denen der Monomere und umgekehrt.

  Lösung

  Dies alles sind Kunststoffe. Vielleicht hast du einige Abkürzungen der Polymere schon einmal gelesen.

  Polymere sind aus vielen gleichartigen Monomeren aufgebaut. Und so kann man oft von den Monomeren auf die Polymere schließen und umgekehrt.

  Schauen wir uns einmal das erste Molekül an. Du kennst es. Es ist Ethen. Und das Polymer heißt entsprechend Polyethylen.

  Auch Styrol, das dritte Molekül, kennst du bereits und weißt, dass das Polymer davon Polystyrol heißt.

  Den Namen des letzten Moleküls kannst du auch von der Struktur ableiten. Es ist ein Ethen mit vier Fluoratomen, also heißt es Tetrafluorethen. Das Polymer davon kannst du wieder ableiten: Es heißt Polytetrafluorethen.

  Das zweite Beispiel ist etwas kniffliger. Ethen kann an einem Kohlenstoffatom statt eines zweiten Wasserstoffatoms ein anderes Atom besitzen. Hier ist es Chlor. Das Monomer heißt also Vinylchlorid. Das Polymer dazu heißt Polyvinylchlorid. Du kennst es als PVC-Bodenbelag.

• Erkläre, was unter Kunststoffen zu verstehen ist.

  Tipps

  Polystyrol oder Polyehtylen sind Kunststoffe.

  Poly- ist ein griechischer Präfix und bedeutet viele.

  Lösung

  Kunststoffe sind Stoffe, die aus vielen gleichartigen Struktureinheiten bestehen, deshalb heißen sie auch Polymere. Der griechische Präfix Poly- bedeutet viele. Die Struktureinheiten, aus denen sie aufgebaut sind, heißen Monomere.

  Am Namen Kunststoffe lässt sich außerdem erkennen, dass die Polymere nicht natürlich vorkommen, sondern synthetisch hergestellt werden.

• Berechne, aus wie vielen Monomeren das Polymer besteht.

  Tipps

  Überlege dir als erstes die Summenformel von Styrol.

  Ein Styrolmolekül besteht aus 8 Kohlenstoffatomen und 8 Wasserstoffatomen.

  Lösung

  Du weißt inzwischen, dass Polystyrol aus vielen Styrolmolekülen besteht. Mache dir am besten eine Skizze von Styrol. Zähle jeweils die Kohlenstoff- und die Wasserstoffatome. Wenn du richtig gezählt hast, wirst du feststellen, dass Styrol 8 Kohlenstoffatome und ebenfalls 8 Wasserstoffatome besitzt.

  Im Periodensystem der Elemente findest du die molaren Massen M von Kohlenstoff und Wasserstoff. Kohlenstoff hat eine Molmasse von 12 g/mol und Wasserstoff 1 g/mol. Nun berechnest du die Molmasse eines Styrolmoleküls:

  $ 8 \cdot 12 \frac {g}{mol} + 8 \cdot 1 \frac {g}{mol} = 104 \frac {g}{mol}$.

  Wenn du nun die Molmasse des Polymers durch die Molmasse von einem Monomer dividierst, erhältst du 18.

  Dies ist die Anzahl der Styrolmonomere, die in dem beschriebenen Polystyrolmolekül enthalten sind.