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Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation 05:03 min

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Transkript Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation

Hallo! Was machst du eigentlich, wenn du einen zerbrechlichen Gegenstand in einem Paket verschicken willst? Klar, du nimmst ganz viel Verpackungsmaterial, damit der Gegenstand gut geschützt ist. Hast du dich aber schon mal gefragt, woraus die kleinen weißen Teilchen in den Paketen eigentlich bestehen? Was genau das ist und wie so etwas hergestellt werden kann, wollen wir uns nun ansehen. Die weißen Teilchen bestehen aus einem Schaum aus dem Kunststoff Polystyrol. Aber was sind eigentlich Kunststoffe? Als Kunststoffe werden Stoffe bezeichnet, die aus organischen Makromolekülen aufgebaut sind. Es sind also Polymere, die aus vielen gleichartigen Struktureinheiten, den Monomeren aufgebaut sind. Du kennst sicher schon eine ganze Menge Kunststoffe. So gehören z.B. Polyethylen, Nylon und Teflon zu den Kunststoffen. Sie besitzen verschiedene Eigenschaften. So können einige unter Hitzeeinwirkung schmelzen, während andere hitzebeständig sind. Einige Materialien aus Kunststoff sind sehr spröde und hart, andere wie zum Beispiel Gummi sind verformbar. Bei allen gleich ist die Herstellung durch Polymerisation von Monomeren. Damit aus den Monomeren auch Polymere werden können, benötigen sie Mehrfachbindungen oder mindestens zwei funktionelle Gruppen. Heute schauen wir uns die Herstellung vom Poylstyrol an. Die Polymerisationsreaktion, die dabei abläuft, wird als radikalische Polymerisation bezeichnet. Sehen wir uns zunächst das Monomer an. Das Monomer heißt Styrol und besteht aus einem Benzolring und einer Seitenkette, welche eine Doppelbindung besitzt. Diese Doppelbindung wird benötigt, um aus dem Monomer ein Polymer zu machen. Diese Styrolmoleküle werden nun durch radikalische Polymerisation miteinander verknüpft, wodurch der Kunststoff Polystyrol gebildet wird.

Wie dies funktioniert wollen wir uns nun genauer ansehen. Polymerisationsreaktionen laufen in der Regel in drei Schritten ab. Zunächst erfolgt eine Startreaktion, durch die die Polymerisation ausgelöst wird. Es folgt die Kettenreaktion, in der sich die Kette verlängert und zuletzt dann die Abbruchreaktion, die den Kettenwachstum stoppt und so die Polymerisation beendet.

Als Reaktionsauslöser bei einer radikalischen Poylmerisation wird ein Radikal benötigt. Dazu eignen sich besonders gut Peroxide. In unserem Beispiel wird Benzoylperoxid verwendet. Die Bindung zwischen den Sauerstoffatomen lässt sich bei 80 °C homolytisch spalten, wobei Benzoylradikale entstehen. Diese Reaktion bezeichnet man dann als Startreaktion.

Solche Starterradikale werden oft auch mit In und einem Punkt dahinter abgekürzt.

Bei der Kettenreaktion reagiert nun das Radikal mit einem Styrol-Molekül. Durch die Doppelbindung der Seitenkette kann nun ein Styrolmonomer an das Radikal addieren, wodurch ein Kohlenstoffradikal in Nachbarstellung zum Substituenten entsteht. Der Kettenwachstum erfolgt nun nach dem gleichen Prinzip. Ein neues Styrolmonomer addiert sich an das Radikal und die Kette wächst. Es kommt zur Ausbildung eines Polymers und somit zur Bildung des Kunststoffes.

Ein Abbruch einer Polymerisationsreaktion kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Oft endet die Reaktion durch die Kombination aus zwei radikalischen Kettenenden, oder durch die Kombination einer radikalischen Kette mit einem radikalischen Startermolekül. Diese Reaktion löst dann also den Kettenabbruch aus. Nun wollen wir uns noch die industrielle Verarbeitung von Polystyrol zum aufgeschäumten Verpackungsmaterial etwas genauer ansehen.

Das Verpackungsmaterial wird aus kleinen Polystyrolkugeln hergestellt, welche mit Wasserdampf und dem Treibmittel Pentan aufgeschäumt werden. Das bedeutet, dass sich das Volumen der Perlen vergrößert und sich im Innern der Perlen eine zellartige Struktur ausbildet. Die Kugeln können nun thermisch miteinander verbunden und in die gewünschten Formen gebracht werden. Als Dämmstoffe und Verpackungsmaterialien sind sie nun vielfältig einsetzbar.

Du hast heute gelernt was Polystyrol ist und wie es hergestellt wird. Du weißt nun, dass Kunststoffe aus Monomeren durch Polymerisation hergestellt werden und das Polystyrol aus Styrol hergestellt wird. Außerdem wurde über die Herstellung und die Einsatzmöglichkeiten von Polystyrolschaum gesprochen. Tschüß und bis bald!

4 Kommentare
  1. Man hätte die Bilder in Aufgabe 2. noch kleiner machen können

    Von Deleted User 856161, vor etwa einem Monat
  2. Hallo D Fidanboy,
    um herauszufinden, aus wie vielen Monomeren das Polystyrolmolekül besteht, musst du die molare Masse des Polystyrolmoleküls und des Monomers Styrol kennen. Die molare Masse von Polystyrol ist mit 1872 g/m in der Aufgabenstellung gegeben. Die molare Masse von Styrol müssen wir noch errechnen. Dafür müssen wir wissen, wie die Summenformel von Styrol ist, also aus welchen Atomen in welcher Anzahl ein Styrol Molekül besteht. Styrol besteht aus 8 Kohlenstoffatomen und 8 Wasserstoffatomen. Im Periodensystem der Elemente findest du die molaren Massen M von Kohlenstoff und Wasserstoff. Kohlenstoff hat eine molare Masse von 12 g/mol und Wasserstoff von 1 g/mol. Nun berechnest du die molare Masse eines Styrolmoleküls: 8x12 g/mol + 8x1 g/mol = 104 g/mol
    Jetzt musst du nur noch die molare Masse des Polystyrolmoleküls durch die molare Masse eines Styrolmoleküls dividieren: 1872 : 104 = 18
    Aus 18 Styrolmonomeren besteht das beschriebene Polystyrolmolekül.
    Ich hoffe, dass ich dir weiterhelfen konnte.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 9 Monaten
  3. Wie lautet die genaue Rechnung das die Molm. d. Polymers durch Molm. von 1 Monomer = 18 ist ich weiß nicht welche zahlen ich da einsetzen soll. Danke

    Von D Fidanboy, vor 9 Monaten
  4. Cooles video hat mir sehr geholfen danke.

    Von Miguel B., vor mehr als einem Jahr

Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Polystyrol – Herstellung durch Polymerisation kannst du es wiederholen und üben.

  • 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.

  • 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.
  • 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.

  • 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.