Big Bang HTL 2, Schulbuch

Aufgabe zur Reife- und Diplomprüfung Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 65 Bionik nennt man die Wissenschaft an der Grenze zwischen Biologie und Technik, sie beschäftigt sich damit, Prinzipien der Natur technisch nachzubauen. Ein interessantes Gebiet der Bionik ist die Hafttechnik. Spinnen, Insekten und Geckos schaffen es, ohne Mühen und ohne Klebstoff senkrecht Wände hochzulaufen. Aus der Untersuchung des Aufbaus der Beine dieser Tiere erhofft man sich einiges: Von Klebefolien bis hin zu Kletterrobotern zum Reinigen von Fassaden scheint vieles möglich. Chemische Bindungen und Wechselwirkungskräfte Dazu ein Artikel aus scinexx.de , online vom 16.9.2015 Materialwissenschaftler und Biologen am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart […] haben inzwischen aus ihren Erfahrungen mit Fliege, Gecko und Co. mathematische Modelle entwickelt, die die Hafteigenschaften von Materialien – egal ob biologisch oder künstlich – theoretisch beschreiben. Der große Vorteil: Mithilfe dieser Gesetz- mäßigkeiten können sie nun technische Oberflächen mit ähnlich guten Hafteigenschaften entwickeln. Und der Bedarf ist da: Denn Verbindungstechniken wie Schweißen oder Kleben sind zwar stabil, aber auch aufwändig und teuer. Einmal auf diese Weise verbundene Bauteile lassen sich zudem nicht mehr ohne Materialverlust voneinander lösen – ungünstig, wenn Reparaturen durchgeführt werden müssen oder aber der Werkstoff recycelt werden soll. Eine Alternative wären Klettverschlüsse, diese müssen aber immer einen entsprechend angepassten „Haftpartner“ haben und verfilzen mit der Zeit. Erste Patente erteilt Und genau hier setzen die Wissenschafter an: Sie haben bereits ein Verfahren entwickelt und patentieren lassen, mit denen sie eine Art Verschluss nach dem Vorbild der Natur erzeugen können. Diese Haftsysteme erlauben Verbindungen von Werkstoffen so fest wie Schweißen oder Kleben, aber reversibel. Darüber hinaus verschmutzen die neuen Haftstruk- turen im Gegensatz zu konventionellen Klebebändern nicht so leicht. Und im Vergleich zu herkömmlichen Klettverschlüs- sen benötigen sie kein speziell strukturiertes Gegenüber mehr. Die Wissenschaftler können zudem die feinen Strukturen auf der Materialoberfläche, wie die Dicke der Säulen, die Abstände, die Elastizität und Form, gezielt modifizieren. Die Hafteigenschaften der Oberflächen lassen sich so exakt auf die jeweiligen technischen Anforderungen einstellen – beste Voraussetzungen für vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Alltag. Aufgaben: 1. Erläutern Sie das Zustandekommen einer Atombindung anhand eines selbst gewählten Beispiels. (Reproduktion) 2. Erklären Sie, wie polare und unpolare Atombindungen gebildet werden können. Benutzen Sie dazu folgende Beispiele: CH 4 , H 2 O, H 2 Erläutern Sie die Voraussetzungen, damit aus polaren Bindungen auch polare Moleküle entstehen können. (Transfer) 3. Führen Sie an, welche zwischenmolekularen Wechselwirkungen sich zwischen den oben genannten Beispielmolekülen ausbilden können. Erläutern Sie auch zeichnerisch. (Reproduktion) 4. a) Erläutern Sie, wie z. B. Springspinnen an glatten Flächen oder Wänden hochgehen können. Welche zwischenmolekularen Wechselwirkungen sind hier beteiligt? Verwenden Sie dazu auch Abb. 1. (Reproduktion/Transfer) b) Arbeiten Sie aus dem Artikel heraus, was der Vorteil von Hafttechniken anstelle von Schweiß- und Klebetechniken wäre. (Transfer/Problemlösen) Abb. 1: Mikroskopisches Bild eines Beins einer Springspinne Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv