Elemente und Moleküle, Maturatraining

89 Aufgabe 55 Das Ende der Pflanzenläuse Fragestellung: Kunststoffe sind Werkstoffe aus Polymeren und Zusatzstoffen. Die Herstellung der Polymere soll erklärt werden. Die viel- fältigen Einsatzbereiche der Kunststoffe und die ökölogische Diskussion über diese Werkstoffe soll besprochen werden. Für die Beantwortung der Fragen sind der Text A und die Fragen und Aufgaben im Teil B heranzuziehen. Der Aufbau bei der Präsentation soll eine eigenständige Entscheidung sein. Text (A): Die Entdeckung der Kunststoffe (aus GEO Kompakt Nr.31 – gekürzt) Die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts ist die Geburtsstunde der Kunstoffe, besser gesagt der Polymere. Diese synthetischen Substanzen ersetzen zunehmend Naturstoffe, die selten und teuer sind: Bakelit eignet sich als Ersatz für Elfenbein und Horn, PVC verdrängt den aus Pflanzenläusen gewonnenen Schellack (Rohstoff für die ersten Schallplatten), künstliche Schaumstoffe erfüllen in Kissen und Matratzen die Funktion von Wolle und Federn. Was zuvor ein Gut für Wohlhabende war, wird nun zum Massenprodukt. Eine kurze Zeitreise belegt die rasanten Aufstieg dieser Werkstoffe. 1907: Die Errungenschaften der Zeit verlangen nach gänzlich neuen Werkstoffen. Deshalb versuchen sich zahlreiche Che- miker an dieser Herausforderung und mischen in ihren Laboren Hunderte Stoffe zusammen. Seit 1902 ist in New York auch der Chemiker Leo Hendrik Baekeland auf der Suche. Ihm gelingt schließlich der Durchbruch: Der gebürtige Belgier löst winzige Splitter des glasklaren Feststoffs Phenol in der stechend riechenden Lösung von Formaldehyd in Wasser auf. Er erhitzt das Gemisch in einem luftdichten Kessel und beobachtet: Bei einer bestimmten Kombination von Temperatur und Druck vereinigen sich die beiden Stoffe zu einer zähflüssigen Masse. Diese lässt sich in nahezu jede Form bringen, denn erst erneuter Druck und Hitze lassen die Substanz erstarren. Außerdem ist sie unempfindlich gegen Säuren und ein elektri - scher Isolator. Bakelit ist geboren. Es ist die erste vollständig synthetische (und industriell nutzbare) Substanz der Welt: ein „Kunst-Stoff“! 1912: Fritz Klatte erfindet in Deutschland ein Produktionsverfahren für PVC . Je nach Verfahrensführung kann es fest wie ein Brett sein aber auch geschmeidig wie Leder oder weich wie Gummi. 1928: Gleichzeitig in Deutschland, Großbritanien und Spanien entwickeln Chemiker das transparente, glasklare Polyme- thylmetacrylat, das unter dem Namen Plexiglas ® weltweit bekannt wurde. 1930: In Ludwigshafen wird ein Verfahren zur Herstellung von Polystyrol patentiert. Dieser neue Werkstoff kann schaum- artig – Styropor ® – oder auch fest in Folien und Platten verwendet werden (Yoghurtbecher). 1936: Die Bedingungen zur großtechnischen Produktion (enorm hoher Druck) von Polyethylen aus dem in großer Menge zur Verfügung stehenden Gas Ethen sind 1936 bei der Erfindung von Polyethylen nicht realisierbar. Erst 1953 finden die Chemiker Karl Ziegler und Giulio Natta die Lösung. Damit steht ein billiger Kunststoff für viele Alltagsartikel wie zum Beispiel „Plastik-Sackerl“ zur Verfügung. 1937: Ein Polymer wird erfunden, das wir heute unter dem Markennamen Neopren ® kennen. Die Chemiker nennen es Polyurethan . 1937: In den USA wird das Patent für das erste Polyamid erteilt. Der Kunststoff Nylon ® erobert – zuerst in Form von Damenstrümpfen – die Welt. 1938: Polytetrafluorethylen (PTFE) wird in den USA erfunden. Zuerst kann niemand etwas damit anfangen. Aber schon 1954 steht die erste „Teflon ® pfanne“ zum Verkauf. 1941: Mit Polyethylenterephthalat – PET – betritt ein Kunststoff die Bühne, ohne den wir heute buchstäblich verdursten würden, denn die meisten Getränke sind in Flaschen aus PET abgefüllt. T ext Fragen und Aufgaben (B): 1. Beschreibe den chemischen Prozess, der zur Bildung von Polymerisaten führt. 2. Beschreibe den chemischen Prozess, der zur Bildung von Polykondensaten führt. 3. Beschreibe die Einsatzmöglichkeiten von PVC und die damit verbundenen ökologischen Probleme. 4. Erkläre, warum die Produktion von einem Kilogramm PVC weniger Erdölprodukt benötigt, als die Produktion von einem Kilogramm PE. Berechne dazu den Prozentsatz Kohlenstoff in einem Kilogramm PVC und einem Kilo- gramm PE. 5. Die Möglichkeiten der Entsorgung von Kunststoffprodukten sollen erläutert werden. Beschreibe einige dieser Möglichkeiten und beurteile sie auf Nachhaltigkeit und ökologischer Zweckmäßigkeit. REP REF REP REP TRA Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv