Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste Hier wird es anschaulicher X2 262 Erst um 1920 konnte Hermann Staudinger (1881–1965) durch seine bahnbrechenden Arbeiten das Konzept der Makromoleküle etablieren (Nobelpreis 1953). Solche Moleküle sind überall zu finden: maßgeschneidert in Kunststoffen (Polyethylen PE, Polyvinylchlorid PVC, Polystyrol PS uam.), als Cellulose in Holz, Papier und Baumwolle und als Hauptbestandteil unserer Nahrungsmittel. Verdauungsenzyme müssen deshalb als ersten Schritt die ursprünglichen Bausteine – Glucose aus Stärke und Aminosäuren aus Eiweiß – wieder freisetzen. Auch die in den Fetten enthaltenen, langkettigen Carbonsäuren werden biologisch über C 2 -Einheiten wie Makromoleküle auf- und abgebaut (siehe V2). Die Wechselwirkungen, die zwischen den kettenförmigen Makromolekülen herrschen, bestimmen weitgehend die Eigenschaften der makromolekularen Stoffe: • Sind die Kräfte schwach, so können die lang gestreckten Moleküle bei höheren Temperaturen aneinander vorbeigleiten. Die Stoffe sind t h e r m o p l a s t i s c h , wie zB Wachse und viele Kunststoffe, die leicht in eine gewünschte Form gebracht werden können. • Eine weitmaschige Vernetzung der Makromoleküle durch quer verbindende Atomketten bringt sie nach Verformungen wieder in die Ausgangslage zurück. Deshalb ist zB Naturkautschuk e l a s t i s c h . 1838 entdeckte Charles Goodyear, dass ein Zusatz von Schwefelatomen diese Eigenschaft verbessert. Diese bilden zusätzliche »Brücken« zwischen den Makromolekülen. • Die dreidimensionale, gerüstartige Verknüpfung vieler Bausteine führt zu einer großen mechanischen Festigkeit. Die Kunststoffe werden als d u r o m e r bezeichnet (lateinisch: durus = hart). Holz ist wie der Verbundwerkstoff Stahlbeton zug- und druckfest zugleich. Eine Cellulose-Kette wirkt ähnlich wie ein Armierungseisen. Das vernetzte Lignin (ein aroma- tischer, mehrfacher Alkohol) sorgt wie Beton für große Druckfestigkeit. Die Eigenschaften von makromolekularen Stoffen lassen sich nahezu unbegrenzt verbessern und erweitern: Man kann sie zu verspinnbaren Fasern verarbeiten, chemisch nachbehandeln, mit Gasen Schaumstoffe erzeugen und durch Kombination mit Glasfasern oder Metall- und Mineralpulvern Verbundwerkstoffe herstellen. Das Glucose -Molekül existiert in 3 verschie- denen Formen, die miteinander im Gleichge- wicht stehen: Die offene Kettenform kann durch eine innermolekulare Additions- reaktion in die zyklische a - oder b -Form übergehen. Besonders stabil ist die b -Glucose, weil alle großen Atomgruppen in einer Ringebene angeordnet sind und sich deshalb am wenigsten behindern. Die große Zahl der OH-Gruppen macht das Glucose-Molekül wasserlöslich, dadurch leicht transportierbar, jedoch relativ energiearm. Die Polysaccharide Stärke und Cellulose sind Makromoleküle aus Glucose-Einheiten. Sie entstehen durch Kondensationsreaktion zwischen den OH-Gruppen des 1. und 4. Kohlenstoffatoms. Durch Verknüpfung der besonders stabilen b -Glucose entstehen gut stapelbare, schwer abbaubare, gerade gestreckte Cellulose-Moleküle. Schließt sich a -Glucose ohne Verzweigungen zusammen, so entstehen spiralige Stärke-Moleküle mit einem Hohlraum, in den genau Iod-Moleküle passen. Diese verfärben sich bei der Einlagerung intensiv blau oder schwarz. Cellulose besteht aus b -Glucose. Stärke ist aus a -Glucose aufgebaut. Ohne Verzweigungen ist das Stärke-Molekül schraubenförmig gewunden. Bis zu einigen Tausend Glucose-Einheiten können sich verknüpfen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv