Kunststoffe: Versuche und Mechanismen – Bundle

Das Blatt endet nicht beim Mechanismus, sondern beim Alltag: Wer für den Substituenten X nacheinander Phenyl, Chlor und Methyl einsetzt, hat Polystyrol, PVC und Polypropylen vor sich. Aus einem abstrakten Reaktionsschema werden drei Kunststoffe, die jede Lerngruppe kennt.Davor steht die eigentliche Arbeit: Elektronenpfeile eintragen, neue Bindungen markieren, die Wiederholungseinheit einklammern, eine Abbruchreaktion entwickeln und den Verlauf mit Fachbegriffen beschreiben.DAS IST DRINSchülerblatt (2 Seiten).Reaktionsschema von Start und Kettenfortpflanzung zum Bearbeiten, ein Zeichenfeld für die Abbruchreaktion, zehn Schreibzeilen für die Beschreibung nach Start, Kettenfortpflanzung und Abbruch sowie die Zuordnung der drei Substituenten zu ihren Polymeren.Lösungsblatt für die Lehrkraft (2 Seiten).Beide Reaktionsschemata mit fertig eingezeichneten Elektronenpfeilen und markierten Bindungen, die ausformulierte Beschreibung in drei Schritten, die drei Polymere mit Namen und Abkürzung und ein Feld für eigene Notizen.Die Merkregel, an der es hängt.Wo das ungepaarte Elektron sitzt — und die Gegenfrage für das Plenum, wenn es in den Zeichnungen wandert.WARUM DAS BLATT FUNKTIONIERTDer Substituent bleibt bis zur letzten Aufgabe ein abstraktes X. Das hält den Mechanismus frei von Sonderfällen und macht die Schlussaufgabe zum Aha-Moment: dasselbe Schema, drei verschiedene Alltagskunststoffe.FORMATPDF im A4-Hochformat mit ausreichend Schreib- und Zeichenraum. Farbige und schwarzweiße Fassung liegen bei; in der Druckfassung sind die Elektronenpfeile eigens nachgedunkelt, damit sie auf dem Kopierer sichtbar bleiben.PASST ZUPolymerisationsarten im Vergleich, Radikalreaktionen, Kunststoffe im Alltag, Reaktionsmechanismen der Oberstufe. Bewusst parallel zur anionischen Polymerisation aufgebaut, sodass sich beide Kettenenden direkt gegenüberstellen lassen.TEIL EINER REIHEDieses Material gehört zur Reihe „Kunststoffe“. Ebenfalls erhältlich: Herstellen eines Polyesters, Wie funktioniert ein Sekundenkleber?, Die anionische Polymerisation, Herstellung von Nylon. Alle fünf gibt es zusammen als Bundle.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Sekundenkleber klebt trockenes Filterpapier nicht. Nasses dagegen sofort. Dieses überraschende Ergebnis steht am Anfang und trägt die ganze Stunde: Die Klasse muss erklären, warum ausgerechnet Feuchtigkeit die Aushärtung auslöst — und landet dabei beim Hydroxid-Ion als Startteilchen.Zwei kurze Versuche, die sich gegenseitig bestätigen, und ein Auswertungsweg, der ohne Vorgabe der Lösung auskommt. Der vollständige Mechanismus liegt als eigenes Blatt im Querformat bei und lässt sich als Folie oder Tafelbild einsetzen.DAS IST DRINSchülerblatt (2 Seiten).Versuch 1 mit trockenem und feuchtem Filterpapier, Versuch 2 mit verdünnter Natronlauge und Wasser, jeweils mit Platz für die Beobachtung. Danach die Auswertung: Welches Edukt startet die Reaktion? Welche Art der Polymerisation liegt vor? Dazu die Strukturformel des 2-Cyanoacrylsäureesters und eine Rechercheaufgabe zur Verwendung von Cyanacrylat-Klebstoffen.Lösungsblatt (1 Seite).Erwartungshorizont zu beiden Beobachtungen und zur Auswertung.Mechanismusblatt im Querformat (1 Seite).Die anionische Polymerisation des 2-Cyanoacrylsäureesters vollständig durchgezeichnet, dazu Start, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch in je einem kurzen Kasten erklärt.Sicherheitshinweis für den Klassenraum.Was zu tun ist, wenn Finger verkleben — und was ausdrücklich nicht.AUFWAND UND MATERIALEine Tube Sekundenkleber, Filterpapier, verdünnte Natronlauge, Wasser, zwei Zahnstocher. Beide Versuche zusammen dauern keine zehn Minuten, die Auswertung füllt den Rest der Stunde.FORMATPDF in A4, das Mechanismusblatt im Querformat. Farbige und schwarzweiße Fassung liegen bei; die Schwarzweiß-Version ist eigens für den Kopierer gesetzt, nicht nachträglich entfärbt.PASST ZUAnionische Polymerisation, Kunststoffe im Alltag, nucleophiler Angriff, Reaktionsmechanismen in der Oberstufe. Der Versuch eignet sich als Problemeinstieg in die Polymerisationsarten, weil das Ergebnis der Erwartung widerspricht.Hinweis zur Sicherheit.Für beide Versuche gelten die Regeln des Unterrichtens in Naturwissenschaften (RiSU). Die Gefährdungsbeurteilung und die Entscheidung über Schüler- oder Lehrerversuch liegen bei der durchführenden Lehrkraft.TEIL EINER REIHEDieses Material gehört zur Reihe „Kunststoffe“. Ebenfalls erhältlich: Herstellen eines Polyesters, Die anionische Polymerisation, Die radikalische Polymerisation, Herstellung von Nylon. Alle fünf gibt es zusammen als Bundle.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Der Nylonfaden reißt nicht ab, solange man zieht — und genau das ist die Frage, die das Material trägt. Warum wächst der Faden beim Herausziehen weiter, und warum bildet er sich ausgerechnet an der Grenze zwischen zwei Flüssigkeiten?Der Versuch ist einer der wenigen, bei denen ein Kunststoff sichtbar in Sekunden entsteht. Die Auswertung nutzt das aus: Sie führt über die Grenzflächenpolykondensation zur Amidbindung und endet beim Vergleich mit dem Polyester — mehr als zwei funktionelle Gruppen ergeben ein Netzwerk, genau zwei ergeben eine Faser.DAS IST DRINSchülerblatt (2 Seiten).Geräte, Chemikalien und Durchführung in fünf Schritten, Platz für die Beobachtung, die Strukturformeln beider Monomere, ein Feld für die Reaktionsgleichung, die Erklärungsaufgabe zur Grenzfläche und der Vergleich mit dem Polyesterversuch. Als Zusatzaufgabe die Frage, woher die beiden Sechsen in Nylon-6,6 kommen.Lösungsblatt für die Lehrkraft (2 Seiten).Erwartungshorizont zur Beobachtung, die vollständige Reaktionsgleichung mit hervorgehobenen Amidbindungen, die Erklärung der Grenzfläche in drei Schritten, eine Vergleichstabelle Polyester / Polyamid und der Hinweis auf die Wasserstoffbrücken zwischen den Ketten.Gefahrstoff- und Entsorgungshinweise auf einer Seite.GHS-Einstufung der drei Chemikalien, Schutzmaßnahmen und Entsorgungsweg.DER FEHLER, DEN FAST JEDE KLASSE MACHTWer den Polyesterversuch vorher hatte, schreibt hier „unter Wasserabspaltung“. Abgespalten wird aber Chlorwasserstoff, weil ein Säurechlorid statt einer Carbonsäure eingesetzt wird. Der Hinweis steht mit der passenden Gegenfrage auf dem Lösungsblatt.AUFWAND UND MATERIALAdipinsäuredichlorid in Cyclohexan, 1,6-Diaminohexan in Wasser mit etwas Natronlauge, drei Bechergläser, Pinzette und Glasstab. Der Aufbau steht in fünf Minuten, das Fadenziehen dauert so lange, wie man Zeit hat.FORMATPDF im A4-Hochformat. Farbige und schwarzweiße Fassung liegen bei; die Schwarzweiß-Version ist eigens für den Schulkopierer gesetzt, nicht nachträglich entfärbt.PASST ZUPolykondensation, Polyamide, Kunststoffe im Alltag, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Besonders ergiebig direkt nach dem Polyesterversuch, weil sich Netzwerk und Faser dann unmittelbar gegenüberstellen lassen.Hinweis zur Sicherheit.Der Versuch ist als Demonstrationsversuch im Abzug ausgelegt (Adipinsäuredichlorid und 1,6-Diaminohexan sind ätzend, Cyclohexan ist leicht entzündbar). Ein Schülerversuch ist nur nach eigener Gefährdungsbeurteilung nach RiSU und unter Aufsicht vertretbar; die Entscheidung liegt bei der durchführenden Lehrkraft.TEIL EINER REIHEDieses Material gehört zur Reihe „Kunststoffe“. Ebenfalls erhältlich: Herstellen eines Polyesters, Wie funktioniert ein Sekundenkleber?, Die anionische Polymerisation, Die radikalische Polymerisation. Alle fünf gibt es zusammen als Bundle.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)

Citronensäure und Glycerin, zwei Minuten über dem Brenner — und aus zwei Stoffen aus dem Küchenschrank lässt sich ein Kunststoff ziehen. Der Versuch braucht keine Sondergeräte und liefert trotzdem den vollständigen Weg vom Beobachten über die Reaktionsgleichung bis zur Unterscheidung Thermoplast / Duroplast.Das Besondere ist die Auswertung: Statt die Antwort vorzugeben, prüft die Klasse an einer Grafik selbst, wie viele reaktionsfähige Gruppen jedes Molekül mitbringt. Daraus ergibt sich die Vernetzung — und damit die Antwort auf die Aussage „Bei der Reaktion entsteht ein Duroplast!“, mit der die letzte Aufgabe arbeitet.DAS IST DRINSchülerblatt (2 Seiten).Vorbetrachtungen mit Hypothesenbildung, Geräte und Chemikalien, Durchführung in fünf Schritten, Platz für die Beobachtung, ein großes Feld für die Reaktionsgleichung in Strukturformeln und die Bewertungsaufgabe zum Duroplast.Lösungsblatt für die Lehrkraft (2 Seiten).Erwartungshorizont zu Beobachtung und Auswertung, die vollständige Reaktionsgleichung als Strukturformel, die Grafik der möglichen Verknüpfungsstellen und ein Feld für eigene Besprechungsnotizen.Zwei Hinweise, die im Unterricht tragen.Warum das Kondenswasser im Reagenzglas der eigentliche Beleg ist — und was zu tun ist, wenn die Klasse aus dem Fädenziehen auf einen Thermoplast schließt.AUFWAND UND MATERIALReagenzglas, Reagenzglasklammer, Brenner, Petrischale aus Kunststoff (oder ein Stück Pappe) und ein Holzstab. An Chemikalien nur Citronensäure und Glycerin, beides gefahrstoffarm und in jeder Sammlung vorhanden. Ein Ansatz dauert etwa zehn Minuten, das Protokoll füllt eine Einzelstunde.FORMATPDF im A4-Hochformat, jede Seite einzeln ausdruckbar. Beide Fassungen liegen bei: farbig für die Anzeige am Beamer, echt in Graustufen konvertiert für den Schulkopierer. Die Schwarzweiß-Fassung ist nicht gerastert, sondern eigens für den Druck gesetzt — helle Kopfflächen, dunkle Titel, sparsamer Tonerauftrag.PASST ZUEinführung der Kunststoffe in der Einführungsphase, Wiederholung der Estersynthese, Abgrenzung Thermoplast / Duroplast / Elastomer. Auch in Klasse 10 einsetzbar, wenn die Estergruppe bereits behandelt wurde.Hinweis zur Sicherheit.Für beide Versuche gelten die Regeln des Unterrichtens in Naturwissenschaften (RiSU). Die Gefährdungsbeurteilung und die Entscheidung über Schüler- oder Lehrerversuch liegen bei der durchführenden Lehrkraft.TEIL EINER REIHEDieses Material gehört zur Reihe „Kunststoffe“. Ebenfalls erhältlich: Wie funktioniert ein Sekundenkleber?, Die anionische Polymerisation, Die radikalische Polymerisation, Herstellung von Nylon. Alle fünf gibt es zusammen als Bundle.

Klassenstufen: Q1 (11./12. Jhg.), Q2 (12./13. Jhg.)