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Reaktionsmechanismen

Übersichtsseite mit einer empfohlenen Reihenfolge der Lerneinheiten des Themengebietes "Reaktionsmechanismen" für das Studium der Makromolekularen Chemie.

Stufenreaktionen - Grundlagen Level 245 min.

Hier werden die Besonderheiten von Polymerisationsreaktionen mit Stufenwachstum dargestellt. Dies sind die Polykondensation und die Polyaddition. Der Zusammenhang zwischen Umsatz und Polymerisationsgrad bzw. Molmasse wird erläutert und mit Hilfe verschiedener Formen der Carothers-Gleichung durch Rechenbeispiele, Tabellen und Grafiken anschaulich gemacht. Auch Möglichkeiten zur Steuerung der Molmasse in der Praxis werden gezeigt.

Einführung in die Polykondensation Level 220 min.

Zunächst wird das Schema der Kondensationsreaktion gezeigt. Die verschiedenen Produkte Polyester, Polyamide, Phenoplaste, Aminoplaste und Silicone werden kurz vorgestellt. Schließlich wird auf die verschiedenen Herstellungsmethoden eingegangen: Schmelzpolykondensation, Lösungspolykondensation und Grenzflächenpolykondensation.

Einführung in die Polyaddition Level 25 min.

Das Prinzip der Polyaddition wird kurz dargestellt.

Ionische Polymerisationsarten Level 215 min.

Polymere werden nicht nur durch radikalische Polymerisation hergestellt, sondern auch mittels ionischer und koordinativer Polymerisation. Die Lerneinheit gibt einen Überblick über die ionischen Polymerisationsarten sowie ihre Unterschiede und Gemeinsamkeiten.

Anionische Polymerisation Level 230 min.

Die Lerneinheit beschreibt die anionische Polymerisation, ihre Besonderheiten und ihre Einsatzgebiete sowie die Unterschiede zur kationischen Polymerisation.

Kationische Polymerisation Level 240 min.

Die Lerneinheit beschreibt die kationische Polymerisation, die Unterschiede zur anionischen Polymerisation, die auftretenden Probleme, sowie die technische Verwendung.

Koordinative Polymerisationen - Metallocen-Katalyse Level 240 min.

Eine gezielte Beeinflussung von Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit, Härte, Schlagzähigkeit oder Transparenz ist mit Ziegler-Natta-Katalysatoren nicht möglich. Eine Abhilfe bieten hier die so genannten Metallocen-Katalysatoren. Die Lerneinheit beschreibt die Metallocen-Katalyse und diskutiert ihren Mechanismus sowie die Parameter, die sie beeinflussen.

Koordinative Polymerisationen - Ziegler-Natta-Katalyse Level 230 min.

Bei der Untersuchung der Reaktion von Ethen mit Triethylaluminium entdeckten A. Ziegler und Mitarbeiter 1953 durch Zufall, dass durch den Zusatz eines Katalysators bestehend aus einem Aluminiumalkyl und einem Übergangsmetall-Komplex Ethen bei Raumtemperatur und niedrigem Druck zu hochmolekularem Polyethylen polymerisiert. Die Lerneinheit beschreibt das Prinzip der Ziegler-Natta-Katalyse sowie der Phillips-Katalyse.

Einführung in die radikalische Polymerisation Level 220 min.

Die Polymerisation wird definiert und eine Übersicht zum Reaktionssystem der radikalischen Polymerisation gegeben. 

Erzeugung und Wachstum von Polymerradikalen Level 240 min.

Zunächst werden die wichtigsten Methoden zur Erzeugung von Starterradikalen für die radikalische Polymerisation vorgestellt. Danach werden die Start- und die Wachstumsreaktion beschrieben, über die die Starterradikale zu langkettigen Polymerradikalen heranwachsen können. Die Styrolpolymerisation dient jeweils als Beispiel.

Absättigung von Polymerradikalen Level 230 min.

Durch Abbruchreaktionen und Übertragungen entstehen aus Polymerradikalen inaktive Polymermoleküle. Beim Abbruch geht die Radikaleigenschaft verloren. Bei der Übertragung wird die Radikaleigenschaft auf ein anderes Molekül übertragen. Beide Reaktionen werden hier im Detail vorgestellt und anhand des Beispiels der Styrolpolymerisation veranschaulicht.

Bruttoreaktionsgeschwindigkeit Level 230 min.

Die radikalische Polymerisation wird vom Standpunkt der Reaktionskinetik her untersucht. Es wird geklärt, wie die Konzentrationen der im Reaktionsgemisch vorhandenen Stoffe die Geschwindigkeit der Gesamtreaktion beeinflussen.

Aktivierungsenergie Level 230 min.

Aus den Arrhenius-Gleichungen der Teilreaktionen der radikalischen Polymerisation wird ein Ausdruck für die Temperaturabhängigkeit der Bruttoreaktionsgeschwindigkeit hergeleitet.

Einfluss der Diffusion Level 230 min.

Die eingeschränkte Beweglichkeit der Moleküle im flüssigen bzw. sich verfestigenden Reaktionsgemisch hat den Käfig-, Gel- und Glaseffekt zur Folge. Der Käfigeffekt führt zur Kombination eines Teils der gerade erst entstandenen Starterradikale. Die Auswirkungen werden mit Hilfe der Radikalausbeute quantitativ beschrieben. Bei fortschreitender Polymerisation nimmt die Viskosität des Reaktionsgemisches stark zu. Die Abbruchreaktion und unter bestimmten Bedingungen auch das Kettenwachstum werden diffusionskontrolliert. Dies führt zum Gel- bzw. zum Glaseffekt.

Kinetische Kettenlänge Level 210 min.

Die kinetische Kettenlänge wird definiert und ihre Abhängigkeit von den Konzentrationen der im Reaktionsgemisch vorhandenen Substanzen berechnet. Diskutiert wird außerdem, warum die kinetische Kettenlänge häufig nicht exakt mit der Zahl der Monomereinheiten im Polymer übereinstimmt.

Ceiling- und Floor-Temperatur Level 240 min.

Die Lerneinheit betrachtet die thermodynamischen Aspekte von Polymerisationsreaktionen. Da die Wachstumsschritte einer Polymerisation reversibel sind, findet zusätzlich zur Polymerisation auch die Depolymerisation statt. Ab einer bestimmten Temperatur - der Ceiling-Temperatur - laufen Polymerisation und Depolymerisation gleich schnell ab und es findet scheinbar keine Reaktion mehr statt.

Tutorial

Radikalische Polymerisation von Styrol

Am Beispiel der Polymerisation von Styrol zu Poly(styrol) wird der Mechanismus, die Kinetik und die Thermodynamik radikalischer Polymerisationen erklärt.