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Tutorial MenueRadikalische Polymerisation von StyrolTutorial starten

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

Lerneinheiten des Tutorials

Einführung in die radikalische PolymerisationLevel 220 min.

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

Erzeugung und Wachstum von PolymerradikalenLevel 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 PolymerradikalenLevel 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.

BruttoreaktionsgeschwindigkeitLevel 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.

AktivierungsenergieLevel 230 min.

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

Einfluss der DiffusionLevel 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 KettenlängeLevel 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-TemperaturLevel 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.

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