Aufgabenblock — AFB III
Beurteilen, erklären, Stellung nehmen, entwickeln: Formulieren Sie Ihre Antwort zuerst selbst, bevor Sie die Musterlösung aufklappen.
Ein Schüler schlägt vor: „Alte Fahrradschläuche sind weich und biegsam — man kann sie also wie PE-Folien einschmelzen und zu neuen Schläuchen formen.“ Beurteilen Sie diesen Vorschlag.
Hinweis: Fahrradschläuche bestehen aus vulkanisiertem Kautschuk.
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Musterlösung: Der Vorschlag ist nicht umsetzbar. PE-Folien sind Thermoplaste: Ihre Ketten sind unvernetzt und nur durch zwischenmolekulare Kräfte verbunden; beim Erwärmen gleiten sie aneinander vorbei, der Stoff schmilzt.
Beim Vulkanisieren wurden die Kautschukketten dagegen durch Schwefelbrücken — also Atombindungen — weitmaschig vernetzt; es entstand ein Elastomer. Die Weichheit kommt von der weitmaschigen Vernetzung, nicht von fehlender Vernetzung. Beim starken Erhitzen brechen Atombindungen, der Schlauch zersetzt und verkohlt, statt zu schmelzen.
Fazit: Aus dem Merkmal „weich“ darf man nicht auf „schmelzbar“ schließen. Alte Schläuche lassen sich allenfalls zerkleinert als Granulat (z. B. für Sportbeläge) oder energetisch verwerten.
Kletterseile bestehen aus Polyamid, nicht aus Polypropen, obwohl PP leichter ist. Erklären Sie die größere Reißfestigkeit von Polyamid-Fasern auf Teilchenebene.
Hinweis: Vergleichen Sie die funktionellen Gruppen in den Ketten und die Kräfte zwischen benachbarten Ketten.
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Musterlösung: Polypropen besteht aus unpolaren Kohlenwasserstoffketten; zwischen den Ketten wirken nur Van-der-Waals-Kräfte.
Polyamid-Ketten enthalten in regelmäßigen Abständen Amidgruppen \(\ce{-CO-NH\bond{-}}\). Das H-Atom am N-Atom einer Kette bildet mit dem O-Atom der C=O-Gruppe einer Nachbarkette Wasserstoffbrücken. In verstreckten Fasern liegen die Ketten parallel, sodass sehr viele dieser Brücken entstehen.
Um die Faser zu zerreißen, müssen die Ketten gegeneinander verschoben werden; dazu müssen zahlreiche Wasserstoffbrücken gleichzeitig gelöst werden — dafür ist deutlich mehr Kraft nötig als bei PP. Das geringere Gewicht von PP gleicht diesen Nachteil nicht aus.
Auf einem Becher aus Polylactid (PLA) steht: „Biologisch abbaubar — umweltfreundlich“. Nehmen Sie Stellung zu dieser Werbeaussage unter Berücksichtigung der Verwertungswege.
Hinweis: PLA wird aus Milchsäure (aus Maisstärke) hergestellt. Der Abbau gelingt in industriellen Kompostieranlagen bei etwa 60 °C, im Gartenkompost oder im Meer kaum. In Sortieranlagen wird PLA meist nicht erkannt.
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Musterlösung: Für die Aussage spricht: PLA stammt aus nachwachsenden Rohstoffen; der gebundene Kohlenstoff wurde zuvor von Pflanzen als \(\ce{CO2}\) aufgenommen. Als Polyester lässt es sich hydrolysieren; eine rohstoffliche Verwertung zurück zur Milchsäure ist möglich.
Dagegen spricht: „Biologisch abbaubar“ gilt nur in industriellen Kompostieranlagen; in der Natur zerfällt ein PLA-Becher kaum schneller als andere Kunststoffe. Beim Kompostieren entstehen nur \(\ce{CO2}\) und Wasser — der Stoff geht verloren wie bei der energetischen Verwertung. In der gelben Tonne wird PLA oft nicht erkannt und verunreinigt sortenreine Rezyklate, z. B. aus PET. Außerdem beansprucht der Anbau von Mais Ackerfläche.
Eigenes Urteil: Die Aussage ist irreführend. Umweltfreundlich wäre ein PLA-Becher erst, wenn er gesammelt und stofflich verwertet wird; für Einwegbecher ist ein Mehrwegsystem die bessere Lösung.