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Transkript Kationische Polymerisation (Vertiefungswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt "Kationische Polymerisation für den Grundkurs." Der Film gehört zur Reihe "Kunststoffe". Für die notwenigen Vorkenntnisse solltest du das Video über die radikalische Polymerisation bereits gesehen haben. Ziel des Videos ist es, dir den Verlauf und die Notwendigkeit der radikalischen Polymerisation zu erläutern. Das Video ist in 9 Abschnitte untergliedert. 1. Warum benötigt man die kationische Polymerisation? 2. Die kationische Polymerisation von Isobutylen. 2.1. Initiation. 2.2. Kettenwachstum. 2.3. Kettenübertragung. 2.4. Kettenabbruch. 3. Vor- und Nachteile der Reaktion. 4. Verwendung von Polyisobutylen. 5. Zusammenfassung. 1. Warum benötigt man die kationische Polymerisation? Wir haben bereits gelernt, dass Ethylen durch Radikale polymerisieren kann. Ein anderes Alken, das Isobutylen, ist zur radikalischen Polymerisation nicht befähigt. Warum ist das so? Schauen wir uns einmal die radikalische Polymerisation an! Wir nehmen als Modell einen typischen Initiator und lassen ihn mit Ethylen reagieren. Beide Teilchen haben miteinander keine Berührungsängste, und die Reaktion läuft ab. Es entsteht ein Polymer. Mit Isobutylen fällt es dem Radikal schwerer, in Kontakt zu treten. Isobutylen hat 2 raumfüllende Gruppen. Die Polymerisation findet nicht wie gewünscht statt. Isobutylen, kurz Isobuten genannt, lässt sich schlecht radikalische polymerisieren. Der Grund dafür ist die sterische Hinderung des Initiators durch das Monomer. Als Ausweg fand man die Initiation durch kationische Polymerisierung. Bei der Initiation reagiert Isobutylen nicht mit einem voluminösen Radikal, sondern mit einem kleinen Kation. Das Kation gelangt praktisch ungehindert an das Reaktionszentrum, die Doppelbindung. Eine Polymerisation ist möglich. 2. Die kationische Polymerisation von Isobutylen Isobutylen heißt auch Isobuten oder mit IUPAC-Namen 2-Methylprop-1-en. Durch Kationen wird eine Reaktion eingeleitet. N Moleküle Isobutylen reagieren zum Kunststoff Polyisobutylen. 2.1. Initiation Für die Initiation wird häufig eine starke Brönsted-Säure verwendet. Wir wollen HClO4 verwenden, das ist Perchlorsäure. Perchlorsäure dissoziiert in ein Wasserstoffion und in ein Säurerestion. Das Kation ist hier das Wasserstoffion, auch kurz Proton genannt. Im ersten Schritt reagiert ein Proton mit einem Isobutylenmolekül. Das Elektronenpaar der einen Doppelbindung geht mit dem Proton eine chemische Bindung ein. Es entsteht ein Carbokation. 2.2. Kettenwachstum: Das entstandene Carbokation reagiert mit einem weiteren Molekül des Isobutylens. Es entsteht ein größeres Carbokation. Dieses reagiert mit einem weiteren Isobutylenmolekül, und es entsteht ein noch größeres Carbokation. Ich denke, das Prinzip des Kettenwachstums ist klar, und wir können hier getrost usw. schreiben. 2.3. Kettenübertragung: Es hat sich jetzt schon ein sehr, sehr großes Carbokation gebildet. Ein Proton dieses Carbokations wandert zu einem Isobutylenmolekül und bildet mit einem Elektronenpaar desselben eine Bindung aus. Im großen Molekül entsteht eine Doppelbindung. Das kleine Molekül wird zum Carbokation. Aus dem großen Carbokation und Isobutylen entstehen ein Alken und ein kleines Carbokation. Ein Polymer ist entstanden. 2.4. Kettenabbruch Bei dieser Reaktion reagiert ein großes Carbokation mit dem Perchlorat-Ion, welches sich aus der Perchlorsäure gebildet hat. Aus dem Carbokation ist eine salzartige Verbindung entstanden. Die Polymerisation ist beendet. 3. Vor- und Nachteile der Reaktion Isobutylen kann durch Kationen zur Polymerisation gebracht werden. Die Reaktion läuft ab. Das ist als positiv einzuschätzen. Die Reaktion läuft sehr schnell ab und ist schwer zu kontrollieren. Dadurch kommt es zu einer breiten Molmassenverteilung. Die entstandenen Moleküle sind verzweigt. Mitunter kann sich das nachteilig auswirken. 4. Verwendung von Polyisobutylen Für Polyisobutylen schreibt man kurz diese Formel. Hier habe ich ein Beispiel für das Rohprodukt. Lösungen und Dispersionen von Polyisobutylen werden als Beschichtungen verwendet. Von den vielen nützlichen Anwendungen seien noch das Klebeband und der Kaugummi erwähnt. 5. Zusammenfassung Für Ethylen läuft die radikalische Polymerisation glatt ab. Bei Isobutylen gibt es hingegen Schwierigkeiten. Daher wird es mit Kationen polymerisiert. Der erste Schritt ist die Initiation. Ein Proton reagiert mit der Doppelbindung des Monomers. Es bildet sich ein Carbokation. Dieses regiert mit einem weiteren Monomerteilchen. Es entsteht ein noch größeres Carbokation. Der Prozess wiederholt sich, die Kette wächst. Wenn ein großes Carbokation entstanden ist, findet Kettenübertragung statt. Das Carbokation reagiert mit einem Isobutylenteilchen. Es bildet sich ein großes Alken, und ein kleines Carbokation entsteht. Die Polymerisation ist zu Ende, wenn Abbruch stattfindet. Das große Carbokation reagiert mit einem Säurerestion der Säure zu einer salzähnlichen Verbindung. Polyisobutylen schreibt man mit dieser Formel, und so sieht das Rohpolymer aus. Polyisobutylen verwendet man unter anderem in Klebeband und in Kaugummi. Positiv ist, dass die Polymerisation kationisch abläuft. Auf der Mängelliste steht eine große Molmassenverteilung und eine starke Verzweigung der entstandenen Moleküle. Daher streuen die Eigenschaften des Kunststoffes. Ich danke für die Aufmerksamkeit! Alles Gute! Auf Wiedersehen!  

Informationen zum Video
6 Kommentare
  1. 001

    Verschiedene Mechanismen verlangen verschiedene Bedingungen (Katalysator, Druck, Temperatur) und liefern strukturell verschiedene Reaktionsprodukte mit unterschiedlichen Eigenschaften.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  2. Default

    Wann muss man die radikalische / anionische bzw. die kationische polymerisation anwenden? Oder ist es egal?

    Von Muhammedkani T., vor mehr als 2 Jahren
  3. 001

    Dankeschön.

    Von André Otto, vor fast 5 Jahren
  4. Default

    Klasse !
    Danke für all die guten Videos

    Yunus

    Von Yunus P, vor fast 5 Jahren
  5. 001

    Hallo Yunus,

    das Video ist in Arbeit. Ich hoffe, dass es dieses Jahr noch freigeschaltet wird.

    Alles Gute

    André

    Von André Otto, vor fast 5 Jahren
  1. Default

    Hallo, ich kann leider das Video zur radikalischen Polymersation nicht finden. Gibt es evtl. einen Link?

    Von Yunus P, vor fast 5 Jahren
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