Diese Lehrplaninhalte können Sie in Ihrem Bundesland mit den CHEM2DO®-Experimenten thematisieren:
Lehrplanbezüge für Ihr Bundesland
Inhaltsbezogene Kompetenzen
Die Schüler sollen:
- die Produkte benennen, die beim Verbrennen von Kunststoffen auf Kohlenstoff-Basis bzw. von Siliconen entstehen.
- von den Produkten der Verbrennungsreaktion auf die qualitative elementare Zusammensetzung der beiden Kunststoffarten schließen.
- die schwere Entflammbarkeit als bedeutendstes Merkmal der Silicone nennen.
- die Verwendung z.B. als Backformen mit den Materialeigenschaften der Silicone begründen.
Chemische Gleichungen
Diese Stoffe werden im Experiment verbrannt:
Polyethylen (PE)
Bei der Verbrennung von Polyethylen entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Polypropylen (PP)
Auch bei der Verbrennung von Polypropylen entsteht nur Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Polystyrol
Eindeutig ein kohlenstoffbasierter Kunststoff: Die Verbrennungsprodukte sind Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Paraffinöl
Die Verbrennungsprodukte von Paraffinöl sind Wasser und Kohlenstoffdioxid.
Gummi
In Gummi ist Schwefel gebunden. Bei der Verbrennung entsteht Schefeldioxid als (giftiges) Verbrennungsprodukt.
Polydimethylsiloxan (Silicon)
Bei der Verbrennung von Polydimethylsiloxan entsteht Silixiumdioxid, Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Brennverhalten: Kunststoffe und Silicone
Entflammbarkeit
Die Versuche verdeutlichen die schwere Entflammbarkeit der Silicone im Vergleich zu anderen Kunststoffen. Während sich Paraffinöl bei hohen Temperaturen selbst entzündet, muss das Siliconöl auf deutlich höhere Temperaturen erhitzt werden, bis es sich von selbst entzündet.
Silicone haben also eine deutlich höhere Zündtemperatur (Temperatur, bei der sich ein Stoff ohne Kontakt zu einer Zündquelle selbst entzündet) als Kunststoffe auf Kohlenstoff-Basis. Während sich Polyethen und Polypropen schon ab ca. 350 °C entzünden, liegt die Zündtemperatur von Siliconkautschuk bei ca. 750 °C.
Flammpunkt
Für die Schwerentflammbarkeit von Stoffen ist der Flammpunkt entscheidend. Der Flammpunkt gibt die Temperatur an, ab der sich ein Stoff mithilfe einer Zündquelle entzünden lässt. Die Flammpunkte der Silicone sind deutlich höher als die Flammpunkte von Kunststoffen auf Kohlenstoff-Basis.
Die Flammfestigkeit der Silicone lässt sich auf die deutlich höhere Bindungsenergie der Si-O-Bindung (ΔHB = 444 kJ/mol) gegenüber der C-C-Bindung (ΔHB = 345 kJ/mol) zurückführen, die bei der Verbrennungsreaktion aufgebracht werden muss. Durch den Zusatz von Titandioxid, Aluminiumverbindungen und Spuren von Platinverbindungen kann eine sogenannte „selbstverlöschende“ Siliconqualität erzielt werden: Eine entzündete Flamme erlischt dann von alleine.
