Die Animationen machen das Prinzip der Vernetzung auch für jüngere Schüler gut nachvollziehbar.
Platinkatalysierte Polyaddtion
Reaktionsmechanismus
Das Experiment "Reiz des Abbilds" räumt bei unseren Umfragen immer kräftig ab:
Es zählt zu den beliebtesten CHEM2DO®-Versuchen. Deshalb haben wir gleich vier Animationen entwickelt.
Sekundarstufe 1
Katalysierte Additionsreaktion (Sek 1)
Die Animation erklärt die platinkatalysierte Vernetzungsreaktion im stark vereinfachten Teilchenmodell. Ausgangspunkt sind die Teilchen in den flüssigen Komponenten A und B. Endpunkt ist ein stark verzweigtes Netzwerk.
Zur Animation
Stoff-Eigenschafts-Beziehung (Sek 1)
Warum sind die Edukte flüssig, während das Produkt elastisch ist? Die Animation erklärt die Stoff-Eigenschafts-Beziehungen im einfachen Modell. Auch das elastische Verhalten der Siliconform wird demonstriert.
Zur AnimationSekundarstufe 2
Die Animationen zeigen den Reaktionsmechanismus einer katalysierten Additionsreaktion im Detail. Der Versuch und die Animation sind ideal für den Vergleich der Polymerisation von Kunststoffen auf Kohlenwasserstoffbasis und Siliconen geeignet.
Additionsreaktion (Sek 2)
Die Animation erklärt den Reaktionsmechanismus der platinkatalysierten Addition auf molekularer Ebene. Das Modell zeigt die Funktion der Vinylendgruppe und der Si-H-Gruppen als reaktive Gruppen und geht auf den Katalysator ein.
Zur Animation
Stoff-Eigenschafts-Beziehung (Sek 2)
Wieso sind die Edukte in diesem Experiment viskos, während das Produkt elastisch ist? Die Animation erklärt die Stoff-Eigenschaftsbeziehungen auf submikroskopischer Ebene.
Zur AnimationLehrplanbezüge für Ihr Bundesland
Diese Lehrplaninhalte können Sie mit den CHEM2DO®-Experimenten thematisieren:
Inhaltsbezogene Kompetenzen
Die Schüler sollen:
- das Prinzip der Additionsvernetzung auf der Teilchenebene im Modell erläutern.
- das Struktur-Eigenschafts-Konzept auf die Eigenschaften der Edukte und das Produkt der Vernetzungsreaktion anwenden.
- das Struktur-Eigenschafts-Konzept auf die Eigenschaften der Edukte und das Produkt der Vernetzungsreaktion anwenden.
- die Rolle eines Katalysators für eine chemische Reaktion beschreiben.
- die Arbeitsschritte bei der technischen Fertigung von Abdrucken erläutern.
Chemische Grundlagen
Wie Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis sind Silicone Makromoleküle. Diese können auf drei Arten entstehen:
- Polymerisation
- Polykondensation
- Polyaddition
Reaktionsschema zur Vernetzung (Polyaddition) eines Zwei-Komponenten-Siliconkautschuks
Die chemische Synthese funktionsspezifischer Silicone beruht auf zwei wichtigen Prinzipien:
- Herstellung von Polymeren mittlerer Moleküllänge mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen
- Verwendung ausgesuchter Katalysatoren für die gezielte Vernetzung
Mit dem Experiment "Reiz des Abbilds" (Polyaddition) können diese Prinzipien erörtert werden.
Es werden zwei Molekülsorten verwendet: Präpolymer und Vernetzer.
Polydimethylsiloxan ist ein kettenförmiges Molekül mit reaktionsträgen, endständigen Methylgruppen.
Ausgangsmoleküle
Monomer: Dimethylsilandiol
HO-Si(CH3)2-OH
Polymer: Polydimethylsiloxan
HO-Si(CH3)2-O-Si(CH3)2-O-...
Die Ketten entstehen durch Polykondensation.
Hierbei werden Wassermoleküle abgespalten und es entstehen Si-O-Si-Bindungen.
Die Polydimethylsiloxan-Ketten sind nicht sehr reaktionsfähig. Sie sind zunächst für eine Vernetzung ungeeignet.
Um sie zu großen Makromolekülen vernetzen zu können, werden zwei Molekül-Sorten hergestellt:
Präpolymer
Präpolymer
Lange Siliconpolymere (mit bis zu 1000 Dimethylsiloxy-Einheiten) erhalten an ihren Enden eine reaktive (ungesättigte) Vinylgruppe.
Sie werden zum „Präpolymer”:
CH2=CH-Si(Me)2-O-Si(Me)2-O-...
Vernetzer
Vernetzer
Bei kurzen Siliconketten (z.B. 10 bis 50 Einheiten) werden vereinzelte CH3-Gruppen (=Methylgruppen) mit H-Atomen (=Silangruppen) ersetzt.
Diese stellen den Vernetzer dar:
(Me)3Si-O-Si(Me)2-O-SiH(Me)-O-...
Vernetzes Makromolekül
Vernetzung (Polyaddition)
Bringt man Präpolymer und Vernetzer mithilfe eines Platin-Katalysators zur Reaktion, so addieren sich die Silangruppen an die Vinylgruppen.
Im Gegensatz zur Polykondensation werden keine Moleküle abgespalten.
Die Abformmasse bleibt deshalb bezüglich des Originals formtreu.
Auf das Experiment bezogen:
- Präpolymer und Vernetzer liegen in Komponente A vor.
(WACKER Siliconkautchuk ELASTOSIL® M 4601 A) - Bei Zimmertemperatur können sie nicht miteinander reagieren.
- Die Additionsreaktion findet erst rasch und sicher statt, wenn der Katalysator aus Komponente B hinzugefügt wird.
(WACKER Platinkatalysator ELASTOSIL® M 4601 B) - Es findet eine platinkatalyiserte Additionsvernetzung statt.
- Es entsteht ein dreidimenstionals vernetzes Silicon-Elastomer.
