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Einführung Kunststoffe, Ethen, Orbitalmodell

Kunststoffe

Heutzutage sind Kunststoffe kaum wegzudenken, sei es bei den PET-Flaschen oder auch bis hin zur Kunstprothese in der Medizin. Die Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffe sind unbegrenzt. Bsp. Bau von Fahrzeugen, Elektronik, Medizin, Haushalt,.., ect.

Kunststoffe gehören zu den Makromolekülen bzw. Polymeren. Polymere bestehen aus identischen oder verschiedenen Monomereneinheiten, die kettenförmig angeordnet sind. Ein einfaches Beispiel ist das Polyethen ( PE Polyethylen). Wie der Name schon sagt, besteht das Polyethen aus mehreren Tausend bis Millionen Ethenmolekülen die miteinander verknüpft sind.

Ethenstruktur

Ethen gehört zu der homologen Reihe der Alkene, die wiederum zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen gehört.
Das Ethenmolekül besitzt zwischen den beiden Kohlenstoffatomen eine Doppelbindung. Anders als beim Methanmolekül ist das Grundgerüst des Ethenmoleküls planar (in einer Ebene). Alle Bindungswinkel im Molekül betragen 120°. Die Bindungslänge der Doppelbindung ist kürzer, als die der Einfachfachbindungen. Die Bindungsverhältnisse des Ethens kann man mit dem Hybridisierungsmodell erklären.


Orbitalmodell des Ethens (ohne Wasserstoforbitale)


Im Grundzustand besitzt das Kohlenstoffatom zwei ungepaarte Elektronen. Im Ethenmolekül gehen die Kohlenstoffatome mit drei unterschiedlichen Bindungspartnern eine Bindung ein. Das bedeutet, dass das Kohlenstoffatom mindestens drei ungepaarte Elektronen im Atom benötigt.
Durch Anregung (Energieaufnahme) wechselt ein 2s- Elektrone in ein unbesetztes 2p- Orbital hinüber. Dabei entstehen durch Mischung des 2s-Orbitals mit zwei 2p-Orbitalen 3 identische sp²-Hybridorbitale. Dieser Zustand wird als angeregter Zustand bezeichnet.
Das 2pz-Orbital unterscheidet sich räumlich wie auch energetisch von den Hybridorbitalen:


Energieniveauschema eines Kohlenstoffatoms in Ethen


Die Hybridorbitale liegen im Ethenmolekül in einer Ebene und zwischen ihnen ist jeweils ein Winkel von 120°. Dadurch ist ihr Abstand maximal, wodurch die Abstoßungskräfte zwischen ihnen minimal sind.
Die 2pz-Orbitale stehen senkrecht zu dieser Ebene. Das 2pz-Orbital des einen Kohlenstoffatoms und das 2pz-Orbital des anderen überlappen sich, so dass sich die beiden 2p-Elektronen in den beiden überlappenden Orbitalen frei bewegen können.
Diese Bindungsart nennt man π-Bindung, da diese Bindung aus p-Orbitalen aufgebaut ist. Sie ist nicht rotationssymmetrisch bezüglich der Kern-Kern-Verbindungsachse.
Die Bindung zwischen den Hybridorbitalen nennt man σ-Bindung, da sie rotationssymmetrisch zu Kern-Kern-Verbindungsachse ist.
Die Bindungen zwischen den Hybridorbitalen und den 1s-Orbitalen des Wasserstoffatome sind ebenfalls rotationssymmetrisch - also σ-Bindungen.
Die σ-Bindungen legen das Grundgerüst des Moleküls fest.

Text und Bilder erstellt von A.N. mit kleinen Ergänzungen durch Herrn Ecker 11.11.2014

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Radikalische Polymerisation

Siehe Radikalische Polymerisation 2010



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