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
Additionsreaktion
fehlt noch!
Radikalische Polymerisation
Siehe
Radikalische Polymerisation 2010