Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Polymerisation - Chemie

Einleitung

Bei einer Polymerisation werden viele kleine Moleküle zu langen Molekülketten verknüpft. Die kleinen Ausgangsmoleküle heißen Monomere, die entstehenden Makromoleküle heißen Polymere. Viele bekannte Kunststoffe wie Polyethen, Polypropen, Polyvinylchlorid und Polystyrol entstehen durch Kettenpolymerisation.

Du lernst in diesem aiMOOC, wie aus einem Alken ein Polymer entsteht, welche Schritte bei einer radikalischen Polymerisation ablaufen und warum sich Kunststoffe trotz ähnlicher Herstellung deutlich unterscheiden können.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du die Begriffe Monomer, Polymer, Makromolekül und Wiederholeinheit erklären. Du kannst eine einfache Polymerisationsgleichung aufstellen, die Schritte der radikalischen Polymerisation beschreiben und Beispiele für wichtige Kunststoffe nennen. Außerdem kannst Du Zusammenhänge zwischen Molekülstruktur, Materialeigenschaften, Nutzung und Recycling erläutern.

Grundidee der Polymerisation

Ein Monomer ist ein kleines, reaktionsfähiges Molekül. Bei der für den Chemieunterricht besonders wichtigen Kettenpolymerisation besitzen die Monomere häufig eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung. Während der Reaktion wird der π-Anteil dieser Doppelbindung aufgelöst. Zwischen den Monomeren entstehen neue Einfachbindungen.

Das Polymer besteht aus sehr vielen miteinander verbundenen Atomen. Der regelmäßig wiederkehrende Abschnitt der Kette wird Wiederholeinheit genannt. Die Zahl der Wiederholeinheiten wird durch den Polymerisationsgrad beschrieben.

Die allgemeine Darstellung lautet vereinfacht:

$n M o n o m e r ⟶ {[W i e d e r h o l e i n h e i t]}_{n}$

Dabei steht $n$ für eine große Zahl von Monomermolekülen.

Beispiel: Ethen wird zu Polyethen

Das Monomer Ethen besitzt eine C=C-Doppelbindung. Viele Ethenmoleküle können zu Polyethen reagieren:

$n C H_{2} = C H_{2} ⟶ {[- C H_{2} - C H_{2} -]}_{n}$

Links steht das Monomer Ethen. Rechts steht die Wiederholeinheit des Polymers Polyethen in eckigen Klammern. Die seitlich offenen Bindungen zeigen, dass sich die Kette in beide Richtungen fortsetzt.

Polyethen wird unter anderem für Folien, Flaschen, Rohre und Verpackungen verwendet. Seine Eigenschaften hängen beispielsweise von Kettenlänge, Verzweigung und räumlicher Anordnung der Molekülketten ab.

Weitere Monomere und Polymere

Propen bildet Polypropen. Chlorethen bildet Polyvinylchlorid, kurz PVC. Styrol bildet Polystyrol. Bei allen Beispielen wird die C=C-Doppelbindung des Monomers in eine Einfachbindung innerhalb der Polymerkette überführt.

$n C H_{2} = C H - C H_{3} ⟶ {[- C H_{2} - C H (C H_{3}) -]}_{n}$

$n C H_{2} = C H C l ⟶ {[- C H_{2} - C H C l -]}_{n}$

Radikalische Polymerisation

Eine häufige Form der Kettenpolymerisation ist die radikalische Polymerisation. Sie läuft über sehr reaktionsfähige Teilchen mit ungepaartem Elektron. Diese Teilchen heißen Radikale.

Der Mechanismus wird in drei Hauptschritte gegliedert: Kettenstart, Kettenwachstum und Kettenabbruch.

Kettenstart

Zunächst zerfällt ein Initiator durch Wärme, Licht oder eine chemische Reaktion in Radikale. Vereinfacht gilt:

$I - I ⟶ 2 I \cdot$

Ein Initiatorradikal greift die Doppelbindung eines Monomers an. Dabei entsteht eine neue Bindung. Am Ende des angegriffenen Monomers bleibt ein neues Radikalzentrum zurück. Damit hat die Polymerkette begonnen.

Kettenwachstum

Das Radikal am Kettenende reagiert mit einem weiteren Monomer. Danach befindet sich das ungepaarte Elektron wieder am neuen Kettenende. Dieser Vorgang wiederholt sich sehr oft:

$R - C H_{2} - C H_{2} \cdot + C H_{2} = C H_{2} ⟶ R - C H_{2} - C H_{2} - C H_{2} - C H_{2} \cdot$

Schon kurz nach dem Start können lange Polymerketten entstehen. Das Wachstum erfolgt immer am aktiven Kettenende.

Kettenabbruch

Treffen zwei Radikale aufeinander, können sie eine Bindung bilden. Die aktiven Kettenenden verschwinden und das Kettenwachstum endet. Auch andere Abbruch- oder Übertragungsreaktionen sind möglich.

Die Länge einer Polymerkette ist deshalb nicht bei allen Molekülen gleich. Eine Kunststoffprobe enthält meistens Polymermoleküle mit unterschiedlichen Kettenlängen.

Struktur und Eigenschaften

Die Eigenschaften eines Kunststoffs hängen nicht nur von der Art des Monomers ab. Wichtig sind auch Kettenlänge, Verzweigung, regelmäßige Anordnung, Kristallinität, Vernetzung und Zusatzstoffe.

Lineare oder wenig verzweigte Ketten können sich teilweise geordnet anlagern. Stark vernetzte Makromoleküle bilden dagegen ein räumliches Netzwerk.

Thermoplaste bestehen überwiegend aus unvernetzten oder wenig verzweigten Ketten. Sie können beim Erwärmen weich und formbar werden. Duroplaste besitzen ein enges Netzwerk und schmelzen nicht. Elastomere sind weitmaschig vernetzt und können sich elastisch verformen.

Polyethen ist häufig zäh und flexibel. Polypropen ist meist formstabiler und wärmebeständiger. Unverändertes PVC ist eher hart; Weichmacher können es flexibel machen. Polystyrol ist in kompakter Form oft hart und spröde und wird aufgeschäumt als leichter Dämmstoff genutzt.

Herstellung und Verarbeitung

Nach der Polymerisation wird ein Kunststoff häufig als Granulat weiterverarbeitet. Beim Spritzgießen, Extrudieren oder Blasformen wird das Material erwärmt und in die gewünschte Form gebracht.

Zusatzstoffe können Farbe, Härte, Elastizität, Lichtbeständigkeit oder Brennbarkeit verändern. Deshalb können Produkte aus demselben Grundpolymer unterschiedliche Eigenschaften besitzen.

Abgrenzung zu anderen Polyreaktionen

Im Schulunterricht wird der Begriff Polymerisation häufig für eine Kettenreaktion von Monomeren mit C=C-Doppelbindung verwendet. In der modernen Fachsprache kann Polymerisation auch als Oberbegriff für verschiedene Reaktionen zur Bildung von Polymeren dienen.

Bei einer Kettenpolymerisation wächst das Polymer an einem aktiven Kettenende. Bei einer Polyaddition reagieren Moleküle schrittweise miteinander, ohne dass ein kleines Nebenprodukt abgespalten wird. Bei einer Polykondensation entstehen neben dem Polymer kleine Moleküle wie Wasser oder Methanol.

Polyethylenterephthalat, kurz PET, ist beispielsweise ein Polyester und wird normalerweise durch eine Stufenwachstumsreaktion hergestellt. Es gehört daher nicht zu den klassischen Beispielen einer Polymerisation von Alkenen.

Umwelt und Recycling

Kunststoffe sind leicht, vielseitig und oft langlebig. Genau diese Beständigkeit kann zum Umweltproblem werden, wenn Kunststoffabfälle in Böden, Flüsse oder Meere gelangen. Größere Kunststoffteile können durch mechanische Belastung und Sonnenlicht in kleinere Fragmente zerfallen.

Kunststoffgranulat kann bereits vor der Herstellung fertiger Produkte in die Umwelt gelangen. Solche kleinen Pellets werden auch als Nurdles bezeichnet.

Für ein hochwertiges werkstoffliches Recycling sollten Kunststoffarten möglichst sauber getrennt werden. Recyclingcodes können bei der Zuordnung helfen. Der Code 04 steht beispielsweise für Polyethen niedriger Dichte, der Code 05 für Polypropen.

Recycling allein löst nicht alle Probleme. Wichtig sind auch langlebige Produkte, Reparatur, Wiederverwendung, materialsparende Gestaltung und die Vermeidung unnötiger Einwegartikel.

Sicherheit im Chemieunterricht

Viele Monomere, Initiatoren und organische Lösungsmittel können gesundheitsschädlich, leicht entzündlich oder stark reaktionsfähig sein. Polymerisationsexperimente dürfen deshalb nur nach geprüfter Versuchsvorschrift, mit geeigneter Schutzausrüstung und unter Aufsicht einer Fachkraft durchgeführt werden. Unbekannte Kunststoffe dürfen nicht verbrannt werden, weil gefährliche Gase entstehen können.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wie heißt ein kleines Ausgangsmolekül einer Polymerisation? (Monomer) (!Katalysator) (!Elektrolyt) (!Lösungsmittel)

Welche Struktur besitzen viele Monomere einer klassischen Kettenpolymerisation? (Eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung) (!Eine Metallbindung) (!Eine Ionenbindung) (!Eine Edelgasstruktur)

Welches Monomer wird zur Herstellung von Polyethen verwendet? (Ethen) (!Ethan) (!Ethin) (!Ethanol)

Welche Aufgabe hat ein Initiator bei der radikalischen Polymerisation? (Er erzeugt reaktive Radikale) (!Er färbt das Polymer) (!Er löst das fertige Polymer) (!Er trennt die Polymerketten)

Was geschieht beim Kettenwachstum? (Weitere Monomere lagern sich am aktiven Kettenende an) (!Das Polymer zerfällt in Monomere) (!Alle Atome werden zu Ionen) (!Ein Metall wird oxidiert)

Was kennzeichnet einen Kettenabbruch? (Das aktive Kettenende wird deaktiviert) (!Eine neue Doppelbindung startet immer eine zweite Kette) (!Das Polymer verdampft vollständig) (!Das Monomer wird zu einem Salz)

Aus welchem Monomer entsteht Polyvinylchlorid? (Chlorethen) (!Methan) (!Propan) (!Ethansäure)

Welche Aussage beschreibt eine Polykondensation? (Bei der Polymerbildung entstehen kleine Nebenprodukte) (!Das Polymer entsteht nur durch Radikale) (!Es reagieren ausschließlich Metalle) (!Die Reaktion bildet immer Sauerstoff)

Wovon können die Eigenschaften eines Kunststoffs abhängen? (Von Kettenstruktur und Zusatzstoffen) (!Nur von seiner Farbe) (!Nur vom Namen des Herstellers) (!Nur von der Form des Produkts)

Welche Maßnahme unterstützt einen nachhaltigeren Umgang mit Kunststoffen? (Produkte wiederverwenden und Kunststoffe sortenrein sammeln) (!Alle Kunststoffe gemeinsam verbrennen) (!Granulat in Gewässer entsorgen) (!Einwegprodukte grundsätzlich bevorzugen)

Memory

Monomer	Kleines Ausgangsmolekül
Polymer	Stoff aus Makromolekülen
Initiator	Erzeugt reaktive Teilchen
Kettenstart	Beginn einer aktiven Kette
Kettenwachstum	Wiederholte Anlagerung weiterer Bausteine
Kettenabbruch	Ende des aktiven Zentrums
Polyethen	Produkt aus Ethen
Polystyrol	Produkt aus Styrol

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Vorgang oder Bedeutung
Kettenstart	Ein Radikal greift das erste Monomer an.
Kettenwachstum	Am aktiven Ende werden weitere Monomere angelagert.
Kettenabbruch	Das reaktive Kettenende verschwindet.
Wiederholeinheit	Dieser Abschnitt wiederholt sich im Makromolekül.
Polymerisationsgrad	Er beschreibt die Zahl der Grundbausteine einer Polymerkette.

Kreuzworträtsel

Monomer	Wie heißt ein kleines Ausgangsmolekül für eine Polymerbildung?
Polymer	Wie heißt ein Stoff, dessen Moleküle aus vielen Wiederholeinheiten bestehen?
Radikal	Wie heißt ein Teilchen mit ungepaartem Elektron?
Initiator	Welcher Stoff startet häufig eine radikalische Kettenreaktion?
Propen	Welches Monomer bildet Polypropen?
Styrol	Welches Monomer bildet Polystyrol?

LearningApps

Lückentext

Die kleinen Ausgangsmoleküle einer Polymerbildung heißen

. Viele Monomere der Kettenpolymerisation besitzen eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-

. Ein

kann reaktive Radikale erzeugen. Beim

reagiert ein Radikal mit dem ersten Monomer. Während des

werden viele weitere Monomere angelagert. Beim

verschwindet das aktive Kettenende. Aus Ethen entsteht

. Aus Chlorethen entsteht

. Der regelmäßig wiederkehrende Abschnitt eines Polymers heißt

. Eine sortenreine Sammlung verbessert die Möglichkeiten des

.

Offene Aufgaben

Leicht

Begriffskarte: Gestalte eine Karte mit den Begriffen Monomer, Polymer, Wiederholeinheit und Polymerisationsgrad.
Kunststoffsuche: Fotografiere fünf Kunststoffgegenstände und notiere Material, Verwendung und möglichen Recyclingcode.
Kettenmodell: Baue aus Papier, Perlen oder Bausteinen ein Modell aus Monomeren und einer Polymerkette.
Reaktionsgleichung: Zeichne die Polymerisation von Ethen zu Polyethen und markiere die Doppelbindung sowie die Wiederholeinheit.

Standard

Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video, das Kettenstart, Kettenwachstum und Kettenabbruch erklärt.
Materialvergleich: Vergleiche PE, PP, PVC und PS hinsichtlich Monomer, Struktur, Eigenschaften und Verwendung.
Recyclingcodes: Untersuche Verpackungen aus Deinem Alltag und bewerte, wie eindeutig die Kunststoffe gekennzeichnet sind.
Struktur-Eigenschaft: Erkläre an zwei Beispielen, wie Seitenketten, Verzweigung oder Vernetzung die Stoffeigenschaften beeinflussen.

Schwer

Mechanismusdarstellung: Entwickle eine fachlich korrekte Darstellung der radikalischen Polymerisation mit Elektronenpunkten und Reaktionspfeilen.
Kreislaufkonzept: Entwirf für ein Kunststoffprodukt einen möglichst geschlossenen Stoffkreislauf von der Herstellung bis zur Wiederverwendung.
Fachinterview: Befrage eine Person aus Abfallwirtschaft, Kunststofftechnik oder Umweltberatung und werte die Antworten aus.
Produktbewertung: Beurteile ein Kunststoffprodukt nach Funktion, Rohstoffbedarf, Lebensdauer, Reparierbarkeit, Recyclingfähigkeit und Umweltwirkung.

Lernkontrolle

Übertragung: Leite aus der Strukturformel von But-1-en eine mögliche Wiederholeinheit des entstehenden Polymers ab und begründe jeden Schritt.
Fehleranalyse: Eine Darstellung zeigt im Polymer weiterhin C=C-Doppelbindungen zwischen allen Wiederholeinheiten. Erkläre den Fehler und verbessere die Formel.
Mechanismus: Erkläre, warum bei einer radikalischen Polymerisation trotz kurzer Startphase sehr lange Ketten entstehen können.
Eigenschaftsvorhersage: Vergleiche ein lineares Polymer mit einem eng vernetzten Polymer und leite Unterschiede beim Erwärmen ab.
Vergleich: Ordne Kettenpolymerisation, Polyaddition und Polykondensation nach Reaktionsweise und möglichen Nebenprodukten.
Bewertung: Entscheide begründet, ob für ein kurzlebiges Produkt ein besonders beständiger Kunststoff sinnvoll ist. Berücksichtige Nutzung und Entsorgung.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du:

die Begriffe Monomer, Polymer, Makromolekül, Wiederholeinheit und Polymerisationsgrad sicher verwenden,
aus einem geeigneten Alken die Wiederholeinheit des Polymers ableiten,
eine einfache Polymerisationsgleichung mit $n$ und eckigen Klammern darstellen,
Kettenstart, Kettenwachstum und Kettenabbruch fachlich erklären,
wichtige Beispiele wie PE, PP, PVC und PS ihren Monomeren zuordnen,
Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bei Kunststoffen erläutern,
Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation unterscheiden,
Möglichkeiten und Grenzen von Recycling und Kunststoffvermeidung bewerten.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Die Polymerisation verbindet Kenntnisse über Organische Chemie, Alkene, chemische Bindungen, Reaktionsmechanismen, Werkstoffe und Nachhaltigkeit. Besonders wichtig ist die Verbindung zwischen molekularem Aufbau und beobachtbaren Materialeigenschaften.

Polymerisation

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.