Aufgabe 3 – Segel

Im Jahr 2023 gewann der deutsche Segler Boris Herrmann zusammen mit seinem Team die Königsetappe des Volvo Ocean Race, eines der härtesten Segelrennen der Welt. Das Material wird bei solchen Rennen extremen Bedingungen ausgesetzt.
1
Für besonders stabile Segel wird im Regattasport häufig der Kunststoff Kevlar\(^®\) eingesetzt.
1.1
Kevlar wird aus zwei Monomeren hergestellt. Abbildung 1 zeigt Strukturformeln der Monomer-Moleküle.
bw chemie abi 2024 a3 abb1
Abbildung 1: Strukturformeln der Monomer-Moleküle
  • Gib einen systematischen Namen eines der Monomer-Moleküle an.
  • Zeichne einen charakteristischen Strukturformelausschnitt aus einem Kevlar\(^®\)-Molekül.
  • Benenne die Polyreaktion und das verknüpfende Strukturelement.
  • Beschreibe die Bindungsverhältnisse und den räumlichen Bau des aromatischen Rings.
(11 BE)
1.2
Um den extremen Bedingungen Stand zu halten, werden Kunststofffolien in mehreren Schichten zu sogenannten Kunststofflaminaten verklebt. Geeignete Klebstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Moleküle mit den Kunststoff-Molekülen besonders gut wechselwirken können. Abbildung 2 zeigt einen Strukturformelausschnitt eines solchen Klebstoff-Moleküls.
bw chemie abi 2024 a3 abb2
Abbildung 2: Strukturformelausschnitt eines Klebstoff-Moleküls
  • Begründe, dass ein Klebstoff mit diesen Molekülen für das Verkleben von Kevlar\(^®\)-Folien zu Laminaten gut geeignet ist.
(7 BE)
2
Für längere Regatten sind Segel aus Kevlar\(^®\) zu empfindlich gegenüber UV-Licht. Deshalb werden hierfür Segel aus ultrahochmolekularem Polyethen verwendet, dessen Makromoleküle deutlich länger und schwächer verzweigt sind als die Makromoleküle von konventionell hergestelltem Polyethen. Verzweigungen entstehen bei der Polymerisation durch Nebenreaktionen.
  • Zeichne einen Strukturformelausschnitt eines unverzweigten Polyethen-Moleküls.
  • Bestimme näherungsweise die Anzahl der Kohlenstoff-Atome in einem Polyethen-Molekül mit einer durchschnittlichen Molekülmasse von \(m=6\ 000\ 000\,\text{u}.\)
  • Erkläre das Entstehen von Verzweigungen bei der radikalischen Polymerisation mithilfe von Reaktionsgleichungen.
(12 BE)
3
Die Umweltbelastung durch Kunststoffabfälle wird zunehmend ein Problem. Daher ist es wünschenswert, dass Kunststoffabfälle verwertet werden.
  • Beurteile für vier gängige Verwertungsverfahren, ob sie für Polyethen geeignet sind.
  • Begründe, dass die Verwertung von Verbundwerkstoffen, wie z. B. Kunststofflaminaten, problematisch ist.
(10 VP)

(40 VP)

Weiter lernen mit SchulLV-PLUS!

monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?