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EVA - Online - Chemie und ihre Didaktik, Universität Wuppertal

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1 Elektrisch leitfähige Kunststoffe EVA - Online Moderne Werkstoffe trans-Polyacetylen cis-Polyacetylen Polythiophen S S S S Polypyrrol H H H N N N H H B4 Molekülausschnitte aus einigen Polymeren mit elektrisch leitenden bzw. halbleitenden Eigenschaften. A: Nennen Sie zwei gemeinsame strukturelle Merkmale dieser Moleküle. A: Wodurch unterscheiden sich die vier Beispiele? S N N Elektrisch leitfähige Kunststoffe sind die Renner unter den innovativen Materialien, weil aus ihnen Hightech- Produkte wie Batterien, Transistoren, Laserdrucker, Solarzellen und Leuchtdioden (OLEDs, Organic Light Emmitting Diodes) hergestellt werden können. Im Unterschied zu den herkömmlichen anorganischen Halbleitern können aus leitfähigen Polymeren flexible Monitore und Solarzellen („Plastikzellen“) gefertigt werden. Außerdem sind die Polymere in der Herstellung preiswerter als anorganische Materialien und können leichter verarbeitet werden. Sie sind allerdings chemisch nicht so stabil und langlebig wie anorganische Halbleiter. Die elektrischen Eigenschaften der leitfähigen Kunststoffe sind auf die über das gesamte Makromolekül ausgedehnte Bindungsdelokalisation zurückzuführen, die bei allen vier Beispielen aus B4 gewährleistet ist. Poly(p-phenylenvinylen) (PPV) n N a + CO 2H O – CO 2 – CO 2 – CO 2 CO 2H H N N a + N a + N a + H N CO 2 – N a O – – – CO 2H CO 2 CO 2 CO 2 + N a + N a + B6 Molekülausschnitt eines superabsorbierenden Polymers. A: Identifizieren Sie die Hauptketten der Makromoleküle und die Atomgruppen, durch die sie quervernetzt sind. A: Warum trifft hier die Bezeichnung „Polyelektrolyt“ zu? Superabsorbierende Kunststoffe, kurz Superabsorber, können mehr als das 20fache ihrer Eigen-masse an Wasser aufnehmen. Dabei quellen sie und behalten das Wasser auch, wenn Druck auf die gequollene Masse ausgeübt wird. Für die Haut eines Babys, das eine Windel mit Superabsorber trägt, bedeutet dies: Die Haut bleibt trocken, selbst wenn das Baby wiederholt in die Windel macht. Die häufigsten Superabsorber in Babywindeln, medizinischen Pflastern und Hygienebinden sind vernetzte Copolymere aus Acrylsäure H2C=CH–COOH und ihrem Natrium-Salz + H2C=COO–Na (B6). Beim Quellen werden die elektrisch geladenen Carboxylat-Gruppen an den Polymerketten und die eingeschlossenen Na -Ionen durch die eindringenden Wasser-Moleküle hydratisiert. Dadurch werden die Polymerketten in den Abschnitten zwischen den Quervernetzungen auseinander gedrückt und die Wasser-Moleküle werden durch Ionen relativ fest gebunden. Aus dem gequollenen Superabsorber kann das Wasser kontrolliert wieder freigesetzt werden, beispielsweise durch Erhöhung der Temperatur und durch eine trockene, ionenhaltige Umgebung. An wasserfernen Standorten werden Superabsorber groben Bodensubstraten wie Kies und Sand zugesetzt, um Feuchtigkeit längerfristig zu binden und den Pflanzen auch bei Trockenheit verfügbar zu machen. wässrige Flüssigkeit B5 Flexible organische Leuchtdiode (OLED). A: Formul- B7Quellung eines Superabsorbers. A: Formulieren Sie ieren Sie einen Molekülausschnitt von Poly(para- einen Molekülausschnitt aus dem gequollenen Superphenylenvinylen) nach dem Muster der Polymere aus B4 absorber mit hydratisierten Ionen (vgl. Text und rechten und begründen Sie, warum dieses Polymer elektrisch Bildteil). A: Was lässt sich aus dem Bild mit den Baby- leitfähig ist. A: Erkunden Sie in Chemie 2000+ Online den Aufbau und die Funktionsweise einer OLED. windeln schließen? Erläutern Sie. +

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