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Makromoleküle - Strukturaufbau:

 

Allgemeines:
Die Wichtigkeit von Makromolekülen lässt sich alleine schon daran ableiten, dass alles Leben mit der makromolekulare Struktur von Stoffen verbunden ist. Darunter erwähnenswert sind beispielsweise auf Naturstoffen basierende Polymere, wie Cellulose, Stärke, Wolle und Naturkautschuk oder makromolekularen Stoffe, die auf synthetischem Wege hergestellt werden wie Polystyrol oder Polyvinylchlorid. Hermann Staudinger schlug im Jahre 1922 erstmals die neue Bezeichnung "Makromoleküle" vor. Künstliche Makromoleküle werden dabei als Polymere (bzw. Kunststoffe) bezeichnet. 
Die Bedeutung der Makromoleküle beruht auf der großen Vielfalt. So lassen sich durch die Art und Anordnung der am Aufbau beteiligten Atome eine Vielfalt von Makromolekülen mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen. Neben der Auswahl des Monomers kann auch das Herstellungsverfahren und die Beimischung von Additiven variiert werden. Dabei lassen sich die technischen Eigenschaften wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur- und chemische Beständigkeit und somit fast grenzenlos einsetzen. 
 

Struktur von Makromolekülen:
Wie in der Einleitung beschrieben, bestehen Makromoleküle aus sich wiederholenden Monomeren. Will man sich näher mit den Eigenschaften von Makromolekülen befassen, so muss man sich mit der Struktur bzw. mit dem Strukturaufbau näher befassen. Die Struktur eines Makromoleküls lässt sich dabei in

  • Primärstruktur (ergibt sich aus der Verknüpfung der Monomere)
  • Sekundärstruktur (ergibt sich aus der räumlichen Anordnung eines einzelnen Makromoleküls)
  • Aggregatstruktur (ergibt sich aus der Anordnung mehrerer Makromoleküle zu einem "Stoff")


Genauere Betrachtung:
Wie oben erwähnt, ergibt sich die Primärstruktur aus der Verknüpfung der Monomere und somit der Aufbau der Makromoleküle. Der chemische Aufbau der Makromoleküle hängt von der Art der Monomeren und der Verknüpfungsart ab. So kann das Makromolekül linear, verzweigt oder aber auch vernetzt sein (je nach Monomer). Gerade die Art der Verknüpfung der Monomeren ist für viele Eigenschaften der Kunststoffe verantwortlich.

  • So kann man die Makromolekül-Kette nach der Orientierung der Substituenten einteilen. Weisen die Substituenten die gleiche Orientierung aufweisen (also alle R- oder alle S-Anordnung), wird das Makromolekül als "isotaktisch" bezeichnet. Wechseln beide Konfigurationen regelmäßig ab (R-S-R-S-R-S), dann spricht man von "syndiotaktischen" Molekülen.
  • Ein Makromolekül kann auch gleichen oder unterschiedlichen Monomeren bestehen. Aus nur einer Art von Monomer aufbauten Moleküle nennt man Homopolymerisate. Wenn zwei (oder mehrere) unterschiedliche Monomere verwendet werden, entstehen sogenannte "Co- oder Mischpolymerisate".
Die Sekundärstruktur ergibt sich auch der räumlichen Anordnung eines einzelnen Makromoleküls. Die Sekundärstruktur beruht auf verschiedenen intermolekularen Anziehungskräften, also Van-der-Waals-Kräfte (Dispersionskräfte), Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken-Bindungen. Damit ergeben sich gestrecke, helicale oder gefaltete Strukturen für ein Makromolekül. Bei synthetischen Makromolekülen (Kunststoffe) ist das statistische Knäuel die dominierende Sekundärstruktur.

Die Aggregatstruktur ist verantwortlich für Übergang von der rein molekularen Ebene (ein einzelnes Makromolekül) zu sichtbaren Aggregaten aus einer Vielzahl von gleichen bzw. verschiedener Makromoleküle. Diese Struktur ist verantwortlich für den sogenannten Aggregatzustand des "Stoffes", also zwischen fest und flüssig.

Also lässt sich mit Hilfe der Kenntnis der Pimärstuktur in Grenzen das Gewicht des Makromoleküls beeinflussen (verzweigtes oder unverzweigtes Polymer, schwere Heteroatome in Kohlenwasserstoffmonomere) und in Grenzen auch das chemische Grundverhalten (wie z.B. Säurebeständigkeit) beeinflussen. Zusammengefasst ist die Primärstruktur für die chemischen Eigenschaften verantwortlich. Die Sekundärssturktur bzw. Aggregatstruktur sind hauptsächlich für die physikalischen bzw. mechanischen Eigenschaften, wie z.B. Aggregatzustand oder Härte verantwortlich. 
 
 

weiterführende Informationen auf Lernort-Mint.de
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