Eigenschaften und Identifizierung von Kunststoffen erklärt

Hast du dich schon einmal gefragt, warum sich ein Joghurtbecher ganz anders anfühlt als eine Wasserflasche, obwohl beide aus „Plastik“ sind?

In Wirklichkeit gibt es nicht das eine Plastik, sondern viele verschiedene Kunststoffe mit ganz unterschiedlichen Eigenschaften. In dieser Lektion zu den Eigenschaften und der Identifizierung von Kunststoffen lernst du, wie echte Chemiker vorgehen, um diese Kunststoffe zu unterscheiden. Wir werden Geheimcodes entschlüsseln, Kunststoffe schwimmen lassen und testen, wie sie auf Hitze und Chemikalien reagieren!

Vorwissen

• Dichte: Gibt an, wie schwer ein Stoff bei einer bestimmten Größe ist.

  Beispiel: Ein Würfel aus Eisen ist viel schwerer als ein gleich großer Würfel aus Holz. Holz hat eine geringere Dichte und schwimmt auf Wasser.

• Säuren und Laugen: Chemische Flüssigkeiten, die mit anderen Stoffen reagieren können.

  Beispiel: Essig ist eine schwache Säure, die Kalk auflösen kann.

Aufgabentyp 1: Die Geheimsprache der Kunststoffe

Kunststoffe sind künstlich hergestellte Polymere (Riesenmoleküle), die wir jeden Tag benutzen. Weil es so viele verschiedene Arten gibt, müssen wir sie für das Recycling sortieren. Wenn du dir den Boden einer Plastikflasche ansiehst, entdeckst du oft ein kleines Dreieck mit einer Nummer und Buchstaben.

Diese Zeichen sind Recycling-Codes. Sie verraten uns genau, um welchen Kunststoff es sich handelt. Die wichtigsten Abkürzungen sind:

• PET (Code 01): Polyethylenterephthalat, oft für Getränkeflaschen.

• PE-HD (Code 02) und PE-LD (Code 04): Polyethylen, für Folien oder Shampooflaschen.

• PVC (Code 03): Polyvinylchlorid, für Rohre.

• PP (Code 05): Polypropylen, für Joghurtbecher.

• PS (Code 06): Polystyrol, für Styropor oder Plastikbesteck.

Aufgabentyp 2: Kunststoffe sortieren durch Schwimmen und Sinken

Manchmal fehlt der Recycling-Code. Wie können wir die Eigenschaften und Identifizierung von Kunststoffen dann bestimmen? Hier hilft uns die Physik! Jeder Kunststoff hat eine andere Dichte.

Wenn ein Kunststoff eine geringere Dichte als eine Flüssigkeit hat, schwimmt er. Ist seine Dichte größer, sinkt er. Da Salzwasser eine höhere Dichte hat als normales Leitungswasser, können wir das nutzen, um Kunststoffe wie in einem Wasserbad zu sortieren.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Zweck: Kunststoffe anhand ihrer Dichte unterscheiden und sortieren.

Materialien: 1 Becherglas, $200 \text{ mL}$ Leitungswasser, $50 \text{ g}$ Kochsalz, 1 Kunststoffstück aus PP (Polypropylen), 1 Kunststoffstück aus PS (Polystyrol).

1. Fülle das Becherglas mit dem Leitungswasser und gib die beiden Kunststoffstücke hinein.
2. Gib nun nach und nach das Kochsalz hinzu und rühre um, bis sich ein Salzwasser bildet.

Beobachtung: Im reinen Leitungswasser sinkt das PS-Stück zu Boden, während das PP-Stück an der Oberfläche schwimmt. Sobald genug Salz gelöst ist, steigt das PS-Stück plötzlich nach oben und schwimmt ebenfalls im Salzwasser.

Erklärung: Das Salzwasser hat eine höhere Dichte als das Leitungswasser. Das PS-Stück ist schwerer als reines Wasser (deshalb sinkt es), aber leichter als das dichte Salzwasser (deshalb schwimmt es). So können wir die beiden Kunststoffe durch ihr Schwimmverhalten trennen!

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Ein unbekanntes Kunststoffstück wird in reines Wasser geworfen und sinkt zu Boden. Danach wird dasselbe Stück in gesättigtes Salzwasser geworfen und schwimmt an der Oberfläche. Erkläre Schritt für Schritt, was das über die Dichte des Kunststoffs aussagt.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

3 / 3

1. 1
   Schritt 1
   Das Verhalten in reinem Wasser analysieren

   Da das Kunststoffstück in reinem Wasser sinkt, muss seine Dichte größer sein als die von reinem Wasser.

2. 2
   Schritt 2
   Das Verhalten in Salzwasser analysieren

   Da das Stück in Salzwasser schwimmt, muss seine Dichte kleiner sein als die von Salzwasser.

3. 3
   Schritt 3 · Ergebnis
   Schlussfolgerung

   Die Dichte des unbekannten Kunststoffs liegt genau zwischen der Dichte von reinem Wasser und der Dichte von Salzwasser.

Ergebnis:

Die Dichte des unbekannten Kunststoffs liegt genau zwischen der Dichte von reinem Wasser und der Dichte von Salzwasser.

Aufgabentyp 3: Halten Kunststoffe Chemikalien stand?

Kunststoffe sind meistens sehr robust. Deshalb werden scharfe Putzmittel oft in Plastikflaschen verkauft. Aber nicht jeder Kunststoff ist gegen jede Chemikalie beständig.

Manche Kunststoffe reagieren empfindlich auf Säuren, Laugen oder organische Lösungsmittel (wie Aceton, das oft in Nagellackentferner ist). Wenn ein Kunststoff nicht beständig ist, wird seine Oberfläche angegriffen. Er kann sich verformen, auflösen oder klebrig werden.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Zweck: Die chemische Beständigkeit eines Kunststoffs prüfen.

Materialien: 1 Stück Kunststoff (z. B. Polystyrol/Styropor), 1 Wattestäbchen, $5 \text{ mL}$ Aceton (Lösungsmittel).

⚠️ Sicherheitshinweis: Aceton ist leicht entzündlich und die Dämpfe können reizend wirken. Schutzbrille aufsetzen, Haare zusammenbinden und nur in gut belüfteten Räumen arbeiten.

1. Befeuchte das Wattestäbchen mit etwas Aceton.
2. Reibe mit dem Wattestäbchen fest über die Oberfläche des Kunststoffs.

Beobachtung: Die Stelle, an der gerieben wurde, wird matt und klebrig. Wenn man das Wattestäbchen wegzieht, ziehen sich kleine, klebrige Fäden.

Erklärung: Das Lösungsmittel Aceton zerstört die Struktur des Kunststoffs. Der Kunststoff beginnt sich aufzulösen und wird deshalb klebrig. Das zeigt, dass dieser Kunststoff nicht chemisch beständig gegen Aceton ist.

Aufgabentyp 4: Wie Wärme Kunststoffe verändert

Die Temperatur hat einen großen Einfluss darauf, wie sich ein Kunststoff verhält. Bei Raumtemperatur sind viele Kunststoffe fest und manchmal sogar spröde – ein Plastiklineal bricht, wenn man es zu stark biegt.

Wenn wir dem Kunststoff jedoch Wärme zuführen, ändert sich seine mechanische Eigenschaft (seine Festigkeit und Biegsamkeit). Die Wärmeenergie sorgt dafür, dass die winzigen Teilchen im Kunststoff beweglicher werden. Dadurch wird das gesamte Material weicher und lässt sich viel leichter verformen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Zweck: Beobachten, wie Wärme die Biegsamkeit von Kunststoff verändert.

Materialien: 1 längliches Kunststoffstück (z. B. aus einem Joghurtbecher), 1 Becherglas, $150 \text{ mL}$ $80 \text{ °C}$ heißes Wasser, 1 Tiegelzange.

⚠️ Sicherheitshinweis: Vorsicht im Umgang mit heißem Wasser, um Verbrühungen zu vermeiden. Das heiße Wasser nur unter Aufsicht der Lehrkraft verwenden.

1. Versuche, das Kunststoffstück bei Raumtemperatur leicht zu biegen, und merke dir, wie schwer das geht.
2. Halte das Kunststoffstück mit der Tiegelzange für eine Minute in das $80 \text{ °C}$ heiße Wasser.
3. Nimm es heraus und versuche sofort wieder, es zu biegen.

Beobachtung: Vor dem Erwärmen war der Kunststoff starr und schwer zu biegen. Nach dem Wasserbad ist er plötzlich sehr weich und lässt sich ganz leicht biegen, ohne zu brechen.

Erklärung: Die Wärme des Wassers hat sich auf den Kunststoff übertragen. Dadurch hat er seine Festigkeit verloren und ist viel flexibler geworden.

Wichtige Erkenntnisse

• Recycling-Codes (wie PET, PP, PE) helfen uns, Kunststoffe im Alltag zu identifizieren und zu sortieren.
• Kunststoffe haben unterschiedliche Dichten. Durch Schwimmtests in Wasser und Salzwasser können wir sie voneinander trennen.
• Die chemische Beständigkeit ist unterschiedlich: Manche Kunststoffe lösen sich in Lösungsmitteln wie Aceton auf und werden klebrig.
• Wärme verändert die mechanischen Eigenschaften: Viele Kunststoffe werden durch Erhitzen weich und biegsam.