Opgaver til T1.3

Opgaverne hører til siden T1.3 Kæmpemolekyler og nylon. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T1.3.1: De vigtigste ord

  1. Hvad betyder ordet makromolekyle?
  2. Hvad er en micelle?
  3. Hvad kaldes en polymer, der er bygget af to eller flere slags monomerer?
  4. Hvilken tysk kemiker indførte ordet makromolekyle?
  5. Hvilken amerikansk kemiker stod bag nylon?

Ordene i a og c står med fed skrift på siden T1.3. Micellerne står i afsnittet Klumper af små molekyler?, og nylon står i afsnittet Carothers og nylon.

Makro betyder stor. En micelle er ikke ét molekyle, men mange. Navnene i d og e står i overskrifterne på siden.

  1. Et stort molekyle, hvor tusindvis af atomer er bundet sammen med almindelige elektronparbindinger.
  2. En lille kugle af mange små molekyler, der klumper sig sammen.
  3. En copolymer.
  4. Hermann Staudinger.
  5. Wallace Carothers.

Opgave T1.3.2: Micelle eller makromolekyle?

Se på figuren med de to forklaringer på siden T1.3.

  1. Hvad består en micelle af?
  2. Hvad holder atomerne sammen i et makromolekyle?
  3. Hvorfor mente de fleste kemikere, at store molekyler ikke kunne holde sammen?
  4. Forestil dig, at de små molekyler i en micelle slipper hinanden, fx fordi stoffet bliver opløst. Hvad sker der med micellen, og hvad sker der med et makromolekyle?

Læs afsnittene Klumper af små molekyler? og Staudingers kæmpemolekyler på siden T1.3.

I en micelle klumper små molekyler sig sammen, men de er ikke bundet til hinanden. I et makromolekyle er alle atomerne bundet sammen.

Til d kan du begynde sådan: “Micellen falder fra hinanden i …, men makromolekylet …”

  1. Mange små molekyler, der klumper sig sammen til en lille kugle.
  2. Almindelige elektronparbindinger.
  3. De sammenlignede med atomkerner, hvor meget store kerner er ustabile og falder fra hinanden.
  4. Micellen falder fra hinanden i mange små molekyler, fordi de ikke er bundet til hinanden. Makromolekylet bliver ved med at være én lang kæde, fordi atomerne er bundet sammen med elektronparbindinger.

Opgave T1.3.3: Fra gas til plast

Brug tabellen med methan, octan, eicosan og polyethen i afsnittet Staudingers kæmpemolekyler på siden T1.3.

  1. Hvad sker der med smeltepunktet, når kæden bliver længere?
  2. Er eicosan fast eller flydende ved 20 °C og ved 50 °C?
  3. Er octan fast, flydende eller en gas ved 150 °C?
  4. Hvorfor koger polyethen aldrig?

Under smeltepunktet er stoffet fast. Mellem smeltepunktet og kogepunktet er det flydende, og over kogepunktet er det en gas.

Eicosan smelter ved 37 °C og koger ved 343 °C. Octan koger ved 126 °C.

Til d kan du begynde sådan: “Kæderne i polyethen holder så godt fast i hinanden, at …”

  1. Smeltepunktet stiger, når kæden bliver længere.
  2. Ved 20 °C er eicosan fast, fordi 20 °C er under smeltepunktet. Ved 50 °C er den flydende, fordi 50 °C ligger mellem smeltepunktet og kogepunktet.
  3. En gas, fordi 150 °C er over kogepunktet på 126 °C.
  4. Kæderne i polyethen holder så godt fast i hinanden, at bindingerne inde i kæden bliver brudt, før kæderne kan slippe hinanden. Plasten bliver derfor nedbrudt i stedet for at koge.

Opgave T1.3.4: Hvor lang er en kæde i polyethen?

Den enhed, der gentages i polyethen, har molekylformlen C2H4 ligesom monomeren ethen. En kæde i en bærepose af polyethen har molarmassen 200 000 g/mol. Brug atommasserne C 12,01 u og H 1,008 u.

  1. Forklar, hvorfor enheden i polyethen har samme molekylformel som ethen.
  2. Beregn molarmassen af enheden.
  3. Hvor mange enheder er der i kæden?
  4. Hvor mange carbonatomer er der i kæden?
  5. Hver enhed har 6 atomer. Hvor mange atomer er der i alt i kæden?

Til a kan du læse om polyaddition på siden Tema: Fossile brændstoffer og plast. Molarmassen beregnes som i afsnit 4.2. Én kæde er ét molekyle, så kæden har også en molarmasse.

I en polyaddition dannes der ikke andre stoffer end polymeren. Formlen for molarmassen er M(C2H4) = 2 · M(C) + 4 · M(H).

Til c: Antallet af enheder er kædens molarmasse divideret med enhedens molarmasse.

  1. Polyethen dannes ved en polyaddition, hvor der ikke dannes andre stoffer end polymeren. Alle atomer fra hvert ethenmolekyle sidder derfor i kæden.

  2. Molarmassen er

\[ M(\mathrm{C_2H_4}) = 2 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 4 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 28{,}05\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

  1. Antallet af enheder er

\[ \text{antal enheder} = \frac{M(\text{kæde})}{M(\mathrm{C_2H_4})} = \frac{200\,000\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}{28{,}05\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 7130 \]

Der er 7130 enheder i kæden.

  1. Hver enhed har 2 carbonatomer.

\[ \text{antal carbonatomer} = 2 \cdot 7130 = 14\,260 \]

Der er 14 260 carbonatomer i kæden.

  1. Hver enhed har 6 atomer.

\[ \text{antal atomer} = 6 \cdot 7130 = 42\,780 \]

Der er 42 780 atomer i kæden. Det passer med, at Staudinger kaldte den slags molekyler for kæmpestore molekyler.

Opgave T1.3.5: Staudinger og makromolekylerne

  1. Hvad mente de fleste kemikere omkring 1920, at gummi og cellulose bestod af?
  2. Hvad påstod Hermann Staudinger i stedet?
  3. Hvilken slags binding holder atomerne sammen i et makromolekyle?
  4. Hvornår viste nye målinger, at Staudinger havde ret, og hvornår fik han Nobelprisen i kemi?
  5. Forklar, hvorfor der kom mange nye slags plast, da kemikerne havde forstået, at plast består af lange kæder.

Læs afsnittene Klumper af små molekyler? og Staudingers kæmpemolekyler på siden T1.3. Svaret på e står i begyndelsen af afsnittet Carothers og nylon. Bindingen i c lærte du om i afsnit 3.1.

I a og b står to forklaringer over for hinanden: små molekyler, der klumper sig sammen, eller ét stort molekyle.

Til e kan du begynde sådan: “Da kemikerne vidste, at plast består af …, kunne de …”

  1. Små molekyler, der klumpede sig sammen i miceller.
  2. At gummi og cellulose bestod af kæmpestore molekyler, hvor tusindvis af atomer var bundet sammen. Han kaldte dem makromolekyler.
  3. Almindelige elektronparbindinger.
  4. Nye målinger i løbet af 1930’erne viste, at han havde ret, og han fik Nobelprisen i kemi i 1953.
  5. Da kemikerne vidste, at plast består af lange kæder, kunne de begynde at bygge nye kæder med vilje. Derfor kom de fleste af de slags plast, vi bruger i dag, i løbet af 30 år.

Opgave T1.3.6: Plast gennem tiden

Brug tabellen over otte slags plast i afsnittet Carothers og nylon på siden T1.3.

  1. Hvilken plast i tabellen kom først frem, og hvad bruges den til i dag?
  2. Hvilken plast i tabellen kom sidst frem?
  3. Hvor mange af de otte slags plast kom frem i 1930’erne?
  4. Hvilken plast er en sodavandsflaske lavet af? Skriv både navn og forkortelse.
  5. Hvilke to slags plast i tabellen bliver dannet på en anden måde end polyethen?
  6. Hvilken plast blev brugt til faldskærme under 2. verdenskrig, og hvem opfandt den?
  7. Carothers’ gruppe lavede også et syntetisk gummi. Hvad hedder det, hvornår blev det lavet, og hvad bruges det til i dag?

Læs kolonnen Kom frem i fra toppen af tabellen. Svarene på e, f og g står i teksten lige over tabellen.

Tabellen er ordnet efter årti, så den ældste plast står øverst. I c skal du tælle de rækker, hvor der står 1930’erne. I d skal du lede i kolonnen Bruges i dag til.

  1. Polyvinylchlorid, PVC, fra 1920’erne. Den bruges til rør, kabler og gulve.
  2. Polypropen, PP, fra 1950’erne.
  3. Fem: polystyren, plexiglas, polyethen, nylon og polyurethan.
  4. Polyester, PET.
  5. Nylon og polyester.
  6. Nylon. Den blev lavet i 1935 af Wallace Carothers’ gruppe hos det amerikanske kemifirma DuPont.
  7. Neopren fra 1930. I dag bruges det til våddragter.

Opgave T1.3.7: Copolymerer i LEGO

Kæderne i tabellen er skrevet med bogstaver. A står for én slags monomer, og B står for en anden slags.

Kæde Monomererne i kæden
1 −A−A−A−A−A−A−
2 −A−B−A−B−A−B−
3 −B−B−B−B−B−B−
4 −A−A−B−A−B−B−
  1. Hvilke af de fire kæder er copolymerer?
  2. LEGO-klodser er lavet af copolymeren ABS. Hvilke tre monomerer er ABS bygget af?
  3. Hvad giver styren plasten, og hvad giver butadien plasten?
  4. Forklar, hvorfor LEGO-klodser ikke er lavet af ren polystyren, som kun er bygget af styren.

Læs afsnittet Flere slags monomerer i samme kæde på siden T1.3, og se på figuren med en polymer og en copolymer.

En copolymer har mindst to slags monomerer i den samme kæde. Det er ligegyldigt, i hvilken rækkefølge de sidder.

Til d kan du begynde sådan: “Styren gør plasten …, men butadien …”

  1. Kæde 2 og kæde 4, fordi de har både A og B i den samme kæde. Kæde 1 og kæde 3 er bygget af én slags monomer.
  2. Acrylonitril, butadien og styren.
  3. Styren gør plasten hård og blank. Butadien er en slags gummi, som gør plasten sej.
  4. Styren gør plasten hård og blank, men butadien gør den sej, så klodserne ikke revner. I copolymeren får klodserne begge egenskaber.