Was sind Monomere, Polymere und Kunststoffe? Unterschiede:
Monomer = kleines Molekül (z. B. Ethylen) mit Doppelbindungen oder aktiven Gruppen
Polymer = lange Kette aus vielen Monomeren (z. B. Polyethylen)
Kunststoff = Polymer + Zusatzstoffe (z. B. Farbstoffe, Weichmacher) Unterschied: Monomer = Baustein, Polymer = Kette, Kunststoff = fertiger Werkstoff mit Struktur und Zusätzen
Wie werden Polymere gebildet?
Durch chemische Reaktionen:
Polymerisation (Oberbegriff): Monomere verketten sich zu langen Ketten → z. B. durch Ketten- oder Stufenwachstum
Unterschied Polyaddition vs. Polykondensation
Polyaddition: Keine Nebenprodukte entstehen
Polykondensation: Es entstehen Nebenprodukte (z. B. Wasser)
Wie können Copolymere angeordnet sein?
Copolymere bestehen aus 2–4 verschiedenen Monomeren:
Alternierend: A-B-A-B
Blockweise: A-A-A-B-B-B
Statistisch: zufällige Reihenfolge
Pfropfenform: Seitengruppen hängen an Hauptkette
Drei Kunststoff-Kategorien + Beispiele
Thermoplaste (z. B. Polyethylen, PVC, Styropor)
Duroplaste (z. B. Bakelit, Epoxidharz)
Elastomere (z. B. Kautschuk, Polyurethanschaum)
Welche Eigenschaften haben die einzelnen Kunststoffarten und wie lassen sich diese durch die Makrostruktur erklären?
Wie wird Stahl hergestellt?
Eisenoxid (z.B. Hämatit, Magnetit) wird im Hochofen mit Koks (C) reduziert; es entsteht Roheisen.
Dieses Roheisen wird in einem Konverter (Sauerstoffblasverfahren) oder Elektrolichtbogenofen entkohlt und legiert, um Stahl zu erzeugen.
Was ist eine Elementarzelle?
Elementarzelle: kleinste sich periodisch wiederholende Einheit eines Kristallgitters. Sie beschreibt die kleinste Struktur, aus der durch dreidimensionale Wiederholung das gesamte Gitter aufgebaut wird.
Welche Gitterstrukturen sind bei der Betrachtung der Metalle die relevantesten?
Kubisch-raumzentriert (krz): z.B. α-Eisen (bis 912 °C).
Kubisch-flächenzentriert (kfz): z.B. Aluminium, Kupfer.
Hexagonal dichteste Kugelpackung (hdp): z.B. Magnesium, Titan. Diese drei Gittertypen kommen bei fast allen Metallen vor.
Wie lassen sich Gitterfehler einteilen? Nenne und beschreibe für jede Kategorie ein Beispiel.
0D (Punktdefekte): z.B. Leerstelle – ein Atom fehlt am Gitterplatz (Vakanz) .
1D (Linienfehler): z.B. Versetzung (Stufen- oder Schraubenversetzung) – zusätzliche halbe Atomlage bzw. verdrillte Ebene im Gitter .
2D (Flächenfehler): z.B. Korngrenze – Trennebene zwischen unterschiedlich orientierten Kristalliten (Kristallitgrenzen) .
3D (Raumfehler): z.B. Poren – gas- oder flüssigkeitsgefüllte Hohlräume im Gefüge
Was sind gewollte und ungewollte Gitterfehler? Nenne und beschreibe jeweils ein Beispiel.
Gewollte Abweichungen: gezielt eingeführte Defekte oder Legierungselemente zur Eigenschaftsänderung. Beispiel: Kohlenstoff in Eisen (Legierung → Stahl).
Ungewollte Abweichungen: unerwünschte Verunreinigungen/Defekte. Beispiel: Schwefel- oder Phosphor-Einschlüsse im Stahl, die Sprödigkeit erhöhen.
Welchen Einfluss hat der Kohlenstoffgehalt auf Zugfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung?
Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nehmen Zugfestigkeit und Streckgrenze zu, während die Bruchdehnung (Duktilität) abnimmt . (Mehr C erhöht die Festigkeit, verringert die Verformbarkeit.)
Was kann man aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ablesen?
Das Fe–C-Diagramm ist ein statisches Phasendiagramm, das zeigt, welche Phasen bei gegebenem Kohlenstoffgehalt und Temperatur bestehen. Man kann ablesen, bei welchen Temperaturen und C‑Gehalten z.B. Ferrit, Austenit, Perlit oder Zementit stabil sind und wo kritische Phasengrenzen (Eutektoid-, Eutektoid-Punkte) liegen.
Was ist ein Werkstoff?
Ein Werkstoff ist ein Material mit technisch nutzbaren Eigenschaften, das zur Herstellung von Endprodukten, Bauteilen oder Werkzeugen verwendet wird.
Wie lassen sich Werkstoffe einteilen?
Werkstoffe werden eingeteilt nach:
Stoffzusammensetzung
Charakteristischen Eigenschaften Hauptkategorien: Metalle, Kunststoffe, Keramiken/Gläser, Verbundwerkstoffe.
Nennen Sie für jede Werkstoffkategorie drei typische Eigenschaften sowie ein Beispiel.
Metalle: gut elektrisch leitfähig, hoch belastbar, plastisch verformbar → z. B. Stahl
Kunststoffe: schlecht leitfähig, chemisch beständig, tieftemperaturspröde → z. B. PVC
Keramiken/Gläser: spröde, chemisch sehr beständig, hochtemperaturbeständig → z. B. Glas
Verbundwerkstoffe: Eigenschaften hängen von Bestandteilen ab → z. B. GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff)
Welche wirtschaftliche Bedeutung hat Stahl aktuell und im historischen Verlauf?
Heute: Stahl dominiert mit ca. 58 % Marktanteil unter den Werkstoffen.
Historisch: Holz war im 19. Jh. der zweitwichtigste Werkstoff, heute bei nur 5,3 %.
Neue Werkstoffe wie Polymere wachsen, bleiben aber hinter Stahl zurück.
Beschreiben Sie mit eigenen Worten das Bohrsche Atommodell.
Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern. Die Elektronen kreisen in mehreren konzentrischen Bahnen um den Kern – jede Bahn hat einen eigenen Radius.
Warum wird das Bohrsche Atommodell immer noch in der Lehre verwendet, obwohl es bereits weiterentwickelte Modelle gibt?
Es ist anschaulich und leicht verständlich – ideal für den Einstieg in die Atomphysik, obwohl es durch das Orbitalmodell inzwischen überholt ist.
Was sind Valenzelektronen?
Valenzelektronen sind die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms. Sie bestimmen die chemischen Eigenschaften und Bindungen eines Elements.
Welche Bindungsarten gibt es? Ordnen Sie diese entsprechend ihrer Stärke.
Von stark nach schwach:
Kovalente Bindung – Atome teilen sich Elektronen
Ionenbindung – Elektronenübertragung zwischen Atomen
Metallische Bindung – Elektronengas zwischen Atomrümpfen
Van-der-Waals-Bindung – temporäre Anziehung durch Ladungsverschiebung
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