// Makromoleküle //

Ein Makromolekül (Polymer) ist ein sehr großes Molekül, wie beispielsweise Nukleinsäuren oder Kunststoffe, das üblicherweise durch die Polymerisation kleinerer Untereinheiten (Monomere) entsteht. Sie bestehen typischerweise aus Tausenden von Atomen oder mehr.

Definition

Der Begriff Makromolekül wurde in den 1920er Jahren vom Nobelpreisträger Hermann Staudinger geprägt, obwohl seine erste relevante Publikation auf diesem Gebiet nur hochmolekulare Verbindungen (über 1.000 Atome) erwähnt. Damals hatte der Begriff Polymer, wie er 1833 von Berzelius eingeführt wurde, eine andere Bedeutung als heute: Es war einfach eine andere Form der Isomerie zum Beispiel von Benzol und Acetylen und hatte wenig mit der Masse / Größe zu tun.

Üblicherweise wird von Makromolekülen gesprochen, wenn das Molekulargewicht über 10.000 g·mol−1 liegt.
Weitgehend synonym zu „makromolekulare Stoffe“ werden oft die Wörter Polymer (Hochpolymer) oder Biopolymer verwendet. Auch mit dem Wort Kunststoff sind im Endeffekt makromolekulare Stoffe gemeint.

Formen

Die bedeutendsten natürlichen Makromoleküle in der Biologie sind Biopolymere (Nukleinsäuren, Proteine, Kohlenhydrate und Lipide) und große nicht-polymere Moleküle (wie Lipide und Makrozyklen).

Synthetische Makromoleküle umfassen gängige Kunststoffe und synthetische Fasern sowie experimentelle Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren (auch CNT (englisch carbon nanotubes)).

Einteilung

Makromolekulare Substanzen werden in natürliche, halbsynthetische und synthetische Stoffe unterteilt.

Vertreter natürliche Makromoleküle sind z. B.:

• Kohlenwasserstoffe, wie Naturkautschuk
• Lignin
• Polysaccharide, wie Stärke und Zellulose
• Polynukleotide, wie Nukleinsäuren
• Proteine, wie Seide, Collagen, Enzyme, Antikörper

Vertreter halbsynthetischer Makromoleküle sind z. B.:

• Vulkanisierter Kautschuk
• Acetatseide
• Viskose, Cellulosenitrat (Zelluloid)

Vertreter synthetischer Makromoleküle (Kunststoffe) sind z. B.:

• Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamide (PA)
• Silikone
• Synthesekautschuk

Polymerchemie

Die Polymerchemie ist eine Unterdisziplin der Chemie, die sich auf die chemische Synthese, Struktur, chemische und physikalische Eigenschaften von Polymeren und Makromolekülen konzentriert.

Viele Materialien haben polymere Strukturen, von anorganischen Metallen und Keramiken bis hin zur DNA und anderen biologischen Molekülen.

Die Prinzipien und Methoden, die für die Polymerchemie verwendet werden, sind den Unterdisziplinen organische Chemie, analytische Chemie und physikalische Chemie zugeordnet. Sie wird auch in die Nanotechnologie mit einbezogen.

Kunststoffe

Der Werkstoff 'Kunststoff' findet in allen Lebensbereichen Anwendung - sei es im Haushalt, in der Verpackungs-, Textil- und Automobilindustrie, in der Medizin, im Bauwesen, in der Elektro- und Datentechnik oder im Sport. Das Thema eignet sich hervorragend, um Chemie mit viel Alltagsbezug zu demonstrieren.

Im Chemie-Unterricht werden die Grundlagen der Polymerchemie (chemische Eigenschaften von Makromolekülen und technische Herstellung) erklärt und die für den Einsatz als moderne Werkstoffe wichtigsten Polymere im Detail vorgestellt. Beispiele für den Hightech-Einsatz von Kunststoffen illustrieren deren Bedeutung als Wirtschaftsfaktor. Zur Abrundung des Themas werden ökologische Aspekte wie z. B. regenerative Kohlenwasserstoffquellen oder das Kunststoffrecycling dargestellt.

Der Themenkomplex 'Plastik' eignet sich auch für den fächerübergreifenden Unterricht: Da Erdöl (siehe auch Biodiesel) derzeit der Hauptrohstoff für die Kunststoffherstellung ist, können Anknüpfungen zu den Fächern Wirtschaft und Geografie hergestellt werden. Die Alltagsanwendungen der Kunststoffe schlagen die Brücke zu den technischen Fächern. Über die in der Natur vorkommenden Makromoleküle lassen sich Biochemie bzw. Biologie einbeziehen.