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Der Postbote klingelt und Du nimmst ein großes Paket entgegen. Vor lauter Neugierde öffnest Du es natürlich gleich. Doch erst mal kommt Dir eine Menge Styropor entgegen. Typisch! Denn gerade bei empfindlichen Gegenständen wird Styropor häufig als Verpackungsmaterial verwendet. Während Du das ganze Styropor aus dem Paket räumst, fragst Du Dich vielleicht, woraus Styropor wohl besteht.
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Team Styrol Lehrer
Im Verlauf der Erklärung lernst Du, was genau Styropor ist. Eine Information erfährst Du jetzt schon: Styrol ist der Ausgangsstoff für Styropor.
Styrol und Vinylbenzol sind Trivialnamen. Nach IUPAC wird die Verbindung als Ethylenbenzen bezeichnet. Styrol ist ein aromatischer Kohlenwasserstoff, der ungesättigt ist. Die Summenformel lautet C8H8.
Abbildung 1: Strukturformel von Styrol
Nachdem Du nun einige grundlegende Informationen über Styrol gelernt hast, beschäftigst Du Dich näher mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften. Zunächst siehst Du hier eine kleine tabellarische Übersicht.
| Eigenschaften von Styrol | |
| Aussehen | farblos |
| Geruch | süßlich |
| Aggregatzustand | flüssig |
| Molare Masse | 104,15 |
| Dichte | 0,91 (bei 20 °C) |
| Schmelzpunkt | -31 °C |
| Siedepunkt | 145 °C |
| Löslichkeit | schwer wasserlöslich (0,24 bei 20 °C),gute Löslichkeit in Aceton, Ethanol, Methanol und Ether |
| untere Explosionsgrenze | 0,97 Vol.-% beziehungsweise 42 |
| obere Explosionsgrenze | 7,7 Vol.-% beziehungsweise 334 |
| Flammpunkt | 32 °C |
| Zündtemperatur | 490 °C |
Tabelle 1: Physikalischen Eigenschaften von Styrol
Innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs ist ein Stoff vermischt mit Luft, Gasen oder Dämpfen zu einer Explosion fähig. Diese untere beziehungsweise obere Grenze der Konzentration werden als Explosionsgrenzen bezeichnet.
Ab einer bestimmten Temperatur kann eine Substanz ein Dampf-Luft-Gemisch bilden, das bei Kontakt mit einer Zündquelle entflammt. Die geringste Temperatur, bei der dies möglich ist, wird Flammpunkt genannt.
Wird seine Zündtemperatur überschritten, kann sich ein Stoff in Anwesenheit von Sauerstoff selbst entzünden.
Bei Styrol findet sehr leicht eine Polymerisation statt. Aufgrund dessen wird dieser Substanz häufig ein Stabilisator zugesetzt. Dieser verhindert oder verzögert eine Reaktion. Licht, Wärme und Sauerstoff hingegen wirken beschleunigend auf die Polymerisation.
Durch die Polymerisation von Styrol entsteht Polystyrol. Über Polystyrol erfährst Du später mehr. Die Polymerisation von Styrol kann dabei anionisch, kationisch, radikalisch und auch mithilfe eines Ziegler-Natta-Katalysators koordinativ erfolgen. Dabei überwiegt die anionische Polymerisation.
Abbildung 2 zeigt die allgemeine Strukturformel von Polystyrol. Das n steht hierbei für die Anzahl der sich wiederholenden Monomereinheiten.
Abbildung 2: Strukturformel von Polystyrol
Eine koordinative Polymerisation ist eine spezielle Variante der Polymerisation. Dabei wird ein Übergangsmetallkomplex eingesetzt. Dieser Komplex fungiert als Katalysator. Der Ziegler-Natta-Katalysator ist ein Beispiel hierfür. Das Monomer und die Polymerkette koordinieren mit dem Komplex. Das bedeutet, die beiden Edukte (Ausgangsstoffe) lagern sich an den Katalysator an und dort findet die tatsächliche Reaktion statt. Wenn sich das Monomer mit der Polymerkette verbunden hat, bindet sich ein neues Monomer an den Komplex und die Polymerisation setzt sich fort.
Du möchtest mehr über Polystyrol sowie die kationische, anionische und radikalische Polymerisation wissen? Dann schau gerne bei den Erklärungen zu diesen Themen vorbei.
Du kannst an der Daten in der Tabelle erkennen, dass Styrol relativ schnell entzündliche Dampf-Luft-Gemische entwickeln kann. Dies ist besonders bei einer Temperatur über dem Flammpunkt der Fall. Zudem ist Styrol wassergefährdend.
Außerdem solltest Du beachten, dass Styrol hauptsächlich über die Atemwege aufgenommen wird. Die Verbindung kann Deine Schleimhäute reizen und Dein Nervensystem stören. Des Weiteren wird angenommen, dass Styrol einen reproduktionstoxischen Effekt hat. Aus diesem Grund sollte der Arbeitsplatzgrenzwert, also die sichere Durchschnittskonzentration in der Luft, eingehalten werden.
Du kannst Styrol zum Beispiel in Baumharz finden, in diesem Fall wird es auch als Styrax bezeichnet. Außerdem ist es in Steinkohlenteer und in durch Cracken erzeugtem Benzin enthalten. Hierbei ist der Anteil jedoch klein. In der Natur ist Styrol als aromatisierender Stoff beispielsweise in Weintrauben und Kiwis enthalten, wobei auch hier der Anteil gering ist. Hauptsächlich ist Styrol in Kunststoffen vertreten. Zu diesem Thema lernst Du später mehr.
Es gibt mehrere Verfahren, um Styrol herzustellen. Dabei überwiegen aktuell zwei Verfahrensweisen, über die Du hier mehr erfährst.
Styrol kann aus Ethylbenzol produziert werden. Dabei findet hauptsächlich eine Dehydrierung statt. Bei dieser Reaktion erfolgt eine Abspaltung von Wasserstoff aus einer Verbindung, in diesem Fall Ethylbenzol. Zur Dehydrierung wird Ethylbenzol im Überschuss und einen Katalysator eingesetzt. Als Katalysator dient ein Kontakt aus Eisen(II)-oxid, der häufig etwas Natriumoxid oder Natriumcarbonat beinhaltet.
In Abbildung 3 kannst Du die Reaktionsgleichung der Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol erkennen.
Abb. 3: Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol
Ein Katalysator erhöht die Geschwindigkeit einer Reaktion, indem die benötigte Aktivierungsenergie verringert wird.
Des Weiteren wird Wasserdampf genutzt, um die nötige Wärme für die Reaktion zuzuführen. Neben Styrol entstehen bei diesem Prozess Nebenprodukte, wie Toluol, Benzol und Benzole mit Alkylgruppen. Durch eine nachfolgende Destillation werden diese Nebenprodukte vom Styrol entfernt.
Die Destillation ist ein Verfahren zum Trennen von Flüssigkeiten, wobei diese verdampfbar sein müssen. Die Trennung erfolgt anhand der unterschiedlichen Siedepunkte. Du willst mehr darüber lernen? Dann lies Dir gerne die Erklärung dazu durch.
Das zweite Verfahren wird SM/PO-Verfahren genannt. Die Abkürzung bedeutet: Styrene Monomer & Propylen Oxide. Bei diesem Prozess wird zunächst Ethylbenzol zu Ethylbenzolhydroperoxid umgesetzt. In einem zweiten Schritt reagiert diese Verbindung mit Propen zu 1-Phenylethanol und Propylenoxid. Schließlich wird 1-Phenylethanol dehydratisiert und es entsteht Styrol. Diese Reaktion erfolgt bei einer Temperatur von 200 °C. Zudem wird Aluminiumoxid als Katalysator eingesetzt.
Abbildung 4 zeigt die drei Schritte des SM/PO-Verfahrens.
Abb.4: Die drei Reaktionsschritte des SM/PO-Verfahrens
Styrol wird zwar auch als Lösungsmittel und als Medium zum Einschließen von organischen Präparaten genutzt. Die hauptsächliche Verwendung liegt jedoch in der Verarbeitung zu Kunststoffen. Durch eine Polymerisation entsteht aus Monomeren ein Polymer. Hierbei ist Styrol das Monomer, das zu langen Ketten verknüpft wird. Über die Nutzung für Kunststoffe erfährst Du im Folgenden etwas mehr.
Bei den Kunststoffen, die mit Styrol hergestellt werden, nimmt Polystyrol eine zentrale Stellung ein. Denn ein großer Anteil des Styrols zur Herstellung von Polystyrol genutzt. Polystyrol mit einer aufgeschäumten Beschaffenheit ist unter dem Namen Styropor bekannt. Styropor wird als schützendes Material zum Transportieren von Materialien eingesetzt. Deswegen findest Du auch häufig in Deinen Paketen so viel Styropor. Zudem wird Styropor zum Dämmen von Wärme genutzt.
Wenn Du mehr über Polystyrol wissen willst, schau gern bei der entsprechenden Erklärung vorbei.
Neben Polystyrol werden noch weitere Polymere aus Styrol erzeugt. Hierbei werden neben Styrol noch weitere Verbindungen als Monomer eingesetzt, sodass Copolymere entstehen. Beispiele sind der Styrol-Butadien-Kautschuk und Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymere. Zusammen mit Ethylen und Vinylchlorid bildet Styrol ein Ausgangsstoff für viele Thermoplasten.
Thermoplasten sind aus langen linearen Polymerketten ausgebaut. Es herrschen nur geringe physikalische Kräfte zwischen den Polymerketten. Deswegen lässt sich bei einer bestimmten Temperatur die Form von Thermoplasten verändern. Weitere spannende Informationen findest Du in der Erklärung dazu.
Copolymere sind Polymere, die aus mehreren Arten von Monomeren bestehen.
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Wie gefährlich ist Styrol?
Styrol kann Dampf-Luft-Gemische, die entzündbar sind entwickeln. Zudem kann es die Schleimhäute reizen und das Nervensystem stören. Es wird angenommen, dass Styrol einen reproduktionstoxischen Effekt aufweist.
Ist Styrol krebserregend?
Es existieren derzeit keine Daten, dass Styrol krebserregend ist.
Wo wird Styrol verwendet?
Styrol wird hauptsächlich zur Herstellung von Polymeren genutzt. Zudem wird es als Lösungsmittel und als Mittel zum Einschließen von organischen Präparaten eingesetzt.
Ist Styrol wasserlöslich?
Styrol ist nur schwer in Wasser löslich. Es löst sich in Aceton, Ethanol, Methanol und Ether gut.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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