Aufgabe 3 · Abitur NRW Chemie GK · Biologisch abbaubare Zahnbürsten? 2026

Thema: Kunststoffe · Aus der Prüfung GK · Biologisch abbaubare Zahnbürsten? (2026)

Aufgabenstellung

2 Material

Material 1: Zahnbürstenmaterial [1]

Das erste vollständig aus Nylon bestehende Produkt war eine Zahnbürste. Bei ihr bestanden sowohl der Griff als auch die Borsten komplett aus Nylon 6,6. Nylon ist ein Polymer, das über eine Polykondensationsreaktion, ähnlich wie bei den Polyestern, hergestellt werden kann.

Die bei der Polykondensation entstehende neue funktionelle Gruppe heißt Amidgruppe (Abb. 2).

Nylon 6,6 ist kein Biokunststoff. Biokunststoff bedeutet, dass entweder die Edukte aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und/oder der Kunststoff biologisch abbaubar ist. Ist ein Kunststoff nicht abbaubar, reichert er sich bei unsachgemäßer Entsorgung in der Umwelt an und kann Mikro- und Nanoplastik-Partikel bilden.

Material 2: Neue Borsten aus Nylon 4 [2], [3]

Für die Griffe von Zahnbürsten gibt es bereits mehrere nachhaltige, biologisch abbaubare Materialien wie z. B. Bambus. Die Borsten der Bürsten werden jedoch noch häufig aus nicht abbaubarem Nylon 6,6, seltener aus Nylon 4 (Abb. 3) hergestellt. Nylon 4 wird aus nur einem Edukt polymerisiert. Dieses kann von Mikroorganismen produziert werden.

Material 3: Abbautests mit Nylon 4 im Boden [4]

Ob Borsten aus Nylon 4 biologisch abbaubar sind, wird in mehreren Untersuchungen getestet. Unter biologischer Abbaubarkeit versteht man eine durch Mikroorganismen verursachte, vollständige Zersetzung eines Stoffes meist unter Bildung von Biomasse, Kohlenstoffdioxid und Wasser. Zur Überprüfung wird eine Folie aus Nylon 4 in der Erde vergraben und nach einiger Zeit wieder ausgegraben und analysiert. Zur Analyse führt man die Versuche A und B durch.

Versuch A:

Man bestimmt die mittlere Masse der Folienstücke der Nylonprobe nach dem Vergraben im Vergleich zur Ausgangsmasse.

Versuch B:

In einer weiteren Untersuchung ermittelt man die Abnahme der mittleren molaren Masse des Polymers in der Probe im Vergleich zur mittleren molaren Masse vor dem Vergraben.

3 Beschreiben Sie die Diagramme in Material 3.

Begründen Sie, dass man nicht nur die mittlere Masse der Folienstücke, sondern auch die mittlere molare Masse des Polymers überprüft (M 3).

Beurteilen Sie, inwiefern die durchgeführten Versuche A und B Rückschlüsse auf die biologische Abbaubarkeit zulassen.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 · Abitur NRW Chemie GK · Biologisch abbaubare Zahnbürsten? 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Beschreiben Sie die Diagramme in Material 3.

Lösung: Diagramm zu Versuch A: Zeigt die Abhängigkeit der mittleren Masse der Folienstücke in Prozent der Ausgangsmasse von der Zeit in Tagen (0 bis 60 Tage); die mittlere Masse nimmt kontinuierlich von 100 % auf ca. 18 % ab. Diagramm zu Versuch B: Zeigt die Abnahme der mittleren molaren Masse der Nylonprobe in Prozent von der Zeit in Tagen (0 bis 20 Tage); die molare Masse nimmt in den ersten 18 Tagen nahezu linear um etwa 27 % ab.

Begründen Sie, dass man nicht nur die mittlere Masse der Folienstücke, sondern auch die mittlere molare Masse des Polymers überprüft (M 3).

Lösung: Versuch A (mittlere Masse): Zeigt, dass Folienstücke zerfallen oder abgebaut werden. Allein daraus lässt sich jedoch nicht unterscheiden, ob ein chemischer Abbau stattfindet oder nur eine mechanische Zerkleinerung in kleinere Bruchstücke (Mikroplastik). Versuch B (molare Masse): Hängt direkt von Kettenlänge und Atomzahl im Makromolekül ab. Eine Abnahme beweist, dass Polymerketten tatsächlich chemisch gespalten werden.

Beurteilen Sie, inwiefern die durchgeführten Versuche A und B Rückschlüsse auf die biologische Abbaubarkeit zulassen.

Lösung: Sowohl Masse als auch molare Masse nehmen ab, was belegt, dass die Folie zerfällt und Ketten verkürzt werden (Abbau im Boden). Jedoch kann mit den vorliegenden Diagrammen nicht eindeutig nachgewiesen werden, ob dieser Abbau tatsächlich durch Mikroorganismen (unter Bildung von Biomasse, CO2\mathrm{CO_2} und H2O\mathrm{H_2O}) erfolgt. Dafür sind weitere Untersuchungen erforderlich.

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