Elemente und Moleküle, Schulbuch

149 8.1 alKane Vorkommen und Gewinnung Viele Alkane kommen im Erdöl bzw. im Erdgas vor und werden auch durch Destilla- tion daraus gewonnen. Bei der trockenen Destillation von Holz und Kohle werden ebenfalls Alkane gebildet. Allerdings lassen sich nur die kurzkettigen Alkane (C 1 –C 5 ) als Reinstoffe gewinnen. Bei den höheren Alkanen liegen die Siedepunkte so nah beisammen, dass man durch Destillation keine Einzelsubstanzen gewinnen kann. Die Trennung in n-Alkane, die als Motorentreibstoffe unerwünscht sind, und in iso- Alkane kann zB durch Einschlussverbindungen mit Harnstoff erfolgen. Höhere Al- kane können aus anderen Verbindungen, zB Halogenalkanen, Alkenen oder Carbon- säuren, hergestellt werden. Wichtige Alkane Methan Methan ist ein farb-, geruchloses und ungiftiges Gas. Es bildet mit einem Voluman- teil von bis zu 90 % den Hauptbestandteil von Erdgas. Methan gilt als Bestandteil der Uratmosphäre der Erde. (Siehe Kap. 6.) Methan-Luft-Gemische sind explosiv. Die Explosionsgrenzen liegen zwischen 5,0–15 Vol.-% Methan. In Steinkohlengruben kann Methan entstehen und mit Kohlenstaub kommt es zu gefährlichen Explosio- nen, die man „schlagende Wetter“ nennt. Daher muss der Methangehalt ständig durch Gasanalysen überwacht werden. Der Methananteil der Troposphäre liegt bei 1,6 ppm. Die eine Hälfte stammt aus fossilen Brennstoffen, die andere Hälfte vom Celluloseabbau durch anaerobe Bakterien („Methangärung“). Methan zählt mit Koh- lenstoffdioxid zu den so genannten Treibhausgasen . (Siehe Kap. 6.3) Lässt man das Methangas nicht in die Atmosphäre entweichen, sondern sammelt es als „Biogas“, so kann es als Energieträger eingesetzt werden. In der Technik verwendet man Me- than für die Gewinnung von Wasserstoff („Synthesegas“, siehe Kap. 5.2), von Halo- genalkanen und von Ruß, der bei der unvollständigen Verbrennung anfällt. Dieser Ruß dient als Füllstoff für Autoreifen, als Pigment in der Farbindustrie und für die Herstellung der Trockenbatterie (Abb. 150.1). Die Hauptmenge von Methan wird allerdings nach wie vor als Brennstoff eingesetzt. Das in Haushalten und der Industrie verwendete Heizgas besteht zu über 90 % aus Methan. Auch die Gasversorgung der meisten Schulen und damit der Chemielabors erfolgt mit diesem Gas. Im Labor dient es zum Betreiben der Gasbrenner . Im Gasbrenner strömt durch eine Düse das Gas im Kamin nach oben und verbrennt über dem Kamin. Unten ist der Kamin vom Luftrad abgeschlossen. Bei geschlosse- nem Luftrad erfolgt die Verbrennung langsamer. Die Flamme ist hoch, flackert und leuchtet gelb (Abb. 149.2). Die Färbung stammt von glühenden Rußteilchen, da in der Flamme Luftmangel herrscht. Sie hat eine Temperatur von etwas unter 1000 °C. Öffnet man des Luftrad, so wird vom Gasstrom Luft angesaugt. Diese vermischt sich mit dem Gas. Durch die bessere Luftversorgung erfolgt nun die Verbrennung rascher, die Flamme wird kürzer und ist blau. Sie besteht aus zwei deutlich unterscheidbaren Zonen. Der innere Kegel ist intensiver blau. In ihm herrschen reduzierende Bedin- gungen, die Flamme ist dort relativ kühl (300 °C). Im äußeren, fast farblosen Kegel ist die Flamme sehr heiß (bis 1600 °C). Dort herrschen oxidierende Bedingungen. Beim Erhitzen hält man den betreffenden Gegenstand daher immer in den äußeren, heißen Kegel. Der Querschnitt der Brennerdüse und der Kamin müssen auf die Art des verwende- ten Gases abgestimmt sein. Strömt das Gas zu langsam aus, so kann bei geöffnetem Luftrad ein Gemisch entstehen, in dem sich die Verbrennung rascher ausbreitet, als das Gemisch strömt. Es kommt zum Rückschlagen der Flamme, sie brennt nun in- nerhalb des Kamins. Dies führt zur Zerstörung des Brenners. Ist die Ausströmungs- geschwindigkeit zu groß, so hebt die Flamme vom Brenner ab und geht aus. Propan und Butan Propan und Butan sind unter Druck leicht verflüssigbar. Sie kommen meist als Ge- misch in den Handel und werden „ Flüssiggas “ genannt. Sie dienen als Heizgase in Gegenden, in denen keine Versorgung mit Erdgasleitungen besteht. Auch viele Schu- Abb. 149.1: Das Methanmolekül Gas- zufuhr Gasregelung Gas/Luft- Mischung leuchtende Flamme ca. 1000 °C Luftregelung Kamin Abb. 149.3: Brenner mit rauschender Flamme bei geöffnetem Luftrad Abb. 149.2: Brenner mit leuchtender Flamme bei geschlossenem Luftrad Gas- zufuhr Gasregelung Gas/Luft- Mischung Innerer Kegel ca. 300 °C reduzierend Luftregelung Kamin Äußerer Kegel ca. 1600 °C oxidierend Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv