Stoffe, Schulbuch

1 Kapitelname 44 4 Kohlenwasserstoffe in Erdöl und Erdgas Abb. 44.1: Moleküle von Kohlenwasserstoffen Abb. 44.2: Benennung der Alkane 4.2 Erdöl und Erdgas bestehen aus Kohlenwasserstoffen Kohlenwasserstoffe sind – wie der Name sagt – Verbindungen der Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff. Schon aus diesen beiden Elementen lassen sich Tausende verschiedener Verbindungen herstellen. Rohöl ist ein sehr komplexes Gemenge aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Da Erdöl aus Lebewesen entstanden ist, bezeichnet man die Kohlenwasser- stoffe als organische Verbindungen . Bis vor etwa 180 Jahren glaubte man, dass solche organischen Verbindungen nur von Lebewesen hergestellt werden können. Heute weiß man, dass es keinen prinzipiellen Unterschied zwischen organischen und anorganischen Verbindungen gibt. Die einfachsten Kohlenwasserstoffe sind die Alkane . Sie enthalten nur Ein- fachbindungen und die Kohlenstoffatome kommen nur kettenförmig anein- andergereiht vor. Die Ketten dürfen verzweigt sein, aber keine Ringe bilden. Alkane werden auch gesättigte Kohlenwasserstoffe genannt. H C H H H H C C H H H H H H C C H H H H C H H H H C C H H H H C H C H H H H H C C H H H H C H C H H C H H H H H C C H H H H C H C H H C H H H C H H H H C C H H H H C H C H H C H H H C H C H H H H H C C H H H H C H C H H C H H H C H C H H C H H H H Meth an Eth an Prop an But an Pent an Hex an Hept an Oct an Anzahl der C-Atome Nur Einfachbindungen, alle C-Atome in einer Kette ALK ANE H H H H H H H H H H C H C C H H H H C H C H H C H H H C H C H H C H H H H H H C H C C H H C H C H C H C H C H C H H C H H Non an Dec an Das einfachste Alkan ist das Methan , das wir schon vom Gasbrenner kennen. Das Molekül besitzt nur ein Kohlen- stoffatom. Da Kohlenstoff prinzipiell vier Bindungen ein- geht, sind vier Wasserstoffatome im Molekül. Das Ethan C 2 H 6 enthält bereits zwei C-Atome, das Propan C 3 H 8 drei und das Butan C 4 H 10 vier. Die weiteren unverzweigten Alkane – auch n-Alkane genannt – kann man sich durch Einfügen jeweils einer CH 2 -Gruppe in das Molekül aufgebaut denken. Die Namen der weiteren n-Alkane ergeben sich aus den in der Chemie üblichen Zahlworten mit der Endung –an . Also Pentan für C 5 H 12 , Hexan für C 6 H 14 usw. Die n-Alkane haben sehr ähnliche Eigenschaften. Sie sind alle nicht in Wasser löslich und sind gut brennbar. Ab vier C-Atomen sind auch verzweigte Ketten denkbar (Siehe Abbildung 45.1). Für das Anschreiben der Formeln der Alkane gibt es ver- schiedene Möglichkeiten. Natürlich kann man die volle Strukturformel anschreiben. Dies ist aber schon bei relativ kleinen Molekülen sehr aufwändig. Daher gibt es mehrere vereinfachte Schreibweisen für Strukturformeln. Bei der Halbstrukturformel werden die Wasserstoffatome wie bei einer Summenformel zu den Kohlenstoffatomen dazugeschrieben. Nur die Kohlenstoffatome werden mit Bindungsstrichen geschrieben. (Abb. 45.2 mitte) Die stärkste Vereinfachung ist die Kurzschreibweise . Hier werden die Elementsymbole von Kohlenstoff und Wasser- stoff weggelassen und nur mehr die Bindungsstriche ange- schrieben. (Abb. 45.2 unten) Diese stark vereinfachten Formeln haben den Vorteil, dass man sie rasch zeichnen kann. Außerdem sind sie sehr über- sichtlich. Der Bindungswinkel, der zwischen Kohlenstoffa- tomen mit Einfachbindung immer auftritt (109°), lässt sich in dieser Art der Schreibweise ebenfalls sehr gut darstel- len. Die Kohlenstoffatome bilden „Zickzackketten“, wovon man sich leicht am Modellbaukasten überzeugen kann. CH 4 C 10 H 22 C 9 H 20 C 8 H 18 C 7 H 16 C 6 H 14 C 5 H 12 C 4 H 10 C 3 H 8 C 2 H 6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv