Chemie
Benennungsregeln
Die Benennung der Isomere (Stoffe mit gleicher Summenformel aber unterschiedlicher Strukturformel) muss stets eindeutig sein. Deshalb wurden sogenannte Benennungsregeln aufgestellt. Diese werden am besten in folgender Reihenfolge angewendet:
① Längste Kohlenstoffkette (C) heraussuchen und nach entsprechendem Alkan benennen, welches an das Ende geschrieben wird.
② Kohlenstoffatome gedanklich nummerieren. Um zu wissen, in welcher Richtung man zählen muss, alle nummerierten Kohlenstoffatome addieren, an denen sich Abzweigungen befinden (in beide Richtungen). Die Zahlen, die man später aufschreibt, müssen also insgesamt so klein wie möglich sein.
③ Vorhandene Abzweigungsketten ausmachen. Diese Alkylgruppen werden nach je nach Anzahl anders genannt, ähnlich wie Alkane, jedoch wird die Endung -an durch -yl ersetzt. Eine Abzweigung mit einem Kohlenstoffatom nennt man demnach Methyl, mit zwei Ethyl, mit drei Propyl, mit vier Butyl, mit fünf Pentyl, mit sechs Hexyl, mit sieben Heptyl, mit acht Octyl, mit neun Nonyl, mit zehn Decyl, usw. Falls mehrere Seitenketten vorhanden sind, beim Aufschreiben alphabetisch ordnen.
④ Jeweils Anzahl gleichartiger Abzweigungen ausmachen. Die Vorsilben, die den Alkylgruppen vorangestellt werden, lauten für eine Mono (kann auch weggelassen werden), für zwei Di, für drei Tri, für vier Tetra, für fünf Penta, für sechs Hexa, für sieben Hepta, für acht Octa, für neun Nona, für zehn Deca, usw.
⑤ Orte (nummerierte Kohlenstoffe) gleichartiger Abzweigungen aufschreiben. Dabei auf Richtung achten, die zuvor schon ausfindig gemacht wurde. Falls sich an einem Kohlenstoffatom sowohl auf der einen Seiten als auch auf der anderen die gleiche Alkylgruppe befindet, wird die gleiche Ziffer oder Zahl zwei mal aufgeschrieben.
Alkane
Gesättigte, kettenförmige Kohlenwasserstoffverbindungen
Homologe Reihe
Eine Homologe Reihe ist eine Ansammlung von Stoffen, mit der gleichen Grundstruktur. Zum Beispiel können Alkane (haben immer Kohlenstoff und wie Wasserstoffatome) mit der gleichen Summenformel zusammenfassen.
Summenformel
CₙH₂ₙ₊₂ -> ₙ= beliebige Variable
Methan CH₄⠀ ⠀⠀⠀⠀ ⠀ ⠀⠀Hexan C₆H₁₄
Ethan C₂H₆⠀ ⠀⠀⠀⠀ ⠀ ⠀⠀Heptan C₇H₁₆
Propan C₃H₈⠀ ⠀⠀⠀⠀ ⠀ ⠀⠀Octan C₈H₁₈
Butan C₄H₁₀⠀ ⠀⠀⠀⠀ ⠀ ⠀⠀Nonan C₉H₂₀
Pentan C₅H₁₂⠀ ⠀⠀⠀⠀ ⠀⠀⠀Decan C₁₀H₂₂
Jedes Glied dieser Reihe unterscheidet sich vom benachbarten durch eine CH2-Gruppe. Je länger die Kohlenstoffkette im Molekül ist, desto höher sind die Schmelz- und Siedetemperaturen eines Alkans.
Eigenschaften
Schmelz- und Siedepunkt
Methan bis Butan → gasförmig bei Raumtemperatur (20°)
Pentan bis C₁₆ → flüssig
ab C₁₇ → fest
Siedepunkt steift bei zunehmender Kettenlänge. Grund: Van-der-Waals-Kräfte
→ schwache Anziehungskräfte zwischen den Molekülen. Je länger die Kette, desto stärker sind die Van-der-Waals-Kräfte.
Löseverhalten
„Ähnliches löst sich in Ähnlichem“
⠀⠀Alkane in Wasser → praktisch unlöslich
⠀⠀Alkane und Alkane → gut löslich
⠀⠀Alkane in Öl → gut löslich
Alkane sind somit lipophil (in Fett löslich) und hydrophob (nicht in Wasser löslich)
Bromwasserreaktionen
Hexan im Licht entfärbt das Brom allmählich. Hexan im Dunkelns entfärbt das Brom nicht.
Alkanverbrennungen
Bei alleinstehenden Elementen des sogenannten „HONClBrIF“s (also bei den Elementen Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Chlor, Brom, Iod und Fluor) wird automatisch eine 2 angehängt. Beim Zählen auf die vorderen, großen Zahlen, als auch auf die kleinen Zahlen achten. Eine große Zahl sagt die Anzahl des gesamten Stoffes aus. Beispielsweise 2 H2O, sodass es 4 H und 2 O sind.
Vollständige Verbrennung
Bei einer vollständigen Verbrennung von Alkanen (also mit viel/genügend Sauerstoff) entsteht immer CO2 (Kohlenstoffdioxid) und H2O (Wasser). Links vom Reaktionspfeil steht also das Alkan (mit jeweils der richtigen Anzahl der C und H, siehe Summenformel) und Sauerstoff (O). Auf der rechten CO2 (Kohlenstoffdioxid) und H2O (Wasser), sowie E für Energie.
⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ Alkan ⠀+ ⠀Sauerstoff ⠀→⠀ Kohlenstoffdioxid ⠀+ ⠀Wasser
Beispiel: ⠀ Methan + ⠀Sauerstoff ⠀→ ⠀Kohlenstoffdioxid ⠀+ ⠀Wasser
⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ CH₄ ⠀ ⠀+ ⠀⠀ ⠀O ⠀ ⠀⠀⠀→ ⠀ ⠀ ⠀⠀ CO2 ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀+⠀⠀H2O
Ausgleichen: ⠀
Unvollständige Verbrennung
Bei einer unvollständigen Verbrennung von Alkanen (also mit wenig/ungenügend Sauerstoff) entsteht immer Ruß. Links vom Reaktionspfeil steht also das Alkan (mit jeweils der richtigen Anzahl der C und H, siehe Summenformel) und Sauerstoff (O). Auf der rechten C (Kohlenstoff) und H2O (Wasser), sowie E für Energie.
⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ Alkan ⠀+ ⠀Sauerstoff ⠀→⠀ Kohlenstoff ⠀+ ⠀Wasser
Beispiel: ⠀ Methan ⠀+ ⠀Sauerstoff ⠀→ ⠀Kohlenstoff ⠀+ ⠀Wasser
⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ ⠀ CH₄ ⠀ ⠀+ ⠀⠀ ⠀O ⠀ ⠀⠀⠀→ ⠀ ⠀ ⠀⠀ C ⠀ ⠀ ⠀⠀ ⠀ ⠀+⠀⠀H2O
Ausgleichen: ⠀
Alkene
Alkene sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Die Moleküle der Alkene weisen die Doppelbindung zwischen jeweils zwei Kohlenstoffatomen auf.
Der Nachweis ungesättigter Kohlenwasserstoffe erfolgt durch Bromlösung, sie wird entfärbt.
Die Alkene bilden (wie Alkane) eine homologe Reihe. Die allgemeine Summenformel der Alkene ist CₙH₂ₙ
Die Anlagerung von Atomen oder Atomgruppen an eine Mehrfachbindung heißt Addition.
Die Addition ist die typische Reaktion organischer Stoffe mit Mehrfachbindung.
So wird zum Beispiel Brom an Ethen addiert. Dabei geht die Doppelbindung des Alkens in eine Einfachbindung über.
Bromwasserreaktionen
Hexen entfärbt das Brom sofort
Alkine
Isomerie
Stoffe/Moleküle mit gleicher Summenformel aber unterschiedlicher Strukturformel bezeichnet man als isomere Stoffe oder kurz als Isomere.
Mit der Vorsilbe Iso- können die insgesamten Kohlenstoffatome aufgezeigt werden. Dabei werden alle Kohlenstoffatome zusammengezählt und das passende Alkan angehängt.
Je länger die Kohlenstoffkette eines Moleküls ist, desto größer wird die Zahl der möglichen Isomere:
Erscheinung, dass Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur exisiteren
Strukturformel
Benennung
Auftrennung von Erdöl
Destillationsturm
Die Kohlenwasserstoffe im Gemisch Rohöl haben unterschiedliche Siedetemperaturen. Das wird ausgenutzt, um das Gemisch durch Destillation in seine Bestandteile zu zerlegen. In der Erdölraffinerie erfolgt das Destillieren im Destillationsturm.
Temperatur nimmt nach oben hin ab, immer wenn eines der Bestandteile des Kohlenwasserstoffgemisches seine Siedetemperatur unterschreitet, kondensiertes. Flüssigkeit wird gesammelt.
Die Kohlenwasserstoffgemische, die man auf den einzelnen Etagen erhält, nennt man Fraktionen. Die Trennung des Rohöls in einzelne Fraktionen wird fraktionelle Destillation genannt.
Benzin und Diesel
Motor
Viertakt-Ottomotor bzw. Viertakt-Dieselmotor
Ansaugen
Verdichten
Arbeiten
Ausstoßen
Beim einfachen Ottomotor wird im 2-Takt ein Benzin-Luft-Gemisch verdichtet und durch den Funken der Zündkerze gezündet. Beim Dieselmotor wird Luft verdichtet und dadurch stark erhitzt. Der Dieselkraftmotor wird dann angespritzt und entzündet sich von selbst.
Benzin: Gemisch aus Kohlenwasserstoffverbindungen (Kettenlänge C₅ – C₉).
Diesel: Durchschnittliche Kettenlänge ist C₁₃ – C₂₀).