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Kohlenwasserstoffe sind die Grundfamilie vieler organischer Stoffe: Erdgas, Benzin, Paraffin und viele Kunststoff-Bausteine gehoeren dazu. Der Name verrat schon viel, denn diese Verbindungen bestehen nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Nach dieser Seite kannst du die wichtigsten Gruppen unterscheiden, Formeln nutzen und typische Eigenschaften erklaeren.
- Ich kann Kohlenwasserstoffe ueber ihre Elemente definieren.
- Ich kann Alkane, Alkene, Alkine und Aromaten unterscheiden.
- Ich kann einfache Summenformeln der homologen Reihen anwenden.
- Ich kann Eigenschaften wie Brennbarkeit und Wasserunloeslichkeit erklaeren.
- Ich kann vollstaendige und unvollstaendige Verbrennung einordnen.
Eine Stoffgruppe aus zwei Elementen
Kohlenstoffatome koennen stabile Ketten und Ringe bilden. Wasserstoffatome fuellen die freien Bindungen auf. Dadurch entstehen sehr viele verschiedene Molekuele, obwohl nur zwei Elemente beteiligt sind.
Kohlenwasserstoffe
Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die ausschliesslich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Sie koennen Ketten, verzweigte Strukturen oder Ringe bilden.
Pruefe, ob ein Stoff ein Kohlenwasserstoff ist.
\(CH_4\) besteht nur aus C und H. Es ist ein Kohlenwasserstoff.
\(C_2H_6\) besteht nur aus C und H. Es ist ebenfalls ein Kohlenwasserstoff.
\(C_2H_5OH\) enthaelt Sauerstoff. Es ist deshalb kein reiner Kohlenwasserstoff, sondern ein Alkohol.
Sobald ausser C und H noch ein anderes Element vorkommt, ist es kein reiner Kohlenwasserstoff mehr.
Gesaettigt oder ungesaettigt
Die erste wichtige Frage lautet: Gibt es nur Einfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen oder auch Mehrfachbindungen? Gesaettigte Kohlenwasserstoffe haben nur C-C-Einfachbindungen. Ungesaettigte Kohlenwasserstoffe besitzen mindestens eine C=C-Doppelbindung oder C≡C-Dreifachbindung.
Alkan
Alkane sind gesaettigte Kohlenwasserstoffe mit nur Einfachbindungen. Bei unverzweigten und verzweigten Ketten gilt die allgemeine Formel \(C_nH_{2n+2}\).
Alken
Alkene sind ungesaettigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer C=C-Doppelbindung. Bei einer offenen Kette mit genau einer Doppelbindung gilt \(C_nH_{2n}\).
Alkin
Alkine sind ungesaettigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer C≡C-Dreifachbindung. Bei einer offenen Kette mit genau einer Dreifachbindung gilt \(C_nH_{2n-2}\).
Bestimme die Formel von Butan.
- Butan ist ein Alkan.
- Die Vorsilbe but- bedeutet 4 Kohlenstoffatome.
- Fuer Alkane gilt \(C_nH_{2n+2}\).
- Setze \(n=4\) ein: \(2 \cdot 4 + 2 = 10\).
- Butan hat die Formel \(C_4H_{10}\).
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Alkane, Alkene, Alkine und Aromaten
Die Untergruppen reagieren unterschiedlich. Alkane sind vergleichsweise reaktionstraege, koennen aber brennen und mit Halogenen reagieren. Alkene und Alkine reagieren leichter, weil ihre Mehrfachbindungen aufbrechen und neue Atome angelagert werden koennen. Aromaten wie Benzol besitzen besondere ringfoermige Elektronensysteme.
Ordne drei Formeln ein.
\(C_2H_6\) passt zu \(C_nH_{2n+2}\) mit \(n=2\). Es ist Ethan, also ein Alkan.
\(C_2H_4\) passt zu \(C_nH_{2n}\) mit \(n=2\). Es ist Ethen, also ein Alken.
\(C_2H_2\) passt zu \(C_nH_{2n-2}\) mit \(n=2\). Es ist Ethin, also ein Alkin.
Aromaten werden nicht nur ueber eine Formel erkannt. Wichtig ist ihr besonderes Ringsystem mit delokalisierten Elektronen. Der bekannteste einfache Aromat ist Benzol, \(C_6H_6\).
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Eigenschaften und Verbrennung
Viele Kohlenwasserstoffe sind unpolar. Deshalb loesen sie sich schlecht in Wasser, aber gut in unpolaren Loesungsmitteln. Sie sind oft brennbar, weil Kohlenstoff und Wasserstoff mit Sauerstoff zu energiearmen Produkten reagieren koennen.
Vollstaendige Verbrennung
Bei der vollstaendigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Dafuer muss genug Sauerstoff vorhanden sein.
Vollstaendige Verbrennung von Methan:
Probe: Links: 1 C, 4 H, 4 O. Rechts: 1 C, 4 H, 4 O.
Die Gleichung ist ausgeglichen.
Unvollstaendige Verbrennung:
Wenn zu wenig Sauerstoff vorhanden ist, entstehen statt nur \(CO_2\) auch Kohlenstoffmonoxid \(CO\) oder Russ. Eine gelbe, russende Flamme ist deshalb ein Warnzeichen fuer unvollstaendige Verbrennung.
Vollstaendige Verbrennung: \(CO_2\) und \(H_2O\). Unvollstaendige Verbrennung: moeglich sind \(CO\) und Russ.
Isomerie und Kettenlaenge
Ab vier Kohlenstoffatomen koennen Alkane bei gleicher Summenformel unterschiedlich verknuepft sein. Das nennt man Isomerie. Butan und 2-Methylpropan haben beide \(C_4H_{10}\), aber verschiedene Strukturformeln.
Isomere
Isomere sind Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlichem Aufbau. Dadurch koennen sich ihre Eigenschaften unterscheiden.
Warum gibt es bei Methan keine Kettenisomerie?
Methan hat nur ein Kohlenstoffatom. Eine Kette oder Verzweigung aus mehreren C-Atomen ist damit unmoeglich.
Bei Butan gibt es vier Kohlenstoffatome. Sie koennen als gerade Kette oder verzweigt angeordnet sein. Deshalb beginnt bei Alkanen ab \(C_4H_{10}\) die Kettenisomerie.
Mit wachsender Kettenlaenge steigen bei Alkanen meist Siedetemperatur und Zaehfluessigkeit. Kleine Alkane sind Gase, mittlere haeufig Fluessigkeiten, lange eher feste oder wachsartige Stoffe.
Pruefungsmodus
In Aufgaben musst du oft aus wenigen Zeichen viel Information holen. Markiere zuerst die Elemente, dann die Bindungen, dann die Formel. Erst danach entscheidest du ueber Stoffklasse, Reaktion oder Eigenschaft.
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Zusammenfassung
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