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lems@itslemion
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Grundlagen der Alkane
Alkane sind die simpelsten organischen Moleküle, die du kennenlernen wirst. Sie bestehen nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die durch Einfachbindungen verbunden sind - deshalb nennt man sie auch gesättigte Kohlenwasserstoffe.
Die Summenformel für Alkane ist CₙH₂ₙ₊₂, wobei n für die Anzahl der Kohlenstoffatome steht. Mit dieser Formel kannst du ganz einfach ausrechnen, wie viele Wasserstoffatome ein Alkan hat!
Die ersten zehn Alkane solltest du auswendig können: Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Propan (C₃H₈), Butan (C₄H₁₀), Pentan (C₅H₁₂), Hexan (C₆H₁₄), Heptan (C₇H₁₆), Octan (C₈H₁₈), Nonan (C₉H₂₀) und Decan (C₁₀H₂₂). Diese Namen tauchen in jeder Klausur auf!
Tipp: Die Endung "-an" zeigt dir immer, dass es sich um ein Alkan handelt. Bei Alkylgruppen (Alkanresten) wird die Endung zu "-yl", zum Beispiel wird aus Methan die Methylgruppe .
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Isomere und Nomenklatur
Ab Butan wird's richtig spannend, denn hier gibt es Isomere - Moleküle mit derselben Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur. Du kannst die Kohlenstoffkette gerade lassen oder verzweigen!
Bei der Benennung verzweigter Alkane gehst du systematisch vor: Zuerst findest du die längste Kohlenstoffkette und nummerierst sie so, dass die Seitenketten die niedrigsten Nummern bekommen. Die Seitenketten benennst du alphabetisch - Ethyl kommt vor Methyl!
Für mehrere gleiche Seitenketten verwendest du die griechischen Zahlwörter: Di- (2), Tri- (3), Tetra- (4), Penta- (5), Hexa- (6). So wird aus "2,2-Dimethylbutan" klar, dass zwei Methylgruppen am zweiten Kohlenstoffatom hängen.
Merkhilfe: Die Präfixe Di-, Tri-, Tetra- zählst du beim Alphabetisieren NICHT mit. "Dimethyl" steht also unter "M" wie Methyl, nicht unter "D"!
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Siedetemperaturen verstehen
Die Siedetemperaturen der Alkane folgen klaren Regeln, die du easy vorhersagen kannst. Van-der-Waals-Kräfte sind die einzigen Anziehungskräfte zwischen den unpolaren Alkanmolekülen.
Je länger die Kohlenstoffkette, desto höher die Siedetemperatur. Die ersten vier Alkane (Methan bis Butan) sind bei Raumtemperatur gasförmig, ab Pentan sind sie flüssig. Hexadecan ist sogar schon fest - die Van-der-Waals-Kräfte werden mit der Molekülgröße immer stärker!
Verzweigung macht einen riesigen Unterschied: Verzweigte Alkane haben niedrigere Siedetemperaturen als ihre unverzweigten Isomere. Der Grund? Verzweigte Moleküle haben weniger Kontaktfläche, dadurch sind die Van-der-Waals-Kräfte schwächer.
Faustregel: Mehr Kohlenstoffatome = höhere Siedetemperatur. Mehr Verzweigung = niedrigere Siedetemperatur. Diese Regel hilft dir bei jeder Klausurfrage!
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Löslichkeit von Alkanen
Alkane lösen sich nicht in Wasser - das ist eine der wichtigsten Eigenschaften, die du dir merken musst. Der Grund liegt im Grundsatz "Gleiches löst sich in Gleichem".
Wasser ist polar durch die starke Elektronegativität des Sauerstoffs. Es entstehen Teilladungen , die zu Wasserstoffbrückenbindungen führen - sehr starke zwischenmolekulare Kräfte.
Alkane sind unpolar und haben nur schwache Van-der-Waals-Kräfte. Die polaren Wassermoleküle können die unpolaren Alkanmoleküle nicht "aufbrechen" - deshalb schwimmt Öl auf Wasser! Alkane sind hydrophob (wasserabweisend), während Wasser hydrophil ist.
Praktischer Tipp: Alkane haben eine geringere Dichte als Wasser und schwimmen obenauf. Das siehst du bei Ölverschmutzungen im Meer - das Öl (hauptsächlich Alkane) bleibt an der Oberfläche!
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Van-der-Waals-Kräfte und Molekülmasse
Van-der-Waals-Kräfte sind schwache, nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Atomen oder Molekülen. Sie entstehen durch temporäre Dipole - kurzzeitige Ladungsverschiebungen in normalerweise unpolaren Molekülen.
Diese Kräfte werden stärker, wenn sich Moleküle nähern, und schwächer bei größerem Abstand. Größere Moleküle haben mehr Kontaktfläche und damit stärkere Van-der-Waals-Kräfte - deshalb steigen die Siedetemperaturen in der homologen Reihe.
Die Molekülmasse kannst du auf zwei Arten angeben: Relativ (ohne Einheit, bezogen auf ¹²C) berechnest du durch Addition der Atommassen aus dem Periodensystem. Die absolute Molekülmasse hat die Einheit Gramm und berechnest du mit der Formel MM = M/Nₐ.
Klausur-Tipp: Für Berechnungen brauchst du meist die relative Molekülmasse. Addiere einfach die Atommassen aller Atome im Molekül - das reicht für die meisten Aufgaben!
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Verbrennung von Alkanen
Alkane verbrennen mit Sauerstoff - das kennst du vom Gasgrill oder Automotor. Je nach Sauerstoffmenge entstehen aber verschiedene Produkte, die du unterscheiden musst.
Bei der vollständigen Verbrennung (genug O₂ vorhanden) entstehen CO₂ und H₂O. Die allgemeine Reaktionsgleichung: Alkan + O₂ → CO₂ + H₂O. Diese Verbrennung ist energiereich und wird technisch genutzt.
Bei der unvollständigen Verbrennung (zu wenig O₂) entsteht giftiges Kohlenmonoxid (CO) statt CO₂. Reaktion: Alkan + O₂ → CO + H₂O. Das passiert bei schlecht eingestellten Gasthermen - deshalb sind CO-Melder so wichtig!
Ausgleichen leicht gemacht: Gehe in der Reihenfolge C-H-O vor. Zuerst die Kohlenstoffatome ausgleichen, dann Wasserstoff, zuletzt Sauerstoff. Bei ungeraden Sauerstoffzahlen verdopple die gesamte Gleichung!
Wir dachten schon, du fragst nie...
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lems@itslemion
Alkanesind die einfachsten organischen Verbindungen und bilden das Grundgerüst der organischen Chemie. Diese gesättigten Kohlenwasserstoffe begegnen dir überall - vom Erdgas in der Küche bis zum Benzin im Auto. Verstehst du ihre Struktur und Eigenschaften, hast du schon die... Mehr anzeigen
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Grundlagen der Alkane
Alkane sind die simpelsten organischen Moleküle, die du kennenlernen wirst. Sie bestehen nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die durch Einfachbindungen verbunden sind - deshalb nennt man sie auch gesättigte Kohlenwasserstoffe.
Die Summenformel für Alkane ist CₙH₂ₙ₊₂, wobei n für die Anzahl der Kohlenstoffatome steht. Mit dieser Formel kannst du ganz einfach ausrechnen, wie viele Wasserstoffatome ein Alkan hat!
Die ersten zehn Alkane solltest du auswendig können: Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Propan (C₃H₈), Butan (C₄H₁₀), Pentan (C₅H₁₂), Hexan (C₆H₁₄), Heptan (C₇H₁₆), Octan (C₈H₁₈), Nonan (C₉H₂₀) und Decan (C₁₀H₂₂). Diese Namen tauchen in jeder Klausur auf!
Tipp: Die Endung "-an" zeigt dir immer, dass es sich um ein Alkan handelt. Bei Alkylgruppen (Alkanresten) wird die Endung zu "-yl", zum Beispiel wird aus Methan die Methylgruppe .
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Isomere und Nomenklatur
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Siedetemperaturen verstehen
Die Siedetemperaturen der Alkane folgen klaren Regeln, die du easy vorhersagen kannst. Van-der-Waals-Kräfte sind die einzigen Anziehungskräfte zwischen den unpolaren Alkanmolekülen.
Je länger die Kohlenstoffkette, desto höher die Siedetemperatur. Die ersten vier Alkane (Methan bis Butan) sind bei Raumtemperatur gasförmig, ab Pentan sind sie flüssig. Hexadecan ist sogar schon fest - die Van-der-Waals-Kräfte werden mit der Molekülgröße immer stärker!
Verzweigung macht einen riesigen Unterschied: Verzweigte Alkane haben niedrigere Siedetemperaturen als ihre unverzweigten Isomere. Der Grund? Verzweigte Moleküle haben weniger Kontaktfläche, dadurch sind die Van-der-Waals-Kräfte schwächer.
Faustregel: Mehr Kohlenstoffatome = höhere Siedetemperatur. Mehr Verzweigung = niedrigere Siedetemperatur. Diese Regel hilft dir bei jeder Klausurfrage!
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Löslichkeit von Alkanen
Alkane lösen sich nicht in Wasser - das ist eine der wichtigsten Eigenschaften, die du dir merken musst. Der Grund liegt im Grundsatz "Gleiches löst sich in Gleichem".
Wasser ist polar durch die starke Elektronegativität des Sauerstoffs. Es entstehen Teilladungen , die zu Wasserstoffbrückenbindungen führen - sehr starke zwischenmolekulare Kräfte.
Alkane sind unpolar und haben nur schwache Van-der-Waals-Kräfte. Die polaren Wassermoleküle können die unpolaren Alkanmoleküle nicht "aufbrechen" - deshalb schwimmt Öl auf Wasser! Alkane sind hydrophob (wasserabweisend), während Wasser hydrophil ist.
Praktischer Tipp: Alkane haben eine geringere Dichte als Wasser und schwimmen obenauf. Das siehst du bei Ölverschmutzungen im Meer - das Öl (hauptsächlich Alkane) bleibt an der Oberfläche!
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Van-der-Waals-Kräfte und Molekülmasse
Van-der-Waals-Kräfte sind schwache, nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Atomen oder Molekülen. Sie entstehen durch temporäre Dipole - kurzzeitige Ladungsverschiebungen in normalerweise unpolaren Molekülen.
Diese Kräfte werden stärker, wenn sich Moleküle nähern, und schwächer bei größerem Abstand. Größere Moleküle haben mehr Kontaktfläche und damit stärkere Van-der-Waals-Kräfte - deshalb steigen die Siedetemperaturen in der homologen Reihe.
Die Molekülmasse kannst du auf zwei Arten angeben: Relativ (ohne Einheit, bezogen auf ¹²C) berechnest du durch Addition der Atommassen aus dem Periodensystem. Die absolute Molekülmasse hat die Einheit Gramm und berechnest du mit der Formel MM = M/Nₐ.
Klausur-Tipp: Für Berechnungen brauchst du meist die relative Molekülmasse. Addiere einfach die Atommassen aller Atome im Molekül - das reicht für die meisten Aufgaben!
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Verbrennung von Alkanen
Alkane verbrennen mit Sauerstoff - das kennst du vom Gasgrill oder Automotor. Je nach Sauerstoffmenge entstehen aber verschiedene Produkte, die du unterscheiden musst.
Bei der vollständigen Verbrennung (genug O₂ vorhanden) entstehen CO₂ und H₂O. Die allgemeine Reaktionsgleichung: Alkan + O₂ → CO₂ + H₂O. Diese Verbrennung ist energiereich und wird technisch genutzt.
Bei der unvollständigen Verbrennung (zu wenig O₂) entsteht giftiges Kohlenmonoxid (CO) statt CO₂. Reaktion: Alkan + O₂ → CO + H₂O. Das passiert bei schlecht eingestellten Gasthermen - deshalb sind CO-Melder so wichtig!
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