Alkane, Alkene, Alkanole & Säuren: Grundlagen und Reaktionen

Alkane - Die Grundbausteine

Alkane sind die einfachsten organischen Verbindungen und bestehen nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Sie haben nur Einfachbindungen zwischen den Atomen.

Die Namen musst du auswendig lernen: Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Propan (C₃H₈), Butan (C₄H₁₀) und so weiter bis Decan (C₁₀H₂₂). Die Endung "-an" zeigt dir immer, dass es sich um ein Alkan handelt.

Beim Benennen von verzweigten Alkanen zählst du die längste Kohlenstoffkette und nummerierst so, dass die Seitenketten die niedrigsten Zahlen bekommen. Bei "2-Methylpentan" hängt zum Beispiel eine Methylgruppe am zweiten Kohlenstoffatom einer fünfgliedrigen Kette.

Tipp: Die Skelettformel macht komplexe Moleküle übersichtlicher - jede Ecke ist ein Kohlenstoffatom!

Reaktionen der Alkane

Alkane können verbrennen - dabei entstehen immer Kohlendioxid und Wasser. Das Ausgleichen der Reaktionsgleichung ist eigentlich ganz einfach: Zähl die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome und sorge dafür, dass auf beiden Seiten gleich viele sind.

Bei der radikalischen Substitution spaltet Licht Brommoleküle in Radikale. Diese ersetzen dann Wasserstoffatome in den Alkanen. Der Prozess läuft in drei Schritten ab: Start, Kettenfortpflanzung und Kettenabbruch.

Cracken zerlegt große Alkanmoleküle in kleinere Stücke. Dabei entstehen Radikale, die sich zu neuen Molekülen mit Doppelbindungen umlagern können.

Die Van-der-Waals-Kräfte erklären, warum größere Alkane höhere Siedetemperaturen haben. Je länger die Kohlenstoffkette, desto stärker ziehen sich die Moleküle an.

Merkhilfe: Mehr Kohlenstoffatome = höhere Siedetemperatur!

Alkene - Mit Doppelbindungen

Alkene haben mindestens eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Die Endung "-en" verrät dir sofort, dass es sich um ein Alken handelt: Ethen, Propen, Buten und so weiter.

Die wichtigste Reaktion der Alkene ist die elektrophile Addition. Dabei lagern sich Moleküle wie Brom an die Doppelbindung an, und diese verschwindet. Das Brom geht dabei dorthin, wo mehr Wasserstoffatome sind.

Bei der Nomenklatur musst du die Position der Doppelbindung angeben. "Hex-3-en" bedeutet: sechsgliedrige Kette mit Doppelbindung zwischen dem dritten und vierten Kohlenstoffatom.

Cis/Trans-Isomerie tritt auf, wenn die Gruppen an der Doppelbindung unterschiedlich angeordnet sind. Das ist wichtig für die Eigenschaften des Moleküls.

Wichtig: Die Doppelbindung macht Alkene viel reaktiver als Alkane!

Alkanole - Die Alkohole

Alkanole sind Alkane mit einer OH-Gruppe (Hydroxylgruppe). Diese macht sie zu Alkoholen. Die Namen kennst du bestimmt: Methanol, Ethanol, Propanol - die Endung "-ol" zeigt die OH-Gruppe an.

Bei der Benennung musst du die Position der OH-Gruppe angeben. "Pentan-2-ol" hat die OH-Gruppe am zweiten Kohlenstoffatom einer fünfgliedrigen Kette.

Die OH-Gruppe verändert die Eigenschaften drastisch. Alkanole sind oft wasserlöslich und haben höhere Siedetemperaturen als die entsprechenden Alkane, weil sich Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen bilden.

Beim Aufstellen der Strukturformeln achte darauf, dass das Kohlenstoffatom mit der OH-Gruppe die niedrigste mögliche Nummer bekommt.

Praxistipp: Ethanol kennst du aus dem Alltag - das ist der Alkohol in alkoholischen Getränken!

pH-Wert und Säuren

Der pH-Wert zeigt dir, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Die Skala geht von 0 (sehr sauer) bis 14 (sehr basisch), 7 ist neutral.

Du berechnest die Konzentration von H₃O⁺-Ionen mit zwei Formeln: [H₃O⁺] = 10^$-pH$ oder pH = -log([H₃O⁺]). Das sieht kompliziert aus, aber mit dem Taschenrechner ist es einfach.

Beispiel: Bei pH = 3 ist [H₃O⁺] = 10^$-3$ = 0,001 mol/L. Bei [H₃O⁺] = 0,12 mol/L ist pH = -log(0,12) = 0,92.

Je niedriger der pH-Wert, desto saurer die Lösung. Je höher die Konzentration der H₃O⁺-Ionen, desto niedriger der pH-Wert.

Eselsbrücke: pH unter 7 = sauer, pH über 7 = basisch!

Übungen zu Alkanen

Hier kannst du das Benennen üben: "4-Ethyl-2-methylheptan" hat eine siebengliedrige Hauptkette mit einer Ethylgruppe am vierten und einer Methylgruppe am zweiten Kohlenstoffatom.

Beim Verbrennen von Propan entsteht: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Zähl einfach die Atome auf beiden Seiten - sie müssen gleich sein.

Die radikalische Substitution läuft in Schritten ab: Erst spaltet Licht das Brommolekül, dann reagiert ein Bromradikal mit dem Alkan, und schließlich brechen die Reaktionsketten ab.

Cracken zerlegt große Moleküle in kleinere. Dabei entstehen oft Alkene mit Doppelbindungen, weil die Bruchstücke ihre Elektronen neu ordnen.

Übungstipp: Zeichne die Strukturformeln immer mit - so verstehst du die Reaktionen besser!

Übungen zu Alkenen und Alkanolen

"2,5-Dimethyl-hept-3-en" hat eine siebengliedrige Kette mit Doppelbindung zwischen C3 und C4 plus zwei Methylgruppen. Die Doppelbindung bekommt immer die niedrigste Nummer.

Bei Alkenen mit elektrophiler Addition addiert sich HBr an die Doppelbindung. Das Wasserstoffatom geht zum Kohlenstoff mit mehr H-Atomen - das ist die Markownikow-Regel.

Alkanole benennst du wie Alkane, aber mit "-ol" am Ende. "3-Methylpentan-2-ol" hat eine OH-Gruppe am zweiten Kohlenstoff und eine Methylgruppe am dritten einer fünfgliedrigen Kette.

Vergiss nie das "-ol" bei Alkanolen! Die Zahl vor "-ol" zeigt, wo die OH-Gruppe sitzt. Diese muss immer die niedrigste mögliche Nummer bekommen.

Kontrollfrage: Kannst du "5,6,7-Trimethyl-octan-2-ol" als Strukturformel zeichnen?