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Alkane, Isomere, Ottomotor und Erdöl

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 Alkane
Alkane sind Kohlenwasserstoffverbindungen ohne Doppel-/Dreifachbindungen.
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Methan
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Alkane Alkane sind Kohlenwasserstoffverbindungen ohne Doppel-/Dreifachbindungen. Name Methan Ethan Propan Butan Pentan Hexan Heptan Octan Nonan Decan Summenformel CH4 C₂H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 Strukturformel H I H-C-H I H 1. Molekülmasse HH H-C-C-H HH ннн H-C-C-C-H Η I Η Η Η Η Η Η H-C-C-C-C-H I H-C I I HHHH H HHHHH H I H C C -H H HH C H H H H H C H H H H H H H H H H H I I I I I I H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H |||||||| Η Η Η Η Η Η Η Η Η Η Verwendung Faulgas Campinggas gasförmig flüssig Lösungsmittel Treibstoff Eigenschaften der Alkane 1. Löslichkeit: Erklärung: Alkane sind allgemein unpolar, lipohpil und hydrophob. Der Grundsatz lautet: Gleiches löst sich in gleichem. Da Wasser hydrophil ist können sich die hydrophoben Alkane nicht mit ihm mischen. 2. Viskosität: Die Viskosität bezeichnet die Zähflüssigkeit oder Zähigkeit von Flüssigkeiten und Gasen (Fluiden).Je größer die Viskosität ist, desto dickflüssiger (weniger fließfähig) ist das Fluid; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fließfähiger) ist es, kann also bei gleichen Bedingungen schneller fließen. 3. Flüchtigkeit: Erklärung: Hexan hat die schwächsten molekularen Kräfte und Paraffinöl die stärksten. Ja särker die Zwischenmolekularen Kräfte, desto langsamer flüchten die Stoffe. Siedepunkte der Alkane 1 Je größer die Masse, desto höher die Siedetemperatur 2. Zwischenmolekulare Kräfte Hier: van-der-Waals-Kräfte Je größer (langkettiger) die Moleküle, desto stärker die v.d.Waals Kräfte Je weniger kugelig die Moleküle, desto stärker die v.d.Waals Kräfte 1. Molekülmasse berechnen: Beilsteinprobe Man nimmt ein gerolltes Kupferdrahtnetz und taucht dieses in die zu prüfende Flüssigkeit. Dann hält man dieses in eine Bunsenbrennerflamme. X Mc +x •MH = x g/Mol 1. Flamme blau oder gelb → Kohlenwasserstoff 2. Flamme grün (Beilsteinprobe positiv) → Halogen-Kohlenwasserstoffverbindung Bromwasserstoff + Bromheptan +Licht n-Heptan + Brom Funktionelle Gruppen Funktionelle Gruppen...

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sind Alkangruppen organischer Moleküle, die durch ihr Vorhandensein dem Molekül charakteristische Eigenschaften zuweisen. In der Nomenklatur wird die funktionelle Gruppe durch eine charakteristische Silbe gekennzeichnet, hier: Halogenalkan. Es gibt für die jeweilige funktionelle Gruppe eine charakteristische Nachweisreaktion (hier Beilsteinprobe). Analyse des Feuerzeuges 2. 3. Kalkwasser 1. Es entsteht ein schwarzer Fleck am Boden des Glases und er beschlägt 2. Das Glas beschlägt innen 3. Das Kalkwasser trübt sich mit der Zeit Folgerung: Feuerzeuggas besteht aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Beim Verbrennen entsteht Wasser und Kohlenstoffdioxid. 4C4 H10 +1302 → 10H₂O +8CO₂ 2 Isomere Gibt es zu einer Summenformel mehrere Strukturformeln spricht man von Isomeren. H | H H H 2-Methyl-Pentan -- | H-C-H I H H H- -C-H TH-C-C-H H H-Ć-Ć-Ć-Ć-Ć-H H H-C-H H H-CIC-H H-U-H 2,3-Di-Methyl-Butan Н n-Hexan I H н H-U-H E-C-H н H-C-C-C-C-H Isomere des Hexans Н H- ¹-C – Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ· E-CH Н н I н H T H I H-U-H A-U-A H H H I H н H I I Н I H H H H H-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-H | I I H I H -H -C-H I H 3-Methyl-Pentan H- H I H-C-H H- 1-C-H I H н H-U-H H-C-H H н I H H-C-C-C-C-¹ | 2,2 Di-Methyl-Butan н I н H I I H Nomenglatur Unter Nomenklatur versteht man in der Chemie die möglichst systematische und international möglichst einheitliche Namensgebung für chemische Stoffe. Dabei gilt heute als wichtig, dass ein Verbindungsname eindeutig ist und nur zu einer einzigen Strukturformel führt. Wie man Alkane benennt: 1) Längste Kette der Kohlenstoffketten (Hauptkette) Ermitteln und benennen 2) Seitenketten Benennen und alphabetisch ordnen (Methan→ Methyl; Ethan→ Ethyl; Propan→Propyl) 3) Anzahl der gleichen Seitenketten Ermitteln (di-,tri-,tetra-) 4) Verknüpfungsstellen zwischen Haupt- und Seitenketten Ermitteln, dabei die Hauptkette so durchnummerieren, dass die Verknüpfungsstellen kleinstmögliche Zahlen erhalten. 3 Ottomotor Versuch Beobachtung: Glas beschlägt ● Deckel für nach oben mit leichtem Plopp Flammenfront/bläulich (gelblich wenn mehr Kohlenstoff) ● Weniger Tropfen heftigere Reaktion (4 Tropfen optimal) Zu viel Alkan, wenig O₂ → fettes Gemisch Zu wenig Alkan, viel O₂ → mageres Gemisch ● ● C7H16(g) + 11 O2(g) → 8H₂O(g) + 7CO2(g) Vier-Takt Motor 1. Ansaugen-Benzingemisch 2. Verdichten/Kompression 3. Zünden-Zündkerze, chemische Reaktion 4. Auspuffen-Abgase zu Aufpuff geführt Benzin- Luft- Gemis ch Motor- zylinder Zündkerze Kolben exo AH<0 korrekte Zündung Frühzündung (= Klopfen) Die Oktanzahl ist das gebräuchliche Maß für die Klopffestigkeit eines Kraftstoffs. Sie beruht auf einer willkürlichen Skala, bei der n-Heptan der Wert 0 zugeordnet wird und 2,2,4-Trimethylpentan (Isooctan) der Wert 100. Der Zahlenwert der Oktanzahl bis 100 gibt an, wie viel %-Volumenanteil Isooktan C8H18 (ROZ = 100) sich in einer Mischung mit n-Heptan C7H₁6 (ROZ = 0) befinden muss, damit diese die gleiche Klopffestigkeit (in einem Prüfmotor nach ROZ oder MOZ) aufweist wie der zu prüfende Kraftstoff. Zum Beispiel würde eine Oktanzahl von ROZ = 95 (umgangssprachlich: 95 Oktan) eines Benzins bedeuten, dass dessen Klopffestigkeit einem Gemisch aus 95 Vol.-% Isooktan und 5 Vol.-% n-Heptan entspricht. Der Oktanzahlbedarf beschreibt den Bedarf an Klopffestigkeit des Kraftstoffes eines Motors, damit es nicht zu ungewollten Selbstzündungen kommt. Der Oktanzahlbedarf hängt dabei von den Betriebsbedingungen des Motors (Drehzahl, Temperatur, Brennraumgeometrie, Verdichtungs- verhältnis, Gemischzusammensetzung, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Zündzeitpunkt, Ablagerungen, etc.) ab. 4 Damit der Motor störungsfrei arbeitet, muss daher das Oktanzahlangebot des Kraftstoffes so hoch sein, dass der Oktanzahlbedarf des Motors auch bei den ungünstigen Betriebsbedingungen noch erfüllt wird beispielsweise kann der Oktanzahlbedarf eines Motors bei Vollgas um 10 Oktanzahlen höher liegen als im Leerlauf. Die Verwendung von oberhalb der Motorspezifikation liegenden Oktanzahlen bringt im Regelfall keine Vorteile. Oktanzahlen von Ottokraftstoffen Normal/Benzin Bleifrei Super/Bleifrei 95 (am stärksten: Kräfte zwischen lonen) ΔΕΝ > 1,7 Atombindung A EN< 1,7 Wasserstoffbrücken Klopffstigkeit Bei der Klopffestigkeit handelt es ich um die Eigenschaft des verwendeten Treibstoffes, wie Benzin oder Gas, in einem Ottomotor nicht unkontrolliert durch Selbstzündung zu verbrennen, sondern ausschließlich durch den Zündfunken, Einspritzung oder Kompression gesteuert. 91 ROZ Die Klopffestigkeit ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Kraftstoffen wie z. B. Benzin. Je höher die Klopffestigkeit, desto geringer die Neigung des Kraftstoffs, sich bei Verwendung in einem Hubkolbenmotor unkontrolliert selbst zu entzünden. Eine ausreichende Klopffestigkeit ist für den Motor sehr wichtig - eine noch höhere Klopffestigkeit dagegen nutzlos. Zwischenmolekülare Kräfte → Dipol-Dipol Kräfte 95 ROZ ■ Voraussetzungen: Wasserstoffatome Stark EN-Element mit mind. Einem freien Elektronenpaar ■ ■ 82,5 MOZ 1,7 > AEN > 0,4 H - Br → polare Atombindung 85 MOZ Van der Waals Kräfte ■ ΔΕΝ < 0,4 Kurzzeitig, unsymmetrische Elektronenverteilung verursacht einen kurzzeitigen Dipol. Dieser kann weitere Dipole induzieren. Je länger das Molekül, desto stärker sind die Kräfte Je weniger kugelig, desto stärker die Kräfte 5

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H | H H H 2-Methyl-Pentan -- | H-C-H I H H H- -C-H TH-C-C-H H H-Ć-Ć-Ć-Ć-Ć-H H H-C-H H H-CIC-H H-U-H 2,3-Di-Methyl-Butan Н n-Hexan I H н H-U-H E-C-H н H-C-C-C-C-H Isomere des Hexans Н H- ¹-C – Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ· E-CH Н н I н H T H I H-U-H A-U-A H H H I H н H I I Н I H H H H H-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-Ċ-H | I I H I H -H -C-H I H 3-Methyl-Pentan H- H I H-C-H H- 1-C-H I H н H-U-H H-C-H H н I H H-C-C-C-C-¹ | 2,2 Di-Methyl-Butan н I н H I I H Nomenglatur Unter Nomenklatur versteht man in der Chemie die möglichst systematische und international möglichst einheitliche Namensgebung für chemische Stoffe. Dabei gilt heute als wichtig, dass ein Verbindungsname eindeutig ist und nur zu einer einzigen Strukturformel führt. Wie man Alkane benennt: 1) Längste Kette der Kohlenstoffketten (Hauptkette) Ermitteln und benennen 2) Seitenketten Benennen und alphabetisch ordnen (Methan→ Methyl; Ethan→ Ethyl; Propan→Propyl) 3) Anzahl der gleichen Seitenketten Ermitteln (di-,tri-,tetra-) 4) Verknüpfungsstellen zwischen Haupt- und Seitenketten Ermitteln, dabei die Hauptkette so durchnummerieren, dass die Verknüpfungsstellen kleinstmögliche Zahlen erhalten. 3 Ottomotor Versuch Beobachtung: Glas beschlägt ● Deckel für nach oben mit leichtem Plopp Flammenfront/bläulich (gelblich wenn mehr Kohlenstoff) ● Weniger Tropfen heftigere Reaktion (4 Tropfen optimal) Zu viel Alkan, wenig O₂ → fettes Gemisch Zu wenig Alkan, viel O₂ → mageres Gemisch ● ● C7H16(g) + 11 O2(g) → 8H₂O(g) + 7CO2(g) Vier-Takt Motor 1. Ansaugen-Benzingemisch 2. Verdichten/Kompression 3. Zünden-Zündkerze, chemische Reaktion 4. 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Der Oktanzahlbedarf hängt dabei von den Betriebsbedingungen des Motors (Drehzahl, Temperatur, Brennraumgeometrie, Verdichtungs- verhältnis, Gemischzusammensetzung, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Zündzeitpunkt, Ablagerungen, etc.) ab. 4 Damit der Motor störungsfrei arbeitet, muss daher das Oktanzahlangebot des Kraftstoffes so hoch sein, dass der Oktanzahlbedarf des Motors auch bei den ungünstigen Betriebsbedingungen noch erfüllt wird beispielsweise kann der Oktanzahlbedarf eines Motors bei Vollgas um 10 Oktanzahlen höher liegen als im Leerlauf. Die Verwendung von oberhalb der Motorspezifikation liegenden Oktanzahlen bringt im Regelfall keine Vorteile. Oktanzahlen von Ottokraftstoffen Normal/Benzin Bleifrei Super/Bleifrei 95 (am stärksten: Kräfte zwischen lonen) ΔΕΝ > 1,7 Atombindung A EN< 1,7 Wasserstoffbrücken Klopffstigkeit Bei der Klopffestigkeit handelt es ich um die Eigenschaft des verwendeten Treibstoffes, wie Benzin oder Gas, in einem Ottomotor nicht unkontrolliert durch Selbstzündung zu verbrennen, sondern ausschließlich durch den Zündfunken, Einspritzung oder Kompression gesteuert. 91 ROZ Die Klopffestigkeit ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Kraftstoffen wie z. B. Benzin. Je höher die Klopffestigkeit, desto geringer die Neigung des Kraftstoffs, sich bei Verwendung in einem Hubkolbenmotor unkontrolliert selbst zu entzünden. Eine ausreichende Klopffestigkeit ist für den Motor sehr wichtig - eine noch höhere Klopffestigkeit dagegen nutzlos. Zwischenmolekülare Kräfte → Dipol-Dipol Kräfte 95 ROZ ■ Voraussetzungen: Wasserstoffatome Stark EN-Element mit mind. Einem freien Elektronenpaar ■ ■ 82,5 MOZ 1,7 > AEN > 0,4 H - Br → polare Atombindung 85 MOZ Van der Waals Kräfte ■ ΔΕΝ < 0,4 Kurzzeitig, unsymmetrische Elektronenverteilung verursacht einen kurzzeitigen Dipol. Dieser kann weitere Dipole induzieren. Je länger das Molekül, desto stärker sind die Kräfte Je weniger kugelig, desto stärker die Kräfte 5