Kohlenwasserstoffe: Grundlagen und Strukturen

Dieser Abschnitt bietet eine grundlegende Einführung in die Struktur und Eigenschaften verschiedener Kohlenwasserstoffe. Alkane, Alkene und Alkine werden detailliert beschrieben, wobei auf ihre charakteristischen Merkmale wie Bindungswinkel und molekulare Strukturen eingegangen wird. Die Konzepte der homologen Reihe und der Konstitutionsisomerie werden eingeführt, um die Vielfalt der Kohlenwasserstoffe zu verdeutlichen.

Definition: Konstitutionsisomere sind Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur, was zu unterschiedlichen Eigenschaften führt.

Example: n-Butan (C₄H₁₀) hat einen Schmelzpunkt von -135°C und einen Siedepunkt von -0,5°C, während 2-Methylpropan (C₄H₁₀) einen Schmelzpunkt von -145°C und einen Siedepunkt von -11,5°C aufweist.

Highlight: Die cis-trans-Isomerie tritt nur bei Alkenen auf, da Doppelbindungen nicht drehbar sind. Dies wird am Beispiel von 1,2-Dibromethen veranschaulicht.

Nomenklatur der Kohlenwasserstoffe

Die Nomenklatur der Kohlenwasserstoffe folgt spezifischen Regeln, die in diesem Abschnitt detailliert erläutert werden. Es wird ein schrittweiser Ansatz zur Benennung komplexer Moleküle vorgestellt, der die Identifizierung der längsten Kette, die Nummerierung der Kohlenstoffatome und die Benennung von Substituenten umfasst.

Vocabulary: Substituenten sind Atome oder Atomgruppen, die in einem Molekül Wasserstoffatome ersetzen.

Der Prozess der Nomenklatur wird anhand eines komplexen Beispiels veranschaulicht: 2,3-Dibrom-5,6-Dichlor-4,7-Diethyl-8-methyl-Non-2,7-dien. Dieses Beispiel demonstriert die Anwendung aller Nomenklaturregeln, einschließlich der Priorisierung von Doppelbindungen und der alphabetischen Sortierung von Substituenten.

Highlight: Bei der Nomenklatur hat die Doppelbindung immer Vorrang bei der Nummerierung der Kohlenstoffatome.

Van-der-Waals-Kräfte und ihre Auswirkungen

Dieser Abschnitt befasst sich mit den Van-der-Waals-Kräften und ihrem Einfluss auf Alkaneigenschaften. Es wird erklärt, wie diese schwachen intermolekularen Kräfte durch temporäre Dipole entstehen und welche Auswirkungen sie auf physikalische Eigenschaften wie Schmelz- und Siedetemperaturen haben.

Definition: Van-der-Waals-Kräfte sind schwache, nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen, die durch temporäre Dipole entstehen.

Der Text erläutert, dass die Stärke der Van-der-Waals-Kräfte mit zunehmender Molekülmasse steigt, was zu höheren Schmelz- und Siedetemperaturen führt. Gleichzeitig wird darauf hingewiesen, dass verzweigtere Moleküle aufgrund ihrer geringeren Oberfläche schwächere Van-der-Waals-Kräfte aufweisen.

Highlight: Bei gleicher Kohlenstoffanzahl haben Alkane einen höheren Siedepunkt als Alkene, da sie zwei Wasserstoffatome mehr besitzen.

Der Abschnitt schließt mit einer Erklärung zur Löslichkeit von Alkanen. Es wird betont, dass Alkane aufgrund ihres unpolaren Charakters hydrophob (wasserabstoßend) sind, aber lipophil (fettliebend) und daher gut in unpolaren Lösungsmitteln löslich sind.

Verbrennungsreaktionen und Oxidationszahlen

Dieser Abschnitt behandelt die Verbrennungsreaktionen von Alkanen mit Sauerstoff und führt das Konzept der Oxidationszahlen ein. Die Verbrennungsreaktion wird am Beispiel von Methan dargestellt, wobei die Produkte Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen.

Definition: Oxidationszahlen sind fiktive Ladungszahlen, die Atomen in Verbindungen zugeordnet werden, um Redoxreaktionen zu beschreiben.

Es werden detaillierte Regeln zur Bestimmung von Oxidationszahlen präsentiert, einschließlich Sonderfälle für Metalle, Fluor, Wasserstoff, Sauerstoff und Halogene. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die Behandlung von Anionen und Kationen gelegt.

Highlight: Bei der Bestimmung von Oxidationszahlen dominiert die höhere Regel, wenn mehrere Regeln anwendbar sind.