Aufbau von Kohlenwasserstoffen

Hallo! Heute lernst du die Kohlenwasserstoffe kennen. Diese findest du fast überall. Sie kommen in großer Zahl im Erdöl vor und man gewinnt sie durch fraktionierte Erdöldestillation. Auch findest du Kohlenwasserstoffe im Erdgas und in Kohle. Interessant ist auch, dass sie als Stoffwechsleprodukte von Mikroorganismen entstehen können.

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Kohlenwasserstoffe haben außerdem eine große Bedeutung bei der Herstellung von Kunststoffen. Als erstes lernst du Alkane, Alkene und Alkine kennen und danach welche strukturellen Unterschiede es gibt. Wie du vielleicht aus dem Namen ableiten kannst, bestehen Kohlenwasserstoffe aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen. Wir beginnen mit den einfachsten Kohlenwasserstoffen, den Alkanen.

Merke dir bitte, dass ein Kohlenstoffatom in der Lage ist vier Bindungen auszubilden. Dies ist wichtig, wenn du den Aufbau der Kohlenwasserstoffe verstehen möchtest. Wir betrachten hier das einfachste Beispiel für ein Kohlenwasserstoffmolekül, das Methan-Molekül.

Das Methan-Molekül

Hier bildet der Kohlenstoff vier Einfachbindungen zu jeweils vier Wasserstoffatomen aus. Die Bindungen sollen anhand der Elektronenformel erklärt werden. Der Kohlenstoff steht in der 4. Hauptgruppe und besitzt somit 4 Valenzelektronen. Der Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe und besitzt somit ein Valenzelektron. Nun kommen die Bindungen zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff zwischen je einem Elektron des Kohlenstoffs und einem Elektron des Wasserstoffs zustande.

Verbindest du nun die Elektronen miteinander, erhältst du für das Methan-Molekül folgende Strukturformel. Du siehst also, dass der Kohlenstoff vier Einfachbindungen zum Wasserstoff ausgebildet hat. Kommen wir nun zum nächst längeren Kohlenwasserstoff, dem Ethan. Hier siehst du, dass zwei Kohlenstoffatome miteinander verknüpft und von Wasserstoffatomen umgeben sind. Hier ist es auch wieder wichtig zu beachten, dass der Kohlenstoff vier Bindungen ausbildet.

Das Propanmolekül

Nun ein weiteres Beispiel, das Propanmolekül. Hier hast du wieder ein weiteres Kohlenstoffatom im Molekül, welches von Wasserstoffen umgeben ist. Und auch hier bildet der Kohlenstoff wieder vier Bindungen zu den benachbarten Atomen aus. Du hast sicher bemerkt, dass sich zwischen den Kohlenstoffatomen immer Einfachbindungen befinden.

Die Alkane

Merke: Kohlenwasserstoffmoleküle, bei denen sich zwischen den Kohlenstoffatomen Einfachbindungen befinden, nennt man Alkane. Die Moleküle, die du bisher kennengelernt hast, gehören also zu der Stoffgruppe der Alkane. Wie du sicher erkannt hast, werden die Moleküle immer um ein weiteres Kohlenstoffatom erweitert. So bekommst du ein neues Molekül mit einer anderen Struktur und anderen Eigenschaften.

An dieser Stelle lernst du die homologe Reihe der Alkane kennen. Wenn du nun die Moleküle um ein Kohlenstoffatom erweiterst, erhältst du immer längere Kohlenstoffketten. Diese entstehende Reihe von Molekülen nennt man homologe Reihe der Alkane. Homolog bedeutet so viel wie gleichartig.

Die Vorsilben stehen dabei für die Anzahl der Kohlenstoffatome. Meth- bedeutet ein Kohlenstoffatom, Eth- zwei Kohlenstoffatome, Prop-steht für drei, But-für vier, Pent- für fünf, Hex- für sechs, Hept für sieben, Oct- für acht, Non-für neun und Dec- für zehn Kohlenstoffatome. Als nächstes wollen wir uns mit der Stoffklasse der Alkene beschäftigen.

Die Alkene

Als erstes schauen wir uns das Ethen-Molekül an. Hier sind die Kohlenstoffatome durch Doppelbindungen miteinander verbunden. Da du auch hier wieder darauf achten musst, dass der Kohlenstoff vier Bindungen eingeht und zwei Bindungen zur Ausbildung der Doppelbindungen benötigt werden, sind an jedes Kohlenstoffatom nur zwei Wasserstoffatome gebunden.

Du hast sicher bemerkt, dass du hier eine andere Endung hast. Während die Alkane in der Nomenklatur die Endung -an bekommen, haben die Alkene die Endung -en. So ist das einfachste Alken das Ethen-Molekül. Du benötigst ja mindestens zwei Kohlenstoffatome zur Ausbildung einer Doppelbindung.

Die Alkine

Ein weiteres Beispiel ist das Propen-Molekül. Hier siehst du wieder die Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Die Endung -en steht hier wieder für die Doppelbindung im Molekül. Als letztes werden wir uns mit der Stoffklasse der Alkine beschäftigen. Die Alkine sind Verbindungen mit Dreifachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen. Hier musst du auch wieder auf die Endung im Namen des Moleküls achten. Die Endung -in deutet also immer auf eine Dreifachbindung im Molekül hin.

Hier siehst du das einfachste Beispiel eines Alkins, das Ethin-Molekül. Das Kohlenstoffatom bildet wieder vier Bindungen aus und daher befindet sich nur jeweils ein Wasserstoffatom an jedem Kohlenstoffatom. Wir wollen nun das gelernte kurz an Beispielen wiederholen.

Beispiel 1

Das erste Beispiel: Du hast ein Kohlenwasserstoffmolekül mit 4 Kohlenstoffatomen und einer Doppelbindung. Du suchst dir also die richtige Vorsilbe für vier heraus - But. Anschließend überlegst du dir welche Silbe eine Doppelbindung anzeigt… Richtig, -en. Nun setzt du zusammen:Buten

Beispiel 2

Ein zweites Beispiel: Du möchtest die Struktur zu Propin zeichnen. Als erstes überlegst du dir also wie viele Kohlenstoffatome dieses Molekül hat. Die Vorsilbe Prop- verrät dir, dass es 3 sind. Was zeigt nun die Silbe -in an? Genau, dass ich eine Dreifachbindung im Molekül habe.

Zusammenfassung

Du hast heute also gelernt, was Kohlenwasserstoffe sind und wie sie aufgebaut sind. Das Wichtigste ist hierbei die homologe Reihe der Alkane mit der du den Stamm des Namens des jeweiligen Kohlenwasserstoffmoleküls bestimmen kannst. Auch weißt du nun, dass du je nach Anzahl der Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen die Endung festlegen musst. Das bedeutet, dass ein Molekül mit einer Einfachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen ein Alkan ist, ein Molekül mit einer Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen ein Alken und ein Molekül mit einer Dreifachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen ein Alkin ist. Tschüß und bis bald!