Kohlenwasserstoffe

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Chemische Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen bilden die große Gruppe der Kohlenwasserstoffe (KW). Zu dieser Gruppe gehören ca. 2,5 Millionen bekannte Verbindungen. Sie sind in der Kohlenstoffchemie – der organischen Chemie – beheimatet, die von Antoine Laurent de Lavoisier  erstmals beschrieben und von Justus von Liebig und Friedrich Wöhler begründet wurde.

Die große Vielfalt der Kohlenstoffchemie beruht auf der 4-Bindigkeit des Kohlenstoffs. Kohlenstoff kann mit 4 weiteren Atomen eine Verbindung eingehen.

Er bildet ketten- und ringförmige und auch kombinierte Moleküle aus.

Hier das Modell von Methan \( CH_4 \) dem einfachsten Kohlenwasserstoff. Seine Moleküle bestehen nur aus einem Kohlenstoffatom, an das 4 Wasserstoffatome gebunden sind.

Kettenförmige Moleküle kommen beispielsweise im Erdöl vor und können dort über 80 Kohlenstoffatome in einer Reihe aufweisen. Die Bindungswinkel aus dem Methan bleiben erhalten, so entstehen diese seltsamen Kohlenstoffskelette.

Dieser Stoff heißt Tetradekan und gehört zu den höheren Alkanen.

Ringförmige Strukturen findet man natürlich im Erdöl, aber auch in Alltagschemikalien wie Traubenzucker oder unserem Haushaltszucker sind so komplexe Moleküle zu finden.


Das ist das Molekül des Traubenzuckers ( \( C_6 H_{12} O_6 ) \). Die roten Kugeln stellen die Sauerstoffatome dar.
Die Besonderheit ist das Sauerstoffatom als Teil des Kohlenstoffringes.

Die Modelle kann man bei www.molview.org erstellen.

Alle Tiere und Pflanzen bilden solche Stoffe, die wir als Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Aromastoffe, Düfte oder Enzyme kennen. In der Erdkruste finden wir Erdöl und Erdgas die „fossilen Kohlenwasserstoffe“. Das sind Stoffgemische aus vielen Kohlenwasserstoffen, deren Bestandteile wir zum Beispiel als Benzin oder Diesel nutzen. Aber auch Medikamente, Kunststoffe und viele weitere Produkte werden aus dem „flüssigen Gold“ -wie das Erdöl genannt wird- hergestellt.

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Neutralisation

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Hier wird Natronlauge (NaOH) in Wasser gegeben. Dazu kommt dann Salzsäure(HCl). Die Ionen verteilen sich im Wasser und beginnen sich umzulagern. Es entsteht aus den Ionen der Base \( (OH^-) \)und den Ionen der Säure\( (H^+) \)… nur Wasser.

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Die allgemeine Gleichung der Neutralisation lautet:

\( Säure + Base –> Salz + Wasser \)

Die Simulation findet man bei www.javalab.org
Hier Klicken!

Anwendung der Neutralisation:

Unser Abwasser enthält unter den vielen störenden Inhaltsstoffen auch Säuren oder Basen, die es verunreinigen.
Um diese Bestandteile unschädlich zu machen, muss der pH-Wert verändert werden. Dies geschieht in Neutralisationsbecken im Klärwerk. Dort wird der pH-Wert elektronisch bestimmt und danach das jeweilige Gegenmittel zur Erreichung eines pH-Wertes von 6,8 zugegeben.

In Aquarien leben Tiere und Pflanzen in einer künstlichen Umgebung. Hier muss von Zeit zu Zeit nachgeholfen werden, das Gleichgewicht zu schaffen und schädliche Ansammlungen von Stoffen (Säuren) zu beseitigen. Nahrungsreste, abgestorbene Pflanzenteile und Exkremente der Fische sind hier zu nennen. Fische brauchen ein sauberes Wasser. Mittel, die den pH-Wert heben oder senken helfen dem Aquarianer.

Sodbrennen

Sodbrennen ist ein Schmerz, der durch aufsteigende, ätzende Magensäure vom Magen in die Speiseröhre verursacht wird. Das wird auch durch übermäßiges, fett- oder zuckerreiches Essen verursacht.
Bekämpft wird der Schmerz mit einem Mittel, welches Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid enthält. Diese Stoffe neutralisieren die Magensäure.

Kalken

Pflanzen verbrauchen die Mineralien im Boden und produzieren wie andere Bodenlebewesen bei ihrem Zerfall Säuren, die der Bodenqualität schaden. Also muss von Zeit zu Zeit die Bodenqualität durch Düngung - also Mineraliengabe- und durch Korrektur des pH-Wertes des Bodens verbessert werden. Kalk (Calciumhydroxid) wird hier großflächig aufgebracht. Auch Teiche und Rasenstücke werden so behandelt.

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Arbeitsblätter zur Neutralisation:

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Natriumhydoxid – Natronlauge

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Hydroxide sind meist wasserlösliche Feststoffe, die Basen genannt werden.
Löst man die Hydroxide in Wasser, so entstehen Laugen dieser Feststoffe.
Merke:

Diese Stoffe sind meist ätzend und färben den Indikator UNITEST blau bis violett.
Man sagt, diese Stoffe reagieren „alkalisch“/basisch. Für Basen gilt die Verdünnungsregel, da das Lösen meist stark exotherm verläuft!

„Erst das Wasser, dann die Lauge, sonst hast Du das Zeug im Auge!“
(Hier leicht abgewandelt.)

Natriumhydroxid (NaOH)

Kristall von NaOH

Die wichtigste Base mit einer jährlichen Produktion von 60.000.000 Tonnen ist Natriumhydroxid, ein Grundstoff der chemischen Industrie. Natronlauge ist die in Wasser gelöste Form des Natriumhydroxids, sie wird auch Ätznatron genannt.

Andere Namen dieser Substanz sind Ätznatron oder kaustisches Soda.
Natriumhydroxid ist geruchlos(Vorsicht!) , fest, weiß und stark hygroskopisch (wasserziehend). Die Löslichkeit von NaOH beträgt 1090g pro Liter
Wasser bei 20°C. Achtung! Natriumhydroxid löst sich stark exotherm
in Wasser.

Die Herstellung von Seife ist ebenso wie die Papierherstellung fest an die zerstörende Wirkung von Natronlauge gebunden. Rohrreiniger enthalten ebenfalls einen großen Anteil NaOH. In der Lebensmittelindustrie wird es als Reinigungsmittel für Behälter und Tanks verwendet, da es keimtötend ist. Schälmaschinen für Obst und Gemüse arbeiten mit der gewebsverflüssigenden, ätzenden Substanz. Auch die Färbung von Textilien und das Abbeizen von Holz wird mit Natronlauge durchgeführt. Dem Laugengebäck verleiht die Natronlauge seine typische braune Färbung und den seifigen Geschmack. Keine Angst! Die Natronlauge wird beim Backprozess durch ihre Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zerstört und damit ungefährlich.

Natronlauge ist ätzend! (Sie zerstört Haut, Haare und menschliches Gewebe.)

Warum man Natronlauge nicht mit Aluminium zusammenbringen sollte:

Video Basen von „Musste wissen“

Video „Brezeln backen“

Video Abbeizen

Video „Jeans färben“

Video Seifenherstellung 1 (Die Base nicht mit Aluminium oder Holz einrühren)

Video Seifenherstellung 2

Mandarinen schälen mit Lauge

Mandarinen schälen (Hier alternativ mit Salzsäure)

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Ionenbildung

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Nur wenige Elemente (Atomarten) stellen die stabilsten Zustände dar, die Edelgase. Die Edelgase sind reaktionsträge und wir finden sie nicht in Verbindungen vor. Alle anderen Elemente sind bereit, bei kleinster Beeinflussung in diese sogenannten „Edelgaszustände“ überzugehen.

Alle Atome streben nach dem Zustand, eine voll besetzten Außenschale zu besitzen.

Die Elemente bilden ihre Ionen durch die Aufnahme fremder Elektronen in ihre Außenschale oder die Abgabe von eigenen Elektronen aus ihrer Außenschale.

Beispiel: Natrium (Element 11, 1. Hauptgruppe im PSE)

\( Na \rightarrow Na^+ + e^- \)

Das Natriumatom hat ein Außenelektron. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder 7 Elektronen aufnehmen oder aber sein einziges Außenelektron abgeben. Der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) wird häufiger gegangen und so neigt das Natriumatom zur Elektronenabgabe. Auch im Kochsalz liegt es in seiner Ionenform \( (Na^+) \) vor.

Beispiel: Fluor (Element 9, 7. Hauptgruppe im PSE)

\( F + e^- \rightarrow F^- \)

Das Fluoratom hat 7 Außenelektronen. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder die 7 Elektronen abgeben oder aber ein einziges Außenelektron aufnehmen. Auch hier wird der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) eingeschlagen und so findet man bevorzugt das Fluoridion \( (F^-) \) in der Natur.
(Sauerstofffreie Nichtmetallionen bekommen alle die Endung „id“ angehangen. Mit steigendem Sauerstoffgehalt eines Ions ändern sich die Endungen systematisch.)

Allgemein kann man feststellen, dass die Elemente mit wenig Außenelektronen dazu neigen, ihre Außenelektronen abzugeben. Elemente bei denen die Außenschale zu mehr als der Hälfte gefüllt ist, nehmen bevorzugt Elektronen auf.

Hauptgruppen 1 bis 3 … Elektronenabgabe
Hauptgruppen 5 bis 7 … Elektronenaufnahme


Die Elemente der 4. Hauptgruppe gehen beide Wege, je nachdem welcher Reaktionspartner zur Verfügung steht.

Die Edelgase (8. Hauptgruppe) bilden keine Ionen auf natürliche Weise!

Zum Vergrößern anklicken!
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