Ob Feuerzeuggas oder Bunsenbrenner, ständig werden Alkane verbrannt, um Energie zu erzeugen. Das ist ja nichts anderes als die Reaktion der Alkane mit Sauerstoff aus der Luft. Aber man kann die Alkane nicht nur verbrennen, die können auch noch anders reagieren.
Jetzt beschäftigen wir uns erstmal mit den wichtigsten Reaktionen der Alkane. Beginnen wir aber mit der Reaktion der Alkane mit Sauerstoff. Dabei hängt es zunächst mal davon ab, ob eine vollständige Verbrennung vorliegt oder nicht.
Bei viel Sauerstoff kommt es zur vollständigen Verbrennung. Dabei gilt für die einzelnen Alkane, Alkanen, plus der Sauerstoff aus der Luft reagieren zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Also am einfachsten Beispiel Methan plus Sauerstoff wird zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Nach dem Ausgleichen auf beiden Seiten erhalten wir folgende Formel. plus 2O2 wird zu CO2 plus 2H2O. Die Formel für die vollständige Verbrennung von Alkanen kann auch ganz allgemein angegeben werden.
Mit der allgemeinen Formel der Alkane, also eines gesättigten Kohlenwasserstoffes mit N Kohlenstoffatomen. CnH2n plus 2. Daraus entstehen dann natürlich NCO2 und N plus 1 Wassermoleküle. Dafür benötigt man jedoch auch NO2 Moleküle für die Bildung von CO2. Zusätzlich natürlich noch N plus 1 einzelnen Sauerstoff für die Bildung von A2O.
Also hierfür N plus 1 durch 2 O2 Teilchen. Damit brauchen wir insgesamt N plus N plus 1 durch zwei Teilchen O2. Oder etwas vereinfacht, 1,5 mal N plus 1,5 O2 Moleküle. Somit lautet die ganz allgemeine Formel für die vollständige Verbrennung. CnH2N plus 2 plus 1,5N plus 0,5O2 wird zu NCO2 plus M plus 1 H2O Die unvollständige Verbrennung eines Alkans ist nicht so leicht anzugeben, da man hier mehrere Reaktionen hat, die meist alle ablaufen.
Hier kann Kohlenstoffmonoxid, aber auch Ruß entstehen. Ruß ist ja nichts Schlimmes, aber bei... kohlenstoffmonoxid muss man aufpassen das ist giftig was genau passiert hängt eben von der sauerstoffzufuhr für die verbrennung ab deshalb wird hier nur eine reaktion als beispiel gezeigt es gibt aber eigentlich mehr das alkan sagen wir propan also C3H8 reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenstoffmonoxid und Wasser.
Also C3H8 plus O2 wird zu CO und H2O. Jetzt müssen wir das Ganze noch ausgleichen. Da wir drei Kohlenstoffatome haben, müssen auch drei Teilen Kohlenstoffmonoxid entstehen.
Mit unseren acht Wasserstoffatomen erhalten wir zusätzlich vier Äquivalente H2O. Damit brauchen wir insgesamt drei halbe plus vier halbe wird zu 3,5 Äquivalente. Wenn man eine bessere Gleichung ohne Brüche halten will, kann man jetzt alle Zahlen mit 2 durchmultiplizieren.
Man erhält 2 Propan plus 7 Sauerstoff wird zu 6 CO plus 8 H2O. Ihr könnt ja selbst ausprobieren, wie viele Sauerstoffmoleküle gebraucht werden, wenn ein Äquivalent Heptan zu Kohlenstoffmonoxid und Wasser verbrannt wird. Mal schauen, ob ihr es rausbekommt.
Jetzt kommen wir aber zu einer der wichtigsten Reaktionen der Alkane. Zur Reaktion mit Halogenen, also Elementen der siebten Hauptgruppe, zu Halogenalkan. Hierbei spricht man auch von einer radikalischen Substitution, da ein Wasserstoff durch ein Halogen ersetzt wird und bei der Reaktion freie Radikale entstehen.
Die Reaktion ist eine Kettenreaktion und ist in drei Teile aufgeteilt. Eine Startreaktion, dann eine Kettenreaktion, die zigmal passiert und zum Schluss eine Abbruchreaktion. Wir schauen uns das am Beispiel von Brom und Heptan an.
Startreaktion bei einer Bromierung kann schon so einfach aussehen. Zuerst haben wir unser Brommolekül, dann kommt Licht drauf und spaltet das in zwei Bromradikale. Radikale macht Sinn, das Ganze heißt ja auch radikalische Substitution. Die Radikale erkennen wir, wenn wir die Brom-und Heptan-Reaktion ansehen. man immer gut an dem gezeichneten Punkt.
Das ist nicht aus Versehen ein Klecks auf dem Papier, sondern stellt das ungepaarte Außenelektron dar. In der Reaktionskette trifft das Radikal jetzt auf unser Heptan. Dabei schnappt sich das Bromradikal ein Wasserstoff.
Jetzt ist aber aus dem Heptan ein Radikal geworden, weil ja das Wasserstoff mit nur einem Elektron weg ist und die Bindung zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff aus einem Elektronpaar bestand. Darum haben wir jetzt am Heptan ein ungepaartes Elektron, also einen Punkt. Jetzt entfiehlt es sich um die Bindung zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff.
wir aber noch nicht da, wo wir hinwollen. Haben ja noch kein Bromheptan. Also gibt's hier noch ne Reaktion. Das eben entstandene Radikal reagiert jetzt mit nem neuen Brommolekül. Dadurch bekommt das frühere Heptan ein Brom zur Kette hinzu.
Zudem entsteht wieder ein Bromradikal. Bromradikal. Mit dem kann man die 2 Reaktionen erneut durchlaufen.
So lange bis entweder kein Brommolekül oder kein Hepthan mehr da ist. Oder aber so lange bis sich 2 Radikale treffen. Das geschieht dann in der Abbruchreaktion.
Hier treffen sich zum Beispiel 2 Bromradikale und werden wieder zu einem Brommolekül. Hier gibt es aber mehrere Möglichkeiten. Wichtig nur, 2 Radikale reagieren so, dass es kein Radikal mehr gibt.
So entsteht eben als Gesamtreaktion aus dem Brom und Hepthan, das das Bromheptan und Bromwasserstoff. Dass Bromwasserstoff entstanden ist, kann man durch einen sauren pH-Wert der Lösung später nachweisen. Falls euch der pH-Wert interessiert, schaut einfach mal das Video Säure-Base-Paare an. Wenn ihr die Lösung für die unvollständige Verbrennung von Heptan habt, dann postet die doch mal in die Comments.
Ansonsten viel Spaß Leute und bis dann. Ciao!