Chemie · Klasse 10–11 · aktualisiert
Kohlenwasserstoffe: Stoffklassen einfach erkennen
Kohlenwasserstoffe nach Elementen, Gerüst und Bindungen einordnen und Formeln richtig deuten.
0 von 9 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Kohlenwasserstoffe enthalten nur Kohlenstoff und Wasserstoff. Ihre C-Atome können Ketten, Verzweigungen oder Ringe bilden. Bindungen und Gerüst entscheiden mit über die Stoffklasse; die Summenformel allein reicht oft nicht.
Kohlenwasserstoffe bestehen ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Du ordnest sie vor allem danach, ob ihr Kohlenstoffgerüst Ketten, Verzweigungen oder Ringe bildet und ob Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen vorkommen.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Methan mit der Summenformel \ce{CH4} ist ein Kohlenwasserstoff. Kohlenstoffdioxid ist dagegen keiner: Seine Formel \ce{CO2} enthält Sauerstoff und keinen Wasserstoff. Kohlenstoffatome können sich zu Ketten, verzweigten Gerüsten und Ringen verbinden. Diese Fähigkeit ermöglicht sehr viele unterschiedliche Molekülstrukturen. Der Bindungstyp zwischen den Kohlenstoffatomen liefert die wichtigste Entscheidungshilfe. Bei gesättigten Kohlenwasserstoffen gibt es zwischen C-Atomen keine Mehrfachbindung. Die übrigen Bindungsmöglichkeiten der Kohlenstoffatome sind mit Wasserstoff besetzt. Alkane und Cycloalkane sind gesättigt. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten mindestens eine C=C-Doppelbindung oder C≡C-Dreifachbindung. Dazu gehören Alkene und Alkine. Methan hat nur ein C-Atom und deshalb keine C–C-Bindung. Bei Benzol sind Elektronen über mehrere C-Atome des Rings verteilt; das heißt delokalisiert.
Definition
Kohlenwasserstoff
Ein Kohlenwasserstoff ist eine Verbindung, deren Moleküle ausschließlich aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen bestehen.
Merke: „Organisch“ bedeutet nicht automatisch „natürlich“, „gesund“ oder „biologisch abbaubar“. Entscheidend ist die chemische Struktur.
| Stoffklasse | Strukturmerkmal | Einfacher Vertreter |
|---|---|---|
| Alkane | offenkettig, keine C–C-Mehrfachbindung | Methan, \ce{CH4} |
| Alkene | mindestens eine C=C-Doppelbindung | Ethen, \ce{C2H4} |
| Alkine | mindestens eine C≡C-Dreifachbindung | Ethin, \ce{C2H2} |
| Aromaten | ringförmiges, delokalisiertes Elektronensystem | Benzol, \ce{C6H6} |
Teste dich
In den folgenden Reihenformeln ist n die Zahl der C-Atome. Die Strukturbedingung in der Tabelle gehört zur Formel. Ein gesättigter Ring und ein offenkettiges Alken mit genau einer Doppelbindung können beide \ce{C_{n}H_{2n}} besitzen. Darum zeigt die Summenformel allein die Stoffklasse nicht; prüfe auch die Struktur.
| Stoffreihe | Bedingung | Allgemeine Summenformel |
|---|---|---|
| Alkane | offenkettig | \ce{C_{n}H_{2n+2}} |
| Cycloalkane | ein gesättigter Ring | \ce{C_{n}H_{2n}} |
| Alkene | offenkettig, genau eine Doppelbindung | \ce{C_{n}H_{2n}} |
| Alkine | offenkettig, genau eine Dreifachbindung | \ce{C_{n}H_{2n-2}} |
Beispiel: Ein Ring und eine Kette mit C₄H₈
- 1Cyclobutan besteht aus einem gesättigten Ring mit vier C-Atomen.
- 2But-1-en hat eine offenkettige Kette mit einer Doppelbindung.
- 3Beide besitzen C₄H₈. Die Strukturformel unterscheidet sie.
Teste dich
Zwei Moleküle können dieselbe Summenformel und dennoch eine andere Verknüpfung ihrer Atome haben. Das sind Strukturisomere. Butan ist das kleinste Alkan mit einer unverzweigten und einer verzweigten Struktur. Hier vergleichen wir unverzweigtes Hexan und 2-Methylpentan: Beide haben C₆H₁₄. Beim zweiten Molekül zweigt eine Methylgruppe von der Hauptkette ab. Trotz gleicher Formel können die Stoffe unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
Definition
Strukturisomere
Strukturisomere (auch Konstitutionsisomere genannt) besitzen dieselbe Summenformel, aber ihre Atome sind unterschiedlich miteinander verknüpft.
Beispiel: Zwei Gerüste für C₆H₁₄
- 1Hexan: CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–CH3.
- 22-Methylpentan: CH3–CH(CH3)–CH2–CH2–CH3.
- 3Beide haben sechs C- und vierzehn H-Atome, aber andere C-Verknüpfungen.
Teste dich
Viele einfache Kohlenwasserstoffe sind überwiegend unpolar. Zwischen ihren Molekülen wirken Van-der-Waals-Wechselwirkungen. Mit wachsender Kohlenstoffkette werden diese Wechselwirkungen im Allgemeinen stärker; dadurch steigen in einer Stoffreihe meist auch Schmelz- und Siedetemperaturen.
Viele Kohlenwasserstoffe lösen sich nur sehr wenig in Wasser, aber gut in vielen organischen Lösungsmitteln. Sie werden deshalb als lipophil, also fettliebend, bezeichnet.
Gasförmige und leicht verdampfende Kohlenwasserstoffe können sich leicht entzünden. Bei ihrer Verbrennung wird viel Energie frei. Das macht sie als Brennstoffe nützlich, verlangt aber besondere Vorsicht bei Lagerung und Transport.
Der Bindungstyp beeinflusst außerdem die Reaktivität: Alkane sind vergleichsweise reaktionsträge. Typische Reaktionen sind Verbrennung und radikalische Substitution, bei der ein Wasserstoffatom ersetzt wird. Ein Radikal ist ein Teilchen mit einem ungepaarten Elektron. Alkene und Alkine reagieren leichter an ihren Mehrfachbindungen. Dabei können sich Atome oder Atomgruppen anlagern; diese Reaktionsart heißt Addition. Aromaten wie Benzol reagieren typischerweise durch elektrophile Substitution. Dabei ersetzt ein Teilchen, das ein Elektronenpaar aufnimmt, ein H-Atom am Ring.
Merke: Mehrfachbindungen sind wichtige Reaktionsstellen: Alkene und Alkine gehen deshalb leichter Anlagerungsreaktionen ein als Alkane.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Kohlenwasserstoffe
Elemente
Kohlenwasserstoffe enthalten nur C und H
Gerüst
Ketten, Verzweigungen oder Ringe
Klassen
Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindung
Reihenformeln
nur mit genannter Strukturbedingung anwenden
Isomere
gleiche Summenformel, verschiedene Verknüpfung
Reaktionen
Mehrfachbindungen erlauben Additionen
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Formel und Struktur zusammen prüfen
- 1Ein Molekül hat die Summenformel C₄H₈. Es enthält nur C und H und ist damit ein Kohlenwasserstoff.
- 2Eine Struktur mit einem gesättigten Viererring wäre Cyclobutan.
- 3Eine offenkettige Struktur mit einer C=C-Bindung könnte But-1-en sein. Die Formel allein entscheidet nicht.
Fehler finden
Reicht die Summenformel zur Zuordnung? In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile ist falsch: Auch Cyclopropan hat C₃H₆; erst die Struktur entscheidet zwischen Ring und Doppelbindung.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Ein offenkettiges Molekül mit ausschließlich C–C-Einfachbindungen gehört zu den . Eine C=C-Doppelbindung kennzeichnet ein . Eine C≡C-Dreifachbindung kennzeichnet ein .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback