Kohlenwasserstoffe und organische Chemie: Grundlagen

Dieses Modul bietet eine erste Einführung in die organische Chemie am Beispiel der Alkane und Alkanole — ein Themenfeld, das sich deutlich von der bisher behandelten anorganischen Chemie unterscheidet. Alkane sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen enthalten. Sie folgen der allgemeinen Summenformel CₙH₂ₙ₊₂ und bilden eine sogenannte homologe Reihe: Aufeinanderfolgende Glieder wie Methan (CH₄), Ethan, Propan und Butan (C₄H₁₀) unterscheiden sich jeweils um eine CH₂-Einheit und weisen dabei ähnliche chemische Eigenschaften auf. Die Aufgaben trainieren das Anwenden dieser Formel — etwa das Berechnen der Summenformel von Butan aus der Kohlenstoffzahl — sowie das Erkennen von Trends innerhalb der Reihe: Mit zunehmender Kettenlänge steigen Siedepunkt und Viskosität aufgrund stärkerer Van-der-Waals-Kräfte, weshalb kurzkettige Alkane wie Methan und Propan bei Raumtemperatur gasförmig, längerkettige dagegen flüssig oder fest sind. Ein zweiter Schwerpunkt liegt auf den Alkanolen (Alkoholen), die sich durch die charakteristische Hydroxylgruppe (–OH) von den Alkanen unterscheiden — am Beispiel von Ethanol werden Eigenschaften wie vollständige Mischbarkeit mit Wasser, Brennbarkeit und ein im Vergleich zu Wasser niedrigerer Siedepunkt behandelt. Abschließend wird die vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser thematisiert, die den Bogen zur Einheit über Reaktionsgleichungen schließt.

• Die allgemeine Summenformel der Alkane (CₙH₂ₙ₊₂) auf konkrete Beispiele anwenden
• Den Begriff homologe Reihe definieren und anhand von Methan bis Butan erklären
• Den Zusammenhang zwischen Kettenlänge und Siedepunkt/Viskosität bei Alkanen beschreiben
• Alkanole anhand ihrer funktionellen Hydroxylgruppe von Alkanen unterscheiden
• Die Produkte der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen benennen

Die allgemeine Summenformel für Alkane lautet CₙH₂ₙ₊₂. Ethanol ist mischbar mit Wasser, brennbar und hat einen Siedepunkt von ca. 78 °C — niedriger als der von Wasser.