Die Homologe Reihe der Alkane: Eigenschaften und Verwendung

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johanna

11.2.2021

Chemie

homologe Reihe der Alkane

Fächer

Chemie

Kohlenhydrate und stereoisomerie

Isomerie bei monosacchariden

Kohlenhydrate als polyhydroxycarbonylverbindungen

Die Homologe Reihe der Alkane: Eigenschaften und Verwendung

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

Die homologe Reihe der Alkane bildet eine faszinierende Grundlage der organischen Chemie. Diese kettenförmigen gesättigten Kohlenwasserstoffe zeichnen sich durch Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen aus und folgen der allgemeinen Summenformel CₙH₂ₙ₊₂. Von Methan bis zu komplexeren Verbindungen unterscheiden sich aufeinanderfolgende Alkane jeweils durch eine CH₂-Gruppe. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften verändern sich systematisch mit zunehmender Kettenlänge, was sie für viele Anwendungen in Industrie und Alltag wertvoll macht. Alkane reagieren hauptsächlich durch Oxidation und Substitution und können bei gleicher Summenformel unterschiedliche Strukturen bilden.

11.2.2021

2509

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Homologe Reihe der Alkane

Die homologe Reihe der Alkane umfasst eine Gruppe ähnlicher organischer Verbindungen, die sich jeweils durch eine CH₂-Gruppe unterscheiden. Diese systematische Anordnung ermöglicht es uns, Eigenschaften und Reaktionen vorherzusagen.

Struktur und Nomenklatur der Alkane

Name	Summenformel	Vereinfachte Strukturformel
Methan	CH₄	CH₄
Ethan	C₂H₆	CH₃-CH₃
Propan	C₃H₈	CH₃-CH₂-CH₃
Butan	C₄H₁₀	CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Die Namensbildung der Alkane folgt einem klaren Schema:

Wortstamm: gibt die Anzahl der C-Atome an $z.B. Hex- für 6$
Endung: -an zeigt die Einfachbindungen zwischen den C-Atomen an

Wichtiger Begriff: Die allgemeine Summenformel der Alkane lautet CₙH₂ₙ₊₂, wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome angibt.

Merkmale der Alkane

Strukturmerkmale:

Kettenförmige gesättigte Kohlenwasserstoffe
Einfachbindungen zwischen den C-Atomen
Differenz einer CH₂-Gruppe in der homologen Reihe

Physikalisch-chemische Eigenschaften:

Dichte, Schmelz- und Siedetemperatur steigen mit zunehmender Kettenlänge
Aggregatzustand ändert sich von gasförmig über flüssig zu fest
Die Viskosität nimmt mit steigender Kettenlänge zu
Brennbarkeit nimmt mit zunehmender C-Kette ab
Löslichkeit in Wasser nimmt ab, in organischen Lösungsmitteln zu

Die Alkane Eigenschaften Tabelle zeigt deutlich, wie systematisch sich die Eigenschaften mit der Kettenlänge ändern, was für die Verwendung der Alkane in verschiedenen Bereichen entscheidend ist.

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Chemische Reaktionen der Alkane

Alkane können verschiedene chemische Reaktionen eingehen, wobei die wichtigsten die Oxidation und die Substitution sind. Diese Reaktionen sind grundlegend für das Verständnis der organischen Chemie.

Oxidation

Bei der Oxidation reagieren Alkane mit Sauerstoff:

Vollständige Oxidation: Beispiel: Propan + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O Diese Reaktion setzt Energie frei $exotherm$
Unvollständige Oxidation: Beispiel: C₃H₈ + O₂ → 3C + 4H₂O Entsteht bei Sauerstoffmangel

Wichtige Reaktion: Die Oxidation von Alkanen ist die Grundlage für deren Verwendung als Brennstoffe. Je länger die Kohlenstoffkette, desto höher der Energiegehalt.

Substitution

Bei der Substitution werden Wasserstoffatome durch andere Atome oder Atomgruppen ersetzt:

Beispiele mit Chlor:

Methan + Chlor → Monochlormethan + Chlorwasserstoff CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Die Reaktion kann fortschreiten: Monochlormethan + Chlor → Dichlormethan + Chlorwasserstoff CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl Dichlormethan + Chlor → Trichlormethan + Chlorwasserstoff CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl Trichlormethan + Chlor → Tetrachlormethan + Chlorwasserstoff CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Die Substitution funktioniert auch mit anderen Halogenen:

Propan + Brom → Monobrompropan + Bromwasserstoff C₃H₈ + Br₂ → C₃H₇Br + HBr
Pentan + Fluor → Monofluorpentan + Fluorwasserstoff C₅H₁₂ + F₂ → C₅H₁₁F + HF

Definition: Die Substitution ist eine chemische Reaktion, bei der zwischen den Molekülen der Ausgangsstoffe Atome oder Atomgruppen ausgetauscht werden. Sie ist charakteristisch für Alkane mit ihrer Strukturformel CₙH₂ₙ₊₂.

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Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

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Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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11. Feb. 2021

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Die Homologe Reihe der Alkane: Eigenschaften und Verwendung

johanna

@jojo.hlc5

HAVALONE DELLE unter einer Homologen Reihe versteht man,
HorroLive
Name
Methan
Ethan
Propan
Butan
Summen-
formel
сни
C₂H6
eine Gruppe von äh

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Homologe Reihe der Alkane

Struktur und Nomenklatur der Alkane

Name	Summenformel	Vereinfachte Strukturformel
Methan	CH₄	CH₄
Ethan	C₂H₆	CH₃-CH₃
Propan	C₃H₈	CH₃-CH₂-CH₃
Butan	C₄H₁₀	CH₃-CH₂-CH₂-CH₃

Die Namensbildung der Alkane folgt einem klaren Schema:

Wortstamm: gibt die Anzahl der C-Atome an $z.B. Hex- für 6$
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Merkmale der Alkane

Strukturmerkmale:

Kettenförmige gesättigte Kohlenwasserstoffe
Einfachbindungen zwischen den C-Atomen
Differenz einer CH₂-Gruppe in der homologen Reihe

Physikalisch-chemische Eigenschaften:

Dichte, Schmelz- und Siedetemperatur steigen mit zunehmender Kettenlänge
Aggregatzustand ändert sich von gasförmig über flüssig zu fest
Die Viskosität nimmt mit steigender Kettenlänge zu
Brennbarkeit nimmt mit zunehmender C-Kette ab
Löslichkeit in Wasser nimmt ab, in organischen Lösungsmitteln zu

Die Alkane Eigenschaften Tabelle zeigt deutlich, wie systematisch sich die Eigenschaften mit der Kettenlänge ändern, was für die Verwendung der Alkane in verschiedenen Bereichen entscheidend ist.

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Chemische Reaktionen der Alkane

Oxidation

Bei der Oxidation reagieren Alkane mit Sauerstoff:

Vollständige Oxidation: Beispiel: Propan + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O Diese Reaktion setzt Energie frei $exotherm$
Unvollständige Oxidation: Beispiel: C₃H₈ + O₂ → 3C + 4H₂O Entsteht bei Sauerstoffmangel

Wichtige Reaktion: Die Oxidation von Alkanen ist die Grundlage für deren Verwendung als Brennstoffe. Je länger die Kohlenstoffkette, desto höher der Energiegehalt.

Substitution

Bei der Substitution werden Wasserstoffatome durch andere Atome oder Atomgruppen ersetzt:

Beispiele mit Chlor:

Methan + Chlor → Monochlormethan + Chlorwasserstoff CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Die Reaktion kann fortschreiten: Monochlormethan + Chlor → Dichlormethan + Chlorwasserstoff CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl Dichlormethan + Chlor → Trichlormethan + Chlorwasserstoff CH₂Cl₂ + Cl₂ → CHCl₃ + HCl Trichlormethan + Chlor → Tetrachlormethan + Chlorwasserstoff CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄ + HCl

Die Substitution funktioniert auch mit anderen Halogenen:

Propan + Brom → Monobrompropan + Bromwasserstoff C₃H₈ + Br₂ → C₃H₇Br + HBr
Pentan + Fluor → Monofluorpentan + Fluorwasserstoff C₅H₁₂ + F₂ → C₅H₁₁F + HF

Definition: Die Substitution ist eine chemische Reaktion, bei der zwischen den Molekülen der Ausgangsstoffe Atome oder Atomgruppen ausgetauscht werden. Sie ist charakteristisch für Alkane mit ihrer Strukturformel CₙH₂ₙ₊₂.

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Methan und Isomerie der Alkane

Methan (CH₄)

Methan ist das einfachste Alkan und hat zahlreiche natürliche Vorkommen:

Hauptbestandteil von Erdgas, Grubengas und Sumpfgas
Bestandteil von Biogas
Entsteht durch Mikroorganismen auf Reisfeldern und im Pansen von Wiederkäuern
Kommt am Meeresboden als Methanhydrat vor

Physikalische Eigenschaften von Methan:

Farbloses, geruchloses Gas
Schwer wasserlöslich, gut löslich in organischen Lösungsmitteln
Brennbar $blaue Flamme$
Bildet mit Luft explosive Gemische
Dichte: 0,72 g·l⁻¹ $bei 25°C und 101,3 kPa$
Schmelztemperatur: -182,5 °C
Siedetemperatur: -161,5 °C

Anwendungsbeispiel: Methan steht am Anfang der homologen Reihe der Alkane und ist ein wichtiger Energieträger. Seine Siedetemperatur von -161,5°C ist typisch für die niedrigen Siedepunkte kurzkettiger Alkane.

Chemische Reaktionen von Methan:

Substitution: CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr
Vollständige Oxidation: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O $ΔE = -888 kJ·mol⁻¹$
Unvollständige Oxidation: CH₄ + O₂ → C + H₂O

Isomerie der Alkane

Ab einer Kettenlänge von vier Kohlenstoffatomen können Alkane Isomere bilden:

Beispiel: C₄H₁₀

n-Butan $unverzweigte C-Kette$ : Strukturformel: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ Schmelztemperatur: -138,3 °C Siedetemperatur: -0,5 °C
2-Methylpropan/Isobutan $verzweigte C-Kette$ : Strukturformel: CH₃-CH $CH₃$ -CH₃ Schmelztemperatur: -159,6 °C Siedetemperatur: -11,7 °C

Beide Verbindungen:

Haben die gleiche Summenformel $C₄H₁₀$
Entsprechen der allgemeinen Formel CₙH₂ₙ₊₂
Haben unterschiedliche Molekülstrukturen
Weisen unterschiedliche Eigenschaften auf

Schlüsselkonzept: Isomerie bezeichnet das Phänomen, dass Verbindungen mit gleicher Summenformel unterschiedliche Strukturformeln besitzen können. Dies führt zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften wie Schmelz- und Siedetemperaturen, was in der Alkane Eigenschaften Tabelle deutlich wird.

Mit steigender Anzahl an Kohlenstoffatomen nimmt die Anzahl möglicher Isomere rapide zu, was die Vielfalt der homologen Reihe der Alkane bis 20 C-Atome erklärt.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Stefan S

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Samantha Klich

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Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Lena M

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Timo S

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Julia S

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Marcus B

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Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Struktur und Nomenklatur der Alkane

Merkmale der Alkane

Chemische Reaktionen der Alkane

Oxidation

Substitution

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Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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Methan und Isomerie der Alkane

Methan (CH₄)

Isomerie der Alkane

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