Kohlenwasserstoff

Die Kohlenwasserstoffe sind chemische Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Sie sind in der Chemie besonders interessant, da sie Kohlenstoffketten, Kohlenstoffringe oder Mischungen aus beiden enthalten können.

Die Kohlenwasserstoffe beinhalten einige Untergruppen, zum Beispiel die Alkane, Alkene, Alkine und Aromaten. Besonders aufgrund ihres Einsatzes als fossile Brennstoffe und in der organischen Synthese wird den Kohlenwasserstoffen eine große Bedeutung eingeräumt.

Das Vorkommen der Kohlenwasserstoffe

In der Natur kannst du Kohlenwasserstoffe vor allem in Erdöl und Erdgas in großen Mengen finden. Aus diesem Grund werden diese beiden Brennstoffe auch fossile Kohlenwasserstoffe genannt.

Auch in vielen Pflanzen sind Kohlenwasserstoffe enthalten, wie etwa Terpene, Carotinoide und Kautschuk. Aus diesem Grund sind die Kohlenwasserstoffe auch in Kohle enthalten, die bekanntlich bei Druck auch aus alten Pflanzenresten entsteht.

Bei einige Mikroorganismen entstehen auch einfache Kohlenwasserstoffe, besonders Methan, als Stoffwechselprodukte. Methan und Ethan kannst du auch im Weltall finden. Diese Kohlenwasserstoffe befinden sich auf Kometen, Planeten, Monden und in interstellarer Materie.

Quelle: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7027656

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1264774

Kohlenwasserstoffe gelten als umweltschädigend. Beispielsweise spielt das Methan-Gas eine große Rolle beim Treibhauseffekt und fördert damit den Klimawandel.

Die Einteilung der Kohlenwasserstoffe

Die Kohlenwasserstoffe lassen sich in verschiedene Gruppen einteilen. Man unterscheidet zwischen den aromatischen und den aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Die aliphatischen Kohlenwasserstoffe werden wiederum in ungesättigte und gesättigte Verbindungen eingeteilt.

Zusätzlich werden alle chemischen Verbindungen mit der gleichen funktionellen Gruppe in Stoffgruppen zusammengefasst. Dazu gehören etwa die Alkane und Alkene, aber auch Alkohole und Aldehyde.

Ein Beispiel für die funktionellen Gruppen ist die Aminogruppe oder die Carboxylgruppe.

Aliphatische gesättigte Kohlenwasserstoffe

Die gesättigten Kohlenwasserstoffe sind chemische C-C-Einfachbindungen. Diese kettenförmigen Verbindungen werden als Alkane bezeichnet. Ihre allgemeine Summenformel lautet CnH2n.

Zu den kettenförmigen Alkanen gehören unter anderem:

• Methan

• Ethan

• Propan

• Butan

• Pentan

• Hexan

• Etc.

Aliphatische ungesättigte Kohlenwasserstoffe

Bei den ungesättigten Kohlenwasserstoffen unterscheidet man zwischen Alkenen und Alkinen.

Die Alkene sind chemische C=C-Doppelbindungen. Der einfachste Stoff dieser Stoffgruppe ist Ethen (C2H4), welches auch als Ethylen bezeichnet wird. Die allgemeine Summenformel für Alkene mit nur einer Doppelbindung lautet für die homologe Reihe CnH2n. Chemische Verbindungen mit mindestens zwei C=C-Doppelbindungen werden als Polyene bezeichnet. Dazu gehört beispielsweise 1,3-Butadien.

Quelle: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1264774

Die ringförmigen Alkane werden Cycloalkane genannt. Ihre allgemeine Summenformel für die homologe Reihe lautet CnH2n.

Bei den Alkinen handelt es sich um Kohlenwasserstoffe, die eine oder mehrere C-C-Dreifachbindungen besitzen. Dazu gehört beispielsweise Ethin, auch Acetylen genannt, mit der Summenformel C2H2.

Die allgemeine Summenformel der Alkine für die homologe Riehe lautet CnH2n-2.

Quelle: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3624706

Aromatische Kohlenwasserstoffe

Die aromatischen Kohlenwasserstoffe weisen Aromatizität auf und besitzen in der Regel C6-Ringe, sogenannte Arene. Zu den aromatischen Kohlenwasserstoffen gehört beispielsweise Benzol mit der Summenformel C6H6.

Quelle: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6229823

Die polyzyklischen aromatischen Kohlenstoffe sind eine Untergruppe der Aromaten. Diese Verbindungen bestehen aus mehreren aneinanderhängenden Benzolringen. Ein Beispiel für diese Untergruppe ist Naphthalin (C10H8).

Die Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe

Kohlenwasserstoffe sind hydrophob und lipophil. Das bedeutet, dass viele unpolare Kohlenwasserstoffe in Wasser nicht aufgelöst werde können, in vielen organischen Lösungsmitteln allerdings durchaus löslich sind.

Wenn Kohlenstoffe gasförmig auftreten, sind diese schnell entflammbar und brennen mit sehr heißer Flamme. Dabei wird viel Energie frei. Flüssige Kohlenwasserstoffe, die einen niedrigen Siedepunkt besitzen, verdampfen zudem leicht und können somit schnell einen Brand auslösen.

Wenn Kohlenwasserstoff vollständig verbrennt, entsteht Wasser und Kohlenstoffdioxid. Bei einer unvollständigen Verbrennung können zusätzlich auch Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoff, also Ruß, entstehen.

Die Reaktivität der Alkane wird von der Kettenlänge beeinflusst. Eine lange Kette führt dazu, dass die Alkane eher weniger reaktiv sind, eine kurze Kette führt zu einer hohen Reaktivität. Wenn ein Kohlenwasserstoff also mit einer rußenden Flamme verbrennt, ist dies ein mögliches Zeichen für einen hohen Kohlenstoffanteil in der chemischen Verbindung und damit einer großen Kettenlänge.

Neben der Redoxreaktion bei der Verbrennung gehen Alkane eine Substitutionsreaktion ein. Dabei werden Wasserstoffatome gegen andere Atome und Atomgruppen ausgetauscht. Hauptsächlich handelt es sich hierbei um Halogene.

Alkene und Alkine sind dagegen sehr reaktionsfreudig. Sie reagieren mit vielen Substanzen indem sie sich an die C-C-Mehrfachbindung anlagern, die sogenannte Additionsreaktion.

Die große Vielfalt der Kohlenwasserstoffe kommt durch ihre hohe Neigung zustande, C-C-C… -Ketten auszubilden. Diese sogenannte Verkettung oder Katenisierung ist in der hohen Bindungsenergie der kovalenten C-C Bindungen begründet.

Die Verwendung der Kohlenwasserstoffe

Kohlenwasserstoffe werden für viele verschiedene Anwendungsbereiche verwendet.

Alkane werden meistens in Gemischen als fossile Energieträger eingesetzt. Dazu gehören unter anderem Biogas, Flüssiggas, Benzin, Dieselkraftstoff, Heizöl, Kerosin und Petroleum. Auch in Benzin welches im Motor Verwendung findet, befinden sich Alkane wie n-Butan, Isopentan, Hexane und das Cycloalkan.

Auch bei chemischen Synthesevorgängen kommen Kohlenwasserstoffe in der Industrie zum Einsatz. Dabei spielen sowohl Alkene wie Cyclohexen du Ethen, als auch Alkine wie Ethin und Polyene wie 1,3-Butadien, Isopren und Cyclopentadien eine Rolle. Auch Arene wie Benzol, Toluol, Xylol und Styrol haben eine große Bedeutung in der Industrie.

Auch die Polymerisationsprodukte der Kohlenwasserstoffe, wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethin und viele weitere gelten als wichtige Stoffe in der Industrie.

Auch als lipophile Lösemittel werden Kohlenwasserstoffe eingesetzt.

Die Kohlenwasserstoffe – Alles Wichtige auf einen Blick

Damit bist du bereits am Ende des Artikels angelangt und hast alle wichtigen Informationen zu den Kohlenwasserstoffen kennengelernt. Hier findest du nun noch einmal die wichtigsten Punkte in Stichpunkten zusammengefasst.

• Die Kohlenwasserstoffe sind chemische Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen

• Die Kohlenwasserstoffe beinhalten einige Untergruppen, zum Beispiel Alkane, Alkene, Alkine und Aromaten

• Kohlenwasserstoffe lassen sich in Erdöl und Erdgas, in Pflanzen und auch im Weltall in Kometen und Planeten finden

• Man unterscheidet zwischen den aromatischen und den aliphatischen Kohlenwasserstoffen

• Die aliphatischen Kohlenwasserstoffe werden in gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe eingeteilt

• Kohlenwasserstoffe sind hydrophob und lipophil

• Wenn Kohlenstoffe gasförmig auftreten brennen sie schnell und heiß

• Die Reaktivität der Alkane wird von der Kettenlänge beeinflusst

• Alkane werden häufig als fossile Energieträger und bei chemischen Synthesevorgängen eingesetzt

Wunderbar!

Wenn du noch mehr über die Kohlenwasserstoffe erfahren möchtest, dann sieh dir die unterschiedlichen Artikel zu den verschiedenen chemischen Verbindungen auf StudySmarter an.