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Verbrennung von Alkanen

Bei der Verbrennung von Alkanen entsteht Energie, die in Verbrennungsmotoren genutzt wird. Lerne, wie diese Reaktion abläuft und welche Auswirkungen sie auf die Umwelt hat. Neugierig? Lies weiter und entdecke spannende Details!

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sofatutor Team
Verbrennung von Alkanen
lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse - 11. Klasse - 12. Klasse

Verbrennung von Alkanen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Verbrennung von Alkanen kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre anhand des Beispiels Methan, wie die Oxidation von Alkanen verläuft.

    Tipps

    Achte darauf, dass die Reaktionsgleichung stöchiometrisch ausgeglichen ist.

    Der entstehende Stoff bei der Verbrennung sorgt dafür, dass der sogenannte Treibhauseffekt entsteht.

    Überlege dir, ob die Reaktion exotherm oder endotherm verläuft.

    Lösung

    Die Oxidation oder Verbrennung gehört zu den Grundreaktionen der organischen Verbindungen. Im Beispiel der Alkane reagieren diese mit Sauerstoff, welcher selbst ein Diradikal ist. Dabei entstehen durch eine radikalische Reaktion Wasser und Kohlenstoffdioxid, wenn die Verbrennung vollständig abläuft. Wichtig ist, dass die Verbrennungsreaktion stöchiometrisch ausgeglichen ist, d.h., dass links und rechts vom Reaktionspfeil die gleiche Anzahl an Atomen stehen muss.

    $CH_4 + 2~O_2 \to CO_2 + 2~H_2O$

  • Erkläre, was die Oktanzahl aussagt.

    Tipps

    Überlege, worin der Unterschied zwischen Isooctan und n-Heptan liegt.

    Stärker verzweigte Alkane können besser verbrennen als unverzweigte.

    Lösung

    Damit ein Auto fahren kann, braucht es einen Motor und natürlich auch Benzin. In diesem befinden sich unter anderem Alkane. Es gibt Alkane, die sich sehr gut verbrennen lassen, aber es gibt auch welche, die sehr unruhig und laut verbrennen. Man nennt Alkane, die unruhig verbrennen, auch nicht-klopffest. Alkane hingegen, die ruhig verbrennen, sind klopffest. Die Oktanzahl macht eine Aussage darüber, wie klopffest ein Alkan ist. Je höher die Oktanzahl, desto ruhiger verbrennt das Alkan. Man fand heraus, dass verzweigte Alkane, wie das Isoocation, ruhiger verbrennen als unverzweigte Alkane. Unverzweigte Alkane können mit sogenannten Klopfschutzmitteln so umgewandelt werden, dass auch sie ruhiger verbrennen können.

  • Vervollständige die Reaktionsgleichungen der Verbrennungsreaktionen.

    Tipps

    Links vom Reaktionspfeil und rechts vom Reaktionspfeil muss die gleiche Zahl an Atomen stehen.

    Werden zum Beispiel 7 Mol Kohlenstoff eingesetzt, dann müssen auch wieder 7 Mol Kohlenstoff entstehen.

    Lösung

    Bei einer vollständigen Verbrennungsreaktion von Alkanen entstehen immer die Reaktionsprodukte Wasser und Kohlenstoffdioxid ($CO_2$).

    Mithilfe der Molzahl kann ermittelt werden, welches Alkan eingesetzt wurde. Entstehen z.B. 7 Mol Kohlenstoffdioxid, dann muss auch das eingesetzte Alkan sieben Kohelnstoffatome enthalten haben. Es handelt sich bei dem Alkan also um das Heptan ($C_7H_{16}$).

  • Erläutere die Autoxidation von Fettsäuren.

    Tipps

    Sauerstoff sieht in Radikalschreibweise so aus: $ \cdot O-O\cdot$.

    Lösung

    Die Autoxidation ist eine mehrstufige und komplexe Radikalreaktion. Der Sauerstoff aus der Luft greift dabei die empfindlichste Stelle der Fettsäure an - die Doppelbindungen. Das bedeutet, je mehr Doppelbindungen eine Fettsäure hat, desto höher ist die Oxidationsgeschwindigkeit und somit auch der Verderb des Fettes. Es lässt sich daraus auch schließen, dass gesättigte Fettsäuren nicht so angreifbar sind wie ungesättigte Fettsäuren. Die Fettsäure reagiert mit dem Sauerstoff aus der Luft, welcher selbst ein Diradikal darstellt. Bei diesem ersten Schritt der Reaktion entstehen ein Alkyradikal und ein Hyperperoxidradikal. Im zweiten Schritt reagieren beide Radikale miteinander und es entsteht das Hyperperoxid. Dieses ist so instabil, dass es im dritten Schritt sofort wieder in Peroxiradikal $ROO\cdot$, ein Alkoxyradikal $RO\cdot$ oder in ein Alkyradikal $R\cdot$ zerfällt. Die entstandenen Radikale reagieren untereinander zu Ketonen, Alkoholen, Epoxiden oder Aldehyden, welche den ranzigen Geschmack des Fettes verursachen.

  • Beschreibe, warum die Verbrennung fossiler Brennstoffe umweltschädigend ist.

    Tipps

    Überlege, wodurch zunächst Kohlenstoffdioxid gebildet wird.

    Lösung

    Schon seit einigen Jahren wird darüber diskutiert, dass die Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen, wie Erdöl, Erdgas und Kohle, umweltschädigend ist. Dies steht im Zusammenhang mit dem sogenannten Treibhauseffekt. Bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas und Kohle werden immer organische Verbindungen verbrannt. Dabei entsteht neben dem unschädlichen Wasser auch Kohlenstoffdioxid. Dieses legt sich wie eine Schicht über die Erdatmosphäre und wandelt einfallende Sonnenstrahlen in langwellige Wärmestrahlung um. Diese können die Erdatmosphäre nicht mehr verlassen und das Erdklima erwärmt sich.

  • Erkläre, warum ein defekter Luftfilter im Auto schlimme Folgen haben kann.

    Tipps

    Schaue dir die Reaktionsgleichung im Kopf sehr genau an.

    Bei der Reaktion entsteht ein toxischer Stoff.

    Lösung

    Ein defekter Luftfilter im Auto kann schlimme Folgen nach sich ziehen. Dadurch, dass der Luftfilter kaputt ist, gibt es einen Sauerstoffmangel. Dieser bewirkt, dass das Benzin (mit den Alkanen) unvollständig verbrennt. Bei einer unvollständigen Verbrennung von Alkanen entsteht neben Wasser und Kohlenstoffdioxid auch noch Kohlenstoffmonoxid ($CO$). Dieses ist schon in kleinsten Mengen tödlich für den Menschen.