Alkane sind eine wichtige Gruppe von Molekülen, deren Mischbarkeit und Löslichkeit von ihrer Molekülstruktur und den zwischenmolekularen Kräften abhängt. In diesem Artikel werden wir einen genaueren Blick auf die Eigenschaften, Reaktionen und Verwendung von Alkanen werfen.
Mischbarkeit von Alkanen
Die Mischbarkeit von Stoffen hängt von Faktoren wie dem Dipolmoment, Wasserstoffbrückenbindungen und VAN-DER-WAALS-Kräften ab. Ein Beispiel dafür ist die Löslichkeit von Alkanen. In unpolaren Lösungsmitteln wie anderen Alkanen sind Alkane gut löslich. Im Wasser hingegen sind Alkane praktisch unlöslich. Dies liegt daran, dass die Energie, die zur Lösung der Wasserstoffbrückenbindungen erforderlich ist, viel größer ist als die zum Lösen der VAN-DER-WAALS-Kräfte zwischen den Alkanmolekülen. Dadurch bilden sich isolierte Schichten und die beiden Stoffe bleiben getrennt. Eine Faustregel lautet: Ähnliches löst sich in Ähnlichem.
Reaktionen von Alkanen mit Sauerstoff
Alkane reagieren bei ausreichender Sauerstoffzufuhr vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Eine unzureichende Sauerstoffzufuhr führt hingegen zu einer unvollständigen Verbrennung, bei der Kohlenstoffmonoxid oder Ruß entstehen.
Substitution von Alkanen
Eine typische chemische Eigenschaft von Alkanen ist die Substitution, bei der Wasserstoffatome durch andere Atome wie Halogenatome ersetzt werden. Dabei entstehen Derivate der Ausgangsverbindung, die keine Kohlenwasserstoffe mehr sind. Besonders wichtig sind die Halogenalkane, die aus den Alkanen und Halogenen hergestellt werden und als Vorläufer für andere Stoffklassen dienen.
Homologe Reihe der Alkane
Alkane, die sich jeweils um eine -CH2- Gruppe unterscheiden, bilden eine homologe Reihe. Die Eigenschaften der Alkane ändern sich innerhalb dieser Reihe aufgrund der Zunahme der Kettenlänge. Die Schmelz- und Siedetemperaturen nehmen mit der Zunahme der Kettenlänge zu.
Verwendung von Alkanen
Ein Großteil der gewonnenen Alkane wird zur Energiefreisetzung genutzt. Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, wird als Heizgas in Haushalten und der Industrie eingesetzt. Propan und Butan werden als Flüssiggas verwendet. Alkane sind auch wichtige Ausgangsstoffe in der chemischen Industrie und dienen zur Herstellung von verschiedenen Verbindungen wie Methanol, Formaldehyd und Blausäure.
Herstellung von Alkanen
Alkane kommen natürlicherweise in Erdöl und Erdgas vor und können gezielt abgetrennt oder im Labor hergestellt werden. Methan kann durch die Reaktion von Kohlenstoff und Wasserstoff hergestellt werden. Ethan wird hauptsächlich aus Erdgas gewonnen, kann aber auch durch chemische Reaktionen synthetisiert werden.
Alkane sind aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von großer Bedeutung. Ihre Molekülstruktur bestimmt ihre Mischbarkeit, Reaktivität und physikalischen Eigenschaften. Durch ihre Substitution und Verbrennung können sie zu verschiedenen Derivaten und Energiequellen verarbeitet werden.
