Alkane

Methan (\(\ce{CH4}\))

Kim Hansen, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Methan ist der erste Vertreter der homologen Reihe der Alkane. Es ist ein farbloses, geruchloses und brennbares Gas mit einer geringeren Dichte als Luft. Methan kommt auf der Erde als Hauptbestandteil von Erdgas vor und dient damit vor allem der Wärme- und Energiegewinnung. Es entsteht außerdem bei Fäulnis- und Stoffwechselprozessen. Das Gas ist klimaschädlicher als Kohlenstoffdioxid, da es einen größeren Einfluss auf den Treibhauseffekt hat. Du kannst in einem gesonderten Artikel noch mehr über Methan erfahren.

Ethan (\(\ce{C2H6}\))  

Ethan kommt zu geringerem Anteil auch in Erdgas vor, daneben findet man es im Erdöl und in Sumpfgas. Es ist ebenfalls ein farbloses und geruchloses Gas. Wie Methan löst sich der unpolare Stoff Ethan kaum im polaren Lösungsmittel Wasser. Es brennt mit nicht rußender Flamme und reagiert dabei wie alle Kohlenwasserstoffe unter ausreichender Sauerstoffzufuhr zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

\( \ce {2 C2H6 + 7 O2}\rightarrow\ce{4 CO2 + 6 H2O}\)

Ethan wird für die Synthese wichtiger industrieller Chemikalien wie Ethen oder Essigsäure verwendet. Daneben dient es einerseits als Brennstoff andererseits als Kältemittel. Im Ethan-Molekül sind zwei Kohlenstoff-Atome über eine frei drehbare Einfachbindung miteinander verbunden. An jedem Kohlenstoff-Atom befinden sich in tetraedrischer Anordnung drei Wasserstoff-Atome und ein Kohlenstoff-Atom.

Propan (\(\ce{C3H8}\))

Mikael Korpela, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Propan ist der dritte Vertreter der homologen Reihe der Alkane. Es kann auch aus Erdgas oder durch Cracking aus Erdöl gewonnen werden. Bei diesem Stoff handelt es sich ebenfalls um ein farb- und geruchloses Gas. Es ist hochentzündlich und bildet mit Luft explosive Gemische. Dabei reagiert es mit Sauerstoff bei vollständiger Verbrennung zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Propan lässt sich durch Kühlung oder unter Druck leicht verflüssigen. Es wird daher als sogenanntes Flüssiggas in Feuerzeugen oder Campingkochern verwendet.

Butan (\(\ce{C4H10}\))

Butan hat ähnliche Eigenschaften wie Propan und wird daher auch als Flüssiggas eingesetzt. Butan ist das erste Alkan der homologen Reihe, dessen Moleküle in zwei verschiedenen Anordnungen vorkommen können. Es gibt das langkettige n-Butan, bei dem alle vier Kohlenstoff-Atome nacheinander in einer Kette angeordnet sind und das verzweigte iso-Butan (bzw. 2-Methyl-Propan), welches aus einer Dreier-Kohlenstoff-Kette aufgebaut ist, wobei am zweiten Kohlenstoff-Atom eine Methyl-Gruppe verbunden ist. Zu dieser sogenannten Isomerie kannst du in einem weiteren Artikel noch mehr lernen.

Für Clevere: Habt ihr euch beim Lesen gefragt, ob Propan und Butan wirklich geruchlos sind? Schließlich kann man beim Kochen mit dem Campingkocher sehr wohl den typischen "Gasgeruch" wahrnehmen. Dies liegt daran, dass den Flüssiggasen ein charakteristischer Duftstoff zugesetzt wird, damit wir gewarnt sind, sollte irgendwo dieses hochentzündliche Gas unbemerkt austreten, um Explosionsunfälle zu vermeiden.

Ausgewählte längerkettige Alkane

Ab Pentan sind die Alkane aufsteigend in der homologen Reihe (bis zum Alkan mit 17 Kohlenstoffatomen) aufgrund der zunehmenden London-Dispersions-Wechselwirkungen bei Raumtemperatur flüssig. Vier wichtige Vertreter sind Pentan (\(\ce{C5H12}\)), Hexan (\(\ce{C6H14}\)), Heptan (\(\ce{C7H16}\)) und Octan (\(\ce{C8H18}\)). Da aber auch diese Stoffe unpolar sind, eignen sie sich hervorragend als Lösemittel für andere unpolare Stoffe, die sich schlecht in Wasser lösen. Auch diese flüssigen Vertreter sind leicht entzündlich. So spielen Heptan und Octan eine Rolle bei der Bestimmung der sogenannten Klopffestigkeit von Motorkraftstoffen. Diese sollen sich nicht unkontrolliert selbst entzünden. Man nutzt hier auch die sogenannte Oktanzahl als Kenngröße.