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Dennis Kratz 2021-01


Allgemeines über Alkane:

- Als Alkane (auch bekannt als Paraffine) bezeichnet man in der organischen Chemie eine Stoffgruppe einfacher Kohlenstoffe, welche außerdem gesättigt sind.

- Kohlenstoffverbindungen mit Doppelbindungen werden hierbei als Alkene bezeichnet.

- Kohlenstoffverbindungen mit Dreifachbindungen werden als Alkine bezeichnet.

- Unverzweigte Kohlenstoffketten werden als n-Alkane benannt, während verzweigte Kohlenstoffketten als i-Alkane bezeichnet werden. Letzteres ist aber eher selten zu finden.

 

Schmelz-und Siedepunkte im Allgemeinen:

- Schmelzpunkt ist der Punkt, bei dem ein Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatszustand übergeht.

- Beim Siedepunkt geht der Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand über.

 

Schmelz-und Siedepunkte bei Alkanen und Alkenen:

Schmelz- und Siedepunkte sind abhängig von der Molekülmasse sowie den zwischenmolekularen Kräften der Atome, da diese die einzelnen Teilchen zusammenhalten. Die zwischenmolekularen Kräfte werden oft auch als zwischenmolekulare Wechselwirkungen bezeichnet. Beide Begriffe sind synonym.

Zwischenmolekulare Kräfte, welche zwischen den einzelnen Kohlenstoffen der Alkanen wirken, werden als Van-der-Waals-Wechselwirkungen bezeichnet. Es gibt bei polaren Verbindungen oft auch Dipol-Dipolkräfte sowie Wasserstoffbrückenbindungen.

Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte sind, desto höher sind Smp und Ssdp!

 

Die Wechselwirkungen werden in diesem Artikel genauer erklärt: Einfluss von Molekülmasse und Van der Waals-Kräften auf die Schmelz- und Siedepunkte

 

Wie ist nun der Zusammenhang zwischen Masse, Wechselwirkungen und den Smp. und Sdp.?

Jedes Teilchen, egal ob Atom oder Molekül hat eine Eigenbewegung. Man nennt diese auch Brown'sche Molekularbewegung. Man kann sie sich als "Zittern" oder "Schwingen" vorstellen. In Feststoffen bewegen sich die Teilchen kaum, so dass sie in einem festen und geordnetem Zustand vorliegen (z.B. Salzkristall (=Ionengitter), Eiskristall, Metallgitter. Möchte man nun den Aggregatzustand wechseln, so muss dieser geordnete Zustand aufgebrochen werden.

Schmelzen: Fügt man nun dem System Wärme zu, nimmt die Eigenbewegung der Teilchen proportional zu. Je mehr Wärme zugefügt wird, desto stärker wird das Zittern der Teilchen. Irgendwann ist es so stark, dass der Zusammenhalt des Feststoffes aufgebrochen wird, dann ist die Substanz flüssig.

Beim Sieden passiert das gleiche: die Teilchen in der Flüssigkeit zittern so stark, dass sie durch Kollisionen aus der Flüssigkeit hinausgestoßen werden und in die Gasphase gelangen.

Wie ist nun der Einfluss der genannten Faktoren?

  • Je höher die Masse eines Teilchens ist, desto langsamer schwingt es. Man braucht also mehr Energie, folglich mehr Wärme, um es so stark in Schwingung zu versetzten, dass es den Aggregatzustand wechseln kann.
  • Zwischenmolekulare Kräfte (WBB, VdW-Kräfte und Dipol-Dipol-Kräfte) halten die Teilchen fest zusammen, sodass sie gar nicht so stark zittern können. Folglich ist also mehr Energie (Wärme) notwendig, um es so stark in Schwingung zu versetzten, dass es den Aggregatzustand wechseln kann.

 

Die Stärke dieser VdW-Kräfte ist abhängig von einigen Faktoren:

- Anzahl der Elektronen im Molekül, je mehr Elektronen im Atom vorliegen, desto stärker sind die VdW-Kräfte, da eine stärkere asymmetrische Verteilung möglich ist

- Je verzweigter ein Molekül ist, desto schwächer sind VdW-Kräfte

- Außerdem ist durch eine höhere Molekülmasse die Eigenbewegung der Teilchen zunehmend eingeschränkt, weshalb Smp und Sdp ebenfalls ansteigen

 

Verlauf von Smelz- und Siedepunkten bei Alkanen:

Schmelz- und Siedepunkte bei Alkanen

Schmelz- und Siedepunkte bei Alkanen (Klicken zum Vergrößern)

Wertetabelle:

Kettenlänge Name

Smp.
[°C]

Sdp.
[°C]
CH4 Methan -183 -161
C2H6 Ethan -183 -88
C3H8 Propan -189 -42
C4H10 Butan -138 -0,5
C5H12 Pentan -130 36
C6H14 Hexan -95 69
C7H16 Heptan -91 98
C8H18 Oktan -57 126
C9H20 Nonan -51 151
C10H22 Dekan -30 174
C11H24 Undekan -26 195
C12H26 Dodekan -12 215
C13H28 Tridekan -5 234
C14H30 Tetradekan 5,5 253
C15H32 Pentadekan 9,9 270
C16H34 Hexadekan 18 287
C17H36 Heptadekan 21 302
C18H38 Oktadekan 29 317
usw.      

 

--> Aus der Tabelle lässt sich eine allgemein Regeln entnehmen: Je länger die Kette der unverzweigten Alkane ist, desto höher sind Schmelz- und Siedepunkte!

 

 

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