3. Molekulare Unterschiede bei Kohlenwasserstoffen

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3. Molekulare Unterschiede bei Kohlenwasserstoffen

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Molekularer Aufbau von organischen MolekĂŒlen

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Hier siehst du die molekulare Struktur der Teilchen von organischen Ausgangsstoffen, die fĂŒr die Produktion weiterer Stoffe oder als Brennstoff verwendet werden. Auch die Summenformel kannst du hier nachlesen:

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MolekĂŒlmodelle einiger organischer Verbindungen
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Zusatzwissen fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler

Jetzt bist du dran!

Hinweis: FĂŒr den Hauptschulbildungsgang ist nur die Summenformel verbindlich!

MolekĂŒldarstellung auf Papier

Weil die MolekĂŒle nicht nur dreidimensional betrachtet werden können, sondern auch gezeichnet werden mĂŒssen, zeichnet man die leicht seitlich nach vorne und hinten abstehenden Bindungen in einer Ebene. Das kannst du in der Abbildung erkennen. Dadurch erhĂ€lt man die sogenannte Strukturformel.

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Teste dein Wissen

Tipp: Der Hefteintrag kann dir dabei helfen

Ordne im Memory die Strukturformeln und Summenformeln einander zu!

(Hinweis: FĂŒr den Hauptschulbildungsgang ist nur die Summenformel verbindlich. Bearbeite die Übung dennoch, wenn du magst!)

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Methan Ethan Ethen Ethin Propan

Methan (CH4) ist ein farb- und geruchloses Gas. Es schmilzt bei −182,6 °C und siedet bei −161,7 °C. Methan ist der einfachste Vertreter der sogenannten Alkane. Es wird in Pipelines und Gasnetzen in StĂ€dten transportiert. Wenn ein Haus einen Gasanschluss besitzt, dann wird es mit Methangas versorgt. Damit wird dann die Heizung zum WĂ€rmen der Wohnung oder der Gasherd zum Kochen betrieben. Methan verbrennt zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es entsteht auch in Mooren und im Verdauungstrakt von KĂŒhen. 

Hier siehst du ein 3-D-Modell des MolekĂŒls, das du in alle Richtungen drehen kannst:

Ethan (C₂H₆) ist ein farb- und geruchloses Gas. Es schmilzt bei -183,3 °C und siedet bei -88,6 °C. Genutzt wird das Gas hauptsĂ€chlich zum Heizen, aber auch als KĂ€ltemittel. Ethan dient außerdem als Ausgangsstoff fĂŒr die Bildung von Ethen, das eine wichtige Bedeutung in der chemischen Industrie hat.

Hier siehst du ein 3-D-Modell des MolekĂŒls, das du in alle Richtungen drehen kannst:

Ethen (C₂H₄) ist ein farbloses, sĂŒĂŸlich riechendes Gas. Es schmilzt bei −169,18 °C und siedet bei -103,8 °C.
Das Gas ist als Ausgangsstoff in der chemischen Industrie bei vielen chemischen Reaktionen sehr wichtig. Ethen kann vom Menschen aus Erdöl gebildet werden, auch manche Pflanzen produzieren dieses Gas. Aus Ethen können industriell auch feste Produkte, wie beispielsweise Kunststoffe (Polyethylen), hergestellt werden.


Hier siehst du ein 3-D-Modell des MolekĂŒls, das du in alle Richtungen drehen kannst:

Ethin (C₂H₂) ist ein farbloses Gas. Es sublimiert (wird gasförmig) bei −84,03 °C. Das Gas riecht knoblauchartig. Es kommt nicht in der Natur vor, kann aber industriell aus Erdöl gebildet werden. Ethin wurde als Brennstoff in Karbidlampen verwendet. Diese Lampen wurden frĂŒher als Fahrzeugbeleuchtung und in Höhlen genutzt. Verwendung findet es auch als Schweißgas. Aus Ethin können industriell auch feste Produkte, wie beispielsweise Kunststoffe (Polyvinylchlorid), hergestellt werden.


Hier siehst du ein 3-D-Modell des MolekĂŒls, das du in alle Richtungen drehen kannst:

Propan (C₃H₈) ist ein farbloses Gas. Es schmilzt bei -187,7 °C und siedet bei -42,1 °C. Das Gas entsteht bei der Zersetzung anderer Kohlenwasserstoffe. Man kann Propan in Gasflaschen abgefĂŒllt kaufen. Es wird als Autogas, in Gasherden oder in Löt- und SchweißgerĂ€ten verwendet. Dort wird es verbrannt. In WĂ€rmepumpen kann es als KĂ€ltemittel verwendet werden. Tritt Propan beispielsweise in einem Keller aus, sammelt es sich auf dem Boden an und kann bei Betreten des Kellers zum Ersticken fĂŒhren.

Hier siehst du ein 3-D-Modell des MolekĂŒls, das du in alle Richtungen drehen kannst:

Methan Ethan Ethen Ethin Propan
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Merkwissen – Hefteintrag

Der Bau von Kohlenwasserstoffen

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Übernimm die folgenden Informationen in dein Heft bzw. deinen Hefter!

Hinweis: FĂŒr den Hauptschulbildungsgang ist nur die Summenformel verbindlich!

Kohlenwasserstoffe

Die Kohlenwasserstoffe sind eine Stoffgruppe chemischer Verbindungen, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.
Die Atome der Kohlenwasserstoff-MolekĂŒle sind mit der Atombindung verbunden. Es gibt ring- und kettenförmige MolekĂŒle.

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Fachmethode

Steckbrief: Videolehrkraft erklÀrt

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Fachmethode

Mustersteckbrief Wasser

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Aufgabe

Steckbrief

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Vertiefung fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler

Atombindung

Wie halten die Atome zusammen?

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Animation der Atombindung zweier Kohlenstoffatome

MolekĂŒle
bestehen aus zwei oder mehreren Atomen. Die Atome eines MolekĂŒls sind durch eine oder mehrere Atombindungen miteinander verbunden.

Atombindungen
entstehen durch die Überlappung der Aufenthaltsbereiche der Elektronen (siehe Animation). Beim Kohlenstoffatom gibt es in der AußenhĂŒlle des Atoms vier einzelne Außenelektronen. Sie können mit anderen Außenelektronen durch Überlappung der Außenschalen stabile Verbindungen eingehen. Eine Atombindung besteht also immer aus einer VerknĂŒpfung zweier einzelner Elektronen zu einem gemeinsamen Elektronenpaar.

Ein einzelnes Kohlenstoffatom kann wegen der vier einzelnen Elektronen in der AußenhĂŒlle bis zu vier Bindungen zu vier anderen Atomen ausbilden.

Bindungstypen bei Kohlenwasserstoffen

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Du hast gesehen, dass ein Kohlenstoffatom Bindungen zu vier einzelnen Wasserstoffatomen bilden kann. Zwischen je zwei Atomen gibt es dann eine Einfachbindung (eine Atombindung).
Bei Methan gibt es also vier Einfachbindungen. 

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Ethan – ein MolekĂŒl mit Einfachbindungen

Das MolekĂŒl Ethan, das aus zwei Kohlenstoffatomen und sechs Wasserstoffatomen aufgebaut ist, besitzt insgesamt sieben Einfachbindungen.

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Ethen – ein MolekĂŒl mit mehreren Einfachbindungen und einer Doppelbindung

Wenn du dir Ethen anschaust, siehst du, dass dieses MolekĂŒl nur vier Wasserstoffatome besitzt. Die beiden Kohlenstoff-Atome besitzen also anders als beim Ethan nicht die maximale Anzahl von sechs Wasserstoffatomen. Ethen bildet dafĂŒr eine zweite Bindung zwischen den beiden Kohlenstoff-Atomen aus. Es gibt in diesem MolekĂŒl also vier Einfachbindungen zu den Wasserstoffatomen und zwischen den Kohlenstoffatomen eine Doppelbindung (zwei Atombindungen).

Es gibt bei den Kohlenwasserstoffen hĂ€ufig MolekĂŒle, in denen neben Einfachbindungen zum Wasserstoff auch Doppel- oder sogar Dreifachbindungen (drei Atombindungen), wie beispielsweise bei Ethin, zwischen benachbarten Kohlenstoff-Atomen auftreten. Diese Bindungen werden zusammengefasst auch Mehrfachbindungen genannt.

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Vertiefung fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler

GesĂ€ttigte und ungesĂ€ttigte MolekĂŒle

Organische MolekĂŒle werden als "gesĂ€ttigt" bezeichnet, wenn die Kohlenstoff-Atome eine Bindung mit der maximal möglichen Anzahl an Wasserstoffatomen eingegangen sind. Bei einem Methan-MolekĂŒl sind das vier Wasserstoffatome, beim Ethan-MolekĂŒl sind es sechs. Voraussetzung dafĂŒr ist, dass zwischen den Kohlenstoff-Atomen eines MolekĂŒls nur Einfachbindungen vorliegen oder ein MolekĂŒl nur ein Kohlenstoff-Atom enthĂ€lt, wie beim Methan.

Ein Ethen-MolekĂŒl kann aufgrund der Doppelbindung zwischen den Kohlenstoff-Atomen nur vier Wasserstoffatome binden. Die beiden Kohlenstoff-Atome besitzen also anders als das Ethan nicht die maximale Anzahl von sechs Wasserstoffatomen. Daher wird das Ethen-MolekĂŒl als "ungesĂ€ttigtes MolekĂŒl" bezeichnet.

Merkwissen – Hefteintrag

Zusatzwissen Realschule: Atombindung und MolekĂŒle

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Übernimm die folgenden Informationen in dein Heft bzw. deinen Hefter!

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MolekĂŒle bauen und Bindungen analysieren

Ermittle die Anzahl der Wasserstoff-Atome, die in einem Kohlenwasserstoff-MolekĂŒl mit drei Kohlenstoff-Atomen maximal gebunden sein können.
ÜberprĂŒfe anschließend, ob das untersuchte MolekĂŒl zwei, drei oder vier Einfachbindungen zwischen Kohlenstoff-Atomen besitzt.

Baue dazu ein MolekĂŒl aus drei Kohlenstoffatomen und ergĂ€nze mit Wasserstoffatomen. ÜberprĂŒfe dann in der 3-D-Ansicht, ob das MolekĂŒl eine Doppel- oder eine Einfachbindung hat. Du kannst auch noch weiter ausprobieren!

So gehst du Schritt fĂŒr Schritt vor:

  1. Öffne die AnimationsflĂ€che, indem du auf "Spielwiese" klickst!
  2. Baue in dieser Aufgabe MolekĂŒle ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. 
  3. Wenn es das MolekĂŒl in Wirklichkeit gibt, erscheinen ĂŒber der Struktur ein Name und eine SchaltflĂ€che "3D". 
  4. Klicke auf die "3D"-SchaltflĂ€che und anschließend auf das Symbol rechts unten.
  5. Nun kannst du sehen, ob das MolekĂŒl Doppel- oder Einfachbindungen besitzt.
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Phet Interactive Simulations

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Du siehst, dass es bei den organischen MolekĂŒlen eine große Vielfalt gibt, obwohl diese nur aus wenigen unterschiedlichen Atomen aufgebaut sind. Die unterschiedliche Zusammensetzung fĂŒhrt zu unterschiedlichen Eigenschaften. Beispielsweise gibt es MolekĂŒle, die schwerer sind, und welche, die leichter sind. Außerdem trennen sich grĂ¶ĂŸere Kohlenwasserstoff-MolekĂŒle im Gegensatz zu kleinen MolekĂŒlen beim Erhitzen nicht so leicht. Deshalb ist Ethan bei Raumtemperatur ein Gas. Das in Benzin enthaltene Oktan, ein Kohlenwasserstoff mit acht Kohlenstoff-Atomen, ist indes eine FlĂŒssigkeit. Kohlenwasserstoffe mit 17 und mehr Kohlenstoff-Atomen sind bei Raumtemperatur sogar fest und können deshalb z. B. zur Herstellung von Kerzenwachs verwendet werden.

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Vertiefung fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler

AggregatzustÀnde zuordnen

Nachdem du jetzt gesehen hast, dass es Unterschiede im Aufbau der MolekĂŒle gibt, kannst du die oben gezeigten MolekĂŒle nach ihrem Auftreten in der Destillationskolonne zuordnen.

Zum Abschluss: Teste dein Wissen!

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Quiz fĂŒr HauptschĂŒlerinnen und HauptschĂŒler Quiz fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler

Zum Abschluss kannst du dein neu erworbenes Wissen hier noch einmal ĂŒberprĂŒfen. Beantworte alle Aufgaben!

Zum Abschluss kannst du dein neu erworbenes Wissen hier noch einmal ĂŒberprĂŒfen. Beantworte alle Aufgaben!

Quiz fĂŒr HauptschĂŒlerinnen und HauptschĂŒler Quiz fĂŒr RealschĂŒlerinnen und RealschĂŒler