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Das Kapitel Alkane ist das erste Kapitel der Organischen Chemie in Klasse 10 (Baden-Württemberg). Du lernst die einfachsten Kohlenwasserstoffe kennen: von Methan über Butan bis zur homologen Reihe, Nomenklatur, Eigenschaften und schließlich die radikalische Substitution als ersten organischen Reaktionsmechanismus.
Grundlagen aus der 9. Klasse
Atombindung, Lewis-Formeln und das Konzept der Elektronenpaarbindung hast du in der 9. Klasse kennengelernt: → Atombindung (Kl. 9) · → Lewis-Formeln (Kl. 9)
Unterseiten im Überblick
1.1
Methan
Lewis-Formel · Kugelstabmodell · Verbrennung
1.2 · bei ausreichend Zeit
Ethan
Noch kein eigener Artikel online
1.3 · bei ausreichend Zeit
Propan
Noch kein eigener Artikel online
1.4
Butan
Konstitutionsisomerie · Strukturformeln · Verbrennung
1.5
Homologe Reihe der Alkane
CₙH₂ₙ₊₂ · Strukturformeln C₁–C₁₇ · Siedepunkte
1.6
Genfer Nomenklatur
Hauptkette · Substituenten · Lokanten · → Übungen
1.7
Struktur und Eigenschaften
Einfachbindung · Van-der-Waals-Kräfte · unpolar · hydrophob
1.8
Angriffsfreudige Teilchen
Radikale · Elektrophile · Nucleophile
1.9
Reaktion mit Halogenen
Radikalische Substitution · Start / Kette / Abbruch · Halogenalkane
Vollständige Inhaltsübersicht
- 1.1 Methan – Lewis-Formel, Kugelstabmodell, qualitative Elementaranalyse, Verbrennung
- 1.2 Ethan (bei ausreichend Zeit – noch kein Artikel)
- 1.3 Propan (bei ausreichend Zeit – noch kein Artikel)
- 1.4 Butan – Strukturformeln, Konstitutionsisomerie (n-Butan / Isobutan), Verbrennung
- 1.5 Homologe Reihe der Alkane – allgemeine Formel CₙH₂ₙ₊₂, Strukturformeln C₁–C₁₇, Siedepunkttrend
- 1.6 Genfer Nomenklatur der Alkane – Hauptkette, Substituenten, Lokanten | → Übungen zur Nomenklatur
- 1.7 Struktur und Eigenschaften der Alkane – Einfachbindung, Van-der-Waals-Kräfte, unpolar, Siedepunkte
- 1.8 Angriffsfreudige Teilchen – Radikale, Elektrophile, Nucleophile
- 1.9 Reaktion von Alkanen mit Halogenen – Radikalische Substitution: Start-, Ketten- und Abbruchreaktion, Halogenalkane
Auf einen Blick – Alkane
Homologe Reihe
Alkane haben die allgemeine Formel CₙH₂ₙ₊₂. Jedes folgende Glied der homologen Reihe enthält eine CH₂-Gruppe mehr. Siedepunkt und Schmelzpunkt steigen mit der Kettenlänge.
Eigenschaften
Alkane sind unpolar und reagieren wegen der starken Einfachbindung normalerweise nicht. Zwischen den Molekülen wirken nur Van-der-Waals-Kräfte – daher niedrige Siedepunkte und schlechte Wasserlöslichkeit.
Radikalische Substitution
Alkane reagieren mit Halogenen durch radikalische Substitution (UV-Licht): Start (homolytische Spaltung) → Kettenreaktion (Radikal greift CH-Bindung an) → Abbruch (zwei Radikale verbinden sich).
Genfer Nomenklatur
Regeln: 1. Längste Kette bestimmen. 2. Substituenten von der nächstgelegenen Seite nummerieren. 3. Substituenten alphabetisch benennen. Beispiel: 3-Ethyl-2,2-dimethylhexan.
Häufige Fragen – Alkane
Was ist ein Alkan und was bedeutet „gesättigt"?
Alkane sind Kohlenwasserstoffe, die ausschließlich Einfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen besitzen. Die allgemeine Formel lautet CₙH₂ₙ₊₂. „Gesättigt" bedeutet, dass jedes C-Atom die maximale Anzahl an H-Atomen trägt – es gibt keine Doppel- oder Dreifachbindungen, an die weitere Atome addiert werden könnten. Beispiele: Methan CH₄, Ethan C₂H₆, Propan C₃H₈.
Warum steigt der Siedepunkt in der homologen Reihe der Alkane?
Mit zunehmender Kettenlänge steigt die Moleküloberfläche, über die Van-der-Waals-Kräfte wirken. Mehr Kontaktfläche bedeutet stärkere intermolekulare Anziehung – daher muss mehr Energie aufgewendet werden, um die Moleküle voneinander zu trennen, was sich in einem höheren Siedepunkt zeigt. → Homologe Reihe
Was sind die drei Schritte der radikalischen Substitution?
1. Startreaktion: UV-Licht spaltet Cl₂ homolytisch in zwei Chlorradikale (Cl•).
2. Kettenreaktion: Cl• greift CH₄ an → HCl + CH₃•; CH₃• reagiert mit Cl₂ → CH₃Cl + Cl• (Kette läuft weiter).
3. Abbruchreaktion: Zwei beliebige Radikale verbinden sich zu einem stabilen Molekül – die Kette bricht ab.
Das Verhältnis der Produkte (Mono-, Di-, Trichlormethan …) hängt von den Bedingungen ab.
→ Radikalische Substitution
Was ist der Unterschied zwischen Elektrophilen, Nucleophilen und Radikalen?
Elektrophile sind elektronenarme Teilchen, die Elektronenpaare suchen (Lewis-Säuren).
Nucleophile sind elektronenreiche Teilchen mit freien Elektronenpaaren (Lewis-Basen).
Radikale sind Teilchen mit einem ungepaarten Elektron; sie entstehen durch
homolytische Bindungsspaltung (z. B. durch UV-Licht) und sind besonders reaktiv.
→ Angriffsfreudige Teilchen
Wie benennt man verzweigte Alkane nach der Genfer Nomenklatur?
Schrittweise Vorgehensweise:
1. Längste durchgehende Kohlenstoffkette = Hauptkette → gibt den Stammnamen.
2. Nummerierung: von der Seite beginnen, die den ersten Substituenten mit der
kleinsten Zahl ergibt.
3. Substituenten: Alkylgruppen mit Lokant und Namen (z. B. 2-Methyl-).
Mehrere gleiche: di-, tri-, tetra-. Alphabetische Reihenfolge bei verschiedenen.
Beispiel: 3-Ethyl-2,2-dimethylhexan.
→ Genfer Nomenklatur
Lernkarten – Alkane
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Was ist die allgemeine Summenformel der Alkane? Gib drei Beispiele an.
Allg. Formel: CₙH₂ₙ₊₂
Methan: CH₄ (n = 1)
Ethan: C₂H₆ (n = 2)
Propan: C₃H₈ (n = 3)
→ Gesättigte Kohlenwasserstoffe
Was sind Van-der-Waals-Kräfte und welche Auswirkung haben sie auf Alkane?
Schwache Dispersionskräfte zwischen unpolaren Molekülen.
→ Alkane: niedrige Siedepunkte
→ Schlecht löslich in Wasser
→ Siedepunkt steigt mit Kettenlänge (mehr Kontaktfläche)
Was versteht man unter Konstitutionsisomerie? Erkläre am Beispiel Butan.
Gleiche Summenformel, verschiedene Verknüpfung der Atome.
C₄H₁₀: n-Butan (gerade Kette)
und 2-Methylpropan / Isobutan (verzweigt)
→ unterschiedliche Siedepunkte!
Was entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Alkanen?
Vollständige Verbrennung (Oxidation):
Alkan + O₂ → CO₂ + H₂O
Beispiel Methan:
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O (ΔH < 0)
→ Exotherme Reaktion
Benenne: CH₃–CH(CH₃)–CH₂–CH₂–CH₃ nach Genfer Nomenklatur.
Längste Kette: 5 C → Pentan
Methylgruppe an C2 → 2-Methylpentan
Kontrolle: Nummerierung von links ergibt Lokant 2,
von rechts Lokant 4 → kleinste Zahl = 2 ✓
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Cycloalkane ·
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