Für Spezialisten: Die Antiklopfwirkung von Isooctan

Bei der Antiklopfwirkung von Isooctan handelt es sich um einen komplizierteren Mechanismus, der über das simple Einfangen von Radikalen hinausgeht. Wir bringen ihn aber, um einmal zu zeigen, was beim Verbrennen von Kohlenwasserstoffen tatsächlich abläuft. Die folgenden Erörterungen betreffen grundsätzlich das unterschiedliche Brenn- und damit Klopfverhalten von linearen und verzweigten Kohlenwasserstoffen.

1 Radikalbildung bei Isooctan
Beim Zerfall von Isooctan bilden sich zwei unterschiedliche Radikale: tert. Butyl und Isobutyl.

Diese reagieren unterschiedlich weiter:
Vor allem die Moleküle von tert. Butyl reagieren mit den Wasserstoff-Radikalen (bevor diese ungeregelt mit Sauerstoff reagieren können) unter Rückbildung von normal abbrennenden Kohlenwasserstoffen.

Isobutyl dagegen zerfällt sehr schnell nach seiner Bildung zu Propen und Methyl. Dabei wandert ein H-Radikal auf die Abgangsgruppe.

Man spricht hierbei von einem beta-Zerfall, weil das C-Atom, von dem zur Alkenbildung das H-Atom abgespalten wird, beta-ständig zur abgehenden Alkylgruppe steht.

2 Zum Unterschied zwischen verzweigten und unverzweigten Kohlenwasserstoffen
Grundsätzlich gilt für alle Kohlenwasserstoffe, dass das unterschiedliche Zündverhalten von verzweigten und unverzweigten Alkanen durch die Zerfallprodukte bedingt ist. Stets zerfallen primär gebildete Alkylradikale gemäß beta-Zerfall in Alkene und Methyl bzw. Ethyl. Hier ist das Beispiel n-Pentan.

Nun kann man zeigen, dass der Methyl-Anteil bei unverzweigten Alkanen viel höher ist als bei verzweigten. Methyl wird aber viel langsamer oxidiert (über Formaldehyd) als Ethyl (über Ethin).

Daraus folgt das unterschiedliche Klopfverhalten. (Zu den möglichen Mechanismen siehe Webseite.)

(Diese Zusammenhänge wurden von Ulrich Maas und seiner Arbeitsgruppe in Stuttgart aufgedeckt. Dank für seine kollegialen Hinweise!)
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Ulrich Maas
Institut für Technische Verbrennung
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 12
D-70569 Stuttgart
Germany
phone: +49-711-6855635
fax: +49-711-6855653
e-mail: maas@itv.uni-stuttgart.de


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Letzte Überarbeitung: 08. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek