Erdöl - Tummelplatz verschiedenster Kohlenwasserstoffe
Experimente:
Versuch: Destillation von Erdöl
Der Mammutanteil der in der Chemie und Industrie benötigten Kohlenwasserstoffe wird
heute durch fraktionierte Destillation aus Erdöl gewonnen. Mehrere hundert - vielleicht sogar
tausende - verschiedene Vertreter dieser Stoffklasse lassen sich direkt aus Erdöl gewinnen
und bilden die Grundlage für eine riesige Vielfalt an weiteren Kohlenwasserstoffen, die
sich aus ihnen synthetisieren lassen. Hinzu kommt noch, dass Erdöl und Erdgas sich
mittlerweile zu den wichtigsten Energieträgern entwickelt haben. Das alles macht Erdöl
so begehrenswert und auch politisch interessant.
Die Destillation von Erdöl
Ein Großteil der physikalisch-chemischen Besonderheiten der Kohlenwasserstoffe lässt
sich bereits bei dem Verlauf der Destillation von Erdöl erkennen (-> Versuch).
An dem Temperaturverlauf der Destillation erkennt man sofort, dass Erdöl ein Gemisch
aus sehr vielen verschiedenen Verbindungen mit ähnlichen Siedetemperaturen sein muss. Es
lassen sich nämlich keine Temperaturplateaus erkennen, wie es bei der Destillation von Gemischen,
die nur aus einigen wenigen Reinstoffen bestehen, typisch wäre. Die Temperatur steigt stattdessen
stetig an. Trotzdem können wir versuchen, Fraktionen, die sich in ihren Siedebereichen unterscheiden,
abzufangen.
Eigenschaften der Destillate
Schon auf den ersten Blick fällt auf, dass sich die einzelnen Fraktionen in Farbe und
Zähflüssigkeit (Viskosität) stark unterscheiden. Während die ersten, niedrigsiedenden
Fraktionen klar und flüssig sind, werden die Fraktionen der höheren Siedebereiche zunehmend
trübe, die letzte Fraktion ist sogar gelblich. Auch die Zähflüssigkeit (Viskosität) nimmt zu.
Die niedrigsiedenden Fraktionen der Destillation enthalten die kurzkettigen, flüssigen
Kohlenwasserstoffe. Diese sind farblos. In den zähflüssigeren Fraktionen befinden sich längerkettige
Moleküle. Diese halten offensichtlich mehr zusammen als ihre kurzkettigen Verwandten. Die dafür
verantwortlichen Kräfte sind die Van-der-Waals-Kräfte.
Je länger die Ketten sind, desto eher neigen sie zur Zersetzung, wobei Kohlenstoff frei wird.
Dadurch färben sich die letzten Fraktionen gelb bis braun.
Brennverhalten der Destillate
Das Brennverhalten der Fraktionen ist ebenfalls sehr unterschiedlich.
Während die ersten Flüssigkeiten sich sehr leicht entzünden lassen, wird es bei den höher siedenden
Fraktionen immer schwieriger. Dieses liegt daran, dass nur der Dampf entzündet werden kann. Denn nur
er mischt sich ausreichend mit dem Sauerstoff der Luft. Je niedriger der Siedepunkt
ist, desto später verdampfen die Substanzen.
Auch bei der Rußentwicklung und beim Leuchten der Flamme kann man große Unterschiede feststellen.
Entscheidend ist hierbei das Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis. Je größer das Verhältnis ist, desto mehr
russt die Flamme und desto gelber ist sie. Methan, Ethan und Propan (C:H ungefähr gleich 1:4 bis 1:3)
brennen mit fast farbloser Flamme ab, während die ungesättigten aromatischen Kohlenwasserstoffe wie
Benzol mit C:H = 1:1 stark rußen. Letztlich sind Rußen und Leuchten der Flamme Folgen einer
unvollständigen Verbrennung. Denn beide sind auf die Freisetzung von
Kohlenstoff zurückzuführen.
Aber auch langkettige Kohlenwasserstoffe leuchten beim Verbrennen besonders stark, obwohl ihr C:H-Verhältnis
im Normalbereich liegt. Denn sie werden beim Erhitzen rasch zersetzt - wobei Kohlenstoff frei wird.
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