Prof. Blumes Tipp des Monats Juli 2013 (Tipp-Nr. 193)


Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.


Zu den Allgemeinen Summen-Formeln der Aliphatischen Kohlenwasserstoffe

Nicht nur Lilly in GZSZ verzweifelt bei ihren Abiturvorbereitungen an den Zahlenkombinationen, die die Allgemeinen Summenformeln der homologen Reihen von Kohlenwasserstoffen beschreiben. Heißt es nun CnH2n oder CnH2n+2, und woher kommt da überhaupt noch die 2? Noch komplizierter scheint das bei den Alkenen und dann erst bei den Alkinen zu werden. Und wie ist es dann erst mit den Isomeren?

Man kann das üben. Das wollen wir hier zeigen. Zuvor eine Anmerkung: Hierbei kann man auch schön mit Molekülmodellen arbeiten - z. B. mit dem sagenhaften Stab-Kugel-Modell-Baukasten von CVK.


1. Alkane
Zunächst schreiben wir die Strukturformel (= Konstitutionsformel) des Butans hin:

Wir sehen, dass alle vier C-Atome jeweils zwei H-Atome tragen. Sei n die Zahl der C-Atome, so ist die Zahl der H-Atome zunächst 2n. Die endständigen zwei C-Atome tragen jedoch noch jeweils ein H-Atom mehr. (Daher kommt also die 2 - was sich Lilly nicht erklären konnte...) Somit gilt:

(1c)       Allgemeine Summenformel der Alkane = CnH2n+2

Für Butan ist n = 4. Damit ist seine Summenformel C4H2 x 4 + 2 = C4H10.

Das üben wir anschließend, wobei wir mit Methan (n = 1) beginnen.


2. Alkene
Als Testsubstanz wählen wir Buten-1.

Wir sehen, dass fast alle C-Atome unterschiedlich viele H-Atome tragen (genau: 1, 2, 2, 3). Das Durchzählen ergibt, dass bei Alkenen die Zahl der C-Atome exakt halb so groß ist wie die der H-Atome. Somit gilt:

(2b)       Allgemeine Summenformel der Alkene = CnH2n

Für Buten ist n = 4. Damit ist seine Summenformel C4H8.

Zum Üben müssen wir mit n = 2 bzw. mit Ethen beginnen.

(Die Allgemeine Summenformel für Alkene gilt auch für Cycloalkane, wie man sich z. B. anhand des Cyclohexans leicht klarmachen kann.)


3. Alkine
Hier ist die Konstitutionsformel von Butin-1:

Wir sehen, dass hier wirklich alle C-Atome unterschiedlich viele H-Atome tragen (genau: 0, 1, 2, 3). Auch hier zählen wir der Einfachheit halber ab. Ist n die Zahl der C-Atome, so ist die Zahl der H-Atome 2n-2.

(3b)       Allgemeine Summenformel der Alkine = CnH2n-2

Für Butin ist mit n = 4 die Summenformel C4H6.

Zum Üben beginnen wir mit n = 2 bzw. mit Ethin.


4. Wie steht es mit den Isomeren?
Wir zeichnen zunächst die Strukturformeln der zwei Stellungs- bzw. Konstitutions-Isomere von Butan.

Durchzählen ergibt für beide Summenformeln C4H10.

Analoges gilt auch für die drei Isomere von Buten:

Die Summenformel aller Buten-Isomere ist C4H8.

Von Butin gib es zwei Isomere:

Die Summenformel der beiden Isomeren des Butins ist C4H6.

Wir lernen daraus:

Die Allgemeine Summenformel ist für Stellungs- oder Konstitutionsisomere gleich.


Und wenn man sich die Ausdrücke für die Allgemeinen Strukturformeln trotzdem partout nicht merken kann?
Dann hilft Folgendes: Man kennt sicherlich die Kohlenwasserstoffe mit n = 2: Ethan, Ethen, Ethin. Mit denen kann man sich die Allgemeinen Summenformeln leicht herleiten.

Kohlenwasserstoff
Gruppe
Stoff mit
n = 2
Halbstruktur-
Formel
Allgemeine
Summenformel
Alkane Ethan CH3-CH3 CnH2n+2
Alkene Ethen CH2=CH2 CnH2n
Alkine Ethin CnH2n-2

Rüdiger Blume

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Letzte Überarbeitung: 27. Juni 2013, Dagmar Wiechoczek