Chemie

• Halogene reagieren mit Alkanen in Substitutionsreaktionen, wobei ein Atom oder eine Atomgruppe durch ein Halogenatom ersetzt wird. Zum Beispiel bleibt ein Gemisch aus Brom und n - Heptan im Dunkeln stabil, aber unter Belichtung, die Aktivierungsenergie zuführt, entfärbt sich das Gemisch und produziert Bromheptan und Bromwasserstoff (HBr). Die Reaktion zeigt, dass ein H - Atom im n - Heptan - Molekül durch ein Br - Atom ersetzt wird. Chlor reagiert auf ähnliche Weise wie Brom mit Alkanen, wobei Halogenalkane als neue Stoffklasse entstehen.
• Ein Reaktionsmechanismus beschreibt den detaillierten Ablauf von Reaktion organischer Verbindungen, die oft in mehreren Teilschritten stattfinden. Er veranschaulicht, wie Bindungen gespalten und neu gebildet werden. Verschiedene Pfeiltypen zeigen die Bewegung von Elektronen an: Pfeil mit normaler Spitze für zwei Elektronen und Pfeile mit halber Spitze für ein Elektron. In der Organischen Chemie gibt es eine begrenzte Anzahl von Reaktionsmechanismen, in die selbst komplexe Reaktionen unterteilt werden können. Ein bekanntes Beispiel ist die radikalische Substitution.
• Die radikalische Substitution ist ein Reaktionstyp, bei dem Alkane mit Halogenen reagieren. Dabei entstehen reaktive Teilchen mit ungepaarten Elektronen, sogenannte Radikale. Die Reaktion verläuft in mehreren Teilreaktionen, beginnend mit der Homolyse des Halogenmoleküls durch Lichtabsorption. Die Kettenreaktion umfasst die Reaktion eines Halogenradikals mit einem Wasserstoffatom des Alkanmoleküls, gefolgt von der Reaktion des entstandenen Alkanradikals mit einem weiteren Halogenmolekül. Abbruchreaktionen, bei denen Radikale miteinander reagieren, können die Kettenreaktion beenden.
• Licht ist eine Form von elektromagnetischer Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge, die eine festgelegte Energiemenge besitzt. Die Energie von Licht wird in der Einheit kJ * mol^-1 angegeben. Bei der Startreaktion der radikalischen Substitution wird die Energie von Licht genutzt, um die Halogen - Molekül homolytisch zu spalten. Die Bindungsenergie gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um eine Bindung zu brechen. Bei der Br - Br - Bindung sind es 193 kJ * mol^-1, bei der Cl - Cl - Bindung 242 kJ * mol^-1.
• Die Mehrfachsubstiution bezieht sich auf das Phänomen, dass bei der Bildung von Brommethan durch Substitution nicht nur ein Wasserstoffatom im Methan - Molekül durch ein Bromatom ersetzt wird. Stattdessen können auch Dibrommethan, Tribrommethan und Tetrabrommethan entstehen. Diese unterschiedliche Produkte resultieren aus mehrfachen Substitutionen, bei denen mehrere Wasserstoffatom im Methan durch Bromatome ersetzt werden. Da Mischungsverhältnis der Edukte kann angepasst werden, um die Ausbeute des gewünschten Produkts zu steuern.
• Startreaktion:

  Hier wird ein Halogen - Molekül, in diesem Fall Brom, durch eine Energiequelle (z.B. Licht oder Wärme) in Radikale gespalten. Dieser Vorgang ist als homolytische Spaltung bekannt, bei dem jedes Atom des Halogenmoleküls ein ungepaartes Elektron erhält.

  Br2 -Licht-> 2 Br

  Kettenreaktion:

  • Angriff auf das Alkan: Ein Brommolekül greift das Alkan (Octan) an, indem es ein Wasserstoffatom von einem der Kohlenstoffatome abzieht. Dabei entstehen Bromwasserstoff (HBr) und ein Octyl - Radikal (C8H17). Br + C8H18 --> HBr + C8H17
• Der erste Schritt ist der elektrophiler Angriff. Das Brom - Molekül ist ein starkes Elektrophil, das auf Elektron der C = C - Doppelbindung im Ethen - Molekül reagiert. Dies führt zur Bildung eines bromierten Zwischenprodukts, des Bromonium - Ions, bei dem ein Brom - Atom an die Dppelbindung addiert und eine Br - Br - Bindung gebrochen wird.

  Br2 + H2C = CH2 --> BrCH2 - CH2Br^+
• Das Bromonium - Ion ist ein zyklischer Zwischenzustand, bei dem das Bromatom gleichzeitig an beide Kohlenstoffatome der Doppelbindung gebunden ist. Da das Bromonium - Ion durch die positive Ladung hochreaktiv ist, reagiert es schnell mit einem weiteren Brom - Atom, das in der Nähe ist.
• Im nächsten Schritt greift das zweite Brom - Atom das Bromonium - Ion an. Dieser Angriff erfolgt auf die Rückseite des zyklischen Zwischenprodukts, was zu einer Öffnung des Bromonium - Ions und zur Bildung von 1,2 - Dibromethan (CH2Br - CH2Br) führt.

  BrCH2 - CH2Br^+ + Br^- --> CH2Br - CH2Br
• Dies ist der Ausgangsstoff oder das Ausgangsmaterial einer chemischen Reaktion. Edukte sind die Reaktanten, die in einer Reaktion miteinander reagieren oder sich umwandeln. Beispiel: In der Verbrennungsreaktion von Methan mit Sauerstoff sind Methan und Sauerstoff die Edukte.
• Dieser Begriff bezeichnet eine Zwischenprodukt in einer chemischen Reaktion. Interdukte entstehen während der Reaktion und können sich weiter umwandeln, bevor das Endprodukt gebildet wird. Sie sind oft instabil oder reaktiv. Beispiel: In der radikalischen Substitution von Methan mit Brom kann ein Methylenradikal ein Interdukt sein.
• Dieser Begriff wird weniger häufig verwendet und bezieht sich normalerweise auf ein Translationsprodukt oder einen übertragenen Stoff in einer Reaktion. In der chemischen Terminologie ist dies weniger gebräuchlich als die anderen Begriffe.
• Dies ist das Endresultat einer chemischer Reaktion. Produkte entstehen aus den Edukten durch chemische Umwandlungen oder Reaktionen. Sie sind in der Regel stabiler als die Edukte oder Interdukte. Beispiel: In der Verbrennungsreaktion von Methan sind Kohlendioxid und Wasser die Produkte.
• Das Brommolekül (Br2) wird polarisiert, wenn es in die Nähe der Doppelbindng des Alkens kommt. Durch die hohe Elektronendichte der Doppelbindung wird ein Br - Atom im Brommolekül positiv geladen, während das andere Br - Atom negativ geladen wird.
• • Das positiv geladene Br - Atom (Elektrophil) greift die Doppelbindung des Oct - 1 - ens an. Die Doppelbindung öffnet sich und bildet eine neuen Bindung zwischen dem Br - Atom und einem der Kohlenstoffatome des Alkens.
  • Ein Zwischenprodukt, das sogenannte Bromonium - Ion, entsteht. Dieses Zwischenprodukt ist ein dreigliedriger Ring, der aus zwei Kohlenstoffatomen und einem Bromatom besteht. Das Bromonium - Ion hat eine positive Ladung.
• • Das negativ geladene Br - Atom (Nukleophil) greift das Bromonium - Ion an. Der Angriff erfolgt von der Seite des Rings, die nicht durch das erste Br - Atom blockiert ist.
  • Dieser Angriff öffnet den Bromonium - Ring, wodurch ein Dibromid entsteht.
• • Das Endprodukt der Reaktion ist ein 1,2 - Dibrom - Octan, wobei die beiden Bromatome an den Kohlenstoffatomen der ehemaligen Doppelbindungen gebunden sind.
• • Bromwasserstoff (HBr) ist ein polares Molekül, bei dem das Wasserstoff positiv geladen ist und das Bromatom negativ geladen ist. Das positiv geladene Wasserstoffatom wird von der Elektronendichte der Doppelbindung des But - 2 - ens angezogen.
• • Das Wasserstoffatom des HBr greift eines der Kohlenstoffatome der Doppelbindung des But - 2 - ens an. Dies führt zur Aufspaltung der Doppelbindung und zur Bildung einer neuen Bindung zwischen dem Wasserstoffatom und den Kohlenstoffatom.
  • Durch diese Bindungsspaltung entsteht ein Carbokation (ein positiv geladenes Kohlenstoffatom) am anderen Kohlenstoffatom der ehemaligen Doppelbindung. Dies ist der kritische Schritt der Reaktion.
• • Das negativ geladene Bromatom (Br^-) des HBr - Moleküls greift das positiv geladene Carboation an und bildet eine neue Bindung.
  • Der Angriff erfolgt in der Regel an dem Carboation, das bei der Addition des Wasserstoffatoms übrig blieb.
• • Das Endprodukt dieser Reaktion ist ein Monobrom - Butan, bei dem das Wasserstoffatom und das Bromatom jeweils an den Kohlenstoffatomen der ehemaligen Doppelbindung gebunden sind.
  • Da die Reaktion bei einem symmetrischen Alken wie But - 2 - en stattfinden kann, entstehen mögliche Isomere je nach Position der Addition.
• Trauben --> Mühle/Presse --> Maische --> Kelter --> (Gärung) Hefe --> Alkohol (Ethanol) und CO2
• Ethanol ist ein Narkotikum und Zellgift, dessen Wirkung auf den Körper von der konsumierten Menge abhängt. Der Alkoholgehalt im Blut wird in Promille (%o) gemessen. Selbst geringe Mengen Ethanol können Seh- und Wahrnehmungsstörungen verursachen. Bei höheren Mengen kann es zu Bewusstlosigkeit führen. Ein sehr hoher Alkoholgehalt im Blut kann das Atemzentrum lähmen und zum Tod führen.
• Alkohol ist in unserer Kultur ein weit verbreitetes Genussmittel, oft bei gesellschaftlichen Anlässen präsent. Obwohl seine gesundheitlichen Risiken bekannt sind, wird sein Konsum häufig als gesellschaftlich akzeptiert betrachtet. Durchschnittlich konsumiert jeder Bundesbürger über 12 Liter reinen Alkohol pro Jahr. Bereits geringe Mengen können, bei regelmäßiger Einnahme, Organe schädigen oder Krebs verursachen. Der Einfluss von Alkohol hängt von der konsumierten Menge sowie von der individuellen körperlichen und seelischen Verfassung ab. Alkoholkonsum kann schleichend zur Sicht führen.
• Kurzzeitige Folgen von Alkoholkonsum:

  • Seh- und Wahrnehmungsstörungen
  • Bewusstlosigkeit bei größeren Mengen
  • Einfluss auf die Stimmung und das Selbstbewusstsein
  • Lockerheit und scheinbare Entspannung
  • Gefährdung der motorischen Kontrolle und Reaktionsfähigkeit
  • Erhöhte Risikobereitschaft und verminderte Urteilsfähigkeit
  • Erbrechen und Übelkeit bei übermäßigem Konsum
  • Kater nach Abklingen der Wirkung
• Langfristige Folgen von Alkoholkonsum:

  • Organschäden; insbesondere an der Leber und am zentralen Nervensystem
  • Erhöhtes Krebsrisiko bei regelmäßiger Einnahme
  • Psychische Abhängigkeit, gefolgt von physischer Abhängigkeit
  • Entzugserscheinungen wie Gereiztheit, innere Unruhe und Angstgefühle
  • Gestörter Alltag und Schwierigkeiten bei der Bewältigung des täglichen Lebens
  • Soziale und familiäre Probleme
  • Gesellschaftliche Isolation
  • Zunehmender Alkoholkonsum, der zur Alkoholsucht führen kann
• Argumente für eine Herabsetzung der Promillegrenze:

  • Alkohol beeinflusst Reaktionszeit, Koordination und Urteilsvermögen, selbst bei geringen Mengen. Eine niedrigere Promillegrenze könnte das Risiko von Unfällen und alkoholbedingten Verkehrstoten reduzieren.
  • Eine strengere Promillegrenze könnte eine abschreckende Wirkung auf potenzielle Trunkenheitsfahrer haben, was zu sichereren Straßen führen könnte.
  • Länder wie Schweden haben niedrigere Promillegrenzen und niedrigere Raten alkoholbedingter Verkehrsunfälle.
• Argumente gegen eine Herabsetzung der Promillegrenze:

  • Eine sehr niedrige Promillegrenze könnte eine striktere Überwachung erfordern und zu mehr Verkehrskontrollen führen, was Ressourcen bindet.
  • Eine strengere Promillegrenze könnte auf Widerstand stoßen, insbesondere in Kulturen, in denen Alkoholkonsum gesellschaftlich akzeptiert ist.
  • Strengere Alkoholkontrollen könnten Auswirkungen auf die Gastronomie und das Nachtleben haben, was wirtschaftliche Bedenken aufwirft.
• Methanol CH3-OH

  Ethanol CH3-CH2-OH

  Propan-1-ol CH3-CH2-CH2-OH

  Butan-1-ol CH3-CH2-CH2-CH2-OH

  Pentan-1-ol CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-OH

  Hexan-1-ol CH3-(CH2)5-OH

  Heptan-1-ol CH3-(CH2)6-OH

  Octan-1-ol CH3-(CH2)7-OH

  Nonan-1-ol CH3-(CH2)8-OH

  Decan-1-ol CH3-(CH2)9-OH
• Allgemeine Struktur:

  Alkanole bestehen aus einer Alkylgruppe (eine Kette aus Kohlenstoffatomen, die mit Wasserstoffatomen gesättigt ist) und einer oder mehreren Hydroxy - Gruppen. Die Strukturformel kann variieren, aber die grundlegende Zusammensetzung bleibt die gleiche.
• Eigenschaften:

  • Die Hydroxy - Gruppe macht Alkanole polar, was sie von Alkanen unterscheidet
  • Aufgrund ihrer Polarität sind Alkanole in der Regel in Wasser löslich, insbesondere die niedermolekularen Vertreter
  • Alkanole haben aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen in der Regel höhere Siedepunkte als Alkane mit ähnlicher Kohlenstoffzahl.
• Homologe Reihe:

  • Die homologe Reihe beginnt mit Methanol (CH3OH), dem einfachsten Alkanol, (C2H5OH), Propanol (C3H7OH), Butanol (C4H9OH), usw.
  • Mit zunehmender Kettenlänge nehmen die Siedpunkte und Schmelzpunkte tendenziell zu, während die Löslichkeit in Wasser abnimmt.
• Anwendung:

  Alkanole werden in vielen Anwendungen eingesetzt, darunter als Lösungsmittel, Kraftstoffzusatz, in der chemischen Industrie und als Desinfektionsmittel. Ethanol ist bekannt als Trinkalkohol.
• allgeimeine Summenformel:

  CnH2n+1OH
• Die homologe Reihe der Alkanole besteht aus organischen Verbindungen, die sich formal von den Alkanen ableiten lassen und eine Hydroxy - Gruppe (O - H - Gruppe) enthalten. Die allgemeine Formel lautet CnH2n+1OH. Die Namen der Alkanole werden durch Anhängen der Endung -ol an den Namen des entsprechenden Alkans gebildet. Die erste Glieder der Reihe sind Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol und Pentanol. Methanol und Ethanol lassen sich durch eine Reaktion mit Bromsäure unterscheiden.
• Alkanole können verschiedene Isomere aufweisen, abhängig von der Position der Hydroxy - Gruppe im Molekül. Die beiden Isomere des Propanols sind n - Propanol (Propan - 1 - ol) und Isopropanol (Propan - 2 - ol). Die systematischen Namen geben Auskunft über die Position der OH - Gruppe im Molekül. Bei Alkanolen ab vier C - Atomen können auch verzweigte Alkylreste auftreten, was zu primären, sekundären und tertiären Alkanolen führt. Ein Beispiel sind die isomeren Butanole: Butan - 1 - ol ist primär, Butan - 2 - ol ist sekundär, und 2 - Methylpropan - 2 - ol ist tertiär.
• Glycerin hat drei Hydroxy - Gruppen, was es stark polar macht. Die Hydroxy - Gruppen können Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen eingehen, was die Wechselwirkungen mit Wasser begünstigt.
• Da Glycerin mehrere Hydorxy - Gruppen enthält, könnte es nicht nur löslich, sondern auch in beliebigen Verhältnissen mit Wasser mischbar sein. Dies ist charakteristisch für stark polaren Moleküle, die durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert werden.
• Die Siedetemperaturen von Ethanol und Propan unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen zwischenmolekularen Wechselwirkungen. Ethanol bildet aufgrund der polaren Hydroxy - Gruppen starke Wasserstoffbrücken, während Propan nur schwache London - Kräfte aufweist. Dadurch siedet Ethanol bei höheren Temperaturen als Propan. Bei längeren Alkanen und Alkanolen ist der Unterschied in der Siedetemperatur geringer, da sich die London - Kräfte bei längeren Ketten aufsummieren.
• Kupfer wurde zu Kupferoxid oxidiert. Kupferoxid wurde beim Eintauchen in Propan - 1 - ol zu Kupfer reduziert. Propan - 1 - ol wurde oxidiert.

  --> Redoxreaktion (Elektronübertragungsreaktion)