Kohlenwasserstoffe, auch bekannt als Hydrocarbone oder Benzine, zählen zu den bedeutendsten Stoffgruppen in der organischen Chemie. Von Treibstoffen und Schmiermitteln bis zur Herstellung von
Kunststoffen, Pharmazeutika und Duftstoffen – Kohlenwasserstoffe sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Durch ihre vielfältigen Strukturen und Eigenschaften sind sie in der Chemie wie auch in der Industrie von zentraler Bedeutung.
Lesen Sie in diesem Beitrag über die verschiedenen Arten, Merkmale, Vorkommen, Herstellung und Verwendung von Kohlenwasserstoffen.
Kohlenwasserstoffe Eigenschaften
Kohlenwasserstoffe sind chemische Verbindungen, die ausschließlich aus den Atomen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Innerhalb dieser Stoffgruppe sind die jeweiligen Verbindungen sehr vielfältig, da sie sowohl kettenförmig als auch ringförmig oder als Kombination beider Formen vorkommen können.
Zu den bekanntesten Untergruppen der Kohlenwasserstoff zählen Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten sowie cyclische (nicht-aromatische) Kohlenwasserstoffe und ihre Isomere.
Kohlenwasserstoffe sind für gewöhnlich farblos, hydrophob (wasserabweisend) und (leicht) entflammbar.
Vorkommen von Kohlenwasserstoffen
Hydrocarbone sind in vielfältigen Formen anzutreffen.
- In der Natur kommen Kohlenwasserstoffe in verschiedensten Formen und in großer Menge vor. Sie sind insbesondere in Erdöl und Erdgas enthalten, wo sie als fossile Kohlenwasserstoffe in wertvollen natürlichen Ressourcen vorkommen.
- Außerdem sind Kohlenwasserstoffe in vielen Pflanzenarten wie beispielsweise in Form von Kautschuk, Terpene oder Carotinoide enthalten.
- In fossiler Form kommen sie auch als Kohle vor.
- Im All findet man sie meist in Form von Methan und Ethan.
Kohlenwasserstoffe Herstellung
Für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen gibt es eine Reihe von chemischen Syntheseverfahren. Dazu zählen unter anderem die Witz-Synthese, Kolbe-Synthese, Fischer-Tropsch-Synthese, Dehydrocyclisierung und Crackaromatisierung.
Raffinerieschema zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und diversen Benzinen
In der Raffinerie wird Erdöl bzw. Erdgas, die beide hohe Anteile an Kohlenwasserstoffen enthalten, bei den entsprechenden Temperaturen und Destillationsstufen in einfachere Stoffgemische getrennt.
In weiterer Folge können durch gezielte Syntheseverfahren spezielle Kohlenwasserstoffe isoliert werden.
Typen von Kohlenwasserstoffen
Kohlenwasserstoffe lassen sich in mehrere Hauptgruppen gliedern.
- Aliphatische (gesättigte) Kohlenwasserstoffe: Sie zeichnen sich durch C-Einfachbindungen aus und sind kettenförmig oder in isomerer/verzweigter Form angeordnet. Zu dieser Gruppe gehören Alkane und ihre Isomere.
- Aliphatische (ungesättigte) Kohlenwasserstoffe: Sie kennzeichnen sich durch C-Mehrfachbindungen wie z. B. Alkene und Alkine.
- Cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe: Im Gegensatz zu den normalen aliphatischen Kohlenwasserstoffen sind sie ringförmig aufgebaut. Sie können sowohl gesättigt als auch ungesättigt sein.
- Aromatische Kohlenwasserstoffe: Diese bestehen aus ringförmigen Strukturen, die aus sechs C-Atomen mit drei C=C-Doppelbindungen bestehen wie beispielsweise Benzol. Mehrere C6-Ringe können auch zu größeren ringförmigen Gebilden und Strukturen verknüpft sein.
Kohlenwasserstoffe Verwendung
Hydrocarbone sind in vielen Sektoren unverzichtbar. Zu den wichtigsten Verwendungen von Kohlenwasserstoffen zählen:
- Brennstoff/Treibstoffe: Kohlenwasserstoffe sind wichtige Energieträger für viele Transportmittel. Sie werden beispielsweise als Benzin oder Diesel für Kraftfahrzeuge sowie als Kerosin für Flugzeuge eingesetzt.
- Industrielle Rohstoffe: Hydrocarbone sind essenziell für die Produktion von Polymeren und Kunststoffen sowie in der chemischen Synthese.
- Produktion von chlorierten Kohlenwasserstoffen.
- Lösungsmittel: Kohlenwasserstoffe dienen als Lösungsmittel in Lacken und Beschichtungen, in der Polymerherstellung sowie in Druckfarben.
- Herstellung von Schmiermitteln.
- Produktion von Pharmazeutika, Farbstoffen und Pigmenten sowie von Aromen und Duftstoffen.
Der Trend im Einsatz diverser Kohlenwasserstoffe verschiebt sich zunehmend in Richtung „aromatenfreie“ Varianten.
Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen
Zu den wichtigsten Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen zählen:
- Kohlenwasserstoffe sind unpolare Substanzen. Sie weisen daher nur eine geringe Löslichkeit in Wasser auf. In den meisten organischen Lösemitteln sind sie jedoch gut löslich.
- Kohlenwasserstoffe sind sowohl hydrophob als auch lipophil. Sie stoßen also Wasser ab, sind aber gut löslich in fettartigen Substanzen.
- Gasförmige Kohlenwasserstoffe verbrennen mit einer heißen Flamme und setzten dabei erhebliche Energiemengen frei.
- Niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe verdampfen schnell. Aufgrund ihres niedrigen Flammpunktes können sie leicht Brände entfachen.
Wichtige Kennzahlen von Kohlenwasserstoffen
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