Brennbarkeit von Alkanen

In diesem Versuch werden Heptan, Paraffinöl und Petroleumbenzin auf ihre Brennbarkeit untersucht. Dass Paraffinöl und Petroleumbenzin Gemische aus unterschiedlich langen Alkanen sind, sollten die SuS als Vorwissen besitzen.

3x Tiegel, feuerfeste Unterlage, Glimmspan, Feuerzeug, Gasbrenner, Tondreieck, Dreifuß

n-Heptan, Paraffinöl, Petroleumbenzin

Es werden von jedem Stoff einige Tropfen in jeweils einen der drei Tiegel, die auf der feuerfesten Unterlage stehen, gegeben und es wird nacheinander versucht, sie mit einem brennenden Glimmspan anzuzünden. Das Paraffinöl muss zusätzlich mit dem Gasbrenner erhitzt werden.

Heptan fängt an zu brennen, sobald der Glimmspan in die Nähe gehalten wird. Petroleumbenzin fängt erst nach einiger Zeit an zu brennen, nachdem der Glimmspan in die Nähe gebracht wurde. Paraffinöl muss einige Zeit mit dem Gasbrenner erhitzt werden, bis es durch einen Glimmspan entzündet werden kann. Die Tiegel, in denen Paraffinöl und Petroleumbenzin verbrannt wurden, sind stark verrußt, der Tiegel mit Heptan dagegen fast nicht.

Es lässt sich eine Abhängigkeit der Brennbarkeit von der Kettenlänge feststellen. Heptan besitzt mit sieben Kohlenstoffatomen Moleküle der kürzeste Kette, Petroleumbenzin besteht aus einem Gemisch von Alkanen mit einer Kettenlänge von 8-12 Kohlenstoffatomen und Paraffinöl aus Alkanen mit einer Kettelänge von 14-30 Kohlenstoffatomen. Mit steigender Kettenlänge bilden sich stärkere van-der-Waals-Kräfte aus, da eine längere Kette eine höhere Kontaktfläche als eine kleine Kette hat.

Aus diesem Grund haben Alkane mit einer längeren Kettenlänge eine höhere Siedetemperatur (Heptan 98 °C, Petroleumbenzin 140-180 °C, Paraffinöl ca. 250 °C), sie sind also schwerer in die Gasphase zu überführen, weshalb sie schwerer entzündlich sind. Darum muss das Paraffin mit dem Gasbrenner erhitzt werden, bis es gasförmig und damit brennbar wird. Je länger also die Kohlenstoffkette ist, desto höher ist die Siedetemperatur.

Außerdem verbrennen Alkane mit längeren Ketten unvollständiger, sodass Ruß zurückbleibt, weil der Massenanteil von Kohlenstoff gegenüber dem von Wasserstoff steigt und mehr Sauerstoff benötigt würde, um alle Kohlenstoffatome zu oxidieren. Folgende Reaktionsgleichung ist für die Verbrennung von Heptan beispielhaft gegeben:

2 C₇H_{16 (l)} + 22 O_{2 (g)} → 14 CO_{2 (g)} + 16 H₂O_(g)

Die van-der-Waals-Kräfte, die erst in der Oberstufe thematisiert werden, können didaktisch reduziert werden, indem sie als temporäre Ladung, die infolge von Zusammenstößen entsteht, erklärt werden.

Die Reste der organischen Lösungsmittel können im Abfall für organische Lösungsmittel entsorgt werden.

E. Irmer et al., elemente chemie 7-10, Ernst Klett 2010, S. 251.