Aufgabenblock — AFB III
Begründen statt nur zählen: Namen überprüfen, Experimente planen, Aussagen beurteilen und Siedetemperaturen auf Teilchenebene erklären. Formuliere deine Antwort erst selbst, bevor du die Musterlösung aufklappst.
Entwickle das Alkan mit der kleinsten Anzahl an C-Atomen, das ein quartäres C-Atom enthält, und begründe, warum es kein kleineres geben kann.
Hinweis: Ein quartäres C-Atom braucht vier C-Nachbarn.
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Musterlösung: Ein quartäres C-Atom ist an vier andere C-Atome gebunden. Das kleinste solche Molekül besteht also aus dem zentralen C-Atom und vier Methylgruppen: C(CH₃)₄ mit der Summenformel C₅H₁₂. Die längste Kette umfasst drei C-Atome, der Name lautet 2,2-Dimethylpropan. Mit vier oder weniger C-Atomen kann kein C-Atom vier C-Nachbarn haben — ein kleineres Alkan mit quartärem C-Atom ist deshalb unmöglich. 2,2-Dimethylpropan ist zugleich eines der drei Strukturisomere von Pentan.
Plane ein Experiment, mit dem du prüfst, ob ein unbekannter weißer Feststoff (Kochsalz, Traubenzucker oder Paraffin) eine organische Verbindung ist und ob es sich um eine Ionen- oder eine Molekülverbindung handelt.
Hinweis: Denke an die Nachweise für C und H und an typische Eigenschaften von Ionen- und Molekülverbindungen.
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Musterlösung: Organisch? Eine kleine Probe wird im Reagenzglas erhitzt bzw. verbrannt, die entstehenden Gase werden durch Kalkwasser geleitet. Eine Trübung zeigt Kohlenstoffdioxid und damit Kohlenstoff im Stoff an. Ein Beschlag, der Watesmo-Papier blau färbt, zeigt Wasser und damit Wasserstoff an. Kochsalz zeigt keine der beiden Reaktionen. Ionen oder Moleküle? Ionenverbindungen haben hohe Schmelztemperaturen und leiten als Schmelze bzw. gelöst in Wasser den Strom. Ein Stoff, der schon im Wasserbad schmilzt (Paraffin) oder dessen Lösung nicht leitet (Traubenzucker), ist eine Molekülverbindung. Sicherheit: Schutzbrille, kleine Portionen, Abzug.
Beurteile die Angabe „Inhalt: C₄H₁₀“ auf einer Gaskartusche für einen Campingkocher, der auch bei −5 °C funktionieren soll. Butan siedet bei −0,5 °C, 2-Methylpropan bei −11,7 °C.
Hinweis: Zu einer Summenformel können mehrere Stoffe gehören.
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Musterlösung: Die Summenformel C₄H₁₀ passt zu zwei Strukturisomeren: Butan und 2-Methylpropan. Butan siedet bei −0,5 °C und ist bei −5 °C flüssig — der Kocher bekäme kaum Gas. 2-Methylpropan siedet bei −11,7 °C und verdampft auch bei −5 °C. Der Grund ist die kugeligere Molekülgestalt mit kleinerer Kontaktfläche und damit schwächeren Van-der-Waals-Kräften. Die Angabe „C₄H₁₀“ ist für diesen Zweck also unzureichend: Der Hersteller müsste den Stoff mit Namen bzw. das Mischungsverhältnis angeben.