Kohlenwasserstoffe

Kohlenwasserstoffe kommen in der Natur in riesigen Mengen in den fossilen Rohstoffen Erdgas, Erdöl und Kohle vor. Im Erdgas sind nur gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten. Erdöl ist ein Gemisch vieler verschiedener vor allem flüssiger Verbindungen von Kohlenstoff und Wasserstoff. Kohle enthält vorwiegend feste Kohlenwasserstoffe. Die Erdöl- und Kohlevorkommen werden von Gasen (Erdgas) begleitet. In diesem Gasgemisch befindet sich in erster Linie Methan, welches die einfachste Kohlenwasserstoffverbindung ist.

Ob ein bestimmter Kohlenwasserstoff gasförmig, flüssig oder fest ist, ist abhängig von seiner Größe und seiner Struktur. Prinzipiell sind Kohlenwasserstoffe (eher) unpolare Moleküle. Die bindenden Elektronenpaare werden zwar von den C- und den H-Atomen unterschiedlich stark angezogen, aber durch die symmetrische Struktur gleichen sich diese Kräfte derart aus, dass es nach außen hin zu keiner Ausbildung von Polen kommt. Kohlenwasserstoffe werden nur durch schwache Anziehungskräfte (sogenannte Van-der-Waals-Kräfte) zusammengehalten. Die zwischenmolekularen Anziehungskräfte nehmen bei gleicher Struktur mit steigender Molekülgröße zu. Je größer die Moleküle sind, umso eher sind die Molekülverbindungen flüssig oder sogar fest.

Kohlenwasserstoffe werden in gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe eingeteilt. Des Weiteren wird auch eine Unterscheidung in kettenförmige und ringförmige Kohlenwasserstoffe vorgenommen; diese können jeweils auch noch Verzweigungen haben. Gesättigte Kohlenwasserstoffe sind nur über Einfachbindungen miteinander verbunden. Ungesättigte Kohlenwasserstoffe haben zumindest eine C-C-Doppelbindung oder C-C-Dreifachbindung.

Propan, $C_3{H}_8$, und Butan, $C_4{H}_{10}$, sind gasförmige gesättigte Kohlenwasserstoffe und können aus Erdöl oder Erdgas gewonnen werden. Sie dienen als Brenngase und sind z. B. in Feuerzeugen oder in Gaskartuschen für Gasbrenner enthalten. Bei genügend Sauerstoffzufuhr verbrennen die Gase vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser (vollständige Verbrennung): $C_3{H}_8 5 O_2 \to 3 C{O}_2 4 H_{2}O$

Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, kommt es zu einer unvollständigen Verbrennung. Neben $C{O}_2$ und $H_{2}O$ entsteht zudem auch reiner Kohlenstoff, C, in Form von Ruß (siehe Kapitel 1.3, Gasbrenner). Propan und Butan sind unter Druck leicht verflüssigbar. Sie werden deshalb auch als Flüssiggase bezeichnet.

Ethen wird aus Erdöl oder Erdgas gewonnen und ist die meistproduzierte organische Grundchemikalie. Ethen ist Ausgangsstoff für die Synthese von über 30 % aller Produkte, die aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden. Es wird beispielsweise für die Herstellung von Polyethen und Polystyrol, Kunststoffen die v. a. für Verpackungen verwendet werden, benötigt.

Ethin ist der technisch wichtigste Kohlenwasserstoff mit einer Dreifachbindung. Es ist ein farbloses, fast geruchloses Gas, das an der Luft mit stark rußender Flamme verbrennt. Man kann es aber in Schweißbrennern mit reinem Sauerstoff umsetzen: eine nicht rußende, sehr heiße Flamme von ca. 3 000 °C entsteht.