Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________Datum _ _ ._ _._ _

Alkohol als L�sungsmittel

Versuch 1: In gro�en Rggl. werden jeweils gemischt:

a) 2 ml Pentan mit 2 ml Wasser

b) 2 ml Pentan mit 2 ml Ethanol

c) 2 ml Ethanol mit 2 ml Wasser

Beobachtung: _________________________________________________________________________
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Versuch 2: Zum Gemisch a) werden portionsweise 10 ml Ethanol hinzugegeben.

Beobachtung: __________________________________________________________________________
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Versuch 3: Zu 2 ml der L�sungsmittel a) Pentan, b) Ethanol und c) Wasser werden jeweils einige Kristalle Iod gegeben. Der Versuch wird mit den drei L�sungsmitteln und einer Spatelspitze Glucose wiederholt.

Beobachtung: ____________________________________________________________________________
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Arbeitsauftr�ge:

1. Notiere die Beobachtungen zu den drei Versuchen.

2. Erkl�re die Beobachtungen aus V1, V2 und V3. ==> Hinweise!

3. Informiere dich aus dem Text �Chemische Bindungsarten" und dem Buch (Chemie 2000+) �ber polare und unpolare Molek�le, Elektronegativit�t, zwischenmolekulare Bindungskr�fte.

Hinweise:

a). Pentan ist ein Kohlenwasserstoff (Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff) mit der Formel C₅H₁₂;

b). Ethanol ist eine Verbindung aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff mit der Formel C₂H₆O;

c). Bilde aus den jeweiligen Summenformeln mit Hilfe der Bindigkeit (=Wertigkeit) die Strukturformeln von Pentan und Ethanol. Die Strukturformel von Wasser d�rfte ja bekannt sein! [Kohlenstoff ist vierbindig, Wasserstoff einbindig und Sauerstoff zweibindig].

d). Stelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Strukturformeln von Pentan, Ethanol und Wasser fest.

e). In welchem bekannten Lehrsatz lassen sich die Beobachtungen aus den Versuchen zusammenfassen?

f). Notiere dir >Begriffsbestimmungen (Definitionen) der Begriffe Elektronenpaarbindung, Elektronegativit�t, polare und unpolare Molek�le, Hydroxy-Gruppe, hydrophil und hydrophob, lipophil und lipophob, Wasserstoffbr�ckenbindung, Dipol-Dipol-Bindung und Van-der-Waals-Kr�fte.

update am: 02.02.21 zur�ck zur Hauptseite

L�sungen:

1. Beobachtungen zu den drei Versuchen:

V1a: Beide Fl�ssigkeiten mischen sich nicht, das spezifisch leichtere (kleinere Dichte) Pentan bildet die obere Phase, Wasser die untere.

V1b: Beide Fl�ssigkeiten mischen sich und bilden eine gemeinsame Mischphase.

V1c: Beide Fl�ssigkeiten mischen sich und bilden eine gemeinsame Mischphase.

V2: Bei portionsweiser Zugabe von ca. 10 mL Ethanol verschwindet gegen Ende der Zugabe die Pentan-Phase.

V3: Jod l�st sich gut in Pentan und in Ethanol, schlecht in Wasser. Glucose l�st sich dagegen gut in Wasser, m��ig l�slich in Ethanol und schlecht l�slich in Pentan.
Ein Nebeneffekt des Versuchs: die Farbe der entstehenden L�sung ist in Wasser und Ethanol braun (intensiv bis weniger intensiv je nach Konzentration), in Pentan ist sie lila.

Erkl�rungen zu den Versuchen:

Gem�� dem Lehrsatz "Similia similibus solvuntur" (siehe Punkt e): "�hnliches wird von �hnlichem gel�st" weisen die Versuchsergebnisse auf strukturelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede hin, die die L�slichkeit bzw. Unl�slichkeit erkl�ren.

Pentan ist ein Kohlenwasserstoff, in diesem Falle nur aus 5 Kohlenstoff- und 12-H-Atomen zusammengesetzt (siehe Hinweis a). Die C-Atome bilden eine Kette, die H-Atome umh�llen diese, die Atome beider Elemente sind mit Elektronenpaarbindungen an einander gebunden. Zwischen beiden Elementen besteht nur ein geringer Unterschied in der Elektronegativit�t, der aufgrund der molekularen Symmetrie praktisch nicht zum Tragen kommt. Deswegen bilden Pentan-Molek�le untereinander auch nur schwach wirkende Van-der-Waals-Kr�fte aus, also fluktuierende, tempor�re schwache zwischenmolekulare Anziehungskr�fte, die von der Molek�lgr��e (Oberfl�che!) und dem Abstand sowie der Temperatur abh�ngig sind.

Wasser bildet mit Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgrund des gro�en Unterschiedes in der Elektronegativit�t und des Bindungswinkel ein stark polares Molek�l. Die Wassermolek�le werden zusammengehalten nicht nur durch ihre Dipoleigenschaft, sondern auch wesentlich durch die Ausbildung der Wasserstoffbr�ckenbindung, der st�rksten zwischenmolekularen Bindungsart bei den Sekund�rbindungen.

Ethanol steht gewisserma�en dazwischen: ohne all zuviel metaphorische Vergleiche anstrengen zu wollen, besitzt es Anteile des Pentans mit seiner aus zwei C-Atomen bestehenden Kohlenstoffkette, die von 5 H-Atomen umgeben ist und Anteile des Wassers in Form der Hydroxy-Gruppe, die als Abk�mmling (Derivat) des Wassers betrachtet werden kann. Somit vereinigt Ethanol sowohl Eigenschaften des Pentans wie auch des Wassers in sich und ist somit das ideale Vermittlermolek�l zwischen niederen Kohlenwasserstoffen (C-Zahl bis ca.7) und Wasser, einem der polarsten Stoffe, die es gibt.

Jod bildet im festen Zustand ein kristallines Gitter aus Jod-Atomen, das durch ebensolche Van-der-Waals-Bindungen zusammen gehalten wird. Das Gitter aus nur einer Art von Atomen eines Elements ist unpolar. Wegen der �hnlichkeit der Bindungen l�st sich Jod in Pentan hervorragend, ist Ethanol ganz gut (�hnlichkeit mit dem Kohlenwasserstoffanteil), in Wasser schlecht, weil die Sekund�rbindungsverh�ltnisse v�llig verschieden sind (Van-der-Waals-Bindungen versus Wasserstoffbr�ckenbindung).

Das gleiche gilt f�r Glucose, die aufgrund der Struktur (Summenformel C₆H₁₂O₆) f�nf Hydroxy-Gruppen aufweist, die somit sehr gute Bindungen zu Wasser eingehen k�nnen, m��ig gute Bindungen zu Ethanol, aber keine zu Pentan. Der Nebeneffekt der gemeinsamen Farbe in Wasser und Ethanol, unterschiedlich zu Pentan, weist ebenfalls auf strukturelle Gemeinsamkeiten von Wasser und Ethanol hin (s.o.: Ethanol als Derivat von Wasser).


Kalottenmodell des Pentan-Molek�ls mit 5 C- und 12 H-Atomen		Das Wassermolek�l ist ein Dipol aufgrund der EN-Differenz und der gewinkelten Struktur.

Aufgrund der EN-Werte und -Differenzen ist das Pentan-Molek�l "au�en" leicht positiv und "innen" leicht negativ geladen. Aufgrund der Symmetrie kommt diese Ladungsdifferenz aber nicht zum Tragen: das Molek�l ist komplett unpolar.
	Das Ethanol-Molek�l: es vereinigt Strukturmerkmale und somit Eigenschaften von Pentan und Wasser: Struktur-Eigenschafts-Zusammenhang

	Strukturformeln dr�cken dasselbe aus.

	Wasserstoffbr�ckenbindungen im Ethanol-Molek�l

Bild-Quelle: Tausch/v. Wachtendonk: Chemie 2000+

�brigens:

Tragendes Element f�r das Molek�lger�st des Pentans wie auch der Alkohole ist der Kohlenstoff. Kohlenstoff wird mit dem Elementsymbol C f�r Carbon im Periodensystem aufgef�hrt. Es hat die Ordnungszahl 6 und ist der 4. Hauptgruppe zugeordnet. In der Natur kommt Carbon in gediegener als auch in chemisch-gebundener Form vor.

Carbon gilt als eines der wichtigsten Materialien f�r die Zukunft des Autobaus. Da die Kohlenstofffaser-Verbindungen halb so leicht wie herk�mmliches Aluminium und h�rter als Stahl sind, soll der Treibstoffverbrauch der Autos somit gesenkt werden. Doch neben diesen n�tzlichen Eigenschaften hat Carbon f�r den Verbraucher einen ganz besonderen Nutzen: Carbon sieht hochwertig aus und steht f�r Sportlichkeit sowie Dynamik, da es im Rennsport weit verbreitet ist. Aufgrund dessen erfreuen sich Accessoires wie Schmuck aus Carbon, Carbon-Eheringe oder auch Uhren mit Carbon-Elementen gro�er Beliebtheit.

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