Schulexperiment Octan Verbrennen?

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2 Antworten

Moin,

ich denke, deine Aufgabe ist folgende:

Erst sollst du mit Hilfe einer Tiegelzange eine Porzellanscherbe in eine leuchtende (lodernde) Flamme eines Gasbrenners (Bunsenbrenner oder Teclubrenner, je nach Ausstattung der Schule) halten. Ein derartiger Gasbrenner wird durch Erdgas betrieben. Das ist in erster Linie Methan. Die leuchtende (lodernde) Flamme entsteht, wenn du die Luftschlitze der Luftregulierung verschlossen lässt. Das heißt, dass deine Brennerflamme nicht ganz so heiß ist. Darum verbrennt das Methangas manchmal nicht ganz vollständig, sondern es bilden sich (unter anderem) kleine Kohlenstoffatome. Eine unvollständige Verbrennung hat nicht EINE EINZIGE Reaktionsgleichung, sondern es gibt mehrere Möglichkeiten. Eine mögliche Reaktionsgleichung könnte zum Beispiel so lauten:

CH4 + O2 ---> C + 2 H2O

Eine andere so:

3 CH4 + 4 O2 ---> C + 2 CO + 6 H2O

Oder so:

2 CH4 + 3 O2 ---> C + CO2 + 4 H2O

Oder, oder, oder...

Wenn die entstehenden Kohlenstoffatome im Saum der Flamme doch noch verbrennen, geht das mit einer Leuchterscheinung einher. Deshalb leuchtet die Brennerflamme.
Wenn du aber eine Porzellanscherbe an den Saum der Flamme hältst, dann setzen sich hin und wieder ein paar der Kohlenstoffatome auf der Scherbe ab. Dann erkennt man nach einiger Zeit einen schwarzen Belag auf der Scherbe (Ruß).

Als zweites sollst du eine Porzellanscherbe in die rauschende Brennerflamme halten. Die rauschende Brennerflamme entsteht, wenn du die Luftschlitze der Luftregulierung öffnest. Dann erfolgt die Verbrennung des Methangases unter zusätzlicher Luftzufuhr; die Verbrennung erfolgt besser und die Flamme wird heißer. Deshalb kommt es in einer rauschenden Brennerflamme praktisch ausschließlich zu einer vollständigen Verbrennung des Methans. Die dazu gehörende Reaktionsgleichung lautet:

CH4 + 2 O2 ---> CO2 + 2 H2O

Da bei einer vollständigen Verbrennung also kein reiner Kohlenstoff gebildet wird, leuchtet die Flamme viel weniger (bis gar nicht) und auf der Porzellanscherbe kann sich auch (praktisch) kein Ruß absetzen. Im Gegenteil: Wenn du die verrußte Porzellanscherbe aus dem ersten Versuch in die Flamme hältst, brennt die Flamme den Rußbelag sogar weg, so dass die Scherbe wieder sauber wird (sofern sich der Kohlenstoff noch nicht "eingebrannt" hat).

Zum Schluss sollst du n-Octan verbrennen. n-Octan ist unter normalen Bedingungen (normaler Luftdruck und Zimmertemperatur) eine leicht bewegliche Flüssigkeit. Schüttest du ein bisschen davon in ein Porzellanschälchen, kannst du die verdampfenden Gase leicht entzünden. Dann erhältst du brennendes Octan. Auch hier wirst du sehen, dass die Flamme intensiv gelb leuchtet. Oft siehst du sogar schwarze Rauchschwaden (Ruß). Wenn du in den Saum der Octanflamme eine Porzellanscherbe hältst, dann wird sich sehr rasch ein tiefschwarzer Belag (Ruß) auf der Scherbe absetzen. Wieso? Und wieso geht das viel schneller als in der leuchtenden Brennerflamme?
Erstens gibt es offenbar auch beim Octan unvollständige Verbrennungen. Aber vor allem zweitens gibt es diese viel häufiger als bei Methan. Und das liegt an der Struktur des Octans. Methan besteht aus nur einem Kohlenstoffatom, an das 4 Wasserstoffatome gebunden sind. n-Octan besteht dagegen aus einer Kette von acht Kohlenstoffatome, an die 18 Wasserstoffatome gebunden sind. Um eine so lange Kette vollständig verbrennen zu können, benötigst du eine Menge Sauerstoff:

2 C8H18 + 17 O2 ---> 8 CO2 + 18 H2O

Es liegt auf der Hand, dass ab und zu nicht genügend Sauerstoff aus der Umgebung für eine vollständige Verbrennung zur Verfügung steht. Deshalb treten unvollständige Verbrennungen beim n-Octan viel häufiger auf als beim Methan. Und deshalb entsteht viel mehr Ruß, der folglich auch eine Porzellanscherbe viel schneller schwärzt. Eine (von vielen denkbaren) Reaktionsgleichungen für diesen Vorgang lautet zum Beispiel:

C8H18 + 6 O2 ---> 6 C + CO + CO2 + 9 H2O

Ich hoffe, du hast alles verstanden...

LG von der Waterkant.

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JohannesMaesele 10.10.2017, 18:47

Danke nochmal für die Erklärung, obwohl ich es schon verstanden habe warum sich dort Ruß bildet. Mein Lehrer meinte nur, dass ich Octan verbrennen soll und ich wollte wissen wie das geht, da er meinte, dass Butan irgendwie nicht das passende Molekül sei.

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Da liegt ziemlich sicher irgendwo ein Missverständnis vor - das ist ja wohl auch der Grund warum du jetzt nicht weißt, was zu tun ist.
In Brennern wird üblicherweise Ethan, Propan, Butan oder ein Gemisch verbrannt. Da das Experiment mit jeder dieser Verbindungen funktioniert, würde ich davon ausgehen, dass dein Lehrer eines der genannten Gase gemeint hat.

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JohannesMaesele 10.10.2017, 16:32

Also meinst du, dass das Experiment mit Ethan, Propan, Butan oder einem Gemisch durchgeführt wird, ich aber die Erklärung anhand Octan erklären soll?

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IUPAC 10.10.2017, 16:47

Die Erklärung ist für alle Alkane gleich, daher kannst du es für Oktan beschreiben, auch wenn das Experiment mit einem anderen Stoff durchgeführt wurde.

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