Ethen: Struktur und Herstellung einfach erklärt: Alles Wichtige

Hast du dich jemals gefragt, woraus eine einfache Plastiktüte oder eine Shampooflasche eigentlich besteht? Wenn es um das Thema Ethen: Struktur und Herstellung geht, beginnt alles mit einem winzigen, unsichtbaren Baustein: einem Gas namens Ethen.

Obwohl du es nicht sehen kannst, ist es einer der wichtigsten Stoffe in unserer modernen Welt. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie dieses besondere Molekül genau aufgebaut ist, warum es eine ganz spezielle Form hat und wie man es aus Erdöl gewinnt, um daraus die Dinge herzustellen, die wir jeden Tag benutzen.

Vorwissen

Bevor wir uns die Struktur von Ethen genauer ansehen, solltest du folgende Grundlagen kennen:

• Alkane und Einfachbindungen: Kohlenwasserstoffe wie Ethan ($\text{C}_2\text{H}_6$) haben nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen.

  Beispiel: Im Ethan-Molekül kann sich die C-C-Bindung frei um die eigene Achse drehen.

• EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungs-Modell): Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und ordnen sich so an, dass sie den größtmöglichen Abstand zueinander haben.

  Beispiel: Dies führt dazu, dass Moleküle ganz bestimmte räumliche Formen annehmen, anstatt einfach zufällig angeordnet zu sein.

Aufgabentyp 1: Struktur und Bindung des Ethen-Moleküls

Schauen wir uns zunächst den chemischen Aufbau genauer an. Ethen hat die Summenformel $\text{C}_2\text{H}_4$. Wenn wir es mit dem bekannten Ethan ($\text{C}_2\text{H}_6$) vergleichen, fallen uns zwei fehlende Wasserstoffatome auf. Um trotzdem alle Bindungsplätze der Kohlenstoffatome zu füllen, teilen sich die beiden Kohlenstoffatome einfach zwei Elektronenpaare. Das nennt man eine Doppelbindung ($\textcolor{#08BFFF}{\text{C=C}}$).

Stell dir vor, zwei Personen halten sich nicht nur mit einer Hand, sondern mit beiden Händen fest. Dadurch können sie sich nicht mehr umeinander drehen. Genauso ist die Doppelbindung im Ethen-Molekül nicht frei drehbar. Die Atome sind in ihrer Position starr fixiert.

Nach dem EPA-Modell wirkt diese Doppelbindung auf die anderen Elektronenpaare fast wie eine einzige, sehr dicke Wolke. Da sich alle Bindungen gegenseitig abstoßen, ordnen sie sich so an, dass sie den größtmöglichen Abstand zueinander haben. Das führt zu einem Bindungswinkel von genau $120^\circ$ zwischen dem Kohlenstoffatom und seinen Partnern.

Durch diese $120^\circ$-Winkel liegen alle sechs Atome des Ethen-Moleküls völlig flach auf einer einzigen Ebene, als hätte man sie auf ein Blatt Papier gezeichnet. Man nennt diese flache räumliche Anordnung planar.

Aufgabentyp 2: Herstellung und Verwendung von Ethen

Nachdem wir die Struktur verstanden haben, stellt sich die Frage nach der Gewinnung. Ethen kommt in der Natur nicht einfach so in großen Mengen vor. Es wird in der Industrie hauptsächlich aus Erdöl oder Erdgas gewonnen.

Erdöl besteht oft aus sehr langen, unhandlichen Kohlenwasserstoffketten. Um an das nützliche, kleine Ethen zu kommen, wendet man ein technisches Verfahren an: das Cracken (vom englischen Wort „to crack“ für zerbrechen).

Beim Cracken werden die langen Moleküle bei sehr hohen Temperaturen erhitzt. Zusätzlich nutzt man sogenannte Katalysatoren (chemische Helfer, die Reaktionen erleichtern und beschleunigen). Durch die extreme Hitze und die Katalysatoren zerbrechen die langen Ketten in kleinere Stücke – und eines dieser wichtigen kleinen Stücke ist das Ethen.

[Praxisbezug] Warum betreiben wir diesen enormen Aufwand? Ethen ist einer der wichtigsten Ausgangsstoffe für die chemische Industrie. Der allergrößte Teil davon wird genutzt, um Kunststoffe herzustellen, insbesondere Polyethen (kurz PE). Aus diesem Kunststoff bestehen unzählige Alltagsgegenstände wie Folien, Rohre, Plastiktüten oder Vorratsdosen.

Wichtige Erkenntnisse

Hier hast du noch einmal das Wichtigste auf einen Blick zusammengefasst:

• Ethen ($\text{C}_2\text{H}_4$) besitzt eine $\text{C=C}$-Doppelbindung, die nicht frei drehbar ist.
• Das Molekül ist planar (flach) aufgebaut, und die Bindungswinkel betragen genau $120^\circ$.
• Ethen wird durch das Cracken (Zerbrechen) von langen Kohlenwasserstoffketten aus Erdöl bei hoher Hitze und mit Katalysatoren hergestellt.
• Es ist der wichtigste Baustein für die Herstellung von Kunststoffen wie Polyethen (PE).