Grundlagen der Alkane einfach erklärt: Formeln & Reihe

Hast du dich schon einmal gefragt, was das Gas in einem Feuerzeug, das Gas in einem Campingkocher und das Wachs einer Kerze gemeinsam haben? Sie alle bestehen aus einer ganz bestimmten Familie von chemischen Stoffen: den Alkanen!

Alkane sind fantastische Energielieferanten. In diesem Artikel zu den Grundlagen der Alkane wirst du lernen, aus welchen Bausteinen diese Stoffe bestehen, wie man ihre chemischen Formeln wie ein kleines Rätsel berechnet und wie sie ihre Namen bekommen.

Vorwissen

• Atome und ihre Symbole: Kohlenstoff hat das Symbol $\text{C}$ und Wasserstoff das Symbol $\text{H}$.

  Beispiel: Ein Molekül, das aus diesen beiden Atomsorten besteht, nennt man Kohlenwasserstoff.

• Methan: Das einfachste Molekül dieser Art.

  Beispiel: Methan hat die Summenformel $\text{CH}_4$ (ein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome).

Aufgabentyp 1: Kohlenwasserstoffe und die Zauberformel der Alkane

Stoffe, die ausschließlich aus Kohlenstoffatomen ($\text{C}$) und Wasserstoffatomen ($\text{H}$) bestehen, nennt man Kohlenwasserstoffe. Eine ganz wichtige Gruppe dieser Kohlenwasserstoffe sind die Alkane. Du erkennst sie immer an ihrer Namensendung auf „-an“.

Alkane sind wie ein Baukastensystem aufgebaut. Wenn du weißt, wie viele Kohlenstoffatome ($\text{C}$) in einem Alkan stecken, kannst du die Anzahl der Wasserstoffatome ($\text{H}$) ganz einfach berechnen. Dafür gibt es eine allgemeine Summenformel:

$\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$

Das kleine $n$ steht für die Anzahl der Kohlenstoffatome. Die Regel für die Wasserstoffatome lautet also: Nimm die Anzahl der C-Atome mal 2 und rechne dann 2 dazu.

Die ersten vier Alkane haben besondere Namen, die du dir merken musst. Ab dem fünften Alkan wird es einfacher: Hier nutzt man griechische Zahlwörter (wie Penta für 5 oder Hexa für 6) und hängt einfach ein „-an“ an. Hier ist die Liste der ersten elf Alkane:

$\begin{array}{l|l|l} \text{Anzahl C-Atome } (n) & \text{Name des Alkans} & \text{Summenformel} \\ \hline 1 & \text{Methan} & \text{CH}_4 \\ 2 & \text{Ethan} & \text{C}_2\text{H}_6 \\ 3 & \text{Propan} & \text{C}_3\text{H}_8 \\ 4 & \text{Butan} & \text{C}_4\text{H}_{10} \\ 5 & \text{Pentan} & \text{C}_5\text{H}_{12} \\ 6 & \text{Hexan} & \text{C}_6\text{H}_{14} \\ 7 & \text{Heptan} & \text{C}_7\text{H}_{16} \\ 8 & \text{Octan} & \text{C}_8\text{H}_{18} \\ 9 & \text{Nonan} & \text{C}_9\text{H}_{20} \\ 10 & \text{Decan} & \text{C}_{10}\text{H}_{22} \\ 11 & \text{Undecan} & \text{C}_{11}\text{H}_{24} \end{array}$

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Schritt 1: Anzahl der Kohlenstoffatome ($n$) bestimmen – Lies den Namen des Alkans und finde heraus, für welche Zahl er steht (z. B. Hexan = 6). Das ist dein $n$.
2. Schritt 2: Anzahl der Wasserstoffatome berechnen – Nutze die Regel aus der allgemeinen Formel $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$. Rechne: $2 \cdot n + 2$.
3. Schritt 3: Summenformel aufschreiben – Setze die Zahlen unten rechts neben die Symbole $\text{C}$ und $\text{H}$.

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Die homologe Reihe der Alkane

Wenn du dir die Tabelle der Alkane oben genau ansiehst, fällt dir vielleicht ein Muster auf. Von einem Alkan zum nächsten kommt immer genau ein Kohlenstoffatom und zwei Wasserstoffatome dazu.

Das bedeutet: Jedes Molekül in dieser Liste unterscheidet sich von seinem Vorgänger um genau eine $\text{CH}_2$-Gruppe.

Weil sich diese Moleküle wie die Glieder einer Kette immer um denselben Baustein (die $\text{CH}_2$-Gruppe) verlängern, nennt man diese Abfolge in der Chemie eine homologe Reihe. Das Wort „homolog“ bedeutet so viel wie „gleichsinnig“ oder „übereinstimmend“ – die Moleküle sind also alle nach dem exakt gleichen Prinzip aufgebaut.

Wichtige Erkenntnisse

• Kohlenwasserstoffe bestehen ausschließlich aus Kohlenstoff ($\text{C}$) und Wasserstoff ($\text{H}$).
• Die allgemeine Summenformel aller Alkane lautet $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$.
• Die Namen der Alkane enden immer auf „-an“ (z. B. Methan, Ethan, Propan).
• Die Alkane bilden eine homologe Reihe, weil jedes Molekül um genau eine $\text{CH}_2$-Gruppe größer ist als das vorherige.