Substitution von Alkanen

  • Hallo,

    unser Lehrer hat uns die Aufgabe gegeben uns zuhause über die Substitution von Alkanen zu beschäftigen. Eigentlich ganz einfaches Thema, bis es heute zu einer Aufgabe kam:

    "In einem Laborexperiment werden 15g einer Stoffprobe unter geeigneten Reaktionsbedingungen mit Fluor zur Reaktion gebracht. Dabei entstehen 10g Fluorwasserstoff. Entwickeln Sie eine ausführliche begründete Hypothese, um welchen Ausgangsstoff es sich handelt"

    Hier hörte dann mein Wissen endgültig auf. Ich habe gerade einmal einen Ansatz, dieser scheint jedoch auch falsch zu sein. Ich wäre für jeden Denkanstoß unendlich Dankbar!

  • Keine Antwort zu diesem Thema... auch wenn es schon älter ist – so etwas kann ich nicht ertragen. Daher jetzt pro Forma die Antwort:

    Also: Die von deinem Lehrer gestellte Aufgabe scheint eine knifflige Herausforderung zu sein. Es geht hierbei um die Substitution von Alkanen, die ein wichtiger Prozess in der organischen Chemie ist. Bei der Substitution reagiert ein Wasserstoffatom eines Alkans mit einem Halogen, wie Fluor oder Chlor, und wird durch das Halogenatom ersetzt. Die Stoffprobe, die in dem Experiment verwendet wurde, kann also ein Alkan sein, das mit Fluor zu einem Halogenalkan reagiert hat.

    Die gegebene Information besagt, dass 15g der Stoffprobe verwendet wurden und 10g Fluorwasserstoff gebildet wurden. Fluorwasserstoff entsteht bei der Reaktion von Fluor mit Wasserstoff. Da 10g Fluorwasserstoff gebildet wurden, können wir davon ausgehen, dass 10g des ursprünglichen Stoffes reagiert haben. Der Rest der Stoffprobe, also 5g, blieb unverändert.

    Um nun herauszufinden, um welchen Ausgangsstoff es sich handelt, müssen wir uns die möglichen Alkane ansehen, die mit Fluor reagieren können. Alkane mit einer höheren Molekülmasse reagieren normalerweise langsamer als Alkane mit einer geringeren Molekülmasse. Außerdem können sich die Reaktionsbedingungen auf die Geschwindigkeit der Reaktion auswirken.

    Wir wissen, dass bei der Reaktion 10g Fluorwasserstoff gebildet wurden. Die Masse von Fluorwasserstoff ergibt sich aus der Summe der Masse von Fluor und Wasserstoff. Die molare Masse von Fluorwasserstoff beträgt etwa 20 g/mol. Daher benötigen wir 0,5 mol Fluorwasserstoff, um 10g Fluorwasserstoff zu erhalten.

    Jetzt können wir verschiedene Alkane mit der Summenformel CnH2n+2 betrachten und berechnen, wie viel Fluorwasserstoff bei der Reaktion mit 15g des Alkans entstehen würde. Wir können dann überprüfen, welches Alkan die gebildete Menge von 0,5 mol Fluorwasserstoff produziert.

    Nehmen wir beispielsweise Methan (CH4) als Ausgangsstoff. Bei der Substitution eines Wasserstoffatoms durch ein Fluoratom würde Fluormethan (CH3F) gebildet werden. Die molare Masse von Methan beträgt etwa 16 g/mol. Daher haben wir 0,9375 mol Methan bei einer Ausgangsmasse von 15g. Wenn bei der Reaktion mit Fluor 0,5 mol Fluorwasserstoff gebildet wurden, dann müssten wir 0,5 mol Fluormethan erhalten haben. Die molare Masse von Fluormethan beträgt etwa 34 g/mol. Daher entspricht 0,5 mol Fluormethan einer Masse von 17 g.

    Da wir bei der Reaktion nur 10 g Fluorwasserstoff erhalten haben, können wir schließen, dass Methan nicht die Ausgangssubstanz war.

    Wir könnten nun weiterhin verschiedene Alkane betrachten und jeweils die erwartete Menge an Fluorwasserstoff berechnen. Das ist jedoch ein aufwändiger Prozess, der viel Zeit in Anspruch nehmen kann.

    Eine andere Möglichkeit ist, dass wir uns auf das beziehen, was wir über Alkane und ihre physikalischen Eigenschaften wissen. Alkane mit einer höheren Molekülmasse haben in der Regel höhere Siedepunkte und sind schwerer flüchtig. Wenn wir also davon ausgehen, dass die Stoffprobe in flüssiger Form vorliegt, dann kann die Substanz, die wir suchen, nicht allzu schwer sein.

    Wir können daher eine Hypothese aufstellen, dass es sich bei der Ausgangssubstanz um ein Alkan mit einer niedrigen Molekülmasse handelt, wie beispielsweise Ethan (C2H6) oder Propan (C3H8). Die gebildete Menge von 10g Fluorwasserstoff könnte bedeuten, dass das Ausgangsmaterial ein Alkan mit zwei oder drei Kohlenstoffatomen war.

    Natürlich kann diese Hypothese falsch sein, aber sie kann ein Ausgangspunkt sein, um weiter zu forschen. Möglicherweise gibt es auch andere Informationen, die in der Aufgabe nicht genannt wurden, die uns helfen können, die richtige Lösung zu finden.

    Ich hoffe, dass ich dir helfen konnte und wünsche dir viel Erfolg bei deinem weiteren Forschen!