Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Erdöl - immer noch der wichtigste Energieträger und Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Die zwei bewährten Motoren-Typen im Vergleich: Unterschied zwischen den Seiten

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== Erdöl: was ist es und woher kommt es ==
==Der Unterschied zwischen Diesel und Benzin ==
[[Datei:Colour of crude oils.jpg|mini|hochkant=2|Proben verschiedener Rohöle aus dem Kaukasus, dem Mittleren Osten, der Arabischen Halbinsel und Frankreich]]


Erdöl ist zunächst einmal ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Jedes Erdöl hat je nach Fundort eine spezielle chemische Zusammensetzung, die auch die physikalischen Eigenschaften wie die Farbe und die Viskosität bestimmt. Erdöl enthält in geringerem Maße auch verschiedene organische Verbindungen, die Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten. Daneben finden sich auch Verbindungen von Metallen wie Eisen, Kupfer, Vanadium und Nickel.  
<iframe width="560" height="314" src="https://www.youtube.com/embed/5tTQ5iTrD4Y?rel=0&amp;showinfo=0" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>


Der Anteil der reinen Kohlenwasserstoffe variiert erheblich. Der Anteil reicht von 97 % bis zu nur 50 % bei Schwerölen und Bitumen.
[[Datei:Brent oilfield.jpg|right|200px]]


Typische Rohöle unterscheiden sich nach der Lagerstätte. Diesen Öltypen gibt man spezielle Namen, durch die man auch die Qualität der Ölsorten schnell beschreiben kann. Am bekanntesten dürfte die Ölsorte '''Brent''' sein, die ein Gemisch der Rohölen aus den 15 Ölfeldern des sogenannten Brentsystems in der Nordsee ist. Außerdem gibt es zum Beispiel noch das '''West Texas Intermediate (WTI)''', das ein qualitativ hochwertiges, schwefelarmes und leichtes Rohöl aus Cushing (Oklahoma) ist. Das '''Dubai-Oman''' aus dem Mittleren Osten wird vor allem für den asiatisch-pazifischen Markt gefördert. Das '''Tapis''' aus Malaysia ist ein leichtes, das '''Minas''' aus Indonesien ein schweres fernöstliches Rohöl.  
{|
|-
| '''Funktionsweise des Otto-Viertakt-Motors''' || &nbsp;&nbsp;&nbsp; || '''Funktionsweise des Diesel-Viertakt-Motors'''
|-
| <iframe width="540" height="314" src="https://www.youtube.com/embed/C0unbau0yXc?rel=0&amp;showinfo=0" frameborder="0" allowfullscreen></iframe> || ||<iframe width="540" height="314" src="https://www.youtube.com/embed/j19ya4XRLjQ?list=PLlkuDHDi_0RWcq4CK6PkMksWIq4eDsght&amp;showinfo=0" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>
|}


Schwefelarmes Rohöl wird „süß“ genannt (engl. ''sweet crude oil'', u. a. die Sorte Brent), schwefelreiches „sauer“ (engl. ''sour crude oil''). Der Grund für die Benennung ist der im Rohöl enthaltene Schwefel, der durch Verbrennung zum Gas Schwefeldioxid (SO<sub>2</sub>) der Hauptverursacher des sogenannter Saurer Regen ist.
== Oktanzahl ==
Der Begriff Oktanzahl, wird fast jedem bekannt vorkommen. An den Tankstellen wird Werbung für Benzin mit hohen Oktanzahlen gemacht, was besonders gut sein soll. Was bedeutet diese Zahl allerdings? Welche Oktanzahlen sind wirklich notwendig? Wie ist die übliche Oktanzahl für Benzin- und Diesel-Treibstoff? 


* Wie Erdöl und Erdgas entsteht.
Bevor wir die Theorie etwas genauer anschauen, gibt es eine Übung am PC zum Zeichnen von Molekülen.


* Woher der Unterschied zwischen Erdöl und Erdgas
=== Zeichnen von 3D-Modell von Alkanen ===
* Wo findet man aktuell Erdöl/Erdgas
{{AufgabeNr|1|2=Nutze das in der Schule installierte Programm '''Avogadro''', um Alkane zu zeichnen, wie sie in der Aufgabe angegeben sind.
Wie das Programm Avogadro funktioniert, wird in den folgenden Videos erklärt. ''[http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page Download-Seite] für zu Hause.''


* Erdölförderung
Zur Aufgabenstellung im Arbeitsauftrag 7 auf Seite 34 im Saltersbuch "Chemical Stroyline":
* Öffne ein Text-Dokument und erstelle eine Tabelle mit den folgenden Spalten:
** Name des Alkans, Summenformel, Lewisschreibweise , Octanzahl, Kugelstab-Modell, Kalottenmodell
:::<small>'''Hinweis:''' Man erhält ein Kalottenmodell in Avogadro, indem man als Darstellungsart "Van-der-Waals-Radien" verwendet. </small>
* Das Kugelstab-Modell und das Kalottenmodell sollen in Avogadro gezeichnet werden und per Screenshot in die Textverarbeitung eingefügt werden.
** Nutzt dazu in der Schule das Programm "ksnapshot", zu dem es ein kurzes {{Video}} [http://www.youtube.com/watch?v=3s2ionQ9Pbw Video als Anleitung] gibt.
* Der Name wird normal eingetragen.
* Die Lewisschreibweise soll nach Ausdruck von Hand eingefügt werden.
}}


{|
|-
| '''Vorstellung von Avogadro (1)''' 
|| '''Vorstellung von Avogadro (2)'''
|-
| Im ersten Teil der Reihe wird gezeigt, wie man in Avogadro  Moleküle zeichnet, diese von verschiedenen Seite betrachten kann und bearbeitet.
|| Es wird gezeigt, wie man Benzol zeichnen kann. Zwischendurch wird bei Cyclohexan gezeigt, dass man verschiedene Konformere zeichnen kann. Und dann werden verschiedene Darstellungsarten gezeigt, wie auch eine Art Kalottenmodell.
|-
|{{#ev:youtube|8LZqlNjivlU}}
||{{#ev:youtube|MTOYv5qCxQw}}
|}


<center>[[Datei:Ölkonzerne.jpg|400px]]</center>
=== Liste einige Alkane in verschiedenen Darstellungen ===
Diese Tabelle zeigt einige Alkane und ihre Oktanzahl.


<center>[[File:World Oil Reserves by Country-pie chart.svg|400px]]</center>
{| class="wikitable"
 
|-
== Erdölverarbeitung ==
! Alkan !! Lewisschreibweise !! Kugelstab-Modell !! Kalottenmodell !! Oktanzahl
Das Video liefert die erste Informationen rund um die Verarbeitung des Erdöls.
|-
 
| Heptan || [[File:Heptan Skelett.svg|150px]] || [[File:Heptane-3D-balls-B.png|200px]] || [[File:Kalottenmodell Heptan.png|200px]] || 0
<center><iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/TxNXV-Yf-Jw?rel=0&amp;showinfo=0" frameborder="0" allowfullscreen></iframe></center>
|-
 
| Hexan || [[File:Hexane displayed.svg|150px]] || [[File:Hexane-3D-balls-B.png|200px]] || [[File:Hexane-3D-space-filling.png|200px]] || 25
=== Bestandteile des Erdöls ===
|-
{{AufgabeNr|1|2=Halte die im Film vorkommenden Beispiele für Erdöl-Bestandteile als Strukturformeln fest und unterteile sei in die genannten Gruppen der Kohlenwasserstoffe. Verwende die Überschrift des Abschnitts im Heft.
| Pentan || [[File:Pentane.svg|150px]] || [[File:Pentane-3D-balls.png|200px]] || [[File:Pentane.png|200px]] || 62
<popup name="Lösung">
|-
Fehlt noch!
| 3-Methylhexan || [[File:3-Methylhexane.svg|150px]] || [[File:3-Methylhexane-3D-balls.png|150px]] || -fehlt- || 65
</popup>
|-
}}
| 2-Methylpentan || [[File:2-méthylpentane.png|150px]] || -fehlt- ||  -fehlt-  || 73
 
Für die Alkane und andere Kohlenwasserstoffe gibt es, wie in der Lösung zu sehen ist, mehrere Möglichkeiten ihre Struktur darzustellen. Anhand von einigen Beispiel, auch von den Nicht-Kohlenwasserstoffen, sollen diese noch einmal vorgestellt werden:
 
{| class="wikitable centered" style="text-align:center"
|+ Vergleich verschiedener Formelschreibweisen
|-
|-
! rowspan="2" style="height:30px; width: 12.5%" |  
| 3-Methylpentan || [[File:3-Methylpentan.svg|150px]] ||  [[File:3-Methylpentane-3D-balls.png|150px]]  || [[File:3-Methylpentane-3D-spacefill.png|150px]] || 75
! colspan="4" style="height:15px" | Strukturformeln
! colspan="3" style="height:15px" | Andere Darstellungsweisen
|-
|-
! style="width: 12.5%"| Elektronenformel
| 2,3-Dimethylpentan || [[File:2,3-dimetilpentano.png|150px]] || [[File:2,3-diméthylpentane3D.png|150px]] || -fehlt- || 91
! style="width: 12.5%"| Lewis-<br />schreibweise
! style="width: 12.5%"| Keilstrich-<br />schreibweise
! style="width: 12.5%"| Skelett-<br />schreibweise
! style="width: 12.5%"| Halbstruktur-<br />schreibweise
! style="width: 12.5%"| Summenformel
! style="width: 12.5%"| Verhältnis-<br />formel
|-
|-
| style="background-color:#EFEFEF" |Methan
| 2-Methylbutan || [[File:2-méthylbutane.png|150px]] || [[File:Isopentane-3D-balls.png|150px]] || -fehlt- || 93
| style="background-color:#FFFFFF" |[[File:Methan Elektronenformel-Seite001.svg|hochkant|rahmenlos|hochkant=0.205]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Methan Lewis.svg|rahmenlos|hochkant=0.25]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Methan_Struktur-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.28]]
| style="background-color:#FFFFFF" |existiert nicht
| CH<sub>4</sub>
| CH<sub>4</sub>
| CH<sub>4</sub>
|-
|-
| style="background-color:#EFEFEF" |Propan
| Butan || [[File:Butan Lewis.svg|100px]] || [[File:N-butane 3D.png|100px]] || [[File:Butane-3D-space-filling.png|100px]] || 94
| style="background-color:#FFFFFF" |[[File:Propan Elektronenformel-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.35]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Propan Lewis.svg|rahmenlos|hochkant=0.50]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Propan_Struktur-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.45]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Propan_Skelett-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.25]]
| CH<sub>3</sub>–CH<sub>2</sub>–CH<sub>3</sub>
| C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
| C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
|-
|-
| style="background-color:#EFEFEF" |Essigsäure
| 2-Methylpropan || [[File:Isobutane.svg|100px]] || [[File:Isobutane-3D-balls.png|100px]] || [[File:Isobutane3.png|100px]] || 100
| style="background-color:#FFFFFF" |[[File:Essigsäure Elektronenformel-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.35]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Essigsäure_Valenzstrichformel-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.45]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Essigsäure_Struktur-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.45]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:Essigsäure_Skelett-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.25]]
| CH<sub>3</sub>–COOH
| C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>O<sub>2</sub>
| CH<sub>2</sub>O
|-
|-
| style="background-color:#EFEFEF" |Wasser
| 2,2,4-Trimethylpentan || [[File:Alkane IUPAC1.PNG|150px]] || [[File:Isooctane-3D-balls.png|200px]] || [[File:Isooctane-3D-vdW.png|200px]] || 100 '''''- per Definition so festgelegt!'''''
| style="background-color:#FFFFFF" |[[File:Wasser Elektronenformel-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.2]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:WasserValenz-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.17]]
| style="background-color:#FFFFFF" |[[Datei:WasserKonstitution-Seite001.svg|rahmenlos|hochkant=0.17]]
| style="background-color:#FFFFFF" |existiert nicht
| existiert nicht
| H<sub>2</sub>O
| H<sub>2</sub>O
|}
|}


Erläuterungen zu den Schreibweisen:
=== Definitionen ===
* Die '''Elektronenformel''' und die '''Lewissschreibweise''' sind verschiedenen Varianten der gleichen Darstellung des Moleküls. Hier sind die Elektronen der Valenzschale (der äußersten Schale) dargestellt. Bei der Elektronformel wird eine Elektronenpaar als zwei Punkte dargestellt, während man bei der Lewisschreibweise dafür einen Strich verwendet. Zur Darstellung gehören auch die freien Elektronenpaare, da sie für die tatsächlichen Winkel wichtig sind. Meist werden die Bindungen am C-Kohlenstoff-Atom im rechten Winkel dargestellt, auch wenn der Winkel tatsächlich ein anderer ist.
{{AufgabeNr|2|Kannst mit Worten beschreiben, was beim Molekül die Oktanzahl beeinflusst. Vergleiche dazu auch verschiedene Alkane, deren Molekülbau und deren Oktanzahl.}}
::Bei der Lewisschreibweise kann man sich auch Schreibarbeit ersparen, indem man die H weglässt und nur die Bindung, die zum H hinführt aufschreibt. Dabei müssen aber alle Bindungen gezeichnet werden. ''Diese Vorgehensweise ist nur hier möglich!''
* Die '''Keilstrichschreibweise''' ist dafür gedacht, die Lewisschreibweise genauer zu machen, indem man versucht die Darstellung in 3D darzustellen. Um dies zu erreichen, wird davon ausgegangen, dass die C-Atome der längsten Kohlenstoff-Kette in der Blatt-Ebene liegen. Dabei wird auch auf die richtigen Bindungswinkel geachtet. Für Bindungen bei denen beide Atome in dieser Blattebene liegen verwendet man normale Striche. Ragt zum Beispiel ein Wasserstoff-Atom ragt aus der Zeichenebene heraus so zeichnet man eine keilförmig fett gezeichnete Bindung  [[File:KeilFett.png|25px]]. Befindet sich das Wasserstoff-Atom hinter der Zeichenebene so verwendet man eine gestrichelt gezeichnete, keilförmige Bindung [[File:KeilStrich.png|25px]].
* Die '''Skelettschreibweise''' ist eine sehr schnelle Schreibweise. Bei den Strichen geht man davon aus, dass an jedem Ende eines Striches ein C-Atom zu finden ist. Von den H-Atomen sind immer genau so viel vorhanden, wie benötigt werden, damit der Kohlenstoff alle Bindungen belegt hat. Andere Atome als die Kohlenstoffatome werden immer mit ihrem Symbol angegeben und auch sie sitzen an den Enden der Striche. Man muss beachten, dass hier ein Strich, der zum Beispiel von einer Kette abzweigt, nicht wie bei der verkürzten Lewisschreibweise einem H entspricht sondern einer Gruppe CH<sub>3</sub>.
::Die Skelettschreibweise wird häufig mit der Keilschreibweise kombiniert. Dann zählt ein Keil wie ein Strich.
* Bei der '''Halbstrukturschreibweise''' werden Gruppen zusammengefasst. So sind bei den Kohlenwasserstoffen in der Mitte der Kette lauter CH<sub>2</sub>-Gruppen, am Ende immer eine CH<sub>3</sub>-Gruppe. Hat man eine spezielle Gruppierung, wie bei der Essigsäure, so wird gibt es übliche Schreibweisen für spezielle Gruppen, hier COOH.
* Die '''Summenformel''' zählt die vorhandenen Atome auf und mit Index ergänzt man, wie viele von jedem Atom vorkommen. Dabei wird aber nicht auf spezielle Gruppierungen Rücksicht genommen. Das ist meist auch nicht so gut, weil es mit gleicher Summeformel verschiedene Strukturformeln gibt.
* Die '''Verhältnisformel''' ist für Organische Moleküle nicht sinnvoll, denn sie ist eine Art gekürzte Summenformel ist. Bei Molekülen muss man aber genau wissen, wieviele Atom darin enthalten sind. Bei Formeln von Ionenverbindungen handelt es sich immer Verhältnisformeln, denn man hat ja kein Molekül mit einer bestimmten Anzahl an Atomen hat. NaCl bedeutet, dass Natrium- und Chloridionen im Verhältnis 1:1 vorkommen.


=== Erster Teil der Verarbeitung: die Destillation ===
{{AufgabeNr|2|
a.) Halte die Fraktionen einer typischen Eröl-Destillations-Anlage fest und halte dessen Siedebereich fest.


b.) Informiere dich über typische Vertreter der entsprechenden Fraktionen, möglichst aus den verschiedenen Gruppen der Kohlenwasserstoffe. Sucht die Strukturformeln und die Siedetemperaturen heraus.
{{Zitat_wpde|1=Die '''Oktanzahl''' definiert ein Maß für die Klopffestigkeit eines '''Ottokraftstoffes'''. Der Zahlenwert der Oktanzahl bis 100 gibt an, wie viel %-Volumenanteil Isooktan C<sub>8</sub>H<sub>18</sub> (ROZ = 100) sich in einer Mischung mit n-Heptan C<sub>7</sub>H<sub>16</sub> (ROZ = 0) befinden muss, damit diese die gleiche Klopffestigkeit (in einem Prüfmotor nach ROZ oder MOZ) aufweist wie der zu prüfende Kraftstoff. Zum Beispiel würde eine Oktanzahl von ROZ = 95 eines Benzins bedeuten, dass dessen Klopffestigkeit einem Gemisch aus 95 vol.% Isooktan und 5 vol.% n-Heptan entspricht.|2=Oktanzahl|3=26.1.2014}}


c.) Erkläre, woher die Unterschiede bei den Siedetemperaturen kommen.


'''ACHTUNG:''' ''Konzentriert euch auf die Bestandteile, die Film vorkommen. Es soll nicht für einen Vortrag recherchiert werden!''}}
{{Zitat_wpde|1=Das Klopfen im Motor ist eine Frühzündung des Benzin-Luftgemisches. Durch die Verdichtung und die Wärme in den Zylindern des Ottomotors kann es zu vorzeitigen Selbstzündungen des Benzin-Luft-Gemisches kommen (= Klopfen). '''Unverzweigte Kohlenwasserstoffe''' neigen zu dieser Frühzündung, während '''verzweigte und ungesättigte''' Kohlenwasserstoffe sowie Aromaten eine relativ hohe Klopffestigkeit besitzen.|2=Klopffestigkeit|3=26.1.2014}}


=== Benennung der Alkane ===
Grundlage für alle Benennungen ist die sogenannten homologe Reihe der Alkane. Dabei handelt es sich um lineare, gesättigte Kohlenstoffe. Die ersten haben spezielle Namen, die folgenden haben systematische Namen, die man aber auch lernen muss.


{| class="wikitable"
{{Zitat_wpde|1=Die '''Cetanzahl''' beschreibt die Zündwilligkeit von '''Dieselkraftstoff'''. Je mehr unverzweigt aufgebaute Kohlenwasserstoffmoleküle prozentual im Kraftstoff enthalten sind, desto leichter entzündet er sich. Dieses Verhalten ist bei Dieselmotoren erwünscht.|2=Cetanzahl|3=26.1.2014}}
|-
! C
! Name
! Summenformel
! Siedepunkt
! Kugel-Stab-Modell
|- align="center"
| 1
| Methan
| CH<sub>4</sub>
| 111,4&nbsp;K
| [[Datei:Methane-3D-balls.png|ohne|80px|Kugel-Stab-Modell von Methan]]
|- align="center"
| 2
| Ethan
| C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>
| 185&nbsp;K
| [[Datei:Ethane-3D-balls.png|ohne|80px|Kugel-Stab-Modell von Ethan]]
|- align="center"
| 3
| Propan
| C<sub>3</sub>H<sub>8</sub>
| 231&nbsp;K
| [[Datei:Propane-3D-balls-B.png|ohne|80px|Kugel-Stab-Modell von Ethan]]
|- align="center"
| 4
| ''n''-Butan
| C<sub>4</sub>H<sub>10</sub>
| 272,5&nbsp;K
| [[Datei:Butane-3D-balls.png|ohne|90px|Kugel-Stab-Modell von Butan]]
|- align="center"
| 5
| ''n''-Pentan
| C<sub>5</sub>H<sub>12</sub>
| 309&nbsp;K
| [[Datei:Pentane-3D-balls.png|ohne|90px|Kugel-Stab-Modell von Pentan]]
|- align="center"
| 6
| ''n''-Hexan
| C<sub>6</sub>H<sub>14</sub>
| 342&nbsp;K
| [[Datei:Hexane-3D-balls.png|ohne|90px|Kugel-Stab-Modell von Hexan]]
|- align="center"
| 7
| ''n''-Heptan
| C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>
| 371&nbsp;K
| [[Datei:Heptane-3D-balls.png|ohne|100px|Kugel-Stab-Modell von Heptan]]
|- align="center"
| 8
| ''n''-Octan
| C<sub>8</sub>H<sub>18</sub>
| 399&nbsp;K
|[[Datei:Octane-3D-balls.png|ohne|120px|Kugel-Stab-Modell von Octan]]
|- align="center"
| 9
| ''n''-Nonan
| C<sub>9</sub>H<sub>20</sub>
| 424&nbsp;K
| [[Datei:Nonane-3D-balls.png|ohne|130px|Kugel-Stab-Modell von Nonan]]
|- align="center"
| 10
| ''n''-Decan
| C<sub>10</sub>H<sub>22</sub>
| 447&nbsp;K
| [[Datei:Decane-3D-balls.png|ohne|140px|Kugel-Stab-Modell von Decan]]
|- align="center"
| 11
| ''n''-Undecan
| C<sub>11</sub>H<sub>24</sub>
| 469 K
| [[Datei:Undecane-3D-balls.png|ohne|150px|Kugel-Stab-Modell von Undecan]]
|- align="center"
| 12
| ''n''-Dodecan
| C<sub>12</sub>H<sub>26</sub>
| 489 K
| [[Datei:Dodecane-3D-balls.png|ohne|160px|Kugel-Stab-Modell von Dodecan]]
|}


=== Weiterverarbeitung der Erdölfraktionen ===
== Umwelt-Bilanz von Diesel und Benzin im Vergleich ==


* Welche Bestandteile werden benötigt.
Viele Artikel berichten über einen Vergleich von Diesel und Benzin-Motoren:
* Zweiter Teil: Weiterverarbeitung
* [http://www.windkraft-journal.de/2016/07/03/umweltbundesamt-vergleich-diesel-benziner-hybrid-oder-elektroauto-was-ist-besser-fuer-die-umwelt/87806 Umweltbundesamt-Vergleich: Diesel, Benziner, Hybrid- oder Elektroauto: Was ist besser für die Umwelt?]
* [http://www.kein-diesel.at/seite14.htm Diesel - die wichtigsten Fakten (Die Krebsgefahr aus der Luft)]
* [http://www.besser-autokaufen.de/konventionell.html Benzin und Diesel - Die Autokauf-Beratung vom VCD]
* [https://www.heise.de/autos/artikel/Greenpeace-Diesel-ist-der-dreckigste-Kfz-Kraftstoff-2921937.html Greenpeace: "Diesel ist der dreckigste Kfz-Kraftstoff" | heise Autos]
* [http://www.zeit.de/wirtschaft/2015-07/diesel-kraftstoff-umwelt Kraftstoff: Wie dreckig ist der Diesel? | ZEIT ONLINE]
* [http://www.zeit.de/mobilitaet/2016-06/abgas-diesel-benzin-partikel Abgas: Gefährliche Partikel aus dem Benziner | ZEIT ONLINE]
* [https://www.umweltbundesamt.de/service/uba-fragen/autokauf-sind-diesel-benzinmotoren Autokauf: Sind Diesel- oder Benzinmotoren umweltfreundlicher? | Umweltbundesamt]
* [http://www.wiwo.de/unternehmen/auto/vw-abgasskandal-die-maer-vom-umwelt-killer-diesel/12469518.html VW-Abgasskandal: Die Mär vom Umwelt-Killer Diesel]


{{wpde|Petrochemie|Petrochemie}}
{{AufgabeNr|XX|Wählt zunächst einen der Artikel aus und informiert euch über die Auswirkungen der zwei Motorentypen auf die Umwelt. Nutzt für die Beantwortung der Fragen nur den jeweiligen Artikel
* Welcher Motor verursacht welche Abgase?
* Wie kann man erklären, warum dieses Abgas besonders in diesem Motor-Typ entsteht?
* Welche Wirkung hat dieses Abgas?
Vergesst nicht zu notieren:
* Wer veröffentlicht den Artikel?
* Informiere dich, wenn du nicht weißt "wer" das ist.
* Wie schätzt du die Qualität des Artikels ein? Wie ist der Artikel geschrieben?
Falls ihr zu schnell fertig seid, lest euch weitere Artikel durch. Notiert in einer weiteren Spalte die entsprechenden Informationen.
}}


<center>[[Datei:Schema der Erdoelaufarbeitung.svg|400px]]</center>
* [http://www.kfz-tech.de/Biblio/Benzinmotor/VerglBenzDies.htm Benzin-/Dieselmotor (Vergleich)]


<center>[[Datei:Kraftstoffraffinerie 2.svg|400px]]</center>
{{AufgabeNr|XX|2=Ein Liter Benzin (reines Isooktan) und ein Liter Diesel (reines Cetan=Hexadecan) werden verbrannt.
* Bestimme über die Dichte die Stoffmenge für je ein Liter.
* Gleiche die Reaktionsgleichungen zur Verbrennung von Benzin und Diesel aus.
* Bestimme die Verbrennungsenthalpie für ein je 1 mol von Benzin und Diesel.
* Bestimme für 1 l des Treibstoffs
** wieviel Energie frei wird.
** wieviel mol CO<sub>2</sub> frei wird.
** wieviel NO<sub>x</sub> frei wird.
}}


== Vermischte Videos rund um das Erdöl ==
== Weitere Videos ==
* '''Kohlenwasserstoffe 2 - Fossile Energieträger''' [https://www.youtube.com/watch?v=OpNqbyfEVow Teil 1] und [https://www.youtube.com/watch?v=TxNXV-Yf-Jw Teil 2]
Für Interessierte: [https://www.youtube.com/watch?v=KEwn8YNrgx8 Terra X - Das Diesel Rätsel]
* '''Kohlenwasserstoffe 1 - Kunststoffe in der Technik''' Teil 1 und Teil 2

Version vom 8. Dezember 2017, 15:25 Uhr

Der Unterschied zwischen Diesel und Benzin


Funktionsweise des Otto-Viertakt-Motors     Funktionsweise des Diesel-Viertakt-Motors

Oktanzahl

Der Begriff Oktanzahl, wird fast jedem bekannt vorkommen. An den Tankstellen wird Werbung für Benzin mit hohen Oktanzahlen gemacht, was besonders gut sein soll. Was bedeutet diese Zahl allerdings? Welche Oktanzahlen sind wirklich notwendig? Wie ist die übliche Oktanzahl für Benzin- und Diesel-Treibstoff?

Bevor wir die Theorie etwas genauer anschauen, gibt es eine Übung am PC zum Zeichnen von Molekülen.

Zeichnen von 3D-Modell von Alkanen

Aufgabe 1

Nutze das in der Schule installierte Programm Avogadro, um Alkane zu zeichnen, wie sie in der Aufgabe angegeben sind. Wie das Programm Avogadro funktioniert, wird in den folgenden Videos erklärt. Download-Seite für zu Hause.

Zur Aufgabenstellung im Arbeitsauftrag 7 auf Seite 34 im Saltersbuch "Chemical Stroyline":

  • Öffne ein Text-Dokument und erstelle eine Tabelle mit den folgenden Spalten:
    • Name des Alkans, Summenformel, Lewisschreibweise , Octanzahl, Kugelstab-Modell, Kalottenmodell
Hinweis: Man erhält ein Kalottenmodell in Avogadro, indem man als Darstellungsart "Van-der-Waals-Radien" verwendet.
  • Das Kugelstab-Modell und das Kalottenmodell sollen in Avogadro gezeichnet werden und per Screenshot in die Textverarbeitung eingefügt werden.
  • Der Name wird normal eingetragen.
  • Die Lewisschreibweise soll nach Ausdruck von Hand eingefügt werden.
Vorstellung von Avogadro (1) Vorstellung von Avogadro (2)
Im ersten Teil der Reihe wird gezeigt, wie man in Avogadro Moleküle zeichnet, diese von verschiedenen Seite betrachten kann und bearbeitet. Es wird gezeigt, wie man Benzol zeichnen kann. Zwischendurch wird bei Cyclohexan gezeigt, dass man verschiedene Konformere zeichnen kann. Und dann werden verschiedene Darstellungsarten gezeigt, wie auch eine Art Kalottenmodell.
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Liste einige Alkane in verschiedenen Darstellungen

Diese Tabelle zeigt einige Alkane und ihre Oktanzahl.

Alkan Lewisschreibweise Kugelstab-Modell Kalottenmodell Oktanzahl
Heptan Datei:Heptan Skelett.svg Datei:Heptane-3D-balls-B.png Datei:Kalottenmodell Heptan.png 0
Hexan Datei:Hexane displayed.svg Datei:Hexane-3D-balls-B.png Datei:Hexane-3D-space-filling.png 25
Pentan Datei:Pentane.svg Datei:Pentane-3D-balls.png Datei:Pentane.png 62
3-Methylhexan Datei:3-Methylhexane.svg Datei:3-Methylhexane-3D-balls.png -fehlt- 65
2-Methylpentan Datei:2-méthylpentane.png -fehlt- -fehlt- 73
3-Methylpentan Datei:3-Methylpentan.svg Datei:3-Methylpentane-3D-balls.png Datei:3-Methylpentane-3D-spacefill.png 75
2,3-Dimethylpentan Datei:2,3-dimetilpentano.png Datei:2,3-diméthylpentane3D.png -fehlt- 91
2-Methylbutan Datei:2-méthylbutane.png Datei:Isopentane-3D-balls.png -fehlt- 93
Butan Datei:Butan Lewis.svg Datei:N-butane 3D.png Datei:Butane-3D-space-filling.png 94
2-Methylpropan Datei:Isobutane.svg Datei:Isobutane-3D-balls.png Datei:Isobutane3.png 100
2,2,4-Trimethylpentan Datei:Alkane IUPAC1.PNG Datei:Isooctane-3D-balls.png Datei:Isooctane-3D-vdW.png 100 - per Definition so festgelegt!

Definitionen

Aufgabe 2
Kannst mit Worten beschreiben, was beim Molekül die Oktanzahl beeinflusst. Vergleiche dazu auch verschiedene Alkane, deren Molekülbau und deren Oktanzahl.


Die Oktanzahl definiert ein Maß für die Klopffestigkeit eines Ottokraftstoffes. Der Zahlenwert der Oktanzahl bis 100 gibt an, wie viel %-Volumenanteil Isooktan C8H18 (ROZ = 100) sich in einer Mischung mit n-Heptan C7H16 (ROZ = 0) befinden muss, damit diese die gleiche Klopffestigkeit (in einem Prüfmotor nach ROZ oder MOZ) aufweist wie der zu prüfende Kraftstoff. Zum Beispiel würde eine Oktanzahl von ROZ = 95 eines Benzins bedeuten, dass dessen Klopffestigkeit einem Gemisch aus 95 vol.% Isooktan und 5 vol.% n-Heptan entspricht.

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Das Klopfen im Motor ist eine Frühzündung des Benzin-Luftgemisches. Durch die Verdichtung und die Wärme in den Zylindern des Ottomotors kann es zu vorzeitigen Selbstzündungen des Benzin-Luft-Gemisches kommen (= Klopfen). Unverzweigte Kohlenwasserstoffe neigen zu dieser Frühzündung, während verzweigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe sowie Aromaten eine relativ hohe Klopffestigkeit besitzen.

Wikipedia-logo.png Klopffestigkeit, Wikipedia – Die freie Enzyklopädie, 26.1.2014 - Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar; zusätzliche Bedingungen können anwendbar sein. Siehe die Nutzungsbedingungen für Einzelheiten. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.



Die Cetanzahl beschreibt die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoff. Je mehr unverzweigt aufgebaute Kohlenwasserstoffmoleküle prozentual im Kraftstoff enthalten sind, desto leichter entzündet er sich. Dieses Verhalten ist bei Dieselmotoren erwünscht.

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Umwelt-Bilanz von Diesel und Benzin im Vergleich

Viele Artikel berichten über einen Vergleich von Diesel und Benzin-Motoren:


Aufgabe XX

Wählt zunächst einen der Artikel aus und informiert euch über die Auswirkungen der zwei Motorentypen auf die Umwelt. Nutzt für die Beantwortung der Fragen nur den jeweiligen Artikel

  • Welcher Motor verursacht welche Abgase?
  • Wie kann man erklären, warum dieses Abgas besonders in diesem Motor-Typ entsteht?
  • Welche Wirkung hat dieses Abgas?

Vergesst nicht zu notieren:

  • Wer veröffentlicht den Artikel?
  • Informiere dich, wenn du nicht weißt "wer" das ist.
  • Wie schätzt du die Qualität des Artikels ein? Wie ist der Artikel geschrieben?
Falls ihr zu schnell fertig seid, lest euch weitere Artikel durch. Notiert in einer weiteren Spalte die entsprechenden Informationen.


Aufgabe XX

Ein Liter Benzin (reines Isooktan) und ein Liter Diesel (reines Cetan=Hexadecan) werden verbrannt.

  • Bestimme über die Dichte die Stoffmenge für je ein Liter.
  • Gleiche die Reaktionsgleichungen zur Verbrennung von Benzin und Diesel aus.
  • Bestimme die Verbrennungsenthalpie für ein je 1 mol von Benzin und Diesel.
  • Bestimme für 1 l des Treibstoffs
    • wieviel Energie frei wird.
    • wieviel mol CO2 frei wird.
    • wieviel NOx frei wird.

Weitere Videos

Für Interessierte: Terra X - Das Diesel Rätsel

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