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Grundlagen der organischen Chemie

Die organische Chemie ist ein Teilgebiet der Chemie, wo mit Verbindungen gearbeitet wird, die auf Kohlenstoff basieren. Eine große Rolle bei den Reaktionen spielen die Raumtemperatur und die Umgebung.

Die Organische Chemie ist ein Teilbereich der Chemie, der sich fast nur mit Kohlenstoffverbindungen beschäftigt. Diese kommen auf der Erde in äußerst vielfältigen Formen vor und stellen die Grundlage alles Lebens dar. Das liegt daran, dass das Kohlenstoffatom vier Valenzelektronen besitzt, was es ihm ermöglicht, vier Bindungen zur gleichen Zeit einzugehen und komplexe Moleküle zu spielen. Sehr wichtig sind aber auch die Elemente Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor und Schwefel, die eine große Rolle für die Chemie des Lebens spielen.

Warum ist der Kohlenstoff so wichtig in der Organischen Chemie?

Die vier Valenzelektronen machen es möglich, dass der Kohlenstoff eine Vielzahl von Bindungen zu andern Stoffen herstellen. Diese Bindungen zeichnen aus, dass sie sehr beständig und stabil sein können. Darüber hinaus kann der Kohlenstoffatomen auch Mehrfachbindungen zu Atomen des gleichen Elements und zu Atomen eingehen, bei welchen mehrere Elektronen für das Bilden einer Bindung beteiligt sind. Dadurch entstehen Doppel- oder sogar Dreifachbindungen, die ebenfalls ein besonderes Verhalten bei Reaktionen zeigen.

Ferner ist es dem Kohlenstoff möglich, eine cyclische Verbindung einzugehen, die energetisch gesehen vielfach äußerst günstig sind.

Dass die Stoffe und möglichen Reaktionen, an welchen Kohlenstoff beteiligt sind, so vielfältig sind, liegt an den zahlreichen funktionellen Gruppen, die eine Bindung mit dem Kohlenstoffatom eingehen können. Beispielsweise sind allein durch die Verbindung mit Sauerstoff mindestens sechs funktionelle Gruppen möglich, je nachdem, in welchem Oxidationszustand sich das Kohlenstoffatom befindet. Die einfachste dieser Gruppen sind Alkohole. Bei diesen ist ein Wasserstoffatom durch eine Hydroxy-Gruppe am Kohlenstoff substituiert.

Welche Bedeutung hat die Organische Chemie?

Nahezu alle Güter des täglichen Bedarfs enthalten Stoffe aus der Organischen Chemie. Beispielsweise die Farbstoffe in Zeitschriften oder den Aufdrucken bei Verpackungen und in Kunststoffen. Aber auch Konservierungsstoffe für Lebensmittel sowie Duft- und Aromastoffe sind Produkte der Organischen Chemie. Zwar können diese Stoffe teilweise auch aus Vorkommen in der Natur gewonnen werden, größtenteils müssen sie aber synthetisch – in erster Linie aus Erdöl – hergestellt werden.

Quizfragen zur organischen Chemie

1. Gibt es organische Verbindungen, die schon unsere Vorfahren kannten?

   Hierzu zählen die Farbstoffe Alizarin und Indigo sowie ätherische Öle und Weingeist. Später wurde Essigsäure durch Holzdestillation gewonnen und Acrolein durch die Destillation von Rüb-, Nuss- und Hanföl.

2. Welche Eigenschaften des Kohlenstoffatoms sind die Voraussetzungen für die organische Chemie?

   Beim Erhitzen mit Metallen und Nichtmetallen werden Carbide gebildet. Die Kohlenstoffatome verbinden sich zu Ketten oder zu Ringen, die sich im praktisch unbegrenzten Maß miteinander verbinden lassen.

3. Wie läuft die Destillation von Alkohol ab?

   Bei der Destillation von Alkohol werden Flüssigkeitsgemische durch das Erhitzen über dem Feuer getrennt. Die Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt verdampft und wird nach dem Kondensieren durch ein Kühlsystem wieder aufgefangen.

4. Was ist der Rf-Wert?

   Der Rf-Wert beschreibt den Retentionsfaktor. Dieser ist mit der Retentionszeit in der Säulenchromatographie vergleichbar. Jede Verbindung hat einen eigenen Wert. Der Wert lässt eine qualitative Auswertung des Chromatogramms zu.

5. Was ist die Genfer Nomenklatur?

   Die Genfer Nomenklatur für organisch-chemische Verbindungen wurde 1892 entwickelt. Diese geht für die zu benennende Verbindung davon aus, dass die längste Kohlenstoffkette im Molekül gesucht wird.

6. Warum haben Alkane bei Zimmertemperatur unterschiedliche Aggregatzustände?

   Dies hängt mit der Kettenlänge der Alkane zusammen. Je länger diese ist, umso größer sind die Anziehungen zwischen den Molekülen und je größer diese Anziehung ist, umso näher rücken sie aneinander.

7. Welche Alkane sind gasförmig?

   Zu den gasförmigen Alkanen gehören Methan und Ethan sowie Propan, aber auch Butan. Ethan und Propan sind brennbar. Butan wird für das Befüllen von Gasfeuerzeugen verwendet und für Kartuschen und Druckdosen.

8. Was ist eine Additionsreaktion?

   Es handelt sich um eine chemische Reaktion, bei der mindestens zwei Moleküle zu einem Molekül vereinigt werden. Dies geschieht, indem mehrere Mehrfachbindungen aufgespalten werden. Die Umkehrung der Addition nennt man Eliminierung.

9. Was ist eine exotherme Reaktion?

   Es handelt sich um eine chemische Reaktion, bei der Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Eine typische exotherme Reaktion ist Feuer oder das Aushärten von Beton.

10. Was ist eine endotherme Reaktion?

    Es handelt sich um eine chemische Reaktion, bei der Energie zugeführt wird, und zwar in Form von Wärme aus der Umgebung. Dafür werden End- und Ausgangsstoffe benötigt.

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