Alkohol – Konsummittel und Chemikalie
Alkohol ist eine chemische Verbindung mit mindestens einer Hydroxylgruppe. Es gibt verschiedene Arten von Alkoholen, darunter primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole. Die Hydroxygruppe beeinflusst die Eigenschaften der Alkohole, wie ihre Löslichkeit und ihren Siedepunkt. Entdecke mehr über Alkohole und ihre Verwendungsmöglichkeiten! Interessiert? Das und vieles mehr kannst du im folgenden Text finden!
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Grundlagen zum Thema Alkohol – Konsummittel und Chemikalie
Alkohol – Konsummittel und Chemikalie – Chemie
Sicher ist dir Alkohol im Alltag schon einmal begegnet. Alkohol kannst du im Bier und Wein, in Desinfektionsmitteln oder im Parfüm wiederfinden. Aber auch in der Chemie werden Alkohole eingesetzt. Was ist der Alkohol also chemisch gesehen? Und welche Arten von Alkohol gibt es?
Im folgenden Text werden dir das Genussmittel und die Chemikalie Alkohol vorgestellt. Du erfährst, welche Eigenschaften Alkohol hat und welche Alkohole es gibt.
Was ist Alkohol? – Definition
In der organischen Chemie werden Verbindungen als Alkohole bezeichnet, wenn sie mindestens eine Hydroxylgruppe, kurz Hydroxygruppe, mit der chemischen Formel $(\ce{R-O-H})$ besitzen. Man bezeichnet diese auch als OH-Gruppe. Hydroxygruppen sind die sogenannte funktionelle Gruppe der Alkohole.
In der Chemie können Alkohole noch in unterschiedliche Arten eingeteilt werden. Abhängig von der Anzahl der OH-Gruppen an einem Alkohol bezeichnet man Alkohole als mehrwertige Alkohole. Es wird dabei zwischen primären Alkoholen (eine OH-Gruppe) und mehrwertigen Alkoholen (zwei OH-Gruppen oder drei OH-Gruppen) unterschieden. Man spricht dabei auch von primären, sekundären und tertiären Alkoholen.
Als Alkanole werden Alkohole bezeichnet, die sich von den Alkanen ableiten. Alkanole gehören also auch zu den Alkoholen und bilden eine homologe Reihe, bei der am Ende der Alkylkette eine OH-Gruppe hängt. Aber was ist nun der Unterschied zwischen Alkohol und Alkanol? Alkanole sind gesättigte Verbindungen, die mindestens eine Hydroxygruppe besitzen. Die Gruppe der Alkohole ist dagegen größer gefasst. Es ist nicht festgelegt, ob der Alkylrest (Kohlenwasserstoffrest) gesättigt ist oder nicht. Alkohole können damit also Alkanole sein, müssen es aber nicht.
In der folgenden Tabelle kannst du die ersten zehn Vertreter der Alkohole mit ihren chemischen Formeln sowie die Alkane aus der homologen Reihe sehen. Die Nomenklatur der Alkohole ist der Nomenklatur der Alkane sehr ähnlich. Die Endung des Alkans -an wird hier durch die Endung für den Alkohol -ol ersetzt.
| Alkane | Alkohole (Alkanole) |
|---|---|
| Methan $\ce{CH4}$ | Methanol $\ce{CH3-OH}$ |
| Ethan $\ce{C2H6}$ | Ethanol $\ce{CH3-CH2OH}$ |
| Propan $\ce{C3H8}$ | Propan-1-ol $\ce{CH3-CH2-CH2OH}$ |
| n- Butan $\ce{C4H10}$ | Butan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)2-CH2OH}$ |
| n-Pentan $\ce{C5H12}$ | Pentan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)3-CH2OH}$ |
| n-Hexan $\ce{C6H14}$ | Hexan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)4-CH2OH}$ |
| n-Heptan $\ce{C7H16}$ | Heptan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)5-CH2OH}$ |
| n-Octan $\ce{C8H18}$ | Octan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)6-CH2OH}$ |
| n-Nonan $\ce{C9H20}$ | Nonan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)7-CH2OH}$ |
| n-Decan $\ce{C10H22}$ | Decan-1-ol $\ce{CH3-(CH2)8-CH2OH}$ |
Da ab drei C-Atomen die Kette verzweigt und die OH-Gruppe auch an einem anderen Kohlenstoffatom hängen könnte, werden die Alkohole mit einer 1 vor der Endung -ol bezeichnet. Damit wird verdeutlicht, dass sich die OH-Gruppe hier am Anfang der Alkylkette befindet.
Wie entsteht Alkohol?
Alkohol kann durch die Gärung von Biomasse entstehen. Dabei wird Zucker (Glucose) zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid abgebaut. Der folgenden Abbildung kannst du die wichtigsten Informationen zur alkoholischen Gärung entnehmen.
Dieser Gärungsprozess wird nicht nur für die Herstellung von Trinkalkohol genutzt – auch für die Ethanolproduktion (Herstellung Bioethanol) als Kraftstoff wird, beispielsweise in Amerika, vermehrt die Gärung eingesetzt. Neben der Gärung kann Alkohol auch synthetisch aus Ethen und Wasser hergestellt werden. Der so entstandene Alkohol wird dann auch als Industriealkohol bezeichnet.
Eigenschaften von Alkohol
Die Hydroxygruppe der Alkohole hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der Alkohole, weil sie polar ist. Der Alkylrest, der aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht, ist dabei unpolar.
Du kannst dir in der Chemie merken: Gleiches löst sich in Gleichem. Die polare Hydroxygruppe löst sich also gut im polaren Wasser. Die Eigenschaften von Alkoholen sind dabei abhängig von der Länge des Alkylrests. Allgemein können wir folgende Punkte festhalten:
- Je länger die Kettenlänge – also der Alkylrest –, desto unpolarer wird der Alkohol und desto geringer wird seine Löslichkeit.
- Je länger die Alkylreste sind, desto stärker bilden sich Van-der-Waals-Kräfte aus. Damit steigt der Siedepunkt der Alkohole mit zunehmender Kettenlänge.
- Zwischen den Hydroxygruppen bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen aus. Der Siedepunkt eines Alkohols liegt deshalb deutlich höher als der eines Alkans mit vergleichbarer Masse.
Alkohol im Alltag – Ethanol
Der Alkohol Ethanol mit der Strukturformel $\ce{CH3-CH2OH}$ ist dir sicher im Alltag schon oft begegnet. Wo man Ethanol überall findet und welche Verwendungen von Alkohol es gibt, kannst du in der folgenden Liste an Beispielen sehen:
Alkoholische Getränke wie Bier oder Wein: Auf den Getränken ist der Alkoholgehalt oft in Volumenprozent angegeben. Bier hat ungefähr ein Volumenprozent von $\pu{5 Vol.-\%}$. Das bedeutet, dass in einem Liter Bier (also $\pu{1 000 ml}$) $\pu{50 ml}$ Ethanol enthalten sind. Und was denkst du, ab wie viel Prozent brennt Alkohol? Ab einem Volumenprozent von $\pu{40\%}$ brennt Alkohol.
Alkohol als Lösungsmittel in der Chemie: Einsatz in Deodorants, Parfümen oder in der Medizin für Medikamente und Desinfektionsmittel
Ethanol ist toxisch – also giftig. Die Risiken von Alkohol bei übermäßigem Konsum sind dabei nicht zu unterschätzen. Wenn du zu viel davon zu dir nimmst, wirken Alkohole als starkes Zellgift. Während der Schwangerschaft kann der Konsum von Alkohol zu Fehlbildungen des ungeborenen Kindes führen. Außerdem gehen mit der Einnahme von Alkohol auch Orientierungsstörungen einher. Eine weitere Folge kann das Herabsetzen der Gedächtnisleistung sein. Es besteht ein Abhängigkeitspotenzial.
Für den Alkohol Ethanol halten wir in einem Steckbrief die wesentlichen Eigenschaften fest:
- Siedepunkt von Ethanol: $\pu{78 °C}$
- Schmelzpunkt von Ethanol: $\pu{-114,5 °C}$
- Dichte von Ethanol: $\pu{0,79 g//cm3}$
Auf dem folgenden Bild siehst du die Molekülstruktur von Ethanol:
Reaktionen der Alkohole
In diesem Abschnitt schauen wir uns kurz ein paar Reaktionen der Alkohole an.
Destillation
Mit einer Destillation kann der Alkohol in der Chemie von anderen Stoffen getrennt werden. Dadurch erhält man hochprozentigen Alkohol. Dieses Verfahren wird auch in der Schnapsbrennerei verwendet.
Nachweis von Alkohol
Bei dem Konsum von Alkohol wird Ethylglucuronid gebildet, das nachweisbar ist. Damit kann Alkohol im Körper nachgewiesen werden.
Weitere Reaktionen
In der folgenden Liste kannst du dir einige der wichtigsten Reaktionen ansehen, bei denen Alkohole zum Einsatz kommen können.
- Protonierung
- Deprotonierung
- Oxidation
- Substitution
- Veresterung
- Dehydratisierung
Dieses Video
In diesem Video lernst du, was Alkohole und Alkanole sind. Es werden die wesentlichen Eigenschaften von Alkoholen erklärt und die alkoholische Gärung wird kurz beschrieben.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Alkohol, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Alkohol – Konsummittel und Chemikalie
Heute geht es um einen GANZ besonderen Stoff. Oder ist dir sonst einer bekannt, den man trinken, zur Wunddesinfektion, zum Reinigen UND zum Befüllen von Schokopralinen benutzen kann? Wohl kaum! In diesem Video beschäftigen wir uns mit "Alkohol als Konsummittel und Chemikalie". Das Anwendungsgebiet von Alkohol ist riiiesig! Daher werden wir uns nun im Folgenden damit beschäftigen was Alkohol überhaupt ist und welche Arten es gibt. Also, wie sieht so ein Alkohol aus? Nee, jetzt auf chemischer Ebene erst mal! Charakteristisch für die Gruppe der Alkohole ist die "Hydroxygruppe", mit der chemischen Formel "R, O, H". Das R steht übrigens immer für den "Rest". Diese – manchmal auch als "OH-Gruppe" bezeichnete – Hydroxygruppe ist also die "funktionelle Gruppe" der Alkohole. Und du hast ganz richtig gehört, AlkoholE: es gibt mehrere davon! Abhängig von der Anzahl der OH-Gruppen bezeichnet man Alkohole als "einwertige Alkohole", mit nur einer OH-Gruppe oder als "mehrwertige Alkohole", entsprechend mit zwei beziehungsweise drei OH-Gruppen. Außerdem wird noch in "primäre", "sekundäre" sowie "tertiäre Alkohole" untergliedert, die sich in der Anzahl der Rest-Gruppen am zentralen C-Atom unterscheiden. Mit DIESEN Alkoholen beschäftigen wir uns aber in einem anderen Video. Wir sehen uns nun erst einmal die Nomenklatur der "einwertigen, primären" Alkohole an. Genauer gesagt der "Alkanole", einer Untergruppe der Alkohole, die sich von den Alkanen direkt ableiten. Naaaa, erinnerst du dich an die homologe Reihe der Alkane? Starten wir doch mit Methan, Ethan und Propan. Hübsche Moleküle mit ein bis drei Kohlenstoffatomen. Ersetzen wir ein Wasserstoffatom durch die Hydroxygruppe, kommen wir den Alkanolen schon ganz nah. Wir erhalten "Methanol, Ethanol und Propanol". Genauso geht es mit der homologen Reihe weiter. So weit ganz logisch, nicht? Für den vollständigen Namen müssen wir nun noch sehen, an welchem Kohlenstoffatom die Hydroxygruppe gebunden ist. Sehen wir uns ein Beispiel an: Dazu suchen wir uns die längste aneinanderhängende Kette der C-Atome raus, zählen einmal durch – eins, zwei, drei C-Atome, also ein Propanol – und erkennen in diesem Fall, dass die Hydroxygruppe am zweiten C-Atom gebunden ist. Entsprechend haben wir hier ein "Propan-zwei-ol". Sehen wir uns nun an, was Alkohol für Eigenschaften aufweist. Dazu bleiben wir erst einmal bei der Strukturformel. Die Hydroxygruppe ist polar. Nach dem Leitspruch in der Chemie "Gleiches löst sich in Gleichem" ist der Teil mit der Hydroxygruppe also gut in Wasser löslich. Der Rest des Alkohols, die Kohlenstoffkette, oder auch der "Alkyl-Rest", ist unpolar. Die Kettenlänge beeinflusst demnach die Eigenschaften des Alkohols. Schauen wir mal: Je länger der Alkyl-Rest, desto unpolarer der Alkohol und dementsprechend geringer die Löslichkeit. Je länger der Alkyl-Rest, desto stärker wirken sich auch Van-der-Waals-Kräfte aus, wodurch die Schmelz- und Siedetemperatur des Alkohols steigt. Kurzkettige Alkohole sind bei Raumtemperatur aufgrund ihrer niedrigen Schmelz- und Siedetemperatur flüssig, langkettige sind fest. Da bei kurzkettigen Alkoholen der polare Teil mit der Hydroxy-Gruppe in etwa dem unpolaren Alkyl-Rest entspricht, sind sie "amphiphil" und werden dadurch häufig als Lösungsmittel verwendet. Und damit sind wir auch schon bei den Verwendungen von Alkohol angekommen. Insbesondere sehen wir uns dabei Ethanol, das ist der bekannte Trinkalkohol, mit der Strukturformel "C2H6O" an. Natürlich fallen einem da mitunter zuerst alkoholische Getränke wie Bier und Wein ein. Auf den Getränken findest du die Alkoholangabe in Volumenprozent. Bier hat beispielsweise meist fünf Volumenprozent. Das bedeutet, dass in einem Liter Bier fünfzig Milliliter Ethanol enthalten sind. Übrigens: derartig spektakulär aussehende Drinks, die entflammbar sind, gibt es erst ab einem Alkoholgehalt von vierzig Prozent. Und da wir nun schon bei Hochprozentigem sind: Ethanol ist toxisch! Mit der Einnahme von Alkohol gehen unter anderem Orientierungs- und Sprechstörungen, sowie eine veränderte Bewusstseinswahrnehmung einher. Alkohol wirkt als Zellgift und kann bei übermäßigen Konsum sehr gefährlich werden. Bei Schwangeren kann der Konsum von Alkohol zu Fehlbildungen des ungeborenen Kindes führen. Es besteht großes Abhängigkeitspotential, weswegen ein verantwortungsvoller Umgang, sowie gänzlicher Verzicht unter achtzehn Jahren ein absolutes Muss ist. Aber Alkohol wird ja nicht nur getrunken. Als Lösungsmittel wird Alkohol beispielsweise in Deodorants oder in Parfums eingesetzt. In der Medizin für Medikamente oder Desinfektionsmittel. Das Anwendungsgebiet von Alkohol ist riesengroß und bei der richtigen Anwendung ist der Nutzen ebenso groß. Kommen wir zur Zusammenfassung! Alkohole besitzen als funktionelle Gruppe eine Hydroxygruppe. Die Länge der Kohlenstoffkette und die Hydroxygruppe bestimmen Eigenschaften wie Schmelz- und Siedetemperatur der Alkohole. Die Nomenklatur der Alkohole verläuft ähnlich wie die der Alkane mit der zusätzlichen Endung "ol". Außerdem weißt du nun über den Nutzen sowie die gesundheitlichen Gefahren des Alkohols bescheid. Na dann bleibt noch zu sagen: man kann auch ohne Alkohol Spaß haben! Aber bei Schürfwunden und dreckigen Fensterscheiben ist er durchaus angebracht!
Alkohol – Konsummittel und Chemikalie Übung
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Ermittle, bei welchen Strukturformeln es sich um einen Alkohol handelt.
TippsEs gibt drei richtige Antworten.
Alkohole enthalten mindestens eine Hydroxygruppe (OH-Gruppe).
Das ist eine Hydroxygruppe.
LösungDas Anwendungsgebiet von Alkohol ist riesig. Er dient einerseits als Konsummittel. Andererseits wird er als Chemikalie in vielen Bereichen verwendet, zum Beispiel in Desinfektionsmitteln.
Es gibt nicht nur einen Alkohol, sondern viele verschiedene: Alkohole sind Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Hydroxygruppe (-OH).Um die Nomenklatur der Alkohole zu verstehen, müssen wir auf unser vorhandenes Wissen zu den Kohlenwasserstoffen zurückgreifen: Wir betrachten hier die einwertigen, primären Alkohole, auch Alkanole genannt.
Wir kennen bereits die Alkane. Das sind zum Beispiel Methan, Ethan, Propan usw. Tauschen wir ein Wasserstoffatom gegen eine Hydroxygruppe, erhalten wir Methanol, Ethanol und Propanol. Genauso geht es mit der homologen Reihe weiter.
Der bekannteste aller Alkohole ist Ethanol, der sogenannte Trinkalkohol, der zum Beispiel in Bier oder Wein enthalten ist. -
Bestimme, um welche Art von Alkohol es sich jeweils handelt.
TippsMehrwertige Alkohole enthalten mehr als eine OH-Gruppe.
Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole können anhand der Reste unterschieden werden.
LösungAlkohole sind Kohlenwasserstoffe (Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff) mit einer Hydroxygruppe, auch OH-Gruppe genannt. Es gibt viele verschiedene Alkohole – je nach Zusammensetzung der Elemente.
Abhängig von der Anzahl der OH-Gruppen bezeichnen wir Alkohole als einwertige oder mehrwertige Alkohole:
- Einwertige Alkohole enthalten nur eine OH-Gruppe.
- Mehrwertige Alkohole enthalten zwei oder mehr OH-Gruppen.
Außerdem untergliedern wir noch in primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole. Die Namensgebung ist abhängig von der Anzahl der Restgruppen am Kohlenstoffatom, das die OH-Gruppe trägt:
- Primäre Alkohole enthalten keine oder eine Restgruppe.
- Sekundäre Alkohole enthalten zwei weitere Restgruppen.
- Tertiäre Alkohole enthalten drei weitere Restgruppen.
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Stelle dar, inwiefern die Kettenlänge des Alkyl-Rests die Eigenschaften des Alkohols beeinflusst.
TippsPropanol hat eine höhere Siedetemperatur als Methanol.
Ethanol löst sich besser in Wasser als Butanol.
LösungDie Eigenschaften eines Alkohols sind nicht nur abhängig von der polaren Hydroxygruppe, die sich in Wasser gut löst, sondern auch vom Rest des Alkohols.
Der Rest des Alkohols, die Kohlenstoffkette, oder auch der „Alkyl-Rest“, ist unpolar. Die Kettenlänge beeinflusst demnach die Eigenschaften des Alkohols.
Mit zunehmender Länge des Alkyl-Rests wird der Alkohol immer unpolarer und dementsprechend geringer ist seine Löslichkeit in Wasser.Mit zunehmender Länge des Alkyl-Rests wirken sich zudem die Van-der-Waals-Kräfte stärker aus, wodurch die Schmelz- und Siedetemperatur des Alkohols steigt. Deshalb sind kurzkettige Alkohole bei Raumtemperatur flüssig, langkettige sind fest.
Da bei kurzkettigen Alkoholen der polare Teil mit der Hydroxygruppe in etwa dem unpolaren Alkyl-Rest entspricht, sind sie amphiphil und werden dadurch häufig als Lösungsmittel verwendet.
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Zeige auf, welche Folgen der Konsum von Alkohol mit sich bringen kann.
TippsVier Antworten sind richtig.
Es gibt viele Menschen, die alkoholabhängig sind.
LösungObwohl wir ohne Alkohol Spaß haben können (und sollten!), ist Alkohol ein beliebtes Konsummittel. Allerdings ist ein verantwortungsvoller Umgang damit sehr wichtig, da vor allem überhöhter Verzehr viele gesundheitlichen Folgen mit sich bringen kann:
- Mit der Einnahme von Alkohol gehen unter anderem Orientierungs- und Sprechstörungen sowie eine veränderte Bewusstseinswahrnehmung einher. Darum darf auch kein Fahrzeug bei Alkoholkonsum gefahren werden!
- Alkohol wirkt als Zellgift und kann bei übermäßigem Konsum sehr gefährlich werden. Dadurch werden vor allem die Zellfunktionen der Leber geschädigt.
- Bei Schwangeren kann der Konsum von Alkohol zu Fehlbildungen des ungeborenen Kindes führen.
- Es besteht großes Abhängigkeitspotential. Das bedeutet, dass Menschen von Alkohol abhängig werden können.
- Alkohol schädigt jeden Körper, ob Kind oder erwachsener Mensch. Jedoch sind die gesundheitlichen Schäden für Kinder größer, weil sie sich noch in der Entwicklung befinden. Deshalb sollte unter 18 Jahren gänzlich auf Alkohol verzichtet werden.
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Gib an, welche Flüssigkeiten Alkohol enthalten.
TippsEs müssen drei Bilder ausgewählt werden.
LösungDas Anwendungsgebiet von Alkohol ist riesengroß und bei der richtigen Anwendung ist der Nutzen ebenso groß: Er dient einerseits als Konsummittel. Andererseits wird er als Chemikalie in vielen Bereichen verwendet.
Folgende Flüssigkeiten enthalten Alkohol:
- alkoholische Getränke wie Wein und Bier
- Desinfektionsmittel
- Parfums und Deosprays
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Benenne die Alkohole anhand ihrer Nomenklatur.
TippsDas „di“ bedeutet, dass zwei OH-Gruppen enthalten sind.
Butanol enthält vier Kohlenstoffatome.
LösungUm Alkohole korrekt benennen zu können, gehen wir folgendermaßen vor:
- Wir suchen die längste aneinanderhängende Kette der C-Atome.
- Dann zählen wir durch: Die Anzahl der C-Atome bestimmt den Namen des Alkohols.
- Zuletzt finden wir heraus, an welchen C-Atomen die Hydroxygruppe gebunden ist. Die Stelle taucht als Zahl im Namen zwischen dem Alkan (Ethan, Propan) und der Endung -ol auf.
- Bei zwei gebundenen OH-Gruppen fügen wir „di“ , bei drei entsprechend „tri“ ein. Außerdem stehen in dem Fall die Zahlen vor dem Alkohol, durch Komma getrennt.
$\underline{\text{Propan-2-ol}}$:- drei C-Atome
- OH-Gruppe am zweiten C-Atom
$\underline{\text{Butan-2-ol}}$:- vier C-Atome
- OH-Gruppe am zweiten C-Atom
$\underline{\text{2,4-Pentandiol}}$:- fünf C-Atome
- OH-Gruppe am zweiten und vierten C-Atom
$\underline{\text{1,4-Butandiol}}$:- vier C-Atome
- OH-Gruppe am ersten und vierten C-Atom
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