Helmichs Chemie-Lexikon

Erdöl

Relevanz für den Chemie-Unterricht

Erdöl wird im Chemie-Unterricht bereits in der Sekundarstufe I behandelt und spielt auch eine wichtige Rolle in der Einführungsphase der Oberstufe (EF).

Eigenschaften

Vier verschiedene Rohöl-Arten

Proben verschiedener Rohöle aus dem Kaukasus, dem Mittleren Osten, der Arabischen Halbinsel und Frankreich.

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Die Eigenschaften des Erdöls hängen von der genauen Zusammensetzung ab und schwanken von Fundort zu Fundort, wie man auf der Abbildung 1 gut sehen kann.

Farbe: hellbraun bis schwarzbraun

Geruch: aromatisch bis unangenehm

Dichte: 0,8 bis 0,9 g/cm3

Viskosität: dünnflüssig bis dickflüssig

Flammpunkt: unter 0 ºC bis 70 ºC

Siedepunkt: nicht definierbar, da Stoffgemisch

Löslichkeit: wasserunlöslich, in Ethanol nur schwer löslich, leicht löslich in Kohlenwasserstoffen, Chloroform und Ether

Zusammensetzung

Erdöl ist ein komplex zusammengesetztes homogenes Stoffgemisch aus verschiedenen Flüssigkeiten und Gasen. Durch die sogenannte fraktionierte Destillation, teils unter Vakuum, kann man das Erdöl in seine verschiedenen Bestandteile, die sogenannten Fraktionen, zerlegen.

Fraktion Siedebereich Zahl der C-Atome
Erdgas < 20 ºC 1 bis 4
Petrolether 20 - 60 ºC 5 bis 6
Ligroin 60 - 100 ºC 6 bis 7
Rohbenzin 40 - 200 ºC 5 bis 10
Kerosin 135 - 325 ºC 12 - 18, Aromaten
Gasöl, Dieselöl, Heizöl > 275 ºC > 12
Schmieröl nicht flüchtig Ringe mit langen Seitenketten
Asphalt fest Polycyclen

Die verschiedenen Erdöl-Fraktionen und ihre Siedebereiche. Aus: Morrison/Boyd, Lehrbuch der organischen Chemie, 1981

Aufbereitung von Erdöl

Das Problem bei der Erdöl-Fraktionierung ist, dass die Anteile der Fraktionen nicht unbedingt der Nachfrage durch die Industrie und die Verbraucher entsprechen.

Zusammensetzung verschiedener Rohöle und tatsächlicher Bedarf an Erdölprodukten

So wird beispielsweise sehr viel mehr Benzin, leichtes Heizöl und Diesel nachgefragt, als die Fraktionierung liefert, während die anderen, höher siedenden Fraktionen wie schweres Heizöl, Schmieröl und Bitumen (Teer-Bestandteil) weniger stark nachgefragt werden. Die chemische Industrie braucht außerdem große Mengen von gasförmigen Verbindungen wie Ethen, Propen und auch Ethan und Propan, die im Erdöl nicht so häufig vertreten sind. Daher hat man verschiedene Techniken erfunden, wie man aus höher siedenden Fraktionen kurzkettige Alkane und Alkene gewinnen kann.

Cracken

Beim Cracken werden aus langkettigen Alkanen bei hohen Temperaturen und unter Mithilfe von Katalysatoren kurzkettige Alkane und Alkene. Aus der Leichtbenzin-Fraktion erhält man beispielsweise bei Temperaturen um 800 ºC und bei hohem Druck (thermisches Cracken) die industriell sehr wichtigen Alkene Ethen und Propen. Aus Gasölen kann man durch katalytisches Cracken bei "niedrigen" Temperaturen um 400 ºC in Anwesenheit eines Katalysators verzweigte Alkane und Alkene gewinnen, die vor allem für Kraftstoffe benötigt werden.

In der Abituraufgabe von 2017 (NRW) wurde übrigens kurz das Verfahren des Steamcrackens thematisiert.

Reformierung

Während beim Cracken - der Name deutet es schon an - langkettige Alkane gespalten werden, so dass kurzkettige Alkane und Alkene entstehen, werden beim Reforming die Alkane isomerisiert, aus langkettigen Alkanen entstehen beispielsweise hochgradig verzweigte Alkane oder Alkene, die aber im Prinzip die gleiche Kohlenstoffzahl besitzen. Verzweigte Alkane und Alkene verbessern bestimmte Eigenschaften des Benzins (Klopffestigkeit) und sind daher recht begehrt.

Geschichte des Erdöls

Diesen Abschnitt habe ich bereits 1998 geschrieben und eben gerade (6/2024) auf einer alten Festplatte wiedergefunden. Ich weiß leider nicht mehr, welche Quellen ich damals ausgewertet hatte. Die Wikipedia gab es damals noch nicht, vielleicht habe ich mich in der Microsoft Encarta informiert, die es auch nicht mehr gibt.

Das Erdöl ist dem Menschen nicht erst seit der Industrialisierung, sondern bereits seit Jahrtausenden bekannt. Schon in der Bibel lässt sich nachlesen, daß Noah beim Bau der Arche zum Abdichten Pech verwendet, ein dem Erdöl entstandenes, festes Produkt.

Die Bewohner Mesopotamiens dichteten mit Asphalt vor rund 5000 Jahren ihre Boote ab. Die Chinesen stießen vor 2000 Jahren zum ersten Mal auf Erdöl und Erdgas, als sie nach Wasser bohrten. Sie benutzen das Erdöl und das Erdgas auch schon zu Heiz- und Beleuchtungszwecken. Die alten Ägypter balsamierten ihre Toten mit Asphalt, und in ihren Häusern und Palästen brannten mit Naphtha gespeiste Flammen.

Ca. 200 n. Chr. gab es in Konstantinopel Prunkbäder, die mit Erdöl geheizt wurden. Im Jahre 678 wurde Erdöl zum ersten Mal als Waffe eingesetzt: Die Stadt Byzanz wurde mit Griechischem Feuer, einer Mischung aus Salpeter, Schwefel, Naphthalin und Erdharz, gegen die angreifenden Araber verteidigt.

Im Mittelalter geriet das Erdöl als Brennstoff in Vergessenheit, wurde aber als Heilmittel zur äußeren Anwendung eingesetzt. In der Renaissance vertrieben die Mönche am Tegernsee das sogenannte Quirinöl als Heilmittel.

Ein entscheidender Impuls für die Verwendung des Erdöls kam aus der "Beleuchtungsindustrie". Zum Betreiben der Lampen verwendete man, wenn man es sich leisten konnte, tierische Öle, z.B. Walöl. Das billigere Erdöl rußte zu sehr und stank beim Verbrennen bestialisch. Auf der Suche nach besseren Brennstoffen musste man warten, bis jemand auf die Idee kam, das Erdöl zu destillieren. 1847 war es dann soweit. James H. JOUNG konnte aus Kohle und Ölschiefer durch Destillation das "Paraffinöl" gewinnen, welches beim Brennen nicht rußte und auch nicht so schlimm stank.

Was meint ChatGPT zur Geschichte des Erdöls?

Ich kann der Versuchung nicht widerstehen, die Künstliche Intelligenz ChatGPT zu diesem Thema zu befragen. Mal sehen, ob dabei etwas Vernünftiges herauskommt.

Die Geschichte des Erdöls

Frühe Nutzung in der Antike: Die Geschichte des Erdöls reicht weit zurück. Bereits in der Antike, vor etwa 5000 Jahren, wussten die Menschen um die Existenz von Erdöl und nutzten es in einfacher Form. In Mesopotamien und im alten Ägypten wurde es zum Abdichten von Booten, als Bindemittel für Bauwerke und sogar für medizinische Zwecke verwendet. In Babylon und Persien wurde bitumenhaltiges Erdöl zur Herstellung von Mörtel und für Straßenbauprojekte eingesetzt. Auch in China nutzte man Erdöl; man förderte es mit Hilfe von Bambusrohren und nutzte es zum Beheizen von Salzsiedereien.

Mittelalter und frühe Neuzeit: Im Mittelalter wurden die Anwendungen von Erdöl und seinen Nebenprodukten zunehmend vielfältiger. In Europa, insbesondere in Italien, wurde Erdöl aus natürlichen Quellen gesammelt und für die Herstellung von Lampenöl verwendet. In der islamischen Welt gab es fortschrittliche Techniken zur Gewinnung und Raffination von Erdöl, und es fand Anwendung in der Medizin sowie zur Herstellung von Farben und Lacken. Die spanischen Eroberer berichteten im 16. Jahrhundert von der Nutzung von Erdöl durch die indigenen Völker in Nordamerika. Die Irokesen verwendeten Öl, das aus natürlichen Quellen an die Oberfläche trat, zur Wasserabdichtung ihrer Kanus und als Heilmittel für Wunden.

Industrielle Revolution und die Geburtsstunde der modernen Erdölindustrie: Die moderne Geschichte des Erdöls beginnt im 19. Jahrhundert mit der industriellen Revolution. 1859 gelang Edwin L. Drake in Titusville, Pennsylvania, der erste erfolgreiche Bohrversuch nach Erdöl mit einer eigens entwickelten Bohrtechnik. Dieser Erfolg markierte den Beginn der modernen Erdölindustrie. Das geförderte Öl wurde zunächst zur Herstellung von Kerosin verwendet, das als Brennstoff für Lampen diente und damit Walöl ersetzte. Damit gewann Erdöl an wirtschaftlicher Bedeutung.

Erfindung des Automobils und des Verbrennungsmotors: Mit der Erfindung des Automobils und des Verbrennungsmotors Ende des 19. Jahrhunderts nahm die Bedeutung von Erdöl weiter zu. Der Bedarf an Benzin, einem Nebenprodukt der Erdölraffination, stieg rapide. Henry Ford führte 1908 die Fließbandproduktion von Automobilen ein, was zu einer massenhaften Verbreitung von Autos führte und die Nachfrage nach Benzin in die Höhe trieb. Dies markierte den Beginn der modernen Automobilgesellschaft und damit den Durchbruch des Erdöls als Hauptenergieträger.

Erster und Zweiter Weltkrieg: Im 20. Jahrhundert wurde Erdöl zu einem strategischen Rohstoff. Im Ersten Weltkrieg wurde es erstmals im großen Stil für den Betrieb von Kriegsschiffen, Flugzeugen und Panzern eingesetzt. Die Nutzung von Erdöl als Treibstoff für militärische Zwecke setzte sich im Zweiten Weltkrieg fort, und die Kontrolle über Erdölressourcen wurde zu einem entscheidenden Faktor in der Kriegsführung und für die geopolitische Macht.

Nachkriegszeit und Wirtschaftswunder: Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebte die Weltwirtschaft einen beispiellosen Aufschwung. Die Nachfrage nach Erdöl stieg kontinuierlich an, um den wachsenden Energiebedarf der Industrie, des Verkehrs und der privaten Haushalte zu decken. Neue Erdölfelder wurden entdeckt und erschlossen, insbesondere im Nahen Osten, in Südamerika und in Afrika. Die Gründung der Organisation erdölexportierender Länder (OPEC) 1960 markierte einen Wendepunkt in der Kontrolle und Preisgestaltung des Erdölmarktes. Die OPEC-Staaten nutzten ihre Position, um Einfluss auf den globalen Ölmarkt auszuüben.

Ölkrisen der 1970er Jahre: In den 1970er Jahren erlebte die Welt zwei große Ölkrisen, die den Preis und die Versorgung von Erdöl drastisch beeinflussten. Die erste Krise wurde durch den Yom-Kippur-Krieg 1973 ausgelöst, als arabische Ölförderländer ein Embargo gegen westliche Staaten verhängten, die Israel unterstützten. Dies führte zu massiven Preisanstiegen und zu einem Bewusstsein für die Abhängigkeit von Erdöl. Die zweite Krise 1979 wurde durch die iranische Revolution ausgelöst, die die Erdölförderung im Iran stark beeinträchtigte. Diese Krisen führten zu einem Umdenken in Bezug auf Energiepolitik und zu Investitionen in alternative Energiequellen.

Erdöl und Umweltbewusstsein: Ab den 1980er Jahren wuchs das Bewusstsein für die Umweltauswirkungen der Erdölnutzung. Ölkatastrophen wie die Havarie des Tankers Exxon Valdez 1989 machten die Risiken der Erdölgewinnung und des Transports deutlich. Der Klimawandel rückte in den Fokus, und die Emissionen von Treibhausgasen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wurden zunehmend als problematisch erkannt. In den letzten Jahrzehnten haben viele Länder begonnen, ihre Abhängigkeit von Erdöl zu reduzieren und auf erneuerbare Energien umzustellen.

Heutige Bedeutung und Zukunft: Heute ist Erdöl nach wie vor einer der wichtigsten Energieträger der Welt, trotz der Bemühungen um Diversifizierung der Energiequellen und der Förderung von Nachhaltigkeit. Erdöl wird nicht nur als Brennstoff für den Verkehr und zur Energieerzeugung verwendet, sondern ist auch ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie, zur Herstellung von Kunststoffen, Arzneimitteln und vielen anderen Produkten. Die Zukunft des Erdöls ist jedoch ungewiss, da der Druck zur Bekämpfung des Klimawandels zunimmt und die Suche nach alternativen, umweltfreundlichen Energien intensiviert wird.

Schlussbetrachtungen: Die Geschichte des Erdöls zeigt, wie dieser Rohstoff die wirtschaftliche Entwicklung und die geopolitische Machtverteilung geprägt hat. Gleichzeitig wird deutlich, dass die Menschheit vor großen Herausforderungen steht, um den Übergang zu einer nachhaltigeren Energieversorgung zu schaffen und die Auswirkungen des Erdölkonsums auf Umwelt und Klima zu minimieren.

ChatGPT 3.5 am 26.08.2024

Mein persönliches Fazit: Gar nicht mal so schlecht. Erst dachte ich, dass ChatGPT das Jahr der ersten Ölkrise falsch ermittelt hatte, aber eine kurze Recherche zeigt, dass die erste Ölkrise tatsächlich 1973 stattfand. Falls Sie vorhaben, diesen Text für ein Referat zu benutzen, sollten Sie den Text aber doch überarbeiten, so dass er Ihrem Sprechstil entspricht.

Interessant wird es ja erst dann, wenn andere KIs in ihrer Trainingsphase auf diesen Text stoßen, den ich hier auf meiner Homepage veröffentliche. Wenn eine KI mit den Ergebnissen einer anderen KI gefüttert wird, kann das auf Dauer nicht gut gehen.