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.