Oberstufen-Chemiebuch Kontextorientiert/Die zwei bewährten Motoren-Typen im Vergleich

Inhaltsverzeichnis

1 Der Unterschied zwischen Diesel und Benzin
2 Oktanzahl
3 Umwelt-Bilanz von Diesel und Benzin im Vergleich
4 Weitere Videos

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.
- Nutzt dazu in der Schule das Programm "ksnapshot", zu dem es ein kurzes Video 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.

Liste einige Alkane in verschiedenen Darstellungen

Diese Tabelle zeigt einige Alkane und ihre Oktanzahl.

Alkan	Kugelstab-Modell	Kalottenmodell	Oktanzahl
Heptan			0
Hexan			25
Pentan			62
3-Methylhexan		-fehlt-	65
2-Methylpentan	-fehlt-	-fehlt-	73
3-Methylpentan			75
2,3-Dimethylpentan		-fehlt-	91
2-Methylbutan		-fehlt-	93
Butan			94
2-Methylpropan			100
2,2,4-Trimethylpentan			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.

Oktanzahl, 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.

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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.

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.

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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.

Cetanzahl, 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.

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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.

Benzin-/Dieselmotor (Vergleich)

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 NO_x frei wird.

Weitere Videos

Für Interessierte: Terra X - Das Diesel Rätsel