Alkoholabbau im Körper
AFB I–IIDie Leber baut Ethanol schrittweise ab: Ethanol → Ethanal → Ethansäure (als Acetat) → CO₂ und Wasser. Energieniveaus je mol Ethanol, bezogen auf 2 CO₂ + 3 H₂O:
| Stoffsystem | E in kJ |
|---|---|
| Ethanol + 3 O₂ | 1367 |
| Ethanal + H₂O + 2½ O₂ | 1167 |
| Ethansäure + H₂O + 2 O₂ | 874 |
| 2 CO₂ + 3 H₂O | 0 |
- Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für den Abbau mit den drei Schritten.
- Berechne die Energie, die beim vollständigen Abbau von 10 g Ethanol (etwa ein kleines Glas Bier) frei wird. M(Ethanol) = 46 g/mol.
- Beschreibe, was mit der frei werdenden Energie im Körper geschieht.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Vier waagerechte Stufen bei 1367, 1167, 874 und 0 kJ, beschriftet mit den Stoffsystemen; drei Pfeile nach unten mit ΔE = −200 kJ, −293 kJ und −874 kJ.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(n = \frac{10\,\text{g}}{46\,\text{g/mol}} \approx 0{,}217\,\text{mol}\); \(E \approx 0{,}217\,\text{mol} \cdot 1367\,\text{kJ/mol} \approx 297\,\text{kJ}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Ein Teil wird im Stoffwechsel genutzt, der Rest wird als Wärme frei und hält den Körper warm. Schließlich geht die Energie als Wärme an die Umgebung und ist dort entwertet — sie kann nicht zurückgewonnen werden.
Treibstoffe im Vergleich
AFB II–IIIDiskutiert wird, Kraftstoffen mehr teiloxidierte Stoffe beizumischen. Verbrennungsenergien je mol (Produkte CO₂ und flüssiges Wasser):
| Stoff | M in g/mol | frei werdende Energie in kJ/mol |
|---|---|---|
| Ethan | 30 | 1560 |
| Ethanol | 46 | 1367 |
| Ethansäure | 60 | 874 |
- Werte die Tabelle aus, indem du die Energie je Gramm berechnest, und setze sie in Beziehung zur Oxidationszahl von C-1.
- Bestätige rechnerisch, dass die Oxidation von Ethanol zu Ethansäure und die Verbrennung der Ethansäure zusammen die Verbrennungsenergie des Ethanols ergeben.
- Nimm Stellung zur Aussage: „Ethansäure als Treibstoff wäre klimafreundlich, weil sie schon teilweise oxidiert ist.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ethan 52 kJ/g (C-1: −III), Ethanol 29,7 kJ/g (−I), Ethansäure 14,6 kJ/g (+III). Je höher die OZ, desto weniger Energie je Gramm: Teiloxidierte Stoffe sind energieärmer und zusätzlich schwerer durch die O-Atome.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
ΔE₁ = −493 kJ, ΔE₂ = −874 kJ; Summe −1367 kJ = Verbrennungsenergie des Ethanols. Die Energie hängt nur von Anfangs- und Endzustand ab (Energieerhaltung).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage überzeugt nicht: Ethan und Ethansäure liefern je mol 2 mol CO₂, Ethansäure aber nur 874 statt 1560 kJ. Je kJ Nutzenergie entsteht also fast doppelt so viel CO₂ (2,3 statt 1,3 mmol/kJ). Klimafreundlich wäre sie höchstens, wenn sie aus nachwachsenden Rohstoffen stammt — der Oxidationsgrad allein spricht dagegen.