Rohöl im Labor destillieren
AFB I–IIIn einem Schülerversuch werden 50 mL Rohöl in einer Destillationsapparatur langsam erhitzt. Die Destillate werden nach Temperaturbereichen in Reagenzgläsern aufgefangen:
| Probe | Bereich | Volumen | Beobachtung |
|---|---|---|---|
| 1 | bis 100 °C | 6 mL | farblos, dünnflüssig, entzündet sich sofort |
| 2 | 100–200 °C | 9 mL | hellgelb, dünnflüssig |
| 3 | 200–300 °C | 12 mL | gelb, ölig, schwer entzündlich |
| Rest | über 300 °C | 23 mL | schwarz, zäh |
- Ordne die Proben 1 bis 3 und den Rest den Fraktionen der Raffinerie zu.
- Ermittle den Volumenanteil jeder Probe am eingesetzten Rohöl.
- Erkläre die beobachtete Zunahme der Zähigkeit von Probe 1 bis zum Rest.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Probe 1 und Probe 2 (bis 180 °C) entsprechen Benzin; der obere Teil von Probe 2 enthält bereits Kerosin. Probe 3 umfasst Kerosin und den Anfang der Diesel-/Heizölfraktion. Der Rest entspricht dem Rückstand (mit Teilen der Dieselfraktion bis 350 °C). Gase entweichen schon beim Erhitzen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Probe 1: 6 : 50 = 12 %; Probe 2: 18 %; Probe 3: 24 %; Rest: 46 %. Summe 100 %.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Von Probe zu Probe steigt die Siedetemperatur, also die mittlere Kettenlänge der Alkane. Längere Moleküle haben eine größere Oberfläche; zwischen ihnen wirken stärkere Van-der-Waals-Kräfte, und sie können sich stärker ineinander verhaken. Dadurch gleiten sie schlechter aneinander vorbei — die Viskosität (Zähigkeit) nimmt zu.
Temperaturprofil einer Kolonne
AFB II–IIIAbb. 1 zeigt die an einem Versuchsturm gemessenen Temperaturen. An jedem Boden wird seitlich eine Fraktion abgezogen.
- Deute das Temperaturprofil im Hinblick auf die Trennung des Rohöls.
- Überprüfe die Aussage eines Mitschülers: „An Boden 2 sammelt sich reines Dodecan (Sdp. 216 °C).“
- Beurteile den Vorschlag, den Rückstand im Röhrenofen auf 550 °C zu erhitzen, um ihn ebenfalls zu verdampfen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Temperatur nimmt von unten (330 °C) nach oben (110 °C) ab. Ein aufsteigender Dampf kondensiert auf dem Boden, dessen Temperatur unter seiner Siedetemperatur liegt. Hochsiedende Stoffe (lange Ketten) werden deshalb unten, niedrig siedende (kurze Ketten) weiter oben abgezogen; was unter 110 °C siedet, verlässt den Turm am Kopf.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Dodecan kondensiert tatsächlich im Bereich von Boden 2, weil seine Siedetemperatur zwischen 170 °C und 260 °C liegt. Das gilt aber auch für alle anderen Stoffe mit Siedetemperaturen in diesem Bereich (z. B. Undecan, Tridecan, verzweigte Isomere). An Boden 2 sammelt sich daher ein Gemisch, eine Fraktion — die Aussage ist falsch.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Der Vorschlag ist ungeeignet: Über etwa 400 °C zerbrechen die langen Moleküle, es entstehen unkontrolliert andere Stoffe und Ablagerungen; die wertvollen Schmieröle gingen verloren, und das Erhitzen kostet viel Energie. Besser ist die Vakuumdestillation: Bei vermindertem Druck sinken die Siedetemperaturen, der Rückstand lässt sich ohne Zersetzung in Schmieröl, Paraffin und Bitumen trennen.