Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 11-13, G-Niveau

Erdgas und Erdöl - Chemie

Einleitung

Erdöl und Erdgas sind fossile Rohstoffe und wichtige Ausgangsstoffe der organischen Chemie. Sie liefern Energie, aber auch Grundstoffe für Kunststoffe, Lacke, Lösungsmittel, Schmierstoffe und viele weitere Produkte. Chemisch betrachtet bestehen beide vor allem aus Kohlenwasserstoffen.

Erdöl ist eine meist dunkle, zähflüssige Mischung aus sehr vielen Stoffen. Erdgas ist ein Gasgemisch, dessen Hauptbestandteil häufig Methan ist. Beide Rohstoffe entstanden über sehr lange Zeiträume aus organischem Material in Sedimenten. Weil ihre Vorräte begrenzt sind und ihre Nutzung das Klima und die Umwelt belastet, spielen Energieeffizienz, erneuerbare Energien und eine nachhaltigere Rohstoffnutzung eine wichtige Rolle.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du Erdöl und Erdgas als Stoffgemische beschreiben, ihre wichtigsten Bestandteile nennen und die Entstehung einer Lagerstätte erklären. Du kannst die fraktionierte Destillation und das Cracken erläutern, Verbrennungsreaktionen formulieren und Nutzen sowie Umweltfolgen der fossilen Rohstoffe beurteilen.

Entstehung und Lagerstätten

Erdöl und Erdgas entstanden überwiegend aus abgestorbenen Kleinstlebewesen und Pflanzenresten, die in sauerstoffarmen Meeres- oder Seeablagerungen eingeschlossen wurden. Weitere Sedimentschichten erhöhten über Millionen Jahre Druck und Temperatur. Dabei wandelte sich das organische Material schrittweise in Kohlenwasserstoffe um.

Erdöl und Erdgas können durch poröse Gesteinsschichten wandern. Treffen sie auf ein undurchlässiges Deckgestein, sammeln sie sich in einer Lagerstätte. Wegen der geringeren Dichte liegt Erdgas in einer klassischen Lagerstätte meist über Erdöl; darunter kann sich salzhaltiges Wasser befinden.

Merke: Erdöl entstand nicht einfach aus Dinosauriern. Entscheidend waren große Mengen mikroskopisch kleiner Organismen und pflanzlichen Materials.

Förderung

Zur Erkundung werden geologische Messungen und Probebohrungen genutzt. Bei einer Bohrung wird das Speichergestein erreicht. Der natürliche Lagerstättendruck kann Öl oder Gas zunächst nach oben drücken; später kommen Pumpen oder andere Förderverfahren zum Einsatz. Bei der Förderung müssen Druck, Gase und Flüssigkeiten sicher kontrolliert werden.

Chemische Zusammensetzung

Erdgas

Erdgas besteht je nach Lagerstätte aus unterschiedlichen Stoffen. Hauptbestandteil ist meist Methan. Außerdem können Ethan, Propan, Butan, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Schwefelwasserstoff enthalten sein. Vor der Nutzung wird Rohgas deshalb aufbereitet.

Methan besitzt die Summenformel $C H_{4}$ . Das Molekül ist tetraedrisch aufgebaut: Ein Kohlenstoffatom ist mit vier Wasserstoffatomen verbunden.

Erdgas ist farblos. Reines Erdgas riecht kaum; dem Gasnetz werden deshalb stark riechende Stoffe zugesetzt. Diese Odorierung hilft, austretendes Gas früh zu bemerken.

Erdöl

Rohöl enthält Hunderte verschiedene Verbindungen. Den größten Anteil bilden Kohlenwasserstoffe:

Stoffgruppe	Kennzeichen	Bedeutung
Alkane	Gesättigte Kohlenwasserstoffe mit Einfachbindungen	Wichtige Bestandteile vieler Kraftstofffraktionen
Cycloalkane	Ringförmige gesättigte Kohlenwasserstoffe	Bestandteil vieler Rohölsorten
Aromatische Kohlenwasserstoffe	Verbindungen mit aromatischen Ringsystemen	Ausgangsstoffe der Petrochemie, teilweise gesundheitsschädlich
Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen	Begleitstoffe in unterschiedlichen Mengen	Müssen bei der Aufbereitung teilweise entfernt werden

Für unverzweigte Alkane gilt die allgemeine Summenformel:

$C_{n} H_{2 n + 2}$

Mit wachsender Kettenlänge nehmen meist Siedetemperatur und Zähflüssigkeit zu. Kurzkettige Alkane sind bei Raumtemperatur gasförmig, mittlere häufig flüssig und sehr langkettige fest oder zähflüssig.

Transport und Speicherung

Erdöl wird in Pipelines, Tankschiffen, Eisenbahnwaggons und Tankfahrzeugen transportiert. Erdgas gelangt häufig durch Pipelines zu den Verbrauchsorten. Für weite Seetransporte kann Erdgas gereinigt und bei ungefähr $- 162^{\circ} C$ verflüssigt werden. Dieses Flüssigerdgas heißt LNG.

Durch die Verflüssigung sinkt das Volumen stark. Am Ziel wird LNG wieder erwärmt und in ein Gasnetz eingespeist. Transport und Speicherung benötigen Energie und hohe Sicherheitsstandards.

Verarbeitung von Erdöl

Fraktionierte Destillation

Rohöl kann nicht direkt für alle Anwendungen genutzt werden. In einer Raffinerie wird es zunächst entsalzt, erhitzt und in einer Destillationskolonne getrennt. Unten ist die Kolonne heiß, nach oben wird sie kühler. Die Kohlenwasserstoffe kondensieren abhängig von ihren Siedebereichen auf unterschiedlichen Höhen.

Bereich der Kolonne	Typische Fraktion	Beispiele für die Nutzung
Oben	Raffineriegase und Flüssiggas	Brenngase, chemische Synthesen
Oberer Bereich	Leichtbenzin und Naphtha	Ottokraftstoff, Rohstoff der Petrochemie
Mittlerer Bereich	Kerosin und Gasöl	Flugturbinenkraftstoff, Diesel, Heizöl
Unterer Bereich	Schweröle und Schmierstoffanteile	Schmierstoffe, weitere Verarbeitung
Rückstand	Bitumen	Straßenbau und Abdichtung

Eine Fraktion ist kein einzelner Reinstoff. Sie enthält mehrere Stoffe mit ähnlichen Siedetemperaturen.

Cracken und weitere Umwandlungen

Bei der Destillation werden Stoffe nur getrennt. Beim Cracken werden lange Kohlenwasserstoffmoleküle chemisch in kürzere Moleküle gespalten. Dabei können Alkane und Alkene entstehen. Ein vereinfachtes Reaktionsbeispiel ist:

$C_{10} H_{22} \to C_{8} H_{18} + C_{2} H_{4}$

Das entstandene Ethen kann durch Polymerisation zu Polyethylen verarbeitet werden.

Weitere Raffinerieverfahren verändern Molekülstrukturen, entfernen Schwefelverbindungen oder verbessern die Eigenschaften von Kraftstoffen.

Verbrennung

Kohlenwasserstoffe reagieren mit Sauerstoff. Bei vollständiger Verbrennung entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Reaktion ist exotherm, sie gibt also Energie ab.

Für Methan lautet die ausgeglichene Reaktionsgleichung:

$C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$

Bei Sauerstoffmangel kann die Verbrennung unvollständig sein. Dann entstehen unter anderem giftiges Kohlenstoffmonoxid und Ruß. Verbrennungsanlagen benötigen daher eine geregelte Luftzufuhr.

Sicherheit: Experimente mit brennbaren Gasen dürfen nur mit geeigneter Ausstattung, fachkundiger Aufsicht und festgelegten Schutzmaßnahmen durchgeführt werden.

Nutzung im Alltag

Erdöl und Erdgas dienen als Energieträger und als chemische Rohstoffe. Aus ihren Bestandteilen entstehen Kraftstoffe, Heizstoffe und Grundchemikalien. Diese Grundchemikalien werden unter anderem für Kunststoffe, Kunstfasern, Farben, Klebstoffe, Waschmittel, Arzneimittelwirkstoffe und viele technische Materialien genutzt.

Die stoffliche Nutzung ist von der energetischen Nutzung zu unterscheiden: Bei der energetischen Nutzung wird ein Stoff verbrannt. Bei der stofflichen Nutzung wird er in neue Produkte umgewandelt.

Umwelt und Klima

Bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe wird Kohlenstoffdioxid freigesetzt, das zuvor lange im Untergrund gespeichert war. Kohlenstoffdioxid verstärkt den anthropogenen Treibhauseffekt. Auch unverbrannt entweichendes Methan wirkt als Treibhausgas. Deshalb sind Leckagen bei Förderung, Verarbeitung und Transport bedeutsam.

Ölunfälle können Wasser, Böden und Lebewesen schwer belasten. Auch die Förderung verändert Landschaften und Ökosysteme. Schadstoffe wie Stickoxide, Schwefeloxide und Feinstaub können je nach Brennstoff und Verbrennungstechnik entstehen.

Erdgas verursacht bei vollständiger Verbrennung je bereitgestellter Energiemenge häufig weniger Kohlenstoffdioxid als Kohle. Die gesamte Klimawirkung hängt jedoch auch von Förderung, Transport, Methanverlusten und Wirkungsgrad ab.

Wege zu einer nachhaltigeren Nutzung

Eine nachhaltigere Chemie versucht, Energie und Rohstoffe effizienter einzusetzen, Produkte länger zu nutzen und Stoffkreisläufe zu schließen. Wichtige Ansätze sind erneuerbare Energien, Elektrifizierung, Recycling, wiederverwendbare Produkte, biobasierte Rohstoffe und Verfahren der grünen Chemie. Dabei müssen auch Energiebedarf, Flächenverbrauch, Schadstoffe und die tatsächliche Wiederverwertbarkeit betrachtet werden.

Zusammenfassung

Erdgas und Erdöl sind natürliche Gemische aus Kohlenwasserstoffen. Erdgas enthält meist besonders viel Methan, Rohöl viele unterschiedlich große Moleküle. In der Raffinerie trennt die fraktionierte Destillation Rohöl nach Siedebereichen. Beim Cracken werden lange Moleküle in kürzere gespalten. Die Stoffe sind wertvolle Energieträger und Chemierohstoffe, ihre Förderung und Verbrennung verursachen jedoch Umwelt- und Klimabelastungen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welcher Stoff ist meist der Hauptbestandteil von Erdgas? (Methan) (!Ethanol) (!Natriumchlorid) (!Kohlenstoff)

Was ist Rohöl aus chemischer Sicht? (Ein Stoffgemisch) (!Ein chemisches Element) (!Ein reines Alkan) (!Eine wässrige Lösung)

Welches Prinzip nutzt die fraktionierte Destillation? (Unterschiedliche Siedebereiche) (!Unterschiedliche Farben) (!Unterschiedliche Magnetisierbarkeit) (!Unterschiedliche elektrische Ladungen)

Wo kondensieren leicht siedende Stoffe in der Destillationskolonne? (Im kühleren oberen Bereich) (!Im heißesten Ofenbereich) (!Nur im Lagertank) (!Unterhalb des Rückstands)

Was geschieht beim Cracken? (Lange Kohlenwasserstoffketten werden gespalten) (!Methan wird zu Kochsalz) (!Wasser wird in Erdöl umgewandelt) (!Alle Stoffe werden nur gefiltert)

Welche Produkte entstehen bei vollständiger Methanverbrennung? (Kohlenstoffdioxid und Wasser) (!Kohlenstoff und Wasserstoff) (!Methan und Sauerstoff) (!Stickstoff und Chlor)

Was kann bei unvollständiger Verbrennung entstehen? (Kohlenstoffmonoxid) (!Helium) (!Natriumhydroxid) (!Calciumcarbonat)

Wofür steht die Abkürzung LNG? (Verflüssigtes Erdgas) (!Flüssiges Rohöl) (!Gereinigter Stickstoff) (!Leichtes Naphtha)

Welche Aussage über Erdölfraktionen ist richtig? (Sie enthalten Stoffe mit ähnlichen Siedebereichen) (!Sie bestehen immer aus genau einem Reinstoff) (!Sie werden nach ihrer Farbe getrennt) (!Sie enthalten ausschließlich Methan)

Warum werden Erdgas Geruchsstoffe zugesetzt? (Damit Leckagen leichter bemerkt werden) (!Damit es schneller gefriert) (!Damit es elektrisch leitfähig wird) (!Damit es zu Erdöl wird)

Memory

Methan	Hauptbestandteil vieler Erdgasvorkommen
Rohöl	Gemisch vieler Kohlenwasserstoffe
Fraktionierung	Trennung nach Siedebereichen
Cracken	Spaltung langer Kohlenwasserstoffketten
Bitumen	Schwerer Rückstand für den Straßenbau
Naphtha	Rohstoff für die Petrochemie
LNG	Verflüssigtes Erdgas
Kalkwasserprobe	Nachweis von Kohlenstoffdioxid

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Chemische Bedeutung
Methan	Einfachster Kohlenwasserstoff und wichtiger Erdgasbestandteil
Destillation	Trennung aufgrund unterschiedlicher Siedebereiche
Cracken	Chemische Spaltung großer Moleküle
Bitumen	Zähflüssiger bis fester Rückstand der Erdölverarbeitung
Pipeline	Leitung zum Transport von Erdöl oder Erdgas
Odorierung	Zusatz eines auffälligen Geruchs zu Erdgas

...

Kreuzworträtsel

Methan	Welcher Kohlenwasserstoff ist meist Hauptbestandteil von Erdgas?
Raffinerie	Wie heißt eine Anlage zur Verarbeitung von Rohöl?
Bitumen	Welcher schwere Rückstand wird im Straßenbau genutzt?
Cracken	Wie heißt die Spaltung langer Kohlenwasserstoffketten?
Pipeline	Wie heißt eine lange Rohrleitung zum Stofftransport?
Kerosin	Welche Erdölfraktion dient als Flugturbinenkraftstoff?

LearningApps

Lückentext

Erdöl ist ein natürliches

aus vielen Kohlenwasserstoffen. Der Hauptbestandteil vieler Erdgasvorkommen ist

. Eine Lagerstätte wird häufig durch undurchlässiges

abgeschlossen. Die fraktionierte Destillation trennt Rohöl nach

. Längere Alkanketten besitzen meist

Siedetemperaturen. Beim Cracken werden lange Molekülketten

. Bei vollständiger Verbrennung entsteht neben Wasser auch

. Bei Sauerstoffmangel kann giftiges

entstehen. Verflüssigtes Erdgas wird mit

abgekürzt. Fossile Rohstoffe sind nur in

Mengen verfügbar.

Offene Aufgaben

Leicht

Methanmodell: Baue ein räumliches Modell eines Methanmoleküls und erkläre die Anordnung der Atome.
Stoffgemisch: Sammle fünf Hinweise dafür, dass Rohöl kein Reinstoff ist, und formuliere daraus einen kurzen Erklärungstext.
Destillation: Zeichne eine einfache Destillationskolonne und markiere einen heißen unteren sowie einen kühleren oberen Bereich.
Verbrennungsreaktion: Übertrage die Methanverbrennung in ein Teilchenbild und überprüfe die Anzahl der Atome auf beiden Seiten.

Standard

Fraktionierte Destillation: Gestalte ein Lernplakat, das vier Erdölfraktionen, ihre Siedebereiche und typische Nutzungen sinnvoll verbindet.
Kohlenstoffdioxidnachweis: Plane unter schulischer Aufsicht einen Nachweis für Kohlenstoffdioxid nach einer Verbrennung und begründe die Sicherheitsmaßnahmen.
Alltagsprodukte aus Erdöl: Erstelle eine dokumentierte Fotocollage mit Alltagsprodukten und unterscheide stoffliche von energetischer Nutzung.
Erdgastransport: Vergleiche Pipeline und LNG-Tanker anhand von Energiebedarf, Infrastruktur, Flexibilität und Sicherheitsfragen.

Schwer

Cracken: Erkläre an einer selbst gewählten ausgeglichenen Reaktionsgleichung, warum beim Cracken auch Alkene entstehen können.
Lebenszyklusanalyse: Entwickle Kriterien für einen Vergleich von Erdgasheizung, Wärmepumpe und erneuerbarer Wärmeversorgung, ohne nur den Betrieb zu betrachten.
Methanemission: Bereite eine strukturierte Debatte zur Aussage vor, Erdgas sei grundsätzlich klimafreundlich, und berücksichtige die gesamte Prozesskette.
Rohstoffwende: Entwirf ein Konzept, wie Deine Schule Produkte aus fossilen Rohstoffen einsparen, länger nutzen und besser recyceln könnte.

Lernkontrolle

Stoffeigenschaften und Trennung: Begründe mithilfe der Molekülgröße, warum eine Destillationskolonne verschiedene Erdölfraktionen liefert.
Prozessvergleich: Erkläre den Unterschied zwischen Destillation und Cracken und ordne beide Verfahren als physikalischen oder chemischen Vorgang ein.
Reaktionsanalyse: Eine Gasflamme rußt. Leite aus dieser Beobachtung mögliche Ursachen und Gefahren ab und schlage eine technische Verbesserung vor.
Systemgrenze: Beurteile die Klimawirkung einer Erdgasnutzung und lege offen, welche Schritte von Förderung bis Verbrennung Du einbeziehst.
Produktkette: Beschreibe einen möglichen Weg vom Rohöl über Ethen bis zu einem Polyethylenprodukt und kennzeichne die Stoffumwandlungen.
Entscheidungsaufgabe: Entwickle Kriterien, mit denen eine Gemeinde zwischen fossiler Übergangslösung und erneuerbarer Energieversorgung entscheiden kann.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Erdgas und Erdöl als unterschiedliche Stoffgemische fachsprachlich beschreiben kannst.
den Aufbau von Methan und die allgemeine Formel der Alkane erklären kannst.
Entstehung, Lagerstätte, Förderung und Transport in einen Zusammenhang bringst.
die fraktionierte Destillation mit dem Temperaturgefälle einer Kolonne begründest.
Destillation, Cracken und Polymerisation voneinander unterscheiden kannst.
eine ausgeglichene Verbrennungsreaktion aufstellst und vollständige von unvollständiger Verbrennung abgrenzt.
stoffliche und energetische Nutzung an Beispielen vergleichst.
Umwelt- und Klimafolgen entlang der gesamten Prozesskette beurteilst.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Erdgas und Erdöl verbinden Grundlagen der organischen Chemie mit Trennverfahren, Reaktionstypen, Technik, Energieversorgung und Umweltbewertung.

Erdgas und Erdöl - Chemie

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.