Welche Eigenschaften haben Alkane?

Dieser Artikel bietet dem Leser eine vollständige Antwort auf die Frage, welche Eigenschaften Alkane haben. Es beschreibt die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Alkanen. Alkane variieren mit dem Molekulargewicht und der Molekülstruktur. Es gibt zwei hauptsächliche molekulare Anordnungen in Alkanen. nämlich, acyclische Alkane (C_nH_{2n + 2}) und cyclische Alkane (C_nH_2n). Dieser Artikel konzentriert sich hauptsächlich auf die acyclischen Alkane und ihre Eigenschaften und erläutert die Unterschiede in den Eigenschaften von verzweigten und unverzweigten Alkanen. Verzweigte Alkane und unverzweigte Alkane besitzen unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften, die ihre chemische Reaktivität, Bindungsart, Dichte und Löslichkeit sowie Gründe für die Variationen des Siedepunkts und Schmelzpunkts beschreiben. In diesem Artikel wird im Allgemeinen die Frage beantwortet, "wie" und "warum" sich die physikalischen Eigenschaften von Alkanen entlang der Alkanserie ändern.

Was sind Alkane?

Alkane enthalten nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome. Sie haben nur Einfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen (C-C-Bindungen). Sie werden als "gesättigte Kohlenwasserstoffe" bezeichnet. Organische Moleküle, die nur mit Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen gebildet werden, werden als "Kohlenwasserstoffe" bezeichnet. Nach dem Modell der Orbitalhybridisierung besitzen alle Kohlenstoffatome in Alkanen die SP3-Hybridisierung. Sie bilden Sigma-Bindungen mit Wasserstoffatomen und ergeben so die Molekülgeometrie wie ein Tetraeder.

Allgemeine Summenformel von Alkanen

Alkane haben die allgemeine Molekülformel CnH2n + 2. Das kleinste Alkan ist Methan (CH4).

Molekülstruktur von Alkanen

Acyclische Alkane: Es gibt keine Ringbildung in der Struktur. Es kann jedoch verzweigte oder unverzweigte molekulare Anordnungen haben. Manchmal werden unverzweigte Alkane genannt n-Alkane.

Cycloalkane: Es gibt eine zirkulare molekulare Anordnung in der Struktur. Cycloalkane haben die allgemeine Formel C_nH_2n.

Chemische Eigenschaften von Alkanen

Reaktivität

Alkane sind gegenüber vielen chemischen Reagenzien inert. "Paraffin" ist ein alter Name für Kohlenwasserstoffe. Es leitet sich vom lateinischen Wort "Parumaffinis" ab, was "mit geringer Affinität" bedeutet. Der Grund ist, dass Kohlenstoff-Kohlenstoff- (C-C) und Kohlenstoff-Wasserstoff- (C-H) -Bindungen ziemlich stark sind. Es ist sehr schwierig, ihre Bindungen aufzubrechen, wenn Alkane nicht auf ziemlich hohe Temperaturen erhitzt werden. Die C-H-Bindungen sind ebenfalls stark, da Kohlenstoff- und Wasserstoffatome nahezu die gleichen Elektronegativitätswerte aufweisen.

Verbrennung

Alkane können leicht in der Luft verbrennen. Reaktion zwischen Alkanen mit Sauerstoffüberschuss wird als "Verbrennung" bezeichnet. In dieser Reaktion werden Alkane zu Kohlendioxid (CO) umgewandelt₂) und Wasser.

Die Verbrennungsreaktionen sind exotherm, dh sie geben Wärme ab. Daher können Alkane als Energiequelle verwendet werden.

Physikalische Eigenschaften von Alkanen

Alkane existieren in allen drei Formen: als Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe. Methan, Ethan, Propan und Butan sind Gase bei Raumtemperatur. Die unverzweigten Strukturen von Pentan, Hexan und Heptan sind Flüssigkeiten. Alkane mit höherem Molekulargewicht sind Feststoffe.

CH₄ C₄H₁₀                                                                       Gase

C₅H₁₂ C₁₇H₃₆                                                                  Flüssigkeiten

Alkane mit höherem Molekulargewicht Weiche Feststoffe

Löslichkeit

Alkane sind eine unpolare organische Verbindung. Wasser ist ein polares Lösungsmittel, daher lösen sich Alkane nicht in Wasser. Es wird gesagt, dass sie "hydrophobe" Verbindungen sind. Sie werden in unpolaren oder schwach polaren organischen Lösungsmitteln gelöst. Alkane werden als gute Schmiermittel und Konservierungsmittel für die Metalle verwendet, da sie die Metalloberfläche vor dem Eindringen von Wasser schützen; es verhindert korrosion.

Dichte

Die Dichten von Alkanen sind niedriger als die Dichte von Wasser. Ihr Dichtewert beträgt fast 0,7 g mL^-1, unter Berücksichtigung der Dichte von Wasser als 1,0 g mL^-1. Wenn wir beispielsweise ein Alkan mit Wasser mischen, trennt sich die Alkanschicht oben auf dem Wasser, da Alkane im Vergleich zu Wasser weniger dicht sind und in Wasser unlöslich sind.

Siedepunkte

Bei unverzweigten Alkanen steigt der Siedepunkt leicht an, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome und das Molekulargewicht zunehmen. Größere Moleküle haben eine größere Oberfläche, die eine größere Fähigkeit zur Bildung von Van-der-Waals-Wechselwirkungen (London-Kraftwechselwirkungen) bietet. Obwohl es sich um schwache intermolekulare Kräfte handelt, erhöhen sie die Siedepunkte und verhindern so die Verdampfung.

Im Allgemeinen haben verzweigte Alkane niedrigere Siedepunkte im Vergleich zu den gleichen unverzweigten Alkanen mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen. Die Siedepunktdifferenzen treten auf, da verzweigte Alkane kompakter sind und eine kleine Oberfläche haben, wodurch weniger Londoner Kraftinteraktionen möglich sind. Dies senkt die Siedepunkte in verzweigten Alkanen.

Schmelzpunkte

Für n-Alkane folgt dies der gleichen Variation wie die Schmelzpunkte; Schmelzpunkt steigt mit dem Molekulargewicht. Es gibt jedoch einen geringfügigen Unterschied in den Schmelzpunkten zwischen den Alkanen mit gerader Anzahl von Kohlenstoffatomen und ungerader Anzahl von Kohlenstoffatomen. Alkane mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen haben höhere Schmelzpunkte, da sie gut in einer festen Struktur gepackt sind. Daher ist eine höhere Temperatur entlang der Alkanserie erforderlich, um sie zu schmelzen. Daher zeigt die Variation der Schmelzpunkte keine glatte Kurve entlang der Alkanserie.

Im Allgemeinen haben verzweigte Alkane höhere Schmelzpunkte als n-Alkane mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen. Verzweigte Struktur ergibt eine kompaktere 3D-Struktur. Es kann leicht in eine feste Struktur mit hohem Schmelzpunkt verpackt werden.

Eigenschaften von Alkanen - Zusammenfassung

Alkane sind Kohlenwasserstoffe mit der chemischen Formel C_nH_{2n + 2}. Alle Kohlenstoffatome sind mit SP3 hybridisiert und bilden Sigma-Bindungen, die auf die Ecken eines Tetraeders gerichtet sind. Sowohl der Siedepunkt als auch der Schmelzpunkt nehmen mit dem Molekulargewicht zu. Die Verzweigung der Kette wirkt sich sowohl auf den Schmelzpunkt als auch auf den Siedepunkt aus, jedoch auf entgegengesetzte Weise. Die Verzweigung von Alkanen senkt den Siedepunkt, umgekehrt erhöht die Verzweigung von Alkanen den Schmelzpunkt. Für eine n-Alkanserie zeigt die Variation des Siedepunkts und des Schmelzpunkts eine aufsteigende Kurve. Trotzdem hat der Graph für die Schmelzpunkte keine glatte Form.

Alkane sind chemisch stabil und beinhalten normalerweise keine chemischen Reaktionen. Sie sind in polaren Lösungsmitteln unlöslich und in unpolaren oder schwach polaren organischen Lösungsmitteln löslich. Alkane sind weniger dicht als Wasser.

Alkane zeigen Isomerie; Es gibt mehrere Molekülstrukturen für eine Molekülformel. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften ändern sich mit der Struktur.

WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN VON ALKENES