Alkane sind in der freien Natur vorkommende Kohlenwasserstoffverbindungen. Sie bestehen aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen, C- und H-Atomen. Zwischen den C- und H-Atomen bestehen bei Alkanen nur Einfachbindungen.
Hier ist das Alkan "Nonan" abgebildet. Die Summenformel von Nonan ist C9H20C_9H_{20}.

Vorkommen

Alkane sind in Erdgas, Erdöl und in der belebten Natur zu finden. Beispielsweise entsteht Methan bei der Fermentation von organischen Molekülen und wird oft als Biogas betitelt.
Durch die vielfältige Nutzung des Erdöls haben die Alkane eine große technische Bedeutung erlangt. Es gibt eine Vielfalt von Erdölprodukten, vor allem im Kunststoffbereich, die unseren Alltag stark prägt.

Die homologe Reihe der Alkane

Die allgemeine Summenformel der nicht-verzweigten Alkane lautet CnH2n+2C_nH_{2n+2}.
Die nicht-verzweigten Alkane werden auch als n-Alkane bezeichnet (n="normal", d.h keine Seitenketten).

Iso-Alkane

Iso-Alkane besitzen Seitenketten, im Gegensatz zu n-Alkanen. "Iso-" ist dabei die Abkürzung für Isomer.
Isomere sind chemische Verbindungen mit der gleichen Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur.
Je mehr Kohlenstoffatome das Alkan besitzt, desto mehr Isomere sind möglich. Butan (C4H10C_4H_{10}) besitzt beispielsweise nur ein Isomer, während Nonan (C9H20C_9H_{20}) 34 Isomere besitzt.
Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Großteil dieser Isomere nur in der Theorie existieren, in der Realität jedoch nur selten oder kurz auftreten.
Hier ist ein Isomer von dem Alkan "Nonan" abgebildet. Die Summenformel von Nonan ist C9H20C_9H_{20}.

Eigenschaften von Alkanen

Alkane sind sehr stabil, weshalb sie nicht sehr reaktiv sind. Zudem besitzen Alkane keine funktionellen Gruppen welche Reaktionen begünstigen. Die einzigartige Struktur von n-Alkanen führt zudem zu bestimmten Eigenschaften, wie den Siede- und Schmelztemperaturen.

Siede- und Schmelztemperaturen

Innerhalb der homologen Reihe der Alkane steigen die Siedetemperaturen mit zunehmender Kettenlänge. In der unten stehenden Graphik sind Schmelzpunkte in blau und Siedepunkte in rot angezeigt. Die Zahlen auf der X-Achse stehen für die Anzahl der Kohlenstoffatome in dem jeweiligen Alkan.
Das liegt daran, dass zwischen den Molekülen Van-der-Waals Kräfte herrschen. Je länger die Moleküle sind, desto mehr Van-der-Waals Kräfte können sich ausbilden. Damit wird der Zusammenhalt zwischen den Molekülen stärker je länger diese sind.
Bei sehr langen Alkanen (über 25 CC-Atome) sind die Van-der-Waals Kräfte so stark, dass diese nicht mehr sieden können.
-Atome) sind die Van-der-Waals Kräfte so stark, dass diese nicht mehr sieden können.
Was ist der Grund dafür, dass Alkane über 25 C-Atome nicht mehr sieden können?
Um eine Flüssigkeit zum Sieden zu bringen, ist es notwendig, die zwischenmolekularen Kräfte zwischen einzelnen Molekülen zu überwinden. Dies ist im Regelfall durch ein Erhitzen der entsprecheden Flüssigkeit möglich. Bei Alkanen über 25 C-Atomen sind die zwischenmolekularen Kräfte (Van-der-Waals Kräfte) allerdings sehr stark. Sie sind stärker als die kovalenten Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen innerhalb des Alkans. Die Folge ist, dass zuerst die kovalenten Bindungen zischen den Kohlenstoffatomen zerfallen, bevor überhaupt die Van-der-Waals Kräfte überwunden werden. Die einzelnen Moleküle zerfallen beim Erhitzen eher, als dass die Flüssigkeit siedet.
Hier kann man sehen, dass sich zwischen Propan-Molekülen wesentlich weniger Van-der-Waals Kräfte (Schwarzer Pfeil) ausbilden als zwischen Nonan-Molekülen.
Iso-Alkane haben generell eine niedrigere Schmelz- und Siedetemperatur, da die Ketten welche Van-der-Waals-Kräfte ausbilden können kürzer sind.

Die Löslichkeit

Alkane sind lipophil aber hydrophob, d.h. sie sind fettlöslich, aber nicht wasserlöslich. Das liegt daran, dass Wasser polar ist, während alle Alkane unpolar sind.
Es gilt polar mischt sich mit Polarem und unpolar mischt sich mit Unpolarem
Alkane sind also nicht in Wasser löslich, aber beispielsweise in Benzin.

Chemische Eigenschaften

Alkane reagieren kaum mit anderen Stoffen, das erklärt auch warum Alkane im Erdöl seit Millionen von Jahren unverändert vorliegen.
Um Alkane zum reagieren zu bringen, braucht man sogenannte Radikale. Radikale besitzen ein ungepaartes Valenzelektron, wodurch sie extrem instabil und dadurch auch sehr reaktiv sind.
Eine dieser Reaktionen ist die Radikalische Substitution.
Eine wichtige Reaktion, welche mit Alkanen stattfindet, ist das Cracken. Dabei werden langkettige Alkane zu kurzkettigen gespalten, um so Benzin und Diesel herstellen zu können.
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Zu article Alkane:
MavChemistry 2020-04-18 15:13:00+0200
Hi, danke für den Artikel zum Thema Alkane :-)
Die allgemeine Formel CnH2n+2 könnte man an einem Beispiel noch erläutern. Ebenso könnte man in einem Abschnitt erläutern, warum Alkane "reaktionsarm" sind aus chemischer Sicht.
Sehr gut passen die Grafiken zum Text. Die Struktur des Artikels ist übersichtlich. Die Sprache ist klar und baut die Fachbegriffe sinnvoll ein. Ich finde, eine Verlinkung zum Artikel Isomere ist sinnvoll, ggf. genau zu der Stelle mit den Konstitutionsisomeren. LG
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