Alcani - structura, proprietăți fizice.

Structura alcanilor

• prezintă numai legături de tip σ,atomii de C au configuraţie tetraedrică;
• legăturile C – C – nepolare;
• legăturile C – H – practic nepolare.

În această stare unghiurile dintre valențele atomului de carbon sunt de 109grade 28min; ele sunt orientate în spațiu după direcțiile celor 4 vârfuri ale unui tetraedru regulat.

Dintre toate conformaţiile posibile, cea mai stabilă este conformaţia intercalată iar cea de energie maximă este cea eclipsată. La alcanii cu peste 4 atomi de carbon, în conformaţiile complet-intercalate şi complet-eclipsate toţi atomii de carbon sunt în acelaşi plan şi au o aşezare în zig-zag (transoidă sau cisoidă, în funcţie de numărul par sau impar al atomilor de carbon din catenă) şi respectiv o linie frântă convexă.

Proprietăți fizice 

• Stare de agregare

Alcanii inferiori (până la 4 atomi de C si neopentanul) sunt gaze în condiţii obişnuite, apoi până la 17 atomi de C sunt lichizi şi peste 17 atomi de C sunt solizi (starea de agregare depinde şi de ramificarea catenei în izoalcani).

• Puncte de fierbere si de topire

Având molecule nepolare, forţele de interacţiune intermoleculare sunt numai de tip Van der Waals, adică interacţiuni foarte slabe. De aceea punctele de topire şi de fierbere ale alcanilor sunt cele mai scăzute în comparaţie cu compuşii organici cu aproximativ aceeaşi mărime a moleculei şi masă molară.

Datorită faptului că interacţiunile Van der Waals sunt posibile numai la distanţe intermoleculare relativ mici, la alcanii cu catenă ramificată apare o împiedicare sterică care nu permite o apropiere a moleculelor la distanţe convenabile pentru astfel de interacţiuni, ceea ce face ca forţele de interacţiune intermoleculare să fie mai mici şi deci punctele de fierbere şi de topire să fie mai mici decât la alcanii normali cu acelaşi număr de atomi de C din moleculă. Din aceleaşi motive (sterice) alcanii cu număr par de atomi de C şi care au o conformaţie cisoidă au punctele de topire şi de fierbere mai scăzute, iar cei cu număr par de atomi de C cu conformaţie transoidă au aceste constante ceva mai ridicate. Ca urmare o reprezentare grafică a variaţiei punctelor de topire sau de fierbere în funcţie de numărul atomilor de C nu este o dreaptă cu o pantă pozitivă cum ar fi normal, ci o linie frântă cu tendinţă crescătoare, în care la trecerea de la un alcan normal cu număr par de atomi de C la unul cu număr impar creşterea este mai mică decât la trecerea de la unul cu număr impar la cel cu număr par imediat următor. 

n- pentan>izopentan> neopentan.

La Izoalcanul izomeri, scăderea p.f. este mai mare daca:

- ramificații este mai aproape de marginea catenei de baza;

- exista 2 ramificații, nu una singura;

- cele 2 ramificații sunt legate la același atom de C si nu la atomi de C diferiți.

• miros

Alcanii inferiori sunt inodori, cei superiori au miros caracteristic.

Deoarece alcanii gazoşi nu au miros, pentru depistarea scăpărilor de gaze din conducte şi de la aragaz se folosesc compuşi cu miros respingător, de avertizare, numiţi mercaptani ( substanțe care contin S).

• solubilitate, densitate

Având molecula nepolara, alcanii sunt insolubili in apa ( solvent polar), solubili în solventi organici (alte hidrocarburi, eteri, benzina, CCl4).

Alcanii solizi plutesc pe apa, cei lichizi stau la suprafața apei ( au densitatea mai mica decat unitatea).