Theorie:
Alkane - 'gesättigte' Kohlenwasserstoffe
Jedes Kohlenstoff-Atom besitzt \(4\) Valenzelektronen und kann daher genau \(4\) Atombindungen eingehen. Alkane haben maximal viel Wasserstoff (H) gebunden, daher nennt man sie auch gesättigte Kohlenwasserstoffe. Als Aliphate bezeichnet man kettenförmige Kohlenwasserstoffe.
Wichtig!
Der systematische Name eines Alkans endet immer auf -an.
Als Beispiel sei das einfachste Alkan angeführt, Methan (), dem Hauptbestandteil von Erdgas. Es besitzt nur ein Kohlenstoff-Atom, das mit der Maximalanzahl, \(4\) Wasserstoff-Atomen, verbunden ist.
Die erste Art der Darstellung wird Valenzstrichformel, oder Strukturformel genannt. Sie zeigt nur die beteiligten Atome und ihre Verbindungen, nicht aber die reale räumliche Anordnung. Daneben sehen wir ein Stäbchenmodell von Methan, in dem der Bindungswinkel von \(109,5°\) im Molekül ersichtlich ist. Er wird auch Valenzwinkel genannt. Im letzten, dem Kalottenmodell (oder raumfüllendes Model) sehen wir wieder den realen Bindungswinkel. Im Gegensatz zum Stäbchenmodell entsprechen zusätzlich die Bindungslängen in Relation zu Atomgrößen der Realität.
Sind zwei oder mehrere Kohlenstoff-Atome miteinander durch Atombindungen verbunden, ergibt das kettenförmige Moleküle. Durch Verlängerung einer solchen Kette durch jeweils eine -Gruppe entsteht eine homologe Reihe.
Wichtig!
Die homologe Reihe der Alkane besitzt die allgemeine Summenformel .
Verbindungen einer homologen Reihe werden Homologe genannt.
- Sie sind chemisch verwandt und zeichnen sich durch bestimmte Reaktionen aus (chemische Eigenschaften)
- Sie weisen physikalische Gesetzmäßigkeiten aus (physikalische Eigenschaften)
Die nachfolgende Tabelle zeigt die ersten 5 Verbindungen der homologen Reihe der Alkane:
Verbindung | Summenformel | Strukturformel | Stäbchenmodell | Alkylrest 'R' |
Methan |  |  | Methyl- | |
Ethan |  |  | Ethyl- | |
Propan |  |  | Propyl- | |
\(n\)-Butan |  |  | Butyl- | |
\(n\)-Pentan |  |  | Pentyl- |
Die nachfolgenden Verbindungen der homologen Reihe sind Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan. Durch Entfernen eines Wasserstoffatoms erhält man den Alkylrest, der mit \(R\) bezeichnet wird.
Das \(n\) des \(n\)-Butan oder \(n\)-Pentan bedeutet normal. Bei Molekülen mit mehr als drei Kohlenstoff-Atomen können Atome auf unterschiedliche Weise miteinander verknüpft sein. Man spricht von verzweigten Alkanen, im Gegensatz zu den normalen (n) unverzweigten kettenförmigen Kohlenwasserstoffen. Unterschiedliche Strukturen bedingen unterschiedliche Eigenschaften!
Wichtig!
Isomere sind Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber unterschiedlichen Eigenschaften.
Strukturisomere (oder Konstitutionsisomere, Prefix i- ) sehen wir hier am Beispiel von Butan:
Quellen:
Chovanec, Georg. 2010. CHEMIE, Lehrbrief 9. Wien: Dr. Roland GmbH, Auflage 04/2013
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methan_Lewis.svg (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methan_8204.JPG (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Methane-3D-space-filling.svg (25.02.2016)
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrocarbon#/media/File:Methane-3D-balls.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethane-2D-flat.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethane-A-3D-balls.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Propan_Lewis.svg (25.02.2016)
https://tr.wikipedia.org/wiki/Propan#/media/File:Propane-3D-balls-B.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Unsubstiutuiert-butan-14052012.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Butane-3D-balls.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:N-Pentan.png (25.02.2016)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pentane-3D-balls.png (25.02.2016)