Struktur von Alkanen

Verbindungen, die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthalten, werden als Kohlenwasserstoffe bezeichnet. Der einfachste Kohlenwasserstoff, Methan, hat ein vierwertiges Kohlenstoffatom, das an vier Wasserstoffatome gebunden ist.

Wird eines der Wasserstoffatome des Methans durch ein Kohlenstoffatom ersetzt, das an drei Wasserstoffatome gebunden ist, entsteht der nächste Kohlenwasserstoff, Ethan.

Methan und Ethan gehören zur Familie der Kohlenwasserstoffe, die Alkane genannt werden. Da Alkane nur einfache kovalente Bindungen enthalten, handelt es sich um gesättigte Kohlenwasserstoffe.

In jedem Alkan, zum Beispiel Ethan, sind die Kohlenstoffatome sp^{3-hybridisiert}, was sie zu tetraedrischen Kohlenstoffen macht. Diese einfach besetzten Hybridorbitale überlappen sich mit den sp 3-Hybridorbitalen des benachbarten Kohlenstoffatoms und bilden eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Sigma-Bindung.

Die anderen Hybridorbitale aus Kohlenstoff bilden Sigma-Bindungen mit den 1s-Orbitalen jedes der Wasserstoffatome. Die gebundenen Atome stehen in einem Winkel von 109,5° zueinander.

Untersuchen Sie die Strukturen von drei einfachen Alkanen – Methan, Ethan und Propan. Methan, CH₄, besteht aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen; Ethan, C₂H₆, hat zwei Kohlenstoffatome und sechs Wasserstoffatome; und Propan, C₃H₈, hat drei Kohlenstoffe und acht Wasserstoffatome.

Beachten Sie, dass jede folgende Formel einen Kohlenstoff und zwei Wasserstoffatome enthält – nämlich eine CH_2-Gruppe mehr als die vorherige Formel.

Im Allgemeinen gibt es für jede n Anzahl von Kohlenstoffatomen 2n+2 Wasserstoffatome. So haben Alkane die charakteristische Summenformel: C_nH_2n+2.

Eine kondensierte Strukturformel vereinfacht die Lewis-Struktur von Alkanen, indem sie die Bindungen an Wasserstoffatome oder sogar Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen weglässt.

Kohlenwasserstoffe können auch durch Linienwinkel- oder Skelettstrukturen dargestellt werden. Die Linien bezeichnen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, wobei jeder Eckpunkt und Endpunkt ein Kohlenstoffatom impliziert. Es wird angenommen, dass die Wasserstoffatome, obwohl nicht explizit gezeigt, an die Kohlenstoffe gebunden sind und deren Wertigkeit erfüllen.