Physikalische Eigenschaften von Alkanen

Eine Reihe von unverzweigten Alkanen, in denen sich aufeinanderfolgende Mitglieder durch eine -CH₂−-Gruppe unterscheiden, wird als homologe Reihe bezeichnet, und jedes Alkan in dieser Reihe ist ein Homolog.

Alkane sind aufgrund des geringen Elektronegativitätsunterschieds zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff unpolar, was bedeutet, dass zwischen ihren Molekülen nur schwache Dispersionskräfte existieren.

Die Stärke dieser Kräfte nimmt proportional mit der Länge der Kohlenstoffkette zu. Die ersten vier Alkane sind Gase bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck; Ketten mit moderatem Kohlenstoffgehalt, von C₅ bis_{C 17}, sind Flüssigkeiten. Homologe jenseits von C₁₇ sind Festkörper.

Auch die Dispergierkräfte beeinflussen die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Alkane.

Innerhalb einer homologen Reihe nehmen mit zunehmender Oberfläche auch die Dispersionskräfte zwischen den Molekülen zu. Da mehr Energie benötigt wird, um die Moleküle zu trennen, steigen die Siedepunkte von unverzweigten Alkanen mit jedem zusätzlichen Kohlenstoff.

Im Gegensatz zu geradkettigen Alkanen sind verzweigte Alkane kompakt und kugelförmiger, was den Interaktionsbereich und die Stärke der intermolekularen Kräfte verringert. Daher sieden verzweigte Isomere im Vergleich zur unverzweigten Form bei niedrigeren Temperaturen.

Während die Siedepunkte von geradkettigen Alkanen mit der Anzahl der Kohlenstoffe allmählich ansteigen, steigen ihre Schmelzpunkte nicht stetig an. Stattdessen wechselt der Trend zwischen den geraden und ungeraden Mitgliedern der homologen Reihe.

Im kristallinen Zustand packen sich selbst Alkane dicht beieinander in Zick-Zack-Anordnung. Infolgedessen erfahren die Moleküle eine stärkere Anziehungskraft, was zu höheren Schmelzpunkten führt.

Im Vergleich dazu packen ungerade Alkane aufgrund ihrer parallelen Anordnung weniger dicht, was zu schwächeren Wechselwirkungen und niedrigeren Schmelzpunkten führt.

Die Schmelzpunkte verzweigter Alkane werden durch ihre molekularen Symmetrien bestimmt.

Verzweigte Alkane mit einer ausgeprägten Symmetrie schmelzen bei Temperaturen, die höher sind als die des unverzweigten Kohlenwasserstoffs. Im Vergleich dazu führt eine asymmetrische Verzweigung zu einem niedrigeren Schmelzpunkt.

Alkane sind in Wasser unlöslich, da sie nicht in der Lage sind, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden. Da ihre Dichten unter 1 g/^cm3 liegen, schwimmen sie außerdem auf Wasser.