3.1: Struttura degli alcani

La formazione di legami carbonio-carbonio che portano alla creazione della catena di carbonio è la base della chimica organica. August Kekulé e Archibald Scott Couper svilupparono in modo indipendente questa idea della formazione della catena di carbonio.

Gli idrocarburi sono i composti organici più semplici formati da carbonio e idrogeno. In base all'ordine di legame tra gli atomi di carbonio, gli idrocarburi vengono ulteriormente classificati in alcani, alcheni e alchini.

Gli alcani sono gli idrocarburi più semplici con atomi di carbonio ibridati sp³. Questi atomi di carbonio sp³ possono formare legami sigma con gli orbitali sp³ di altri atomi di carbonio o con gli orbitali atomici 1s degli atomi di idrogeno. Poiché gli alcani possiedono solo legami singoli tra gli atomi di carbonio, sono anche conosciuti come idrocarburi saturi. La formula generale degli alcani è C_nH_2n+2, che indica che, per ogni atomo di carbonio "n", gli alcani hanno "2n+2" atomi di idrogeno.

La struttura di Lewis degli alcani può essere semplificata utilizzando la formula strutturale condensata. In questa rappresentazione, i legami tra carbonio-idrogeno e carbonio-carbonio vengono omessi per semplificare la struttura. Un'ulteriore semplificazione viene eseguita con l'aiuto della formula linea-angolo. Le linee rappresentano i legami carbonio-carbonio. L'estremità della linea e il vertice rappresentano gli atomi di carbonio. Gli idrogeni non sono mostrati esplicitamente e si presume siano presenti per soddisfare la valenza del carbonio.

I composti contenenti atomi di carbonio e idrogeno sono chiamati idrocarburi. L'idrocarburo più semplice, il metano, ha un atomo di carbonio tetravalente legato a quattro atomi di idrogeno.

Se uno degli atomi di idrogeno del metano viene sostituito con un atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno, si forma l'idrocarburo successivo, l'etano.

Il metano e l'etano appartengono alla famiglia degli idrocarburi chiamati alcani. Poiché gli alcani contengono solo singoli legami covalenti, sono idrocarburi saturi.

In qualsiasi alcano, ad esempio l'etano, gli atomi di carbonio sono ibridizzati sp³, rendendoli atomi di carbonio tetraedrici. Questi orbitali ibridi occupati singolarmente si sovrappongono agli orbitali ibridi sp³ dell'atomo di carbonio vicino per formare un legame sigma carbonio-carbonio.

Gli altri orbitali ibridi del carbonio formano legami sigma con gli orbitali1 s di ciascuno degli atomi di idrogeno. Gli atomi legati hanno un angolo di 109,5° l'uno rispetto all'altro.

Esamina le strutture di tre semplici alcani: metano, etano e propano. Il metano, CH₄, ha un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno; l'etano, C₂H₆, ha due atomi di carbonio e sei atomi di idrogeno; e il propano, C₃H₈, ha tre atomi di carbonio e otto atomi di idrogeno.

Si noti che ogni formula successiva ha un carbonio e due idrogeni, vale a dire un gruppo CH₂ in più rispetto alla formula precedente.

In generale, per ogni n numero di atomi di carbonio, ci saranno 2atomi di idrogeno n+2. Pertanto, gli alcani hanno la caratteristica formula molecolare: C_nH_2n+2.

Una formula strutturale condensata semplifica la struttura di Lewis degli alcani omettendo i legami agli idrogeni o anche i legami carbonio-carbonio.

Gli idrocarburi possono anche essere rappresentati utilizzando strutture ad angolo di linea o scheletriche. Le linee denotano legami carbonio-carbonio, con ogni vertice e punto finale che implica un atomo di carbonio. Si presume che gli idrogeni, anche se non esplicitamente dimostrati, siano legati ai carboni, soddisfacendo la loro valenza.

• Alkanes - Simplest organic compounds, composed of carbons and hydrogens.
• Structural formula of alkanes - Represents bonds between carbon and hydrogen in alkanes.
• Cnh2n+2 general formula - It indicates that for every n carbon atom, alkanes have 2n+2 hydrogen atoms.
• Condensed structural formula alkanes - Simplifies Lewis structure by omitting bonds between carbon-hydrogen and carbon-carbon.
• Saturated Hydrocarbons - Another name for Alkanes, as they possess only single bonds.

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