Proprietà fisiche degli alcani

Una serie di alcani non ramificati in cui i membri successivi differiscono per un gruppo −CH₂− è chiamata serie omologa, e ogni alcano in questa serie è un omologo.

Gli alcani sono apolari a causa della piccola differenza di elettronegatività tra carbonio e idrogeno, il che implica che esistono solo deboli forze di dispersione tra le loro molecole.

La forza di queste forze aumenta proporzionalmente con la lunghezza della catena di carbonio. I primi quattro alcani sono gas a temperatura ambiente e pressione atmosferica; le catene di carbonio moderate, da C₅ a C₁₇, sono liquidi. Gli omologhi oltre C₁₇ sono solidi.

Le forze di dispersione influenzano anche le diverse proprietà fisiche degli alcani.

All'interno di una serie omologa, all'aumentare della superficie, aumentano anche le forze di dispersione tra le molecole. Poiché è necessaria più energia per separare le molecole, i punti di ebollizione degli alcani non ramificati aumentano con ogni carbonio aggiuntivo.

A differenza degli alcani a catena lineare, gli alcani ramificati sono compatti e più sferici, il che riduce l'area di interazione e la forza delle forze intermolecolari. Pertanto, rispetto alla forma non ramificata, gli isomeri ramificati bollono a temperature più basse.

Mentre i punti di ebollizione degli alcani a catena lineare aumentano gradualmente con il numero di atomi di carbonio, i loro punti di fusione non aumentano costantemente. Invece, la tendenza si alterna tra i membri pari e dispari della serie omologa.

Allo stato cristallino, anche gli alcani si impacchettano strettamente in una disposizione a zig-zag. Di conseguenza, le molecole sperimentano un'attrazione più forte, portando a punti di fusione più elevati.

In confronto, gli alcani dispari si impacchettano meno strettamente a causa della loro disposizione parallela, con conseguenti interazioni più deboli e punti di fusione più bassi.

I punti di fusione degli alcani ramificati sono dettati dalle loro simmetrie molecolari.

Gli alcani ramificati con simmetria sostanziale fondono a temperature superiori a quelle dell'idrocarburo non ramificato. In confronto, la ramificazione asimmetrica porta a un punto di fusione più basso.

Gli alcani sono insolubili in acqua a causa della loro incapacità di formare legami idrogeno. Inoltre, poiché le loro densità sono inferiori a 1 g/cm³, galleggiano sull'acqua.