Struttura e legame degli alcheni

Gli alcheni, o olefine, rappresentati dalla formula generale C_{n H2n}, sono idrocarburi contenenti un doppio legame carbonio-carbonio. Gli analoghi ciclici, che racchiudono un doppio legame in un anello, sono chiamati cicloalcheni.

Esemplificato dall'alchene più semplice, l'etilene, gli atomi di carbonio attraverso il doppio legame sono ibridati sp². La sovrapposizione testa a testa degli orbitali ibridi forma un legame sigma, e la sovrapposizione laterale dei due orbitali p porta a un legame π, che, secondo la teoria degli orbitali molecolari, ha la densità elettronica concentrata sopra e sotto il piano molecolare.

Sebbene un doppio legame tra atomi di carbonio sp² sia significativamente più corto e più forte del legame singolo tra atomi di carbonio sp³, un legame π è più debole di un legame σ. Ciò è indicato dall'energia del doppio legame carbonio-carbonio, che non è il doppio di quella di un singolo legame. La sovrapposizione meno efficace degli orbitali partecipanti e la maggiore energia degli elettroni 2p rispetto a sp² spiegano il legame π più debole.

Poiché gli orbitali sp² hanno più carattere s rispetto a sp³, i legami carbonio-idrogeno formati dalla sovrapposizione sp^2-s nell'etilene sono più corti di quelli creati dalla sovrapposizione sp^3-s nell'etano.

Allo stesso modo, nel propilene, il legame singolo carbonio-carbonio risultante dalla sovrapposizione sp 2-sp 3 è più corto di quello derivato dalla sovrapposizione sp 3-sp 3 nel propano.

La deviazione degli angoli di legame H-C-C dal valore atteso di 120° è dovuta alla deformazione creata dalle interazioni repulsive di non legame dei sostituenti attraverso il doppio legame.

Un doppio legame carbonio-carbonio esercita un effetto di ritiro degli elettroni. La densità elettronica nell'orbitale 2p non ibridato è distribuita in modo non uniforme e quindi non scherma la carica nucleare sul carbonio con la stessa efficacia dell'orbitale ibrido. Così, alcuni alcheni, anche se debolmente, mostrano momenti di dipolo.

A causa dell'assenza di forti dipoli, le forze attrattive chiave tra le molecole di alchene sono le forze di dispersione di London. Queste forze diventano più forti con l'aumentare della massa molecolare e della superficie più ampia. Pertanto, a temperatura ambiente, i piccoli alcheni sono gassosi e quelli con più di quattro atomi di carbonio sono liquidi con punti di ebollizione crescenti.

Essendo non polari, gli alcheni sono miscibili in solventi non polari e immiscibili in acqua.