Właściwości fizyczne alkanów

Szereg nierozgałęzionych alkanów, w których kolejne człony różnią się grupą −CH₂−, nazywa się szeregiem homologicznym, a każdy alkan w tym szeregu jest homologiem.

Alkany są niepolarne ze względu na niewielką różnicę elektroujemności między węglem a wodorem, co oznacza, że między ich cząsteczkami występują tylko słabe siły dyspersji.

Siła tych sił wzrasta proporcjonalnie do długości łańcucha węglowego. Pierwsze cztery alkany są gazami o temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym; umiarkowane łańcuchy węglowe, od C₅ do C₁₇, są cieczami. Homologi powyżej C₁₇ są ciałami stałymi.

Siły dyspersji wpływają również na różne właściwości fizyczne alkanów.

W obrębie szeregu homologicznego, wraz ze wzrostem powierzchni, zwiększają się również siły dyspersji między cząsteczkami. Ponieważ do oddzielenia cząsteczek potrzeba więcej energii, temperatury wrzenia nierozgałęzionych alkanów rosną z każdym dodatkowym węglem.

W przeciwieństwie do alkanów o prostym łańcuchu, alkany rozgałęzione są zwarte i bardziej kuliste, co zmniejsza obszar oddziaływania i siłę sił międzycząsteczkowych. Dlatego w porównaniu z formą nierozgałęzioną, izomery rozgałęzione wrzą w niższych temperaturach.

Podczas gdy temperatury wrzenia alkanów o prostym łańcuchu rosną stopniowo wraz z liczbą atomów węgla, ich temperatury topnienia nie rosną równomiernie. Zamiast tego trend zmienia się między parzystymi i nieparzystymi elementami szeregu homologicznego.

W stanie krystalicznym nawet alkany pakują się ciasno w zygzakowatym układzie. W konsekwencji cząsteczki doświadczają silniejszego przyciągania, co prowadzi do wyższych temperatur topnienia.

Dla porównania, nieparzyste alkany są mniej ciasno upakowane ze względu na ich równoległe ułożenie, co skutkuje słabszymi interakcjami i niższymi temperaturami topnienia.

Temperatury topnienia rozgałęzionych alkanów są podyktowane ich symetrią molekularną.

Rozgałęzione alkany o znacznej symetrii topią się w temperaturach wyższych niż węglowodór nierozgałęziony. Dla porównania, asymetryczne rozgałęzienia prowadzą do niższej temperatury topnienia.

Alkany są nierozpuszczalne w wodzie ze względu na niezdolność do tworzenia wiązań wodorowych. Dodatkowo, ponieważ ich gęstość jest mniejsza niż 1 g/^cm3, unoszą się na wodzie.