Struktura i wiązanie alkenów

Alkeny lub olefiny, reprezentowane przez ogólny wzór C_nH_2n, są węglowodorami zawierającymi podwójne wiązanie węgiel-węgiel. Cykliczne analogi, zamykające podwójne wiązanie w pierścieniu, nazywane są cykloalkenami.

Przykładem jest najprostszy alken, etylen, atomy węgla w podwójnym wiązaniu są hybrydyzowane sp². Nakładanie się orbitali hybrydowych od głowy do głowy tworzy wiązanie sigma, a boczne zachodzenie na siebie dwóch orbitali p prowadzi do wiązania π, które zgodnie z teorią orbitali molekularnych ma gęstość elektronów skoncentrowaną powyżej i poniżej płaszczyzny molekularnej.

Chociaż wiązanie podwójne między węglami sp² jest znacznie krótsze i silniejsze niż pojedyncze wiązanie między węglami sp³, wiązanie π jest słabsze niż wiązanie σ. Wskazuje na to energia podwójnego wiązania węgiel-węgiel, która nie jest dwa razy większa niż w przypadku pojedynczego wiązania. Mniej efektywne nakładanie się uczestniczących orbitali i wyższa energia elektronów 2p w porównaniu do sp² odpowiada za słabsze wiązanie π.

Ponieważ orbitale sp² mają więcej charakteru s w porównaniu do sp³, wiązania węgiel-wodór utworzone przez nakładanie się sp^2-s w etylenie są krótsze niż te tworzone przez nakładanie się sp^3-s w etanie.

Podobnie w przypadku propylenu pojedyncze wiązanie węgiel-węgiel wynikające z nakładania się sp 2–sp 3 jest krótsze niż to uzyskane z nakładania się sp 3–sp 3 w propanie.

Odchylenie kątów wiązań H–C–C od wartości oczekiwanej 120° wynika z odkształcenia powstałego w wyniku odpychających oddziaływań niewiążących podstawników w poprzek wiązania podwójnego.

Podwójne wiązanie węgiel-węgiel wywiera efekt wycofania elektronu. Gęstość elektronów na niezhybrydyzowanym orbicie 2p jest nierównomiernie rozłożona i dlatego nie filtruje ładunku jądrowego na węglu tak skutecznie, jak robi to orbital hybrydowy. Tak więc niektóre alkeny, choć słabo, wykazują momenty dipolowe.

Ze względu na brak silnych dipoli, kluczowymi siłami przyciągania między cząsteczkami alkenów są siły dyspersji londyńskiej. Siły te stają się silniejsze wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej i większą powierzchnią. Dlatego w temperaturze pokojowej małe alkeny są gazowe, a te z więcej niż czterema atomami węgla są cieczami o rosnących temperaturach wrzenia.

Będąc niepolarnymi, alkeny mieszają się z rozpuszczalnikami niepolarnymi i nie mieszają się z wodą.