Über­sicht: Ei­gen­schaf­ten der Al­ka­ne

Die Aus­sa­gen über die Ei­gen­schaf­ten der Al­ka­ne sind teil­wei­se von der Ket­ten­län­ge ab­hän­gig - in die­sem Fall wird der Ein­fluss der Ket­ten­län­ge kurz mit an­ge­ge­ben. Wich­tig: Die­ses Blatt er­setzt nicht die ei­ge­ne Be­schäf­ti­gung mit dem Thema, son­dern soll nur einen Rück­blick auf das Be­spro­che­ne lie­fern!

Die C-​H-Bindung in Koh­len­was­ser­stof­fen (wie z.B. Al­ka­nen) weist eine so ge­rin­ge Elek­tro­ne­ga­ti­vi­täts­dif­fe­renz auf, das sie als an­nä­hernd un­po­lar be­trach­tet wer­den kann.

Da Elek­tro­nen sich aber in de­fi­nier­ten Auf­ent­halts­räu­men (lies: -​Bereichen) um den Atom­kern ei­ni­ger­ma­ßen zu­fäl­li­ug be­we­gen, kann es vor­kom­men, dass durch Zu­fall eine Ver­tei­lung er­reicht wird, bei der eines der Atome viele Elek­tro­nen nahe bei sich hat und das an­de­re we­ni­ge. Auf diese Weise ent­steht ein tem­po­rä­rer (da je­der­zeit wie­der durch einen eben sol­chen Zu­fall auf­lös­ba­rer) Dipol.

Ein tem­po­rä­rer Dipol kann die Elek­tro­nen­ver­tei­lung in einem be­nach­bar­ten Mo­le­kül be­ein­flus­sen und dort einen in­du­zier­ten Dipol ver­ur­sa­chen.

Zwei sol­cher Di­po­le kön­nen sich ge­gen­sei­tig an­zie­hen, wo­durch auch die Mo­le­kü­le bei­ein­an­der ge­hal­ten wer­den. An je mehr Stel­len es zu sol­chen Di­po­len und den re­sul­tie­ren­den van-​der-Waals-Kräften kommt, desto stär­ker ist diese An­zie­hung in Sum­mer aus­ge­prägt.

Schmel­zen / Sie­den be­deu­tet, dass Teil­chen (hier: Mo­le­kü­le) von ein­an­der ent­fernt wer­den. Dazu müs­sen even­tu­el­le an­zie­hen­de Wech­sel­wir­kun­gen wie die van-​der-Waals-Kräfte über­wun­den wer­den. Je mehr vdW-​Kräfte also wir­ken, desto mehr En­er­gie wird dafür be­nö­tigt und desto höher sind der Schmelz-​ bzw. Sie­de­punkt.

Für un­se­re n-​Alkane be­deu­tet das, dass mit wach­sen­der Koh­len­stoff­ket­te die Schmezlz-​ und Sie­de­tem­pe­ra­tur zu­neh­men.

Al­ka­ne kön­nen grund­sätz­lich mit Sau­er­stoff zu CO₂ und H₂O re­agie­ren. Die Ver­bren­nung er­for­dert dabei al­ler­dings ein Gas­ge­misch des Al­kans mit Sau­er­stoff. Al­ka­ne, die einen nied­ri­ge­re Sie­de­punkt haben, lie­gen zu einem hö­he­ren An­teil gas­för­mig vor und kön­nen so leich­ter ent­zün­det wer­den.

Je mehr an­zie­hen­de Wech­sel­wir­kun­gen durch van-​der-Waals-Kräfte es gibt, desto schwe­rer kön­nen die Mo­le­kü­le an­ein­an­der vor­bei glei­ten. Je mehr vdW-​Kräfte also wir­ken, desto zäh­flüs­si­ger (vis­ko­ser) ist ein Alkan (falls es flüs­sig ist).

Wech­sel­wir­kun­gen fin­den nicht nur zwi­schen gleich­ar­ti­gen Teil­chen statt, son­dern auch zwi­schen ver­schie­de­nen. Ein Bei­spiel dafür ist die Lö­sung von Sal­zen in Was­ser: Dipol-​Dipol-Wechselwirkungen zwi­schen den Ionen und den Di­pol­mo­le­kü­len des Was­sers wir­ken und ver­ur­sa­chen die Aus­bil­dung des Hy­drat­hül­le um die Ionen.

Mischt man nun zwei Flüs­sig­kei­ten mit po­la­ren Mo­le­kü­len mit­ein­an­der, so kommt es zu Dipol-​Dipol-Wechselwirkungen oder gar Was­ser­stoff­brü­cken­bin­dun­gen zwi­schen gleich­ar­ti­gen, aber auch zwi­schen den un­ter­schied­li­chen Teil­chen. Das Er­geb­nis: Die Stof­fe mi­schen sich.

Be­trach­tet man statt­des­sen Flüs­sig­kei­ten, die je­weils nur durch Wassser­stoff­brü­cken­bin­dun­gen / Dipol-​Dipol-Wechselwrikungen oder nur durch van-​der-Waals-Kräfte zu­sam­men­ge­hal­ten wer­den, in­ter­agiert jede Teil­chen­art nur mit gleich­ar­ti­gen Teil­chen und die Flüs­sig­kei­ten mi­schen sich nicht oder nur zu einem win­zi­gen An­teil.

Al­ka­ne sind gut in Stof­fen lös­lich / mit Stof­fen misch­bar, zwi­schen deren Mo­le­kü­len nur van-​der-Waals-Kräfte wir­ken, also zum Bei­spiel Öl oder ge­schmol­ze­nem Fett, je­doch nicht in/mit Was­ser (-> Al­ka­ne sind li­pophil und hy­dro­phob).

Be­trach­tet man die drei Mo­le­kü­le links, so fällt auf, dass jedes davon ein Koh­len­stoff­ske­lett aus 5 Koh­len­stoff­ato­men be­sitzt. Den­noch hat A einen hö­he­ren Schmelz-​ und Sie­de­punkt als B, was wie­der­um erst bei hö­he­ren Tem­pe­ra­tu­ren als C schmilzt bzw. sie­det.



Es kommt also nicht nur auf die An­zahl der C-​Atome an, son­dern auch, wie groß die für van-​der-Waals-Kräfte zur Ver­fü­gung ste­hen­de Ober­flä­che des Mo­le­kül ist.



Zwei Mo­le­kü­le des Typs A kön­nen sich auf vol­ler Länge an­ein­an­der aus­rich­ten und an­zie­hen­de Wech­sel­wir­kun­gen aus­bil­den. Bei Mo­le­kül B ist nicht nur die Haupt­ket­te kür­zer, die Sei­ten­ket­te stört rein geo­me­trisch be­trach­tet auch bei der Aus­rich­tung der Mo­le­kü­le an­ein­an­der. Die­ser bei­den Ef­fek­te sind bei Mo­le­kül C noch aus­ge­präg­ter, so dass noch we­ni­ger an­zie­hen­de Wech­sel­wir­kun­gen über­wun­den wer­den müs­sen, um ein Schmel­zen oder Sie­den zu er­mög­li­chen.