Alkaanit

Alkaanien rakenne ja luokittelu

Lue teksti ääneen

Alkaanissa on hiilten välillä ainoastaan yksinkertaisia sidoksia, minkä vuoksi niitä nimitetään myös tyydyttyneiksi hiilivedyiksi. Rakenteeltaan alkaanin hiiliketju voi olla suora, haaroittunut tai rengas. Haaroittuneessa hiilivedyssä runkoon on liittynyt yksi tai useampi sivuketju. Sivuketju voi olla yhden tai useamman hiilen mittainen. Rengasmaisia hiilivetyjä kutsutaan syklisiksi hiilivedyiksi.

Alkaanit muodostavat homologisen sarjan, jossa yhdisteen kemiallinen kaava on muotoa C_nH_2n+2 (n = 1, 2, 3...). Esimerkiksi lukuarvolla n = 1 muodostuu yhdiste, jonka kaava on C₁H₄. Alaindeksi 1 jätetään yleensä merkitsemättä. Näin muodostettua molekyyliä nimitetään metaaniksi. Lukuarvolla n = 2 muodostuu C₂H₆, jota nimitetään etaaniksi ja niin edelleen. Syklisten alkaanien homologisen sarjan yleinen esitysmuoto on vastaavasti C_nH_2n.

Hiilivetyjen rakennetta voidaan kuvata monella eri tavalla. Erityisesti suuret molekyylit piirretään usein viivakaavoina (oikealla).

Alkaaneja

Nimi	Rakennekaava	Kemiallinen kaava	Viivakaava
Metaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₄	CH₄
Etaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₃CH₃	$╲$
Propaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₃CH₂CH₃	$╲ ╱$
Butaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₃CH₂CH₂H₃	$╲ ╱ ╲$
Pentaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₃CH₂CH₂CH₂H₃	$╲ ╱ ╲ ╱$
Heksaani	$H - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - \overset{\binom{H}{\|}}{\underset{\binom{\|}{H}}{C}} - H$	CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂H₃	$╲ ╱ ╲ ╱ ╲$

MarvinSketch-tiedosto: alkaaneja.mrv

Lisää aiheesta

Alkaanien ominaisuuksia

Lue teksti ääneen

Hiiliketjun pituus vaikuttaa molekyylien välisiin vuorovaikutusvoimiin. Alkaanien sulamis- ja kiehumispisteet kasvavat koon kasvaessa. Mitä pidempi hiiliketju, sitä enemmän vuorovaikutuksia molekyylien välillä esiintyy. Tästä johtuen lyhytketjuisten alkaanien välillä on vähän heikkoja vuorovaikutuksia, ja ne ovat huoneen lämpötilassa kaasuja. Keskimittaisten välillä vuorovaikutuksia on enemmän ja ne ovat nesteitä. Pitkäketjuisten alkaanien välillä vuorovaikutuksia on eniten ja ne ovat kiinteitä. Esim. metaani on huoneen lämpötilassa kaasu (1 hiili), bensan pääaineosa oktaani neste (8 hiiltä) ja parafiinivaha kiinteä (20 hiiltä).

Alkaanit ovat heikosti poolisia tai poolittomia yhdisteitä. Hiilen ja vedyn välinen sidos on heikosti poolinen, joten molekyyli voi olla poolinen. Poolisuus voi kuitenkin kumoutua, jos molekyylin rakenne on symmetrinen. Poolittomat ja heikosti pooliset alkaanit liukenevat poolittomiin liuottimiin kuten bensiiniin, mutta huonosti poolisiin liuottimiin kuten veteen. Nestemäisiä alkaaneja esim. heksaania (C₆H₁₄), käytetään liuottimina muille poolittomille aineille.

Metaanimolekyylin sidokset ovat heikosti poolisia, mutta molekyylin poolisuus kumoutuu symmetrian vuoksi.

Seuraavassa taulukossa voi vertailla molekyylejä (hiiliketjun pituuden mukaan) ja yhdisteiden kiehumispisteitä.

Alkaanien ominaisuuksia

Molekyylin nimi	Kemiallinen kaava	Sulamispiste (°C)	Kiehumispiste (°C)	Tiheys (20°C)	Olomuoto
Metaani	CH₄	–184	–164	0,668 g/l	Kaasu
Etaani	C₂H₆	–183	–89	1,265 g/l	Kaasu
Propaani	C₃H₈	–190	–42	1,867 g/l	Kaasu
Butaani	C₄H₁₀	–138	–1	2,493 g/l	Kaasu
Pentaani	C₅H₁₂	–130	36	0,626 g/ml	Neste
Heksaani	C₆H₁₄	–95	69	0,659 g/ml	Neste
Oktaani	C₈H₁₈	–57	125	0,703 g/ml	Neste
Dekaani	C₁₀H₂₂	–30	174	0,730 g/ml	Neste

Lisää aiheesta

Elinympäristön alkaaneja

Lue teksti ääneen

Alkaaneilla on vain vähän merkitystä biologisille systeemeille, mutta suuri merkitys yhteiskunnalle. Kaikki alkaanit ovat värittömiä ja tuoksuvat joko hyvin miedosti tai eivät ollenkaan. Alkaanien reaktiivisuus on melko vähäistä, mutta arkielämässä niille on käyttöä polttoaineina. Monet energianlähteenä käytettävät hiilivedyt ovat molekyylikooltaan pienikokoisia alkaaneja. Tyypillisiä ovat kotitalouksissa käytetty maakaasu (mentaania CH₄) ja sytyttimissä käytetty nestekaasu (pääasiassa propaania C₃H₈ ja butaania C₄H₁₀). Maakaasu on ilmaa kevyempää, joten se kohoaa ylöspäin ja voi kerrostua esim. huoneistoissa lähelle katonrajaa. Huoneistojen poistoilmaventtiilit sijaitsevat yleensä katonrajassa, mikä auttaa poistamaan kaasua, mutta poistumista voi tehostaa tuulettamalla ja ilmaa liikuttamalla. Nestekaasun tiheys on sen sijaan ilmaa suurempi, joten se valuu alaspäin ja kerrostuu lattioille. Lattialle kerrostuva maakaasu on alttiina lämmön ja kipinänlähteille, joten tehokas kaasun tuulettaminen pitää aloittaa heti, kun vuodon havaitsee.

Alkaanit liukenevat veteen huonosti ja niiden tiheys on pienempi kuin vedellä. Tämän seurauksena alkaanit kerrostuvat veden pinnalle, mistä voi seurata monenlaisia ympäristöongelmia. Vesistöön päässyt öljy kerrostuu veden pinnalle ja kerääntyy rannikoille, missä se aiheuttaa monenlaista haittaa vesistöjen eläimistölle, kuten linnuille ja nisäkkäille. Alkaaneja esiintyy esim. suo- ja maakaasussa, jotka ovat pääasiassa metaania. Butaania käytetään paineistettuna nestekaasuna sytyttimissä ja retkikeittimissä.