آلکانها، هیدروکربن‌هایی هستند که در آن‌ها هر اتم کربن با ۴ پیوند کووالانسی به ۴ اتم هیدروژن یا کربن می‌چسبد. در واقع پیوند دو یا سه‌گانه بین اتم‌های کربن وجود ندارد؛ بنابراین آلکان‌ها گروهی از هیدروکربن‌های آلیفاتیک هستند. فرمول کلی آلکان‌ها C_nH_۲n+2 است. یک سری ترکیب که در آنها هر عضو نسبت به عضو بعدی در مقدار ثابتی تفاوت داشته باشد، سری همولوگ می‌نامند و اعضای این سری، همولوگ خوانده می‌شود. خانواده آلکانها چنین سری همولوگی را تشکیل می‌دهند و اختلاف ثابت و پیاپی آن CH2 می‌باشد.

ساده‌ترین آلکان، متان (CH_۴) است که بخش عمده‌ی گاز طبیعی را تشکیل می‌دهد. اتان (C₂H_۶)، پروپان (C₃H_۸) و بوتان (C₄H_۱۰) دیگر آلکان‌های گازیهستند. پنتان (C₅H_۱۲)، هگزان (C₆H_۱۴)، هپتان (C₇H_۱۶) و اوکتان (C₈H_۱۸) مهم‌ترین آلکان‌های مایع هستند. نام‌گذاری آلکان‌ها را آیوپاک (مجمع بین‌المللیشیمی محض و کاربردی) به عهده دارد

ویژگی‌های ساختاری آلکان‌ها

همهٔ آلکان‌ها، گازها، مایع‌ها یا جامدهایی بی‌رنگ هستند که با افزایش تعداد کربن نقطه جوش و گرانروی (گرانروی یک مایع، میزان عدم تمایل آن را برای جاری شدن معین می‌کند) آنها افزایش می‌یابد. همهٔ آلکان‌ها در هوا با شعله زرد – آبی تمیزی می‌سوزند.

اتم کربن این امکان را دارد که با به اشتراک گذاشتن چهار الکترون لایه ظرفیتی خود با سایر اتمها چهار پیوند کووالانسی ایجاد کند. اگر تمامی کربنهای یک ترکیب در تشکیل پیوند کووالانسی از هیبریداسیون sp3 استفاده کرده باشند آن ترکیب آلکان نامیده می‌شود (اوربیتالهای sp3 از اختلاط یک اوربیتال s و سه اوربیتال p تشکیل شده‌اند). فرمول عمومی آلکانها CnH2n+2 می‌باشد که n نمایشگر تعداد اتم کربن است. در این ترکیبها پیوند C–C یگانه بوده، طول پیوند C– A°C 53/1، طول پیوند H– C A°۰۹/۱، زاویه پیوند در آنها ۱۰۹/۵درجه است و اطراف هر اتم کربن، دارای ساختار چهاروجهی می‌باشد. ساختار چهاروجهی به اوربیتالها اجازه می‌دهد تا حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن به گونه‌ای مؤثر صورت پذیرد و در نتیجه پیوند محکم‌تری تشکیل شود، هر هسته هیدروژن باید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد. آلکانها از نظر ساختاری، ترکیبهایی منظم هستند که این امر باعث شده ثابتهای فیزیکی، یک روند قابل پیش بینی داشته باشند.

متان (CH4) گازی بی‌بو و بیرنگ، نامحلول در آب، نفوذپذیرتر و سبکتر از هواست و اولین ترکیب از سری هیدروکربنهای اشباع شده است. همچنین این ترکیب یک گاز گلخانه‌ای است و به عنوان سوخت نیز بکار می‌رود. شکل هندسی آن بصورت یک چهاروجهی کامل بوده و هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله پیوند کووالانسی، یعنی با یک جفت الکترون اشتراکی به اتم کربن متصل شده‌اند. هیبریداسیون کربن نیز sp3 می‌باشد. عضو بعدی خانواده آلکانها، اتان (C2H6) می‌باشد. هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصل است و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهای sp3) به سوی گوشه‌ای چهاروجهی جهت گرفته‌اند. پیوند C–C از همپوشانی دو اوربیتال sp3 کربنهای مجاور نتیجه شده است.

سیکلوبوتان (C4H8) و سیکلوهگزان (C6H12)، دو مثال از ترکیبهای سیکلوآلکانی می‌باشند. فرمول کلی سیکلوآلکانها CnH2n می‌باشد. با معلوم بودن تعداد اتم کربن در یک آلکان یا سیکلوآلکان می‌توان فرمول مولکولی ترکیب را بدست آورد. برای مثال، چون هگزان ۶ اتم کربن دارد پس تعداد هیدروژنهای آن، ۱۴=۲+(۶×۲)، بوده و فرمول مولکولی آن C6H14 می‌باشد. سیکلوهگزان با داشتن ۶ اتم کربن، ۱۲ اتم هیدروژن (۱۲=۶×۲) خواهد داشت و فرمول مولکولی آن C6H12 می‌باشد.

آلکانها فاقد گروه عاملی هستند و در نتیجه خواص شیمیایی آنها با سایر ترکیبهای آلی متفاوت می‌باشد. این ترکیبها در واقع ترکیبهای مادر در شیمی آلی محسوب می‌شوند و از لحاظ سنتز و نامگذاری سایر ترکیبهای آلی بسیار مهم می‌باشند.

فهرست مطالب:

فرمول کلی

آلکان های مهم

انواع کربن

انواع هیدروژن

نام گذاری آلکان ها

خواص فیزیکی

ساختمان متان

اتان

کانفورماسیون

دیاگرام انرژی

فرم پوشیده بوتان با برهمکنش دو گروه حجیم متیل

فرم نپوشیده بوتان با قرار گرفتن دو گروه حجیم متیل در مقابل هم

منابع تهیه متان و سایر آلکان ها

هیدروژناسیون آلکن ها و آلکین ها

کربوکسیل زدایی اسیدها

واکنش ورتز

واکنش آلکن ها

سیکلوآلکان

گرمای سوختن سیکلوآلکان

سیکلوپروپان

کانفورمر سیکلوپروپان

سیکلوبوتان

سیکلوپنتان

سیکلوهگزان

فرم صندلی

فرم قایق

و...