Gli idrocarburi sono tra i prodotti chimici organici più semplici, ma anche più abbondanti: come suggerisce il nome, sono composti esclusivamente da catene di atomi di idrogeno e carbonio, anche se la variazione di proprietà come la lunghezza della catena, il numero di legami e la struttura della catena fanno sì che gli idrocarburi - nello specifico, alcani, alcheni e alchini - siano molto diversi tra loro.
Come si differenziano gli alcani, gli alcheni e gli alchini?
La differenza principale tra alcani, alcheni e alchini deriva dal numero di legami covalenti tra due atomi di carbonio in un idrocarburo. Gli alcani contengono solo legami singoli, mentre gli alcheni hanno almeno un doppio legame e gli alchini almeno un triplo legame.
Che cos'è un Alcano?
Gli alcani - definiti anche idrocarburi saturi - sono così chiamati perché ogni atomo di carbonio è legato al numero massimo di atomi di idrogeno.
In quanto sostanze con legami covalenti, gli alcani sono generalmente non polari. I loro deboli legami dipolo-dipolo non sono in grado di recidere il legame idrogeno delle molecole d'acqua, e pertanto non sono miscibili in acqua. Quando vengono aggiunti all'acqua, gli alcani galleggiano in alto, poiché sono meno densi.
Alcuni alcani - come le prime quattro specie: metano, etano, propano e butano - si distinguono per essere gas facilmente infiammabili. Anche il pentano, un liquido a temperatura e pressione standard (STP), è infiammabile.
Più lunga è la catena di idrocarburi di un alcano, più duro diventa come un solido. La maggior parte degli alcani solidi, tuttavia, sono morbidi e cerosi.
Che cos'è un Alchene?
Gli alcheni, insieme agli alchini, sono idrocarburi insaturi - perché c'è almeno un doppio legame covalente tra gli atomi di carbonio che altrimenti verrebbero legati all'idrogeno.
Gli alcheni sono incolori e inodori - ad eccezione dell'etene (etilene), che ha un odore dolce molto delicato. Come gli alcani, sono sostanze non polari che si dissolvono solo in sostanze chimiche simili, come il benzene. Inoltre, sono leggermente più reattivi, in quanto gli elettroni condivisi in un doppio legame possono essere rimossi più facilmente.
I primi tre alcheni - metene, etene e propene - sono gas. Con l'aggiunta di altri atomi di carbonio, un alchene diventa più simile a un liquido e poi a un solido. I loro punti di ebollizione e di fusione sono paragonabili agli alcani.
Che cos'è un Alchino?
Anche gli alchini sono idrocarburi insaturi non polari, in quanto possiedono almeno un triplo legame carbonio-carbonio.
Quasi tutti gli alchini non hanno né colore né odore, e solo l'etile (acetilene) ha un leggero profumo dolce e muschiato. Rispetto ad altri idrocarburi, la densità di elettroni concentrata dai tripli legami di un alchino li rende leggermente più solubili nei solventi polari. Tuttavia, rimangono insolubili in acqua.
A STP, l'etile, il propileo e il butirne - i primi tre alchini - sono gassosi. I successivi otto alchini sono allo stato liquido.
Grazie ai loro tripli legami, gli alchini possiedono anche punti di ebollizione leggermente più alti.
Differenze tra Alcani, Alcheni e Alchini
Tipo di legami covalenti
Gli alcani, gli alcheni e gli alchini si distinguono più facilmente grazie ai loro legami covalenti.
Tutti gli atomi di carbonio adiacenti in un alcano sono collegati tra loro attraverso legami covalenti singoli. Questo libera ogni atomo di carbonio di legarsi con il numero massimo di atomi di idrogeno, motivo per cui gli alcani sono conosciuti come "idrocarburi saturi".
Gli alcheni e gli alchini sono idrocarburi insaturi. Gli alcheni hanno almeno un doppio legame covalente tra due atomi di carbonio, mentre gli alchini hanno almeno un triplo legame.
Formula empirica
Le formule empiriche indicano quanti atomi di carbonio e idrogeno sono presenti in un particolare idrocarburo.
Gli alcani hanno una formula chimica di CnH2n+2, la formula degli alcheni è semplicemente CnH2n, mentre gli alchini hanno una formula di CnH2n-2. La lettera "n" si riferisce al numero di atomi di carbonio presenti nella molecola.
Punti di ebollizione
In generale, gli alchini hanno punti di ebollizione un po' più alti rispetto agli alcani e agli alcheni. Infatti, l'alchene più semplice - l'etene - ha un punto di ebollizione inferiore (-103,7 C) rispetto all'alcano etano (-88,6 C), mentre l'alchino acetilene si trasforma in vapore a -84,0 C.
Reattività
I tre gruppi idrocarburici sono relativamente stabili. Tuttavia, i doppi legami carbonio-carbonio e i tripli legami sono più reattivi rispetto al legame idrogeno - in effetti, gli alchini presentano una reattività maggiore rispetto agli alcheni, mentre gli alcheni sono leggermente più reattivi degli alcani.
Solubilità
Gli alcani, gli alcheni e gli alchini sono tutte sostanze non polari che si dissolvono solo in solventi simili. Gli alcani e gli alcheni sono praticamente insolubili in acqua, anche se gli alchini presentano una solubilità molto lieve nelle sostanze polari.
Sottogruppi
Gli alcani possono essere ulteriormente raggruppati in alcani a catena retta che consistono in uno scheletro di carbonio lineare, alcani ramificati in cui un atomo dello scheletro di carbonio può essere collegato a un altro carbonio da un singolo legame, e cicloalcani che formano una struttura ad anello.
Gli alcheni con due doppi legami sono alcadieni (dieni), quelli con tre sono alcatrieni (trieni) e così via. Qualsiasi alchene con più doppi legami è un poliene. I cicloalcheni sono alcheni sotto forma di anello.
Le controparti alchiliche di cui sopra comprendono i polinei e i cicloalchini.
Stati della materia
I primi quattro alcani - metano, etano, propano e butano - vaporizzano a temperature inferiori al punto di congelamento e sono quindi gassosi a STP. Gli alcani liquidi vanno dal pentano all'esadecano. La maggior parte degli alcani più lunghi dell'esadecano sono solidi cerosi.
Nel frattempo, solo i primi tre alcheni - eteni, propeni e buteni - sono gassosi. Gli alcheni da cinque a quattordici carati sono liquidi; gli altri sono solidi.
Solo l'etile, il propileo e il but-1-yne sono gas. I successivi otto sono liquidi, mentre gli alchini più pesanti sono solidi.
Altri nomi
Gli alcani sono noti anche come paraffine, mentre i nomi comuni degli alcheni e degli alchini sono, rispettivamente, olefine e acetileni.
Si noti che l'uso corretto del termine "acetilene" si riferisce all'alchene più semplice, l'etile.
Tabella di confronto: Alcani vs Alcheni vs Alchini
| Aree | Alcani | Alcheni | Alchini |
| Legami covalenti | Solo legami singoli | Almeno un doppio legame | Almeno un triplo legame |
| Formula chimica | CnH2n+2 | CnH2n | CnH2n-2 |
| Punti di ebollizione | Metano: -161,6°C Etano: -88,6°C | Etene: -103,7°C | Generalmente più alto Etene: -84,0°C |
| Reattività | Stabile | Stabile | Leggermente più reattivo |
| Solubilità | Solubile solo in solventi non polari | Solubile solo in solventi non polari | Non polare; leggermente solubile in solventi polari |
| Sottogruppi | Cicloalcani a catena retta e ramificata | Polieni (ad esempio, alcadieni), cicloalcheni | Polinei (ad esempio, alcatrieni), cicloalcheni |
| Stati della materia | da 1 a 4 carboni: gas 5-16: liquido 17+: solido | da 1 a 4 carboni: gas 5-14: liquido 15+: solido | da 1 a 3 carboni: gas 4-11: liquido 12+: solido |
| Altri nomi | Paraffine | Olefine | Acetileni |
Come sono simili gli Alcani, gli Alcheni e gli Alchini?
Gli alcani, gli alcheni e gli alchini sono tutti esempi di idrocarburi - composti semplici costituiti esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno
Come tali, condividono molte somiglianze sia fisiche che chimiche, come i punti di ebollizione molto bassi, l'insolubilità e l'immiscibilità ai solventi polari, la relativa stabilità chimica e l'elevata infiammabilità
In generale, tutti e tre gli idrocarburi non hanno un colore o un odore percepibile, a parte eccezioni come l'etene e l'acetilene
Inoltre, i punti di fusione e di ebollizione di questi idrocarburi aumentano con il numero di atomi di carbonio presenti nel composto.
Domande Frequenti
Quale alcano si trova negli accendini?
Il fluido degli accendini è più comunemente il butano, un alcano con solo quattro atomi di carbonio.
Il butano e altri alcani, come il propano, sono infiammabili e ottimi per il riscaldamento, perché non emettono fumo durante la combustione.
Tuttavia, il butano è auspicabile negli accendini, in quanto la scintilla della pietra focaia e dell'acciaio può creare una fiamma solo accendendo un gas. Il butano è gassoso a temperature superiori a -0,5 C, ma può trasformarsi in liquido in un contenitore leggermente pressurizzato, il che lo rende più sicuro da conservare.
Perché l'acetilene è considerato un ottimo combustibile?
L'etilene, o acetilene (C2H2), è molto popolare come fonte di carburante per la saldatura e il taglio dei metalli.
Questo perché la fiamma dell'acetilene produce le temperature più elevate e può essere facilmente concentrata in un punto particolare per ridurre al minimo lo spreco di calore. Poiché ha anche bisogno di poco ossigeno per bruciare correttamente, è anche il combustibile più efficiente per la saldatura.
Un ulteriore vantaggio è che l'acetilene, come molti gas idrocarburi, è più leggero dell'aria; si accumula molto al di sopra del pavimento e lontano da eventuali incendi, riducendo la probabilità che si incendi accidentalmente. Questo rende l'alchilene un combustibile sicuro, potente e conveniente per qualsiasi lavoro di saldatura.
Conclusione
Gli alcani, gli alcheni e gli alchini sono idrocarburi non polari incolori e inodori.
La differenza fondamentale tra loro è che gli alcani contengono solo legami covalenti singoli carbonio-carbonio, mentre gli alcheni e gli alchini hanno rispettivamente almeno un doppio o triplo legame.
Sia gli alcani che gli alcheni sono stabili e praticamente insolubili in acqua, mentre gli alchini sono leggermente più reattivi e possono dissolversi in solventi polari in misura molto limitata. Gli alcheni e gli alchini sono anche idrocarburi insaturi, in quanto almeno un atomo di carbonio non è più legato al suo numero massimo di atomi di idrogeno.
Gli alchini hanno anche punti di ebollizione più elevati.
