Alkane einfach erklärt – Aufbau, Reihe und Eigenschaften

Alkane sind Kohlenwasserstoffe, deren Kohlenstoffatome nur durch Einfachbindungen miteinander und mit Wasserstoffatomen verbunden sind. Weil an jedem Kohlenstoffatom bereits die maximal mögliche Anzahl an Wasserstoffatomen gebunden ist, nennt man Alkane auch gesättigte Kohlenwasserstoffe. Es gibt keine Doppel- oder Dreifachbindungen, die noch weiteren Wasserstoff aufnehmen könnten.

Die einfachsten Alkane bilden eine sogenannte homologe Reihe: Jedes Glied unterscheidet sich vom vorherigen nur durch eine zusätzliche CH2-Gruppe. Methan mit einem Kohlenstoffatom, Ethan mit zwei, Propan mit drei und Butan mit vier Kohlenstoffatomen sind die ersten vier Vertreter dieser Reihe, danach folgen Pentan, Hexan, Heptan und weitere mit griechischen Zahlwörtern als Namensstamm.

Ein typischer Fehler ist, Alkane mit Alkenen zu verwechseln, weil sich die Namen nur durch einen Buchstaben unterscheiden. Alkane enthalten ausschließlich Einfachbindungen und enden auf „-an“, Alkene besitzen mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und enden auf „-en“.

Mit steigender Kettenlänge nehmen die zwischen den Molekülen wirkenden Van-der-Waals-Kräfte zu, weil größere Moleküle mehr Kontaktfläche zueinander haben. Deshalb steigt der Siedepunkt innerhalb der homologen Reihe der Alkane sehr regelmäßig an: Methan siedet bei minus 161,5 Grad Celsius, Hexan dagegen erst bei 68,7 Grad Celsius.

Diese Regelmäßigkeit zeigt sich auch im Aggregatzustand bei Raumtemperatur: Die kurzkettigen Alkane von Methan bis Butan sind Gase, mittlere Ketten von Pentan bis etwa Hexadecan sind Flüssigkeiten, und sehr lange Ketten wie in Paraffinwachs sind bei Raumtemperatur fest.

Alkane sind zudem unpolare Moleküle, weil Kohlenstoff und Wasserstoff eine sehr ähnliche Elektronegativität besitzen. Deshalb lösen sich Alkane kaum in polarem Wasser, aber sehr gut in unpolaren Lösungsmitteln wie Benzin oder Fetten, ein Prinzip, das oft mit „Gleiches löst sich in Gleichem“ zusammengefasst wird.

Ein häufiger Fehler ist anzunehmen, alle Alkane mit derselben Anzahl an Kohlenstoffatomen hätten dieselben Eigenschaften. Tatsächlich haben verzweigte Alkane wie Isobutan einen niedrigeren Siedepunkt als ihre unverzweigten Isomere wie n-Butan, weil verzweigte Moleküle eine kleinere Kontaktfläche zueinander haben und die Van-der-Waals-Kräfte dadurch schwächer wirken.

Ein zweiter Fehler ist, die Formel CnH2n+2 unreflektiert auf ringförmige Kohlenwasserstoffe anzuwenden. Cycloalkane wie Cyclohexan haben einen geschlossenen Ring statt einer offenen Kette und deshalb zwei Wasserstoffatome weniger als das entsprechende offenkettige Alkan, ihre Formel lautet CnH2n.

Ein dritter Fehler ist zu glauben, Alkane seien wegen ihrer Reaktionsträgheit völlig ungefährlich. Zwar reagieren Alkane bei Raumtemperatur kaum mit Säuren oder Laugen, sie sind aber leicht entzündlich und ihre Dämpfe können mit Luft explosionsfähige Gemische bilden.

Alkane sind die wichtigsten Bestandteile fossiler Brennstoffe: Erdgas besteht überwiegend aus Methan, Benzin ist ein Gemisch aus Alkanen mit fünf bis zehn Kohlenstoffatomen, und Dieselkraftstoff enthält vor allem Alkane mit zehn bis zwanzig Kohlenstoffatomen. Bei der vollständigen Verbrennung entstehen aus Alkanen stets Kohlenstoffdioxid und Wasser, dabei wird viel Energie freigesetzt.

Im Labor solltest du beim Arbeiten mit Alkanen wie Petrolether oder Benzin immer für gute Belüftung sorgen und offene Flammen fernhalten, da die Dämpfe leicht entzündlich sind und sich am Boden sammeln können, weil sie schwerer als Luft sind. Eine Löschdecke und ein Feuerlöscher sollten in Reichweite bereitstehen.