Spojevi izgrađeni samo od atoma ugljika i vodika zovu se ugljikovodici. Dijele se na dvije velike skupine: ZASIĆENE i NEZASIĆENE ugljikovodike. Zasićeni ugljikovodici nazivaju se ALKANI i u njima su sve veze između ugljikovih atoma jednostruke. Nezasićeni ugljikovodici se nazivaju ALKENI i ALKINI. Molekule nezasićenih ugljikovodika sadrže dvostruke ili trostruke veze između ugljikovih atoma, pa za razliku od zasićenih ugljikovodika imaju manji broj vodikovih atoma vezanih na ugljikove atome.
Atom ugljika je četverovalentan. To znači da se u zasićenim ugljikovodicima može vezati s četiri druga atoma, dok je atom vodika jednovalentan i tvori samo jednu vezu. U shematskom prikazu valentnom crticom prikazujemo jednu valenciju, tj. jednu vezu.
U alkanima su svi atomi ugljika povezani jednostrukim vezama, a na „preostale“ im se veze, vežu atomi vodika. Najjednostavniji alkan naziva se metan. Metan se sastoji od jednog atoma ugljika povezanog s četiri atoma vodika. Njegova molekulska formula glasi CH4. Molekulska formula prikazuje samo broj i vrstu atoma koji čine molekulu, dok strukturna formula, s valentnim crticama, prikazuje kako su atomi međusobno povezani u molekulu. Kemičari se za prikazivanje prostornog razmještaja atoma u molekuli služe klinastom formulom te raznim modelima. U molekuli metana vodikovi atomi zauzimaju tetraedarski razmještaj oko ugljika. To je energetski najpovoljniji raspored jer su tada odbijanja među atomima vodika najmanja.
Drugi po redu alkan naziva se etan. Etan čine dva povezana atoma ugljika, kojima na preostala mjesta, po tri na svakom ugljiku, dolaze atomi vodika. Na jednostavniji način etan možemo prikazati sažetom strukturnom formulom koja glasi: CH3─CH3. Sažete strukturne formule mogu se prikazati i bez valentnih crtica tako da pišemo samo: CH3CH3. Molekulsku formulu etana lako je napisati ako prebrojimo ukupan broj ugljikovih i vodikovih atoma koji čine molekulu, što iznosi C2H6.
Sljedeći u nizu alkana je propan, s tri ugljikova atoma povezana u lanac. Prvom i trećem ugljikovom atomu preostaju još tri valencije pa crtamo tri veze koje zasitimo atomima vodika. Središnji je ugljikov atom već dvije valencije potrošio na vezanje s prvim i trećim ugljikovim atomima, te mu preostaju još dvije na koje se vežu dva vodikova atoma. Sažeta strukturna formula propana glasi: CH3CH2CH3. Molekulska formula propana je C3H8.
Četvrti alkan u nizu je butan sa četiri ugljikova atoma povezana u lanac, zatim pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan koji ima deset ugljikovih atoma, itd. U tom nizu svaki sljedeći alkan razlikuje se od prethodnog za jedan atom ugljika i dva atoma vodika, odnosno za –CH2– skupinu. Takav se niz alkana naziva homologni niz.
Sva imena alkana završavaju nastavkom –an. Opća formula alkana kojom izražavamo njihov sastav je CnH2n+2, u kojoj je n-broj ugljikovih atoma. Tako npr. za alkan koji ima 4 ugljikova atoma n=4, pa mu je molekulska formula C4H2∙4+2, tj. C4H10.
Nacrtajmo njegovu strukturnu formulu s četiri ugljikova atoma povezana u lanac. Osim u ravne lance, ugljikovi atomi mogu se vezati u razgranate lance i prstenove. Povežu li se tri ugljikova atoma u lanac, a četvrti ugljikov atom dođe na središnji u lancu, dobili smo razgranatu strukturu butana. Njegova molekulska formula je ista kao i butanu u ravnom lancu – C4H10, ali mu je naziv drugačiji te glasi 2-metilpropan.
Ta dva različita spoja koja imaju iste molekulske, a različite strukturne formule, nazivamo izomeri. Dakle, izomeri su spojevi koji imaju istu molekulsku, a različitu strukturnu formulu. Što je veći broj ugljikovih atoma u molekuli to je i veći broj mogućih izomera.
U zasićenim ugljikovodicima atomi ugljika mogu biti povezani i u prstene. Njih nazivamo CIKLOALKANI. Nazivi im se tvore tako da se ispred imena alkana, koje ovisi o broju ugljikovih atoma, doda prefiks ciklo-. Najmanji mogući prsten sastoji se od tri ugljikova atoma, a naziva se ciklopropan, slijedeći je u nizu ciklobutan, pa ciklopentan, itd.
Nafta i prirodni plin glavni su izvori svih ugljikovodika. Prva četiri alkana u nizu: metan, etan, propan i butan su na sobnoj temperaturi plinovi. Najčešća kemijska reakcija alkana je gorenje. Metan, kojeg nazivamo i zemni plin, najviše se koristi za grijanje i kuhanje.
Gorenjem bilo kojeg ugljikovodika, pa tako i metana uz dovoljan pristup zraka (tj. kisika) nastaje ugljikov dioksid i voda.
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Uz nedovoljan pristup zraka tj. kisika metan ne izgara potpuno, pa uz ugljikov dioksid nastaje i ugljikov monoksid koji je vrlo jak krvni otrov. Budući da otrovni ugljikov monoksid nema boju ni miris, treba redovito kontrolirati ispravnost uređaja koji koriste zemni plin kao gorivo da ne bi došlo do nesreće, odnosno trovanja.
Etan se najviše koristi kao sirovina za dobivanje plastičnih masa. Propan i butan se pod visokim tlakom prevode u tekuće stanje. Kao «ukapljeni plinovi» skladište se u plinske boce koje koristimo u domaćinstvu. Ukapljeni propan-butan nalaze se i u upaljačima, te kartušama plinskih plamenika koje koristimo prilikom izvođenja pokusa.
Alkani od 5 do 17 ugljikovih atoma su tekućine. Tako npr.tekuće alkane sa 6 do 8 ugljikovih atoma nalazimo u benzinu. Alkani s više od 18 ugljikovih atoma su krutine, a poznati su parafini od kojih se izrađuju svijeće.
Ispitajmo da li se zasićeni ugljikovodici – alkani – otapaju u vodi. Nastrugajmo nekoliko komadića parafinske svijeće i stavimo u epruvetu. Ulijmo zatim vodu i snažno protresimo, te odložimo na stalak. Zatim, u drugu epruvetu stavimo vode i dodajmo benzina. Protresimo epruvetu. Primjećujemo da se parafin tj. svijeća i benzin ne otapaju u vodi. Njihove molekule su nepolarne, pa se ne miješaju s vodom koja je polarno otapalo.Budući da se komadići svijeće i benzin nalaze na površini možemo zaključiti da su manje gustoće od vode
Pogledajmo da li su alkani, npr. heksan reaktivni spojevi. U epruvetu ulijmo najprije heksana, a zatim dodajmo vodenu otopinu kalijevog permanganata, inače vrlo reaktivnog spoja. Protresimo sadržaj u epruveti, te odložimo na stalak i pričekajmo da se slojevi odijele.
Usporedimo li boju otopine kalijevog permanganata i heksana s bojom osnovne otopine, ne vidi se razlika. To znači, da kalijev permanganat koji je jako oksidacijsko sredstvo ne reagira sa zasićenim ugljikovodicima.
Zbog svoje zasićenosti alkani su slabo reaktivni spojevi, otporni prema utjecaju kiselina, lužina i jakih oksidansa, te se upotrebljavaju kao otapala za druge reakcije.Alkani:
-su zasićeni ugljikovodici
-sastoje se od ugljika i vodika
-ugljikovi atomi međusobno su povezani samo jednostrukim vezama
-imena im završavaju nastavkom –an
-opća formula im je CnH2n+2
-nalaze se u nafti i zemnom plinu
-homologni niz alkana: metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan
-slabo su reaktivni
-ne reagiraju s jakim oksidirajućim sredstvom kao što je kalijev permanganat (KMnO4)
Izomeri su kemijski spojevi različite strukturne, a iste molekulske formule.
Npr. butan i izobutan (2-metilpropan)
Cikloalkani:
- su zasićeni ugljikovodici, povezani jednostrukim vezama u prstenove
- u nazivu dobivaju prefiks ciklo-
- najjednostavniji je ciklopropan, zatim ciklobutan, ciklopentan, cikloheksan itd.
