Алкани є найпростішими вуглеводнями. Всі атоми вуглецю в молекулах алканів сполучені один з одним простими, одинарними зв’язками. Алкани називаються також парафінами, насиченими вуглеводнями.
Метан.Найпростіший алкан – метан , молекула якого складається з одного атома вуглецю і чотирьох атомів водню.
Як уже зазначалось, атом вуглецю, що утворює чотири ковалентних зв’язки, знаходиться у збудженому стані ( ). В утворенні чотирьох ковалентних беруть учать одна s – і три p – орбіталі ( ) зовнішнього енергетичного рівня одного атома вуглецю. Всі чотири ковалентних зв’язки, які утворює вуглець у молекулі , рівноцінні: мають однакову довжину, енергію зв’язку та інші властивості.
Рівноцінність хімічних зв’язків у метані можна пояснити, використовуючи поняття про гібридизацію орбіталей. Гібридизацією називається зміна форми і енергії різних орбіта лей одного атома, яка призводить до утворення однакових (гібридизованих) орбіталей.
Наприклад, при утворенні молекули метану гібридизації зазнають орбіталі атома вуглецю: одна s – і три p – орбіталі. Вид і число орбіталей, які беруть участь у гібридизації, визначають її тип. Так, у метані виявляються – гібридизація.
Гомологи метану.Крім метану всі інші вуглеводні, що належать до алканів, містять у складі два, три і більше вуглецевих атомів:
Як видно з наведених формул, кожний наступний член цього ряду можна одержати, додаючи до формули попереднього члена групу . Група називається гомологічної різницею. Речовини, подібні за хімічними властивостями, склад яких відрізняється на ціле число груп , називаються гомологами. Сукупність гомологів складає гомологічний ряд.
Склад молекул усіх алканів відповідає загальній формулі , де n = 1, 2, 3, 4… Отже, алкани – це вуглеводні, склад молекул яких відповідає загальній формулі .
Будова молекул алканів, згідно з сучасними електронними уявленнями про хімічний зв’язок, пояснюється так. У молекулах усіх алканів орбіталі атомів вуглецю перебувають у стані – гібридизації і направлені до вершини уявного тетраедра з їх центрів. Молекулу етану можна уявити як два тетраедри, сполучені вершинами. Кулестержнева модель молекули етану:
При такому сполучені групи можуть обертатися відносно зв’язку вуглець – вуглець, утворюючи різні геометричні форми – конформації.