Il Carbonio forma 4 legami covalenti semplici (carbonio tetraedrico)
in questo caso i quattro legami sono tra loro equidistanti e formano l'uno con l'altro angoli di legame di circa 109°. Possiamo immaginare l'atomo di Carbonio al centro di un tetraedro con i quattro legami che puntano verso i vertici.
La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alcani. Gli alcani sono degli idrocarburi saturi. Il termine “idrocarburi” sta ad indicare dei composti formati solo da idrogeno e carbonio. Il termine “saturi” sta ad indicare il fatto che la catena carboniosa è saturata dall’idrogeno, presenta cioè il numero massimo di atomi di idrogeno possibili. Gli alcani sono classificati in relazione al numero di atomi di carbonio che forma la catena carboniosa
Metano
CH4
Etano
C2H6
Propano
C3H8
Butano
C4H10
Pentano
C5H12
Esano
C6H14
Eptano
C7H16
Ottano
C8H18
Nonano
C9H20
Decano
C10H22
etc
CnH2n+2
La desinenza che caratterizza i loro nomi è -ano
In queste condizioni le catene che si formano non hanno andamento rettilineo, ma a zig-zag. Se immaginiamo da esempio i legami Carbonio-Carbonio sul piano del foglio, i legami residui escono davanti e dietro il foglio. Per rappresentare la reciproca disposizione degli atomi e dei legami nello spazio si rappresentano i legami giacenti sul foglio come segmenti continui, i legami in avvicinamento (rispetto all’osservatore) come cunei pieni ed i legami in allontanamento come cunei tratteggiati.
Si utilizzano anche altre rappresentazioni più compatte dei composti organici come le formule razionali e leformule schematiche
Formula razionale: la struttura viene descritta in modo sintetico condensando gli atomi di idrogeno intorno al carbonio al quale sono legati
Metano
Etano
Propano
Butano
CH4
CH3 – CH3
CH3 – CH2 – CH3
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
Formula schematica rappresenta solo la catena carboniosa della molecola attraverso una linea spezzata. Le estremità aperte della spezzata rappresentano gruppi CH3, mentre i vertici gruppi CH2. Tutti gli altri elementi chimici (che non siano C ed H) vengono rappresentati.
Poiché i legami sono semplici gli atomi possono ruotare attorno all'asse di legame Carbonio-Carbonio e, in opportune condizioni, chiudersi ad anello.
Naturalmente non sono possibili tutte le forme geometriche. Gli angoli interni non possono infatti essere molto diversi dai 109° caratteristici del carbonio tetraedrico.
Le forme più stabili (che non producono tensioni eccessive sugli angoli di legame) e quindi di gran lunga più frequenti sono l'anello esagonale e pentagonale.