Wenn ein Alkan vollständig mit elementarem Sauerstoff
zu Kohlenstoffdioxid und Wasser reagiert,
gilt die folgende allgemeine Reaktionsgleichung:
2 CₙH₂ₙ₊₂ + (3n+1) O₂ → 2n CO₂ + 2(n+1) H₂O
Erste Methode: Ableitung der allgemeinen Reaktionsgleichung aus der Alkanstruktur Jedes Alkan lässt sich formal zerlegen in die beiden Wasserstoffatome an den Kettenenden und dazwischen für jedes Kohlenstoffatom eine sogenannte Methenyl-Gruppe:
H• (•CH₂•)ₙ •H
Für die beiden H-Atome wird immer genau ein Sauerstoffatom benötigt und es entsteht daraus ein Wassermolekül:
H• •H + 1 O → 1 H₂O
Für jede CH₂-Gruppe werden jeweils drei Sauerstoffatome benötigt und es entstehen ein Kohlenstoffdioxidmolekül und ein Wassermolekül:
n •CH₂• + 3n O → n CO₂ + n H₂O
Fasst man für das Alkan beide Gleichungen zusammen, erhält man daraus (immer noch vereinfachend ausgehend von einzelnen O-Atomen):
CₙH₂ₙ₊₂ + (3n+1) O → n CO₂ + (n+1) H₂O
Da elementarer Sauerstoff aber in Form von zweiatomigen Molekülen vorkommt, und nur ganzzahlige Koeffizienten erlaubt sind, benötigt man von allen Teilchen jeweils die doppelte Anzahl, so dass sich beim Sauerstoff der Index auf zwei erhöht und bei allen anderen Teilchen jeweils der Koeffizient verdoppelt wird:
2 CₙH₂ₙ₊₂ + (3n+1) O₂ → 2n CO₂ + 2(n+1) H₂O
Falls die Anzahl n der Kohlenstoffatome in der Kette ungeradzahlig ist, so sind alle Koeffizienten geradzahlig, so dass ein Kürzen durch den Faktor 2 möglich ist das Alkanmolekül den Koeffizienten 1 erhält. Bei einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen dagegen ist kein Kürzen möglich und der Koeffizient 2 bleibt für das Alkanmolekül erhalten.
Zweite Methode: Schrittweises Ausgleichen der Koeffizienten a) für das Beispiel Undecan mit einer ungeraden Anzahl von C-Atomen Zunächst werden die Summenformeln aller Edukte und Produkte hingeschrieben:
? C₁₁H₂₄ + ? O₂ → ? CO₂ + ? H₂O
① Aus jedem C-Atom entsteht ein CO₂-Molekül:
? C₁₁H₂₄ + ? O₂ → 11 CO₂ + ? H₂O
② Aus je zwei H-Atomen entsteht ein H₂O-Molekül:
? C₁₁H₂₄ + ? O₂ → 11 CO₂ + 12 H₂O
③ Aus den auf der Produktseite insgesamt enthaltenen O-Atomen ergibt sich die Zahl der beteiligten O₂-Moleküle auf der Eduktseite:
? C₁₁H₂₄ + 17 O₂ → 11 CO₂ + 12 H₂O
④ Da jetzt die Anzahl aller Atome der verschiedenen Elemente auf beiden Seiten ausgeglichen ist, entspricht dies der fertigen Reaktionsgleichung. Der Index 1 für das Alkan wird nicht hingeschrieben:
C₁₁H₂₄ + 17 O₂ → 11 CO₂ + 12 H₂O
b) für das Beispiel Octan mit einer geraden Anzahl von C-Atomen Zunächst werden die Summenformeln aller Edukte und Produkte hingeschrieben:
? C₈H₁₈ + ? O₂ → ? CO₂ + ? H₂O
① Aus jedem C-Atom entsteht ein CO₂-Molekül:
? C₈H₁₈ + ? O₂ → 8 CO₂ + ? H₂O
② Aus je zwei H-Atomen entsteht ein H₂O-Molekül:
? C₈H₁₈ + ? O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O
③ Aus den auf der Produktseite insgesamt enthaltenen O-Atomen ergibt sich die Zahl der beteiligten O₂-Moleküle auf der Eduktseite:
? C₈H₁₈ + 12,5 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O
④ Da nur ganzzahlige Koeffizienten erlaubt sind, muss man noch alle Koeffizienten mal 2 nehmen und erhält so die fertige Reaktionsgleichung:
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O