烷烴的性質(zhì)變化規(guī)律:
在室溫下,含有1~4個碳原子的烷烴為氣體;常溫下,含有5~8個碳原子的烷烴為液體;含有8~16個碳原子的烷烴可以為固體,也可以為液體;含有17個碳原子以上的正烷烴為固體,但直至含有60個碳原子的正烷烴(熔點99℃),其熔點(melting point)都不超過100℃。低沸點(boiling point)的烷烴為無色液體,有特殊氣味;高沸點烷烴為黏稠油狀液體,無味。烷烴為非極性分子(non-polar molecule),偶極矩(dipole moment)為零,但分子中電荷的分配不是很均勻的,在運動中可以產(chǎn)生瞬時偶極矩,瞬時偶極矩間有相互作用力(色散力)。此外分子間還有范德華力,這些分子間的作用力比化學鍵的小一二個數(shù)量級,克服這些作用力所需能量也較低,因此一般有機化合物的熔點、沸點很少超過300℃。
正烷烴的沸點隨相對分子質(zhì)量的增加而升高,這是因為分子運動所需的能量增大,分子間的接觸面(即相互作用力)也增大。低級烷烴每增加一個CH2,(成為其同系物),相對分子質(zhì)量變化較大,沸點也相差較大,高級烷烴相差較小,故低級烷烴比較容易分離,高級烷烴分離困難得多。
在同分異構(gòu)體中,分子結(jié)構(gòu)不同,分子接觸面積不同,相互作用力也不同,正戊烷沸點36.1℃,2-甲基丁烷沸點25℃,2,2-二甲基丙烷沸點只有9℃。叉鏈分子由于叉鏈的位阻作用,其分子不能像正烷烴那樣接近,分子間作用力小,沸點較低。
固體分子的熔點也隨相對分子質(zhì)量增加而增高,這與質(zhì)量大小及分子間作用力有關外,還與分子在晶格中的排列有關,分子對稱性高,排列比較整齊,分子間吸引力大,熔點就高。在正烷烴中,含單數(shù)碳原子的烷烴其熔點升高較含雙數(shù)碳原子的少。
通過X射線衍射方法分析,固體正烷烴晶體為鋸齒形,在單數(shù)碳原子齒狀鏈中兩端甲基同處在一邊,如正戊烷,雙數(shù)碳鏈中兩端甲基不在同一邊,如正己烷,雙數(shù)碳鏈彼此更為靠近,相互作用力大,故熔點升高值較單數(shù)碳鏈升髙值較大一些。
烷烴的密度(density)隨相對分子質(zhì)量增大而增大,這也是分子間相互作用力的結(jié)果,密度增加到一定數(shù)值后,相對分子質(zhì)量增加而密度變化很小。醫(yī)學|教育|網(wǎng)搜集整理
與碳原子數(shù)相等的鏈烷烴相比,環(huán)烷烴的沸點、熔點和密度均要髙一些。這是因為鏈形化合物可以比較自由地搖動,分子間“拉”得不緊,容易揮發(fā),所以沸點低一些。由于這種搖動,比較難以在晶格內(nèi)做有次序的排列,所以熔點也低一些。由于沒有環(huán)的牽制,鏈形化合物的排列也較環(huán)形化合物松散些,所以密度也低一些。同分異構(gòu)體和順反異構(gòu)體也具有不同的物理性質(zhì)。下表是若干烷烴和環(huán)烷烴的物理常數(shù)。