有机化合物的物理性质通常包括化合物的状态、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度,这些物理常数是用物理方法测定出来的,可以从化学和物理手册中查出来。
1.物质状态:在室温和一个大气压下,C1-C4是气体,C5-C16是液体,C17以上是固体。
2.沸点:正烷烃的沸点是随着分子量的增加而有规律升高。液体沸点的高低决定了分子间引力的大小,分子间引力愈大,使之沸腾就必须提供更多的能量,所以沸点就愈高。而分子间引力的大小取决了分子结构。
分子间的引力称为范德华引力(静电引力,诱导力和色散力)。
正烷烃的偶极距都等于零。是非极性分子。引力是由于色散力所产生的,分子量越大,即碳原子数越多,电子数也越多。分子间接触面增大,色散力当然也就越大沸点就越高。
色散力只有近距离内才能有效地产生作用,随着距离的增大而减弱。在分子量相同的烷烃中,含支链的分子中由于支链的阻碍,使分子间靠近接触的程度不如正烷烃。所以正烷烃的沸点高于它的异构体。
正戊烷 b.p. 36.10C 新戊烷 b.p. 9.50C
3.熔点;
正烷烃的熔点,同系列C1-C3不那么规则,但C4以上的是随着碳原子数的增加而升高。不过,其中偶数的升高多一些,以至含奇数和含偶数的碳原子的烷烃各构成一条熔点曲线,偶数在上,奇数在下。
解释:在晶体中,分子间的作用力不仅取决于分子的大小,而且取决于警惕中碳链的空间排布情况。排列紧密(分子间的色散力就大)熔点就高。
在共价化合物晶格中的质点是分子,偶数碳的烷烃具有较高的对称性,使碳链之间的排列比奇数的紧密(分子间的色散力大)。所以。含偶数的烷烃的熔点比奇数的升高就多一些。
正戊烷 m.p. –1290C 新戊烷 m.p. –16.60C
4.比重
正烷烃的比重是随着碳原子的数目增加逐渐有所增大,二十烷以下的按近于0.78。这也与分子间引力有关,分子间引力增大,分子间的距离相应减小,比重则增大。
5.溶解度:
烷烃不容与水,能溶于某些有机溶剂,尤其是烃类中。“相似相溶”,结构相似,分子间的引力相似,就能很好溶解。
色散力
由于分子中电子高速运动,原子核也在其中心位置附近振动,因此它们的正负电荷重心不可能总是重合在一起的。在某一极短的瞬间由于电子云与原子核的相对位移,便会产生瞬时偶极。当两个分子相距很近时,两个瞬时偶极总是采取异极相邻的状态,相互间自然会产生瞬时的吸引作用,使分子极化变形;邻近分子的极化反过来又使瞬时偶极的变化辐度增大,分子间的相互作用加强。
虽然吸引作用的时间短暂,但可以不断地重复发生,使分子间始终存在这种作用力——色散力。色散力存在于一切分子之间。色散力与分子的变形性有关,变形性越强越易被极化,色散力也越强。稀有气体分子间并不生成化学键,但当它们相互接近时,可以液化并放出能量,就是色散力存在的证明。
分子的变形性
分子的负电荷(电子)以特有的规律在原子核周围高速运动,即使带正电荷的核,其相互位置也处在不停的变化之中,因此若把分子置于外加电场之中,其电荷分布就会发生改变。以非极性分子为例,在通常情况下它们的正负电荷重心重合,分子电偶极矩为零。但在外加电场中,分子中的原子核和电子同时处于电场力的作用之下,原子核会向电场的负极方向移动,电子云则偏向于正极方向。结果,分子的正负电荷重心发生相对位移,引起分子外形改变,分子出现偶极。这种偶极是在外电场诱发下产生,故称诱导偶极。这种在外电场作用下,分子正负电荷重心分离而产生诱导偶极的过程称为分子的变形极化。因电子云与原子核相对位移而使分子外形发生变化的性质称为分子的变形性。电场越强,分子变形越显著,则诱导偶极越大;电场消失,诱导偶极也随之消失。
对于极性分子来说,它本身就存在偶极,称为固有偶极或永久偶极。对于流动态物质,在无外电场时,它们处于不规则热运动状态,分子不可能发生规则排列。当有外电场作用时,极性分子在外电场作用下,正电荷重心移向负极;负电荷重心偏向电场的正极,全部分子沿电场方向较整齐地排列,这一过为分子的定向极化。同时分子还产生诱导偶极,使分子偶极矩增大,分子变形,此时分子的偶极为固有偶极与诱导偶极之和。
实际上,每一个极性分子,对于与其相邻的分子都是一个外加的微电场,它将使邻近的非极性分子或极性分子发生极化,这种极化对于分子间力具有重要影响。
“凡是分手结构相似的物质,都是易于互相溶解的。”这是从大量事实总结出来的一条规律,叫做相似相溶原理。由于分子的极性是否相似对溶解性影响很大,所以,相似相溶原理又可以理解为“极性分子易溶于极性溶剂中,非极性分子易溶于非极性溶剂中。”例如:CCl4是非极性分子,作为溶剂它就是非极性溶剂;而H20是极性分子,所以它是极性溶剂。Br2、I2等都是非极性分子,所以易溶于CCl4、苯等非极性溶剂,而在水这一极性溶剂中溶解度就很小。相反,盐类(NaCl等)这些离子化合物可看做是极性最强的,它们就易溶于水而不溶于CCl4、苯等非极性溶剂。HCl、H2S04是强极性分手,易溶于水而难溶于CCl4.利用相似相溶原理,有助于我们判断物质在不同溶剂中的溶解性。 |