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    烷烃的基础物理性质

    发布日期:2016-02-17
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      性质变化规律
      烷烃的物理性质随分子中碳原子数的增加,呈现规律性的变化。
      在室温下,含有1~4个碳原子的烷烃为气体;常温下,含有5~10个碳原子的烷烃为液体;含有10~16个碳原子的烷烃可以为固体,也可以为液体;含有17个碳原子以上的正烷烃为固体,但直至含有60个碳原子的正烷烃(熔点99℃),其熔点(melting point)都不超过100℃。低沸点(boiling point)的烷烃为无色液体,有特殊气味;高沸点烷烃为黏稠油状液体,无味。烷烃为非极性分子(non-polar molecule),偶极矩(dipole moment)为零,但分子中电荷的分配不是很均匀的,在运动中可以产生瞬时偶极矩,瞬时偶极矩间有相互作用力(色散力)。此外分子间还有范德华力,这些分子间的作用力比化学键的小一二个数量级,克服这些作用力所需能量也较低,因此一般有机化合物的熔点、沸点很少超过300℃。
      正烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高,这是因为分子运动所需的能量增大,分子间的接触面(即相互作用力)也增大。低级烷烃每增加一个CH2,(成为其同系物),相对分子质量变化较大,沸点也相差较大,高级烷烃相差较小,故低级烷烃比较容易分离,高级烷烃分离困难得多。
      在同分异构体中,分子结构不同,分子接触面积不同,相互作用力也不同,正戊烷沸点36.1℃,2-甲基丁烷沸点25℃,2,2-二甲基丙烷沸点只有9℃。叉链分子由于叉链的位阻作用,其分子不能像正烷烃那样接近,分子间作用力小,沸点较低。
      固体分子的熔点也随相对分子质量增加而增高,这与质量大小及分子间作用力有关外,还与分子在晶格中的排列有关,分子对称性高,排列比较整齐,分子间吸引力大,熔点就高。在正烷烃中,含单数碳原子的烷烃其熔点升高较含双数碳原子的少。
      通过X射线衍射方法分析,固体正烷烃晶体为锯齿形,在单数碳原子齿状链中两端甲基同处在一边,如正戊烷,双数碳链中两端甲基不在同一边,如正己烷,双数碳链彼此更为靠近,相互作用力大,故熔点升高值较单数碳链升髙值较大一些。
      烷烃的密度(density)随相对分子质量增大而增大,这也是分子间相互作用力的结果,密度增加到一定数值后,相对分子质量增加而密度变化很小。
      与碳原子数相等的链烷烃相比,环烷烃的沸点、熔点和密度均要髙一些。这是因为链形化合物可以比较自由地摇动,分子间"拉"得不紧,容易挥发,所以沸点低一些。由于这种摇动,比较难以在晶格内做有次序的排列,所以熔点也低一些。由于没有环的牵制,链形化合物的排列也较环形化合物松散些,所以密度也低一些。同分异构体和顺反异构体也具有不同的物理性质。下表是若干烷烃和环烷烃的物理常数。
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