خواص فیزیکی آلکانها

-3-12- خواص فیزیکی

خواص فیزیکی آلکانها از همان الگویی که برای متان توصیف شد پیروی می‌کند، و با ساختمان آلکان مطابقت دارد. یک مولکول آلکان کلاً به وسیله پیوندهای کووالانسی ساخته شده است. این پیوندها یا دو اتم مشابه را به یکدیگر متصل می‌کنند و در نتیجه غیرقطبی می‌باشند و یا دو اتمی را به هم ربط می دهند که اختلاف الکترونگاتیوی کمی دارند و بنابراین این به مقدار جزئی قطبی هستند. علاوه بر این، این پیوندها به طریقی بسیار متقارن آرایش یافته‌اند به طوری که، قطبیت جزئی پیوند نیز حذف می‌شود. در نتیجه مولکول آلکان یا غیرقطبی است و یا قطبیت خیلی ضعیفی دارد.
نیروهایی که مولکولهای غیر قطبی را به همدیگر مرتبط می‌کنند (نیروهای وان‌دروالس) نیروهایی ضعیف و با دامنة کوتاه هستند؛ آنها فقط بین قسمتهایی از مولکولهای مختلفی که در تماس نزدیک با یکدیگرند، یعنی بین سطح مولکولها عمل می کنند بنابراین انتظار داریم در یک خانواده، هر چه مولکول بزرگتر باشد – بنابراین، سطح تماس آنها بیشتر است – نیروهای بین مولکولی قویتر باشند.

درجدول بعضی از ثابت‌های فیزیکی برای تعدادی از –n آلکانها ذکر شده است. همان‌طوری که می‌توان دید، نقاط جوش و ذوب با افزایش تعداد کربن، زیاد می‌شود. فرآیند ذوب و جوش نیاز به غلبه بر نیروهای بین مولکولی در جامد و مایع دارد؛ هر چه مولکول بزرگتر شود، نیروهای بین مولکولی زیاد شده و لذا نقطه جوش و ذوب افزایش می‌یابد.

به جز برای آلکانهای خیلی کوچک، نقطه‌جوش به ازاء افزایش یک کربن به زنجیر 20 تا 30 درجه زیاد می‌شود؛ درخواهیم یافت که افزایش 20 تا 30 درجه به ازاء هر کربن، نه تنها در مورد آلکانها بلکه همچنین در مورد کلیه سریهای همرده‌ای که مطالعه می‌کنیم، صادق است.

افزایش در نقطه ذوب کاملاً منظم نیست، زیرا نیروهای بین مولکولی در یک بلور نه فقط بستگی به اندازه مولکولها دارد بلکه همچنین به چگونگی قرار گرفتن آنها در شبکه بلوری وابسته است.چهار –n آلکان اول، به صورت گاز می‌باشند، اما در اثر افزایش نقطه جوش و نقطه ذوب به واسطه طولانی‌تر شدن زنجیر، سیزده آلکان بعدی مایع و آنهایی که دارای 8 کربن یا بیشتر هستند، به صورت جامدند.

در نقاط جوش آلکانهایی که ساختمانهای متفاوتی دارند ولی تعداد کربن آنها مساوی است اختلاف نسبتاً کمتری وجود دارد. در صفحات 94 ، 97 نقاط جوش ایزومرهای بوتان، پنتان و هگزان داده شده است. مشاهده می‌کنیم که در هر مورد، یک ایزومر شاخه‌ای نقطه جوش کمتری از ایزومر راست زنجیر دارد، علاوه بر این، هر چه تعداد شاخه‌ها بیشتر باشد، نقطه جوش پائین‌تر است به این جهت –n بوتان دارای نقطه جوش و ایزوبوتان می‌باشد. نقطه جوش –n پنتان ، ایزوپنتان با یک شاخه، و نئوپنتان با دو شاخه می‌باشد. در تمام خانواده‌های ترکیبات آلی، این اثر شاخه بر روی نقطه جوش مشاهده می‌شود. پائین آمدن نقطه جوش در اثر شاخه‌ای شدن یک پدیده قابل توجیه است: با شاخه‌ای شدن، شکل مولکول به سمت کروی شدن میل می‌کند، در این صورت اندازه سطح کاهش می‌یابد، در نتیجه نیروهای بین مولکولی ضعیف‌تر شده ودر دمای پائین‌تری مغلوب می شوند. به عنوان مثال، شکل ایزومرهای پنتان را با هم مقایسه کنید.

طبق قاعده «همجنس، همجنس را حل می‌کند» آلکانها در حلالهای غیرقطبی مانند بنزین، اترو، کلروفرم حل می‌شوند و در آب و سایر حلالهای خیلی قطبی نامحلول‌اند. در صورتی که آلکانها را به عنوان حلال در نظر بگیریم، آلکانهای مایع، ترکیبات کم قطبی را در خود حل می‌کنند و ترکیبات خیلی قطبی را حل نمی‌نمایند.

با افزایش اندازه آلکانها، دانسیته نسبی زیاد می‌شود، اما در حدود 8/5 ثابت می‌ماند؛ بنابراین تمام آلکانها دانسیتة کمتری از آب دارند تعجبی ندارد که تقریباً تمام ترکیبات آلی دانسیتة کمتری از آب دارند زیرا مانند،آلکانها،به طور عمده از کربن و هیدروژن تشکیل می‌شوند.

عکس پیدا نشد

به طور کلی، برای این که این نو ع ترکیبات از آب دانسیتة بیشتری داشته باشند باید شامل یک اتم سنگین مانند برم یا ید، یا چندین اتم نظیر کلر باشند.