Физические свойства и строение углеводов

К физическим свойствам молекул и образованных ими веществ относятся такие, как: 1) агрегатное состояние, температуры плавления и кипения; 2) цвет, запах, вкус; 3) растворимость в воде и других растворителях; 4) горючесть, взрывоопасность и ядовитость; 5) удельная масса, структурированность жидкого состояния; 6) спектральные свойства, проявляющиеся в электронных, ИК-, ЯМРи ЭПР-спектрах; 7) хиральность, или оптическая активность.

Рассмотрим особенности проявления некоторых из этих свойств у углеводородов различного строения.

Агрегатное состояние.

Все неароматические углеводороды, независимо от степени насыщения химического сродства, имеющие длину углеродной цепи Ci—С₄, являются газами, С5—Cj₆ — жидкостями с /_кип от +36 до +300 °С. После C_J9 имеют твердое агрегатное состояние. Углеводороды с разветвленной цепью имеют более низкие температуры кипения. Например:

Из приведенного примера следует, что силы сцепления между молекулами больше у нормальных цепей, если углеводород жидкий. Поэтому отрыв молекул от поверхности жидкости сложнее у нормальных цепей, чем у разветвленных изомеров. В твердых углеводородах фазовый переход твердое тело—жидкость определяется плотностью упаковки молекул. Эта упаковка компактнее у неразветвленных углеводородов, поэтому они плавятся при более высокой температуре. Их цепи в твердом состоянии имеют вид, т. е. вытянуты вдоль главной оси. Как видно из примера, неопентан ведет себя аномально, так как его температура плавления намного выше, чем у //-пентана.

У циклоалканов с той же длиной цепи температура кипения на 12—25 °С выше, чем у алканов. Так, циклопентан имеет /_кип = +50 °С, а циклогексан /_кип = +81 °С. Силы сцепления между молекулами в циклическом состоянии больше, чем в открытом. Поэтому циклододекан С₁₂Н₂4 уже твердое тело с /_(1Л = +61 °С. Сопряженные диены по температуре кипения напоминают алканы. Сопряжение не влияет на температуру кипения. Поэтому /_кип бензола (+80 °С) и циклогексана (+81 °С) аналогичны.

Введение

алкильных групп в бензол сильно повышает температуру кипения, но обычно понижает температуру плавления, так как алкил препятствует более плотной упаковке молекул в твердой фазе. Так, С₆Н₆ имеет /_кИП = +80 °С, /_11Я = +5,5 °С, а СбНзСНз — /_кип = +110°С, /_11Л = -95 °С. В целом соблюдается правило: в гомологическом ряду увеличение числа атомов углерода приводит к росту температур кипения и плавления. В ряду цис-транс-изомеров алкенов наблюдается такая закономерность: г/мс-изомеры имеют более низкие температуры кипения и плавления, чем ш/?а//с-изомеры. Например: