Totuși, rotația unei singure grupări metil față de cealaltă nu este în întregime liberă. Potențialul minim de energie pentru molecula inhibat conformație II, în timpul rotației grupării metil, aceasta crește și atinge un maxim de conformare zaslononnoy I. zaslononnoy excesul de conformație energie în comparație cu energia inhibată numit stres torsionale. Pentru o moleculă de etan, această energie este de 13 × 10 3 J / mol (Figura 1.1).
Se crede că un exces de energie apare datorită repulsiei nori de electroni de legături carbon-hidrogen într-un moment în care acestea trec unul pe altul. Deoarece energia unor coliziuni moleculare poate atinge 86,10 3 J / mol la temperatura camerei, bariera de 13,10 3 J / mol este ușor de depășită. Rotația în etan este considerată ca fiind gratuită.
Fig. 1.1. Profilul energetic al rotirii grupării CH3 în molecula de etan în jurul legăturii carbon-carbon
Conformațiile corespunzătoare minimelor energetice sunt numite izomeri conformari sau conformeri. În molecule mai complexe, numărul de conformeri poate fi destul de mare.
Proprietățile fizice ale alcanilor sunt determinate de structura lor. Legăturile catenare în alcani sunt nepolar (C-C) sau joasă polar (C-H). Aceste legături sunt simetrice, polaritatea lor este compensată reciproc, astfel încât molecula de alcani este nepolară. Forțele de atracție intermoleculară sunt relativ slabe. Aceasta determină valori mici ale densității, punctului de fierbere și punctului de topire.
În molecula de hidrocarbură, momentul dipolului total este zero. Totuși, distribuția densității electronilor se modifică în fiecare moment al timpului și apare un mic dipol. Acest dipol cu durată scurtă de viață va afecta distribuția densității electronice a moleculei vecine, astfel încât dipolul instant al unei molecule induce un dipol orientat opus în molecula învecinată. Ca urmare, între molecule există forțe atractive, numite forțe dispersive. Forțele dispersante acționează la o distanță foarte mică, între suprafețele moleculelor. Se poate aștepta ca cu cât este mai mare moleculă și cu cât suprafața este mai mare, cu atât forțele intermoleculare sunt mai mari.
Punctul de fierbere, punctul de topire și densitatea cresc cu creșterea greutății moleculare (Figura 1.2). Alcani C1. C4 - gaze, C5. C16 - lichide, în continuare - substanțe cristaline solide. Cu excepția alcaniilor inferiori, punctul de fierbere crește cu 20-30 ° C cu creșterea lanțului de carbon cu un atom de carbon. O asemenea regularitate în schimbarea punctului de fierbere este caracteristică seriei omoloage a altor clase de compuși.
Fig. 1.2. Dependența de fierbere, de topire și de densitate a alcanilor cu un lanț drept cu numărul de atomi de carbon (n)
Izomerul cu catenă ramificată are un punct de fierbere mai scăzut decât izomerul structurii normale.
Coborârea punctului de fierbere al izomerilor au aspectul ramificare și o creștere a numărului acestora, datorită faptului că odată cu creșterea molecula de ramificare cu lanț tinde să formeze sferic, adică scade suprafața și în consecință, forțele intermoleculare de atracție. O astfel de relație între forma moleculei și punctul de fierbere este de asemenea observată pentru alte clase de compuși.
Procesul de topire necesită depășirea forțelor intermoleculare într-un solid. forțe intermoleculare în cristal nu depind numai de mărimea moleculelor, dar, de asemenea, cu privire la modul în care sunt ambalate în rețeaua cristalină. Hidrocarbonat unui lanț liniar de n -pentan topește la o temperatură de minus 130 ° C, și un izomer neopentan, ale căror molecule au o formă sferică și mai dens ambalate în rețeaua cristalină, se topește la o temperatură ridicată de minus 17 ° C
Alcani, compuși nepolari, sunt solubili în solvenți nepolari (benzen, tetraclorură de carbon), dar insolubili în solvenți polari.
Alcani sunt dielectrice cu o constantă dielectrică scăzută (e2) și o valoare a indicelui de refracție mai mică decât indicele de refracție al hidrocarburilor cu multiple legături. Indicele de refracție arată capacitatea moleculelor unei substanțe de a se polariza sub acțiunea unui câmp electric extern (câmpul electromagnetic alternativ al fasciculului luminos, câmpul electric al unui reactiv ionic, solvent). Această proprietate a materiei se numește polarizabilitate. Valorile mici ale indicilor de refracție ai alcanilor indică o polarizare redusă a acestor compuși.
În spectrele în infraroșu ale alcanilor se observă benzi de absorbție a vibrațiilor de întindere a nC-H în regiunea 2800-3000 cm -1.
În moleculele de alcani, legăturile covalente sunt ușor polarizate și slab polarizate. Prin urmare, ele sunt insensibile la reactivi ionici, inerți în raport cu acizii, bazele, oxidanții. Pentru a interacționa cu reactivii necesari legături chimice polaritate atacat suficient de ridicate ionice oferind atracția electrostatică de situsuri active încărcate opus, și / sau capacitatea de a polariza comunicarea orientată sub influența încărcăturii de reactiv ionic. Alcani într-o măsură nesemnificativă posedă atât acea, cât și o altă proprietate.
Comparați energiile discontinuităților heterolitice (a) și homolitice (b) ale legăturilor C-H în metan:
Proprietatea cea mai caracteristică este alcanii radical liber de substituție neîncărcate sub influența radicalilor liberi atom de hidrogen neîncărcate reagenti atomi de clor și brom în halogenarea, NO2 · nitrare etc.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: