Przeczytaj
Węglowodory alifatyczneWęglowodory alifatyczne to takie związki wodoru i węgla, w których atomy węgla tworzą proste lub rozgałęzione łańcuchy węglowe, a także zamknięte pierścienie. Do tej grupy należą przede wszystkim: alkany, alkeny oraz alkiny.
Alkany, alkeny, alkiny
AlkanyAlkany – tworzą szereg homologicznyszereg homologiczny o wzorze ogólnym , gdzie oznacza liczbę atomów węgla, pomiędzy którymi występują wyłącznie wiązania pojedyncze (o długości ).
AlkenyAlkeny – tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym , gdzie oznacza liczbę atomów węgla. Ich cząsteczki zawierają jedno wiązanie podwójne (o długości ) między atomami węgla.
AlkinyAlkiny – tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym , gdzie oznacza liczbę atomów węgla. Ich cząsteczki zawierają jedno wiązanie potrójne (o długości ) między atomami węgla.
Właściwości fizyczne węglowodorów alifatycznych
Do właściwości fizycznychwłaściwości fizycznych węglowodorów alifatycznych należą:
stan skupienia;
barwa;
temperatura wrzeniatemperatura wrzenia;
temperatura topnieniatemperatura topnienia;
gęstośćgęstość;
rozpuszczalnośćrozpuszczalność w rozpuszczalnikach polarnych;
rozpuszczalność w rozpuszczalnikach niepolarnych;
lotnośćlotność.
W szeregach homologicznych wszystkich węglowodorów alifatycznych homologi charakteryzują się podobnymi właściwościami chemicznymi, ale ich właściwości fizyczne zmieniają się stopniowo wraz z długością łańcucha węglowego.
Węglowodory alifatyczne – zależność właściwości fizycznych od długości łańcucha
Wszystkie węglowodory alifatyczne występują w trzech stanach skupienia. Węglowodory o najmniejszych masach cząsteczkowych to gazy, o większych – ciecze, a o największych masach cząsteczkowych – ciała stałe. Granica zmiany stanu skupienia z cieczy na ciało stało jest inna dla alkanów, alkenów i alkinów. Ogólny zarys zmian stanu skupienia dla węglowodorów nierozgałęzionych, w zależności od ilości atomów węgla w cząsteczce, przedstawia poniższa grafika:
Temperatury wrzenia i topnienia węglowodorów alifatycznych rosną wraz z długością łańcucha węglowego oraz jego rozgałęzienia. Taka sama zależność dotyczy gęstości.
Poniżej zebrano wartości temperatur wrzenia, topnienia i gęstości dla wybranych węglowodorów oraz ich najważniejsze właściwości fizyczne.
Węglowodór | Wzór grupowy | Temperatura wrzenia | Temperatura topnienia | Gęstość | Najważniejsze właściwości fizykochemiczne |
---|---|---|---|---|---|
bezbarwny, bezwonny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie, dobrze w rozpuszczalnikach organicznych | |||||
bezbarwny gaz o słodkim zapachu, słabo rozpuszczalny w wodzie, dobrze w rozpuszczalnikach organicznych | |||||
bezbarwny i bezwonny gaz, rozpuszczalny w acetonie, benzenie, chloroformie, słabo w etanolu i w wodzie | |||||
dobrze rozpuszczalny w eterze dietylowym i etanolu, słabo w benzenie i w wodzie | |||||
bezbarwny, bezwonny gaz, słabo rozpuszczalny w wodzie, bardzo dobrze w etanolu i kwasie octowym | |||||
bezbarwny gaz o słodkawym zapachu, słabo rozpuszczalny w wodzie, bardzo dobrze w etanolu, benzenie i chloroformie | |||||
bezbarwny gaz, prawie bezwonny, słabo rozpuszczalny w wodzie, bardzo dobrze w etanolu, eterze i chloroformie | |||||
bezbarwny gaz, lekki zapach, słabo rozpuszczalny w wodzie, dobrze rozpuszcza się w alkoholu, eterze, benzenie | |||||
bezbarwny gaz o zapachu podobnym do etynu, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, dobrze w etanolu i eterze dietylowym |
Indeks dolny Tabela
Indeks dolny Licencja: GroMar Sp. z o. o., CC BY‑SA 3.0 Indeks dolny koniecLicencja: GroMar Sp. z o. o., CC BY‑SA 3.0
Analizując tabelę, można dojść do wniosku, że węglowodory alifatyczne charakteryzują się tą samą tendencją wzrostową omawianych właściwości, jednak widać wyraźne różnice w wartościach temperatur wrzenia i topnienia, a także gęstości odpowiadających sobie węglowodorów. Dodatkowo, temperatury wrzenia i topnienia alkinów są nieco wyższe niż odpowiednich alkenów i alkanów, ze względu na występujące dodatkowe wiązanie pomiędzy atomami węgla.
Co więcej, należy pamiętać, że izomery mają taki sam wzór sumaryczny, ale różnią się właśnie właściwościami fizycznymi.
Przykładowo, związek o wzorze sumarycznym
związek, który ma najbardziej rozgałęziony łańcuch, potrzebuje najwięcej energii, aby przejść ze stanu stałego w ciekły, więc charakteryzuje się najwyższą temperaturą topnienia.
im większe rozgałęzienie łańcucha, tym niższa jest temperatura wrzenia. Cząsteczki rozgałęzionych węglowodorów mają mniejszą powierzchnię styku, więc słabiej się przyciągają siłami van der Waalsa.
Temperatura | Pentan | ||
---|---|---|---|
Indeks dolny Tabela
Innym przykładem są izomery położenia wiązania potrójnego butynu. Wyróżniamy dwa izomery: but-
Właściwości fizyczne | But‑ | But‑ |
---|---|---|
Stan skupienia | gaz | ciecz |
Indeks dolny Tabela
W tabeli nr
Wraz ze wzrastającą liczbą atomów węgla w cząsteczkach węglowodorów można zauważyć znaczący spadek lotności. Spowodowane jest to wzrastającymi masami cząsteczkowymi. Im więcej atomów węgla, tym większa jest masa cząsteczki, przez co zmniejsza jest jej lotność.
Słownik
węglowodory o cząsteczkach, w których atomy węgla tworzą otwarte łańcuchy (proste lub rozgałęzione)
alifatyczne węglowodory nasycone o wzorze ogólnym
alifatyczne węglowodory nienasycone o wzorze ogólnym
alifatyczne węglowodory nienasycone o wzorze ogólnym
związki organiczne tej samej klasy, których cząsteczki różnią się między sobą liczbą grup metylenowych
charakterystyczne cechy danej substancji, takie jak: stan skupienia, barwa, rozpuszczalność (rozpuszczanie to zjawisko fizyczne), przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne, temperatury wrzenia i topnienia, twardość, kruchość, kowalność, połysk, gęstość, właściwości magnetyczne
temperatura, w której substancja zmienia stan skupienia z ciekłego na gazowy (wrze); im niższe jest ciśnienie atmosferyczne, tym niższa jest temperatura wrzenia cieczy
temperatura, w której substancja zmienia stan skupienia ze stałego na ciekły (topi się); temperatura topnienia zależy od ciśnienia w otoczeniu
zdolność substancji do tworzenia z innymi substancjami układów jednorodnych — roztworów; miarą rozpuszczalności jest maksymalna ilość substancji rozpuszczającej się w określonej ilości ciekłego rozpuszczalnika w danych warunkach (temperatury i ciśnienia)
stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez nią objętości
cecha substancji mających postać gazu lub łatwo przechodzących w stan gazowy
Bibliografia
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.
Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.
Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, Warszawa 1985, s. 118.