13.2: Propiedades físicas de los ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos de menor peso molecular presentan un olor fuerte y desagradable. También tienen puntos de ebullición y fusión más altos que compuestos análogos, como aldehídos, cetonas y alcoholes.

Además de la interacción dipolo-dipolo de los enlaces polares carbonilo e hidroxilo, los fuertes enlaces de hidrógeno intermoleculares entre las moléculas de ácido carboxílico dictan varias propiedades físicas.

La fuerte interacción hace que las moléculas de ácido carboxílico existan en dímeros estables, lo que aumenta al doble su peso molecular. En consecuencia, tienen puntos de ebullición más altos. Estos dímeros de ácido carboxílico tienen constantes de equilibrio mucho más altas (hasta 10^6-10^7 M-^1) que los dímeros de alcohol (11 M-^1).

Se observa una tendencia similar con los puntos de fusión de los ácidos carboxílicos. El punto de fusión aumenta con el aumento de la longitud de la cadena de hidrocarburos. Los ácidos carboxílicos saturados con más de ocho carbonos suelen ser sólidos a temperatura ambiente. Sin embargo, los ácidos carboxílicos insaturados tienen puntos de fusión más bajos. Por ejemplo, el ácido esteárico (C_18H_36O_2), un ácido carboxílico saturado, se funde a 70 °C, mientras que el ácido linoleico (C_18H_32O_2), que tiene dos dobles enlaces cis, se funde a -5 °C.

En términos de solubilidad, los ácidos carboxílicos con bajo peso molecular son solubles en agua debido a la interacción de sus enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Por el contrario, los ácidos carboxílicos de mayor peso molecular son más solubles en alcoholes debido a la mayor interacción de Van der Waals entre las moléculas. En particular, los ácidos carboxílicos son altamente solubles en disolventes no polares como el CCl_4. Curiosamente, algunos ácidos dicarboxílicos son bastante solubles en agua debido a su importante interacción de enlaces de hidrógeno.

Los ácidos carboxílicos tienen grupos polares –C=O y –OH, lo que garantiza interacciones dipolo-dipolo entre dos moléculas.

Además, los grupos polares están involucrados en dos fuertes enlaces de hidrógeno intermoleculares para formar dímeros estables, duplicando efectivamente los pesos moleculares.

Esto da como resultado un punto de ebullición más alto para los ácidos carboxílicos que para los compuestos análogos.

En general, los ácidos carboxílicos de menor peso molecular son líquidos, mientras que los ácidos carboxílicos de mayor peso molecular son sólidos a temperatura ambiente.

Los ácidos carboxílicos saturados que llevan largas cadenas de hidrocarburos no polares tienen puntos de fusión más altos que los ácidos insaturados debido al aumento de las fuerzas de London y al empaquetamiento apretado.

Los ácidos dicarboxílicos, con dos enlaces de hidrógeno adicionales, tienen puntos de fusión relativamente más altos.

Los ácidos carboxílicos también forman enlaces de hidrógeno con el agua. Los ácidos carboxílicos de menor peso molecular son fácilmente solubles en agua.

A medida que aumenta la cadena de hidrocarburos hidrofóbicos, disminuye la solubilidad en agua. Estos ácidos carboxílicos de cadena larga pueden disolverse fácilmente en disolventes alcohólicos debido a las fuerzas de Londres, además de los enlaces de hidrógeno.

Si el disolvente es apolar, los ácidos existen en su forma de dímero, lo que los hace bastante solubles.