13.2: Propriétés physiques des acides carboxyliques

Les acides carboxyliques de poids moléculaire inférieur présentent une odeur piquante et désagréable. Ils ont également des points d’ébullition et de fusion plus élevés que les composés analogues, tels que les aldéhydes, les cétones et les alcools.

En plus de l'interaction dipôle-dipôle des liaisons polaires carbonyle et hydroxyle, une forte liaison hydrogène intermoléculaire entre les molécules d'acide carboxylique dicte plusieurs propriétés physiques.

La forte interaction fait que les molécules d’acide carboxylique existent dans des dimères stables, multipliant par deux leur poids moléculaire. Par conséquent, ils ont des points d’ébullition plus élevés. Ces dimères d'acide carboxylique ont des constantes d'équilibre beaucoup plus élevées (aussi grandes que 10^6 à 10^7 M−^1) que les dimères d'alcool (11 M−^1).

Une tendance similaire est observée avec les points de fusion des acides carboxyliques. Le point de fusion augmente avec l'augmentation de la longueur de la chaîne d'hydrocarbures. Les acides carboxyliques saturés comportant plus de huit carbones sont généralement solides à température ambiante. Cependant, les acides carboxyliques insaturés ont des points de fusion plus bas. Par exemple, l'acide stéarique (C_18H_36O_2), un acide carboxylique saturé, fond à 70 °C, tandis que l'acide linoléique (C_18H_32O_2), portant deux doubles liaisons cis, fond à -5 °C.

En termes de solubilité, les acides carboxyliques de faible poids moléculaire sont solubles dans l’eau, en raison de leur interaction par liaison hydrogène avec les molécules d’eau. En revanche, les acides carboxyliques de poids moléculaire plus élevé sont plus solubles dans les alcools en raison de l’interaction de Van der Waals plus élevée entre les molécules. Notamment, les acides carboxyliques sont hautement solubles dans les solvants non polaires comme le CCl_4. Il est intéressant de noter que certains acides dicarboxyliques sont assez solubles dans l’eau en raison de leur importante interaction de liaison hydrogène.

Les acides carboxyliques ont des groupes polaires -C=O et -OH, assurant des interactions dipôle-dipôle entre deux molécules.

De plus, les groupes polaires sont impliqués dans deux fortes liaisons hydrogène intermoléculaires pour former des dimères stables, doublant ainsi les poids moléculaires.

Il en résulte un point d’ébullition plus élevé pour les acides carboxyliques que pour les composés analogues.

En général, les acides carboxyliques de faible poids moléculaire sont liquides, tandis que les acides carboxyliques de poids moléculaire supérieur sont solides à température ambiante.

Les acides carboxyliques saturés portant de longues chaînes d’hydrocarbures non polaires ont des points de fusion plus élevés que les acides insaturés en raison de l’augmentation des forces de Londres et de l’empilement serré.

Les acides dicarboxyliques, avec deux liaisons hydrogène supplémentaires, ont des points de fusion relativement plus élevés.

Les acides carboxyliques forment également des liaisons hydrogène avec l’eau. Les acides carboxyliques de faible poids moléculaire sont facilement solubles dans l’eau.

À mesure que la chaîne hydrocarbonée hydrophobe augmente, la solubilité dans l’eau diminue. Ces acides carboxyliques à longue chaîne peuvent facilement se dissoudre dans les solvants alcooliques en raison des forces de Londres en plus de la liaison hydrogène.

Si le solvant est non polaire, les acides existent sous leur forme dimère, ce qui les rend assez solubles.