13.2: Proprietà fisiche degli acidi carbossilici

Gli acidi carbossilici con peso molecolare inferiore presentano un odore acuto e sgradevole. Inoltre hanno punti di ebollizione e di fusione più elevati rispetto a composti analoghi, come aldeidi, chetoni e alcoli.

Oltre all'interazione dipolo-dipolo dei legami polari carbonilici e idrossilici, il forte legame idrogeno intermolecolare tra le molecole di acido carbossilico determina diverse proprietà fisiche.

La forte interazione fa sì che le molecole di acido carbossilico esistano in dimeri stabili, aumentando di due volte il loro peso molecolare. Di conseguenza, hanno punti di ebollizione più alti. Questi dimeri di acido carbossilico hanno costanti di equilibrio molto più elevate (fino a 10^6–10^7 M−^1) rispetto ai dimeri di alcol (11 M−^1).

Una tendenza simile si osserva con i punti di fusione degli acidi carbossilici. Il punto di fusione aumenta con l'aumento della lunghezza della catena degli idrocarburi. Gli acidi carbossilici saturi con più di otto atomi di carbonio sono tipicamente solidi a temperatura ambiente. Tuttavia, gli acidi carbossilici insaturi hanno punti di fusione più bassi. Ad esempio, l'acido stearico (C_18H_36O_2), un acido carbossilico saturo, fonde a 70 °C, mentre l'acido linoleico (C_18H_32O_2), recante due doppi legami cis, fonde a -5 °C.

In termini di solubilità, gli acidi carbossilici a basso peso molecolare sono solubili in acqua, a causa della loro interazione di legame idrogeno con le molecole d'acqua. Al contrario, gli acidi carbossilici a peso molecolare più elevato sono più solubili negli alcoli a causa della maggiore interazione di van der Waals tra le molecole. In particolare, gli acidi carbossilici sono altamente solubili in solventi non polari come CCl_4. È interessante notare che alcuni acidi dicarbossilici sono abbastanza solubili in acqua a causa della loro notevole interazione di legame idrogeno.

Gli acidi carbossilici hanno gruppi polari –C=O e –OH, che assicurano interazioni dipolo-dipolo tra due molecole.

Inoltre, i gruppi polari sono coinvolti in due forti legami idrogeno intermolecolari per formare dimeri stabili, raddoppiando efficacemente i pesi molecolari.

Ciò si traduce in un punto di ebollizione più elevato per gli acidi carbossilici rispetto ai composti analoghi.

In generale, gli acidi carbossilici a basso peso molecolare sono liquidi, mentre gli acidi carbossilici a peso molecolare più elevato sono solidi a temperatura ambiente.

Gli acidi carbossilici saturi che portano lunghe catene di idrocarburi non polari hanno punti di fusione più elevati rispetto agli acidi insaturi a causa dell'aumento delle forze di London e dell'impacchettamento ravvicinato.

Gli acidi dicarbossilici, con due legami idrogeno aggiuntivi, hanno punti di fusione relativamente più alti.

Gli acidi carbossilici formano anche legami idrogeno con l'acqua. Gli acidi carbossilici a basso peso molecolare sono facilmente solubili in acqua.

All'aumentare della catena idrocarburica idrofoba, la solubilità in acqua diminuisce. Tali acidi carbossilici a catena lunga possono facilmente dissolversi in solventi alcolici a causa delle forze di Londra oltre al legame idrogeno.

Se il solvente non è polare, gli acidi esistono nella loro forma dimero, il che li rende abbastanza solubili.