13.2: カルボン酸の物理的特性

分子量が低いカルボン酸は、鋭い不快な臭気を示します。 また、アルデヒド、ケトン、アルコールなどの類似化合物よりも沸点と融点が高くなります。

極性のカルボニル結合とヒドロキシル結合の双極子間相互作用に加えて、カルボン酸分子間の強力な分子間水素結合がいくつかの物理的特性を決定します。

強い相互作用により、カルボン酸分子は安定した二量体で存在し、分子量が 2 倍に増加します。 その結果、沸点が高くなります。 これらのカルボン酸二量体は、アルコール二量体（11 M-^1）よりもはるかに高い平衡定数（10^6〜 10^7 M-^1 程度）を持っています。

同様の傾向がカルボン酸の融点でも観察されます。 融点は炭化水素鎖の長さが増加すると増加します。 炭素数が 8 個を超える飽和カルボン酸は、通常、室温では固体です。 ただし、不飽和カルボン酸は融点が低くなります。 たとえば、飽和カルボン酸であるステアリン酸 (C_18H_36O_2) は 70 °C で融解しますが、2 つのシス二重結合を持つリノール酸 (C_18H_32O_2) は -5 °C で融解します。

溶解度に関しては、低分子量カルボン酸は水分子との水素結合相互作用により水に溶けます。 対照的に、より高分子量のカルボン酸は、分子間のファンデルワールス相互作用がより高いため、アルコールへの溶解性が高くなります。 特に、カルボン酸は CCl_4 のような非極性溶媒によく溶けます。 興味深いことに、一部のジカルボン酸は、その実質的な水素結合相互作用により、かなり水溶性になります。

カルボン酸は極性-C=O基と-OH基を持ち、2つの分子間の双極子-双極子相互作用を確保します。

さらに、極性基は2つの強力な分子間水素結合に関与して安定な二量体を形成し、分子量を効果的に倍増させます。

これにより、カルボン酸の沸点は類似の化合物よりも高くなります。

一般に、低分子のカルボン酸は液体であり、高分子のカルボン酸は室温で固体です。

長い非極性炭化水素鎖を持つ飽和カルボン酸は、ロンドン力の増加と密集した充填により、不飽和酸よりも融点が高くなります。

ジカルボン酸は、2つの追加の水素結合を持ち、比較的高い融点を持っています。

カルボン酸はまた、水と水素結合を形成します。低分子のカルボン酸は水に容易に溶けます。

疎水性炭化水素鎖が増加すると、水溶性は低下します。このような長鎖カルボン酸は、水素結合に加えてロンドンの力により、アルコール溶媒に容易に溶解できます。

溶媒が非極性の場合、酸は二量体の形で存在し、非常に溶解性になります。