13.2: Propriedades Físicas dos Ácidos Carboxílicos

Os ácidos carboxílicos com peso molecular mais baixo apresentam um odor forte e desagradável. Eles também têm pontos de ebulição e fusão mais elevados do que compostos análogos, como aldeídos, cetonas e álcoois.

Além da interação dipolo-dipolo das ligações polares carbonila e hidroxila, a forte ligação de hidrogênio intermolecular entre as moléculas de ácido carboxílico determinam várias propriedades físicas.

A forte interação faz com que as moléculas de ácido carboxílico existam em dímeros estáveis, aumentando seu peso molecular em duas vezes. Consequentemente, eles têm pontos de ebulição mais elevados. Esses dímeros de ácido carboxílico têm constantes de equilíbrio muito maiores (tão grandes quanto 10^6–10^7 M^–1) do que os dímeros de álcool (11 M_–1).

Uma tendência semelhante é observada com os pontos de fusão dos ácidos carboxílicos. O ponto de fusão aumenta com o aumento do comprimento da cadeia de hidrocarbonetos. Os ácidos carboxílicos saturados com mais de oito carbonos são normalmente sólidos à temperatura ambiente. No entanto, os ácidos carboxílicos insaturados têm pontos de fusão mais baixos. Por exemplo, o ácido esteárico (C_18H_36O_2), um ácido carboxílico saturado, se funde a 70 °C, enquanto o ácido linoléico (C_18H_32O_2), contendo duas ligações duplas cis, funde a -5 °C.

Em termos de solubilidade, os ácidos carboxílicos de baixo peso molecular são solúveis em água, devido à sua interação por ligações de hidrogênio com moléculas de água. Em contraste, os ácidos carboxílicos de maior peso molecular são mais solúveis em álcoois devido à maior interação de van der Waals entre as moléculas. Notavelmente, os ácidos carboxílicos são altamente solúveis em solventes não polares como CCl_4. Curiosamente, alguns ácidos dicarboxílicos são bastante solúveis em água devido à sua considerável interação de ligações de hidrogênio.

Os ácidos carboxílicos têm grupos polares –C=O e –OH, garantindo interações dipolo-dipolo entre duas moléculas.

Além disso, os grupos polares estão envolvidos em duas fortes ligações de hidrogênio intermoleculares para formar dímeros estáveis, dobrando efetivamente os pesos moleculares.

Isso resulta em um ponto de ebulição mais alto para ácidos carboxílicos do que para compostos análogos.

Em geral, os ácidos carboxílicos de menor peso molecular são líquidos, enquanto os ácidos carboxílicos de maior peso molecular são sólidos à temperatura ambiente.

Os ácidos carboxílicos saturados com longas cadeias de hidrocarbonetos apolares têm pontos de fusão mais altos do que os ácidos insaturados devido ao aumento das forças de London e ao empacotamento próximo.

Os ácidos dicarboxílicos, com duas ligações de hidrogênio adicionais, têm pontos de fusão relativamente mais altos.

Os ácidos carboxílicos também formam ligações de hidrogênio com a água. Os ácidos carboxílicos de menor peso molecular são facilmente solúveis em água.

À medida que a cadeia de hidrocarbonetos hidrofóbicos aumenta, a solubilidade em água diminui. Esses ácidos carboxílicos de cadeia longa podem se dissolver facilmente em solventes alcoólicos devido às forças de London, além da ligação de hidrogênio.

Se o solvente for apolar, os ácidos existem em sua forma dímera, tornando-os bastante solúveis.