Физические свойства алканов

Ряд неразветвленных алканов, в которых последовательные члены различаются на группу -_CH2−, называется гомологичным рядом, и каждый алкан в этом ряду является гомологом.

Алканы являются неполярными из-за небольшой разницы электроотрицательностей между углеродом и водородом, что означает, что между их молекулами существуют только слабые дисперсионные силы.

Сила этих сил увеличивается пропорционально длине углеродной цепи. Первые четыре алкана представляют собой газы при комнатной температуре и атмосферном давлении; цепи умеренного углерода, от С₅ до С₁₇, являются жидкостными. Гомологи за пределами C₁₇ являются твердыми.

Дисперсионные силы также влияют на различные физические свойства алканов.

В пределах гомологичного ряда, по мере увеличения площади поверхности, дисперсионные силы между молекулами также увеличиваются. Поскольку для разделения молекул требуется больше энергии, температура кипения неразветвленных алканов повышается с каждым дополнительным атомом углерода.

В отличие от одноцепочечных алканов, разветвленные алканы компактны и более сферичны, что уменьшает площадь взаимодействия и силу межмолекулярных сил. Поэтому, по сравнению с неразветвленной формой, разветвленные изомеры кипят при более низких температурах.

В то время как температура кипения алканов с прямой цепью постепенно повышается с увеличением количества атомов углерода, их температура плавления неуклонно не увеличивается. Вместо этого тренд чередуется между четными и нечетными членами гомологичного ряда.

В кристаллическом состоянии даже алканы плотно упаковываются зигзагообразным образом. Следовательно, молекулы испытывают более сильное притяжение, что приводит к более высоким температурам плавления.

Для сравнения, нечетные алканы упаковываются менее плотно из-за их параллельного расположения, что приводит к более слабым взаимодействиям и более низким температурам плавления.

Температура плавления разветвленных алканов определяется их молекулярной симметрией.

Разветвленные алканы со значительной симметрией плавятся при температурах выше, чем у неразветвленного углеводорода. Для сравнения, асимметричное ветвление приводит к более низкой температуре плавления.

Алканы нерастворимы в воде из-за их неспособности образовывать водородные связи. Кроме того, поскольку их плотность ниже 1 г/^см3, они плавают на воде.