4.2: Propiedades físicas de los alcanos y El concepto de homología

La serie de alcanos de cadena lineal, en la que\(n\) se encuentra el número de carbonos en la cadena, muestra una gradación notablemente suave de las propiedades físicas (ver Cuadro 4-1 y Figura 4-1). A\(n\) medida que aumenta, cada\(CH_2\) grupo adicional aporta un incremento bastante constante al punto de ebullición y densidad, y en menor medida al punto de fusión. Esto permite estimar las propiedades de un miembro desconocido de la serie a partir de las de sus vecinos. Por ejemplo, los puntos de ebullición del hexano y heptano son\(69^\text{o}\) y\(98^\text{o}\), respectivamente. Así, una diferencia en la estructura de un\(CH_2\) grupo para estos compuestos hace una diferencia en el punto de ebullición de\(29^\text{o}\); predeciríamos que el punto de ebullición del siguiente miembro superior, octano\(98^\text{o} + 29^\text{o} = 127^\text{o}\), será, que está cerca del punto de ebullición real de\(126^\text{o}\).

Figura 4-1: Dependencia\(n\) de los puntos de fusión, puntos de ebullición y densidades (\(d_4^{20}\)) de alcanos de cadena continua,\(CH_3 \left( CH_2 \right)_{n-1}H\)

Se dice que los miembros de un grupo de compuestos, como los alcanos, que tienen estructuras químicas similares y propiedades físicas graduadas, y que difieren entre sí por el número de átomos en la cadena principal estructural, constituyen una serie homóloga. Cuando se utiliza para pronosticar las propiedades de miembros desconocidos de la serie, el concepto de homología funciona de manera más satisfactoria para los miembros de mayor peso molecular porque la introducción de\(CH_2\) grupos adicionales hace un cambio relativo menor en la composición general de dichas moléculas. Esto se ve mejor en la Figura 4-2, que muestra

Figura 4-2: Dependencia de\(\Delta T\) (diferencia en los puntos de ebullición y fusión entre miembros consecutivos de la serie de alcanos de cadena continua) en\(n\) (número de átomos de carbono)

cómo\(\Delta T\), las diferencias en los puntos de ebullición y puntos de fusión entre miembros consecutivos de la serie homóloga de alcanos de cadena continua, cambia con el número de carbonos,\(n\).

Los alcanos de cadena ramificados no presentan la misma gradación suave de propiedades físicas que los alcanos de cadena continua. Por lo general, existe una variación demasiado grande en la estructura molecular para que las regularidades sean evidentes. Sin embargo, en cualquier conjunto de hidrocarburos isoméricos, la volatilidad aumenta con el aumento de la ramificación. Esto se puede observar a partir de los datos del Cuadro 4-2, que enumera las propiedades físicas de los cinco isómeros de hexano. La característica más llamativa de los datos es la\(19^\text{o}\) diferencia entre los puntos de ebullición del hexano y el 2,2-dimetilbutano.

Figura 4-1 para alcanos. Esto generalmente será cierto, excepto cuando el número de carbonos es pequeño y cuando la cadena hidrocarbonada tiene sustituyentes polares. Para explicar brevemente, considere compuestos como los alcoholes,\(ROH\), que tienen\(\overset{\delta \oplus}{H}\) grupos polares\(\overset{\delta \ominus}{O}\) - - -. Como indicamos en la Sección 1-3, la polaridad hace que las moléculas se asocien entre sí, lo que disminuye su volatilidad, eleva los puntos de fusión, aumenta la solubilidad en líquidos polares y disminuye la solubilidad en líquidos no polares. Esto explica por qué el metanol,\(CH_3OH\), es mucho menos volátil y mucho más soluble en agua que el metano,\(CH_4\). Pero encontramos que la solubilidad en agua de los alcoholes cae rápidamente con la longitud de la cadena carbonada, ciertamente más rápida de lo esperado para un simple efecto de serie homóloga. Mientras que el metanol\(CH_3OH\), y el etanol\(CH_3CH_2OH\), son completamente solubles en agua, el butanol,\(CH_3CH_2CH_2CH_2OH\), es solo ligeramente soluble. Esto ilustra las propiedades conflictivas conferidas a las moléculas por los grupos polares en comparación con los grupos hidrocarbonados no polares, y señala que se pueden esperar grandes cambios en las propiedades físicas en la primera parte de una serie homóloga hasta que la cadena hidrocarbonada sea suficientemente larga, generalmente seis o más carbonos. de manera que las partes hidrocarbonadas dominen sobre las partes polares de las moléculas.

Colaboradores y Atribuciones

• John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."