2.5 烷烃的物理性质

简单烷烃
甲烷 Methane (CH4) 乙烷 Ethane (C2H6) 丙烷 Propane (C3H8)
CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3
bp -160°C
bp -89°C
bp -42°C
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直链烷烃的熔点、沸点
直链烷烃由于容易堆积形成晶体，因此熔点、沸点较高。 在正烷烃中，含奇数碳原子的烷烃其熔点升高较含偶数碳 原子的少
己烷 CH3(CH2)4CH3 沸点：69℃ ， 熔点：－95℃
CH3 CH CH2 CH2 CH3
CH3
沸点bp 60℃
熔点mp -154℃
CH3
CH3
CH CH
CH3
CH3 沸点 bp 58℃
熔点mp -135℃
CH3
CH3 C CH2 CH3
CH3 沸点 bp 50℃ 熔点mp -98℃
支链烷烃沸点降低的原因
支链烷烃由于受支链障碍，不能紧密地 靠在一起，因此沸点低于直链烷烃。
辛烷 Octane: bp 125℃
2-甲基庚烷 2-Methylheptane: bp 118℃
2,2,3,3-三甲基丁烷 2,2,3,3-Tetramethylbutane: bp 107℃
烷烃的沸点
正构烷烃的沸点随相对分子质量的增加而升高， 这是因为分子质量的增加使得分子运动所需的能 量增大；另外，分子质量的增加使得分子间的接 触面(即相互作用力)也增大。
分子的熔点或沸点的高低取决于分子间的作用力。 包括偶极与偶极之间的作用力、范德华（van der Waals）引力和氢键
这些分子间的作用力比化学键小1～2个数量级， 克服这些作用力所需能量也较低，因此一般有机 化分物的熔点、沸点很少超过300℃。
甲烷中C-H间的平均键能415.1KJ/Mol，Cl-Cl解离能：243KJ/Mol
范德华引力（色散力）
+–
+–
movement of electrons creates an instantaneous dipole in one molecule (left)
分子中电子运动产生瞬间相对位移，引起正负电 核中心暂时不重合，从而产生瞬间偶极（左侧）
范德华引力（色散力）
+–
+–
temporary dipole in one molecule (left) induces a complementary dipole in other molecule (right)
左侧分子的瞬间偶极影响邻近分子（右侧） 的电子分布，诱导出一个相反的偶极
范德华引力（色散力）
+–
+–
temporary dipole in one molecule (left) induces a complementary dipole in other molecule (right)
左侧分子的瞬间偶极影响邻近分子（右侧） 的电子分布，诱导出一个相反的偶极
分子间作用力
偶极－偶极相互作用
具有极性的分子正负极之间的相互吸引作用
O δ−
CH3 δ+C H 偶极矩D＝2.7 乙醛
一般的烷烃没有这种作用 13
范德华引力（色散力）
+–
+–
两个非极性分子正负电荷中心重合
分子中电子运动产生瞬间相对位移，引起正负 电荷中心暂时不重合，从而产生瞬间偶极，瞬 间偶极影响邻近分子的电子分布，诱导出一个 相反的偶极，偶极之间的微小作用力称之为色 散力，也叫范德华力。
范德华引力（色散力）
+–
+–
the result is a small attractive force between the two molecules
相反偶极之间的微小作用产生两分子之间的微弱引力
范德华引力（色散力）
–+
–+
the result is a small attractive force between the two molecules
2.5 烷烃的物理性质
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2.5 烷烃的物理状态
在常温常压下： 含有1～4个碳原子的烷烃为气体；含有5～16个
碳原子的为液体； 从含有17个碳原子的正烷烃开始为固体，但直至
含有60个碳原子的正构烷烃(熔点99 °C)，其熔点 都不越过100°C。 低沸点的烷烃为无色液体，有特殊气味。高沸点 烷烃为粘稠油状液体，无味。
相反偶极之间的微小作用产生两分子之间的微弱引力
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氢键
（一种重要的分子间作用力）
氢原子与电负性较强而体积又较小的氮、氧或氟结合成极 性共价键时，电子云偏向极性较大而体积又较小的上述原 子上，使氢核暴露且具有足够的正电性。暴露的氢核受到 另一个分子中氮、氧或氟的强烈吸引而形成氢键。
氢键键能约在20KJ/Mol，比共价键小很多，但比色散力等 非键作用强很多。
支链分子由于支链的位阻作用，其分子不能像 正构烷烃那样接近，分子间作用力小，沸点较 低。
烷烃的沸点
固体分子其熔点随相对分子质量增加而增加， 这与质量大小及分子间作用力有关外，还与分 子在晶格中的排列有关，分子对称性高，排列 比较整齐，分子间吸引力大，熔点就高。
烷烃分子溶点、沸点差异的原因－－ 分子间作用力
沸点（t/℃） -162 -188.5 -42 0 36 126 174 280 292
支链烷烃和直链烷烃沸点的比较
¾具有相同碳数的不同结构的烷烃，沸点仅有较小的差别。 ¾支链化作用使沸点降低，随着支链的增加沸点（ b.p. ）降低
直链烷烃 沸 点
支链烷烃 碳原子数目
支链烷烃的沸点
随着支链的增加沸点（ b.p. ）降低
HF HF
HOH
HOH
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烷烃的物理性质－－溶解性
9与“相似相溶”规律一致，烷烃几乎不溶于强 极性的水中，但溶于苯乙醚氯仿等溶剂。
9石油醚是几种烷烃的混合物，是实验室常用 的溶剂之一。
9烷烃的密度都小于1，都比水轻。
9由于烷烃比水轻，又不溶于水，因此开采石 油时往往采用注水的方法来托出底层的油。
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偶数
奇数
碳原子数目
名称 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 辛烷 癸烷 十六烷 十七烷
结构简式 CH4
CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3(CH2)2CH3 CH3(CH2)3CH3 CH3(CH2)6CH3 CH3(CH2)8CH3 CH3(CH2)14CH3 CH3(CH2)15CH3
熔点（t/℃） -183 -172 -187 -138 -130 -59 -30 18 22
低级烷烃每增加一个CH2，相对分子质量变化较 大，沸点也相差较大。
高级烷烃相差较小，故低级烷烃比较容易分离， 高级烷烃分离则难得多。
烷烃的沸点
在同分异构体中，分子结构不同，分子接触面 积不同，相互作用力也不同，
正戊烷沸点36.1℃，2-甲丁烷沸点25℃，2， 2-二甲丙烷沸点只有9℃。