ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКАНОВ. Согласно теории строения А. М. Бутлерова, физические свойства веществ зависят от их состава и строения.
Рассмотрим на примере предельных углеводородов изменение физических свойств в гомологическом ряду. Четыре первых члена гомологического ряда, начиная с метана, газообразные вещества.
Начиная с пентана и выше, нормальные углеводороды представляют собой жидкости.
Метан сгущается в жидкость лишь при 162 С. У последующих членов ряда температура кипения возрастает, причем при переходе к следующему гомологу она возрастает приблизительно на 25. Плотность углеводородов при температуре кипения для нижних членов ряда увеличивается сначала быстро, а затем все медленнее от 0,416 у метана до величины, несколько большей 0,78 .Температура плавления нормальных углеводородов в гомологическом ряду увеличивается медленно.
Начиная с углеводорода С16Н34, высшие гомологи при обычной температуре вещества твердые.
Температура кипения у всех разветвленных алканов ниже, чем у нормальных алканов, и притом тем ниже, чем более разветвлена углеродная цепь молекулы.
Это видно, например, из сравнения температур кипения трех изомерных пентанов. Наоборот, температура плавления оказывается самой высокой у изомеров с максимально разветвленной углеродной цепью. Так, из всех изомерных октанов лишь гекса-метилэтап СН33С С СНз3 является твердым веществом уже при обычной температуре т. пл. 104 С. Эти закономерности объясняются следующими причинами.
Превращению жидкости в газ препятствуют ван-дер-ваальсовы силы взаимодействия между атомами отдельных молекул. Поэтому чем больше атомов в молекуле, тем выше температура кипения вещества, следовательно, в гомологическом ряду температура кипения должна равномерно расти. Если сравнить силы взаимодействия молекул н-пентана и неопентана, то ясно, что эти силы больше для молекулы с нормальной цепью углеродных атомов, чем для разветвленных, так как в молекуле неопентана центральный атом вообще выключен из взаимодействия. Главным фактором, влияющим на температуру плавления вещества, является плотность упаковки молекулы в кристаллической решетке.
Чем симметричнее молекула, тем плотнее ее упаковка в кристалле и тем выше температура плавления у н-пентана 132 C, у неопентана 20 С 2.1